5-2 附录二 能量平衡计算书

金陵石化分厂年产40万吨醋酸乙烯项目附录二 能量平衡计算书18中国矿业大学（北京）NEXT团队目录1.1 概述11.2热量衡算原理11.3 热量衡算任务11.4 热量衡算21.4.1 醋酸乙烯合成工段21.4.2产品精制工段71.4.3 尾气处理工段111.4.4 醋酸精制工段121.5总结171.1 概述本项目是总厂为金陵石化的醋酸乙烯分厂项目，以总厂乙烯为原料、以醋酸乙烯优等品为产品，生产能力为年产40万吨。在已确定化学生产工艺和流程后，由定性阶段转向定量阶段。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。总之，通过下述能量衡算，可以在后续设计工作中提高热量的利用率，为降低能耗提供主要依据。1.2热量衡算原理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，进行热量衡算书的编制。其中一个主要依据是能量平衡方程：其中，表示输入设备热量的总和；表示输出设备热量的总和；表示损失热量的总和。对于连续系统：其中： Q设备的热负荷。 W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 热量衡算任务在进行醋酸乙烯合成、产品精制、尾气处理以及醋酸精制回收工段的热量衡算中，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。1.4 热量衡算1.4.1 醋酸乙烯合成工段1.4.1.1 压缩机热量衡算（1）C0104尾气压缩机表4-1 热负荷表WQHeat Duty（kW）11180.30000表4-2 流股焓变计算表InOutTemperature（）43.88 131.20 Pressure（kPag）460.00 1600.00 Vapor Frac1.00 1.00 Mole Flow（kmol/hr）9322.16 9322.16 Mass Flow（kg/hr）284478.73 284478.73 Volume Flow（cum/hr）42455.21 17784.37 Enthalpy（kW）-28689.809053872-17509.5072141172表4-3 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error11180.30 0.00 -28689.8 -17509.5 01.4.1.2 换热器热量衡算（1）E0102一级热交换器表4-4热负荷表WQHeat Duty（KW）0.0010382.2表4-5 流股焓变计算表InOutTemperature（）180.02 128.238 146.641 160.00 Pressure（kPag）750.00 850.00 750.00 850.00 Vapor Frac1.00 1.00 1.00 1.00 Mole Flow（kmol/hr）13094.5 12530.6 13094.5 12530.7 Mass Flow（kg/hr）467435 438934 467435 438934 Volume Flow（cum/hr）55902.8 40356 50892.5 44501.5 Enthalpy（KW）-313013 -233284 -323395 -222902 表4-6 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error0.00 10382.2 -546297 -546297 0.00 （2）E0103原料二级换热器表4-7 热负荷表WQHeat Duty（KW）0.00 3572.81 表4-8 流股焓变计算表InOutTemperature（）160.00 170.00 Pressure（kPag）850.00 800.00 Vapor Frac1.00 1.00 Mole Flow（kmol/hr）12530.7 12530.7 Mass Flow（kg/hr）438934 438934 Volume Flow（cum/hr）44501.5 48456.1 Enthalpy（KW）-222902 -219329 表4-9 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error0.00 3572.81 -222902 -219329 -0.016 （3）E0105产物一级冷却器表4-10 热负荷表WQHeat Duty（KW）0.00 -3595.44 表4-11 流股焓变计算表InOutTemperature（）146.641 135.00 Pressure（kPag）750.00 750.00 Vapor Frac1.00 1.00 Mole Flow（kmol/hr）13094.5 13094.5 Mass Flow（kg/hr）467435 467435 Volume Flow（cum/hr）50892.5 49155.3 Enthalpy（KW）-323395 -326991 表4-12 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error0.00 -3595.44 -323395 -326991 0.01 （4）E0104二级热交换器表4-13 热负荷表WQHeat Duty（KW）0.00 9862.21 表4-14 流股焓变计算表InOutTemperature（）54.67 135.00 122.27 120.00 Pressure（kPag）1200.00 750.00 750.00 1200.00 Vapor Frac1.00 1.00 0.94 1.00 Mole Flow（kmol/hr）10265.9 13094.5 13094.5 10265.9 Mass Flow（kg/hr）303936 467435 467435 303936 Volume Flow（cum/hr）20405.6 49155.3 44912.8 25037.1 Enthalpy（KW）36038.6 -326991 -336853 45900.6 表4-15 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error0.00 9862.21 -290952 -290952 0.00 （5）E0106产物二级冷却器表4-16 热负荷表WQHeat Duty（KW）0.00 -42378.5 表4-17 流股焓变计算表InOutTemperature（）122.27 40.00 Pressure（kPag）750.00 700.00 Vapor Frac0.94 0.71 Mole Flow（kmol/hr）13094.52 13094.51 Mass Flow（kg/hr）467434.68 467434.68 Volume Flow（cum/hr）44912.73 29385.99 Enthalpy（KW）-33683 -379231 表4-18 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error0.00 -42378.8 -336853 -379231 0.11（6）E0107压缩气体冷却器表4-19 热负荷表WQHeat Duty（KW）0.00 -8400.55 表4-20 流股焓变计算表InOutTemperature（）131.20 72.40 Pressure（kPag）1600.00 1600.00 Vapor Frac1.00 1.00 Mole Flow（kmol/hr）9322.16 9322.16 Mass Flow（kg/hr）284478.73 284478.73 Volume Flow（cum/hr）17784.37 14852.99 Enthalpy（KW）-17509.5 -25910.1 表4-21 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error0.00 -8400.55 -17509.5 -25910.1 0.31.4.1.3塔热量衡算（1）T0101醋酸蒸发塔表4-22 热负荷表WReboilerQHeat Duty（KW）0.00 25332.2 25332.2 表4-23 流股焓变计算表InOutTemperature（）40.63120.00 128.24 139.82 Pressure（kPag）1600.00 1200.00 850.00 880.00 Vapor Frac0.00 1.00 1.00 0.00 Mole Flow（kmol/hr）2269.99 10265.87 12530.7 5.24 Mass Flow（kg/hr）135300.00 303936 438936 300.00 Volume Flow（cum/hr）132.38 25037.1 40355.83 0.36 Enthalpy（KW）-305136.3545900.57-233284.07-619.49表4-24 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error0.0025332.2-259235.78-233903.56-0.10（2）T0102醋酸分离塔表4-25 热负荷表WQHeat Duty（KW）0.00 0.00 表4-26 流股焓变计算表InOutTemperature（）35.00 40.00 38.87 43.88 Pressure（kPag）600.00 700.00 460.00 460.00 Vapor Frac0.00 0.71 0.00 1.00 Mole Flow（kmol/hr）1258.19 13094.51 5030.55 9322.15 Mass Flow（kg/hr）75000.00 467434.68 257955.94 284478.73 Volume Flow（cum/hr）72.87 29385.99 279.18 42455.21 Enthalpy（KW）-169450.50 -379230.24 -519991.17 -28689.68 表4-27 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error0.00 0.00 -548681 -548681 0.00 1.4.1.4泵热量衡算（1）P0101醋酸进料泵表4-28 热负荷表WQHeat Duty（KW）60.680.00表4-29 流股焓变计算表InOutTemperature（）40.2540.63Pressure（kPag）400.001600.00Vapor Frac0.000.00Mole Flow（kmol/hr）2269.992269.99Mass Flow（kg/hr）135300.00135300.00Volume Flow（cum/hr）132.32132.38Enthalpy（KW）-305197 -305136 表4-30 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error60.680-305197.03-305136.35-0.00019884（2）P0102醋酸循环泵表4-31 热负荷表WQHeat Duty（KW）-0.014260.00表4-32 流股焓变计算表InOutTemperature（）139.8139.8Pressure（kPag）880400Vapor Frac0.000.00Mole Flow（kmol/hr）5.2365.236Mass Flow（kg/hr）300300Volume Flow（cum/hr）0.3617070.361727Enthalpy（KW）-619.488 -619.502 表4-33 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error-0.014260.00-619.488-619.5020.0000231.4.1.5反应器热量衡算（1）R0101醋酸乙烯合成反应器表4-34热负荷表WQHeat Duty（KW）0.00-93768.1表4-35 流股焓变计算表InOutTemperature（）166.493180.00Pressure（kPag）800750.00Vapor Frac11Mole Flow（kmol/hr）13421.313094.8Mass Flow（kg/hr）467434467434Volume Flow（cum/hr）51643.755901.1Enthalpy（KW）-219244-313013表4-36 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error0-93768.1-219244-3130130.31.4.2产品精制工段1.4.2.1压缩机热量衡算（1）C0201气体压缩机表4-37热负荷表WQHeat Duty（KW）1875.310.00表4-38 流股焓变计算表InOutTemperature（）10.00216.688Pressure（kPag）0.001500.00Vapor Frac1.001.00Mole Flow（kmol/hr）598.806598.806Mass Flow（kg/hr）19482.519482.5Volume Flow（cum/hr）13790.81492.01Enthalpy（KW）1065.322940.63表4-39 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error1875.3101065.322940.63-0.641.4.2.2换热器热量衡算（1）E0205醋酸乙烯冷却器表4-40热负荷表WQHeat Duty（KW）0.00920883表4-41 流股焓变计算表InOutTemperature（）25.0075.7940.0040.2Pressure（kPag）0.0010.0010.000.00Vapor Frac0.000.000.000.00Mole Flow（kmol/hr）3052.96617.497617.4973052.96Mass Flow（kg/hr）55000.0053160.553160.555000.00Volume Flow（cum/hr）55.3961.784758.603656.2221Enthalpy（KW）-242465.07-58967.4-59888.3-241544表4-42 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error0920883-301432-30143201.4.2.3泵热量衡算（1）P0207进料泵表4-43热负荷表WQHeat Duty（KW）0.1453360.00表4-44 流股焓变计算表InOutTemperature（）45.0045.00Pressure（kPag）0.005.00Vapor Frac0.000.00Mole Flow（kmol/hr）773.705773.705Mass Flow（kg/hr）62846.862846.8Volume Flow（cum/hr）69.667469.6677Enthalpy（KW）-72891.5-72891.4表4-45 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error0.1453360-7891.5-7891.401.4.2.4塔热量衡算（1）T0201初馏塔表4-46 热负荷表WReboilerCondenserHeat Duty（KW）0124104.24-108231.04表4-47 流股焓变计算表InOutTemperature（）35.7935.3735.37137.9Pressure（kPag）8050.0050.00100.00Vapor Frac0.073100Mole Flow（kmol/hr）5030.56619.194774.0753637.29Mass Flow（kg/hr）25795622540.752595182820Volume Flow（cum/hr）5394.910348.357.383209.92Enthalpy（KW）-519991-6253.94-68032.5-429832表4-48 热量平衡计算一览W（KW）Reboiler（kW）Condenser（kW）Hin（KW）Hout（KW）Error0124104.24-108231.04-519991-504118-0.03（2）T0202醋酸乙烯精制塔表4-49 热负荷表WReboilerQHeat Duty（KW）0.0019030.719030.7表4-50 流股焓变计算表InOutTemperature（）4546.067946.067975.8Pressure（kPag）50010Vapor Frac0100Mole Flow（kmol/hr）773.70514.738141.47617.497Mass Flow（kg/hr）62846.8678.0459008.3153160.5Volume Flow（cum/hr）69.6677379.0619.861.7847Enthalpy（KW）-72891.4-519.895-12530.6-58967.4表4-51 热量平衡计算一览W（KW）Reboiler（kW）Q（kW）Hin（KW）Hout（KW）Error019030.719030.7-72891.4-72017.901.4.2.5气液液分离器（1）V0202一级气液液分离器表4-52 热负荷表WQHeat Duty（KW）0.00-2159.7表4-53 流股焓变计算表InOutTemperature（）35.374543.210.0010.0010.00Pressure（kPag）50000.000.000.00Vapor Frac0.44110.000.001.00Mole Flow（kmol/hr）1393.337.544.4188.631687.767598.806Mass Flow（kg/hr）75135.61773.41615.483500.6455541.419482.5Volume Flow（cum/hr）10405.2963.21142.613.57659.18713790.8Enthalpy（KW）-74286.3-1075.49-383.046-14567.8-64402.11065.32表4-54 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error0-2159.7-75744.9-77904.60.028（2）V0203二级气液液分离罐表4-55 热负荷表WQHeat Duty（KW）0.00927.245表4-56 流股焓变计算表InOutTemperature（）10.0046.067945.0045.0045.00Pressure（kPag）0.000.000.000.000.00Vapor Frac0.000.091.000.000.00Mole Flow（kmol/hr）687.767156.20837.503932.7665773.705Mass Flow（kg/hr）55541.49686.351773.4607.55962846.8Volume Flow（cum/hr）59.187388.863963.2180.6369.6674Enthalpy（KW）-64402.1-13050.4-1075.49-2558.26-72891.5表4-57 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error0927.245-77452.5-76525.3-0.0121.4.3 尾气处理工段1.4.3.1气液分离器（1）V0302气液分离罐表4-58 热负荷表WQHeat Duty（KW）0.00-10574.2表4-59 流股焓变计算表InOutTemperature（）64.4733030Pressure（kPag）143000Vapor Frac001Mole Flow（kmol/hr）5527.623893.341634.28Mass Flow（kg/hr）16405911659947459.2Volume Flow（cum/hr）244.893122.0540350.8Enthalpy（KW）-335066-36037014730.1表4-60 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error0-10574.2-335066-3456400.031.4.3.2塔热量衡算（1）T0301 洗气塔表4-61 热负荷表WReboilerQHeat Duty（KW）0.00 00表4-62 流股焓变计算表InOutTemperature（）2540100.4142564.310319.8216Pressure（kPag）150015001500150014301400Vapor Frac001001Mole Flow（kmol/hr）2769.431030.833395.452714.885511.441684.27Mass Flow（kg/hr）4989261447.11048265000016308053085.5Volume Flow（cum/hr）5060.006297.8751.2096243.3992477.52Enthalpy（KW）-220001-131427-4832.39-211859-334348-21912.1表4-63 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error0.00 0-356560-35656001.4.4 醋酸精制工段1.4.4.1换热器热量衡算（1）E0406醋酸冷却器表4-64热负荷表WQHeat Duty（KW）0-321.273表4-65 流股焓变计算表InOutTemperature（）76.160770Pressure（kPag）-780Vapor Frac0.000.00Mole Flow（kmol/hr）1280.841280.84Mass Flow（kg/hr）71268.671268.6Volume Flow（cum/hr）73.72373.1239Enthalpy（KW）-163688-164009表4-66 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error0-321.273-163688-1640090.002（2）E0407醋酸精制塔再沸器（热泵）表4-67热负荷表WQHeat Duty（KW）0152565表4-68 流股焓变计算表InOutTemperature（）178.18120.45120.49128.31Pressure（kPag）136.799.099.09136.79Vapor Frac1.000.000.940.00Mole Flow（kmol/hr）13169.6239922399213169.6Mass Flow（kg/hr）297522.041409257.571409257.57297522.04Volume Flow（cum/hr）203689.291541.03433581.55343.71Enthalpy（KW）-942688-3115035.56-2962470.10-1095252.40表4-69 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error0152565-4057722.88-4057722.490（3）E0406醋酸精制塔冷凝器（热泵）表4-70热负荷表WQHeat Duty（KW）0-8375.24表4-71 流股焓变计算表InOutTemperature（）102.53101.94Pressure（kPag）0.000.00Vapor Frac0.060.00Mole Flow（kmol/hr）13169.5713169.57Mass Flow（kg/hr）297522.04297522.04Volume Flow（cum/hr）22317.22331.93Enthalpy（KW）-1095252.161103627.41表4-72 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error0-8375.25-1095252.16-1103627.410.007（4）E0409 精制醋酸冷却器表4-73热负荷表WQHeat Duty（KW）0-9748.76表4-74 流股焓变计算表 In OutTemperature（）120.75140Pressure（kPag）1010Vapor Frac00Mole Flow（kmol/hr）2771.082771.08Mass Flow（kg/hr）163261163261Volume Flow（cum/hr）178.527159.899Enthalpy（KW）-360378-370126表4-75 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error0-9748.76-360378-3701260.026（5）E0403 循环水换热器表4-76热负荷表WQHeat Duty（KW）0-1014.91表4-77 流股焓变计算表 In OutTemperature（）40.212625Pressure（kPag）15001500Vapor Frac00Mole Flow（kmol/hr）3436.033436.03Mass Flow（kg/hr）63281.463281.4Volume Flow（cum/hr）65.840464.8122Enthalpy（KW）-267119-268134表4-78 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error0-1014.91-267119-2681340.0261.4.4.2压缩机热量衡算（1）C0401气体压缩机表4-79热负荷表WQHeat Duty（KW）14509.30.00表4-80 流股焓变计算表InOutTemperature（）105.36178.18Pressure（kPag）0.00136.789Vapor Frac1.001.00Mole Flow（kmol/hr）13169.613169.6Mass Flow（kg/hr）297522297522Volume Flow（cum/hr）393697203689Enthalpy（KW）-957196-942687表4-81 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error14509.30-957196-942687-0.0151.4.4.3泵热量衡算（1）P0404醋酸进料泵表4-82 热负荷表WQHeat Duty（KW）0.5457820.00表4-83 流股焓变计算表InOutTemperature（）42.192242.2025Pressure（kPag）010Vapor Frac0.000.00Mole Flow（kmol/hr）4759.654759.65Mass Flow（kg/hr）136171136171Volume Flow（cum/hr）160.191144.271Enthalpy（KW）-432968-432968表4-84 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error0.5457820-432968-4329680（2）P0407循环水输送泵表4-85 热负荷表WQHeat Duty（KW）41.55970.00表8-86 流股焓变计算表InOutTemperature（）39.909540.2126Pressure（kPag）01500Vapor Frac00Mole Flow（kmol/hr）3436.033436.03Mass Flow（kg/hr）63281.463281.4Volume Flow（cum/hr）65.819465.8404Enthalpy（KW）-267161-267119表4-87 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error41.55970-267161-267119-0.0001（3）P0409醋酸进料泵表4-88 热负荷表WQHeat Duty（KW）4.717070.00表4-89 流股焓变计算表InOutTemperature（）235.024235.024Pressure（kPag）-685Vapor Frac00Mole Flow（kmol/hr）1565.471565.47Mass Flow（kg/hr）187760187760Volume Flow（cum/hr）174.483174.487Enthalpy（KW）-173177-173173表4-90 热量平衡计算一览W（KW）Q（KW）Hin（KW）Hout（KW）Error4.717070-13177-1731