附录三 能量平衡计算书

中化泉州石化年产 10 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 目录 1 概述 . 1 2 能量衡算原理 . 1 3 能量衡算任务 . 1 4 系统能量衡算 . 3 4.1 异丁烯氧化工段 . 3 4.2 MAL 分离工段 . 5 4.3 氧化酯化工段 . 6 4.4 MMA 纯化工段 . 8 5 总结 . 9 中化泉州石化年产 10 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 1 1 概述 本项目拟建一套年产 10 万吨的甲基丙烯酸甲酯的装置，在全工艺段中伴随 着物料从一个体系或单元进入另一个体系或单元， 在发生质量传递的同时也伴随 着能量的消耗、释放和转化。对于新设计的装置，可以由此确定设备的热负荷。 再根据设备的热负荷大小、所处理物料的性质及工艺要求选择恰当的设备。通过 下述能量衡算，可以为后续设计工作中提高热量的利用率，降低能耗提供主要依 据。 2 能量衡算原理 系统的能量衡算能量守恒为理论基础，研究某一系统内各类型的能量的变 化，即： 输入系统的能量=输出系统的能量+系统积累的能量 对于连续系统，有： 注： 设备的热负荷； 输入系统的机械能； 离开设备的各物料焓之和； 进入设备的各物料焓之和。 本项目的能量衡算以单元设备为对象，计算由机械能转换、化学反应释放能 量和单纯的物理变化带来的热量变化。 3 能量衡算任务 中化泉州石化年产 10 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 2 （1）确定流程中机械所需的功率，为设备设计和选型提供依据。 （2）确定精馏各单元操作中所需的热量或冷量及传递速率，确定加热蒸汽和 冷却剂的用量，为后续换热和公用工程的设计做准备。 （3）确定反应过程中的热交换量，指导反应器的设计和选型。 （4）最终计算出所需的能量和费用，判定工艺过程的经济性。 中化泉州石化年产 10 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 3 4 系统能量衡算 4.1 异丁烯氧化工段 图图 4-1 异丁烯氧化工段工艺流程图异丁烯氧化工段工艺流程图 表表 4-1 异丁烯异丁烯氧化反应器氧化反应器进口压缩机进口压缩机 CP0101 能量衡算表能量衡算表 In Out Stream ID M11-CP11 CP11-H11 Temperature 25 123.5 Pressure bar 1 2.7 Vapor Frac 1 1 Mole Flow kmol/hr 1160 1160 Mass Flow kg/hr 37827.6 37827.6 Volume Flow l/min 479257.381 236134.564 Enthalpy Gcal/hr -0.653 0.405 H(Gcal/hr) -0.653 0.405 Q(Gcal/hr) 0.00 W(Gcal/hr) 1.058 Total(Gcal/hr) 0.405 0.405 表表 4-2 异丁烯氧化反应器异丁烯氧化反应器 R0101 能量衡算表能量衡算表 In Out Stream ID H11-R11 R11-CP12 Temperature 250 330 中化泉州石化年产 10 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 4 Pressure bar 2.7 2.7 Vapor Frac 1 1 Mole Flow kmol/hr 1160 1163.439 Mass Flow kg/hr 37827.6 37827.6 Volume Flow l/min 311455.828 360148.044 Enthalpy Gcal/hr 1.892 -11.573 H(Gcal/hr) 1.892 -11.573 Q(Gcal/hr) 0.00 W(Gcal/hr) -13.465 Total(Gcal/hr) -11.573 -11.573 表表 4-3 异丁烯氧化反应器出口压缩机异丁烯氧化反应器出口压缩机 CP0102 能量衡算表能量衡算表 In Out Stream ID R11-CP12 CP12-H11 Temperature 330 422.7 Pressure bar 2.7 5 Vapor Frac 1 1 Mole Flow kmol/hr 1163.439 1163.439 Mass Flow kg/hr 37827.6 37827.6 Volume Flow l/min 360148.044 224368.154 Enthalpy Gcal/hr -11.573 -10.315 H(Gcal/hr) -11.573 -10.315 Q(Gcal/hr) 0.00 W(Gcal/hr) 1.258 Total(Gcal/hr) -10.315 -10.315 中化泉州石化年产 10 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 5 4.2 MAL分离工段 图图 4-2 MAL 分离工段流程图分离工段流程图 表表 4-4 急冷塔急冷塔 C0201 能量衡算表能量衡算表 In Out Stream ID H21-C21 H22-C21 C21-R21 C21-V21 Temperature 30 0 0.1 15.4 Pressure bar 5 5 4.8 4.811 Vapor Frac 0.748 0 1 0 Mole Flow kmol/hr 1163.439 1986.521 831.676 2318.284 Mass Flow kg/hr 37827.6 36345.556 23582.048 50591.108 Volume Flow l/min 73363.55 595.805 65613.208 881.94 Enthalpy Gcal/hr -17.747 -137.041 -1.221 -153.568 H(Gcal/hr) -154.79 -154.79 Q(Gcal/hr) 0.00 W(Gcal/hr) 0.00 Total(Gcal/hr) -154.79 -154.79 中化泉州石化年产 10 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 6 表表 4-5 MAL 精馏塔精馏塔 C0202 能量衡算表能量衡算表 In Out Stream ID P22-C22 WG22 MAL C22-P22 Temperature 15.9 30 30 102.7 Pressure bar 5.1 1.1 1.1 1.11 Vapor Frac 0 1 0 0 Mole Flow kmol/hr 2418.152 14.187 270.813 2133.152 Mass Flow kg/hr 53791.108 518.655 14145.848 39126.605 Volume Flow l/min 949.786 5417.737 287.841 713.873 Enthalpy Gcal/hr -159.254 -0.246 -12.181 -143.231 H(Gcal/hr) -159.254 -155.658 Q(Gcal/hr) 3.596 W(Gcal/hr) 0.00 Total(Gcal/hr) -155.658 -155.658 4.3 氧化酯化工段 图图 4-3 氧化酯化工艺流程氧化酯化工艺流程 表表 4-6 氧化酯化反应器氧化酯化反应器 R0301 能量衡算表能量衡算表 In Out Stream ID M31-R31 R31-M32 R31-F31 Temperature 42.5 90 90 Pressure bar 1.1 3 3 Vapor Frac 0.039 1 0 中化泉州石化年产 10 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 7 Mole Flow kmol/hr 4232.773 114.339 4051.811 Mass Flow kg/hr 144081.016 3949.448 140131.568 Volume Flow l/min 69329.085 19179.42 3195.616 Enthalpy Gcal/hr -231.25 -4.997 -232.666 H(Gcal/hr) -231.25 -237.662 Q(Gcal/hr) -6.412 W(Gcal/hr) 0.00 Total(Gcal/hr) -237.662 -237.662 表表 4-7 闪蒸罐闪蒸罐 F0301 能量衡算表能量衡算表 In Out Stream ID R31-F31 WG31 F31-M32 Temperature 90 20 20 Pressure bar 3 1.1 1.1 Vapor Frac 1 1 0 Mole Flow kmol/hr 114.339 20.233 94.106 Mass Flow kg/hr 3949.448 732.9742 3216.474 Volume Flow l/min 19179.42 7471.791 66.163 Enthalpy Gcal/hr -4.997 -0.459 -5.453 H(Gcal/hr) -4.997 -5.912 Q(Gcal/hr) -0.915 W(Gcal/hr) 0.00 Total(Gcal/hr) -5.912 -5.912 表表 4-8 甲醇回收塔甲醇回收塔 C0301 能量衡算表能量衡算表 In Out Stream ID R31-F31 WG31 F31-M32 Temperature 30 56.2 83.9 Pressure bar 2 1.2 1.3 Vapor Frac 0 0 0 Mole Flow kmol/hr 4145.92 3702.306 443.613 Mass Flow kg/hr 143348.072 122353.93 20994.143 Volume Flow l/min 2952.661 2686.16 409.759 Enthalpy Gcal/hr -244.63 -209.768 -31.71 H(Gcal/hr) -244.63 -241.48 Qc(Gcal/hr) 130.14 QH(Gcal/hr) -126.99 W(Gcal/hr) 0.00 Total(Gcal/hr) -241.48 -241.48 中化泉州石化年产 10 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 8 4.4 MMA纯化工段 图图 4-4 MMA 纯化工段工艺流程图纯化工段工艺流程图 表表 4-9 水回收塔水回收塔 C0401 能量衡算表能量衡算表 In Out Stream ID P42 RECOV-2 C41-FS41 Temperature 50 76.5 102.3 Pressure bar 1.216 1.1 1.1 Vapor Frac 0 0 0 Mole Flow kmol/hr 930.235 241.861 688.374 Mass Flow kg/hr 19070.771 6667.564 12403.206 Volume Flow l/min 347.451 139.092 225.716 Enthalpy Gcal/hr -61.849 -15.024 -46.001 H(Gcal/hr) -61.85 -61.02 QC(Gcal/hr) -6.97 QR(Gcal/hr) 7.79 W(Gcal/hr) 0.00 Total(Gcal/hr) -61.02 -61.02 表表 4-10 MMA 纯化塔纯化塔 C0402 能量衡算表能量衡算表 In Out Stream ID P42-C42 C42-FS41 C42-H42 中化泉州石化年产 10 万吨甲基丙烯酸甲酯项目 9 Temperature 50 92.5 105.8 Pressure bar 1.216 1.2 1.2 Vapor Frac 0 1 0 Mole Flow kmol/hr 766.736 636.391 130.345 Mass Flow kg/hr 55146.426 42097.779 13048.647 Volume Flow l/min 1014.662 2687