7-1附录一物料衡算

中煤陕西榆能化年产15万吨醋酸乙烯酯生产项目物料衡算目录1.1总述11.2物料衡算的意义11.3物料衡算的原则11.4物料衡算任务21.5物料衡算21.5.1原料预处理工段21.5.2反应工段41.5.3分离工段51.5.4精制工段71.5.5总流程8物料衡算1.1总述本项目是利用中煤陕西榆林能源化工有限责任公司MTO项目乙烯为原料，经过原料预处理工段、反应工段、分离工段、精制工段，每年生产15万吨醋酸乙烯酯（VAC）的装置与总厂形成有效融合体系，解决总厂乙烯原料利用率不足的问题，使这部分资源得到合理有效利用，提高产品经济附加值。1.2物料衡算的意义物料衡算是质量守恒定律的一种表现形式。凡引入某一设备的物料成分、质量或体积比等于操作后所得产物的成分、质量或体积加上物料损失。通过对整个生产系统、生产工段、以及各个重要的生产单元进行详细的物料衡算，计算得到各个产品的实际产量与规格，各个原料的实际消耗定额，“三废”的排放量及组成，从而定量的评述初步设计阶段所采用的生产工艺是否合理，先进，并通过衡算所得数据，来进一步对各个阶段所采用的设备进行初步设计。1.3物料衡算的原则物料平衡是指在单位时间内进入系统的全部物料质量必定等于离开该系统的全部物料质量再加上损失掉的和积累起来的物料质量。进行物料衡算时，先必须确定衡算的体系。（1）对一般的体系而言，物料分布均可表示为：(物料的累积率)=(物料进入率)-(物料流出率)+(反应生成率)-(反应消耗率)（2）当系统没有化学反应时，则可简化为：(物料的累积率)=(物料进入率)-(物料流出率)（3）在稳定状态下有：(物料进入率)=(物料流出率)利用上述关系，可以对整个工艺系统或子系统进行物料衡算。物料衡算包括总质量衡算、组分衡算和元素衡算。各种衡算方法的适用情况如下表所示：表1-1 物料衡算式适用范围类别物料衡算形式无化学反应有化学反应总衡算式总物料衡算式适用适用总物质的量衡算式适用不适用组分衡算式组分质量衡算式适用不适用组分物质的量衡算式适用不适用元素原子衡算式元素原子质量衡算式适用适用元素原子物质的量衡算式适用适用由于系统中存在化学反应，我们采用质量守衡的衡算方法，同时列出每种物料组分的质量流量便于查找和计算。1.4物料衡算任务对于本厂，工艺采取年开工330天（8000小时）的连续操作，其中一年内的四五周（约30天）用于固定的停车设备检修及紧急情况处理。物料衡算的主要任务在于：（1）确定醋酸乙烯酯的实际产量以及质量指标；（2）确定乙烯、醋酸、氮气等原料的循环量以及损失率等指标；（3）确定工艺中的“三废”排放量等公共经济指标；（4）各主要单元过程的物料衡算，并指导工艺设备的尺寸确定；（5）汇总全流程物料衡算，数据用于完成物料流程图等后续设计任务。1.5物料衡算1.5.1原料预处理工段图1-1 原料预处理工段工艺流程图表1-2原料预处理工段物料衡算Items流入流出StreamsCH3COOHO2N2C2H4S0315S0323CH3COOHS0104Temperature（）40.0 40.0 40.0 40.0 3.3 123.0 198.3 71.3 Pressure（bar)9.0 8.0 8.0 15.0 1.0 1.2 9.5 0.8 Vapor Frac0.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.0 0.0 1.0 Mass Flows(kg/hr)1.6E+045758.1 7083.2 7783.8 8.1E+042.6E+0410.0 1.4E+05Volume Flow（l/min)261.0 9763.6 1.4E+047796.7 1.1E+06478.5 0.2 2.6E+06Enthalpy Flow(cal/sec)-8.2E+065272.2 7341.0 5.6E+057.6E+06-1.3E+07-4864.7 -1.1E+07Mass Density(gm/cc)1.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.9 0.8 0.0 Mass FlowsC2H4(kg/hr）0.0 0.0 0.0 6999.7 6.4E+040.0 0.0 7.1E+04CH3COOH(kg/hr）1.6E+040.0 0.0 0.0 0.0 2.6E+0410.0 4.2E+04O2(kg/hr）0.0 5746.6 0.0 256.0 0.8 0.0 0.0 6003.5 VAC(kg/hr）0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 H2O(kg/hr）55.4 0.0 0.0 0.0 174.3 124.7 0.0 354.5 CO2(kg/hr）0.0 0.0 0.0 528.1 0.0 0.0 0.0 528.1 YSJZ(kg/hr）0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 YQ（kg/hr）0.0 0.0 0.0 0.0 2.9 0.0 0.0 2.9 N2（kg/hr）0.0 11.5 7083.2 0.0 1.7E+040.0 0.0 2.4E+04GY（kg/hr）0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 MDEA（kg/hr）0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 MDEA+（kg/hr）0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 H3O+（kg/hr）0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 OH-（kg/hr）0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 HCO3-（kg/hr）0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 CO32-（kg/hr）0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Total143741 143741 由上表可知，原料预处理工段的进、出物料总体质量保持平衡。1.5.2反应工段图1-2 反应工段工艺流程图表1-3 反应工段物料衡算表Items流入流出StreamsS0104H2OS0301S0307Temperature（）71.3 25.0 6.1 7.4 Pressure（bar)0.8 2.7 2.0 2.5 Mass Vapor Fraction1.0 0.0 0.0 1.0 Mass Flows(kg/hr)1.4E+053603.1 5.6E+049.1E+04Volume Flow(l/min)2.6E+0660.5 935.8 4.9E+05Enthalpy Flow(cal/sec)-1.1E+07-3.8E+06-2.9E+076.4E+06Mass Density(gm/cc)0.0 1.0 1.0 0.0 Mass Flows(kg/hr)C2H47.1E+040.0 4.5 6.4E+04CH3COOH4.2E+040.0 2.6E+040.0 O26003.5 0.0 0.0 835.9 VAC0.0 0.0 2.1E+040.0 H2O354.5 3603.1 8902.2 170.5 CO2528.1 0.0 9.0 2140.1 YSJZ0.0 0.0 1.7 0.0 YSYZ0.0 0.0 2.0 0.0 YQ2.9 0.0 69.2 4.2 N22.4E+040.0 0.0 2.4E+04GY0.0 0.0 0.0 0.0 MDEA0.0 0.0 0.0 0.0 MDEA+0.0 0.0 0.0 0.0 H3O+0.0 0.0 0.0 0.0 OH-0.0 0.0 0.0 0.0 HCO3-0.0 0.0 0.0 0.0 CO32-0.0 0.0 0.0 0.0 Total147334 147334 由表1-3、可知，反应工段的进、出物料总体质量保持平衡。1.5.3分离工段图1-3 分离工段工艺流程图表1-4分离工段流入物料衡算表Items流入StreamsS0307S0301MEDATemperature(）7.4 6.1 25.0 Pressure（bar)2.5 2.0 5.5 Mass Vapor Fraction1.0 0.0 0.0 Mass Flows(kg/hr)9.1E+045.6E+045.0E+03Volume Flow(l/min)4.9E+059.4E+028.4E+01Enthalpy Flow(cal/sec)6.4E+06-2.9E+07-5.3E+06Mass Density(gm/cc)0.0 1.0 1.0 Mass Flows(kg/hr)C2H46.4E+044.5 0.0 CH3COOH0.0 2.6E+040.0 O2835.9 0.0 0.0 VAC0.0 2.1E+040.0 H2O170.5 8902.2 5026.7 CO22140.1 9.0 0.0 YSJZ0.0 1.7 0.0 YSYZ0.0 2.0 0.0 YQ4.2 69.2 0.0 N22.4E+040.0 0.0 GY0.0 0.0 0.0 MDEA0.0 0.0 7.9 MDEA+0.0 0.0 0.0 H3O+0.0 0.0 0.0 OH-0.0 0.0 0.0 HCO3-0.0 0.0 0.0 CO32-0.0 0.0 0.0 Total152368 表1-5分离工段流出物料衡算表Items流出StreamsO2+N2FEISHUI1FEISHUI2S0323S0315CO2S0401Temperature(）3.3 5.0 85.7 123.0 3.3 97.2 1.0 Pressure（bar)1.0 2.0 1.0 1.2 1.0 1.0 10.0 Mass Vapor Fraction1.0 0.0 0.0 0.0 1.0 1.0 0.0 Mass Flows(kg/hr)7.9E+034.0E+028.6E+032.6E+048.1E+046.8E+032.2E+04Volume Flow(l/min)1.1E+056.6E+001.5E+024.8E+021.1E+061.6E+053.7E+02Enthalpy Flow(cal/sec)-1.2E+04-4.3E+05-8.9E+06-1.3E+077.6E+06-5.3E+06-6.1E+06Mass Density(gm/cc)0.0 1.0 0.9 0.9 0.0 0.0 1.0 Mass Flows(kg/hr)C2H40.0 0.0 0.8 0.0 6.4E+048.5 3.6 CH3COOH0.0 0.0 7.2 2.6E+040.0 0.0 16.0 O2835.0 0.0 0.0 0.0 0.8 0.0 0.0 VAC0.0 0.0 15.3 0.0 0.0 0.0 2.1E+04H2O0.0 399.8 8568.3 124.7 174.3 4623.0 209.4 CO20.0 0.0 1.7 0.0 0.0 2140.1 7.3 YSJZ0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.7 YSYZ0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.0 YQ0.0 0.0 6.1 0.0 2.9 1.4 63.2 N27094.2 0.0 0.0 0.0 1.7E+040.5 0.0 GY0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 MDEA0.0 0.2 0.0 0.0 0.0 7.7 0.0 MDEA+0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 H3O+0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 OH-0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 HCO3-0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 CO32-0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Total152368 由表1-4、表1-4可知，分离工段的进、出物料总体质量保持平衡1.5.4精制工段图1-4 精制工段工艺流程图表1-6 精制工段物料衡算表Items流入流出StreamsS0401PUT-GYYIQUANVACFEISHUITemperature（）1.0 25.0 -43.6 72.3 91.5 Pressure（bar）10.0 1.3 1.0 1.0 1.0 Mass Liquid Fraction1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 Mass Flows（kg/hr）21561.2 40.8 140.3 21223.9 237.8 Volume Flow（l/min)374.8 0.5 2.5 454.1 4.1 Enthalpy Flow(cal/sec)-6.1E+06-2.0E+04-4.8E+04-5.6E+06-2.1E+05Mass Density(gm/cc)1.0 1.3 0.9 0.8 1.0 Mass Flows（kg/hr）C2H43.6 0.0 3.6 0.0 0.0 CH3COOH16.0 0.0 0.0 0.0 16.0 O20.0 0.0 0.0 0.0 0.0 VAC21258.0 0.0 58.8 21196.6 2.6 H2O209.4 0.0 7.3 23.7 178.4 CO27.3 0.0 7.3 0.0 0.0 YSJZ1.7 0.0 0.0 1.7 0.0 YSYZ2.0 0.0 0.0 2.0 0.0 YQ63.2 0.0 63.2 0.0 0.0 N20.0 0.0 0.0 0.0 0.0 GY0.0 40.8 0.0 0.0 40.8 MDEA0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 MDEA+0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 H3O+0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 OH-0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 HCO3-0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 CO32-0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Total21602 21602 由上表可知，精制工段的进、出物料总体质量保持平衡。1.5.5总流程图1-5 总工艺流程图表1-7 总流程物料流入质量表Items流入StreamsO2C2H4CUSUANN2H2OMEDAPUT-GYTemperature(）40.0 40.0 40.0 40.0 25.0 25.0 25.0 Pressure(bar)8.0 15.0 9.0 8.0 2.7 5.5 1.3 Mass Vapor Fraction1.0 1.0 0.0 1.0 0.0 0.0 0.0 Mass Flows(kg/hr)5758.1 7783.8 1.6E+047083.2 3603.1 5034.6 40.8 Volume Flow(l/min)9763.6 7796.7 261.0 1.4E+0460.5 84.5 0.5 Enthalpy Flow(cal/sec)5272.2 5.6E+05-8.2E+067341.0 -3.8E+06-5.3E+06-2.0E+04Mass Density(gm/cc)0.0 0.0 1.0 0.0 1.0 1.0 1.3 Mass Flows(kg/hr)C2H40.0 6999.7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 CH3COOH0.0 0.0 1.6E+040.0 0.0 0.0 0.0 O25746.6 256.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 VAC0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 H2O0.0 0.0 55.4 0.0 3603.1 5026.7 0.0 CO20.0 528.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 YSJZ0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 YSYZ0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 YQ0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 N211.5 0.0 0.0 7083.2 0.0 0.0 0.0 GY0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 40.8 MDEA0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 7.9 0.0 MDEA+0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 H3O+0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 OH-0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 HCO3-0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 CO32-0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 Total45323 表1-8 总流程物料流出质量表Items流出StreamsFEISHUIFEISHUI1FEISHUI2HACZHAO2+N2VACYIQUANCO2Temperature(）91.5 5.0 85.7 198.3 3.3 72.3 -43.6 97.2 Pressure(bar)1.0 2.0 1.0 9.5 1.0 1.0 1.0 1.0 Mass Vapor Fraction0.0 0.0 0.0 0.0 1.0 0.0 0.0 1.0 Mass Flows(kg/hr)237.8 400.3 8599.9 10.0 7929.2 2.1E+04140.3 6781.2 Volume Flow(l/min)4.1 6.6 153.8 0.2 1.1E+05454.1 2.5 1.6E+05Enthalpy Flow(cal/se