5-2附录二能量平衡计算书

京博石化年产13.5万吨甲基丙烯酸甲酯项目京博石化13.5万吨/年甲基丙烯酸甲酯项目能量平衡计算书团队名称：点化蔚蓝指导老师：汪广恒 李建伟 杨宝华团队人员：黄 洪 许争杰 张晓璐 刘枳均 王一飞目录第一章 概述2第二章 能量衡算原理3第三章 能量衡算任务4第四章 能量衡算表54.1 异丁烯氧化工段54.1.1 混合罐（V0101、V0102）54.1.2 换热器（E0101、E0102、E0103、E0104、E0105）64.1.3 塔设备（T0101-T0103）94.1.4 真空泵（P0103）104.1.5 反应器（R0101A）114.1.6 泵（P0102）124.2 MMA合成工段124.2.1 反应器（R0201）124.2.2 混合罐（V0201、V0205）134.2.2 气液分离器（V0202、V0203、V0206）144.2.3 换热器（E0201、E0202、E0203、E0204、E0205、E0208）164.2.4 塔设备（T0201-T0202）194.2.5 压缩机（C0201-C0202）204.2.6 泵（P0201-P0202）214.3 MMA精制工段224.3.1 换热器（E0301、E0306、E0307）224.3.2 塔设备（T0301-T0305）244.3.3 压缩机（C0301）264.3.4 混合罐（V0302、V0303、V0308）274.3.5 气液分离器（V0307、V0309）29第五章总结30第一章 概述本项目是是将京博石化C4合成MTBE裂解的高纯异丁烯用于生产聚合级甲基丙烯酸甲酯，而专门设计的一套年产13.5万吨甲基丙烯酸甲酯的装置。本项目使得C4资源得到了合理化利用。本项目工艺分为三个工段，分别为高纯异丁烯氧化工段，甲基丙烯酸甲酯合成工段，甲基丙烯酸甲酯精制工段，本工艺方法先通过空气氧化高纯异丁烯得到甲基丙烯醛，然后与通过甲醇为介质进行一系列单元操作后进入浆态床反应器进行气液固相反应，反应器出来的是原料气和产品的混合物，本设计采用日本旭化成公司的专利，对产品混合物进行分离，最终得到的产品甲基丙烯酸甲酯纯度达到99.94%。本项目对甲基丙烯酸甲酯的产能为13.5万吨/年。本设计团队在设计过程中利用Aspen Plus V10对全流程进行模拟，并在此基础上完成物料衡算、能量衡算，Aspen plus V10全模拟流程如图1.1所示:图1.1全流程模拟流程图第二章 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：Q+W=Hout-Hin注：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。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。第三章 能量衡算任务（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，确定加热剂和冷剂的用量，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。第四章 能量衡算表4.1 异丁烯氧化工段4.1.1 混合罐（V0101、V0102）表4-1 混合罐(V0101)热负荷表WQHeat Duty（kW）00表4-2 混合罐(V0101)物流焓变计算表inout物流编号010101020104Temperature（）20.00020.00020.000Pressure（bar）1.013251.013251.01325Vapor Frac1.0001.0001.000Mole Flow（kmol/hr）19628753071Mass Flow（kg/hr）10997.182945.993942.96Volume Flow（m/hr）4714.7369157.3673872.1Enthalpy（kW）-424.6-116.5-541.08表4-3 混合罐(V0101)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error00-541.08-541.080表4-4 混合罐(V0102)热负荷表WQHeat Duty（kW）00表4-5 混合罐(V0102)物流焓变计算表inout物流编号010501060107Temperature（）380380380Pressure（bar）1.013251.013251.01325Vapor Frac1.0001.0001.000Mole Flow（kmol/hr）19630713267.21Mass Flow（kg/hr）3530.9993942.9797480.1Volume Flow（m/hr）10504.61164589.98175105.62Enthalpy（kW）-12487.9710332.54-2155.57表4-6 混合罐(V0102)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error00-2155.43-2155.4304.1.2 换热器（E0101、E0102、E0103、E0104、E0105）表4-7 换热器(E0101)热负荷表WQHeat Duty（kW）0530.48表4-8 换热器(E0101)物流焓变计算表inout物流编号01030105Temperature（）105380Pressure（bar）1.013251.01325Vapor Frac1.0001.000Mole Flow（kmol/hr）196196Mass Flow（kg/hr）3530.994883530.99488Volume Flow（m/hr）6081.786081.78Enthalpy（kW）-13018.44-12487.97表4-9 换热器(E0101)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0530.48-13018.44-12487.97-0.04表4-10 换热器(E0102)热负荷表WQHeat Duty（kW）08083.50表4-11 换热器(E0102)物流焓变计算表inout物流编号01100106Temperature（）118.77380Pressure（bar）1.013251.01325Vapor Frac11Mole Flow（kmol/hr）30713071Mass Flow（kg/hr）93942.9693942.96Volume Flow（m/hr）98762.0898762.08Enthalpy（kW）2249.032249.03表4-12 换热器(E0102)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error08083.502249.030450310332.53153259-0.782335表4-13 换热器(E0103)热负荷表WQHeat Duty（kW）02790.10617524表4-14 换热器(E0103)物流焓变计算表inout物流编号0104010801090110Temperature（）20380300118.77Pressure（bar）1.013251.013251.013251.01325Vapor Frac1111Mole Flow（kmol/hr）30713283.13283.13071Mass Flow（kg/hr）93942.9697480.0997480.0993942.96Volume Flow（m/hr）73872.08175957.72154405.8398762.07Enthalpy（kW）-541.08-27181.94-29972.042249.03表4-15 换热器(E0103)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error02790.106175242790.106175242790.106175240表4-16 换热器(E0104)热负荷表WQHeat Duty（kW）0-2011.99表4-17 换热器(E0104)物流焓变计算表inout物流编号01140119Temperature（）96.416850Pressure（bar）1.013251.01325Vapor Frac11Mole Flow（kmol/hr）4151.4714151.47Mass Flow（kg/hr）130550.58130550.58Volume Flow（m/hr）125894.27110082.22Enthalpy（kW）-79317.68-81329.67表4-18 换热器(E0104)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0-2011.99-79317.6761239-81329.66310010.025表4-19 换热器(E0105)热负荷表WQHeat Duty（kW）0-1095.84表4-20 换热器(E0105)物流焓变计算表inout物流编号01200121Temperature（）2020Pressure（bar）1.013251.01325Vapor Frac00Mole Flow（kmol/hr）1272.942511272.94251Mass Flow（kg/hr）40790.7240790.72Volume Flow（m/hr）51.0648.30Enthalpy（kW）-84455.55-85551.39表4-21 换热器(E0105)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0-1095.84-84455.5496119-85551.38473370.0134.1.3 塔设备（T0101-T0103）表4-22 急冷塔(T0101)热负荷表WQHeat Duty（kW）00表4-23 急冷塔(T0101)物流焓变计算表inout物流编号010901180111Temperature（）30052.773.44Pressure（bar）1.013251.013251.01325Vapor Frac1.0000.0001.000Mole Flow（kmol/hr）3283.10610.963894.06Mass Flow（kg/hr）97480.112154.95109635.05Volume Flow（m/hr）154405.8312.82110746.64Enthalpy（kW）-29972.04-47995.56-77967.61表4-24 急冷塔(T0101)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error00-77967.606062-77967.6060620表4-25脱水塔(T0102)热负荷表WQHeat Duty（kW）00表4-26脱水塔(T0102)物流焓变计算表Inout物流编号0111011201130115Temperature（）73.442026.5452.68Pressure（bar）1.013251.013250.5066250.506625Vapor Frac1.0000.0001.0000.000Mole Flow（kmol/hr）3894.0613004151.471042.59Mass Flow（kg/hr）109635.0541657.76130550.620742.24Volume Flow（m/hr）110746.6452.145204182.1621.87Enthalpy（kW）-77967.61-86250.73-82313.97-81904.37表4-27 脱水塔(T0102)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error00-164218.33-164218.330表4-28 MAL吸收塔(T0103)热负荷表WQHeat Duty（kW）00表4-29 MAL吸收塔(T0103)物流焓变计算表inout物流编号0119012101220123Temperature（）50-2038.7841.15Pressure（bar）1.013251.013251.013251.01325Vapor Frac1010Mole Flow（kmol/hr）4151.471272.943996.661427.75Mass Flow（kg/hr）130550.5740790.72119477.5851863.71Volume Flow（m/hr）110082.2248.302102297.7866.17Enthalpy（kW）-81329.66-85551.38-77169.09-89711.87表4-30 MAL吸收塔(T0103)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error00-166881.048299-166881.04829904.1.4 真空泵（P0103）表4-31真空泵(P0103)热负荷表WQHeat Duty（kW）2996.291880表4-32真空泵(P0103)物流焓变计算表inout物流编号01130114Temperature（）26.5496.42Pressure（bar）0.5066251.01325Vapor Frac11Mole Flow（kmol/hr）4151.484151.48Mass Flow（kg/hr）130550.58130550.58Volume Flow（m/hr）204182.16125894.28Enthalpy（kW）-82313.97-79317.68表4-33真空泵(P0103)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error2996.291880-82313.97-79317.68-0.03644.1.5 反应器（R0101A）表4-34 反应器(R0201)热负荷表WQHeat Duty（kW）0-4100.97表4-35 反应器(R0201)物流焓变计算表inout物流编号0107A0108ATemperature（）380380Pressure（bar）1.013251.01325Vapor Frac11Mole Flow（kmol/hr）816.8015820.7762Mass Flow（kg/hr）2437024370Volume Flow（m/hr）43776.4043989.43Enthalpy（kW）-538.89-6795.49表4-36 反应器(R0201)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0-4100.97-538.892201744-4639.864036850.88385614.1.6 泵（P0102）表4-37 泵(P0102)热负荷表WQHeat Duty（kW）0.3943514110表4-38泵(P0102)物流焓变计算表inout物流编号01170118Temperature（）52.6852.70Pressure（bar）0.5066251.01325Vapor Frac11Mole Flow（kmol/hr）610.96610.96Mass Flow（kg/hr）12154.9512154.95Volume Flow（m/hr）12.814412.8148Enthalpy（kW）-47995.96-47995.56表4-39泵(P0102)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0.3943514110-47995.96-47995.56-0.44.2 MMA合成工段4.2.1 反应器（R0201）表4-40 反应器(R0201)热负荷表WQHeat Duty（kW）0-14017.32表4-41反应器(R0201)物流焓变计算表inout物流编号020602290207Temperature（）8073.0680Pressure（bar）333Liquid Frac1Mole Flow（kmol/hr）1596.74115.861634.62Mass Flow（kg/hr）57288.274533.5061821.77Volume Flow（m/hr）3863.455.7691983.612Enthalpy（kW）-86012.75-7285.19-107315.25表4-42 反应器(R0201)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0-14017.32-93297.935-107315.2510.1314.2.2 混合罐（V0201、V0205）表4-43 混合罐(V0201)热负荷表WQHeat Duty（kW）00表4-44 混合罐(V0201)物流焓变计算表inout物流编号0202020302120204Temperature（）20803076.40Pressure（bar）1.1145751.0132531.01325Vapor Frac1101Mole Flow（kmol/hr）1251427.7543.991596.73Mass Flow（kg/hr）3997518631427.5557288.27Volume Flow（m/hr）2733.4941373.56369.5545799.29Enthalpy（kW）-5.09-74633.4-182.6-74821.17表4-45 混合器(V0201)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error00-74821.1660838-74821.16608380表4-46 混合罐(V0205)热负荷表WQHeat Duty（kW）00表4-47 混合罐(V0205)物流焓变计算表inout物流编号022302250226Temperature（）63.52057.73Pressure（bar）111Vapor Frac000Mole Flow（kmol/hr）1512.31257.671769.98Mass Flow（kg/hr）57746.509690.3267436.82Volume Flow（m/hr）73.90411.6485.54Enthalpy（kW）-104272.25-17975.67-122247.92表4-48混合罐(V0205)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error00-122247.920433-122247.92043304.2.2 气液分离器（V0202、V0203、V0206）表4-49 气液分离器(V0202)热负荷表WQHeat Duty（kW）06.20363916339E-12表4-50气液分离器(V0202)物流焓变计算表inout物流编号021502160217Temperature（）202020Pressure（bar）3.039753.039753.03975Vapor Frac01Mole Flow（kmol/hr）3996.661205.352791.33Mass Flow（kg/hr）119477.5838765.8980711.69Volume Flow（m/hr）22430.09948.6022381.50Enthalpy（kW）-90439.49-79585.32-10854.18表4-51气液分离器(V0202)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error06.20363916339E-12-90439.49-90439.48885270表4-52气液分离器(V0203)热负荷表WQHeat Duty（kW）03.06585452194E-12表4-53气液分离器(V0203)物流焓变计算表inout物流编号020802090210Temperature（）303030Pressure（bar）333Vapor Frac01Mole Flow（kmol/hr）1634.621546.6587.97Mass Flow（kg/hr）61821.7758965.682855.10Volume Flow（m/hr）809.3570.28739.11Enthalpy（kW）-110818.64-110452.84-365.25表4-54气液分离器(V0203)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error03.06585452194E-12-110818.6324849-110818.0740123-5.03981823E-06表4-55 气液分离器(V0206)热负荷表WQHeat Duty（kW）0-3.34468741213E-13表4-56 气液分离器(V0206)物流焓变计算表inout物流编号022202250227Temperature（）202020Pressure（bar）111Vapor Frac01Mole Flow（kmol/hr）265.21257.677.543Mass Flow（kg/hr）9937.319690.32246.99Volume Flow（m/hr）195.4311.64183.79Enthalpy（kW）-18039.51-17975.67-63.85表4-57 气液分离器(V0206)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0-3.34468741213E-13-18039.5098995-18039.509899504.2.3 换热器（E0201、E0202、E0203、E0204、E0205、E0208）表4-52 换热器(E0201)热负荷表WQHeat Duty（kW）03415.88表4-53 换热器(E0201)物流焓变计算表inout物流编号0201021302030214Temperature（）65.74163.448079.85Pressure（bar）1.013253.039751.013253.03975Vapor Frac111Mole Flow（kmol/hr）1427.763996.671427.763996.67Mass Flow（kg/hr）51863.72119477.5851863.72119477.58Volume Flow（m/hr）30668.6047725.9241373.5638588.78Enthalpy（kW）-78049.34-72154.91-74633.45-75570.79表4-54 换热器(E0201)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error03415.88-150204.240037-150204.2400370表4-55 换热器(E0202)热负荷表WQHeat Duty（kW）011662.55表4-56 换热器(E0202)物流焓变计算表inout物流编号01230201Temperature（）41.146365.74Pressure（bar）1.013251.01325Liquid Frac1Mole Flow（kmol/hr）1427.751427.75Mass Flow（kg/hr）51863.7251863.72Volume Flow（m/hr）66.17330668.602Enthalpy（kW）-89711.88-78049.34表4-57 换热器(E0202)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error011662.55-89711.8749988-78049.3329795-0.13表4-58 换热器(E0203)热负荷表WQHeat Duty（kW）0-14868.71表4-59 换热器(E0203)物流焓变计算表inout物流编号02140215Temperature（）79.85020Pressure（bar）3.039753.03975Vapor Frac10Mole Flow（kmol/hr）3996.6643996.664Mass Flow（kg/hr）119477.58119477.58Volume Flow（m/hr）38588.78422430.098Enthalpy（kW）-75570.79-90439.49表4-60 换热器(E0203)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0-14868.71-75570.7883171-90439.48885270.165表4-61 换热器(E0204)热负荷表WQHeat Duty（kW）0-13313.03表4-62 换热器(E0204)物流焓变计算表inout物流编号02050206Temperature（）164.5880Pressure（bar）33Vapor Frac1Mole Flow（kmol/hr）1596.741596.74Mass Flow（kg/hr）57288.2757288.27Volume Flow（m/hr）19370.633863.45Enthalpy（kW）-72699.72-86012.75表4-63 换热器(E0204)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0-13313.03-72699.7139423-86012.74799670.155表4-64 换热器(E0205)热负荷表WQHeat Duty（kW）0-3503.38表4-65 换热器(E0205)物流焓变计算表inout物流编号02070208Temperature（）8030Pressure（bar）33Vapor FracMole Flow（kmol/hr）1634.621634.62Mass Flow（kg/hr）61821.76561821.765Volume Flow（m/hr）1983.612809.342Enthalpy（kW）-107315.25-110818.64表4-66 换热器(E0205)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0-3503.38-107315.2505943-110818.63248490.032表4-67 换热器(E0208)热负荷表WQHeat Duty（kW）0-2857.13548253表4-68 换热器(E0208)物流焓变计算表inout物流编号02210222Temperature（）63.520Pressure（bar）11Vapor Frac1Mole Flow（kmol/hr）265.21265.21Mass Flow（kg/hr）9937.319937.31Volume Flow（m/hr）7423.17195.432Enthalpy（kW）-15182.38-18039.51表4-69 换热器(E0208)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0-2857.13548253-15182.3744286-18039.50989950.15844.2.4 塔设备（T0201-T0202）表4-70 共沸精馏塔(T0201)热负荷表WQHeat Duty（kW）04912.7表4-71共沸精馏塔(T0201)物流焓变计算表inout物流编号0220022102230224Temperature（）28.0063.563.579.59Pressure（bar）3111Vapor Frac0101Mole Flow（kmol/hr）2046.65265.211512.31269.14Mass Flow（kg/hr）74986.769937.3157746.517302.96Volume Flow（m/hr）90.3637423.1773.918.85Enthalpy（kW）-143623.58-15182.38-104272.26-19256.25表4-72共沸精馏塔(T0201)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error04912.7-143623.576661-138710.873929-0.034表4-73 MAL回收塔(T0202)热负荷表WQHeat Duty（kW）051.47表4-74 MAL回收塔(T0202)物流焓变计算表inout物流编号022402280230Temperature（）79.5972.8199.52Pressure（bar）111Liquidr Frac111Mole Flow（kmol/hr）269.14115.87153.28Mass Flow（kg/hr）7302.9534533.502769.45Volume Flow（m/ hr）8.855.773.02Enthalpy（kW）-19256.25-7286.15-11918.68表4-75 MAL回收塔( (T0202)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error051.47-19256.2452678-19204.8164774-0.0034.2.5 压缩机（C0201-C0202）表4-76 压缩机(C0201)热负荷表WQHeat Duty（kW）5014.190表4-77压缩机(C0201)物流焓变计算表Inout物流编号01220213Temperature（）38.78163.44Pressure（bar）1.013253.03975Vapor Frac11Mole Flow（kmol/hr）3996.673996.67Mass Flow（kg/hr）119477.58119477.58Volume Flow（m/hr）102297.7847725.92Enthalpy（kW）-77169.09-72154.91表4-78压缩机(C0201)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error5014.190-77169.0922391-72154.9072901-0.065表4-79圧缩机(C0202)热负荷表WQHeat Duty（kW）2121.460表4-80圧缩机(C0202)物流焓变计算表inout物流编号02040205Temperature（）76.403893031341164.577341776206Pressure（bar）1.013253Vapor Frac11Mole Flow（kmol/hr）1596.739076366481596.73907636648Mass Flow（kg/hr）57288.265598538757288.2655985387Volume Flow（m/hr）45799.289689871519370.6249153429Enthalpy（kW）-74821.1660515434-72699.7138944153表4-81圧缩机(C0202)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error2121.460-74821.1660838-72699.7139423-0.0294.2.6 泵（P0201-P0202）表4-82 泵(P0201)热负荷表WQHeat Duty（kW）2.132021140表4-83泵(P0201)物流焓变计算表inout物流编号02180219Temperature（）2020.175Pressure（bar）1.013253Liquid Frac11Mole Flow（kmol/hr）500500Mass Flow（kg/hr）16021.0816021.08Volume Flow（m/hr）20.055520.0606Enthalpy（kW）-33172.88-33170.75表4-84泵(P0201)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error2.132021140-33172.8776015-33170.7454736-6.42700091E-05表4-85 泵(P0202)热负荷表WQHeat Duty（kW）0.9559378040表4-86泵(P0202)物流焓变计算表inout物流编号02280229Temperature（）72.873.06Pressure（bar）13Liquid Frac11Mole Flow（kmol/hr）115.862115.862Mass Flow（kg/hr）4533.504533.50Volume Flow（m/hr）5.775.77Enthalpy（kW）-7286.15-7285.19表4-87泵(P0202)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0.9559378040-7286.14267663-7285.18674878-0.0001311994354.3 MMA精制工段4.3.1 换热器（E0301、E0306、E0307）表4-88 换热器(E0301)热负荷表WQHeat Duty（kW）0-2272.51表4-89 换热器(E0301)物流焓变计算表inout物流编号03030304Temperature（）57.70851313255920Pressure（bar）1.11Liquid Frac11Mole Flow（kmol/hr）1972.6871972.687Mass Flow（kg/hr）90918.0690918.18Volume Flow（m/hr）101.3795.73Enthalpy（kW）-129873.73-132146.19表4-90 换热器(E0301)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0-2272.51-129873.725389-132146.1901730.0172表4-91 换热器(E0306)热负荷表WQHeat Duty（kW）0722.374表4-92 换热器(E0306)物流焓变计算表inout物流编号0313031503160317Temperature（）99.56131.8399.58105.66Pressure（bar）13.813.8Vapor Frac010Mole