附录3 物料平衡计算书

物料平衡计算书物料平衡计算书南京扬子石化15万吨/年乙烯法制醋酸乙烯项目 目 录第一章 总论41. 概述42. 物料衡算目的43. 物料衡算方法44. 总项目衡算55. 物料衡算任务7第二章 全装置物料衡算8第三章 分工段物料核算111. 反应工段112. 原料气和醋酸回收工段133. 二氧化碳吸收工段164. 产品精制工段18第一章 总论1. 概述本项目的目标是为南京扬子石化有限公司设计一座乙烯法生产醋酸乙烯装置。本项目使用来自扬子石化的乙烯、其合资企业的乙酸和空气为主要原料，通过乙烯法获得纯度为99.9%的乙酸乙烯酯，年产量15万吨。在已确定化学生产工艺和流程后，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。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。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3-1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。4. 总项目衡算从原料入厂到产品输出，其工艺路线可分为如下4个工段：反应工段（Reaction section）、进料气和醋酸回收工段（Feed Gas and Acetic Acid Recovery Section）、二氧化碳吸收工段（Carbon dioxide absorption section）、产品精制工段（Product Refining Section）。流程图如图所示：（图例如图1-1、图1-2所示）图1-1 流程线性图例安徽工程大学格运力行团队物料平衡计算书 20图1-2 总流程图5. 物料衡算任务对于本厂，工艺采取年开工8000 h的连续操作，其中一年内的1个月（约31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）确定醋酸乙烯的实际产量以及质量指标；（2）确定乙烯、醋酸、氧气以及工艺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。第二章 全装置物料衡算进料物流编号S101S102S103S104S105S106FL02PIFL201FL202物流来源物流去向M0101M0101M0101M0104M0102M0102M0301M0401M0201T0201温度25.0025.0025.0025.0025.0025.0070.00108.0020.0025.00压力bar9.119259.119259.119259.119259.119259.119259.72721.013251010气相分率Mole计1111000100摩尔流量kmol/hr0.1571.078E-02221.012111.693214.53512.37990.5040.10816.116200.000质量流量kg/hr6.9140.3026200.2123574.03012883.385223.0131630.4559.298949.9043603.056体积流量cum/hr0.4002.920E-02569.254301.54912.0120.2241.6673.2770.8843.625C2H4乙烯6200.212O2氧气3574.030HAC醋酸12883.385942.227VAM醋酸乙烯9.298H2O水223.0131630.4557.6773603.056CO2二氧化碳6.914N2氮气0.302C3H6O2醋酸甲酯C4H8O2醋酸乙酯CH3CHO乙醛C3H4O丙烯醛OH-氢氧根1.102E-05CO3-碳酸根HCO3-碳酸氢根KOH氢氧化钾KHCO3碳酸氢钾K2CO3碳酸钾K+钾离子H3O+氢离子1.233E-05出料物流编号S308S310AS310BS408S402DSEPOUTS402CS411AS411B物流来源V0301V0302V0302E0402V0402SUT0401CT0404T0404物流去向温度25.0040.7940.7940.00101.3320.0072.7720.9860.34压力bar9.72721.013251.013251.061251.013251.013251.013251.013251.18925气相分率Mole计001000000摩尔流量kmol/hr4.28286.0211.786438.8065.7990.867217.3000.8720.419质量流量kg/hr77.1591550.50473.2218164.515378.83362.30618707.71438.43927.602体积流量cum/hr7.767E-021.58445.7228.3580.4066.891E-0221.6974.914E-023.278E-02C2H4乙烯5.471E-028.656E-032.791O2氧气1.738E-039.250E-050.1031.659E-353.615E-106.112E-103.677E-40HAC醋酸1.730E-067.273E-054.773E-08370.411279.9481.36E-17VAM醋酸乙烯3.539E-091.169E-071.571E-075.901E-0655.77032.17718693.0644.966E-071.676H2O水77.0961549.1212.4827794.0760.1986.70E-081.289E-143.569E-10CO2二氧化碳1.816E-031.36067.5471.584E-213.469E-046.71E-265.870E-046.156E-20N2氮气4.626E-031.412E-040.2971.153E-379.998E-111.726E-101.614E-42C3H6O2醋酸甲酯7.100E-117.310E-092.132E-091.919E-045.4040.1445.593E-0314.550C4H8O2醋酸乙酯6.494E-082.018E-068.490E-077.508E-0743.11511.36314.4223.631E-141.257E-05CH3CHO乙醛3.861E-065.640E-041.418E-042.753E-029.3555.692E-0738.4107.697E-02C3H4O丙烯醛1.680E-101.556E-085.304E-092.834E-043.8098.429E-022.264E-0211.299OH-氢氧根7.619E-09CO3-碳酸根5.863E-09HCO3-碳酸氢根9.678E-03KOH氢氧化钾KHCO3碳酸氢钾K2CO3碳酸钾K+钾离子H3O+氢离子3.017E-03第三章 分工段物料核算1. 反应工段图3-1 流程图表3-1 进出物料表进料出料物流编号S101S102S103S104S105S106RS101RS102RS103S201物流来源V0301FS0203P0205E0103物流去向M0101M0101M0101M0104M0102M0102M0101M0101M0102V0201温度 25.0025.0025.0025.0025.0025.0025.0020.95123.4320.00压力bar9.119259.119259.119259.119259.119259.119259.72729.89.119258.11925气相分率Mole计1111001100.7965摩尔流量 kmol/hr0.1570.011221.012111.693214.53512.379132.1123208.715446.3864236.641质量流量kg/hr6.9140.3026200.2123574.03012883.385223.0133733.80691301.65726433.705144357.024体积流量cum/hr0.4000.029569.254301.54912.0120.224327.3677772.80628.2799907.168C2H4乙烯6200.2122188.24552586.39054777.490O2氧气3574.030246.4155916.4716162.990HAC醋酸12883.3851.203E-073.152E-0326273.88725982.328VAM醋酸乙烯5.950E-072.096E-057.570E-0518773.359H2O水223.0138.290157.066159.8174506.967CO2二氧化碳6.91410.0911896.1011975.107N2氮气0.3021280.76530745.60632026.673C3H6O2醋酸甲酯2.036E-092.772E-071.379E-0620.102C4H8O2醋酸乙酯2.257E-061.246E-041.145E-0368.900CH3CHO乙醛9.013E-051.920E-0247.894C3H4O丙烯醛3.371E-095.840E-072.089E-0615.213OH-氢氧根CO3-碳酸根HCO3-碳酸氢根KOH氢氧化钾KHCO3碳酸氢钾K2CO3碳酸钾K+钾离子H3O+氢离子2. 原料气和醋酸回收工段 图3-2 回收流程图表3-2 进出物料表进料出料物流编号S201FL201FL202RS401S206AS216BS215S214B物流来源E0103T0402T0201FS0202P0204FS0201物流去向V0201M0201T0201E0205FS0203P0205T0402E0401温度20.0020.0025.0054.8320.95122.9720.0020.00压力bar8.1192510101.013259.81.213251.013251.01325气相分率Mole计0.79650011000摩尔流量kmol/hr4236.64116.116200.0002.8383342.411446.386428.804237.996质量流量kg/hr144357.024949.9043603.056190.46995105.89326433.7058117.41919443.473体积流量cum/hr9907.1680.8843.62573.4858096.67228.2598.16120.727C2H4乙烯54777.49054777.490O2氧气6162.9905.102E-106162.9904.040E-101.079E-09HAC醋酸25982.328942.2270.1693.284E-0326273.887370.566280.158VAM醋酸乙烯18773.359152.5822.183E-057.570E-05148.68518777.351H2O水4506.9677.6773603.0567.803163.611159.8177573.445228.682CO2二氧化碳1975.1074.957E-041975.1063.884E-041.041E-03N2氮气32026.6731.266E-1032026.6739.896E-113.003E-10C3H6O2醋酸甲酯20.1021.9332.888E-071.379E-061.59320.442C4H8O2醋酸乙酯68.9002.2261.298E-041.145E-032.22468.901CH3CHO乙醛47.89424.3950.02019.79252.477C3H4O丙烯醛15.2131.3596.083E-072.089E-061.11215.461OH-氢氧根CO3-碳酸根HCO3-碳酸氢根KOH氢氧化钾KHCO3碳酸氢钾K2CO3碳酸钾K+钾离子H3O+氢离子3. 二氧化碳吸收工段图3-3 吸收工段模拟图表3-3 进出物料表进料出料物流编号S301FL02RS101S308S310AS310B物流来源FS0203V0301V0301V0302V0302物流去向T0301M0301M0101温度20.9570.0025.0025.0040.7940.79压力bar9.89.72729.72729.72721.013251.01325气相分率Mole计101001摩尔流量kmol/hr133.69690.504132.1124.28286.0211.786质量流量kg/hr3804.2361630.4553733.80677.1591550.48973.221体积流量cum/hr323.8671.667327.3677.767E-021.58445.723C2H4乙烯2191.1002188.2455.471E-028.656E-032.791O2氧气246.520246.4151.738E-039.250E-050.103HAC醋酸1.313E-041.203E-072.813E-069.140E-055.998E-08VAM醋酸乙烯8.733E-075.950E-073.539E-091.169E-071.571E-07H2O水6.5441630.4558.29077.0961549.1072.482CO2二氧化碳79.00410.0911.816E-031.36067.547N2氮气1281.0671280.7654.626E-031.412E-040.297C3H6O2醋酸甲酯1.155E-082.036E-097.101E-117.310E-092.132E-09C4H8O2醋酸乙酯5.191E-062.257E-066.494E-082.018E-068.491E-07CH3CHO乙醛7.998E-049.013E-053.861E-065.640E-041.418E-04C3H4O丙烯醛2.433E-083.371E-098.012E-111.556E-085.306E-09OH-氢氧根1.102E-057.619E-09CO3-碳酸根5.863E-09HCO3-碳酸氢根9.678E-03KOH氢氧化钾KHCO3碳酸氢钾K2CO3碳酸钾K+钾离子H3O+氢离子1.233E-053.017E-034. 产品精制工段图3-4 产品精制流程图表3-4 进出口物料表进料出料物流编号S214BS215PIS408S402DS411AS411BS402CSEPOUTRS401物流来源FS0201P0204E0402V0402T0404T0404T0401CSUT0402物流去向E0401T0402M0401E0205温度20.0020.00108.0040.00101.3320.9860.3472.7720.0054.83压力bar1.013251.013251.013251.061251.013251.013251.189251.013251.013251.01325气相分率Mole计0010000001摩尔流量kmol/hr237.996428.8040.108438.8065.7990.8720.419217.3000.8672.838质量流量kg/hr19443.4738117.4189.2988164.515378.83338.43927.60218707.71462.306190.469体积流量cum/hr20.7