【《丙烯腈的生产工艺物料衡算和热量衡算计算过程案例》5100字】

丙烯腈的生产工艺物料衡算和热量衡算计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u32063丙烯腈的生产工艺物料衡算和热量衡算计算过程案例 1227321.1每小时生产能力 3110631.2反应器的物料衡算和热量衡算 336281.2.1计算依据 3313261.2.2物料衡算 3193341.2.3热量衡算 5225321.3废热锅炉的热量衡算 6120601.1.1计算依据 6324591.1.2热量衡算 6288721.4空气饱和塔物料衡算和热量衡算 761151.4.1计算依据 727651.4.2物料衡算 869221.4.1.热衡算 926451.5氨中和塔物料衡算热量衡算 1029751.5.1计算依据 10196351.5.1.热量衡算 12254221.6换热器物料衡算和热量衡算 15225001.6.3热量衡算 16161591.7水吸收塔物料衡算和热量衡算 17122591.7.1计算依据 17189241.7.2物料衡算 17224711.7.3热量衡算 18305951.8空气水饱和塔釜液槽 19258101.8.1.物料衡算 19322701.8.2热量衡算 20314361.9丙烯蒸发器热量衡算 20100961.9.1计算依据 2011201.9.2有关数据 2088761.9.3热衡算计算丙烯蒸发器的热负荷和冷冻盐水用量 20203211.10丙烯过热器热量衡算 21321671.10.1计算依据 21133331.10.2热量衡算 21291121.11氨蒸发器热量衡算 21266191.11.1计算依据 21168611.11.2有关数据 21244901.11.3热量衡算 2180891.12气氨过热器 211841.12.1计算依据 21296391.12.2热量衡算 21112111.11.1计算依据 2248271.11.2热量衡算 22103071.14空气加热器的热量衡算 23246921.14.1计算依据 2315631.14.2热量衡算 23174451.15吸收水第一冷却器 23286641.15.1计算依据 2386711.15.2热量衡算 23303291.16吸收水第二冷却器 23231471.16.1计算依据 23264401.16.2热量衡算 24155571.17吸收水第三冷却器 2455061.17.1计算依据 24223721.17.2热量衡算 241.1每小时生产能力丙烯腈生产按每年工作300天计算另外损失率（1.1%），设计裕量（6%）每小时产量：(71.2反应器的物料衡算和热量衡算1.2.1计算依据（1）丙烯腈产量1092.86kg/h，20.62kmol/h。（2）原料配比构成：（3）原料加入反应器的配比：（4）完成反应的单程收率表1.SEQ表\*ARABIC\s11单程收率（5）操作压力入0.203MPa,出0.162MPa。（6）入口处的气体为110℃，反应时为470℃，出口处的气体为360℃1.2.2物料衡算（1）入口各组成的流量C3H620.62/0.6=34.37kmol/h=1441.54kg/hC3H8(34.74/0.85)×0.15=6.07kmol/h=266.87kg/hNH334.37×1.05=36.09kmol/h=611.5kg/hO234.37×2.3=79.05kmol/h=2529.63kg/hH2O34.37×3=101.11kmol/h=1855.98kg/hN2(79.05/0.21)×0.19=297.38kmol/h=8326.6kg/h（2）出口各个组成的流量丙烯腈20.62kmol/h=758.9kg/h乙腈(ACN)1.5×34.37×0.07=1.61kmol/h=147.96kg/h丙烯醛34.37×0.007=0.24kmol/h=11.44kg/hCO23×34.37×0.12=12.37kmol/h=544.42kg/hHCN3×34.37×0.065=6.7kmol/h=180.96kg/hC3H86.07kmol/h=266.87kg/hN2 297.38kmol/h=8326.6kg/hO279.05-2/3×20.62-6.7-0.24-1.61-9/(3×2)×12.37=19.015kmol/h=608.48kg/hC3H634.37-1/3×6.7-0.24-2/3×1.61-20.62-1/3×12.37=4.75kmol/h=199.36kg/hNH336.09-20.62-1.61-6.7=5.16kmol/h=87.82kg/hH2O101.11+3×20.62+2×1.61+2×6.7+12.37+0.24=198.2kmol/h=3567.6kg/h表1.SEQ表\*ARABIC\s12反应器物料平衡表1.2.3热量衡算下述物质0-t℃的恒压下的平均比热容。表1.SEQ表\*ARABIC\s13平均比热容（1）热负荷和生成的蒸汽量（浓相段）:假设热力学途径下述：各物质用0-t℃时平均比热容替换25-t℃的，差距较小，所以∆H∆H∆∆H=∆假设热损要取∆H的5%，所以要从这套装置所需要的热量是：Q=上述装置会有温度为143℃，压力是0.405MPa的饱和蒸汽生成。143℃饱和蒸汽焓i143℃饱和水焓i∴12.901×（2）计算热负荷和生成的蒸汽量（稀相段）:用0℃气体作衡算基准。加入稀相段的气体带入热是:Q脱离稀相段气体带出热是:Q热损取4%，稀相段换热装置热负荷是Q=（1−0.04）×（这套装置有饱和蒸汽生成（0.405MPa），蒸汽量是：G=2.0592×1.3废热锅炉的热量衡算1.1.1计算依据（1）进、出废热锅炉的气体同出反应器时一样（2）气体温度与压力如下表1.SEQ表\*ARABIC\s14温度压力表（3）锅炉水侧有饱和蒸汽生成（0.405MPa）1.1.2热量衡算用0℃气体作衡算基准（（0-180℃）下述物质平均比热容是：表1.SEQ表\*ARABIC\s15平均比热容（1）带入热（为反应器脱离稀相段气体带出热）Q（2）出口气体的带出热为：Q（3）利用热衡算计算Q热损按10%求QQ=0.9×（7.812×（4）产生的蒸汽量其中饱和蒸汽（0.405MPa）产量是：G=3.7548×1.4空气饱和塔物料衡算和热量衡算1.4.1计算依据（1）表1.SEQ表\*ARABIC\s16压力表进入时的压力脱离时的压力0.263MPa0.24MPa（2）表1.SEQ表\*ARABIC\s17温度湿度表进入空压机空气的温度入口空气湿度脱离空压机的气体温度30℃80%170℃（3）气、液比是152.4，饱和度是0.81的饱和塔气（4）塔顶成分（105℃）：表1.SEQ表\*ARABIC\s18塔顶组分（5）塔顶出口气体配比：O279.05kmol/h2529.63kg/hN2297.38kmol/h8326.6kg/hH2O101.11kmol/h18855.89kg/h1.4.2物料衡算（1）进塔空气量进塔干空气量=(79.05+297.38)=376.43kmol/h=10855kg/h根据有关数据得在30℃下，湿度为80%中空气的湿含量是0.022kg/h

水气/kg

干空气所以进塔空气中水蒸气得含量是：0.022×10855=238.81（2）进塔热水量气液比152.4，喷淋液量是(79.05+297.38)×22.4×塔顶喷淋液的密度958kg/进塔水质量流量是34.58×958=33128kg/h（3）出塔湿空气量出塔气量：O279.05kmol/h2529.63kg/hN2297.38kmol/h8326.6kg/hH2O101.11kmol/h1855.89kg/h（4）出塔液量塔内水蒸发量=1855.89-238.81=1617.08kg/h∴出塔液流量=33128-1617.08=31510.92kg/h表1.SEQ表\*ARABIC\s19饱和塔物料平衡表1.4.1.热衡算（1）离塔的气体温度查物料平衡表得，摩尔分数是0.32，再根据分压定理得蒸汽实际分压：p饱和度为0.81,因此饱和蒸汽分压是0.07776/0.81=0.096MPa=96000Pa根据饱和蒸汽表，对应的饱和温度为100℃。入塔热水的温度入塔水（105℃）取精制工段的乙腈解吸塔塔釜计算出塔热水温度t a.当温度为170℃时进塔空气带入的热量Q1170℃蒸汽焓值是2771.3kJ/kg,当干空气为0~170℃中平均比热容是CQb.出塔湿空气带出热量是Q290℃蒸汽焓值是2660kJ/kg,比热容为CQc.105℃时Q3Qd.计算出塔热水温度t出塔热水带出热量以Q4来表示，Q热损失按5%计,则Q热平衡方程Q得：2.515×106+1.455×107=5.918×106+131842t+8.418×105t=78.16℃1.5氨中和塔物料衡算热量衡算1.5.1计算依据（1）进入氨中和塔的气体组成及其流量同流化床反应器出口组成一样（2）塔内硫酸将所有氨吸收，得到硫酸铵（3）硫酸吸收剂93%(wt)（4）塔底出口组分液:表1.SEQ表\*ARABIC\s110塔底组分（5）进、出塔的气体温度压力表1.11：表1.SEQ表\*ARABIC\s111进、出塔的气体温度压力表1.5.2物料衡算局部流程图如右图计算排除的废液入塔气有87.72kg/h的氨吸收得到硫酸铵反应方程式:图1.1氨中和塔局部流程图图1.1氨中和塔局部流程图(NH4)2SO4的生成量流量是：87.71×（132/34）=340.5塔底废液，(NH4)2SO4占比30.9%(wt),所以废液量是:340.56/0.309=1102.1废液中,各组分的量:H2O1102.1×0.6853=755.27kg/hAN1102.1×0.0003=0.3306kg/hACN1102.1×0.0002=0.2201kg/hHCN1102.1×0.00016=0.176kg/hH2SO41102.1×0.005=5.5105kg/h(NH4)2SO41102.1×0.309=340.5489kg/h（2）新鲜吸收剂(93%H2SO4)的添加量为:[1102.1×0.005+87.72×(98/34)]/0.93=277.8（3）出塔气体中各组分的量C3H6199.36kg/hC3H8266.87kg/hO2608.48kg/hN28326.6kg/hAN1092.86-0.3306=1092.53kg/hACN147.96-0.2204=147.74kg/hACL11.4kg/hHCN180.96-0.176=180.78kg/hCO2544.42kg/hH2O3567.6+277.8×0.07-755.27=2831.75kg/h表1.SEQ表\*ARABIC\s112物料平衡表1.5.1.热量衡算(1)计算出塔气体温度 实际蒸汽分压是：p饱和度是0.98,饱和蒸汽分压是p硫酸铵在入塔喷淋液中占100×30.9/68.53=45g(NH4)2SO4/100gH2O，如下表：表1.SEQ表\*ARABIC\s113硫酸氨溶液上方饱和蒸汽压根据硫酸铵含量及pH2O0（2）因为6℃,所以温度是70℃（3）塔釜排出液温度入塔气蒸汽分压(NH4)2SO4含量/[g(NH4)2SO4/H2O]p釜液(NH4)2SO4含量【45g(NH4)2根据硫酸铵溶解度数值,当温度为80℃,100g水可以溶95.3g硫酸铵,但是釜液硫酸铵含量是【45g(NH4)2SO4/100g图1.2氨中和塔热量衡算（4）热衡算计算循环冷却器的热负荷及图1.2氨中和塔热量衡算列热平衡方程计算入塔气体带入热Q1同废热锅炉带出热量一样Qb.出塔气体出热Q2各种组分在0-76℃时平均比热容：表1.SEQ表\*ARABIC\s114平均比热容Q2c.蒸汽于塔内冷凝放热Q3蒸汽内冷凝量=进塔气体在塔带入蒸汽−出口气体带出蒸汽=3567.6-2831.78=735.82kg/h蒸汽的冷凝热为2246.6kJ/kg∴Qd.有机物的冷凝放热Q4AN的冷凝量0.3306kg/h其冷凝热615kJ/kgACN的冷凝量0.2204kg/h其冷凝热728kJ/kgHCN的冷凝量0.176kg/h其冷凝热878.6kJ/kg∴e.氨中和放热Q5当产生1mol硫酸铵需要放热271.8kJ∴Qf.硫酸稀释放热Q6硫酸稀释热749kJ/kgH2SO4Qg.塔釜排放的废液带出热量Q7废液中,H2O同H2SO4摩尔比是(755.2718)/(340.5489132)，∴Qh.新鲜吸收剂带入热Q830℃时H2SO4（93%）比热容是1.603kJ/（kg·K）∴Qi.求循环冷却器热负荷Q9由于操作时温度适合,热损失可以忽略不计，代入得3.64×Qj.循环冷却器冷却水用量W 假设循环冷却器循环水上是32℃,排水是36℃,所以冷却水用量为W=e.求循环液m 与喷淋液温度有关。70℃时比热容1.368kJ/（kg·K）,同新鲜吸收液混合得混合液比热容1.364kJ/（kg·K）[10]。设循环液流量是mkg/h,循环冷却器出口温度是t℃。列热平衡方程得:m×3.368t+13359.4=(m+277.8)×3.364×70列热平衡方程得（循环冷却器）:m×3.347×81−m×3.368t=得m=12833t=73.2℃1.6换热器物料衡算和热量衡算1.6.1计算依据换热器入口气温度为76℃，其组分及流量同氨中和塔出口气体一样。脱离换热器的气体为40℃,111.5kPa.1.6.2物料衡算40℃饱和蒸汽压力p假设有xmol/h的蒸汽在出口气体里，因此从分压定律中计算：x/[(528.055−157.32)+x]×115.5=7.375x=25.29kmol/h=455.22kg/h蒸汽冷凝量:2831.78−455.22=2376.56kg/h换热器气体物料平衡表:表1.SEQ表\*ARABIC\s115物料平衡1.6.3热量衡算（1）换热器进口处的气体带入热Q1Q（2）蒸汽冷凝放出热Q2Q（3）冷凝器带出热Q3Q（4）出口气体Q4换热器出口物料平均摩尔比热容如表1.16（0-40℃）表1.SEQ表\*ARABIC\s116平均摩尔比热容Q4（5）计算换热器的热负荷热平衡方程:Q代入数据:13.62×Q1.7水吸收塔物料衡算和热量衡算1.7.1计算依据（1）水吸塔进口气体的流量及其组分同换热器出口一样（2）进口气体温度40℃,112kPa；出口气体温度10℃,101Pa。（3）进塔的吸收液为5℃.（4）AN在脱塔AN液中占比1.7%(wt)1.7.2物料衡算（1）水吸塔进口气体的流量及其组分同换热器出口一样（2）脱塔气体组分及流量进入塔中的HCN，AN，ACN，ACL等都被水吸收，C3H6,C3H8，O2，N2，CO2等不溶于水，所以脱塔干塔气含C3H6，4.75kmol/h(199.36kg/h），C3H8，6.07kmol/h(266.87kg/h)O219.015kmol/h（608.48kg/h）N2，297.38kmol/h（8326.6kg/h）CO2，12.37kmol/h(544.42kg/h)总量=4.75+6.07+19.015+297.38+12.37=339.585kmol/h所以，水蒸气量：1228/(10135−1228)×339.585=4.166kmol/h=74.99kg/h出塔气总量：199.36+266.87+608.48+8326.6+544.42+74.99=10020kg/h（3）塔顶加入的吸收水量a.出塔AN溶液总量其中AN占比1.8%（wt），含量1092.53kg/h，所以总量为1092.53/0.018=60696.1b.塔顶添加的吸收水量=60696.1+10020−11841.7−2370.32=56504（4）塔底AN液组分及流量其中水吸收了ANACNHCNACL，因为这些组分含量同入塔气，液混合物一样，所以AN液中水含量用全塔水平衡计算。AN溶液中的水=56504+461.46+2376.56−74.99=59267kg/h（5）水吸收塔物料平衡如下表1.SEQ表\*ARABIC\s117物料平衡1.7.3热量衡算（1）入塔气带入热Q1各种组成物质的平均摩尔热容(0~40℃)：表1.SEQ表\*ARABIC\s118平均摩尔热容Q1（2）入塔冷凝水带入热Q2Q（3）出塔气带出热Q3Q（4）吸收水带入热Q4Q（5）出塔AN溶液带出热Q5溶液中各种组成物质的摩尔热容表1.19：表1.SEQ表\*ARABIC\s119摩尔热容Q5（6）水冷凝放热Q6水冷凝量=455.22-74.99=380.23kg/h水的冷凝热2256kJ/kg∴Q（7）AN，ACN，ACL，HCN等气体的溶解放热Q7溶解热=冷凝放热+液−液互溶放热=冷凝热AN，ACN，ACL，HCN冷凝热数据表1.SEQ表\*ARABIC\s120组分冷凝热组分ANACNACLHCN冷凝热kJ/kg610.9765.7491.7937.2Q（8）计算塔液温度t热平衡方程Q1代得5.28×105+3.977×105+11.82×105+8.58×105+9.57×105=10.635×104+251301.4tt=15.19℃1.8空气水饱和塔釜液槽1.8.1.物料衡算进料（1）乙腈解吸塔釜液入槽=79310-33128=46182kg/h（2）空气饱和塔底液入槽量=31510.92-11896.5=19607.42kg/h（3）设入槽软水量xkg/h出料去水吸收塔液体量=56504kg/h去萃取解吸塔液体量=21000作总质量平衡得46182+19607.42+x=56504+21000x=11716.581.8.2热量衡算（1）入槽乙腈解吸塔釜液带出热Q1Q（2）入槽软水带入热Q2Q（3）空气饱和塔塔底液带入热Q3Q（4）去吸收塔液体带出热Q4Q（5）去萃取解吸塔液体带出热Q5Q（6）出口温度t按热损5%考虑0.95×(0.95×(2.03×107+1.47×106+6.48×106)=(2.36×105+87864)tt=83℃1.9丙烯蒸发器热量衡算1.9.1计算依据压力0.405MPa；加热剂采用0℃冷冻盐水，其出口温度-2℃；丙烯蒸发量1441.54kg/h1.9.2有关数据（1）(0.405MPa)丙烯沸点-13℃，汽化热为410kJ/kg（2）(0.405MPa）丙烷沸点-5℃，汽化热为376.6kJ/kg1.9.3热衡算计算丙烯蒸发器的热负荷和冷冻盐水用量（1）丙烯蒸发吸收的热Q1Q（2）丙烷蒸发吸热Q2Q（3）丙烯蒸发器的热负荷QQ=1.1×(5.92×105+1.005×105)=7.62×（4）冷冻盐水用量平均温度（-1℃），冷冻盐水比热容1.7kJ/(kg·K)冷冻盐水用量W=1.10丙烯过热器热量衡算1.10.1计算依据丙烯入温-13℃，出温65℃，以0.045MPa蒸汽作加热剂1.10.2热量衡算丙烷气比热容1.464kJ/(kg·K)，丙烯气比热容1.715kJ/(kg·K)，冷损以10%计算，加热蒸汽共给的热量Q=1.1×加热蒸汽量W=1.11氨蒸发器热量衡算1.11.1计算依据（1）蒸发压力0.405MPa（2）采用冷凝热是2138

kJ/kg，

饱和蒸汽（0.405

MPa）。1.11.2有关数据在压力为0.405MPa时氨汽化热1276kJ/kg，蒸发温度-7℃。.1.11.3热量衡算冷损失考虑10%Q=613.5×1276×1.1=8.61×加热蒸汽量W=1.12气氨过热器1.12.1计算依据（1）气氨入温-7℃，出温65℃（2）加热剂用0.405MPa的蒸汽（3）气氨流量611.5kg/h1.12.2热量衡算氨气比热容是2.218kJ/(kg·K)冷损以10%计算Q=613.5×2.218[65−(−7)]×1.1=1.08×加热蒸汽量W=1.08×101.13混合器1.11.1计算依据表1.SEQ表\*ARABIC\s121各组分温度压力组分进口温度流量气氨65℃611.5kg/h丙烯65℃1441.54kg/h丙烷65℃266.87kg/h出口混合气温度110℃。湿空气源于空气加热器1.11.2热量衡算上述组分平均比热容如下表表1.SEQ表\*ARABIC\s