附录2-能量平衡计算书VIP

目 录 1 总述. 1 2 热量衡算的原理和准则. 1 3 热量衡算任务. 2 4 热量衡算一览表. 3 4.1 叔丁醇生产工段. 3 4.2 叔丁胺生产工段. 5 4.3 叔丁胺精制工段. 9 - 1 - 中国石化扬子石化-巴斯夫年产 2 万吨叔丁胺项目 1 总述 本项目为中国石化扬子石化-巴斯夫设计一分厂，利用中国石化扬子石化-巴 斯夫产生的异丁烯为原料，氯化再氨化法（甲醇为溶剂）合成叔丁胺。本项目采 用催化精馏、 萃取精馏等新型生产工艺生产叔丁胺 （99.9%， 优级品） 2 万吨/年， 副产氯化铵（99.0%，合格品）1.6 万吨/年。 在项目前期，确定了该生产所采用的工艺与流程后，需要进一步对该项目进 行定量计算。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。 2 热量衡算的原理和准则 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能量平衡方程： 输入设备热量的总和= 出设备热量的总和+损失热量的总和 对于连续系统： Q + W = Hout - Hin 其中， 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。 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。 - 2 - 中国石化扬子石化-巴斯夫年产 2 万吨叔丁胺项目 3 热量衡算任务 (1) 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； (2) 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； (3) 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； (4) 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； (5) 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； - 3 - 中国石化扬子石化-巴斯夫年产 2 万吨叔丁胺项目 能量平衡计算书 4 热量衡算一览表 4.1 叔丁醇生产工段 (1) 催化精馏反应器（R0101） 表表 1-1 催化精馏催化精馏反应器进出料流股焓值表反应器进出料流股焓值表 项目 进料 1 进料 2 出料 1 出料 2 温度， 79 79 79.1 149.3 压力，bar 10 10 10 10 气相分率 0 1 1 0 质量流率，kg/hr 3973.306 3093.61 30.976 7035.963 焓值，Gcal/hr -14.839 -0.176 -0.007 -15.161 H，Gcal/hr -15.015 -15.168 - 表表 1-2 催化精馏催化精馏反应器能量平衡表反应器能量平衡表 Hin，Gcal/hr Hout，Gcal/hr Q， Gcal/hr W， Gcal/hr 误差误差 -15.015 -15.168 -0.256052947 0 0.0067 (2) 萃取塔（T0101） - 4 - 中国石化扬子石化-巴斯夫年产 2 万吨叔丁胺项目 能量平衡计算书 表表 1-3 萃取萃取塔进出料流股焓值表塔进出料流股焓值表 项目项目 进料进料 1 进料进料 2 出料出料 1 出料出料 2 温度， 213.8 96.9 130 109.6 压力，bar 2 2 2 2 气相分率 0 0.186 0 0 质量流率，kg/hr 5462.023 7035.963 6405.503 6092.483 焓值，Gcal/hr -8.972 -15.161 -16.449 -8.318 H，Gcal/hr -24.133 -24.767 表表 1-4 萃取塔萃取塔能量平衡表能量平衡表 Hin，Gcal/hr Hout，Gcal/hr Q， Gcal/hr W， Gcal/hr 误差误差 -24.133 -24.767 -0.63282 0 0.0000489 (3) 萃取剂回收塔（T0102） 表表 1-5 萃取剂回收塔萃取剂回收塔进出料流股焓值表进出料流股焓值表 项目项目 进料进料 1 出料出料 1 出料出料 2 温度， 117.3 131.9 221.3 压力，bar 2 2 2 气相分率 0 1 0 质量流率，kg/hr 8458.638 3236.557 5222.563 焓值，Gcal/hr -19.974 -9.432 -8.549 H，Gcal/hr -19.974 -17.981 表表 1-6 萃取剂回收塔萃取剂回收塔能量平衡表能量平衡表 - 5 - 中国石化扬子石化-巴斯夫年产 2 万吨叔丁胺项目 能量平衡计算书 Hin，Gcal/hr Hout，Gcal/hr Q， Gcal/hr W， Gcal/hr 误差误差 -19.974 -17.981 1.993794 0 0.00162 (4) 闪蒸罐（V0103） 表表 1-7 闪蒸罐闪蒸罐进出料流股焓值表进出料流股焓值表 项目项目 进料 出料 1 出料 2 温度， 109.6 64 64 压力，bar 2 0.1 0.1 气相分率 0 1 0 质量流率，kg/hr 6092.483 4039.347 2053.136 焓值，Gcal/hr -8.318 -4.376 -3.525 H，Gcal/hr -8.318 -7.901 表表 1-8 闪蒸罐闪蒸罐能量平衡表能量平衡表 Hin，Gcal/hr Hout，Gcal/hr Q， Gcal/hr W， Gcal/hr 误差误差 -8.318 -7.901 0.41643 0 0.000072 4.2 叔丁胺生产工段 (1) 静态混合器 表表 1-9 静态混合器静态混合器进出料流股焓值表进出料流股焓值表 项目项目 进料进料 1 进料进料 2 出料出料 1 - 6 - 中国石化扬子石化-巴斯夫年产 2 万吨叔丁胺项目 能量平衡计算书 温度， 30 25.3 46.8 压力，bar 1.013 1 1 气相分率 0 0.329 0 质量流率，kg/hr 4039.347 4268.329 8307.676 焓值，Gcal/hr -5.111 -9.106 -14.217 H，Gcal/hr -14.217 -14.217 表表 1-10 静态混合器静态混合器能量平衡表能量平衡表 Hin，Gcal/hr Hout，Gcal/hr Q， Gcal/hr W， Gcal/hr 误差误差 -14.217 -14.217 0 0 0 (2) 反应精馏塔（T0202） 表表 1-11 反应精馏塔反应精馏塔进出料流股焓值表进出料流股焓值表 项目项目 进料进料 1 出料出料 1 出料出料 2 温度， 46.8 -9.1 99.9 压力，bar 1 1 1 气相分率 0 0 0 质量流率，kg/hr 8307.676 5141.028 3166.648 焓值，Gcal/hr -14.217 -3.072 -11.601 H，Gcal/hr -14.217 -14.673 表表 1-12 反应精馏塔反应精馏塔能量平衡表能量平衡表 Hin，Gcal/hr Hout，Gcal/hr Q， Gcal/hr W， Gcal/hr 误差误差 -14.217 -14.673 -0.45601 0 0.0000068 - 7 - 中国石化扬子石化-巴斯夫年产 2 万吨叔丁胺项目 能量平衡计算书 (3) 闪蒸罐（V0202） 表表 1-13 闪蒸罐进出料流股焓值表闪蒸罐进出料流股焓值表 项目项目 进料进料 1 出料出料 1 出料出料 2 温度， -9.1 20 20 压力，bar 1 1 1 气相分率 0 1 0 质量流率，kg/hr 5141.028 338.629 4802.403 焓值，Gcal/hr -3.072 -0.199 -2.781 H，Gcal/hr -3.072 -2.98 表表 1-14 闪蒸罐能量平衡表闪蒸罐能量平衡表 Hin，Gcal/hr Hout，Gcal/hr Q， Gcal/hr W， Gcal/hr 误差误差 -3.072 -2.98 0.0929215 0 0.000309 管式反应器（R0203） 表表 1-15 管式反应器进出料流股焓值表管式反应器进出料流股焓值表 项目项目 进料进料 1 进料进料 2 进料进料 3 出料出料 1 温度， 90 90 90 90 压力，bar 10.133 10.133 10.133 10.133 气相分率 0 0 1 0.042 质量流率，kg/hr 4802.403 7020.702 2648.922 14472.027 焓值，Gcal/hr -2.618 -11.751 -1.614 -17.608 H，Gcal/hr -15.983 -17.608 - 8 - 中国石化扬子石化-巴斯夫年产 2 万吨叔丁胺项目 能量平衡计算书 表表 1-16 管式反应器能量平衡表管式反应器能量平衡表 Hin，Gcal/hr Hout，Gcal/hr Q， Gcal/hr W， Gcal/hr 误差误差 -15.983 -17.608 -1.62638277 0 0.000007 闪蒸罐（V0204） 表表 1-17 闪蒸罐闪蒸罐进出料流股焓值表进出料流股焓值表 项目项目 进料进料 1 出料出料 1 出料出料 2 温度， 90 105 105 压力，kpa 10.133 0.1 0.1 气相分率 0 1 0 质量流率，kg/hr 2627.102 366.045 2261.057 焓值，Gcal/hr -4.122 -0.531 -3.515 H，Gcal/hr -4.122 -4.046 表表 1-18 闪蒸罐闪蒸罐能量平衡表能量平衡表 Hin，Gcal/hr Hout，Gcal/hr Q， Gcal/hr W， Gcal/hr 误差误差 -4.122 -4.046 0.075624589 0 0.00083 氨提馏塔（T0203） 表表 1-19 氨提馏塔氨提馏塔进出料流股焓值表进出料流股焓值表 项目项目 进料进料 1 出料出料 1 出料出料 2 温度， 90 -26.9 114.5 压力，bar 10.133 10.133 10.133 - 9 - 中国石化扬子石化-巴斯夫年产 2 万吨叔丁胺项目 能量平衡计算书 气相分率 0.098 0 0 质量流率，kg/hr 11844.925 971.48 10873.445 焓值，Gcal/hr -13.78 -0.714 -13.028 H，Gcal/hr -13.78 -13.742 表表 1-20 氨提硫塔氨提硫塔能量平衡表能量平衡表 Hin，Gcal/hr Hout，Gcal/hr Q， Gcal/hr W， Gcal/hr 误差误差 -13.78 -13.742 0.03655 0 0.0001056 4.3 叔丁胺精制工段 (1) 甲醇精馏塔（T0301） 表表 1-21 甲醇精馏塔甲醇精馏塔进出料流股焓值表进出料流股焓值表 项目项目 进料进料 1 出料出料 1 出料出料 2 温度， 114.5 100.1 137.3 压力，bar 10.133 10.133 10.133 气相分率 0 0 0 质量流率，kg/hr 10873.445 6631.279 4242.166 焓值，Gcal/hr -13.028 -6.386 -6.644 H，Gcal/hr -13.028 -13.03 表表 1-22 甲醇精馏塔甲醇精馏塔能量平衡表能量平衡表 Hin，Gcal/hr Hout，Gcal/hr Q， Gcal/hr W， Gcal/hr 误差误差 - 10 - 中国石化扬子石化-巴斯夫年产 2 万吨叔丁胺项目 能量平衡计算书 -13.028 -13.03 -0.00142 0 0.00004451 (2) 产品精馏塔（T0302） 表表 1-23 产品精馏塔产品精馏塔进出料流股焓值表进出料流股焓值表 项目项目 进料进料 1 出料出料 1 出料出料 2 温度， -7.1 -75.8 -3.1 压力，bar 0.1 0.1 0.1 气相分率 0.513 0 0 质量流率，kg/hr 6631.279 3551.374 3079.905 焓值，Gcal/hr -6.386 -2.013 -5.015 H，Gcal/hr -6.386 -7.028 表表 1-24 产品精馏塔产品精馏塔能量平衡表能量平衡表 Hin，Gcal/hr Hout，Gcal/hr Q， Gcal/hr W， Gcal/hr 误差误差 -6.386 -7.028 -0.64215 0 0.0000021343 (3) 精馏塔（T0303） 表表 1-25 精馏塔精馏塔进出料流股焓值表进出料流股焓值表 项目项目 进料进料 1 出料出料 1 出料出料 2 温度， -75