8-1附录一 物料平衡计算书

物料平衡计算书附录一 塞拉尼斯（南京）分厂15万t/a醋酸乙烯生产项目 物料平衡计算书目 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31.4.3 醋酸乙烯合成工段51.4.4 醋酸乙烯粗分离工段81.4.5 醋酸乙烯精制工段121.4.6 气体处理工段171.4.7 总物料衡算221.5 总结24 太原理工大学 脂難而上团队 25/251.1 概述本生产项目主要以醋酸、乙烯、氧气为原料，通过塞拉尼斯化学公司开发的Vantage工艺合成醋酸乙烯，经过分离提纯后得到纯度为99.57%的醋酸乙烯，年产量为15.3万吨，副产精制CO2。Vantage法仍然采用固定床工艺，但是由于对催化剂的结构作重要的改进， 并且设置了尾气分离器回收尾气中的乙烯，克服传统的固定床的缺陷。所以醋酸乙烯的收率明显高于传统的固定床工艺。在确定化学生产工艺和流程后，我们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元进行物料衡算精算出主、副产品的产量，原材料的消耗量、“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。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：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由于系统中存在化学反应，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。1.4 总项目衡算从原料乙烯、醋酸、氧气入厂到产品醋酸乙烯产出，其工艺路线可分为如下五个工段：原料预处理工段、醋酸乙烯合成工段、醋酸乙烯粗分离工段、醋酸乙烯精制工段、气体处理工段。1.4.1 物料衡算任务对于本厂，工艺采取年开工8000小时的连续操作，其中一年内的760小时（约23天）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） 确定醋酸乙烯以及副产品的实际产量以及质量指标；（2） 确定乙烯、醋酸、甘油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，并指导工艺设备的选型及设计；（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0101010201030313052201120110流股信息乙烯气加补充O2的空气醋酸低浓度醋酸循环气去处理的低浓度醋酸原料混合气Temperatur 2020202016.8120185.33Pressure bar1.21.211.21.381.28Vapor Frac11000.9801续表1-2Liquid Frac00110.0210Solid Frac0000000Mole Flow kmol/hr285.079 420.471 249.480 362.036 841.587 217.222 1941.431 Mass Flow kg/hr7997.54 12474.493 14824.6014569.115 24861.299 8741.469 65985.58Volume Flow cum/hr5790.308540.271 14.160 14.590 14421.262 8.754 9268.791 Enthalpy Flow Gcal/hr3.549 -1.418 -27.424 -32.827 4.315 -19.696 -27.345 Average MW28.054 29.668 59.422 40.242 29.541 40.242 33.988 Component Mass Flow（kg/hr)O20.000 3669.550 0.000 0.000 34.373 0.000 3703.923 N20.000 8148.449 0.000 0.000 6102.290 0.000 14250.74 CO20.000 656.494 0.000 0.000 6.760 0.000 663.254 C2H47997.54 0.000 0.000 0.000 16591.615 0.000 24589.15 C2H4O20.000 0.000 14757.18 11495.487 1162.105 6897.292 20517.49 C3H8O30.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 H2O0.000 0.000 67.417 3073.628 12.587 1844.177 1309.455 VAM0.000 0.000 0.000 0.000 951.568 0.000 951.568 总计74727.045 74727.045 Component Mass FractionO20.000 0.294 0.000 0.000 0.001 0.000 0.056 N20.000 0.653 0.000 0.000 0.245 0.000 0.216 CO20.000 0.053 0.000 0.000 0.000 0.000 0.010 C2H41.000 0.000 0.000 0.000 0.667 0.000 0.373 C2H4O20.000 0.000 0.995 0.789 0.047 0.789 0.311 C3H8O30.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 H2O0.000 0.000 0.005 0.211 0.001 0.211 0.020 VAM0.000 0.000 0.000 0.000 0.038 0.000 0.014 总计11111111.4.3 醋酸乙烯合成工段图1-2 醋酸乙烯合成工段表1-3 醋酸乙烯合成工段物料衡算表进出口进口出口流股编号01100301流股信息原料混合气反应出料气Temperature 186.22 10Pressure bar87.83Vapor Frac10.59 Liquid Frac00.41 Solid Frac00Mole Flow kmol/hr1941.431 1827.253 Mass Flow kg/hr65985.577 65985.573 Volume Flow cum/hr9268.791 3264.832 Enthalpy Gcal/hr-27.345 -46.800 续表1-3Average MW33.988 36.112 Component Mass Flow（kg/hr)O23703.923 34.374 N214250.739 14250.739 CO2663.254 677.910 C2H424589.153 18178.225 C2H4O220517.485 6804.090 C3H8O30.000 0.000 H2O1309.455 5429.360 VAM951.568 20610.875 总计65985.577 65985.573 Component Mass FractionO20.056 0.001 N20.216 0.216 CO20.010 0.010 C2H40.373 0.275 C2H4O20.311 0.103 C3H8O30.000 0.000 H2O0.020 0.082 VAM0.014 0.312 总计111.4.3.1 列管式固定床反应器（以R0201为例，R0202、R0203、R0204均类似）图1-3 列管式固定床反应器（R0201）表1-4 列管式固定床反应器R0201物料衡算表进出口进口出口流股编号02020203流股信息反应进料气反应出料气Temperature 160160Pressure bar87.83Vapor Frac11Liquid Frac00Solid Frac00Mole Flow kmol/hr485.358 456.813 Mass Flow kg/hr16496.394 16496.394 Volume Flow cum/hr2184.931 2101.080 Enthalpy Gcal/hr-7.000 -9.410 Average MW33.988 36.112 Component Mass Flow（kg/hr)O2925.981 8.593 N23562.685 3562.685 CO2165.813 169.477 C2H46147.288 4544.557 C2H4O25129.371 1701.025 C3H8O30.000 0.000 H2O327.364 1357.340 VAM237.892 5152.717 总计16496.394 16496.394 Component Mass FractionO20.056 0.001 N20.216 0.216 CO20.010 0.010 C2H40.373 0.275 续表1-4C2H4O20.311 0.103 C3H8O30.000 0.000 H2O0.020 0.082 VAM0.014 0.312 总计111.4.4 醋酸乙烯粗分离工段图1-4 醋酸乙烯粗分离工段表1-5 醋酸乙烯粗分离工段物料衡算表进出口进口出口流股编号0301050503030307031003110313流股信息反应出料气醋酸贫液闪蒸气闪蒸气塔顶气粗分离液低浓度醋酸Temperatur 1023.40 8.92 8.55 46.39 46.39 20Pressure bar7.831.151111.2Vapor Frac0.59 011100Liquid Frac0.41 100011Solid Frac0000000Mole Flow kmol/hr1827.253 120.172 1114.8054.051 41.654 374.882 362.036 续表1-5Mass Flow kg/hr65985.573 7229.651 32201.91698.76 1937.363 22808.062 14569.115 Volume Flow cum/hr3264.832 7.152 5228.841 1265.971106.622 24.558 14.590 Enthalpy Flow Gcal/hr-46.800 -12.141 4.676 0.203 -1.293 -28.945 -32.827 Average MW36.112 60.161 28.886 31.429 46.511 60.841 40.242 Component Mass Flow（kg/hr)O234.374 0.004 34.112 0.257 0.008 0.000 0.000 N214250.739 1.443 14164.7785.213 2.174 0.036 0.000 CO2677.910 1.241 596.557 52.081 25.081 5.431 0.000 C2H418178.225 30.273 16244.91299.73547.599 116.272 0.000 C2H4O26804.090 5283.090 8.666 3.535 1.577 577.914 11495.487 C3H8O30.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 H2O5429.360 200.737 44.200 9.871 128.766 2373.633 3073.628 VAM20610.875 1712.863 1108.73248.075 1232.157 19734.776 0.000 总计73215.224 73215.224 Component Mass FractionO20.001 0.000 0.001 0.000 0.000 0.000 0.000 N20.216 0.000 0.440 0.050 0.001 0.000 0.000 CO20.010 0.000 0.019 0.031 0.013 0.000 0.000 C2H40.275 0.004 0.504 0.765 0.283 0.005 0.000 C2H4O20.103 0.731 0.000 0.002 0.001 0.025 0.789 C3H8O30.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 H2O0.082 0.028 0.001 0.006 0.066 0.104 0.211 VAM0.312 0.237 0.034 0.146 0.636 0.865 0.000 总计1 1 1 1 1 1 1 1.4.4.1 醋酸乙烯粗分离塔（T0303）图1-5 醋酸乙烯粗分离塔（T0303）表1-6 醋酸乙烯粗分离塔塔物料衡算表进出口进口出口流股编号0309031003110312流股信息粗分离进料液塔顶气粗分离液低浓度醋酸Temperature 8.56 46.39 46.39 112.91 Pressure bar1.2111.2Vapor Frac0100Liquid Frac1011Solid Frac0000Mole Flow kmol/hr778.572 41.654 374.882 362.036 Mass Flow kg/hr39314.539 1937.363 22808.062 14569.115 Volume Flow cum/hr39.911 1106.622 24.558 16.434 Enthalpy Gcal/hr-63.820 -1.293 -28.945 -32.066 Average MW50.496 46.511 60.841 40.242 续表1-6Component Mass Flow（kg/hr)O20.008 0.008 0.000 0.000 N22.210 2.174 0.036 0.000 CO230.512 25.081 5.431 0.000 C2H4663.871 547.599 116.272 0.000 C2H4O212074.978 1.577 577.914 11495.487 C3H8O30.000 0.000 0.000 0.000 H2O5576.027 128.766 2373.633 3073.628 VAM20966.933 1232.157 19734.776 0.000 总计39314.539 39314.539 Component Mass FractionO20.000 0.000 0.000 0.000 N20.000 0.001 0.000 0.000 CO20.001 0.013 0.000 0.000 C2H40.0170.2830.005 0.000 C2H4O20.307 0.001 0.025 0.789 C3H8O30.000 0.000 0.000 0.000 H2O0.142 0.066 0.104 0.211 VAM0.533 0.636 0.865 0.000 总计11111.4.5 醋酸乙烯精制工段图1-6 醋酸乙烯精制工段表1-7 醋酸乙烯精制工段物料衡算表进出口进口出口流股编号0401031104150405040704100415流股信息补充甘油粗分离液低压蒸汽冷凝水塔顶气合格产品VAM废水低压蒸汽Temperatur 2046.39 12544.92 2030125Pressure bar1.112.32 1112.32 Vapor Frac0001000Liquid Frac1110111Solid Frac0000000Mole Flow kmol/hr5.000 374.882 1831.778 4.600 225.400 149.885 1831.778 Mass Flow kg/hr460.4722808.062 33000.00 225.208 19160.923882.537 33000.000 Volume Flow cum/hr0.365 24.558 37.057 121.647 20.584 3.841 37.057 Enthalpy Gcal/hr-0.809 -28.945 -121.670 -0.102 -18.810 -11.167 -121.670 Average MW92.095 60.841 18.015 48.958 85.009 25.904 18.015 续表1-7Component Mass Flow（kg/hr)O20.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 N20.000 0.036 0.000 0.035 0.001 0.000 0.000 CO20.000 5.431 0.000 3.596 1.835 0.000 0.000 C2H40.000 116.272 0.000 77.623 38.647 0.002 0.000 C2H4O20.000 577.914 0.000 0.000 0.002 577.916 0.000 C3H8O3460.470.000 0.000 0.000 3.389 457.282 0.000 H2O0.000 2373.633 33000.000 1.777 42.972 2328.900 33000.000 VAM0.000 19734.776 0.000 142.177 19074.07518.437 0.000 总计56268.535 56268.664 Component Mass FractionO20.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 N20.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 CO20.000 0.000 0.000 0.016 0.000 0.000 0.000 C2H40.000 0.005 0.000 0.345 0.002 0.000 0.000 C2H4O20.000 0.025 0.000 0.000 0.000 0.149 0.000 C3H8O31.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.118 0.000 H2O0.000 0.104 1.000 0.008 0.002 0.600 1.000 VAM0.000 0.865 0.000 0.631 0.995 0.134 0.000 总计11111111.4.5.1 醋酸乙烯精制塔（T0401）图1-7 醋酸乙烯精制塔（T0401）表1-8 醋酸乙烯精制塔物料衡算表进出口进口出口流股编号04030404040504060408流股信息甘油粗分离液塔顶气产品VAM甘油贫液Temperatur 20.01 46.40 44.92 44.92 234.11 Pressure bar1.21.2111.2Vapor Frac00100Liquid Frac11011Solid Frac00000Mole Flow kmol/hr1520.499 374.882 4.600 225.400 1665.384 Mass Flow kg/hr140021.999 22808.062 225.208 19160.919 143444.063 Volume Flow cum/hr111.058 24.559 121.647 21.292 140.383 Enthalpy Gcal/hr-245.894 -28.945 -0.102 -18.597 -236.426 Average MW92.089 60.841 48.958 85.009 86.133 续表1-8Component Mass Flow（kg/hr)O20.000 0.000 0.000 0.000 0.000 N20.000 0.036 0.035 0.001 0.000 CO20.000 5.431 3.596 1.835 0.000 C2H40.000 116.272 77.623 38.647 0.002 C2H4O20.017 577.914 0.000 0.002 577.933 C3H8O3140020.050 0.000 0.000 3.389 140016.859 H2O1.931 2373.633 1.777 42.972 2330.832 VAM0.000 19734.776 142.177 19074.074 518.437 总计162830.061 162830.189 Component Mass FractionO20.000 0.000 0.000 0.000 0.000 N20.000 0.000 0.000 0.000 0.000 CO20.000 0.000 0.016 0.000 0.000 C2H40.000 0.005 0.345 0.002 0.000 C2H4O20.000 0.025 0.000 0.000 0.004 C3H8O31.000 0.000 0.000 0.000 0.976 H2O0.000 0.104 0.008 0.002 0.016 VAM0.000 0.865 0.631 0.995 0.004 总计111111.4.5.2 甘油再生塔（T0402）甘油再生塔图1-8 甘油再生塔（T0402）表1-9 甘油再生塔物料衡算表进出口进口出口流股编号040804090411流股信息甘油贫液废水再生甘油Temperature 234.11 55.62 294.99 Pressure bar1.211.2Vapor Frac000Liquid Frac111Solid Frac000Mole Flow kmol/hr1665.384 149.885 1515.499 Mass Flow kg/hr143444.063 3882.537 139561.525 Volume Flow cum/hr140.383 3.953 148.162 Enthalpy Gcal/hr-236.426 -11.089 -219.231 Average MW86.133 25.904 92.089 Component Mass Flow（kg/hr)O20.000 0.000 0.000 续表1-9N20.000 0.000 0.000 CO20.000 0.000 0.000 C2H40.002 0.002 0.000 C2H4O2577.933 577.916 0.017 C3H8O3140016.859 457.282 139559.577 H2O2330.832 2328.900 1.931 VAM518.437 518.437 0.000 总计143444.063 143444.063 Component Mass FractionO20.000 0.000 0.000 N20.000 0.000 0.000 CO20.000 0.000 0.000 C2H40.000 0.000 0.000 C2H4O20.004 0.149 0.000 C3H8O30.976 0.118 1.000 H2O0.016 0.600 0.000 VAM0.004 0.134 0.000 总计1111.4.6 气体处理工段图1-9 气体处理工段（T0501）表1-10 气体处理工段物料衡算表进出口进口出口流股编号0501050305050507051005210522流股信息各工段废气醋酸醋酸贫液精制CO2醋酸废液含乙烯废气循环乙烯Temperatur 11.10 2023.40 2525.00 2016.81 Pressure bar11.21.11.11.14.951.38Vapor Frac1001010.98 Liquid Frac0110100.02 Solid Frac0000000Mole Flow kmol/hr1215.107 120.000 120.172 15.212 12.194 345.942 841.587 Mass Flow kg/hr36063.255 7130.640 7229.651 669.405 740.294 9693.250 24861.299 Volume Flow cum/hr28716.919 6.811 7.152 342.801 0.720 1703.393 14421.262 Enthalpy Flow Gcal/hr3.483 -13.191 -12.141 -1.430 -1.304 0.675 4.315 Average MW29.67959.42260.161 44.006 60.709 28.020 29.541 Component Mass Flow（kg/hr)O234.378 0.000 0.004 0.000 0.000 0.000 34.373 N214252.181 0.000 1.443 0.000 0.142 8148.305 6102.290 CO2677.316 0.000 1.241 669.314 0.001 0.000 6.760 C2H418169.849 0.000 30.273 0.091 2.925 1544.945 16591.615 C2H4O213.779 7098.213 5283.090 0.000 666.799 0.000 1162.105 C3H8O30.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 H2O184.613 32.428 200.737 0.000 3.716 0.000 12.587 VAM2731.139 0.000 1712.863 0.000 66.710 0.000 951.568 总计43193.895 43193.898 Component Mass FractionO20.0010.0000.0000.0000.0000.0000.001N20.395 0.000 0.000 0.000 0.000 0.841 0.245 CO20.019 0.000 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 续表1-10C2H40.504 0.000 0.004 0.000 0.004 0.159 0.667 C2H4O20.000 0.995 0.731 0.000 0.901 0.000 0.047 C3H8O30.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 H2O0.005 0.005 0.028 0.000 0.005 0.000 0.001 VAM0.076 0.000 0.237 0.000 0.090 0.000 0.038 总计11111111.4.6.1 醋酸乙烯吸收塔（T0501）图1-10 醋酸乙烯吸收塔（T0501）表1-11 醋酸乙烯吸收塔物料衡算表进出口进口出口流股编号0502050305040505流股信息总气体吸收液醋酸除醋酸乙烯后气体醋酸贫液Temperatur 27.09 2032.44 23.40 Pressure bar1.21.21.11.1Vapor Frac1010Liquid Frac0101续表1-11Solid Frac0000Mole Flow kmol/hr1215.107 120.000 1214.935 120.172 Mass Flow kg/hr36063.255 7130.640 35964.248 7229.651 Volume Flow cum/hr25276.846 6.811 28062.525 7.152 Enthalpy Gcal/hr3.661 -13.191 2.611 -12.141 Average MW29.679 59.422 29.602 60.161 Component Mass Flow（kg/hr)O234.378 0.000 34.374 0.004 N214252.181 0.000 14250.738 1.443 CO2677.316 0.000 676.075 1.241 C2H418169.849 0.000 18139.576 30.273 C2H4O213.779 7098.213 1828.905 5283.090 C3H8O30.000 0.000 0.000 0.000 H2O184.613 32.428 16.303 200.737 VAM2731.139 0.000 1018.277 1712.863 总计43193.895 43193.898 Component Mass FractionO20.001 0.000 0.001 0.000 N20.395 0.000 0.396 0.000 CO20.019 0.000 0.019 0.000 C2H40.504 0.000 0.504 0.004 C2H4O20.000 0.995 0.051 0.731 C3H8O30.000 0.000 0.000 0.000 H2O0.005 0.005 0.000 0.028 VAM0.076 0.000 0.028 0.237 总计11111.4.6.2 二氧化碳吸附塔（T0502）图1-11 二氧化碳吸收塔（T0503）表1-12 二氧化碳吸收塔物料衡算表进出口进口出口流股编号050605070508流股信息进料气体精制CO2吸附后废气 Temperature 252525Pressure bar1.11.11.1Vapor Frac0.99 10.99 Liquid Frac0.01 00.01 Solid Frac000Mole Flow kmol/hr1214.935 15.212 1199.723 Mass Flow kg/hr35964.248 669.405 35294.842 Volume Flow cum/hr27111.979 342.801 26762.416 Enthalpy Gcal/hr2.448 -1.430 3.876 续表1-12Average MW29.602 44.006 29.419 Component Mass Flow（kg/hr)O234.374 0.000 34.374 N214250.738 0.000 14250.738 CO2676.075 669.314 6.761 C2H418139.576 0.091 18139.485 C2H4O21828.905 0.000 1828.905 C3H8O30.000 0.000 0.000 H2O16.303 0.000 16.303 VAM1018.277 0.000 1018.277 总计35964.248 35964.248 Component Mass FractionO20.001 0.000 0.001 N20.396 0.000 0.404 CO20.019 1.000 0.000 C2H40.504 0.000 0.514 C2H4O20.051 0.000 0.052 C3H8O30.000 0.000 0.000 H2O0.000 0.000 0.000 VAM0.028 0.000 0.029