【《间苯二甲酸生产的物料衡算和热量衡算计算案例》5400字】

间苯二甲酸生产的物料衡算和热量衡算计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u11511间苯二甲酸生产的物料衡算和热量衡算计算案例 144441.物料衡算 1193771.1物料衡算任务 1108391.2物料衡算原理 2227561.3氧化工段的物料衡算 2213621.3.1反应系统的物料衡算 2245961.3.2结晶器的物料衡算 4226521.3.3分离器的物料衡算 568551.4精制工段的物料衡算 6322691.1.1精馏段的物料衡算 640251.1.2精馏塔的物料衡算 9149531.1.3分离器的物料衡算 1093902.能量衡算 11190902.1能量衡算的基本原理 11327082.2能量衡算任务 11114582.3IPA合成工段的能量衡算 11154822.3.1原料混合器M0101的能量衡算 1150972.3.2氧化反应器R0101的能量衡算 12229812.3.3分离器V0101的能量衡算 13173792.3.5换热器E0101、0102的能量衡算 13127732.3.6压缩机C0101的能量衡算 1411452.3.4结晶器R0102的能量衡算 1445762.4IPA精制工段的能量衡算 1524222.1.1混合器M0102的能量衡算 15301482.1.2精馏塔T0201的能量衡算 15246602.1.3分离器V0202的能量衡算 16225712.1.4换热器E0201、0202的能量衡算 171.物料衡算1.1物料衡算任务物料衡算的任务：为了确定生产所用的了材料的量，确定间二甲苯，空气的实际消耗量，确定乙酸在那一段时间的消耗量，也让我们知道主要产生的三废的量。对各个单元进行的物料衡算，对选型有很大的帮助；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[21]。本厂一年连续操作7200小时，物料衡算以kg/h作为计算基准。1.2物料衡算原理物料衡算是以质量守恒定律为基础，对物料平衡进行的计算。对于已经达到稳定的体系，通常满足以下关系：(进料量之和)-(出料量之和)=(系统累积量)当系统中有化学反应时可表示为：(进料量之和)-(出料量之和)+(反应消耗量)-(反应生成量)=(系统累积量)利用以上两个关系，可以对整个工艺系统或子系统进行物料衡算。1.3氧化工段的物料衡算1.3.1反应系统的物料衡算1.反应系统的物料衡算MX氧化系统物料衡算图如图3-1所示。该系统由混合器M0101，换热器E0101、E0102，反应器R0101组成。注：图中4、5、6表示流股的编号图4-1间二甲苯氧化反应系统物料衡算示意图氧化反应系统进料和出料各流股温度压力条件见表4-1。表4-1间二甲苯氧化反应系统进出料流股温度压力条件项目进料出料流股醋酸M-XYL-0168温度/℃180.00180.00142.78180压力/bar6.906.9020.006.9汽相分率0.000.0010.55液相分率1.001.0000.45质量流量/（kg/h）20862.2618441.2818397.7157701.25体积流量/（L/min）333.47370.8474493.3445432.74表4-2间二甲苯氧化反应系统物料衡算结果组分进料出料4进料质量流量/(kg/h)组成/%5进料质量流量/(kg/h)组成/%6进料质量流量/(kg/h)组成/%8出料质量流量/(kg/h)组成/%间二甲苯0.000.0018441.280.000.000.000.000.00氧气0.000.000.000.0018397.71100.000.100.00水0.000.000.000.000.000.007259.8742.34二氧化碳0.000.000.000.000.000.002446.242.83间苯二甲酸0.000.000.000.000.000.0028280.2117.88醋酸20862.26100.000.00100.000.000.0019193.2833.58间苯二甲酸（固）0.000.000.000.000.000.000.000.003-羧基苯甲醛0.000.000.000.000.000.00521.550.37氢气0.000.000.000.000.000.000.000.00间甲基苯甲酸0.000.000.000.000.000.000.000.00氮气0.000.000.000.000.000.000.000.00合计20862.26100.0018441.28100.0018397.71100.0057701.25100.00总计57701.2557701.25由表4-2可值，间二甲苯氧化反应系统总进料量为57701.25kg/h，总出料量57701.25kg/h，间二甲苯氧化反应系统的物料守恒。2.氧化反应器的物料衡算氧化反应器物料衡算示意图如图4-2所示：图4-2氧化反应器物料衡算示意图表4-3氧化反应器进料和出料各流股温度压力条件项目进料出料流股编号78温度/℃126.99180压力/bar6.96.9汽相分率0.640.55液相分率0.360.45质量流量/（kg/h）57701.2557701.25体积流量/（L/min）55886.5445432.74表4-4间二甲苯氧化反应器物料衡算结果进料出料组分7进料质量流率/(kg/h)组成/%8出料质量流率/(kg/h)组成/%间二甲苯18441.280.00氧气18397.7132.000.100.00水0.0032.007259.870.00二氧化碳0.000.002446.2413.00间苯二甲酸0.000.0028280.211.00醋酸20862.260.0019193.2849.00间苯二甲酸（固）0.0036.000.0033.003-羧基苯甲醛0.000.00521.550.00氢气0.000.000.001.00间甲基苯甲酸0.000.000.000.00氮气0.000.000.000.00合计57701.25100.0057701.25100.00总计57701.2557701.25由表4-4可见，氧化反应器总进料量为57701.25kg/h，总出料量为57701.25kg/h，所以氧化反应器的物料守恒。1.3.2结晶器的物料衡算结晶器物料衡算示意图如图4-3所示：图4-3结晶器物料衡算示意图结晶器主要是将生成的粗间苯二甲酸进行结晶，结晶器的操作温度为25℃，操作压力为1bar。结晶器R0102的物料衡算结果如表4-6所示。表4-5结晶器进料和出料各流股温度压力条件项目进料出料流股编号1011温度/℃6025压力/bar11液相分率00.81固相分率10.19质量流量/（kg/h）54800.9454800.94体积流量/（L/min）787.04758.23表4-6间苯二甲酸结晶器物料衡算结果组分进料出料10进料质量流量/(kg/h)组成/%11出料质量流量/(kg/h)组成/%间二甲苯0.000.000.000.00氧气0.000.000.000.00水6902.32136902.3213二氧化碳118.100.00118.100.00间苯二甲酸28280.2052189.790.00醋酸18978.773518978.7735间苯二甲酸（固）0.000.0028090.41513-羧基苯甲醛521.551521.551氢气0.000.000.000.00间甲基苯甲酸0.000.000.000.00氮气0.000.000.000.00合计54800.9410054800.94100总计54800.9454800.94

由表4-6可见，结晶器总进料量为54800.94kg/h，总出料量为54800.94kg/h，所以结晶器的物料守恒。1.3.3分离器的物料衡算分离器物料衡算示意图如图4-4所示。图4-4分离器物料衡算示意图表4-7分离器V0102进料和出料各流股温度压力条件项目进料出料流股编号111312温度/℃22.0022.0022.00压力/bar1.001.001.00液相分率0.810.181.00固相分率0.190.820.00质量流量/(kg/h)54800.9429462.4425332.50体积流量/(L/min)758.23333.87421.36表4-8分离器V0102物料衡算结果组分进料出料11进料质量流量/(kg/h)wt/%13出料质量流量/(kg/h)wt/%12出料质量流量/(kg/h)wt/%间二甲苯0.000.000.000.000.000.00氧气0.000.000.000.000.000.00水6902.3213.00362.5816539.7426.00二氧化碳118.100.006.200.00111.900.00间苯二甲酸189.790.009.980.00179.821.00醋酸18978.7732.00996.96317981.8171.00间苯二甲酸（固）28090.4151.0028062.329528.090.003-羧基苯甲醛521.551.0027.400.00491.152.00氢气0.000.000.000.000.000.00间甲基苯甲酸0.000.000.000.000.000.00氮气0.000.000.000.000.000.00合计54800.94100.0029462.44100.0025332.50100.00总计54800.9454800.94由表4-8可见，分离器V0102总进料量为54800.94kg/h，总出料量为54800.94kg/h，所以分离器的物料守恒。1.4精制工段的物料衡算1.1.1精馏段的物料衡算精馏段的物料衡算示意图如图4-5所示。图4-5精馏塔物料衡算示意图表4-9间苯二甲酸精馏段进料和出料各流股温度压力条件项目进料出料流股编号1413171918温度/℃22.0022.00128.54101.3650.00压力/bar1.001.002.512.5汽相分率0.000.18100液相分率1.000.8200.311固相分率0.00000.690质量流量/（kg/h）36751.1729462.4336032.3229460.39720.89体积流量/（L/min）616.8194333.8669428559.77332.7712.40表4-10间苯二甲酸精馏段物料衡算结果进料出料14进料质量流率/(kg/h)组成/%13进料质量流率/(kg/h)组成/%17出料质量流率/(kg/h)组成/%19出料质量流量/(kg/h)组成/%18出料质量流量/(kg/h)组成/%间二甲苯0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00氧气0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00水36751.151.00362.582.0035002.1597.001388.102.00720.51100.00二氧化碳0.000.006.200.006.200.000.000.000.000.00间苯二甲酸0.000.009.980.000.000.009.970.000.000.00醋酸0.000.00996.963.00996.643.000.000.000.320.00间苯二甲酸（固）0.000.0028062.3292.000.000.0028062.3292.000.000.003-羧基苯甲醛0.000.0027.400.0027.340.000.000.000.060.00氢气0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00间甲基苯甲酸0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00氮气0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00合计36751.15100.0029462.44100.0036032.33100.0029460.39100.00720.89100.00总计66216.6166216.61由表4-10可见，间苯二甲酸精馏段总进料量为66216.61kg/h，总出料量66216.61kg/h,所以间苯二甲酸精馏段的物料守恒。1.1.2精馏塔的物料衡算精馏塔的物料衡算示意图如图4-6所示：图4-6精馏塔的物料衡算示意图精馏塔主要是将粗间苯二甲酸精制，精馏塔的操作温度为25℃，操作压力为1bar。精馏塔T0201的物料衡算结果如表4-12所示：表4-11精馏塔进料和出料各流股温度压力条件项目进料出料流股编号16171918温度/℃101.32128.54101.3650压力/bar12.512.5汽相分率0.89100液相分率0.0300.311固相分率0.07520600.690质量流量/（kg/h）66216.6136032.3229460.39720.89体积流量/（L/min）1032612428559.77332.7712.4表4-12精馏塔物料衡算结果进料出料16进料质量流/(kg/h)组成/%17出料质量流/(kg/h)组成/%19出料质量流/(kg/h)组成/%18出料质量流量/(kg/h)组成/%间二甲苯0.000.000.000.000.000.000.000.00氧气0.000.000.000.000.000.000.000.00水37113.7556.0035002.1597.001388.102.00720.51100.00二氧化碳6.200.006.200.000.000.000.000.00间苯二甲酸9.970.000.000.009.970.000.000.00醋酸996.962.00996.643.000.000.000.320.00间苯二甲酸（固）28062.3242.000.000.0028062.3292.000.000.003-羧基苯甲醛27.400.0027.340.000.000.000.060.00氢气0.000.000.000.000.000.000.000.00间甲基苯甲酸0.000.000.000.000.000.000.000.00氮气0.000.000.000.000.000.000.000.00合计66216.61100.0036032.33100.0029460.39100.00720.89100.00总计66216.6166216.61由表4-11可见，精馏塔总进料量为66216.61kg/h，总出料量66216.61kg/h,所以精馏塔的物料守恒。1.1.3分离器的物料衡算分离器的物料衡算示意图如图4-7所示：图4-7脱水塔的物料衡算示意图分离器主要是将精间苯二甲酸中的水分离，分离器操作压力为1bar。分离器的物料衡算结果如表4-13所示。表4-13分离器进料和出料各流股温度压力条件项目进料出料流股编号20232425温度/℃101.36120.00103.80103.80压力/bar1.001.001.001.00汽相分率0.001.001.000.00液相分率0.310.000.000.00固相分率0.690.000.001.00质量流量/（kg/h）29170.78200000.00201381.3827789.41体积流量/（L/min）332.502874706.023676249.28307.33表4-13分离器塔物料衡算结果进料出料20进料质量流率/(kg/h)wt/%23出料质量流率/(kg/h)wt/%24出料质量流量/(kg/h)wt/%25出料质量流量/(kg/hwt/%间二甲苯0.000.000.000.000.000.000.000.00氧气0.000.000.000.000.000.000.000.00水1379.182.000.000.001379.171.000.000.03二氧化碳0.000.000.000.000.000.000.000.00间苯二甲酸9.910.000.000.001.360.008.540.00醋酸0.000.000.000.000.000.000.000.00间苯二甲酸（固）27781.7092.000.000.000.000.0027781.7099.973-羧基苯甲醛0.000.000.000.000.000.000.000.00氢气0.000.000.000.000.000.000.000.00间甲基苯甲酸0.000.000.000.000.000.000.000.00氮气0.000.00160000.00100.00160000.0099.000.000.00合计29170.78100.00160000.00100.00161380.54100.0027790.25100.00总计189170.78189170.78表4-13可见，分离器总进料量为189170.78kg/h，总出料量189170.78kg/h,所以分离器V0202的物料守恒。2.能量衡算2.1能量衡算的基本原理在化学里面，反应伴随着能量的变化，有的需要大量的能量，有的要放出很多的能量，但在这个过程中，其能量是守恒的，进行能量衡算，是为了控制能量的输入和输出，为换热器选型提供一些数据，更好地选择换热器。根据能量守恒定律，对任一体系，能量衡算表达式均可以表示为:对于连续系统:Q+W=∑H2.2能量衡算任务能量衡算的任务主要是为了解整个过程所要用的能量，其次是为换热器提供依据，对过程的公用工程所要的量有明确的数据。2.3IPA合成工段的能量衡算IPA合成工段涉及能量变化的设备有：原料混合器M0101，反应器R0101，，换热器E0201，换热器E0202，分离器F0101，压缩机C0101。2.3.1原料混合器M0101的能量衡算原料混合器M101的能量信息如表5-1所示。表5-1原料混合器能量信息表项目进料出料流股编号4567温度/℃180.00180.00142.78126.99压力/bar6.906.9020.006.90汽相分率0.000.001.000.64液相分率1.001.000.000.36质量流量/（kg/h）20862.2618441.2818397.7157701.25体积流量/（L/min）420.40433.7316537.7755886.54热焓/（Gcal/h）-38.090.300.47-37.32ΣH/（Gcal/h）-37.72-37.72原料混合器M0101的能量衡算结果如表5-2所示。表5-2原料混合器M0101的能量衡算结果Q总/（Gcal/h）W总/（Gcal/h）ΣHin/（Gcal/h）ΣHout/（Gcal/h）Q总+W总/（Gcal/h）ΣHout-ΣHin/（Gcal/h）00-37.72-37.72002.3.2氧化反应器R0101的能量衡算氧化器R0101的能量信息如表5-3所示：表5-3氧化器R0101能量信息表项目进料出料流股编号78温度/℃126.99180压力/bar6.96.9汽相分率0.640.55液相分率0.360.45质量流量/（kg/h）57701.357701.23体积流量/（L/min）55886.545432.74热焓/（Gcal/h）-37.32-92.15ΣH/（Gcal/h）-37.32-92.15表5-4氧化器R0101的能量衡算结果Q总/（Gcal/h）W总/（Gcal/h）ΣHin/（Gcal/h）ΣHout/（Gcal/h）Q总+W总/（Gcal/h）ΣHout-ΣHin/（Gcal/h）-51.830-37.72-92.15-51.83-51.832.3.3分离器V0101的能量衡算分离器V0101的能量信息如表5-5所示：表5-5分离器V0101的能量信息项目进料出料流股编号8910温度/℃180.0060.0060.00压力/bar6.901.001.00汽相分率0.551.000.00液相分率0.450.001.00质量流量/（kg/h）57701.232900.2954800.94体积流量/（L/min）45432.7435017.49787.04热焓/（Gcal/h）-92.15-6.47-92.94ΣH/（Gcal/h）-92.15-99.41表5-6分离器V0101的能量衡算结果Q总/（Gcal/h）W总/（Gcal/h）ΣHin/（Gcal/h）ΣHout/（Gcal/h）Q总+W总/（Gcal/h）ΣHout-ΣHin/（Gcal/h）-7.260-92.15-99.41-7.26-7.262.3.5换热器E0101、0102的能量衡算换热器的E0101、102能量信息表如表5-9所示：表5-9换热器E0201、0202能量信息表项目进料出料流股编号E201E202E201E202温度/℃22.0060.00180.00180.00压力/Bar1.0020.006.906.90气相分率0.000.000.000.00液相分率1.001.001.001.00质量流量/（kg/h）347.40173.70347.40173.70体积流量/（L/min）333.47370.84420.40433.73热焓/（Gcal/h）-39.89-0.76-38.090.30ΣH/（Gcal/h）-39.89-0.76-38.090.30表5-10换热器E0101、102能量衡算结果设备位号Q总/（Gcal/h）W总/（Gcal/h）ΣHin/（Gcal/h）ΣHout/（Gcal/h）Q总+W总/（Gcal/h）ΣHout-ΣHin/（Gcal/h）E1011.800-39.89-38.091.801.80E1021.060-0.760.301.061.062.3.6压缩机C0101的能量衡算压缩机C0101的能量信息表如表5-11所示：5-11压缩机C0101的能量信息表项目进料出料流股编号36温度/℃100142.78压力/bar1520气相分率11液相分率00质量流量/（kg/h）18397.7118397.71体积流量/（L/min）19737.5116537.77热焓/（Gcal/h）0.290.47ΣH/（Gcal/h）0.290.47表5-12压缩机C0101的能量衡算结果Q总/（Gcal/h）W总/（Gcal/h）ΣHin/（Gcal/h）ΣHout/（Gcal/h）Q总+W总/（Gcal/h）ΣHout-ΣHin/（Gcal/h）00.180.290.470.180.182.3.4结晶器R0102的能量衡算结晶器R0102的能量信息如表5-7所示:5-7结晶器R0102的能量信息表：项目进料出料流股编号1011温度/℃60.0022.00压力/bar1.001.00液相分率1.000.81液相分率0.000.19质量流量/（kg/h）54800.9454800.94体积流量/（L/min）787.04758.23热焓/（Gcal/h）-92.94-91.87ΣH/（Gcal/h）-92.94-91.87表5-8结晶器R0102的能量衡算结果Q总/（Gcal/h）W总/（Gcal/h）ΣHin/（Gcal/h）ΣHout/（Gcal/h）Q总+W总/（Gcal/h）ΣHout-ΣHin/（Gcal/h）-1.930-92.94-91.87-1.93-1.932.4IPA精制工段的能量衡算IPA精制工段涉及能量变化的设备有：混合器M0102，精馏塔T0201，换热器E0201，换热器E0202，分离器V0202。2.1.1混合器M0102的能量衡算混合器M0102的能量信息表如表5-13所示：表5-13混合器M0102的能量信息表项目进料出料流股编号131516温度/℃22.00120.00101.32压力/Bar1.001.001.00气相分率0.001.000.89液相分率0.180.000.03固相分率0.820.000.08质量流量/（kg/h）29462.4336751.1766216.61体积流量/（L/min）333.871103098.711032612.41热焓/（Gcal/h）-32.68-116.37-152.05ΣH/（Gcal/h）-152.05-152.05表5-14混合器M0102的能量衡算结果Q总/（Gcal/h）W总/（Gcal/h）ΣHin/（Gcal/h）ΣHout/（Gcal/h）Q总+W总/（Gcal/h）ΣHout-ΣHin/（Gcal/h）00-152.05-152.05002.1.2精馏塔T0201的能量衡算精馏塔T01201的能量信息表如表5-15所示：表5-15精馏塔T0201的能量信息表项目进料出料流股编号16171819温度/℃101.32128.5450.00101.36压力/Bar1.002.502.501.00气相分率0.891.000.000.00液相分率0.030.001.000.31固相分率0.080.000.000.69质量流量/（kg/h）66216.6136032.32720.8929460.39体积流