5-能量平衡计算书

南京扬子石化年产1.5万吨叔丁胺项目 能量平衡计算书 2018“东华科技-陕鼓杯”第十二届全国大学生化工设计竞赛 中国石油大学胜利学院 参赛成员：黄威、李继浩、范恒煜、张腾、屈佳 恰同学少年团队 指导老师：石会龙、刘博文、史德青、张会敏 目 录1.概述12.能量衡算目的13.能量衡算方法14.系统能量衡算24.1 车间布局简介24.2 异丁烯精制车间24.2.1 临氢异构反应精馏塔（T0101）24.2.2 分流器（M0101）34.2.3 热泵压缩机（C0101）34.2.4 折流式超重力旋转床（D0101）44.2.5 折流式超重力旋转床（D0102）44.3 叔丁胺合成车间54.3.1 管式反应器（R0201）64.3.2 氯化脱轻塔（T0201）64.3.3 氨化串联反应釜（R0301-R0303）74.3.4 朗肯发电透平（M0201）74.3.5 卧式螺旋沉降离心机（M0202）84.3.6 传导式干燥器（M0203）84.4 叔丁胺精制车间94.4.1 原料预热器（E0301）94.4.2 氨化脱轻塔（T0301）94.4.3 叔丁胺精制塔（T0302A）104.5 辅助车间114.5.1 吸热反应器（R0401）114.5.2 放热反应器（R0402）124.5.3 回热器（E0402AB）124.5.4 换热器（E0403）134.5.5 RTO热氧化炉（F0401）134.5.6 省煤器（E0406）144.5.7 汽包（V0501）14南京扬子石化年产1.5万吨叔丁胺项目能量平衡说明书1.概述本项目为南京扬子石化异丁烯资源开发利用项目，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。对于新设计的装置，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。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.能量衡算目的（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，确定加热蒸汽和冷却剂的用量，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。3.能量衡算方法根据能量守恒：输入系统的能量 = 输出系统的能量 + 系统积累的能量本装置主要设备有反应器、精馏塔、换热器、压缩机和泵，输入整个生产系统的能量主要有电能、加热蒸汽带入的能量和进入物料的焓，输出的能量有冷却剂带走的能量和输出物料的焓。Hout = Q + W + Hin式中：Q设备的热负荷；W输入系统的机械能；Hin进入设备的各物料焓之和；Hout离开设备的各物料焓之和。14恰同学少年4.系统能量衡算4.1 车间布局简介本厂区总共分为三个车间，依次为异丁烯精制车间、叔丁胺合成车间、叔丁胺精制车间，除以上生产车间外，另配有辅助车间，进行三废处理，以及节能优化。设计过程中利用 Aspen Plus 对全流程进行模拟，并在此基础上完成能量衡算。4.2 异丁烯精制车间图4-1 异丁烯精制车间4.2.1 临氢异构反应精馏塔（T0101）表 4-1 临氢异构塔（T0101）能量衡算InOutStream ID1-041-051-111-161-061-12Temperature 40.0025.0061.2948.39 48.94 61.22Pressure bar7.00 7.00 6.12 6.00 6.00 6.12 Vapor Frac0.00 1.00 1.00 0.00 1.00 0.00 Mole Flow kmol/hr120.17 0.60 2040.00 2085.42 2137.08 2109.11 Mass Flow kg/hr6766.00 1.20 115008.28 117202.56 120073.96 118904.31 Volume Flow cum/hr11.97 2.12 8125.32 215.01 8339.31 215.35 Enthalpy kW-1362.09 0.00 -11964.90 -23707.86 -12998.84 -24036.00 H(kW)-37034.84 -37034.84 QC(kW)0.00 QR(kW)0.00 W(kW)0.00 Error-2.20E-054.2.2 分流器（M0101）表4-2 分流器（M0101）能量衡算InOutStream ID1-121-131-15Temperature 61.22 61.22 61.22 Pressure bar6.12 6.12 6.12 Vapor Frac0.00 0.00 0.00 Mole Flow kmol/hr2109.11 69.11 2040.00 Mass Flow kg/hr118904.31 3896.04 115008.28 Volume Flow cum/hr215.35 7.06 2.08E+02Enthalpy kW-24035.34 -787.55 -23247.79 H(kW)-24035.34 -24035.34 Q(kW)0.00 W(kW)0.00 Error-7.79E-074.2.3 热泵压缩机（C0101）表4-3 热泵压缩机（C0101）能量衡算InOutStream ID1-061-09Temperature 48.94 111.97 Pressure bar6.00 20.00 Vapor Frac1.00 1.00 Mole Flow kmol/hr2137.08 2137.08 Mass Flow kg/hr120073.96 120073.96 Volume Flow cum/hr8339.31 2468.39 Enthalpy kW-12998.84 -10385.65 续表4-3H(kW)-12998.84 -10385.64 Q(kW)0.00 W(kW)2613.20 Error-2.01E-014.2.4 折流式超重力旋转床（D0101）表4-4 折流式超重力旋转床（D0101）能量衡算InOutStream ID1-191-261-201-21Temperature 37.96 40.00 39.98 112.31 Pressure bar7.00 6.63 6.50 6.79 Vapor Frac1.00 0.00 1.00 0.00 Mole Flow kmol/hr23.61 123.14 1.84 144.91 Mass Flow kg/hr1312.19 9000.85 91.00 10222.04 Volume Flow cum/hr87.23 9.67 6.65 12.92 Enthalpy kW-146.10 -8085.31 -49.78 -7817.49 H(kW)-8231.42 -7867.27 QC(kW)-77.06 QR(kW)441.20 W(kW)0.00 Error-4.42E-024.2.5折流式超重力旋转床（D0102）表4-5 折流式超重力旋转床（D0102）能量衡算InOutStream ID1-211-221-23Temperature 112.31 52.85 238.16 Pressure bar 6.79 6.50 6.63 Vapor Frac0.00 0.00 0.00 Mole Flow kmol/hr144.91 21.77 123.14 Mass Flow kg/hr10222.04 1221.19 9000.84 Volume Flow cum/hr12.92 2.22 12.79 续表4-5Enthalpy kW-7817.48 -204.68 -6864.79 H(kW)-7817.48 -7069.47 QC(kW)-664.77 QR(kW)1412.77 W(kW)0.00 Error-9.57E-024.3 叔丁胺合成车间图4-2 叔丁胺合成车间4.3.1 管式反应器（R0201）表4-6 管式反应器（R0201）能量衡算InOutStream ID2-022-032-042-05Temperature 34.96 25.00 180.00 180.00 Pressure bar5.00 15.00 15.00 5.00 Vapor Frac1.00 0.00 0.00 1.00 Mole Flow kmol/hr54.21 111.49 111.49 28.06 Mass Flow kg/hr2513.02 2008.51 2008.51 2513.02 Volume Flow cum/hr277.75 2.02 2.43 211.42 Enthalpy kW-844.39 -8847.13 -8451.38 -1240.15 H(kW)-9691.53 -9691.53 Q(kW)0.00 W(kW)0.00 Error-1.12E-124.3.2 氯化脱轻塔（T0201）表4-7 氯化脱轻塔（T0201）能量衡算InOutStream ID2-62-102-082-07Temperature 90.04 105.15 90.04 46.13 Pressure bar3.10 5.00 3.10 3.00 Vapor Frac1.00 0.40 0.00 1.00 Mole Flow kmol/hr28.06 28.06 53.74 2.38 Mass Flow kg/hr2597.82 2513.02 4974.65 136.18 Volume Flow cum/hr273.55 71.95 6.58 21.06 Enthalpy kW-1377.93 -1436.18 -3014.02 -81.59 H(kW)-2814.11 -3095.61 QC(kW)-281.50 QR(kW)0.00 W(kW)0.00 Error9.10E-024.3.3氨化串联反应釜表4-8 氨化串联反应釜能量衡算InOutStream ID2-142-272-172-28Temperature 98.91 42.95 96.56 86.78 Pressure bar12.00 10.00 10.00 10.00 Vapor Frac0.00 0.00 0.00 1.00 Mole Flow kmol/hr275.48 142.80 138.31 93.67 Mass Flow kg/hr9480.45 8300.00 9480.45 8300.00 Volume Flow cum/hr13.77 15.05 1973.96 1.75 Enthalpy kW-14546.83 -5744.10 -15498.98 -4791.96 H(kW)-20290.94 -20290.94 Q(kW)0.00 W(kW)0.00 Error4.90E-104.3.4 朗肯发电透平（M0201）表4-9 朗肯发电透平（M0201）能量衡算InOutStream ID2-282-29Temperature 86.78 63.26 Pressure bar 10.00 4.00 Vapor Frac1.00 1.00 Mole Flow kmol/hr142.80 142.80 Mass Flow kg/hr8300.00 8300.00 Volume Flow cum/hr347.90 915.32 Enthalpy kW-4793.76 -4858.94 H(kW)-4793.76 -4858.94 Q(kW)0.00 W(kW)-65.18 Error2.95E-084.3.5 卧式螺旋沉降离心机（M0202）表4-10 卧式螺旋沉降离心机(M0202)能量衡算InOutStream ID2-182-192-20Temperature 50.00 50.00 50.00 Pressure bar 10.00 10.00 10.00 Vapor Frac0.00 0.00 0.00 Mole Flow kmol/hr224.16 2.24 221.92 Mass Flow kg/hr8108.02 81.08 8026.94 Volume Flow cum/hr10.87 0.11 10.76 Enthalpy kW-13676.88 -136.77 -13540.11 H(kW)-13676.88 -13676.88 Q(kW)0.00 W(kW)0.00 Error-1.17E-154.3.6 传导式干燥器（M0203）表4-11 传导式干燥器（M0203)能量衡算InOutStream ID2-192-222-232-24Temperature 50.00 50.00 100.00 100.00 Pressure bar10.00 3.29 3.29 3.29 Vapor Frac0.00 0.00 0.00 1.00 Mole Flow kmol/hr27.770456750.15 25.66 2.26 Mass Flow kg/hr1367.8084257.63 1372.43 81.84 Volume Flow cum/hr1.002370130.01 0.90 21.32 Enthalpy kW-2359.564-12.456843-2207.7096-114.05018H(kW)-2372.02 -2321.76 Q(kW)50.26 W(kW)0.00 Error-2.12E-024.4 叔丁胺精制车间图4-3 叔丁胺精制车间4.4.1 原料预热器（E0301）表4-12 原料预热器（E0301）能量衡算InOutStream ID3-013-043-023-05Temperature 51.13155.6790.00123.72Pressure bar16.00 15.06 16.00 15.06 Vapor Frac0.00 0.00 0.00 0.00 Mole Flow kmol/hr224.16 215.43 224.16 215.43 Mass Flow kg/hr8108.02 7958.00 8108.02 7958.00 Volume Flow cum/hr10.89 13.54 11.73 12.34 Enthalpy kW-13668.03 -12584.44 -13346.96 -12905.51 H(kW)-26252.47 -26252.47 Q(kW)0.00 W(kW)0.00 Error2.81E-084.4.2 氨化脱轻塔（T0301）表4-13 氨化脱轻塔（T0301）能量衡算InOutStream ID3-023-043-03Temperature 90.00 155.67 48.34 Pressure bar16.00 15.06 15.00 Vapor Frac0.00 0.00 1.00 Mole Flow kmol/hr224.16 215.43 8.74 Mass Flow kg/hr8108.02 7958.00 150.02 Volume Flow cum/hr11.73 13.54 15.57 Enthalpy kW-13346.96 -12584.45 -111.81 H(kW)-13346.96 -12696.26 QC(kW)-482.69 QR(kW)1133.40 W(kW)0.00 Error-4.88E-024.4.3 叔丁胺精制塔（T0302A）表4-14 叔丁胺精制塔（T0302A）能量衡算InOutStream ID3-083-143-113-15Temperature 70.00 50.00 43.68 64.00 Pressure bar1.50 1.50 1.00 1.00 Vapor Frac0.00 0.00 0.00 0.00 Mole Flow kmol/hr215.43 0.23 25.64 190.02 Mass Flow kg/hr7958.00 4.15 1875.54 6086.60 Volume Flow cum/hr10.99 0.00 2.80 8.17 Enthalpy kW-13364.43 -18.15 -1034.73 -12372.58 H(kW)-13382.58 -13407.30 QC(kW)T0302A-2563.3226T0302B-6198.8995总计-8762.22 QR(kW)8737.50 W(kW)0.00 Error-8.50E-024.5 辅助车间图4-4 辅助车间4.5.1 吸热反应器（R0401）表4-15 吸热反应器（R0401）能量衡算InOutStream ID4-014-134-024-18Temperature 75.00 24.71 -10.00 4.20 Pressure bar30.00 5.00 30.00 5.00 Vapor Frac0.00 1.00 0.49 0.00 Mole Flow kmol/hr759.57 1832.00 1481.16 1832.00 Mass Flow kg/hr45647.11 31200.00 45647.11 31200.00 Volume Flow cum/hr62.42 9073.84 579.38 49.35 Enthalpy kW-65120.48 -23362.29 -53941.71 -34541.07 H(kW)-88482.77 -88482.77 Q(kW)0.00 W(kW)0.00 Error-1.27E-164.5.2 放热反应器（R0402）表4-16 放热反应器（R0402）能量衡算InOutStream ID4-044-05Temperature 150.01 420.00 Pressure bar 30.00 30.00 Vapor Frac0.78 1.00 Mole Flow kmol/hr1481.16 759.57 Mass Flow kg/hr45647.11 45647.11 Volume Flow cum/hr1391.23 1459.16 Enthalpy kW-45189.53 -46623.66 H(kW)-45189.53 -46623.66 Q(kW)-1434.13 W(kW)-65.18 Error3.08E-024.5.3 回热器（E0402AB）表4-17 回热器（E0402AB）能量衡算InOutStream ID4-034-054-044-06Temperature 13.79 420.00 150.01 207.42 Pressure bar30.00 30.00 30.00 30.00 Vapor Frac0.49 1.00 0.78 0.63 Mole Flow kmol/hr1481.16 759.57 1481.16 759.57 Mass Flow kg/hr45647.11 45647.11 45647.11 45647.11 Volume Flow cum/hr630.94 1459.16 1391.23 671.20 Enthalpy kW-53174.12 -46623.66 -45189.53 -54608.26 H(kW)-99797.78 -99797.78 Q(kW)0.00 W(kW)0.00 Error-1.27E-164.5.4 换热器（E0403）表4-18 换热器（E0403）能量衡算InOutStream ID4-064-314-074-32Temperature 207.42 52.78 130.00 170.50 Pressure bar30.00 8.00 30.00 8.00 Vapor Frac0.63 0.00 0.00 1.00 Mole Flow kmol/hr759.57 603.55 759.57 603.55 Mass Flow kg/hr45647.11 10873.15 45647.11 10873.15 Volume Flow cum/hr671.20 11.25 69.87 2782.87 Enthalpy kW-54608.25 -47564.52 -62462.39 -39710.38 H(kW)-102172.77 -102172.77 Q(kW)0.00 W(kW)0.00 Error-8.69E-104.5.5 RTO热氧化炉（F0401）表4-19 RTO热氧化炉（F0401）能量衡算InOutStream ID4-334-344-35Temperature 19.24 50.00 1050.00 Pressure bar 1.00 1.00 2.00 Vapor Frac