6 2-附录2-能量衡算

惠州炼化年产11万吨甲基丙烯酸甲酯项目设计能量衡算惠州炼化11万吨甲基丙烯酸甲酯/年 项目设计能量衡算2广东石油化工学院烯时代2018“东华科技-陕鼓杯”第十二届全国大学生化工设计竞赛惠州炼化年产11万吨甲基丙烯酸甲酯项目设计能量衡算参赛学校： 广东石油化工学院 参赛团队： 烯时代团队 参赛队员： 黄小婵 刘洪彬 凌高业 黄健敏 林金鸿 指导老师： 陈辉、黄燕青 完成时间： 2018.3-2018.8 目录能量衡算11.1概述11.2能量衡算的意义11.3能量衡算的原则11.4能量衡算要求21.4.1工艺流程21.4.2任务21.5工段能量衡算31.5.1原料预处理工段31.5.2异丁烯催化氧化生产MMA工段81.5.3MMA精制工段121.5.4甲醇回收工段15惠州炼化年产11万吨甲基丙烯酸甲酯项目设计能量衡算能量衡算1.1概述能量衡算，根据能量守恒定律而进行的能量平衡的计算。在生产过程中，能量可能是热能、电能、机械能或其他能。在化工生产过程中，物料在不同单元间发生质量传递的同时，也伴随着能量的消耗、释放和转化。其中能量变化可以通过能量衡算确定。能量衡算是以热力学第一定律为依据，对生产过程或设备的能量平衡进行定量的计算，计算过程中要供给或移走的能量。能量是热能、电能、化学能、动能、辐射能的总称。化工生产中最常用的能量形式为热能，故化工设计中经常把能量计算称为热量计算。（1）确定传热设备的热负荷:为设计传热型设备如反应器、结晶器、塔式设备、输送设备、压缩系统、分离等设备的形式、尺寸、传热面积等，以及各种控制仪表等提供参数；（2）确定单位产品的能耗指标；（3）为非工艺专业(热工、电、给水、冷暖)的设计提供设计条件等。1.2能量衡算的意义在进行全厂热量衡算时，是以单元设备为基本单位，考虑由机械能转换、化学反应释放和单纯的物理变化带来的热量变化。最终对全工艺段进行系统级的热量平衡计算，进而用于指导节能降耗设计工作。1.3能量衡算的原则工程依据化工设计中关于热量衡算的基本思想和要求，遵循基本规范与实际工艺相结合的原则，并进行了该热量衡算书的编制。其中一个主要依据是能量平衡方程：Qin=Qout+Qi其中:Qin：输入设备热量的总和；Qout：输出设备热量的总和； Qi ：表示损失热量的总和；对于连续系统：Q+W=Hout-Hin 其中: Q：设备的热负荷；W：输入系统的机械能；Hout：离开设备的各物料焓之和；Hin：进入设备的各物料焓之和；1.4能量衡算要求1.4.1工艺流程与物料衡算相同，根据几个主要的操作单元，也将能量衡算分为四个工段， 即原料预处理工段、异丁烯生产MMA工段、MMA精制工段、甲醇回收工段。能量衡算数据以总流程模拟为准。1.4.2任务对于本厂，工艺采取年开工300天的连续操作，物料衡算的主要任务在于:确定工艺单元中物料输送机械(如泵)和其他操作机械所需要的功率， 以便于进行设备的设计和选型; 确定精馏等各个单元操作中所需要的热量或冷量以及传递速率，计算换热设备的尺寸，确定加热剂和冷却剂的消耗量，为后续设计中比如供汽、供冷、供水等专业提供设备条件;确定为保持一定反应温度所需移除或者加入的热传递速率，指导反应器的设计和选型; 提高热量内部集成度，充分利用余热，提高能量利用率，降低能耗; 最终计算出总需求能量和能量的费用，并由此确定工艺过程在经济上的可行性。1.5工段能量衡算拟建项目能量衡算工段主要有原料预处理工段、MMA产品生产工段、MMA精制工段以及甲醇回收工段。1.5.1原料预处理工段原料预处理工段主要有异丁烯水和反应器（R0101）及叔丁醇脱水催化精馏塔（T0103）等1.5.1.1异丁烯水合反应器R0101表1.5.1.1.1热量平衡ITEMINOUT01060107Temperature /41.85860Pressure /bar1717Vapor/ Frac0.10210Liquid/ Frac0.89791Total Flow /kmol/hr3543.4253406.087Total Flow /kg/hr8273882738Total Flow /cum/hr374.676100.226Enthalpy /Gcal/hr-211.5333-212.6114H /Gcal/hr-211.5333-212.6114表1.5.1.1.2热负荷表Heat Duty /Gcal/hr1.0781表1.5.1.1.3热量平衡计算一览表Q /Gcal/hrHin /Gcal/hrHout /Gcal/hrError1.0781-211.5333-212.611401.5.1.2异丁烯水合反应精馏塔T0101表1.5.1.2.1热量平衡ITEMINOut01031010801020109Temperature/6059.9957.54140.63Pressure/ bar8156.977.99Vapor/ Frac0000Liquid/ Frac1111Total Flow /kmol/hr49.9563406.087330.5313081.953Total Flow/ kg/hr9008273817826.765811.3Total Flow /cum/hr0.938100.22432.10380.888Enthalpy /Gcal/hr-3.378715-212.614756-5.074842-205.287642H /Gcal/hr-215.993-210.362表1.5.1.2.2热负荷表D Heat duty /Gcal/hrB Heat duty /Gcal/hrHeat duty/ Gcal/hr-4.41810.0495.631表1.5.1.2.3热量平衡计算一览表D Heat duty / Gcal/hrB Heat duty /Gcal/hrHeat duty /Gcal/hrError5.631-215.993-210.36201.5.1.3叔丁醇分离塔T0102表1.5.1.3.1热量平衡ITEMINOUT011001110112Temperature/140.62570.129105.654Pressure/ bar7.9900.9701.240Vapor/ Frac000Liquid /Frac111Total Flow /kmol/hr3081.953303.9982777.955Total Flow /kg/hr65811.33515750.02150061.314Total Flow /cum/hr80.88820.63854.882Enthalpy /Gcal/hr-205.287642-23.023490-185.517562H /Gcal/hr-205.288-208.541表1.5.1.3.2热负荷表D Heat duty Gcal/hrB Heat duty /Gcal/hrHeat duty/ Gcal/hr-6.4013.148-3.253表1.5.1.3.3热量平衡计算一览表D Heat duty /Gcal/hrB Heat duty /Gcal/hrHeat duty /Gcal/hrError-3.253-205.288-208.54101.5.1.4叔丁醇脱水反应精馏塔T0103表1.5.1.4.1热量平衡ITEMINOUT011301160115Temperature/70.33742.310137.216Pressure/ bar5.2904.9705.180Vapor/ Frac000Liquid /Frac111Total Flow /kmol/hr303.998181.534294.939Total Flow /kg/hr15750.021100005750.021Total Flow /cum/hr20.64517.5246.776Enthalpy /Gcal/hr-23.019418-1.847609-19.595710H /Gcal/hr-23.019-21.443表1.5.1.4.2热负荷表D Heat duty/ Gcal/hrB Heat duty/ Gcal/hrHeat duty/ Gcal/hr-1.7473.3231.576表1.5.1.4.3热量平衡计算一览表Q /Gcal/hrHin /Gcal/hrHout /Gcal/hrError1.576-23.019-21.44301.5.1.5异丁烯精制塔T0104表1.5.1.5.1热量平衡ITEMINOUT011601170118Temperature/42.3102.94915.010Pressure/ bar4.971.472.55Vapor/ Frac010Liquid /Frac101Total Flow /kmol/hr181.534174.2527.282Total Flow /kg/hr100009770230Total Flow /cum/hr17.5242601.0060.290Enthalpy /Gcal/hr-1.847609-0.806361-0.382374H /Gcal/hr-1.848-1.189表1.5.1.4.2热负荷表D Heat duty/ Gcal/hrB Heat duty/ Gcal/hrHeat duty/ Gcal/hr-2.5013.1600.659表1.5.1.4.3热量平衡计算一览表Q /Gcal/hrHin /Gcal/hrHout /Gcal/hrError0.659-1.848-1.18901.5.2异丁烯催化氧化生产MMA工段MMA生产工段能量衡算主要有异丁烯氧化反应器（R0201）、甲基丙烯醛氧化酯化反应器（R0202）等。1.5.2.1异丁烯催化氧化反应器表1.5.2.2.1热量平衡ITEMR020102070208Temperature/42.409460Pressure /bar1.0131.013Vapor/ Frac0.9921Liquid /Frac0.0080Total Flow /kmol/hr2840.2512840.251Total Flow /kg/hr83245.35283245.352Total Flow /cum/hr72871.639170900.221Enthalpy /Gcal/hr-15.4773-18.2240H /Gcal/hr-15.4773-18.2240表1.5.2.1.2热负荷Heat Duty/ Gcal/hr2.7467表1.5.2.1.3热量平衡计算一览表Q /Gcal/hrHin /Gcal/hrHout /Gcal/hrError2.7467-15.4773-18.224001.5.2.2甲基丙烯醛氧化反应器表1.5.2.2.1热量平衡ITEMR020202260301Temperature/50.242110Pressure /bar11Vapor/ Frac11Liquid /Frac00Total Flow /kmol/hr1424.0171343.673Total Flow /kg/hr48614.41148614.411Total Flow /cum/hr38084.58342668.425Enthalpy / Gcal/hr-24.2167-34.3763H /Gcal/hr-24.2167-34.3763表1.5.2.1.2热负荷Heat Duty /Gcal/hr10.1596表1.5.2.1.3热量平衡计算一览表Q /Gcal/hrHin /Gcal/hrHout /Gcal/hrError10.1596-24.2167-34.376301.5.2.3水吸收塔T0201表1.5.2.3.1热量平衡ITEMINOUT0202021102010212Temperature/251105.38049.428Pressure /bar1.0501.2300.9701.240Vapor/ Frac0110Liquid/ Frac1001TotalFlow/ kmol/hr10307.9162840.2522255.12810893.040Total Flow /kg/h35263850.031205095.321TotalFlow /cum/hr186.82973510.61753828.026214.404Enthalpy /Gcal/hr-707.264382-27.175413-1.545435-732.894361H /Gcal/hr-734.440-734.440表1.5.2.3.2热负荷D Heat duty/ Gcal/hrB Heat duty /Gcal/hrHeat duty /Gcal/hr000表1.5.2.2.3热量平衡计算一览表Q /Gcal/hrHin /Gcal/hrHout /Gcal/hrError0-734.440-734.44001.5.2.4MAL共沸精馏塔T0202表1.5.2.4.1热量平衡ITEMINOUT0219022002220223Temperature/26.39925.39225.392103.903Pressure/ bar1.240111.170Vapor/ Frac0010Liquid/ Frac1101TotalFlow / kmol/hr11265.460576.01713.98310675.460Total Flow / kg/hr217028.45124115.478435.572192477.401TotalFlow / cum/hr224.66429.411346.410210.680Enthalpy / Gcal/hr-758.974342-29.752900-0.088416-713.141106H / Gcal/hr-758.974-742.982表1.5.2.4.2热负荷D Heat duty /Gcal/hrB Heat duty /Gcal/hrHeat duty /Gcal/hr-45.37161.36315.992表1.5.2.4.3热量平衡计算一览表Q /Gcal/hrHin /Gcal/hrHout /Gcal/hrError15.992-758.974-742.98201.5.3MMA精制工段工段能量衡算主要是MMA萃取塔（T0301）以及MMA精制塔（T0303）等。1.5.3.1MMA萃取塔T0301表1.5.3.1.1热量平衡ITEMINOUT03110312031303140315Temperature /25.03950.12325.330139.40898.055Pressure/ bar44.184.364.3903.970Vapor /Frac00000Liquid /Frac11111TotalFlow/ kmol/hr5550.843574.408116.0405911.287330Total Flow /kg/hr10000026637.60710000109826.71826810.889TotalFlow /cum/hr100.61130.09715.213128.24636.302Enthalpy/ Gcal/hr-378.904535-40.641047-5.500720-387.980204-23.185561H /Gcal/hr-419.546-411.166表1.5.3.2热量负荷D Heat duty /Gcal/hrB Heat duty/ Gcal/hrHeat duty /Gcal/hr-4.24718.12713.880表1.5.3.3热量平衡计算一览表Q /Gcal/hrHin /Gcal/hrHout /Gcal/hrError13.880-419.546-411.16601.5.3.2正己烷回收塔T0302表1.5.3.2.1热量平衡ITEMINOUT031503170318Temperature/98.05549.463108.593Pressure/ bar3.9700.9701.45Vapor /Frac000Liquid /Frac111Total Flow/ kmol/hr330170160Total Flow /kg/hr26810.88910862.68415948.205Total Flow /cum/hr36.30215.98519.263Enthalpy /Gcal/hr-23.185561-9.013913-14.361688H /Gcal/hr-23.186-23.376表1.5.3.2热量负荷D Heat duty /Gcal/hrB Heat duty/ Gcal/hrHeat duty/ Gcal/hr-11.14510.955-0.190表1.5.3.3热量平衡计算一览表Q /Gcal/hrHin /Gcal/hrHout /Gcal/hrError-0.190-23.186-23.37601.5.3.3MMA精制塔T0303表1.5.3.3.1热量平衡ITEMINOut031903200321Temperature/5067.817114.577Pressure/ bar1.450.971.54Vapor/ Frac000Liquid /Frac111Total Flow /kmol/hr1605.457154.541Total Flow /kg/hr15948.305476.30515472Total Flow/ cum/hr17.7390.75118.641Enthalpy /Gcal/hr-14.8287-0.2673-14.0623H /Gcal/hr-14.8287-14.3296表1.5.3.3.2热量负荷D Heat duty/ Gcal/hrB Heat duty/ Gcal/hrHeat duty/ Gcal/hr-0.31360.81270.4991表1.5.3.3.3热量平衡计算一览表Q /Gcal/hrHin /Gcal/hrHout /Gcal/hrError0.4991-14.8287-14.329601.5.4甲醇回收工段工段能量衡算主要是高、低压甲醇回收塔（T0401、T0402）1.5.4.1甲醇高压回收塔（热泵精馏塔）T0401表1.5.4.1.1热量平衡ITEMINOUT040104110412Temperature/130.237161.250196.925972839905Pressure/ bar16.30015.97016.48Vapor/ Frac000Liquid /Frac111Total Flow /kmol/hr5911.2