乙丙橡胶 工艺计算-物料及热量衡算部分.doc

第2篇 工艺计算第4章 聚合工段工艺介绍4.1 聚合工段生产工艺示意图图4-1聚合工段生产工艺示意图4.2 聚合工段工艺过程叙述该工艺是在既可以溶解产品,又可溶解单体和催化体系的溶剂中进行的均相反应。通常以正己烷为溶剂。采用V-Al催化剂体系,聚合温度为30-60,聚合压力为0.4-0.8MPa 。用氢气作分子量调节剂，聚合反应热量由丙烯的蒸发而除去。首先，新鲜的单体和溶剂与回收的乙烯、丙烯及溶剂混合经预冷后，与催化剂一起进入带搅拌的聚合反应釜R0201。从聚合釜出来的反应物打入闪蒸塔T0201，经闪蒸回收，未反应的单体乙烯、丙烯从塔顶出料，再经吸收塔T0202对单体吸收循环使用；聚合物和第三单体从T0201塔釜出料并送至催化剂失活与洗涤工段。第5章 物料及热量衡算5.1 计算依据本设计的基础依据为：（1）年产量： 4万吨。（2）年工作日：7200小时。（3）废胶损失率：1。 （4）乙烯、丙烯、ENB的单程转化率分别为：17.35、3.02、83.29。（5）乙烯、丙烯、ENB的总转化率分别为：99.9，98.9，84.3。（6）每小时生产合格胶料量： G=（7）主要原料指标见下表：表5-1 主要原料一览表原 料指 标 乙烯纯度 丙烯纯度（含丙烷） 99.9 99.5（8）乙丙橡胶质量组成：乙烯：丙烯：ENB=52.6:38.2:9.2。（9）进料中氢气和乙烯的比值：1：10450。（10）各股物料计算中乙烯、丙烯、乙叉降冰片烯、丙烷、己烷、氢气、氮气、胶料组分数下标分别为1、2、3、4、5、6、7、8。（11）安托因公式：LogPv=AB/(t+C)主要原料的安托因子如表5-2所示：表5-2 安托因子一览表安托因子ABC使用温度范围乙烯5.87246585255-15391丙烯5.9445785.85247-112-32丙烷5.9288803.81246.99-108-25己烷5.995191168.72224.21-2592氢气5.0457771.615276.337-260-248氮气5.6193255.68266.55-219-1835.2 物料衡算及热量衡算5.2.1 加料量及去单体回收工段的量（1）新鲜进料量乙烯的进料量=丙烯的进料量=丙烷的进料量=ENB的进料量= 己烷及氮气进料量如表5-3 所示：表5-3 己烷及氮气进料量表序号H11H12H13H14H15H2H31H32己烷kg/h400140040040080036416.35400010000氮气kg/h-10.20.3（2）去单体回收工段物料量：各组分回收物料量=新鲜进料量-反应的物料量乙烯回收物料量=kg/h丙烯回收物料量=丙烷回收物料量=10.89 kg/h氢气回收物料量=0.28 kg/h氮气回收物料量=1+02+03=1.5 kg/h（3）聚合工段出料量胶料的量=5611.67kg/hENB出料量=ENB进料量（1-总转化率）=613.04=96.25kg/h（4）过程物料平衡表 表5-4 过程物料平衡表 （kg/h）组分乙烯丙烯丙烷ENB己烷氢气氮气胶料总计进料2957.652167.5010.89613.0453816.350.281.5-59567.21回收5.9123.8410.89-0.281.5-42.42出料-96.2553816.35-5611.6759524.275.2.2 T0201物料及热量衡算1计算依据（1）乙丙橡胶的年产量55000吨/年，即5611.67kg/h （2）T0201进口原料的组成为： （3）进料总量L2=2物料衡算（1）进料中各组分的量及组分数某组分流量=总流量L2该组分质量分数乙烯含量=359.94kg/h=12.86kmol/h丙烯含量=5598.66kg/h=133.30kmol/hENB含量=95.41kg/h=0.80kmol/h 丙烷含量=kg/h=13.90kmol/h己烷含量=kg/h=361.46kmol/h氢气含量=kg/h=0.08kmol/h氮气含量=8.67kg/h =0.31kmol/h己烷进料总量=31085.36+H13+H31+H2=31085.36+400+4000+36416.35=71901.71kg/h=836.07kmol/h胶料含量=5611.67kg/h塔釜的温度为942,塔顶出料温度为754,按清析分割法乙烯、丙烯、丙烷、氢气、氮气等清组分全部以气体状态从塔顶出料，塔釜流出液中仅包括部分己烷、胶料和ENB。（2）T0201塔釜出口物料中各组分的量ENB含量=ENB进料量=95.41kg/h=0.80kmol/h己烷含量L3=H1+H2+H3-H14=53416.35kg/h=621.12kmol/h胶料出料量5611.67kg/h根据过程物料衡算,进入聚合工段的己烷全部从T-0201塔釜流出。（3）T0201塔顶出口中各组分的量及组分数乙烯含量=乙烯进料量=359.94kg/h=12.86kmol/h丙烯含量=丙烯进料量=5598.32kg/h=133.30kmol/h丙烷含量=丙烷进料量=611.47kg/h=13.90kmol/h己烷含量=总进料量-塔釜出料量=18485.36kg/h=214.95kmol/h 氢气含量=0.16 kg/h =0.08 kmol/h氮气含量=8.67 kg/h =0.31 kmol/h表5-5 T0201物料平衡表项目F3D2L3组分质量/kg摩尔量/kmol质量/kg摩尔量/kmol质量/kg摩尔量/kmol乙烯359.9412.86359.9412.8600丙烯5598.66133.305598.66133.3000ENB95.410.800095.410.80丙烷611.4713.90611.4713.9000己烷71901.71836.0718485.36214.9553416.35621.12氢气0.160.110.220.1100氮气8.670.318.670.3100胶料5611.67-005611.67-总量997.32375.40621.92总量84187.6925064.2759123.43总计84187.6984187.703热量衡算1.计算依据（1）选择温度为0时各组分的焓值为0kJ（2）各物质0-t的平均定压热容如表5-6 所示：表5-6 物质0t的平均定压热容表物质乙烯丙稀丙烷己烷Cp/kJ/(kmolK)075.4(g)44.87665.92676.170148.060105(g)-153.927045(l)84.859100.239106.335194.735094.5(l)89.916103.873110.127203.2552进料及液化带进热量（1）F3进料的条件T=45，压力P=0.586MPa；带进的热量= （2）H2进料条件T=105，P=0.122MPa；带进的热量:（3）己烷105时的蒸发焓26269kJ/kmol，液化放出的热量: （4）H13，H31进料条件T=40，P=0.66MPa；带进的热量:3.出料及汽化带出热量（1）D2出料温度T=75.4,P=0.116MPa；带出的热量： =（2）L3出料条件T=94.5,P=0.126MPa；从塔釜流出的物料中己烷质量百分含量达90，带出大部分的热量。胶料和ENB质量百分含量约10，取带出的热量为溶剂带出热量5。塔釜出料带走的热量:（3）T-0201塔内平均温度=85。丙烯，丙烷，己烷在各自的正常沸点的摩尔汽化焓值 (kJ/kmol)： 18410，18774。根据下式： ， （TC表示临界温度）得时的摩尔蒸发焓 (kJ/kmol)6036，7159。则汽化带出的热量：（4）进料热量与出料及汽化带出热量之差值： 热量损失率符合设计要求。5.2.3 T0202物料和热量衡算1.物料衡算（1）T0202进口中各组分的量乙烯、丙烯、丙烷的进料量等于T0201塔顶的出料量，即：乙烯含量=丙烯含量=5598.66kg/h=133.3kmol/h丙烷含量=611.47kg/h=13.90kmol/h己烷含量=中己烷的含量+H32=214.95+116.28=331.23kmol/h 氢气含量=0.16 kg/h =0.08kmol/h氮气含量=8.67 kg/h =0.31kmol/h（2）进料各组分的摩尔分数： 公式：（i=1,2,37）由闪蒸程序(见附录)，求得 T=70.2，P=586kPa时，汽液分离系数=0.2449, 液相摩尔总量371.27kmol/h,汽相摩尔总量=120.41kmol/h。T0202塔釜液相各组分的摩尔组成：T202塔釜汽相各组分的摩尔组成：（3）液相出料中各组分的含量:乙烯含量=kmol/h=47.60kg/h丙烯含量=kmol/h=2134.86kg/h丙烷含量=己烷含量=312.87kmol/h=26906.82kg/h氢气含量=氮气含量=（4）气相中各组分的含量:乙烯含量=kmol/h=312.46kg/h丙烯含量=82.47kmol/h=3463.74kg/h丙烷含量=kmol/h =353.76kg/h己烷含量=kmol/h=1578.96kg/h氢气含量=氮气含量=kmol/h=8.40kg/h表5-7 T0202物料平衡表项目D2R4L4组分质量/kg摩尔量/kmol kg/h质量/kg摩尔量/kmol kmol/h kmol/h kmol/h kmol/h kg/h质量/kg摩尔量/kmolC2H4359.9412.86312.4611.1647.61.70C3H65598.66133.33463.74482.472134.8650.83C3H8611.4713.90353.768.04257.845.86HX28485.78331.231578.9618.3626906.822226312.87氢气0.160.080.160.00780.0040.002氮气8.670. 318.400.300.200.07总量/kmol491.68120.34371.33总量/kg35064.685717.4829347.32合计35064.6835064.802.热量衡算 （1）计算依据 选择温度为0时各组分的焓值为0kJ。（2）各物料的平均定压热容如下表5-8 所示:表5-8 T0202各物料平均定压热容表物质乙烯丙稀丙烷己烷Cp/KJ/(KmolK)070.2(g)44.59465.49675.611147.014040(l)84.38399.894105.976193.954070.2(l)87.356102.038108.212198.894（3）进料及组分溶解、液化带入的热量D2进料温度T=75.4,P=0.116MPa；带入的热量： =H32进料温度T=40,P=0.66MPa；带进的热量为：丙稀、丙烷、己烷在T=73的蒸发焓H5(kJ/kmol)：9061,9995,28756时放出的热量：（4）出料带出热量R4出料温度T=70.2，P=0.586MPa；则带出的热量： L4出料温度T=70.2,P=0.586MPa；则带出的热量： = 、=（5）进料带出的热量与出料热量之差 冷凝液带走的热量：这些热量通过换热冷却循环水带走5.2.4 V0202物料衡算1.物料衡算F4的流量等于L4和H15的混合流，F4又分为R2和R3两股流量，R2:R3=1.5:1；求得表5-9 物料分配项目乙烯丙稀丙烷己烷氢气氮气R228.561280.92154.7016624.090.00240.12R319.04853.94103.1411082.730.00160.082.各组分进料量进料量R=R1+R3+R4乙烯含量=kg/h= 501.17kmol/h丙烯含量=kg/h=1596.72kmol/h丙烷含量=kg/h=152.77kmol/h己烷含量=kg/h=270.09kmol/h氢气含量=kg/h=47.09kmol/h氮气含量=kg/h=138.43kmol/h进料各组分的摩尔分数： 由程序求得 T=9.5，P=586kPa时，汽液分离系数=0.7852,液相摩尔总量581.31kmol,汽相摩尔总量2124.96kmol。液相各组分的摩尔组成： 汽相各组分的摩尔组成：3.液相中各组分流量乙烯含量=kmol/h=474.88kg/h丙烯含量=kmol/h=11682.72kg/h丙烷含量=kmol/h =1374.56kg/h己烷含量=kmol/h=21876.68kg/h氢气含量=氮气含量=4.气相中各组分流量乙烯含量=kmol/h=13559.84kg/h丙烯含量=kmol/h=55378.58kg/h丙烷含量=kmol/h=5347.16kg/h己烷含量=kmol/h=1347.39kg/h氢气含量=氮气含量=5.物料平衡如表5-10 所示：表5-10 V0201物料平衡表项目RL1D1组分质量/kg摩尔量/kmol质量/kg摩尔量/kmol质量/kg摩尔量/kmol乙烯14032.72501.17474.8816.9613559.84484.28丙烯67062.321596.7211682.72278.1655378.581318.54丙烷6721.67152.771374.5631.245347.16121.53己烷23227.71270.0921876.68254.3893.9246.96氢气94.1847.090.240.120.3320.166氮气3876.16138.4312.60.453863.26137.97总量/kmol2706.27581.312124.95总量/kg115014. 76 35421.68 79590.15合计115014.76 115011.835.2.5 R0201物料及热量衡算1.物料衡算（1）计算依据 （2）各组分液体出料量 （3）各组分液相出料量求液相各组分出料量 45时586KPa下查得相平衡常数分别为:汽相各组分的摩尔分数：氢气的含量=kmol/h=94.02kg/h氮气的含量=kmol/h=3867.68kg/h（4）各组分进料量进料MFRR2H11+H12+新鲜进料F1-去单体回收单元乙烯含量=14032.72+28.56+2957.65-5.91=17013.02kg/h=607.61kmol/h丙烯含量=67062.32+1280.92+2167.50-23.84=70486.91kg/h=1678.26kmol/hENB含量=613.04kg/h=5.11kmol/h丙烷含量=6721.67+154.70+10.89-10.89=6876.37kg/h=156.28kmol/h己烷含量=23227.71+16624.09+1800=41651.8kg/h=484.32kmol/h氢气含量=94.18kg/h=47.09kmol/h氮气含量=3876.16+0.12=3876.28kg/h=138.44kmol/h物料平衡如表5-11所示:表5-11 R0201物料平衡表项目 MFRpR1组分质量/kg摩尔量/kmol质量/kg摩尔量/kmol质量/kg摩尔量/kmol乙烯17013.02607.61359.9412.8613701.22489.33丙烯70486.911678.265598.66133.362744.641493.92ENB613.045.1195.410.8000丙烷6876.37156.28611.4713.906264.77142.38己烷41651.80484.3231085.36361.4610566.02122.86氢气94.1847.090.160.0894.0247.01氮气3876.28138.448.670.313867.68138.13胶料- 5611.67 -总量3117.11522.682433