【《环氧丙烷的生产的物料衡算计算过程案例》3700字】

环氧丙烷的生产的物料衡算计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u27553环氧丙烷的生产的物料衡算计算过程案例 175021.1物料衡算的任务 1174691.2物料衡算的基本原理 1202211.3乙酰水杨酸合成工段的物料衡算 2219571.3.1乙酰水杨酸合成反应系统的物料衡算 269841.3.2乙酸酐水解系统的物料衡算 441881.4乙酰水杨酸精制工段的物料衡算 599091.1.1乙酸精馏塔T0201的物料衡算 5285761.1.2乙酰水杨酸结晶过滤系统的物料衡算 6273721.5乙酰水杨酸再精制工段的物料衡算 8187011.5.1乙酰水杨酸溶解后重结晶过滤系统的物料衡算 820631.5.2产品干燥系统的物料衡算 988401.5.3乙醇热泵精馏系统的物料衡算 111.1物料衡算的任务本项目为年产5000吨乙酰水杨酸，并副产4700吨工业级乙酸和8700吨工业级乙醇的项目，以水杨酸、乙酸酐作为反应原料，通过合成反应、分离，精馏、等一系列的单元操作得到以上产品。本项目设计的连续年开工时间设置为7000小时（292天），其中每年约有60-70天的时间用于固定的全流程停车设备检修和紧急情况的处理以及员工的放假休整等。物料衡算主要有以下几项任务：（1）通过对全流程以及部分主要单元操作模拟的详细物料衡算，计算出乙酰水杨酸、乙酸、乙醇产品的产量，水杨酸、乙酸酐原料的消耗量，和“三废”的排放放量以及最后主、副产品的质量指标等关键经济技术指标。（2）对所选生产工艺路线、设计流程进行定量评述，为后阶段的设备设计等提供基础。（3）汇总全流程物料衡算，数据用于完成物料流程图等后续设计任务。1.2物料衡算的基本原理物料平衡的方程式是根据质量守恒原理建立起来的。用文字表示如下：进入系统的质量流量-排出系统的质量流量=系统内质量的累积量对稳态过程，系统内质量的积累几乎为零。此时有：进入系统的质量流量=排出系统的质量流量对于一般的反应系统体系，物料衡算可用的文字表示为：∑(系统物料的累积率)=∑(系统物料输入率)-∑(系统物料输出率)+∑(反应生成率)-∑(反应消耗率)假设系统体系无泄漏，其数学表达式为：dF当系统体系没有产生化学反应时，可用文字作为表示：∑(系统物料的累积率)=∑(系统物料输入率)-∑(系统物料输出率)，其数学表达式为：dF在稳定的状态下有：∑(系统物料输入率)=∑(系统物料输出率)，其数学表达式为：dF注：FINFOUTGRCR在物料、能量衡算过程中，恰当地选择计算基准可以使计算简化，同时也可以减少计算误差，所以本设计选择的基准为时间基准。1.3乙酰水杨酸合成工段的物料衡算1.3.1乙酰水杨酸合成反应系统的物料衡算乙酰水杨酸合成反应系统物料衡算示意图如图4-1所示。反应系统由混合器M101，PO反应器R101，副反应器R102组成。注：图中s1,s2,s3,s4,s5,s6,s7,s8表示流股的编号图4-1乙酰水杨酸合成反应系统物料衡算示意图乙酰水杨酸合成反应系统进料和出料各流股温度及压力参数见表4-1。表4-1丙烯环氧化反应系统进料和出料各流股温度及压力参数项目进料出料流股编号s1s2S8温度/℃压力/MPa气相分率质量流量/（kg/h）体积流量/（m3/h）摩尔流量/（kmol/h）乙酰水杨酸合成反应系统物料衡算结果见表4-2。表4-2乙酰水杨酸合成反应系统的物料衡算结果组分进料出料P0101进料M0101进料R0101出料质量流量/(kg/h)组成/wt%质量流量/(kg/h)组成/wt%质量流量/(kg/h)组成/wt%H2OC2H6ONaHCO3C2H4O2C9H8O4C7H6O3C4H6O3C9H8O4(S)N2O2合计总计/(kg/h)由表4-2可见，乙酰水杨酸合成反应系统中，乙酸酐、水杨酸的总进料量为1410kg/h，合成物的总出料量1410kg/h，所以乙酰水杨酸合成反应系统的物料守恒。1.3.2乙酸酐水解系统的物料衡算酸酐水解反应器R0102的主要目的是将乙酰水杨酸合成反应器中过量的乙酸酐水解为乙酸，反应系统由冷冷凝器E0103，反应器R0102组成，其反应系统物料平衡示意图如图4-2所示。注：图中s8,s9,s10,s11表示流股的编号图4-2乙酸酐水解反应系统物料衡算示意图乙酸酐水解反应系统各进料流股及出料流股温度及压力参数见表4-3。表4-3乙酸酐水解系统进料和出料各流股温度及压力参数项目进料出料流股编号S9S10S12温度/℃压力/MPa气相分率质量流量/（kg/h）体积流量/（m3/h）摩尔流量/（kmol/h）酸酐水解反应系统物料衡算结果见表4-4。表4-4乙酸酐水解系统的物料衡算结果组分进料出料E0103进料R0102进料R0102出料质量流量/(kg/h)组成/wt质量流量/(kg/h)组成/wt质量流量/(kg/h)组成/wtH2OC2H6ONaHCO3C2H4O2C9H8O4C7H6O3C4H6O3C9H8O4(S)N2O2合计总计/(kg/h)由表4-4可见酸酐水解反应系统的总进料量为2010kg/h，总出料量为2010kg/h，所以酸酐水解反应系统的物料守恒。1.4乙酰水杨酸精制工段的物料衡算1.1.1乙酸精馏塔T0201的物料衡算乙酸精馏塔T0201的主要目的是将酸酐水解反应器中生成的乙酸分离提纯，乙酸从塔釜采出，水等组分从塔顶采出。乙酸精馏塔T0201的物料衡算示意图如图4-3所示。注:图中s13,s15,s16表示流股的编号图4-3乙酸精馏塔衡算示意图乙酸精馏塔T0201进料与出料各流股温度及压力参数见表4-5。表4-7萃取精馏塔T0201进料和出料各流股温度及压力参数项目进料出料流股编号s13s15s16温度/℃压力/MPa气相分率质量流量/（kg/h）体积流量/（m3/h）摩尔流量/(kmol/h)乙酸精馏塔T0201的物料衡算结果如表4-6所示。表4-6萃取精馏塔T0201的物料衡算结果组分进料出料P0201进料T0201出料T0201出料质量流量/(kg/h)组成/wt质量流量/(kg/h)组成/wt质量流量/(kg/h)组成/wtH2OC2H6ONaHCO3C2H4O2C9H8O4C7H6O3C4H6O3C9H8O4(S)N2O2合计总计/(kg/h)由表4-6可见，乙酸精馏塔T0201的总进料量为1243.55kg/h，总出料量1243.55kg/h，所以乙酸精馏塔的物料守恒。1.1.2乙酰水杨酸结晶过滤系统的物料衡算乙酰水杨酸结晶釜R0201的主要目的是将乙酰水杨酸从溶液中析出，后经离心机M0201机将乙酰水杨酸提纯，实现固液分离。乙酰水杨酸结晶过滤系统物料衡算示意图如图4-4所示。注：图中s11,s12,s13,s17表示流股的编号图4-4乙酰水杨酸结晶过滤物料衡算示意图乙酰水杨酸结晶过滤系统进料和出料各流股温度及压力参数见表4-7。表4-7乙酰水杨酸结晶过滤系统进料和出料各流股温度及压力参数项目进料出料流股编号s11s13s17温度/℃压力/MPa固相分率质量流量/（kg/h）体积流量/（m3/h）摩尔流量/（kmol/h）乙酰水杨酸结晶过滤系统的物料衡算结果见表4-8。表4-8乙酰水杨酸结晶过滤系统的物料衡算结果组分进料出料R0201进料M0201出料M0201出料质量流量/(kg/h)组成/wt质量流量/(kg/h)组成/wt质量流量/(kg/h)组成/wtH2OC2H6ONaHCO3C2H4O2C9H8O4C7H6O3C4H6O3C9H8O4(S)N2O2合计总计/(kg/h)由表4-8可见，乙酰水杨酸结晶过滤系统的总进料量为2010kg/h，总出料量为2010kg/h，所以乙酰水杨酸结晶过滤系统的物料守恒。1.5乙酰水杨酸再精制工段的物料衡算1.5.1乙酰水杨酸溶解后重结晶过滤系统的物料衡算乙酰水杨酸溶解后重结晶过滤系统的物料衡算示意图如图4-5所示。经乙酰水杨酸结晶过滤后的产品任存在大量杂质，需进行重结晶后进一步除杂，该过程由乙酰水杨酸溶解器R0301，乙酰水杨酸重结晶釜R0302，离心分离器M0301组成。注：图中s17,s18,s19,s20,s21,s22,s28表示流股的编号图4-6乙酰水杨酸溶解后重结晶过滤系统的物料衡算示意图乙酰水杨酸溶解后重结晶过滤系统的进料以及出料各流股间温度、压力参数见表4-9。表4-9乙酰水杨酸溶解后重结晶过滤系统进料和出料各流股温度压力参数项目进料出料流股编号温度/℃压力/MPa固相分率质量流量/（kg/h）体积流量/（m3/h）摩尔流量/（kmol/h）乙酰水杨酸溶解后重结晶过滤系统的物料衡算结果见表4-10。表4-10乙酰水杨酸溶解后重结晶过滤系统物料衡算结果组分进料出料R0301进料R0301进料R0302进料M0301出料M0301出料质量流量/(kg/h)组成/wt质量流量/(kg/h)组成/wt质量流量/(kg/h)组成/wt质量流量/(kg/h)组成/wt质量流量/(kg/h)组成/wtH2OC2H6ONaHCO3C2H4O2C9H8O4C7H6O3C4H6O3C9H8O4(S)N2O2合计总计/(kg/h)2086.4512086.451由表4-10可见，乙酰水杨酸溶解后重结晶过滤系统的总进料量为2086.451kg/h，其总出料量为2086.451kg/h，所以乙酰水杨酸溶解后重结晶过滤系统的物料守恒。1.5.2产品干燥系统的物料衡算产品干燥系统用于将产品内存在的少量液体与产品分离，使产品达到出厂要求，其物料衡算示意图如图4-7所示。产品干燥系统由氮气进料压缩机C0301，氮气预热器E0301，干燥器V0301组成。注：图中s22,s23,s24,s25,s26,s27表示流股的编号图4-7产品干燥系统的物料衡算示意图产品干燥系统的进料以及出料各流股的温度、压力参数见表4-11。表4-11产品干燥系统进料和出料各流股温度压力参数项目进料出料流股编号温度/℃压力/MPa气相分率质量流量/（kg/h）体积流量/（m3/h）摩尔流量/（kmol/h）共沸精馏系统物料衡算结果见表4-12。表4-12共沸精馏系统的物料衡算结果组分进料出料V0301进料C0301进料V0301出料V0301塔底出料质量流量/(kg/h)组成/wt质量流量/(kg/h)组成/wt质量流量/(kg/h)组成/wt质量流量/(kg/h)组成/wtH2OC2H6ONaHCO3C2H4O2C9H8O4C7H6O3C4H6O3C9H8O4(S)N2O2合计总计/(kg/h)(kg/h)由表4-12可见，产品干燥系统的总进料量为1352.451，其总出料量为1352.451kg/h，所以产品干燥系统的物料守恒。1.5.3乙醇热泵精馏系统的物料衡算乙醇精馏塔T0301的主要目的是将作为溶液的乙醇提纯后再送入溶解器中循环使用，但使用普通精馏塔会造成较大的能量损失，故选用热泵精馏系统，乙醇热泵精馏系统的物料衡算示意图如图4-8所示。乙醇热泵精馏系统包括乙醇进料泵P0301，乙醇精馏塔T0301，乙醇蒸汽压缩机C0302，流股间换热器E0302，回流缓冲罐V0302，减压阀M0302，乙醇冷凝器E0303，分流器F0301。注：图中s28,s29,s30,s31,s32,s33,s34,s35,s36,s37,s38,s39,s40表示流股的编号图4-8乙醇热泵精馏系统的物料衡算示意图乙醇热泵精馏系统的进料以及出料间各流股的温度、压力参数见表4-13。表4-13乙醇热泵精馏系统的进料以及出料各流股温度及压力参数项目进料出料流股编号s28s35s40温度/℃压力/MPa气相分率质量流量/（kg/h）体积流量/（m3/h