附录2能量衡算一览表-catalyst

17 | 哈尔滨理工大学Catalyst团队年产6万吨叔丁胺项目 | 能量衡算一览表目录1.能量衡算一览表11.1总述11.2 能量衡算原理11.3 能量衡算任务21.4 能量衡算21.4.1 原料预处理工段21.4.2叔丁胺生产工段91.4.3叔丁胺精制工段111.4.4 2-丁烯提纯工段161.5总结191.能量衡算一览表1.1总述本项目主要通过对碳四馏分进行高纯异丁烯提纯处理，被提纯的异丁烯与液氨为主要原料，通过催化反应工艺合成纯度为99.9%的叔丁胺，年产量为6万吨。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。其中的能量变换数量关系可以从能量衡算求得，对于新设计的车间，可以由此确定设备的能负荷。再根据设备的能负荷大小、所处理物料的性质及工艺要求选择恰当的设备。总而言之，通过下述能量衡算，可以为后续设计工作中提高能量的利用率，降低能耗提供主要依据。1.2 能量衡算原理工程依据化工设计中关于能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，进行能量衡算书的编制。其中一个主要依据是能量平衡方程：其中，表示输入设备能量的总和；表示输出设备能量的总和；表示损失能量的总和。对于连续系统：其中：设备的能负荷；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。在进行全厂能量衡算时，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能量变化。最终对全工艺段进行系统级的能量平衡计算，进而用于指导节能降耗设计工作。1.3 能量衡算任务本项目装置的能量衡算中，主要通过定量计算完成下述基本任务：确定工艺单元中物料输送机械（如泵）所需要的功率，以便于进行设备的设计和选型； 确定精馏等单元操作中所需要的能量或冷量以及传递速率，计算换能设备的尺寸，确定加能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能传递速率，指导反应器的设计和选型；提高能量内部集成度，充分利用余能，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。1.4 能量衡算1.4.1 原料预处理工段1.4.1.1 压缩机能量衡算（1）氢气压缩机表1-1 能负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）4.823680表1-2 流股焓变计算表InOut物流编号S10S11Temperature（）15.024.4Pressure（bar）78Vapor Frac1.0001.000Mole Flow（kmol/hr）45.14545.145Mass Flow（kg/hr）11293.62011293.620Volume Flow（cum/hr）903.571903.571Enthalpy（Mcal/hr）-103.817-98.994表1-3 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error4.823680-103.817-98.9940.00091.4.1.2 换能器能量衡算（1）反应精馏塔塔顶一级冷凝器表1-4 能负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）08559.09表1-5 流股焓变计算表InOut物流编号S4S5Temperature（）79.051Pressure（bar）76.9Vapor Frac1.0000.1638Mole Flow（kmol/hr）1643.091643.09Mass Flow（kg/hr）90661.290661.2Volume Flow（cum/hr）6180.391084.77Enthalpy（Mcal/hr）-7929.39-15055.6表1-6 能量平衡计算一览表W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0-7126.24-7929.39-15055.6-0.001（2）反应精馏塔塔顶二级冷凝器表1-7 能负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）0-940.948表1-8 流股焓变计算表InOut物流编号S2S6Temperature（）5130Pressure（bar）76.9Vapor Frac1.0000.2588Mole Flow（kmol/hr）244.395244.395Mass Flow（kg/hr）12083.612083.6Volume Flow（cum/hr）846.544239.606Enthalpy（Mcal/hr）-1223.4-2164.34表1-9 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0-940.948-1223.4-2164.34-0.001（3）反应精馏塔塔顶三级冷凝器表1-10 能负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）0-97.5466表1-11 流股焓变计算表InOut物流编号S1S7Temperature（）30.015.0Pressure（bar）76.95Vapor Frac1.0000.724379Mole Flow（kmol/hr）62.305462.3054Mass Flow（kg/hr）1874.111874.11Volume Flow（cum/hr）215.724154.578Enthalpy（Mcal/hr）-202.797-300.343表1-12 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0-97.5466-202.797-300.343-0.001（4）萃取精馏塔塔釜换能器表1-13 能负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）0-3119.42表1-14 流股焓变计算表InOut物流编号S18S24Temperature（）221.4165.0Pressure（bar）7.87.7Vapor Frac00Mole Flow（kmol/hr）1165.72839.000Mass Flow（kg/hr）10382013038.790Volume Flow（cum/hr）130.6811016.319Enthalpy（Mcal/hr）-58064.1-61183.5表1-15 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0-3119.42-58064.1-61183.5-0.001（5）NMP溶剂换能器表1-16 能负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）0-7642.47表1-17 流股焓变计算表InOut物流编号S21S30Temperature（）256.3110Pressure（bar）98.9Vapor Frac00Mole Flow（kmol/hr）1049.451049.45Mass Flow（kg/hr）97327.397327.3Volume Flow（cum/hr）121.483102.329Enthalpy（Mcal/hr）-55896.5-63539.1表1-18 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0-7642.47-55896.5-63539.101.4.1.3塔能量衡算（1）T0101 反应精馏塔表1-19 能负荷表WCondenserReboilerHeat Duty（Mcal/hr）008559.09表1-20 流股焓变计算表InOut物流编号C4S11TEAR1S4OTHERSTemperature（）25.024.448.379.096.8Pressure（bar）7.687.277.8Vapor Frac01010Mole Flow（kmol/hr）266.4745.141475.181643.09143.71Mass Flow（kg/hr）15000903.5782853.5190661.208096.44Volume Flow（cum/hr）25.51137.28149.506180.3915.94Enthalpy（Mcal/hr）-2692.01-98.99-14863.70-7929.39-1166.24表1-21 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error08559.09-14863.7-9095.63-2791.02注：Error为-2791.01 Mcal/hr的原因为此反应精馏塔所发生的反应为吸能反应，并非能量衡算误差。（2）T0102 萃取精馏塔表1-22 能负荷表WCondenserReboilerHeat Duty（Mcal/hr）0-166.1566657.65表1-23 流股焓变计算表InOut物流编号S19S8S16S17S18Temperature（）110.148.4-10-10221.4Pressure（bar）7.27.8777.8Vapor Frac00010Mole Flow（kmol/hr）1050.8122.97.90.18251165.7Mass Flow（kg/hr）97352.16904.5435.51.468103819.6Volume Flow（cum/hr）102.412.460.72010.5708130.7Enthalpy（Mcal/hr）-63633.1-1238.2-314.99-0.7028-58064.1表1-24 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error06491.494-64871.3-58379.80.001（3）T0103 溶剂回收塔表1-25 能负荷表WCondenserReboilerHeat Duty（Mcal/hr）0-1146.795458.93表1-26 流股焓变计算表InOut物流编号S22S20S21Temperature（）165.161.4256.3Pressure（bar）8.889Vapor Frac000Mole Flow（kmol/hr）1165.7116.31049.5Mass Flow（kg/hr）103819.66492.397327.3Volume Flow（cum/hr）121.4512.04121.48Enthalpy（Mcal/hr）-61179.08-970.36-55896.58表1-27 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error04312.14-61179.08-56866.9401.4.1.4泵能量衡算（1）反应精馏塔回流泵表1-28 能负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）0.9685620表1-29 流股焓变计算表InOut物流编号S14TEAR1Temperature（）42.348.3Pressure（bar）7.07.2Vapor Frac00Mole Flow（kmol/hr）1475.181475.18Mass Flow（kg/hr）82853.5182853.51Volume Flow（cum/hr）149.492149.499Enthalpy（Mcal/hr）-14864.67-14863.70表1-30 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0.9685620-14864.67-14863.70-0.001（2）P0102 解吸塔回流泵表1-31 能负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）0.5251910表1-32 流股焓变计算表InOut物流编号PRODUCTS8Temperature（）48.348.4Pressure（bar）77.8Vapor Frac00Mole Flow（kmol/hr）122.9122.9Mass Flow（kg/hr）6904.56904.5Volume Flow（cum/hr）12.4612.46Enthalpy（Mcal/hr）-1238.72-1238.20表1-33 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0.5251910-1238.72-1238.2001.4.2叔丁胺生产工段1.4.2.1反应器能量衡算（1）R0201 异丁烯、氨气反应器表1-34 能负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）0-382.92表1-35 流股焓变计算表InOut物流编号S69S74Temperature（）250.0250.0Pressure（bar）50.850.4Vapor Frac11Mole Flow（kmol/hr）509.43480.99Mass Flow（kg/hr）15328.1415328.14Volume Flow（cum/hr）415.12366.26Enthalpy（Mcal/hr）-3041.19-3424.11表1-36 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0-382.92-3041.19-3424.1101.4.2.2换能器能量衡算（1）原料预能器表1-37 流股焓变计算表InOut物流编号S64S65Temperature（）76.6250Pressure（bar）5150.8Vapor Frac01Mole Flow（kmol/hr）2037.72037.7Mass Flow（kg/hr）61312.661312.6Volume Flow（cum/hr）118.61552.2Enthalpy（Mcal/hr）-24483.2-12164.8表1-38 能负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）0-12318.4表1-39 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0-12318.4-24483.2-12164.8-0.0011.4.2.3泵能量衡算（1）异丁烯输送泵表1-40 能负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）27.26940表1-41 流股焓变计算表InOut物流编号S60S62Temperature（）55.260.9Pressure（bar）851Vapor Frac00Mole Flow（kmol/hr）116.27116.27Mass Flow（kg/hr）6492.346492.34Volume Flow（cum/hr）11.8412.03Enthalpy（Mcal/hr）-970.36-943.09表1-42 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error27.26940-970.36-943.0901.4.3叔丁胺精制工段1.4.3.1透平机能量衡算（1）S0301蒸汽透平机表1-43 能负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）-494.9080表1-44 流股焓变计算表InOut物流编号S75S76Temperature（）224.6210.3Pressure（bar）50.431Vapor Frac1.0001.000Mole Flow（kmol/hr）1923.961923.96Mass Flow（kg/hr）61312.5761312.57Volume Flow（cum/hr）1579.712494.62Enthalpy（Mcal/hr）-13696.42-14191.33表1-45 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error-494.9080-13696.42-14191.33-0.0011.4.3.2换能器能量衡算（1）反应出料气冷却器表1-46 能负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）0-11417.7表1-47 流股焓变计算表InOut物流编号S76S77Temperature（）210.380Pressure（bar）3130.9Vapor Frac10Mole Flow（kmol/hr）1923.961923.96Mass Flow（kg/hr）61312.5761312.57Volume Flow（cum/hr）2494.62115.77Enthalpy（Mcal/hr）-14191.33-25608.99表1-48 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0-11417.7-14191.33-25608.99-0.001（2）叔丁胺产品冷却器表1-49 能负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）0-459.711表1-50 流股焓变计算表InOut物流编号S27S28Temperature（）115.128Pressure（bar）6.96.8Vapor Frac0.036240Mole Flow（kmol/hr）112.02112.02Mass Flow（kg/hr）8190.578190.57Volume Flow（cum/hr）30.2311.96Enthalpy（Mcal/hr）-3502.48-3962.19表1-51 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0-459.711-3502.48-3962.190（3）隔壁塔塔釜出料冷却器表1-52 能负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）0-14.2259表1-53 流股焓变计算表InOut物流编号S89S23Temperature（）164.855Pressure（bar）76.9Vapor Frac0.039840.003938Mole Flow（kmol/hr）4.9424.942Mass Flow（kg/hr）90.0890.08Volume Flow（cum/hr）0.10730.1522Enthalpy（Mcal/hr）-323.05-337.27表1-54 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0-14.2259-323.05-337.27-0.0011.4.3.3塔能量衡算（1）T0301脱氨塔表1-55 能负荷表WCondenserReboilerHeat Duty（Mcal/hr）0-9370.6113522.8表1-56 流股焓变计算表InOut物流编号S77S78S79Temperature（）80.084.0161.5Pressure（bar）30.929.330Vapor Frac000Mole Flow（kmol/hr）1924.01238.2685.7Mass Flow（kg/hr）61312.5721089.3940223.19Volume Flow（cum/hr）115.7742.57138.33Enthalpy（Mcal/hr）-25608.99-17196.38-4260.43表1-57 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error04152.19-25608.99-21456.810（2）T0302 脱异丁烯塔表1-58 能负荷表WCondenserReboilerHeat Duty（Mcal/hr）0-6603.142972.26表1-59 流股焓变计算表InOut物流编号S79S80S81Temperature（）161.577.6136.6Pressure（bar）307.58Vapor Frac000Mole Flow（kmol/hr）685.7560.81124.94Mass Flow（kg/hr）40223.1931463.608759.58Volume Flow（cum/hr）138.3361.4616.04Enthalpy（Mcal/hr）-4260.43-4147.13-3744.15表1-60 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0-3630.88-4260.43-7891.280（3）T0303 叔丁胺精制塔表3-61 能负荷表WCondenserReboilerHeat Duty（Mcal/hr）0-972.579774.08表1-62 流股焓变计算表InOut物流编号S81S87S88S89Temperature（）136.664.60113.01164.77Pressure（bar）8777Vapor Frac0000Mole Flow（kmol/hr）124.948.1124.942Mass Flow（kg/hr）8759.58480.328189.1890.08Volume Flow（cum/hr）16.040.852114.050.1073Enthalpy（Mcal/hr）-3744.15-3501.91-323.05-117.60表1-63 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0-198.499-3744.15-3942.5501.4.3.4泵能量衡算（1）液氨增压泵表1-64 能负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）36.03620表1-65 流股焓变计算表InOut物流编号S78S82Temperature（）84.084.8Pressure（bar）29.351Vapor Frac00Mole Flow（kmol/hr）1238.211238.21Mass Flow（kg/hr）21089.3921089.39Volume Flow（cum/hr）42.5742.71Enthalpy（Mcal/hr）-17196.38-17160.34表1-66 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error36.03620-17196.38-17160.34-0.001（2）异丁烯增压泵表1-67 能负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）97.84010表1-68 流股焓变计算表InOut物流编号S80S83Temperature（）77.681.4Pressure（bar）7.551Vapor Frac00Mole Flow（kmol/hr）25.01425.014Mass Flow（kg/hr）560.81560.81Volume Flow（cum/hr）61.4662.24Enthalpy（Mcal/hr）-4147.13-4049.29表1-69 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error97.84010-4147.13-4049.2901.4.4 2-丁烯提纯工段1.4.4.1 压缩机能量衡算（1）C0401能泵精馏塔塔顶出料增压机表1-70能负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）415.1450表1-71 流股焓变计算表InOut物流编号COMP-INCOMP-OUTTemperature（）87.8108.6Pressure（bar）6.811.22Vapor Frac1.0001.000Mole Flow（kmol/hr）1072.001072.00Mass Flow（kg/hr）60691.8860691.88Volume Flow（cum/hr）4254.022585.63Enthalpy（Mcal/hr）-8826.32-8431.93表1-72 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error415.1450-8826.32-8431.930.00091.4.4.2 换能器能量衡算（1）反应精馏塔塔釜出料换能器表1-73 能负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）0603.305表1-74 流股焓变计算表InOut物流编号S99FEED1Temperature（）72.796.8Pressure（bar）7.87.7Vapor Frac0.19241Mole Flow（kmol/hr）143.71143.71Mass Flow（kg/hr）8096.448096.44Volume Flow（cum/hr）100.14512.33Enthalpy（Mcal/hr）-1166.24-562.94表1-75 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0603.605-1166.24-562.94-0.001（2）能泵精馏塔塔顶水冷器表1-76 能负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）0-632.459表1-77 流股焓变计算表InOut物流编号VAVEE-INCOOL-OUTTemperature（）86.485.9Pressure（bar）11.2211.12Vapor Frac0.14190Mole Flow（kmol/hr）1072.01072.0Mass Flow（kg/hr）60691.8860691.88Volume Flow（cum/hr）433.29117.81Enthalpy（Mcal/hr）-12831.86-13464.32表1-78 能量平衡计算一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0-632.459-12831.86-13464.32-0.001（3）能泵精馏塔塔釜顶水冷器表1-79 能负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）0-471.5表1-80 流股焓变计算表InOut物流编号ASSI-INCBOUTTemperature（）94.270.0Pressure（bar）7.27.1V