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长安大学 风与天幕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宁夏长城能化年产10万吨高纯VAM项目物料衡算书设计单位长安大学设计团队风与天幕队成员姓名周慧、吴雪雪、穆原冰、王艺凡、卢楷彬指导教师叶林静、罗钰、邢建宇、周昭辉、谈震目 录1.概述42.物料衡算的目的与原理53.各工段物料衡算63.1VAM合成工段63.2乙炔气分离工段83.3副产物乙醛精制工段103.4VAM及醋酸精制工段124.总流程物料衡算145.总结171.概述本项目采用传统的VAM精制路线,以总产富余原材料乙炔和醋酸合成醋酸乙烯,未能回收循环完全的乙炔气水合制造成乙醛与生产过程中产生的乙醛一起构成副产物。胺。设计过程中利用Aspen Plus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模拟流程如图1所示。本流程主要分为四个工段,分别是VAM合成工段、乙炔气分离工段、副产物乙醛精制工段、VAM及醋酸精制工段。本场所需主要设备有反应器、气液分离器、精馏塔、泵、压缩机、换热器、蒸发器、搅拌釜等,涉及到的原料有乙炔、醋酸等等,输入整个系统的能量主要有电能、加热介质带入的能量等,输出的能量主要有冷却剂带走的能量和输出物料的焓。2.物料衡算的目的与原理工艺设计中,物料衡算是在工艺流程确定后进行的。目的是根据原料与产品之间的定量转化关系,计算原料的消耗量,各种中间产品、产品和副产品的产量,生产过程中各阶段的消耗量以及组成,进而为热量衡算、其他工艺计算及设备计算打基础。系统的物料衡算以质量守恒为理论基础,研究某一系统内进出物料量及组成的变化,即: 系统累积的质量=输入系统的质量-输出系统的质量+反应生成的质量-反应消耗的质量假设系统无泄漏,有当系统无化学反应发生时,有在稳定状态下,有3.各工段物料衡算3.1VAM合成工段表1 VAM合成工段物料衡算表项目单位进口物料出口物料C2H2CMOP-2CH3COOHP106OUTE103-OUT描述补充乙炔补充醋酸从COMP102P106E103至M107M107P101M101F101流股类型CONVENCONVENCONVENCONVENCONVEN相态VaporVaporLiquidLiquidMixed温度C2032.09898202050压力bar11.2111质量流量kg/hr5022.34314450.5210900.263787.3434160.46C2H2kg/hr5022.34314294.2306.77E-4014583.23CH3COOHkg/hr02.26E-0810878.463787.33848.268VAMkg/hr018.8816902.86E-0915523.18H2Okg/hr025.6594921.798490.03934118.03894CH3CHOkg/hr050.9339601.50E-20122.1804CROTO-01kg/hr0001.18E-052.67752CO2kg/hr060.7514501.71E-4461.64461ACETO-01kg/hr00.05778801.03E-151.2365043.2乙炔气分离工段表2 乙炔气分离工段物料衡算表项目单位进口物料出口物料E103-OUTFS101-1H2O-1E105OUTT102-WP102-OUTF103LIQ描述循环乙炔气出口从E103FS101E105T102P102F103至F101T101T102COMP102M105T103M106流股类型CONVENCONVENCONVENCONVENCONVENCONVENCONVEN相态MixedLiquidLiquidVaporLiquidLiquidLiquid温度C5020202025.9380318.638513压力bar111111.25质量流量kg/hr34160.4612010.221801.52814450.515162777.3330394.84349.5216C2H2kg/hr14583.232.15E-39014294.2307953.31144171.368464.31569CH3COOHkg/hr3848.26812010.102.26E-081225.50614632.863.67E-07VAMkg/hr15523.189.08E-09018.881691370.65249115503.130.51479H2Okg/hr18.038940.1247551801.52825.659486131495.17118.1432280.7191CH3CHOkg/hr122.18044.74E-20050.933961612.50432164.992363.749834CROTO-01kg/hr2.677523.75E-05001.02E-052.6775470CO2kg/hr61.644615.41E-44060.751445070.1710760.5147240.207296ACETO-01kg/hr1.2365043.25E-1500.0577878190.0131771.1506160.0149253.3副产物乙醛精制工段表3副产物乙醛精制工段项目单位进口物料出口物料P102-OUTF103LIQH2O-4T103-WT107-DT107-W描述99.82%产品乙醛出口从P102F103T103T107T107至T103M106R103T104M108流股类型CONVENCONVENCONVENCONVENCONVENCONVEN相态LiquidLiquidLiquidLiquidVaporLiquid温度C18.6385132096.6828420.6295890.34492压力bar1.2511.211.2质量流量kg/hr30394.84349.5216900.76430144.78467.74471032.604C2H2kg/hr171.368464.3156909.49E-3300CH3COOHkg/hr14632.863.67E-07014632.862.46E-150.00023VAMkg/hr15503.130.51479015490.660.05301312.93997H2Okg/hr18.1432280.7191900.76417.446330.0243921019.089CH3CHOkg/hr64.992363.74983400.000225466.94530.547577CROTO-01kg/hr2.677547002.6775431.13E-144.88E-06CO2kg/hr0.5147240.20729606.34E-380.722021.20E-12ACETO-01kg/hr1.1506160.01492501.1380782.10E-050.0274423.4VAM及醋酸精制工段表4 VAM及醋酸精制工段项目单位进口物料出口物料H2O-2T103-WT102-WT107-WFS101-1FS101-2M108OUTT105-D描述w99.99%循环醋酸废液(循环水)w99.8%VAM出口从T103T102T107FS101FS101M108T105至P105T104M105M108T101P106流股类型CONVENCONVENCONVENCONVENCONVENCONVENCONVENCONVEN相态LiquidLiquidLiquidLiquidLiquidLiquidMixedVapor温度C2096.6828425.9380390.34492202099.4951672.16878压力bar11.211.21111质量流量kg/hr4900.15630144.782777.331032.60412010.223787.347575.65515481.63C2H2kg/hr09.49E-3353.3114402.15E-396.77E-4053.313880CH3COOHkg/hr014632.861225.5060.0002312010.13787.360.882650.068417VAMkg/hr015490.660.65249112.939979.08E-092.86E-0941.1956515463.05H2Okg/hr4900.15617.446331495.1711019.0890.1247550.0393417414.41817.27924CH3CHOkg/hr00.0002252.5043210.5475774.74E-201.50E-203.0517830.000225CROTO-01kg/hr02.6775431.02E-054.88E-063.75E-051.18E-052.5814290.096204CO2kg/hr06.34E-380.1710761.20E-125.41E-441.71E-440.1710830ACETO-01kg/hr01.1380780.0131770.0274423.25E-151.03E-150.0406341.1380624.总流程物料衡算表5 全流程物料衡算表项目单位进口物料出口物料C2H2CMOP-2CH3COOHP106OUTH2O-1H2O-2H2O-4T107-DFS101-1FS101-2M108OUTT105-DE105OUT描述补充乙炔补充醋酸水洗共沸剂乙醛产品出口酸洗循环醋酸废液(循环水)循环乙炔气出口从COMP102P106T107FS101FS101M108T105E105至M107M107P101M101T102P105R103T101P106COMP102流股类型CONVENCONVENCONVENCONVENCONVENCONVENCONVENCONVENCONVENCONVENCONVENCONVENCONVEN相态VaporVaporLiquidLiquidLiquidLiquidLiquidVaporLiquidLiquidMixedVaporVapor温度C2032.09898202020202020.62957706202099.4951672.1687820压力bar11.211111111111质量流量kg/hr5022.34314450.5210900.263787.341801.5284900.156900.764467.744745112010.223787.347575.65515481.6314450.51516C2H2kg/hr5022.34314294.2306.77E-4000002.15E-396.77E-4053.31388014294.23079CH3COOHkg/hr02.26E-0810878.463787.30002.46E-1512010.13787.360.882650.0684172.26E-08VAMkg/hr018.8816902.86E-090000.0530130269.08E-092.86E-0941.1956515463.0518.88169137H2Okg/hr025.6594921.798490.0393411801.5284900.156900.7640.0243915450.1247550.0393417414.41817.2792425.65948613CH3CHOkg/hr050.9339601.50E-20000466.94529974.74E-201.50E-203.0517830.00022550.93396161CROTO-01kg/hr0001.18E-050001.13E-143.75E-051.18E-052.5814290.0962040CO2kg/hr060.7514501.71E-440000.7220198175.41E-441.71E-440.171083060.75144507ACETO-01kg/hr00.05778801.03E-150002.10E-053.25E-151.03E-150.0406341.1380620.0577878195.总结通过对各工段以及整体流程的物料平衡计算,我们得到了原料、产品、三废的质量流率,具体数据如下:表6主要原料消耗量序号流股编号物质消耗量/(kg/h)消耗量/(吨/年)1C2H2乙炔5022.34252239776.952772CH3COOH醋酸1

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