11-能量平衡计算书

东华科技陕鼓杯 第十二届全国大学生化工设计竞赛 宁波大榭石化异丁烯法年产10万吨MMA项目能量平衡计算书 河西学院蓝烯团队队员：王永宝 杨星 包海兵 石翎 王正铎指导老师：佟永纯 宋如 邱东目录能量平衡计算书11 概述12 热量衡算的原理13 热量衡算任务14 系统能量衡算24.1 异丁烯氧化工段能量衡算24.1.1 列管式反应器R0101能量衡算24.1.2换热器E0101能量衡算24.1.3吸收塔T0101能量衡算34.1.4共沸精馏塔T0102能量衡算34.2 甲基丙烯酸甲酯合成精制工段能量衡算44.2.1 连续搅拌釜式反应器R0201能量衡算44.2.2萃取塔T0201能量衡算54.2.3溶剂回收塔T0202能量衡算54.2.4精制塔T0203能量衡算64.3 甲醇回收工段能量衡算74.3.1 甲醇高压精馏塔T0301能量衡算74.3.2 甲醇常压精馏塔T0302能量衡算74.3.3 离心泵P0301能量衡算8宁波大榭石化年产10万吨MMA项目 能量平衡计算书能量平衡计算书1 概述本项目拟建一套异丁烯两步氧化生产10万吨甲基丙烯酸甲酯的装置，在整个工艺流程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来选择恰当的设备。总之，通过下述能量衡算，可以为后续设计工作中提高热量的利用率，降低能耗提供主要依据。2 热量衡算的原理系统的能量衡算以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：其中，设备的热负荷输入系统的机械能离开设备的各物流焓之和进入设备的各物流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。3 热量衡算任务（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）确定填料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。4 系统能量衡算4.1 异丁烯氧化工段能量衡算4.1.1 列管式反应器R0101能量衡算表4-1 列管式反应器R0101热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0-7.46表4-2 列管式反应器R0101流股焓变计算表104105Temperature C74330Pressure bar11Vapor Frac11Mass VFrac11Mole Flow kmol/hr19531953Mass Flow kg/hr57264.6357264.63Mass Flow kg/sec15.90715.907Mass Flow kg/sec15.90715.907Volume Flow cum/hr56278.39197922.478Enthalpy Gcal/hr-17.162-24.623表4-3 列管式反应器R0101热量平衡计算一览表W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0-7.46-17.162-24.62304.1.2换热器E0101能量衡算表4-4 换热器E0101热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）04.46表4-5 换热器E0101流股焓变计算表10512201207Temperature C3305080247.4Pressure bar1111Vapor Frac1011Mass VFrac1011Mole Flow kmol/hr19534001953400Mass Flow kg/hr57264.6312816.86457264.6312816.864Mass Flow kg/sec15.9073.5615.9073.56Mass Flow kg/sec15.90715.9073.56Mass Flow kg/sec3.56Volume Flow cum/hr97922.47816.8157205.27317313.474Enthalpy Gcal/hr-24.623-22.545-29.087-18.081表4-6 换热器E0101热量平衡计算一览表W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error04.46-47.168-47.16804.1.3吸收塔T0101能量衡算表4-7 吸收塔T0101热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）00表4-8 吸收塔T0101流股焓变计算表201202204203Temperature C802566.164.4Pressure bar1111Vapor Frac1001Mass VFrac1001Mole Flow kmol/hr195319002060.2441792.756Mass Flow kg/hr57264.6334229.03244893.38646600.276Mass Flow kg/sec15.9079.50812.4712.945Mass Flow kg/sec15.90712.945Mass Flow9.50812.47Volume Flow cum/hr57205.27334.32648.56850238.986Enthalpy Gcal/hr-29.087-129.71-133.892-24.905表4-9 吸收塔T0101热量平衡计算一览表W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error00-158.797-158.79704.1.4共沸精馏塔T0102能量衡算表4-10 共沸精馏塔T0102热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0-4.5表4-11 共沸精馏塔T0102流股焓变计算表206207209208Temperature C65.5247.4-54.599.6Pressure bar2111Vapor Frac0100Mass VFrac0100Mole Flow kmol/hr2060.244400551.0951909.149Mass Flow kg/hr44893.38612816.86423316.38834393.863Mass Flow kg/sec12.473.566.4779.554Mass Flow kg/sec3.56Mass Flow kg/sec12.476.4779.554Mass Flow kg/sec6.4779.554Volume Flow cum/hr49.78417313.47425.78937.438Enthalpy Gcal/hr-133.889-18.081-28.787-127.682表4-12 共沸精馏塔T0102热量平衡计算一览表W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0-4.5-151.97-156.46904.2 甲基丙烯酸甲酯合成精制工段能量衡算4.2.1 连续搅拌釜式反应器R0201能量衡算表4-13 连续搅拌釜式反应器R0201热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0-9.43表4-14连续搅拌釜式反应器R0201流股焓变计算表303304Temperature C-17.445Pressure bar11Vapor Frac0.750Mass VFrac0.6810Mole Flow kmol/hr2051.0951976.813Mass Flow kg/hr66591.98566591.985Mass Flow kg/sec18.49818.498Mass Flow kg/sec12.594Mass Flow kg/sec5.90418.498Volume Flow cum/hr32672.495217.757Enthalpy Gcal/hr-28.717-38.145表4-15 连续搅拌釜式反应器R0201热量平衡计算一览表W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0-9.43-28.717-38.14504.2.2萃取塔T0201能量衡算表4-16 萃取塔T0201热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）00表4-17萃取塔T0201流股焓变计算表402401403501404Temperature C45.3252514-17.7Pressure bar21221Vapor Frac00000Mass VFrac00000Mole Flow kmol/hr1976.813100340499.9971916.815Mass Flow kg/hr66591.9851801.52829300.23412535.02185158.726Mass Flow kg/sec18.4980.58.1393.48223.655Mass Flow kg/sec18.4980.58.1393.48223.655Mass Flow kg/sec23.655Mass Flow kg/sec3.482Volume Flow cum/hr217.7571.81244.55414.572139.366Enthalpy Gcal/hr-38.139-6.873-16.101-31.653-29.49表4-18萃取塔T0201热量平衡计算一览表W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error00-61.113-61.14304.2.3溶剂回收塔T0202能量衡算表4-19溶剂回收塔T0202热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0-11.28表4-20溶剂回收塔T0202流股焓变计算表405406408Temperature C60-192.899.4Pressure bar111Vapor Frac100Mass VFrac100Mole Flow kmol/hr1916.8151767.304149.512Mass Flow kg/hr85158.72670220.17914938.547Mass Flow kg/sec23.65519.5064.15Mass Flow kg/sec23.655Mass Flow19.5064.15Volume Flow cum/hr52851.4982.1817.611Enthalpy Gcal/hr-25.443-23.051-13.672表4-21溶剂回收塔T0202热量平衡计算一览表W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0-11.28-25.443-36.72304.2.4精制塔T0203能量衡算表4-22精制塔T0203热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0-0.0005表4-23精制塔T0203流股焓变计算表409411410Temperature C93.499.498.5Pressure bar211Vapor Frac000Mass VFrac000Mole Flow kmol/hr149.512149.2170.295Mass Flow kg/hr14938.54714909.19429.353Mass Flow kg/sec4.154.1410.008Mass Flow kg/sec4.154.1410.008Volume Flow cum/hr17.45717.5760.035Enthalpy Gcal/hr-13.672-13.646-0.027表4-24精制塔T0203热量平衡计算一览表W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0-0.0005-13.672-13.67304.3 甲醇回收工段能量衡算4.3.1 甲醇高压精馏塔T0301能量衡算表4-25甲醇高压精馏塔T0301热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）01.33表4-26甲醇高压精馏塔T0301流股焓变计算表502503506Temperature C1495123.1Pressure bar333Vapor Frac000Mass VFrac000Mole Flow kmol/hr499.997199.999299.998Mass Flow kg/hr12535.0216408.4956126.527Mass Flow kg/sec3.4821.781.702Mass Flow kg/sec3.4821.781.702Volume Flow cum/hr14.5729.1137.491Enthalpy Gcal/hr-31.653-11.024-19.295表4-27甲醇高压精馏塔T0301热量平衡计算一览表W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error01.33-31.653-30.31904.3.2 甲醇常压精馏塔T0302能量衡算 表4-28甲醇常压精馏塔T0302热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0-0.211表4-29甲醇常压精馏塔T0302流股焓变计算表506507510Temperature C123.16698.5Pressure bar311Vapor Frac000Mass VFrac000Mole Flow kmol/hr299.99852247.998Mass Flow kg/hr6126.5271600.4994526.027Mass Flow kg/sec1.70