5-2附录二能量平衡计算书

扬子石化2000万Nm3/a酸性废气处理项目扬子石化2000万Nm3/a酸性废气处理项目能量平衡计算书团队名称：点化蔚蓝指导老师：汪广恒 郭晓滨 李建伟 潘晶莹 周探伟团队人员：宋长磊 李 成 吕冠忱 张小芳 段玉娥I目录第一章 概述1第二章 能量衡算原理2第三章 能量衡算任务3第四章 能量衡算表44.1 硫化氢分离提纯工段44.1.1 混合器（V0101、V0103）44.1.2 换热器（E0101、E0102、E0105、E0106、E0107）54.1.3 塔设备（T0101-T0104）84.2 甲硫醇合成工段104.2.1 反应器（R0201）104.2.2 混合器（V0201、V0202、V0204、V0205）104.2.2 分离器(V0203)124.2.3 换热器（E0202、E0203、E0204、E0205、E0207）134.2.4 塔设备（T0201-T0203）164.2.4 压缩机（C0201、C0202）174.3 甲硫醇分离纯化工段184.3.1 换热器（E0301、0306、0309、0310、0311）184.3.2 塔设备（T0301-T0304）21总结23第一章 概述本项目是针对南京扬子石化炼油厂产生的酸性废气进行脱硫提纯，得到高纯度硫化氢气体，再以甲醇为辅料，生产甲硫醇。本项目使得炼油废气中的硫化氢得到了资源化利用。本项目工艺分为三个工段，分别为MDEA法脱硫工段，甲硫醇合成工段，甲硫醇分离纯化工段，本工艺方法先通过MDEA法对酸性废气中的硫化氢进行提纯，然后与甲醇蒸汽混合后进入固定床反应器进行气固相反应，反应器出来的是原料气和产品的混合物，本设计采用德国底古萨股份公司的专利，对产品混合物进行分离，最终得到的产品甲硫醇纯度达到99.4%。本项目对酸性废气的处理量为5万吨/年，甲硫醇的产能也为5万吨/年。本设计团队在设计过程中利用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 硫化氢分离提纯工段4.1.1 混合器（V0101、V0103）表4-1 混合器(V0101)热负荷表WQHeat Duty（kW）707949.9180表4-2 混合器(V0101)物流焓变计算表inout物流编号0102010301110106Temperature（）40.00040.00015.00040.004Pressure（bar）1.6131.6131.8131.613Vapor Frac0.0000.0001.0000.000Mole Flow（kmol/hr）0.00130.466145.3618749.999Mass Flow（kg/hr）0.139548.8464989.819197356.486Volume Flow（m/hr）0.0000.5531892.983194.871Enthalpy（kW）-0.146-2409.312-1546.546-711905.922表4-3 混合器(V0101)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error707949.9180-3.126-711905.9220表4-4 混合器(V0103)热负荷表WQHeat Duty（kW）310493.4950表4-5 混合器(V0103)物流焓变计算表inout物流编号0112011501160119Temperature（）15.47040.00040.00040.007Pressure（bar）1.8131.6131.6131.613Vapor Frac0.0000.0000.0000.000Mole Flow（kmol/hr）32.4690.00120.3993860.000Mass Flow（kg/hr）587.1240.087367.49088277.685Volume Flow（m/hr）0.5890.0000.37087.074Enthalpy（kW）-2575.799-0.092-1613.199-314682.585表4-6 混合器(V0103)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error310493.49504189.090-314682.58504.1.2 换热器（E0101、E0102、E0105、E0106、E0107）表4-7 换热器(E0101)热负荷表WQHeat Duty（kW）0696406.693表4-8 换热器(E0101)物流焓变计算表inout物流编号01080111Temperature（）95.52115.000Pressure（bar）1.6131.813Vapor Frac0.0001.000Mole Flow（kmol/hr）8719.533145.361Mass Flow（kg/hr）196807.5034989.819Volume Flow（m/hr）201.0281892.983Enthalpy（kW）-697953.239-1546.546表4-9 换热器(E0101)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0696406.693-697953.239-1546.5460表4-10 换热器(E0102)热负荷表WQHeat Duty（kW）00表4-11 换热器(E0102)物流焓变计算表inout物流编号0107011001080109Temperature（）46.319118.41495.52170.000Pressure（bar）1.3131.8131.6131.813Vapor Frac0.0000.0000.0000.000Mole Flow（kmol/hr）8896.0908719.5338719.5338891.534Mass Flow（kg/hr）202384.417196807.503196807.503202384.417Volume Flow（m/hr）198.782204.710201.028201.028Enthalpy（kW）-713543.764-693106.336-697953.239-708696.860表4-12 换热器(E0102)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error00-14066500990表4-13 换热器(E0105)热负荷表WQHeat Duty（kW）0-35.532表4-14 换热器(E0105)物流焓变计算表inout物流编号01110114Temperature（）15.00040.000Pressure（bar）1.8131.613Vapor Frac1.0001.000Mole Flow（kmol/hr）145.361145.361Mass Flow（kg/hr）4989.8194989.819Volume Flow（m/hr）1892.9832322.254Enthalpy（kW）-1546.546-1511.014表4-15 换热器(E0105)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0-35.532-1546.546-1511.0140表4-16 换热器(E0106)热负荷表WQHeat Duty（kW）0304824.022表4-17 换热器(E0106)物流焓变计算表Inout物流编号01210112Temperature（）101.29115.470Pressure（bar）1.6131.813Vapor Frac0.0000.000Mole Flow（kmol/hr）3839.60032.469Mass Flow（kg/hr）87910.108587.124Volume Flow（m/hr）90.0970.589Enthalpy（kW）-307399.822-2575.799表4-18 换热器(E0106)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0304824.022-307399.822-2575.7990表4-19 换热器(E0107)热负荷表WQHeat Duty（kW）00表4-20 换热器(E0107)物流焓变计算表inout物流编号0120012301220121Temperature（）53.764118.48770.000101.291Pressure（bar）1.3131.8131.8131.613Vapor Frac0.0000.0000.0030.000Mole Flow（kmol/hr）3999.2353839.6003999.1473839.600Mass Flow（kg/hr）93022.14487910.10893022.14487910.108Volume Flow（m/hr）90.65691.348283.90390.097Enthalpy（kW）-315579.434-305778.431-313958.044-307399.822表4-21 换热器(E0107)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error00-621357.865-621357.86504.1.3 塔设备（T0101-T0104）表4-22 一级吸收塔(T0101)热负荷表WQHeat Duty（kW）00表4-23 一级吸收塔(T0101)物流焓变计算表inout物流编号0101010601050107Temperature（）40.00040.00440.15946.319Pressure（bar）1.6131.6131.3131.313Vapor Frac1.0000.0001.0000.000Mole Flow（kmol/hr）189.0148749.99941.6518896.090Mass Flow（kg/hr）6613.155197356.4861585.225202384.417Volume Flow（m/hr）3021.845194.871821.538198.782Enthalpy（kW）-5392.724-711905.932-3754.894-713543.763表4-24 一级吸收塔(T0101)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error00-717298.656-717298.6560表4-25 一级解吸塔(T0102)热负荷表WCondenserReboilerQHeat Duty（kW）-16880.85028348.73311467.883表4-26 一级解吸塔(T0102)物流焓变计算表Inout物流编号0109011001110112Temperature（）70.000118.41415.00015.470Pressure（bar）1.8131.8131.8131.813Vapor Frac0.0000.0001.0000.000Mole Flow（kmol/hr）8891.5348719.533145.36132.469Mass Flow（kg/hr）202384.417196807.5034989.819587.124Volume Flow（m/hr）201.028204.7101892.9830.589Enthalpy（kW）-708696.564-693106.336-1546.546-2575.799表4-27 一级解吸(T0102)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error011467.883-708696.564-697228.6810表4-28 二级吸收塔(T0103)热负荷表WQHeat Duty（kW）00表4-29 二级吸收塔(T0103)物流焓变计算表inout物流编号0114011901180120Temperature（）40.00040.00740.92353.764Pressure（bar）1.6131.6131.3131.313Vapor Frac1.0000.0001.0000.000Mole Flow（kmol/hr）145.3613860.0005.7953999.235Mass Flow（kg/hr）4989.81988277.685245.36093022.144Volume Flow（m/hr）2322.25487.074114.53090.656Enthalpy（kW）-1511.015-314682.585-614.166-315579.434表4-30 二级吸收塔(T0103)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error708151.0390-316193.600-316193.6000表4-31 二级解吸塔(T0104)热负荷表WCondenserReboilerQHeat Duty（kW）0-15071.39320699.3135627.920表4-32 二级解吸塔(T0104)物流焓变计算表Inout物流编号0122012301240125Temperature（）70.000118.48715.00015.434Pressure（bar）1.8131.8131.8131.813Vapor Frac0.0030.0001.0000.000Mole Flow（kmol/hr）3999.1473839.600139.76120.205Mass Flow（kg/hr）93022.14487910.1084746.657365.383Volume Flow（m/hr）283.90391.3481819.7390.366Enthalpy（kW）-313957.868-305778.431-948.868-1602.648表4-33 二级解吸(T0104)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error05628.096-313957.868-308329.94804.2 甲硫醇合成工段4.2.1 反应器（R0201）表4-34 反应器(R0201)热负荷表WQHeat Duty（kW）0-444.580表4-35 反应器(R0201)物流焓变计算表inout物流编号02080209Temperature（）170360Pressure（bar）1110Vapor Frac11Mole Flow（kmol/hr）462.096462.096Mass Flow（kg/hr）16662.82016662.820Volume Flow（m/hr）1547.8122398.099Enthalpy（kW）-16784.263-17228.843表4-36 反应器(R0201)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0-444.580-16784.263-17228.84304.2.2 混合器（V0201、V0202、V0204、V0205）表4-37 混合器(V0201)热负荷表WQHeat Duty（kW）00表4-38 混合器(V0201)物流焓变计算表inout物流编号0204023102320205Temperature（）60553252Pressure（bar）8888Vapor Frac1111Mole Flow（kmol/hr）139.761130.06460.268330.097Mass Flow（kg/hr）4746.6575284.7492401.68512433.259Volume Flow（m/hr）483.908444.007190.8561117.178Enthalpy（kW）-885.131-7414.087-1807.021-10106.995表4-39 混合器(V0201)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error00-10106.995-10106.9950表4-40 混合器(V0202)热负荷表WQHeat Duty（kW）00表4-41 混合器(V0202)物流焓变计算表inout物流编号020302060207Temperature（）14185104Pressure（bar）111111Vapor Frac111Mole Flow（kmol/hr）132.000330.097462.097Mass Flow（kg/hr）4229.56512433.25916662.824Volume Flow（m/hr）412.780894.2061318.267Enthalpy（kW）-7163.279-9991.365-17154.644表4-42 (V0202)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error00-17154.644-17154.6440表4-43 混合器(V0204)热负荷表WQHeat Duty（kW）00表4-44 混合器(V0204)物流焓变计算表inout物流编号021502200227Temperature（）705365Pressure（bar）1288Vapor Frac000Mole Flow（kmol/hr）299.404128.115427.518Mass Flow（kg/hr）9885.4644516.60114402.065Volume Flow（m/hr）11.4645.76817.337Enthalpy（kW）-13696.837-6738.249-20435.086表4-45混合器(V0204)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error00-20435.086-20435.0860表4-46 混合器(V0205)热负荷表WQHeat Duty（kW）00表4-47 混合器(V0205)物流焓变计算表inout物流编号021802220226Temperature（）152517Pressure（bar）888Vapor Frac000Mole Flow（kmol/hr）73.19122.78295.974Mass Flow（kg/hr）2315.370730.0003045.373Volume Flow（m/hr）2.8700.9213.790Enthalpy（kW）-4893.426-1508.705-6402.131表4-48 混合器(V0205)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error00-6402.131-6402.13104.2.2 分离器(V0203)表4-49 气液分离器(V0203)热负荷表WQHeat Duty（kW）00表4-50 气液分离器(V0203)物流焓变计算表inout物流编号021302140215Temperature（）607070Pressure（bar）81212Vapor Frac0.39906658410Mole Flow（kmol/hr）462.097162.693299.404Mass Flow（kg/hr）16662.8246777.3619885.464Volume Flow（m/hr）673.063400.25011.464Enthalpy（kW）-21453.016-7756.179-13696.837表4-51 气液分离器(V0203)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error00-21453.016-21453.01604.2.3 换热器（E0202、E0203、E0204、E0205、E0207）表4-52 换热器(E0202)热负荷表WQHeat Duty（kW）00表4-53 换热器(E0202)物流焓变计算表inout物流编号0201021102020212Temperature（）25137110124Pressure（bar）1110118Vapor Frac00.9559667200.897321359Mole Flow（kmol/hr）132.000462.097132.000462.097Mass Flow（kg/hr）4229.56516662.8244229.56516662.824Volume Flow（m/hr）5.3341507.5316.2051777.401Enthalpy（kW）-8741.326-18825.075-8389.130-19177.271表4-54 换热器(E0202)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error00-27566.401-27566.4010表4-55 换热器(E0203)热负荷表WQHeat Duty（kW）00表4-56 换热器(E0203)物流焓变计算表inout物流编号0202020902030210Temperature（）110360141166Pressure（bar）11101110Vapor Frac0111Mole Flow（kmol/hr）132.000462.097132.000462.097Mass Flow（kg/hr）4229.56516662.8244229.56516662.824Volume Flow（m/hr）6.2052398.099412.7801687.214Enthalpy（kW）-8389.130-17228.844-7163.279-18454.695表4-57 换热器(E0203)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error00-25617.974-25617.9740表4-58 换热器(E0204)热负荷表WQHeat Duty（kW）00表4-59 换热器(E0204)物流焓变计算表inout物流编号0207021002080211Temperature（）104166170137Pressure（bar）11101110Vapor Frac1110.95596672Mole Flow（kmol/hr）462.097462.097462.097462.097Mass Flow（kg/hr）16662.82416662.82416662.82416662.824Volume Flow（m/hr）1318.2671687.2141547.8121507.531Enthalpy（kW）-17154.644-18454.695-16784.264-18825.075表4-60 换热器(E0204)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error00-35609.339-35609.3390表4-61 换热器(E0205)热负荷表WQHeat Duty（kW）0-2275.745表4-62 换热器(E0205)物流焓变计算表inout物流编号02120213Temperature（）12460Pressure（bar）88Vapor Frac0.8973213590.399066584Mole Flow（kmol/hr）462.097462.097Mass Flow（kg/hr）16662.82416662.824Volume Flow（m/hr）1777.401673.063Enthalpy（kW）-19177.271-21453.016表4-63 换热器(E0205)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0-2275.745-19177.271-21453.0160表4-64 换热器(E0207)热负荷表WQHeat Duty（kW）046.957表4-65 换热器(E0207)物流焓变计算表inout物流编号02210224Temperature（）1540Pressure（bar）88Vapor Frac0.1157977290Mole Flow（kmol/hr）114.066114.066Mass Flow（kg/hr）3778.9543778.954Volume Flow（m/hr）43.5694.773Enthalpy（kW）-7455.313-7408.356表4-66 换热器(E0207)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error046.957-7455.313-7408.35604.2.4 塔设备（T0201-T0203）表4-67 一级尾气吸收塔(T0201)热负荷表WQHeat Duty（kW）00表4-68 一级尾气吸收塔(T0201)物流焓变计算表inout物流编号0214022102200230Temperature（）70155355Pressure（bar）12888Vapor Frac10.11601Mole Flow（kmol/hr）162.693114.066128.115148.645Mass Flow（kg/hr）6777.3613778.9544516.6016039.713Volume Flow（m/hr）400.25043.5695.768507.436Enthalpy（kW）-7756.179-7455.313-6738.249-8473.243表4-69 一级尾气吸收塔(T0201)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0-0-15211.492-15211.4920表4-70 二级尾气吸收塔(T0202)热负荷表WQHeat Duty（kW）00表4-71 二级尾气吸收塔(T0202)物流焓变计算表inout物流编号0223022602240225Temperature（）55174026Pressure（bar）8888Vapor Frac1001Mole Flow（kmol/hr）18.58195.974114.0660.489Mass Flow（kg/hr）754.9853045.3733778.95421.404Volume Flow（m/ hr）63.4313.7904.7731.521Enthalpy（kW）-1009.205-6382.148-7408.356-52.927表4-72 二级尾气吸收塔(T0202)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error00-7461.283-7461.2830表4-73 脱硫塔(T0203)热负荷表WCondenserReboilerQHeat Duty（kW）0-802.0171320.253518.236表4-74 脱硫塔(T0203)物流焓变计算表Inout物流编号022702290232Temperature（）659932Pressure（bar）888Vapor Frac001Mole Flow（kmol/hr）427.518367.25060.268Mass Flow（kg/hr）14402.06512000.3812401.685Volume Flow（m/hr）17.33715.229190.856Enthalpy（kW）-20435.086-18109.829-1807.021表4-75 脱硫塔(T0203)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0518.236-20435.086-19916.85004.2.4 压缩机（C0201、C0202）表4-76 多段圧缩机(C0201)热负荷表WQHeat Duty（kW）63.7370表4-77 多级圧缩机(C0201)物流焓变计算表inout物流编号01240204Temperature（）15.00060Pressure（bar）1.8138Vapor Frac1.0001Mole Flow（kmol/hr）139.761139.761Mass Flow（kg/hr）4746.6574746.657Volume Flow（m/hr）1819.739483.908Enthalpy（kW）-948.868-885.131表4-78 多段圧缩机(C0201)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error63.7370-948.868-885.1310表4-79 圧缩机(C0202)热负荷表WQHeat Duty（kW）115.2520表4-80 圧缩机(C0202)物流焓变计算表inout物流编号02050206Temperature（）5285Pressure（bar）811Vapor Frac11Mole Flow（kmol/hr）330.097330.097Mass Flow（kg/hr）12433.25912433.259Volume Flow（m/hr）1117.178894.206Enthalpy（kW）-10106.617-9991.365表4-81 圧缩机(C0202)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error115.2520-10106.617-9991.36504.3 甲硫醇分离纯化工段4.3.1 换热器（E0301、0306、0309、0310、0311）表4-82 换热器(E0301)热负荷表WQHeat Duty（kW）0-411.198表4-83 换热器(E0301)物流焓变计算表inout物流编号02290302Temperature（）9960Pressure（bar）88Vapor Frac00Mole Flow（kmol/hr）367.250367.250Mass Flow（kg/hr）12000.38112000.381Volume Flow（m/hr）15.22914.206Enthalpy（kW）-18109.829-18521.027表4-84 换热器(E0301)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0-411.198-18109.829-18521.0270表4-85 换热器(E0306)热负荷表WQHeat Duty（kW）0-98.476表4-86 换热器(E0306)物流焓变计算表inout物流编号03120218Temperature（）64.5956223115Pressure（bar）18Vapor Frac00Mole Flow（kmol/hr）73.19173.191Mass Flow（kg/hr）2315.3702315.370Volume Flow（m/hr）3.1022.870Enthalpy（kW）-4794.950-4893.426表4-87 换热器(E0306)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0-98.476-4794.950-4893.4260表4-88 换热器(E0309)热负荷表WQHeat Duty（kW）0-11.109表4-89 换热器(E0309)物流焓变计算表inout物流编号03150301Temperature（）99.16036450Pressure（bar）16Vapor Frac00Mole Flow（kmol/hr）10.63910.639Mass Flow（kg/hr）192.042192.042Volume Flow（m/hr）0.2090.198Enthalpy（kW）-827.585-838.694表4-90 换热器(E0309)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0-11.109-827.585-838.6940表4-91 换热器(E0310)热负荷表WQHeat Duty（kW）0-26.313表4-92 换热器(E0310)物流焓变计算表inout物流编号03050317Temperature（）81.8185503440Pressure（bar）21Vapor Frac00Mole Flow（kmol/hr）22.32722.327Mass Flow（kg/hr）649.510649.510Volume Flow（m/hr）0.8440.790Enthalpy（kW）-1480.080-1506.393表4-93 换热器(E0310)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0-26.313-1480.080-1506.3930表4-94 换热器(E0311)热负荷表WQHeat Duty（kW）0-230.222表4-95 换热器(E0311)物流焓变计算表inout物流编号03130318Temperature（）99.157706640Pressure（bar）11Vapor Frac10Mole Flow（kmol/hr）18.30618.306Mass Flow（kg/hr）334.903334.903Volume Flow（m/hr）566.6490.345Enthalpy（kW）-1212.598-1442.820表4-96 换热器(E0311)能量平衡计算表W（kW）Q（kW）Hin（kW）Hout（kW）Error0-230.222-1212.598-1442.82004.3.2 塔设备（T0301-T0304）表4-97 萃取精馏塔(T0301)热负荷表WReboiler