11-能量衡算计算书

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项目能量衡算计算书 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、卢凯彬指导教师叶林静、罗钰、邢建宇、周昭辉、谈震2019年7月18日目录1.1总述41.2 热量衡算原理41.3 热量衡算任务51.4 热量衡算61.4.1VAM合成工段61.4.2 乙炔气体分离工段111.4.3 副产物乙醛精制工段161.4.4 VAM及醋酸精制工段191.5总结23 1.1总述本项目拟建一套年产10万吨醋酸乙烯的装置，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热量的消耗、释放和转化。其中的热量变换数量关系可以由热量衡算求得，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选择恰当的设备。总而言之，通过下述热量衡算，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。1.2 热量衡算原理工程依据化工设计中关于热量衡算的基本思想和要求，遵循基本规范与实际工艺相结合的原则，进行热量衡算书的编制。其中一个主要依据是热量平衡方程：其中，表示输入设备热量的总和；表示输出设备热量的总和；表示损失热量的总和。对于连续系统：其中，设备的热负荷；输入系统的机械能；离开设备的各物料焓之和；进入设备的各物料焓之和。在进行全厂热量衡算时，是以单元设备为基本单位，考虑由机械能转换、化学反应释放和单纯的物理变化带来的热量变化。最终对全工艺段进行系统级的热量平衡计算，进而用于指导节能降耗设计工作。1.3 热量衡算任务在利用乙炔和醋酸合成VM并资源化利用装置的热量衡算中，主要通过定量计算完成下述基本任务：确定工艺单元中物料输送机械（如泵）所需要的功率，以便于进行设备的设计和选型； 确定精馏等单元操作中所需要的热量或冷量以及传递速率，计算换热设备的尺寸，确定加热剂和冷却剂的消耗量，为后续设计中比如供汽、供冷、供水等专业提供设备条件；确定为保持一定反应温度所需移除或者加入的热传递速率，指导反应器的设计和选型；提高热量内部集成度，充分利用余热，提高能量利用率，降低能耗；最终计算出总需求能量和能量的费用，并由此确定工艺过程在经济上的可行性。1.4 热量衡算1.4.1VAM合成工段1.4.1.1换热器热量衡算（1）E101醋酸蒸发器表1-1 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）01.839表1-2 流股焓变计算表InOut物流编号M101OUTE101OUTTemperature（）20.00117.51Pressure（bar）11Vapor Frac01Mole Flow（kmol/hr）245.43245.43Mass Flow（kg/hr）14687.6014687.60Volume Flow（cum/hr）13.627971.62Enthalpy Flow（Gcal/hr）-26.77-24.93表1-3 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr ）Hout（Gcal/hr）Error01.839-26.77-24.930.001（2）E102 原料加热器表1-4 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）01.187表1-5 流股焓变计算表InOut物流编号M102OUTE102OUTTemperature（）74.88150Pressure（bar）11Vapor Frac0.971Mole Flow（kmol/hr）991.47991.47Mass Flow（kg/hr）34160.4634160.46Volume Flow（cum/hr）27734.4734882.09Enthalpy Flow（Gcal/hr）15.2616.45表1-6 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr ）Hout（Gcal/hr）Error01.18715.2616.450.001（3）E103 反应器出口冷凝器表1-7 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0-1.981表1-8 流股焓变计算表InOut物流编号R102OUTE103-OUTTemperature（）17050Pressure（bar）31Vapor Frac10.92Mole Flow（kmol/hr）809.71809.71Mass Flow（kg/hr）34160.4634160.46Volume Flow（cum/hr）9944.5320042.13Enthalpy Flow（Gcal/hr）11.889.89表1-9 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr ）Hout（Gcal/hr）Error0-1.98111.889.890.0011.4.1.2泵热量衡算（1）P101醋酸进料加压泵表1-10 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）00表1-11 流股焓变计算表InOut物流编号CH3COOHP101-OUTTemperature（）2020Pressure（bar）11Vapor Frac00Mole Flow（kmol/hr）182.36182.36Mass Flow（kg/hr）10900.2610900.26Volume Flow（cum/hr）10.1110.11Enthalpy Flow（Gcal/hr）-19.88-19.88表1-12 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error00-19.88-19.880.001（2）P106循环醋酸输送泵表1-13 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）00表1-14 流股焓变计算表InOut物流编号FS101-2P106OUTTemperature（）2020Pressure（bar）11Vapor Frac00Mole Flow（kmol/hr）63.0763.07Mass Flow（kg/hr）3787.343787.34Volume Flow（cum/hr）3.513.51Enthalpy Flow（Gcal/hr）-6.89-6.89表1-15 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error00-6.89-6.890.0011.4.1.3压缩机热量衡算（1）COMP102 乙炔气体压缩机表1-16 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0.0740表1-17 流股焓变计算表InOut物流编号E105OUTCMOP-2Temperature（）2032.10Pressure（bar）11.2Vapor Frac11Mole Flow（kmol/hr）553.16553.16Mass Flow（kg/hr）14450.5214450.52Volume Flow（cum/hr）13482.4111699.05Enthalpy Flow（Gcal/hr）29.6229.69表1-18 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0.074029.6229.690.0011.4.1.4反应器热量衡算（1）R101 VAM合成反应器表1-19 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0-4.506表1-20流股焓变计算表InOut物流编号E102OUTR101OUTTemperature（）150170Pressure（bar）13Vapor Frac11Mole Flow（kmol/hr）991.47811.38Mass Flow（kg/hr）34160.4634160.46Volume Flow（cum/hr）34882.099965.09Enthalpy Flow（Gcal/hr）16.4511.94表1-21 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0-4.50616.4511.940.001（2）R102 副反应反应器表1-22 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0-0.0648表1-23流股焓变计算表InOut物流编号R101OUTR102OUTTemperature（）170170Pressure（bar）33Vapor Frac11Mole Flow（kmol/hr）811.38809.71Mass Flow（kg/hr）34160.4634160.46Volume Flow（cum/hr）9965.099944.53Enthalpy Flow（Gcal/hr）11.9411.88表1-24 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0-0.064811.9411.880.0011.4.2 乙炔气体分离工段1.4.2.1换热器热量衡算（1）E104醋酸洗涤塔前加热器表1-25 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）00.065表1-26 流股焓变计算表InOut物流编号M103OUTE104OUTTemperature（）10.0020Pressure（bar）0.51Vapor Frac11Mole Flow（kmol/hr）590.88590.88Mass Flow（kg/hr）17224.1917224.19Volume Flow（cum/hr）27821.2414401.90Enthalpy Flow（Gcal/hr）27.7427.80表1-27 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr ）Hout（Gcal/hr）Error00.06527.7427.800.001（2）E105乙炔气回流换热器表1-28 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）00.040表1-29 流股焓变计算表InOut物流编号F103VAPE105OUTTemperature（）1320Pressure（bar）51Vapor Frac11Mole Flow（kmol/hr）553.16553.16Mass Flow（kg/hr）14450.5214450.52Volume Flow（cum/hr）2632.0913482.41Enthalpy Flow（Gcal/hr）29.5829.62表1-30 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr ）Hout（Gcal/hr）Error00.04029.5829.620.0011.4.2.2泵热量衡算（1）P102乙醛粗分塔前加压泵表1-31 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0.002990表1-32 流股焓变计算表InOut物流编号M104OUTP102-OUTTemperature（）17.8918.64Pressure（bar）0.51.2Vapor Frac0.005060Mole Flow（kmol/hr）432.88432.88Mass Flow（kg/hr）30394.8430394.84Volume Flow（cum/hr）136.0630.14Enthalpy Flow（Gcal/hr）-41.52-41.51表1-33 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0.002990-41.52-41.510.0011.4.2.3塔热量衡算（1）T101醋酸洗涤塔表1-34 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0-4.45*10(-8)表1-35 流股焓变计算表InOut物流编号E104OUTT101-DT101-WTemperature（）2035.0930.05Pressure（bar）111Vapor Frac110Mole Flow（kmol/hr）590.88576.83214.06Mass Flow（kg/hr）17224.1915775.8413458.57Volume Flow（cum/hr）14401.9014782.9913.01Enthalpy（Gcal/hr）27.8027.92-21.97表1-36 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0-4.45*10(-8)27.8027.92-21.970.001（1）T102水洗塔表1-37 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）04.78*10(-7)表1-38 流股焓变计算表InOut物流编号H2O-1T101-DT102-DT102-WTemperature（）2035.0924.2925.94Pressure（bar）1111Vapor Frac0110Mole Flow（kmol/hr）100576.83571.31105.52Mass Flow（kg/hr）1801.5315775.8414800.042777.33Volume Flow（cum/hr）1.8014782.9914128.732.87Enthalpy（Gcal/hr）-6.8427.9228.87-7.79表1-39 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error04.78*10(-7)-6.8427.9228.87-7.790.0011.4.2.4 气液分离罐热量衡算（1）F101 气液分离罐表1-40 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0-1.710表1-41 流股焓变计算表InOut物流编号E103-OUTF101LIQF101VAPTemperature（）501010Pressure（bar）111Vapor Frac0.9201Mole Flow（kmol/hr）809.71222.57587.13Mass Flow（kg/hr）34160.4617057.2417103.22VolumeFlow（cum/hr）20042.1317.4813822.34Enthalpy（Gcal/hr）27.8027.92-21.97表1-42 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr ）Hout（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0-1.71027.8027.92-21.970.001（2）F102 气液分离罐表1-43 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）00.011表1-44 流股焓变计算表InOut物流编号F101LIQF102LIQF102VAPTemperature（）101010Pressure（bar）10.50.5Vapor Frac001Mole Flow（kmol/hr）222.57218.823.75Mass Flow（kg/hr）17057.2416936.27120.97Volume Flow（cum/hr）17.4817.26176.57Enthalpy（Gcal/hr）-19.40-19.540.15表1-45 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr ）Hout（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error00.011-19.40-19.540.150.001（2）F103 气液分离罐表1-46 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0-0.238表1-47 流股焓变计算表InOut物流编号T102-DF103LIQF103VAPTemperature（）24.291313Pressure（bar）155Vapor Frac101Mole Flow（kmol/hr）571.3118.15553.16Mass Flow（kg/hr）14800.04349.5214450.52Volume Flow（cum/hr）14128.730.392632.09Enthalpy（Gcal/hr）28.87-0.9429.58表1-48 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr ）Hout（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0-0.23828.87-0.9429.580.0011.4.3 副产物乙醛精制工段1.4.3.1泵热量衡算（1）P104乙醛粗分塔前加压泵表1-49 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0.000010270表1-50 流股焓变计算表InOut物流编号R103OUTP104OUTTemperature（）2020.01Pressure（bar）11.2Vapor Frac00Mole Flow（kmol/hr）67.3567.35Mass Flow（kg/hr）1500.351500.35Volume Flow（cum/hr）1.631.63Enthalpy Flow（Gcal/hr）-4.41-4.41表1-51 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0.000010270-4.41-4.410.0011.4.3.2塔热量衡算（1）T103乙醛粗分塔表1-52 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0-0.023表1-53 流股焓变计算表InOut物流编号P102-OUTT103-DT103-WTemperature（）18.64-0.2896.68Pressure（bar）1.211.2Vapor Frac010Mole Flow（kmol/hr）432.888.25424.63Mass Flow（kg/hr）30394.84250.0630144.78Volume Flow（cum/hr）30.14187.2333.23Enthalpy（Gcal/hr）-41.510.28-40.84表1-54 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0-0.0230.28-40.84-41.510.001（2）T107乙醛精制塔表1-55 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0-0.039表1-56 流股焓变计算表InOut物流编号R103OUTT107-DT107-WTemperature（）2020.6390.34Pressure（bar）111.2Vapor Frac010Mole Flow（kmol/hr）67.3510.6256.73Mass Flow（kg/hr）1500.35467.741032.60Volume Flow（cum/hr）1.63259.351.11Enthalpy（Gcal/hr）-4.41-0.44-3.81表1-57 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0-0.039-4.41-0.44-3.810.0011.4.3.3反应器热量衡算（1）R103 乙醛反应器表1-58 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0-0.33表1-59流股焓变计算表InOut物流编号H2O-4M106OUTR103OUTTemperature（）2011.8720Pressure（bar）111Vapor Frac00.3703320Mole Flow（kmol/hr）5026.4067.35Mass Flow（kg/hr）900.76599.581500.35Volume Flow（cum/hr）0.90232.031.63Enthalpy（Gcal/hr）-3.42-0.66-4.41表1-60 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0-0.33-3.42-0.66-4.410.0011.4.4 VAM及醋酸精制工段1.4.4.1换热器热量衡算（1）E106醋酸回流换热器表1-61 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0-0.530表1-62 流股焓变计算表InOut物流编号T106-WE106OUTTemperature（）123.6120Pressure（bar）1.21Vapor Frac00Mole Flow（kmol/hr）263.07263.07Mass Flow（kg/hr）15797.5615797.56Volume Flow（cum/hr）16.8614.64Enthalpy Flow（Gcal/hr）-28.22-28.75表1-63 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr ）Hout（Gcal/hr）Error0-0.530-28.22-28.750.0011.4.4.2泵热量衡算（1）P103 醋酸精制塔前加压泵表1-64 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0.00060580表1-65 流股焓变计算表InOut物流编号M105OUTP103OUTTemperature（）93.8094.59Pressure（bar）11.2Vapor Frac0.00730.0044Mole Flow（kmol/hr）349.55349.55Mass Flow（kg/hr）17440.4617440.46Volume Flow（cum/hr）96.3957.54Enthalpy Flow（Gcal/hr）-33.95-33.95表1-66 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0.00060580-33.95-33.950.001（2）P105 共沸精馏进水加压泵表1-67 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0.000030830表1-68 流股焓变计算表InOut物流编号H2O-2P105-OUTTemperature（）2020.01Pressure（bar）11.2Vapor Frac00Mole Flow（kmol/hr）272272Mass Flow（kg/hr）4900.164900.16Volume Flow（cum/hr）4.914.91Enthalpy Flow（Gcal/hr）-18.59-18.59表1-69 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0.000030830-18.59-18.590.0011.4.4.3压缩机热量衡算（1）COMP101 VAM气体压缩机表1-70 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0.02820表1-71 流股焓变计算表InOut物流编号T104-DCOMP-1Temperature（）72.2277.82Pressure（bar）11.2Vapor Frac11Mole Flow（kmol/hr）180.83180.83Mass Flow（kg/hr）15499.9515499.95Volume Flow（cum/hr）5192.514397.26Enthalpy Flow（Gcal/hr）-13.37-13.35表1-72 热量平衡计算表一览W（Gcal/hr）Q（Gcal/hr）Hin（Gcal/hr）Hout（Gcal/hr）Error0.02820-13.37-13.350.0011.4.4.4塔热量衡算（1）T104醋酸粗分塔表1-73 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0-0.0323表1-74 流股焓变计算表InOut物流编号T103-WT104-DT104-WTemperature（）96.6828472.21589123.543Pressure（bar）1.211.2Vapor Frac010Mole Flow（kmol/hr）424.6284180.83243.7984Mass Flow（kg/hr）30144.7815499.9514644.83Vo