附录1 能量衡算说明书

广西广维化工醋酸乙烯酯10万吨生产分厂项目 能量衡算说明书2019年“东华科技-恒逸石化杯”第十三届全国大学生化工设计竞赛广西广维化工醋酸乙烯酯10万吨生产分厂项目 参赛学校： 合肥工业大学（宣城校区） 团队名称： 键酯未来 指导老师： 姚运金、姚鑫、杨则恒、徐超、曹付虎 团队成员：李云云、吴城瑜、邢腾、夏星星、刘耀斌完成时间： 2019年8月11日 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34.1乙烯合成工段34.1.1乙醇粗馏塔T10134.1.2乙醇精馏塔T010244.1.3乙烯绝热固定床反应器R010154.1.4气液分离罐V010664.2 VAC合成工段74.2.1醋酸蒸发塔T020174.2.2 VAC列管式反应器R020194.2.3气体分离塔T020294.2.4 VAC脱气罐V0205104.2.5洗涤塔T0203114.3 VAC精制工段124.3.1第一精馏塔T0301124.3.2冷凝液分离器V0303134.3.3第二精馏塔T0302144.4工业乙醇精制工段154.4.1乙醇粗分塔T0401154.4.2乙醇萃取塔T0402164.4.3萃取剂再生塔T040317第一章 概述本设计项目工艺经过乙烯合成工段、VAC合成工段、VAC精制工段、工业乙醇精制工段。最后生产醋酸乙烯酯产品，副产工业乙醇产品（其纯度达到工业级要求）。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1-11-4所示。图1-1 工艺流程方框图1乙烯制备工段图1-2 工艺流程图方框图2VAC合成工段图1-3 工艺流程图方框图3VAC精制工段图4-4 工艺流程图方框图4工业乙醇精制工段第二章 能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：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。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 能量衡算表本项目的设备能量衡算将分为乙烯合成、VAC合成、VAC精制以及工业乙醇精制四个阶段分别进行详细计算说明。4.1乙烯合成工段乙烯合成工段主要分为乙醇粗馏塔T0101、乙醇精馏塔T0102、乙烯反应器R0101、气液分离罐V0106。经过Aspen Plus V9详细模拟后结果见表4-1至表4-16。4.1.1乙醇粗馏塔T101表4-1 乙醇粗馏塔T0101能量信息表INOUTStream ID010301040105总流量kmol/hr25000156023440总流量 kg/hr48947764374.1908425102.7976总流量 cum/hr538.732084.6560462.1876温度 C80.708864.373699.4387压力 kPa101.32580100气相分率001液相分率110固相分率000焓kcal/mol-67.0414-64.0689-66.8941焓 kcal/kg-3424.13-1552.60-3688.51焓流量 MMkcal/hr-1676.04-99.95-1568.00Enthalpy Mmkcal/hr-1676.04-1667.95表4-2 反应精馏塔T101负荷计算表冷凝器再沸器热负荷 Mmkcal/hr-121.5440129.6362表4-3 反应精馏塔T101能量平衡计算表QWH(in)H(out）Error00-1676.04-1667.950.001474774.1.2乙醇精馏塔T0102表4-4 乙醇精馏塔T0102能量信息表INOUTStream ID01060116012101100117总流量kmol/hr15608327.549645.479652.749880.27总流量 kg/hr64374.2356827309884413614317472总流量 cum/hr84.6579471.544286281344406405.824温度 C64.386563.338983.877870.15779.3895压力 kPa1108010080100气相分率00110液相分率11001固相分率00000焓 kcal/mol-64.0684-63.7262-56.2014-54.0199-65.9169焓 kcal/kg-1552.59-1487.22-1749.33-1260.69-2051.45焓流MMkcal/hr-99.9468-530.682-542.089-521.44-651.277Enthalpy Mmkcal/hr-630.629-1714.81表4-5 乙醇精馏塔T0102负荷计算表冷凝器再沸器电能能耗热负荷 MJ/hr-38530970640478表4-6 乙醇精馏塔T0102能量平衡计算表QWH(in)H(out）Error00-630.629-1714.810.1413544.1.3乙烯绝热固定床反应器R0101INOUTStream ID01250126总流量 kmol/hr175.531226.363总流量 kg/hr7542.37542.3总流量 cum/hr19885.519273.8温度 C340187.687压力 kPa4545气相分率11液相分率00固相分率00焓 kcal/mol-45.9302-35.6162焓 kcal/kg-1068.93-1068.93焓 MMkcal/hr-8.06218-8.06218Enthalpy Mmkcal/hr-8.06218-8.06218表4-7乙烯绝热固定床反应器R0101能量信息表表4-8 乙烯绝热固定床反应器R0101负荷表热负荷 Mmkcal/hr0表4-9乙烯绝热固定床反应器R0101能量平衡计算表QWH(in)H(out）Error00-8.06218-8.0621804.1.4气液分离罐V0106表4-10气液分离罐V0106能量信息表INOUTStream ID01280129F7总流量 kmol/hr226.36352.6614173.701总流量 kg/hr7542.31555.365986.94总流量 cum/hr7022.881217.867.1623温度 C10055压力 kPa100100100气相分率110液相分率001固相分率000焓 kcal/mol-36.85736.66357-61.9073焓 kcal/kg-1106.18225.616-1796.14焓 MMkcal/hr-8.343110.350913-10.7534Enthalpy Mmkcal/hr-8.34311-10.4025表4-11 气液分离罐V0106能量平衡计算表QWH(in)H(out）Error-2.05940-8.34311-10.402504.2 VAC合成工段VAC合成工段分为醋酸蒸发塔T0201、VAC列管式反应器R0201、气体分离塔T0202、VAC脱气罐V0205、洗涤塔T0203。经过Aspen Plus V9 模拟结果见表4-12至4-25。4.2.1醋酸蒸发塔T0201表4-12醋酸蒸发塔T0201能量信息表INOUTStream ID205207208总流量 kmol/hr300763.0611063.06总流量 kg/hr16878.821422.638301.5总流量 cum/hr16.933820501.731772.7温度 C72.84645086.3244压力 kPa100100100气相分率011液相分率100固相分率000焓 kcal/mol-104.588.77466-21.1661焓 kcal/kg-1858.77312.548-587.466焓 MMkcal/hr-31.37396.69561-22.5008Enthalpy Mmkcal/hr-24.6783-22.5008表4-13醋酸蒸发塔T0201负荷计算表热负荷 MMkcal/hr2.1775表4-14醋酸蒸发塔T0201能量平衡计算表QWH(in)H(out）Error2.17750-24.6783-22.50080.0034.2.2 VAC列管式反应器R0201表4-15 VAC列管式反应器R0201能量信息表INOUTStream ID02100213总流量 kmol/hr1389.891301.56总流量 kg/hr47898.347898.3总流量 cum/hr44439.95702.73温度 C111.412140压力 kPa100784气相分率11液相分率00固相分率00焓 kcal/mol-15.7995-22.4405焓 kcal/kg-458.461-609.783焓 MMkcal/hr-21.9595-29.2076Enthalpy Mmkcal/hr-21.9595-29.2076表4-16 VAC列管式反应器R0201负荷表热负荷 Mmkcal/hr-6.5357表4-17 VAC列管式反应器R0201能量平衡计算表QWH(in)H(out）Error-6.53570-21.9595-29.20760.71244.2.3气体分离塔T0202表4-18气体分离塔T0202能量信息表INOUTStream ID220222223224总流量 kmol/hr236.9151301.56843.503694.971总流量 kg/hr13463.647898.325189.636172.3总流量 cum/hr13.0919551.127200.436.1016温度 C49.1802537.12849.37846压力 kPa1401.331008090气相分率00.64879610液相分率10.35120401固相分率0000焓 kcal/mol-105.37-27.11050.83376-87.7055焓 kcal/kg-1854.16-736.68327.9194-1685.07焓 MMkcal/hr-24.9637-35.28590.703279-60.9528Enthalpy Mmkcal/hr-60.2496-60.2495表4-19气体分离塔T0202能量平衡计算表QWH(in)H(out）Error00-60.2496-60.2495-0.00014.2.4 VAC脱气罐V0205表4-20 VAC脱气罐V0105能量信息表INOUTStream ID022402260227总流量 kmol/hr694.9716.85942688.112总流量 kg/hr36172.3261.45235910.9总流量 cum/hr36.1016417.96936.1505温度 C9.378462020压力 kPa904040气相分率010液相分率101固相分率000焓 kcal/mol-87.7055-8.77056-88.2172焓 kcal/kg-1685.07-230.103-1690.39焓 MMkcal/hr-60.9528-0.060161-60.7033Enthalpy Mmkcal/hr-60.9528-60.7635表4-21 VAC脱气罐V0105负荷计算表热负荷 MMkcal/hr04-22 VAC脱气罐V0105能量平衡计算表QWH(in)H(out）Error0.189342471240-60.9528-60.763504.2.5洗涤塔T0203表4-23洗涤塔T0203能量信息表INOUTStream ID2-212-222-23S51XHHAC3总流量 kmol/hr843.503500100848.896594.607总流量 kg/hr25189.627552.91801.5323609.130934.9总流量 cum/hr2299027.14821.8394821636.930.4946温度 C59.005954.42534037.470344.8281压力 kPa101.325501.325501.325101.325101.325气相分率10010液相分率01101固相分率00000焓 kcal/mol1.04112-103.442-67.99442.30195-100.228焓 kcal/kg34.8632-1877.15-3774.2682.7695-1926.5焓 MMkcal/hr0.87819-51.7208-6.799441.95411-59.5962Enthalpy Mmkcal/hr-57.64205-57.64209表4-24 洗涤塔T0203负荷计算表冷凝器再沸器热负荷 Mmkcal/hr00表4-25 洗涤塔T0203能量平衡计算表QWH(in)H(out）Error00-57.64205-57.642090.000044.3 VAC精制工段VAC精制工段主要分为第一精馏塔T0301、冷凝液分离器V0303、第二精馏塔T0302。经过Aspen Plus V9模拟结果见表4-26至4-34。4.3.1第一精馏塔T0301表4-26第一精馏塔T0301能量信息表INOUTStream ID030103020303总流量kmol/hr688.112362.222325.89总流量 kg/hr35910.918047.217863.7总流量 cum/hr42.023419.669319.1135温度 C5539.6986114.42压力 kPa101.32580100气相分率0.00022408800液相分率0.99977611固相分率000焓kcal/mol-87.3703-73.1622-102.359焓 kcal/kg-1674.16-1468.43-1867.34焓流量 MMkcal/hr-60.1205-26.501-33.3577Enthalpy Mmkcal/hr-60.1205-59.8587表4-27第一精馏塔T0301负荷计算表冷凝器再沸器热负荷 Mmkcal/hr-16.11458683216.376473152表4-28第一精馏塔T0301能量平衡计算表QWH(in)H(out）Error00-60.1205-59.85870.001474774.3.2冷凝液分离器V0303表4-29 冷凝液分离器V0303能量信息表INOUTStream ID030203040305总流量 kmol/hr362.222185.874176.348总流量 kg/hr18047.23549.5614497.6总流量 cum/hr19.66933.4643314.4495温度 C39.6986-40-40压力kPa80100100气相分率000液相分率111固相分率000焓 kcal/mol-73.1622-68.1581-84.7341焓 kcal/kg-1468.43-3569.13-1030.7焓 MMkcal/hr-26.501-12.6688-14.9427Enthalpy Mmkcal/hr-26.501 -27.6115表4-30冷凝液分离器V0303负荷计算表热负荷 MMkcal/hr-1.1105378964表4-31 冷凝液分离器V0303能量平衡计算表QWH(in)H(out）Error-1.11053789640-26.501 -27.611504.3.3第二精馏塔T0302表4-32第二精馏塔T0302能量信息表INOUTStream ID03050306PRODUCT总流量kmol/hr176.34826.3287150.019总流量 kg/hr14497.61589.5912908总流量 cum/hr14.44951.512414.9591温度 C-40-110.172.3125压力 kPa10080100气相分率000液相分率111固相分率000焓kcal/mol-84.7341-87.0542-81.6592焓 kcal/kg-1030.7-1441.9-949.058焓流量 MMkcal/hr-32.943-5.05306-27.0076Enthalpy Mmkcal/hr-32.943-32.06006表4-33第二精馏塔T0301负荷计算表冷凝器再沸器热负荷 Mmkcal/hr-5.6611122126.061329468表4-34第二精馏塔T0301能量平衡计算表QWH(in)H(out）Error0.4002170-32.943-32.060060.4827234.4工业乙醇精制工段工业乙醇精制工段分为乙醇粗分塔T0401、乙醇萃取塔T0402以及萃取剂再生塔T0403。经过Aspen Plus V9 模拟结果见表4-34至4-36。4.4.1乙醇粗分塔T0401表4-35乙醇粗分塔T0401能量信息表INOUTStream ID040104020403总流量kmol/hr1149.06108.6961040.37总流量 kg/hr49215.94671.0544544.8总流量 cum/hr63.86686.0331660.0473温度 C53.14 34.31 77.69 压力 kPa111.46 101.33 101.33 气相分率000液相分率111固相分率000焓kcal/mol-64.52 -54.76 -64.60 焓 kcal/kg-1506.30 -1274.22 -1508.84 焓流量 MMkcal/hr-74.13 -5.95 -67.21 Enthalpy Mmkcal/hr-74.13 -73.16表4-36 乙醇粗分塔T0401负荷计算表冷凝器再沸器热负荷 Mmkcal/hr-8.53979.5109表4-37 乙醇粗分塔T0401能量平衡计算表QWH(in)H(out）Error0.4002170-74.13 -73.160.034.4.2乙醇萃取塔T0402表4-38 乙醇萃取塔T0402能量信息表INOUTStream IDYC040304040405总流量 kmol/hr80.37 1040.37 997.46 123.28 总流量 kg/hr4961.4644544