10 2-附录2-能量衡算

中石化四川维尼纶厂年产33万吨醋酸乙烯工艺项目能量衡算广东石油化工学院 酯为烯炔团队队员：陈洪派、刘培锋、柯焘友、庄卓铭、庄佳璇指导教师：陈辉、黄燕青2019“东华科技-恒逸石化杯”第十三届全国大学生化工设计竞赛中石化四川维尼纶厂年产33万吨醋酸乙烯工艺项目能量衡算参赛学校： 广东石油化工学院 参赛团队： 酯为烯炔团队 参赛队员： 陈洪派、刘培锋、柯焘友 庄卓铭、庄佳璇 指导老师： 陈辉、黄燕青 完成时间： 2019.3-2019.7 中石化四川维尼纶厂33万吨/年醋酸乙烯工艺项目能量衡算目录第1章能量衡算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21.5.1.醋酸乙烯合成工段31.5.2.醋酸乙烯精制工段8广东石油化工学院I酯为烯炔团队第1章 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，也将能量衡算分为两个工段， 即醋酸乙烯合成工段、醋酸乙烯精制工段。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7200h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醋酸乙烯合成工段、醋酸乙烯精制工段。1.5.1. 醋酸乙烯合成工段醋酸乙烯合成工段主要有醋酸蒸发塔T0104、VAC合成反应器R0101、脱气塔T0101、冷凝塔T0102、乙炔脱水塔T0103等。1.5.1.1. 醋酸蒸发塔T0104表 11醋酸蒸发塔T0104热量衡算项目单位INOUT0101010201030104Temperature2579.5139126.30267.5084Pressurebar1.51.61.31.3Mass Vapor Frac0101Mass Liquid Frac1010Mole Flowskmol/hr7765519.0356290.03Mass Flowskg/hr46390.6145727300.271191817Volume Flowcum/hr43.2941011420.321839137043Enthalpy FlowGcal/hr-84.52297.27-0.54217.58HGcal/hr212.75217.03表 12 醋酸蒸发塔T0104热负荷D Heat duty/ Gcal/hrB Heat duty /Gcal/hrHeat duty /Gcal/hr04.284.28表 13 醋酸蒸发塔T0104热量平衡计算一览表Q /Gcal/hrHin /Gcal/hrHout /Gcal/hrError4.28212.75217.030广东石油化工学院16酯为烯炔团队1.5.1.2. VAC合成反应器R0101表 14 VAC合成反应器R0101热量平衡项目单位INOUT01080109Temperature180180Pressurebar1.31.3Mass Vapor Frac11Mass Liquid Frac00Mole Flowskmol/hr6310.575770.03Mass Flowskg/hr192672192672Volume Flowcum/hr182892167226Enthalpy FlowGcal/hr225.43211.046HGcal/hr225.43211.046表 15 VAC合成反应器R0101热负荷表Heat Duty /Gcal/hr-14.384表 16 VAC合成反应器R0101热量平衡计算一览表Q /Gcal/hrHin /Gcal/hrHout /Gcal/hrError-14.384225.43211.04601.5.1.3. 脱气塔T0101表 17 脱气塔T0101热量平衡项目单位INOUT01140134013701150116Temperature346.363.6929.2233.65Pressurebar1.31451.21.3Mass Vapor Frac0.9060010Mass Liquid Frac0.0941101Mole Flowskmol/hr5770.03147.751275.1235531.04661.878Mass Flowskg/hr1926738902.7718429.817453145474.6Volume Flowcum/hr1073648.5576519.481911587445.907Enthalpy FlowGcal/hr197.881-14.1495-19.5508227.206-63.0248HGcal/hr164.1807164.1807表 18脱气塔T0101热负荷D Heat duty/ Gcal/hrB Heat duty /Gcal/hrHeat duty /Gcal/hr000表 19脱气塔T0101热量平衡计算一览表Q /Gcal/hrHin /Gcal/hrHout /Gcal/hrError0164.1807164.180701.5.1.4. 冷凝塔T0102表 110 冷凝塔T0102热量平衡项目单位INOUT0118012001210122Temperature2.52.57.85323.60465Pressurebar443.73.9Mass Vapor Frac0.750843100Mass Liquid Frac0.2491567011Mole Flowskmol/hr661.855531.044817.271375.62Mass Flowskg/hr45472.617453112785592148.9Volume Flowcum/hr44.100828284.830418.597.3977Enthalpy FlowGcal/hr-63.5688221.114255.303-97.7578HGcal/hr157.5452157.5452表 111冷凝塔T0102热负荷D Heat duty/ Gcal/hrB Heat duty /Gcal/hrHeat duty /Gcal/hr000表 112冷凝塔T0102热量平衡计算一览表Q /Gcal/hrHin /Gcal/hrHout /Gcal/hrError0157.5452157.545201.5.1.5. 乙炔脱水塔T0103表 113 乙炔脱水塔T0103热量平衡项目单位INOUT01270129013301300131Temperature6206.358567.447666.10658Pressurebar3241.62Mass Vapor Frac10010Mass Liquid Frac01101Mole Flowskmol/hr5817.27139.987147.7515809.5295.502Mass Flowskg/hr1538938406.578902.7515339617805.5Volume Flowcum/hr45005.27.791878.5576384709.217.1101Enthalpy FlowGcal/hr309.518-15.2973-14.1495308.372-28.3006HGcal/hr280.0712280.0712表 114 乙炔脱水塔T0103热负荷D Heat duty/ Gcal/hrB Heat duty /Gcal/hrHeat duty /Gcal/hr000表 115 乙炔脱水塔T0103热量平衡计算一览表Q /Gcal/hrHin /Gcal/hrHout /Gcal/hrError0280.0712280.071201.5.2. 醋酸乙烯精制工段醋酸乙烯精制工段能量衡算主要有脱气塔、第一洗涤塔、第二洗涤塔、粗分塔、乙醛萃取塔、乙醛精馏塔、醋酸乙烯精馏高压塔、醋酸乙烯精馏低压塔、醋酸精馏塔等。1.5.2.1. 脱气塔T0201表 116脱气塔 T0201热量平衡项目单位INOUT0128020702010202Temperature3.6949817.509350.76799.4832Pressurebar541.251.7Mass Vapor Frac0010Mass Liquid Frac1101Mole Flowskmol/hr1100.4931792.934202473.43Mass Flowskg/hr73719.112454018920.6179339Volume Flowcum/hr77.9276125.6549048.99200.895Enthalpy FlowGcal/hr-78.2033-162.2850.935491-232.744HGcal/hr-240.4883-231.8085表 117脱气塔 T0201热负荷D Heat duty /Gcal/hrB Heat duty /Gcal/hrHeat duty /Gcal/hr-0.68529.36508.6798表 118 脱气塔T0201热量平衡计算一览表Q /Gcal/hrHin /Gcal/hrHout /Gcal/hrError8.6798-240.4883-231.808501.5.2.2. 第一洗涤塔T0202表 119 第一洗涤塔T0202热量平衡项目单位INOUT02040205023202060208Temperature2620.061017.289124.0545Pressurebar41.541.351.2Mass Vapor Frac0.359180001Mass Liquid Frac0.640821110Mole Flowskmol/hr4202001347.411792.93174.475Mass Flowskg/hr18920.612010.598249.51245404640.17Volume Flowcum/hr150211.133196.4822125.6183592.81Enthalpy FlowGcal/hr-0.572343-21.8551-130.815-162.2969.05328HGcal/hr-153.243-153.243表 120 第一洗涤塔T0202热负荷D Heat duty/ Gcal/hrB Heat duty /Gcal/hrHeat duty /Gcal/hr000表 121 第一洗涤塔T0202热量平衡计算一览表Q /Gcal/hrHin /Gcal/hrHout /Gcal/hrError0-153.243-153.24301.5.2.3. 第二洗涤塔T0203表 122 第二洗涤塔T0203热量平衡项目单位INOUT0209021002110212Temperature41.492523.663326.2108Pressurebar1.51.31.061.31Mass Vapor Frac1010Mass Liquid Frac0101Mole Flowskmol/hr174.47514176.05612.4185Mass Flowskg/hr4640.17252.2144548.2344.185Volume Flowcum/hr3042.860.2537474098.790.357576Enthalpy FlowGcal/hr9.08587-0.9556719.04605-0.915854HGcal/hr8.13028.1302表 123 第二洗涤塔T0203热负荷D Heat duty/ Gcal/hrB Heat duty /Gcal/hrHeat duty /Gcal/hr000表 124 第二洗涤塔T0203热量平衡计算一览表Q /Gcal/hrHin /Gcal/hrHout /Gcal/hrError08.13028.130201.5.2.4. 粗分塔T0204表 125 粗分塔T0204热量平衡项目单位INOUT0213022102140215Temperature99.73799.8635253.68798.6529Pressurebar551.151.6Mass Vapor Frac0000Mass Liquid Frac1111Mole Flowskmol/hr2473.431980.82004.412449.83Mass Flowskg/hr179339147318148022178635Volume Flowcum/hr200.982157.656169.087199.628Enthalpy FlowGcal/hr-232.724-152.184-150.264-231.426HGcal/hr-384.91-381.69表 126 粗分塔T0204热负荷D Heat duty /Gcal/hrB Heat duty /Gcal/hrHeat duty /Gcal/hr-72.4975.713.22表 127 粗分塔T0204热量平衡计算一览表Q /Gcal/hrHin /Gcal/hrHout /Gcal/hrError3.22-384.91-381.6901.5.2.5. 乙醛萃取塔T0205表 128 乙醛萃取塔T0205热量平衡项目单位INOUT0217021802190220Temperature669.614Pressurebar51.151.11.1Mass Vapor Frac0000Mass Liquid Frac1111Mole Flowskmol/hr2004.411511980.8174.603Mass Flowskg/hr1480222720.311473183424.03Volume Flowcum/hr157.5922.68778157.5983.51514Enthalpy FlowGcal/hr-154-10-152-12HGcal/hr-164-164表 129 乙醛萃取塔T0205热负荷D Heat duty /Gcal/hrB Heat duty /Gcal/hrHeat duty /Gcal/hr000表 130 乙醛萃取塔T0205热量平衡计算一览表Q /Gcal/hrHin /Gcal/hrHout /Gcal/hrError0-164-16401.5.2.6. 乙醛精馏塔T0206表 131 乙醛萃取塔T0206热量平衡项目单位INOUT02220226022302240225Temperature14.23443.0151411.6581104.47759.8205Pressurebar51.174291.061.211.17429Mass Vapor Frac00000Mass Liquid Frac11111Mole Flowskmol/hr174.60314.14527.68605165.06216Mass Flowskg/hr3424.03369.564337.2892976.83479.47Volume Flowcum/hr3.515990.3985010.4278433.260240.560166Enthalpy FlowGcal/hr-11.8191-0.962506-0.356348-11.0228-1.07021HGcal/hr-12.78-12.45表 132 乙醛萃取塔T0206热负荷D Heat duty /Gcal/hrB Heat duty /Gcal/hrHeat duty /Gcal/hr-0.400.730.33表 133乙醛萃取塔 T0206热量平衡计算一览表Q /Gcal/hrHin /Gcal/hrHout /Gcal/hrError0.33-12.78-12.4501.5.2.7. 醋酸乙烯精馏高压塔T0208-A表 134 醋酸乙烯精馏高压塔T0208-A热量平衡项目单位INOUT0233024802440245Temperature96.5353130.574130.587156.025Pressurebar5555Mass Vapor Frac0010Mass Liquid Frac1101Mole Flowskmol/hr1102.42426.502703.979824.947Mass Flowskg/hr8038636715.560602.256499.3Volume Flowcum/hr89.511447.5614288.3368.1643Enthalpy FlowGcal/hr-107.404-33.8002-51.1354-83.1491HGcal/hr-141.21-134.29表 135 醋酸乙烯精馏高压塔T0208-A热负荷D Heat duty /Gcal/hrB Heat duty /Gcal/hrHeat duty /Gcal/hr06.926.92表 136 醋酸乙烯精馏高压塔T0208-A热量平衡计算一览表Q /Gcal/hrHin /Gcal/hrHout /Gcal/hrError6.92-141.21-134.2901.5.2.8. 醋酸乙烯精馏低压塔T0208-B表 137 醋酸乙烯精馏低压塔T0208-B热量平衡项目单位INOUT0245024602500251Temperature156.025121.68975.3058120.755Pressurebar51.11.11.1Mass Vapor Frac00.989600Mass Liquid Frac10.010411Mole Flowskmol/hr824.947830.971261.61394.32Mass Flowskg/hr56499.350143.822504.984138.2Volume Flowcum/hr68.164315648.426.20448