【《异丙醇生产流程、物料衡算和热量衡算计算案例》3000字】

异丙醇生产流程、物料衡算和热量衡算计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u17550异丙醇生产流程、物料衡算和热量衡算计算案例 120001第一章综述 1143511.1异丙醇的理化性质 1136331.2国内外异丙醇的供需状况 2245531.2.1国内异丙醇供求和生产情况 2162941.2.2国际异丙醇的生产情况 2281661.2.3异丙醇的应用情况 329716第二章工艺流程 31402.1生产原理 3186032.2工艺流程简介 429262.3原材料、产品的品种及规格 417142.4公用工程 419307第三章物料衡算 556673.1物料衡算原则 5302113.2丙烯回收塔T0102的物料衡算 550353.3IPA合成工段总物料衡酸 822067第四章能量衡算 9224804.1能量衡算原则 996094.2塔设备热量衡算 9312674.3换热器热量衡算 10252704.4压缩机热量衡算 11222124.5气液分离器热量衡算 1237074.6反应器热量衡算 13综述1.1异丙醇的理化性质异丙醇（IPA），也称为2-丙醇，是一种化学式为C3H8O的有机化合物，是正丙醇的同分异构体。无色透明液体，可与水、乙醇、乙醚和氯仿混溶[1]。可溶解乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、各种油、生物碱、树胶和天然树脂。当异丙醇和水在87.7%（体积比91%）的重量百分比下共沸时，沸点为80.37℃。水-异丙醇混合物的熔点和沸点低于原始纯物质的熔点和沸点。异丙醇味苦、有毒、不宜饮用。随着温度的降低，异丙醇变得越来越粘稠。1.2国内外异丙醇的供需状况1.2.1国内异丙醇供求和生产情况过去两年，原先求过于供的亚太地区异丙醇供应能力的增长超过了预期的需求增长，市场竞争更加激烈。中国作为亚洲异丙醇进口国第一，但由于国内厂家供应能力增加和下游需求减少，进口量逐年递减。从下游需求来看，我国异丙醇用在油墨、涂料和医药行业的消费量超过了异丙醇总消费量的70%；在化工中间体领域，异丙醇主要用于生产异丙胺、异丙醚和一些酯。除此，异丙醇还在电子行业的清洗剂、汽车防冻剂、消毒剂、洗涤用品、日化产品等，得到了广泛的应用[2-4]。异丙醇与乙醇一样具有超强的杀菌能力，所以可以用于皮肤和医疗设备的消毒。2020年，由于中国新冠肺炎的爆发，由于异丙醇是消毒剂生产的原料之一，其市场价格上涨的很快。然而，由于下游的低开盘率的牵制，而价格冲击模式在热潮后得以恢复。2020年，异丙醇的扩张十分明显[5]。目前，中国已成为世界电子元器件的主要阵地。异丙醇在该领域的应用才刚刚起步，具有很大的发展潜力[6][7]。截至2021年6月底，我国丙醇生产能力约为1128000吨，丙酮加氢工艺能力为800000吨，是总产能的70.90%。1.2.2国际异丙醇的生产情况从全球来看，截止到2019年初，70%的异丙醇收入从2014年的4566万美元增长到5536万美元。2018年，全球异丙醇市场的70%由北美主导，其消费总额约占全球的38.44%。作为世界第二的区域市场亚太地区，其销售额占全球的22.39%。由上可知，美国是70%异丙醇的第一消费国在2018年，北美是70%异丙醇产量的主要消费国，亚太和欧洲占70%异丙醇总消费量的剩下部分。从长远来看，专用应用领域的消费量会持续增长。除此，亚太地区的消费量将涨幅很大，估测2019年至2025年的复合年增长率为6.8%。1.2.3异丙醇的应用情况异丙醇广泛用作虫胶、硝化纤维素、生物碱、橡胶和润滑脂的溶剂。异丙醇也是多种有机化合物制备的重要中间体，可作为合成乙酸异丙酯、甘油和丙酮的原料[8][9]。它还被广泛用作石油燃料、汽车和航空燃料的防冻添加剂。除此，异丙醇还可作为生产杀菌剂、杀虫剂、洗涤剂及消毒防腐剂[10][11]。其可独自使用，或者与其他醇和表面活性剂结合使用。工艺流程2.1生产原理本设计合成异丙醇采用的是气相直接水合法。主反应：CH3CH=CH2+H2O→(CH3)2CHOH副反应：2CH3CH=CH2+H2O→[(CH3)2CH]2OCH3CH=CH2+H2O→CH3(CH2)2OH针对以上机理选择了基于表面液膜反应的动力学方程：式中其中—异丙醇P—丙烯W—水蒸气2.2工艺流程简介混合丙烯远在经原料预处理塔和经气化过的除盐水在丙烯水合反应器总混合反应，经高压分离塔脱氢分离器，从脱水塔里分出两股物料，一股为循环水，一股进入乙二醇萃取塔，经乙二醇处理后，生产主产物异丙醇。通过脱水塔实现水循环，能量节省。图2-1异丙醇合成工段示意图2.3原材料、产品的品种及规格表2-2主要原辅材料的消耗量和来源表项目名称数量（吨/年）来源运输方式主要原料丙烯50000燕山石化丙烯生产装置管道输送除盐水28000母厂自供水装置管道输送辅助原料活性炭40北京市太平洋制品有限公司汽运（30%wt%）磷酸20天津市天河试剂厂汽运2.4公用工程表2-3公用工程消耗一览表公用工程名称单位消耗使用方式来源小时耗量年耗量电度1195.59564096连续变电站250℃低压蒸汽t43.948351584连续母厂动力中心350℃中压蒸汽t4.1833446.72连续母厂动力中心32℃冷却水t2696.6221572960连续母厂自供水系统氮气Nm39.55076400间歇母厂内的空压站仪表空气Nm35.6385100连续母厂内的空压站物料衡算3.1物料衡算原则由质量守恒定律得积累量=输入量-输出量+生产量-消耗量假设系统无泄漏，有当系统无化学反应发生时，有在稳定状态下，有3.2丙烯回收塔T0102的物料衡算图3-1丙烯回收塔T0102表3-1塔T0102物料衡算表流股编号进口出口01240125-280129-34温度℃11018040压力KPa1919.118.9气相分率101摩尔流量kmol/h2807.62200.3752607.24质量流量kg/h1120088938.27103070DIPA180.64584.928995.716C3H6-287468.80.00464358887468.8H201344.011343.60.402429CH4634.4380634.438C2H2412.6720412.672C2H49360.5509360.55C2H62055.1802055.18C3H4575.6080.00102487575.607C3H82463.610.0009902922463.61C3H8O-199.883399.88310.0001228IPA7412.447409.852.59156F=180.645/7.59+8768.8/7.2+1344.01/10+634.48/65+412.672/11.2+9360.55/11.78+2055.18/3.62+575.608/6.0+2463.61/18.3+99.8833/8.04+7412.44/7.86=14801.6358kmol/hXF=（7412.44/7.86)/14801.6358=0.064kmol/hD=84.9289/7.59+0.0046/7.2+1346.6/10+0.001/6+0.00099/18.3+99.8831/8.04+7409/7.86=1100.59kmol/hXD=（7409.85/7.86）/1100.89=0.857kmol/hW=95.716/7.59+887468.6/7.2+0.40249/10+634.438/65+412.672/11.2+9360.55/11.78+2055.18/3.62+575.607/6+2463.61/18.3+0.0001228/18.3+2.59156/7.86=124912.06kmol/hXW=(2.59/7.86)/124912.016=2.6396×10-6kmol/hFXF=DXD+WXW由计算得知符合质量守恒定律。3.3IPA合成工段总物料衡酸表3-2IPA合成工段总物料衡算表项目单位进口物料出口物料0101011203170102-0501350138Phase液相液相液相液相汽相液相Temperature℃45.219404058.20340.1875103.576Pressurebar18.501.011.0118.518.919.100VolumeFlowcum/hr13.0313.66516.1711.4973.59429.655MassFlowskg/hr6200.0023589.60015837.487760.045103.07124763.694IPAkg/hr0.0000.0000.0000.0000.0037418.118DIPAkg/hr0.0000.0000.0000.0000.09684.929C3H6-2kg/hr5823.1610.0000.000399.52687.4691.371H20kg/hr0.0003589.60015837.4870.0000.00017158.216EGkg/hr0.0000.0000.0000.0000.0000.000CH4kg/hr0.6500.0000.0000.0000.6340.013C2H2kg/hr0.4840.0000.0000.0000.4130.070C2H4kg/hr9.6930.0000.0000.0009.3610.304C2H6kg/hr2.1120.0000.0000.0002.0550.050C3H4kg/hr62.1180.0000.00061.3780.5760.138C3H8kg/hr34.9270.0000.00032.2842.4640.015C3H8O-1kg/hr0.0000.0000.0000.0000.000100.470C4H8kg/hr8.5820.0000.0008.5820.0000.000N-C4H10kg/hr2.3110.0000.0002.3110.0000.000P-C4H10kg/hr1.1980.0000.0001.1980.0000.000N-C4H8kg/hr8.4840.0000.0008.4840.0000.000P-C4H8kg/hr42.9170.0000.00042.9170.0000.0001,3-C4H6kg/hr0.5420.0000.0000.5420.0000.000C6H6kg/hr23.0230.0000.00023.0230.0000.000C7H8kg/hr2.4870.0000.0002.4870.0000.000C5H12kg/hr177.3130.0000.000177.3130.0000.000TOTALkg/hr25627.08925626.81能量衡算4.1能量衡算原则在化工生产上，各种物料在不同设备间传递时，就会发生能量转换。由能量衡算，可得到设备与流股之间的焓、熵、热负荷关键信息。最后，对塔、换热器、反应器等传热设备进行设备计算。能量衡算公式对于连续系统4.2塔设备热量衡算表4-1塔T0102流股焓变计算表UnitInOUTMoleFlowKMOL/HR2805.603200.3232605.281MassFlowKG/HR111928.4498937.379102991.070VolumeFlowCUM/HR4704.01615.1293591.117TemperatureC110.000180.00540.185PressureBAR19.00019.10018.900VaporFraction1.0001.0000.000LiquidFraction0.0000.0001.000SolidFraction0.0000.0000.000MolarEnthalpyJ/kmol5357929.218-277296163.84120546214.835MassEnthalpyJ/kg134302966519740.732MolarEntropyJ/kmol-K-137272.950-270648.290-146828.284MassEntropyJ/kg-K-3440.890-6066.320-3714.195EnthalpyFlowWatt4175617.720-15430201.29214869070.527流入与流出流股的焓值：WW输入设备的机械能：设备热负荷：能量计算：Q+W=∑Hout-∑Hin4.3换热器热量衡算表4-2换热器E0103流股焓变计算表UnitInOUTMoleFlowKMOL/HR3810.4723683.6993810.4723683.699MassFlowKG/HR127754.707127754.809127754.707127754.809VolumeFlowCUM/HR2144.9146772.9585538.7623829.834TemperatureC74.030200.150155.00099.368PressureBAR22.00020.00022.00020.000VaporFraction0.4600.4601.0000.935LiquidFraction0.5400.5400.0000.065SolidFraction0.0000.0000.0000.000MolarEnthalpyJ/kmol-65827798.664-47556898.511-49914759.419-64017578.559MassEnthalpyJ/kg-1963410.981-1371261.932-1488781.165-1845891.368MolarEntropyJ/kmol-K-149575.340-102206.665-109892.488-141087.346MassEntropyJ/kg-K-4461.305-2947.041-3277.705-4068.131EnthalpyFlowWatt-69676387.284-48662585.123-52833000.329-65505972.079流入与流出流股的焓值：=11.83×107W输入设备的机械能：设备热负荷：能量计算：Q+W=∑Hout-∑Hin4.4压缩机热量衡算表4-3压缩机C0101流股焓变计算表UnitInOUTMoleFlowKMOL/HR2602.6752602.675MassFlowKG/HR102888.079102888.079VolumeFlowCUM/HR3587.5263167.038TemperatureC40.18548.830PressureBAR18.90022.000VaporFraction1.0001.000LiquidFraction0.0000.000SolidFraction0.0000.000MolarEnthalpyJ/kmol20546214.83521101189.867MassEnthalpyJ/kg519740.732533779.480MolarEntropyJ/kmol-K-146828.284-146343.955MassEntropyJ/kg-K-3714.195-3701.943EnthalpyFlowWatt14854201.45615255429.176流入与流出流股的焓值：输入设备的机械能：设备热负荷：能量计算：Q+W=∑Hout-∑Hin经检验，满足Q+W=∑Hout-∑Hin，系统能量平衡。4.5气液分离器热量衡算表4-4流股焓变计算表UnitInOUTMoleFlowKMOL/HR3683.699878.0962805.603MassFlowKG/HR127754.80915826.360111928.449VolumeFlowCUM/HR3507.63917.3883490.251TemperatureC80.00080.00080.000PressureBAR19.50019.50019.500VaporFraction0.8760.0001.000LiquidFraction0.1241.0000.000SolidFraction0.0000.0000.000MolarEnthalpyJ/kmol-66515870.655-284033443.9661562636.052MassEnthalpyJ/kg-1917927.454-15759061.85739169.102MolarEntro