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1、年产6万吨叔丁胺项目 | 物料平衡一览表目录1.1 概述11.2 物料衡算目的11.3 物料衡算方法11.4 总项目衡算21.4.1 物料衡算任务21.4.2 原料预处理工段21.4.3 叔丁胺生产工段51.4.4 叔丁胺精制工段71.4.5 2-丁烯提纯工段101.4.6 总物料衡算111.5 总结121.1 概述本项目主要通过对碳四馏分进行高纯异丁烯提纯处理，被提纯的异丁烯与液氨为主要原料，通过催化反应工艺合成纯度为99.9%的叔丁胺，年产量为6万吨。在已确定化学生产工艺和流程后，经Aspen Plus的全流程模拟，由定性阶段转向定量阶段，通过对整个生产系统、生产车间，以及部分重要的生产单
2、元进行物料衡算精算出主、副产品的产量，原材料的消耗定额、“三废”排放量及组成，以及产品收率等各项经济技术指标，从而定量地评述初步设计所选择的工艺路线、生产方法及工艺流程在经济上是否合理，技术上是否先进，为后阶段的设计提供数据。1.2 物料衡算目的工艺设计中，物料衡算是在工艺流程确定后进行的。目的是根据原料与产品之间的定量转化关系，计算原料的消耗量，各种中间产品、产品和副产品的产量，生产过程中各阶段的消耗量以及组成，进而为热量衡算、其他工艺计算及设备计算打基础。对于已有装置，物料衡算可以弄清原料的来龙去脉，找出生产中的薄弱环节，为改进生产、完善管理提供可靠的依据和明确方向，并可作为检查原料利用率
3、及三废处理完善程度的一种手段。1.3 物料衡算方法物料衡算是根据质量守恒定律，利用某进出化工过程中某些已知物流的流量和组成，通过建立有关物料的平衡式和约束式，求出其他未知物流的流量和组成的过程。系统中物料衡算一般表达式为：系统中的积累=输入-输出+生产-消耗式中，生成或消耗项是由于化学反应而生成或消耗的量；积累量可以是正值，也可以是负值，当系统中积累量不为零时称为非稳定状态过程；积累量为零时，称为稳定状态过程。稳定状态过程时，可以简化为：输入=输出-生成+消耗对无化学反应的稳定过程，又可表示为：输入=输出物料衡算包括总质量衡算、组分衡算和元素衡算。各种衡算方法的适用情况如表1-1所示。由于系统
4、中存在化学反应，我们主要采用总质量衡算的衡算方法，同时列出每种物料组分的质量流量便于查找和计算。表1-1 各衡算方法适用情况类别物料衡算形式无化学反应有化学反应总衡算式总物流衡算式适用适用总物质的量衡算式适用不适用组分衡算式组分质量衡算式适用不适用组分物质的量衡算式适用不适用元素原子衡算式元素原子质量衡算式适用适用元素原子物质的量衡算式适用适用1.4 总项目衡算从碳四馏分入厂到产品输出，其工艺路线可分为如下4个工段：原料预处理工段、叔丁胺生产工段、叔丁胺精制工段、2-丁烯提纯工段。1.4.1 物料衡算任务对于本厂，工艺采取年开工334天（8000小时）的连续操作，其中一年内的一个月（约30天）
5、用于固定的停车设备检修及紧急情况处理。物料衡算的主要任务在于：（1）确定叔丁胺以及副产品的实际产量以及质量指标；（2）确定NMP（N-甲基吡咯烷酮）、软水的循环量以及损失率等指标；（3）确定工艺中的“三废”排放量等公共经济指标；（4）各主要单元过程的物料衡算，并指导工艺设备的尺寸确定；（5）汇总全流程物料衡算，数据用于完成物料流程图等后续设计任务。1.4.2 原料预处理工段图1-1 原料预处理工段表1-2 原料预处理工段总物流衡算表进出口进口出口流股编号C4H2S25S20S16OTHERS17流股信息碳四馏分氢气补充水异丁烯异丁烷2-丁烯低浓异丁烷Temperature 25302061.4
6、-1072.7-10Pressure bar7.68.17.2877.87Vapor Frac010000.19241Mole Flow kmol/hr266.470.16581.379116.277.859143.710.1825Mass Flow kg/hr150000.334324.846492.34435.498096.441.468Volume Flow cum/hr25.510.51850.0248812.040.7201100.140.5708Enthalpy Gcal/hr-2.692-5.81E-6-0.09422-0.9704-0.3150-1.166-7.03E-4Mas
7、s Flow kg/hrISOBU-2435008.071421.963.8311.127ISOBUTEN7020006437.210.6286582.751.14E-31-BUTENE4594.5004.1797.32E-110.55121.24E-13N-B9780022.583.267952.135.65E-3T-B1368004.37E-059.19E-1111.601.24E-13C-B604.5009.2666.51E-066545.587.79E-09H200.1658004.21E-072.984E-140.3279NMP000.011151.96E-060.0624401.9
8、5E-08WATER0024.8315.209.56905.99E-3AMMON-010000000TERT-010000000Mass FracISOBU-20.029001.24E-30.96894.73E-40.768ISOBUTEN0.468000.99151.44E-30.071987.74E-41-BUTENE0.3063006.44E-091.68E-136.80E-058.46E-14N-B0.0652003.48E-37.50E-30.11763.85E-4T-B0.0912006.74E-092.11E-131.43E-38.42E-14C-B0.0403001.43E-3
9、1.49E-080.80855.31E-09H201009.66E-103.69E-180.2233NMP004.48E-43.03E-101.43E-401.33E-08WATER000.99962.34E-30.0219704.09E-3AMMON-010000000TERT-010000000总计15024.5115024.511.4.2.1 溶剂回收塔（T0103）图1-2 溶剂回收塔（T0103）表1-3 溶剂回收塔物流衡算表进出口进口出口流股编号S22S20S21流股信息异丁烯和NMP异丁烯NMPTemperature 16561.4256.3Pressure bar8.889Va
10、por Frac000Mole Flow kmol/hr1165.72116.271049.45Mass Flow kg/hr1038206492.3497327.3Volume Flow cum/hr121.4212.04121.48Enthalpy Gcal/hr-61.18-0.9704-55.9Mass Flow kg/hrISOBU-28.0728.0711.78E-10ISOBUTEN6437.216437.213.34E-41-BUTENE4.18E-054.1795.94E-11N-B22.5822.581.11E-09T-B4.38E-054.37E-059.8E-12C-B
11、9.2669.2662.54E-06H25.41E-2000NMP95837.61.96E-0695837.6WATER1504.915.201489.7AMMON-01000TERT-01000Mass FracISOBU-27.77E-051.24E-31.83E-15ISOBUTEN0.0620.99153.44E-091-BUTENE4.03E-106.44E-096.1E-16N-B2.17E-43.48E-31.14E-14T-B4.22E-106.74E-091.01E-16C-B8.93E-051.43E-32.61E-11H25.21E-2500NMP0.92313.03E-
12、100.9847WATER0.01452.34E-30.0153AMMON-01000TERT-01000总计1038191038191.4.3 叔丁胺生产工段图1-3 叔丁胺生产工段表1-4 叔丁胺生产工段物料衡算表进出口进口出口流股编号S60S61S86S75流股信息异丁烯液氨循环物料反应出料气Temperature 61.42583.4224.6Pressure bar8155150.4Vapor Frac0001Mole Flow kmol/hr116.27114.731806.741923.96Mass Flow kg/hr6492.341953.9252866.361312.6Vo
13、lume Flow cum/hr12.043.245105.541579.71Enthalpy Gcal/hr-0.9704-1.802-21.5-13.6964Mass Flow kg/hrISOBU-28.0710316.87324.94ISOBUTEN6437.21030956.4931010.171-BUTENE4.17901.49E-31.53E-3N-B22.580360.65383.23T-B4.37E-0506.78E-47.22E-4C-B9.266076.5185.78H20000NMP1.96E-0605.89E-281.96E-06WATER15.2074.2389.4
14、3AMMON-010114.7321081.421097.69TERT-01000.16398321.33Mass FracISOBU-21.24E-305.99E-35.3E-3ISOBUTEN0.991500.58560.50581-BUTENE6.44E-0902.81E-082.49E-08N-B3.48E-306.82E-36.25E-3T-B6.74E-0901.28E-081.18E-08C-B1.43E-301.45E-31.399E-3H20000NMP3.03E-1001.11E-323.2E-11WATER2.34E-301.404E-31.46E-3AMMON-0101
15、0.39880.3441TERT-01003.1E-060.1357总计61312.5661312.561.4.3.1 等温固定床反应器图1-4 列管式固定床反应器表1-5 等温固定床反应器物料衡算表进出口进口出口流股编号S66S75流股信息反应进料混合气反应出料气Temperature 250250Pressure bar50.850.4Vapor Frac11Mole Flow kmol/hr2037.731923.96Mass Flow kg/hr61312.661312.6Volume Flow cum/hr1552.181579.71Enthalpy Gcal/hr-12.16-13
16、.70Mass Flow kg/hrISOBU-2324.94324.94ISOBUTEN37393.7131010.171-BUTENE1.53E-31.53E-3N-B383.23383.23T-B7.22E-47.22E-4C-B85.7885.78H200NMP1.96E-061.96E-06WATER89.4389.43AMMON-0123035.3121097.69TERT-010.16398321.33总计61312.661312.61.4.4 叔丁胺精制工段图1-5 叔丁胺精制工段表1-6 叔丁胺精制工段物料衡算表进出口进口出口流股编号S75S5S87S3S84流股信息反应出料
17、气叔丁胺产品废气废水循环物料Temperature 2502864.65598.6Pressure bar50.46.876.91Vapor Frac10000Mole Flow kmol/hr1923.96112.0284.9239.471Mass Flow kg/hr61312.68190.57480.3288.68171.44Volume Flow cum/hr1579.7111.960.85210.09190.187Enthalpy Gcal/hr-13.70-3.96-0.1176-0.3367-0.633Mass Flow kg/hrISOBU-2324.942.92E-051.3
18、210323.62ISOBUTEN31010.170.021312.83030697.341-BUTENE1.53E-31.15E-091.56E-0501.51E-3N-B383.230.0215223.620359.59T-B7.22E-43.97E-084.69E-0506.75E-4C-B85.780.0280711.16074.59H200000NMP1.96E-066.289E-095.44E-741.96E-065.68E-28WATER89.430.74956.49E-1688.681.71E-12AMMON-0121097.692.73E-171.34E-06021097.6
19、9TERT-018321.338189.75131.394.85E-050.1618Mass FracISOBU-25.3E-33.57E-092.75E-306.16E-3ISOBUTEN0.50582.567E-060.651300.58411-BUTENE2.49E-081.47E-133.25E-0802.88E-08N-B6.25E-32.63E-060.0491806.84E-3T-B1.18E-084.84E-129.8E-0801.28E-08C-B1.399E-33.43E-060.0232301.42E-3H200000NMP3.2E-117.68E-131.133E-76
20、2.21E-081.08E-32WATER1.46E-39.15E-051.35E-180.99993.26E-17AMMON-010.34413.33E-212.79E-0900.4015TERT-010.13570.99990.27355.47E-073.08E-06总计61312.661312.61.4.4.1 叔丁胺精制隔壁塔（T0303）图1-6 叔丁胺精制隔壁塔（T0301）表1-7 叔丁胺精制隔壁塔物料衡算表进出口进口出口流股编号S81S87S88S89流股信息粗叔丁胺废气叔丁胺废水Temperature 75.664.6113164.8Pressure bar29.3777Va
21、por Frac0000Mole Flow kmol/hr1799.0281124.94Mass Flow kg/hr52548.97480.328189.1890.08Volume Flow cum/hr101.530.852114.050.1073Enthalpy Gcal/hr-21.73-0.1176-3.502-0.323Mass Flow kg/hrISOBU-2324.591.3212.92E-057.4E-30ISOBUTEN30864.64312.830.0211.63E-251-BUTENE1.52E-31.56E-051.15E-091.39E-32N-B243.8223
22、.620.021512.27E-22T-B5.28E-44.69E-053.965E-082.89E-28C-B18.2311.160.028073.09E-21H20000NMP1.98E-525.44E-744.35E-291.96E-06WATER1.79E-306.49E-160.740688.69AMMON-0121097.691.34E-062.73E-174.31E-57TERT-016.31E-09131.398188.371.388Mass FracISOBU-26.18E-32.75E-33.57E-098.21E-32ISOBUTEN0.58730.65132.56E-0
23、61.81E-271-BUTENE2.89E-083.25E-081.4E-131.54E-34N-B4.64E-30.049182.63E-062.52E-24T-B1.004E-089.8E-084.84E-123.21E-30C-B3.47E-40.023233.43E-063.43E-23H20000NMP3.78E-571.133E-765.31E-332.18E-08WATER3.41E-351.35E-189.04E-050.9846AMMON-010.40152.79E-093.33E-214.78E-59TERT-011.2E-130.27350.99990.01541总计5
24、2549525491.4.5 2-丁烯提纯工段图1-7 2-丁烯提纯工段表1-8 2-丁烯提纯工段物流衡算表进出口进口出口流股编号FEEDS3S7流股信息T0101塔底物料2-丁烯废气Temperature 96.87085.9Pressure bar7.87.111.12Vapor Frac100Mole Flow kmol/hr143.7119251.71Mass Flow kg/hr8096.445168.882927.68Volume Flow cum/hr504.899.2935.683Enthalpy Gcal/hr-0.5636-0.6226-0.6499Mass Flow kg
25、/hrISOBU-23.8312.68E-073.831ISOBUTEN582.750.02041581.641-BUTENE0.55122.95E-050.5496N-B952.133.405754.05T-B11.600.0659087.895C-B6545.5888.511579.72H22.98E-1400NMP000WATER000AMMON-0100TERT-01000Mass FracISOBU-24.73E-41.56E-051.31E-3ISOBUTEN0.071981.1450.19871-BUTENE6.81E-051.66E-31.88E-4N-B0.1176197.9
26、40.2576T-B1.43E-33.6982.70E-3C-B0.80854966.090.5396H23.69E-181.56E-050NMP01.1450WATER01.66E-30AMMON-01000TERT-01000总计8096.448096.441.4.6 总物料衡算图1-8 全流程图表1-9 全流程总物料衡算表进出口进口出口流股编号C4H2S61S5S3S16S7S3流股信息碳四馏分氢气液氨叔丁胺产品2-丁烯异丁烷废气废水Temperature C2530252870-1085.955Pressure bar7.68.1156.87.1711.126.9Vapor Frac0
27、1000000Mole Flow kmol/hr266.470.1658114.73112.02927.85951.714.923Mass Flow kg/hr150000.33431953.928190.575168.88435.492927.6888.68Volume Flow cum/hr25.510.51853.24511.969.2930.72015.6830.0919Enthalpy Gcal/hr-2.692-5.81E-6-1.802-3.96-0.6226-0.3150-0.6499-0.3367Mass Flow kg/hrISOBU-2435002.92E-052.68E
28、-070.96893.831323.62ISOBUTEN7020000.0210.020411.44E-3581.6430697.341-BUTENE4594.5001.15E-092.95E-051.68E-130.54961.51E-3N-B978000.021513.4057.50E-3754.05359.59T-B1368003.965E-080.0659082.11E-137.8956.75E-4C-B604.5000.0280788.511.49E-081579.7274.59H200.16580009.66E-1000NMP0004.35E-2901.43E-405.68E-28
29、WATER0000.740600.0219701.71E-12AMMON-0100114.732.73E-170021097.69TERT-010008188.370000.1618Mass FracISOBU-20.029003.57E-091.56E-0501.31E-36.16E-3ISOBUTEN0.468002.567E-061.14500.19870.58411-BUTENE0.3063001.47E-131.66E-301.88E-42.88E-08N-B0.0652002.63E-06197.9400.25766.84E-3T-B0.0912004.84E-123.69802.
30、70E-31.28E-08C-B0.0403003.43E-064966.0900.53961.42E-3H201001.56E-05000NMP0007.68E-131.145001.08E-32WATER0009.15E-051.66E-3003.26E-17AMMON-010013.33E-211.56E-05000.4015TERT-010000.99991.145003.08E-06总计17235.917235.91-10 全流程物料衡算结果比较进出口进口出口物料流量/（kg/hr）17235.917235.91.5 总结通过对工段以及单个单元操作的物料平衡计算，我们得到了原料、产品
31、、三废以及设备的相应指标、尺寸、具体数据如下：表1-11 主要原料、辅助材料来源表项目名称数量来源运输方式主要原料抽余碳四组分12万 t/a齐鲁石化烯烃厂管道输送液氨1.56万 t/a青岛正东工贸有限公司储运车运输辅助材料工业氢3万Nm3/a淄博安泽特种气体有限公司储运车运输NMP1.33万t/a山东庆云长信化学科技有限公司储运车运输Ni/Al2O3催化剂1.29t/a山东齐鲁科力化工研究院有限公司储运车运输ZSM-11催化剂1.28t/a南开大学催化剂厂储运车运输表1-12 产品方案及规格 序号产品规格（wt%）产量备注1叔丁胺99.996.0万t/a主产品22-丁烯96.085.8万t/a
32、副产品3异丁烷96.893135.5t/a副产品表1-13 三废汇总表项目装置排放量污染物组成处理方法和去向组成质量分数废气萃取精馏塔 塔顶36357.17 Nm3/a异丁烷51.50%返回总厂处理氢气44.56%水分3.47%正丁烷0.38%叔丁胺精制塔 塔顶68493.21 Nm3/a异丁烯65.13%返回总厂处理叔丁胺27.35%正丁烷4.92%2-丁烯2.32%2-丁烯提纯塔 塔顶42360.14Nm3/a2-丁烯54.26%返回总厂处理正丁烷25.73%异丁烯19.87%异丁烷13.08%冷凝器等329 Nm3/a含烃类空气去总厂火炬燃烧处理废水11997 t/a生活废水总厂废水处理站统一处理叔丁胺精制隔壁塔709.47 t/a工艺废水闪蒸罐处理后达标排放废固反应精馏塔1.29t/aNi/Al2O3催化剂供应商回收叔丁胺反应器5.12 t/aZSM-11催化剂供应商回收32.4t/a生活垃圾送至垃圾处理站
