【环氧乙烷-乙二醇生产项目的物料衡算计算案例7000字】

环氧乙烷——乙二醇生产项目的物料衡算计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u16588环氧乙烷——乙二醇生产项目的物料衡算计算案例 127171.1各个物质的常规物性 1167861.2设计依据 192541.3流程的物料衡算 2225281.4循环系统的物料衡算 350901.5EO解吸塔（C204） 17233841.6EO塔的顶部冷凝器（E301） 20203091.7EO塔顶冷凝器（E302A） 2284971.8脱轻组分塔（C301） 24各个物质的常规物性设计依据设计任务：年产30万吨环氧乙烷——乙二醇生产装置的工艺设计每年工作时间：8000小时环氧乙烷选择性：70%环氧乙烷的吸收率：99.6%高纯环氧乙烷的收率：30%二氧化碳选择性：19.8%乙醛选择性：0.2%乙烯的单程的转化率：20%排空气体比率：0.18%流程的物料衡算图3.1物料流程图由于产品乙二醇中的质量含量为99.8%，所以产品中乙二醇的摩尔流量F=669.889kmol/h,而且精馏塔中的吸收率是95%，所以进入精馏塔中的乙二醇流量F1kmol/h在水合反应中其环氧乙烷水合反应生成乙二醇的转化率和选择性分别是100%、89%。即进入到水合反应器中的乙二醇的摩尔流量F2kmol/h在氧化反应器中，乙烯氧化生成环氧乙烷的转化率和选择性分别为30%、70%。所以进入反应器中的乙烯的摩尔流量F3kmol/h由于原料进料中的乙烯含量为99.95%（体积分数），所以其原料进料量F4kmol/h下面则为各个部分的物料衡算的精细计算。循环系统的物料衡算3.4.1计算的原始数据（1）氧气中各个组分的比值（摩尔比）：（2）乙烯中各个组分的比值（摩尔比）：（3）甲烷中各个组分的比值（摩尔比）：（4）其吸收塔里所吸收时它的液气占比：3.0（5）在塔里其二氧化碳被吸收的百分比：20.0%（6）计算中所用的英文字母的意思：W：排放物占的百分比（%）；R：循环系统中的物料量（mol/h）；MF：反应器中物质的量（mol/h）；RF：排放物的量（mol/h）；F：反应物的进料量（mol/h）。（7）主反应： 副反应： （8）物料平衡计算流程图图3.2物料平衡计算流程图3.4.2混合器（1）循环器中的温度：当其温度为80℃，混合器内的压力为1.8MPa；其出口的物料温度为75℃，混合器出口的压力为1.8MPa时，启动蒸气加热到80℃，通过对环氧乙烷反应生成的气体进行热交换，所以生成的气体状的环氧乙烷气体。（2）各个组分在EO吸收塔中的吸收率：（3）各个组分的流量计算（摩尔流量）1）原料中的乙烯流量（摩尔流量）kmol/h原料中的甲烷流量=kmol/h原料中的乙烷流量=kmol/h原料总流量=原料中的乙烯流量+原料中的甲烷流量+原料中的乙烷流量即：=kmol/h假如：循环混合器中的进料流量是MF；其中含有甲烷，而且甲烷的进料流量为；即由此可以对循环混合器中的物质进行物料平衡计算后，可得：由上述两个方程式解得：kmol/hkmol/h2）假如：循环混合空气中所有的环氧乙烷的含量定义公式为；该混合反应器空气中的环氧乙烷能的含量公式定义为；每个环氧乙烷的摩尔分率公式定义为；所以将环氧乙烷在一个混合器内含量进行混合物料平衡计算得：所以有氧化反应器中环氧乙烷的流量*yEO=循环气中得环氧乙烷的量；= (3)氧化反应器中环氧乙烷的流量：=[+10%80%] (4) 联合方程式（3）、（4）得：即可求得：假如：为各种氧气性能原料的流量，单位是kmol/h；然后将混合器内的氧气分别进行物料平衡计算方程式后得：氧化反应器内部进料的氧含量=循环空气中氧含量+氧化过程中的氧含量循环空气中的氧含量=反应器过程中的氧含量-反应所需要消耗的氧气含量-吸入空气中的氧含量-废物未利用氧气的排出量即：即可求得：kmol/h4）假如：由于用于与环氧乙烷混合吸收分析塔所被混合吸收的气体二氧化碳的吸收物料比率是，二氧化碳混合吸收与分析塔中二氧化碳的物料吸收比率是，然后用混合物料平衡计算出在混合吸收器内所有的气体二氧化碳的含量，所以进行了计算后我们可以得到：氧化反应器内的二氧化碳含量=甲烷入口气中的二氧化碳含量+循环空气中的二氧化碳含量：循环空气气体内的二氧化碳含量=氧化反应器内的二氧化碳含量+反应所产生的二氧化碳含量-产品吸收塔中的所吸收的量-反应器出口量-二氧化碳吸收解析塔所吸收的量，即：即：即可求得：5）假如：乙烯流量英文符号代表是；在氧化反应器中乙烷的吸收率英文符号代表是为，当反应进行后，我们对其混合器内的乙烷气体进行物料平衡计算得：氧化反应器中的乙烷流量=氧化反应器进口的乙烷流量+循环系统中的乙烷流量循环系统中的乙烷流量=即：即可求得：6）假如：氧化反应器中氮气的吸收率英文符号代表是为；即当对其混合器内的氮气进行物料平衡计算后，我们可以得出：氧化反应器中的氮气流量=氧化反应器进口处氮气的流量+甲烷中所带的氮气流量+循环系统中的氮气流量循环系统中氮气流量=即：即可求得：7）假如：氧化反应器中氩气的吸收率的英文符号代表是为；当对其混合器内的氩气进行物料平衡计算后，我们可以得出：氧化反应器中的氩气流量=氧化反应器进口处的氩气流量+循环系统中的氩气流量循系统中的氩气流量=即：即可求得：假如：氧化反应器中水的吸收率英文符号代表是为；而且循环系统中水的摩尔分率的英文符号代表是为，我们对其混合器内的水进行了物料平衡计算后，我们可以得出：循环系统中的水的流量=氧化反应器进口处水的流量+氧化反应进行后所产生的水的流量=氧化反应器中水的摩尔分率：=1=又有：即有：得：R=98551.2973-2957.6601-3021.7727-95.0504=92476.8136kmol/h即：得：计算结果见表3-2。3.4.3反应器（1）反应温度设定为240℃，压力设定为1.60MPa，反应物料由塔顶加入，采用空气包装方式进行转移和加热。第一个冷却器：是指产品经过第一个冷却器后通过加入的内部和外界制冷剂的多余能源，将高温下的热气体从230℃迅速冷却至192℃。第二次冷却器：当产品中的气体发生到达第二次冷却后，气体的温度就会下降至129℃，在与从K-301来的其他气体相互混合。然后这股热气流会在第二个冷却器中，与从EO吸收塔中带出来的富吸收液的空气的热量相互进行了热量的交换，进一步使其冷却至49℃。（2）这部分的计算（组分中的摩尔分率是由英文符号y所代表）1）氧化反应器出口处的乙烯流量= = =26608.8502kmol/h氧化反应器出口处环氧乙烷流量= = =2374.7131kmol/h3）反应器出口二氧化碳 = = kmol/h4）反应器出口乙醛的量 = = kmol/h5）反应器出口的含水量反应器出口水 = = kmol/h反氧化应器出口处的氧气含量（混合器进口处的氧气含量-反应产生的环氧乙烷所需要消耗的氧气含量-反应产生的乙醛所需要耗费的氧气含量-反应产生的二氧化碳所需要耗费的水分）即：氧化反应器出口处的氧气含量-=--kmol/h7）氧化反应器出口处各个组分的流量由于在氧化反应器中这些组分没有经过化学反应，所以它们的流量并没有减小，其出来的流量还是为氧化反应器进口处的流量即：料平衡计算结果见表3.3。3.4.4环氧乙烷吸收塔（1）环氧乙烷吸收塔主要是用少量纯净水作为吸收反应催化剂，塔的气体温度大约为48℃，压力大约为1.55MPa。（2）在塔里各个气液组分的吸收率百分比： （3）EO吸收塔吸收液汽比=2.0（4）各个组分在吸收塔出口的流量计算（其中摩尔分率的英文符号代表是为y，它们的吸收率的符号代表的是）1）在吸收塔的出口处各个组分的流量计算a）吸收塔出口处的环氧乙烷流量=吸收塔进口处的环氧乙烷流量（100-它被其吸收的百分比率） = =kmol/hb）吸收塔出口处的乙烯流量= = =kmol/hc）吸收塔出口处的二氧化碳流量 = = =kmol/hd）吸收塔出口处的氧气流量 = = =kmol/he）吸收塔出口处的甲烷流量 = = =kmol/hf）吸收塔出口处的乙烷流量 = = =kmol/hg）吸收塔出口处的氮气流量 = = =kmol/hh）吸收塔出口处的氩气流量 = ==kmol/h吸收塔出口处的水蒸气流量= = =kmol/h2）吸收剂的消耗量H（此处是用纯水作为吸收剂）在经过多次实验后，我们能够计算出在其吸收塔里吸收的液汽比为2.0而且我们能够轻易的得出塔里的气液平均流速：V=L=两式合并得：吸收剂量=将其数据带入得：吸收剂量H=所以求得：H=189273.0431kmol/h3）气体被吸收后液体中各个物质流量的计算a）吸收塔吸收后液体中的环氧乙烷流量= = =kmol/hb）吸收塔吸收后液体中的乙烯流量 = = =kmol/hc）吸收塔吸收后液体中的二氧化碳流量= = =kmol/hd）吸收塔吸收后液体中的氧气流量 = = =kmol/he）吸收塔吸收后液体中的甲烷流量 = = =kmol/hf）吸收塔吸收后液体中的乙烷流量 = = =kmol/hg）吸收塔吸收后液体中的氮气流量 = = =kmol/hh）吸收塔吸收后液体中的氩气流量 = = =kmol/h吸收塔吸收后液体中的水蒸气流量=塔中因吸收所消耗的水流量-吸收塔出口处的出水流量+吸收剂的消耗量 =-621.7519+H =1791.3932-621.7519+189273.0431=191686.7882kmol/h3.4.5排放系统（1）排放系统中排放物料占物料进量的百分比为0.18%（2）排放系统中各个物质的流量计算（排放系统中进口物料流量=吸收塔的出口的物料流量）1）系统中各个物质排放量的计算物质在此排放系统中的排放量=，所以：氮气在系统中排放量=kmol/h氩气在系统中的排放流量==kmol/h所以根据以上可得：氧气在系统中的排放量=kmol/h甲烷在系统中的排放流量=kmol/h乙烯在系统中的排放流量==47.8720kmol/h乙烷在系统中的排放流量==2.9887kmol/h二氧化碳在系统中的排放流量==10.8321kmol/h环氧乙烷在系统中的排放流量=kmol/h乙醛在系统中的排放流量=0.0000kmol/h水在系统中的排放流量=kmol/h乙二醇在系统中的排放流量kmol/h2）计算在二氧化碳吸收系统中进口处各个物质的进料流量即，=1107.5639-=1105.5154kmol/h同理可得：氩气的进料流量=3186.4614-5.7356=3180.6939kmol/h系统中氧气的进料流量=5257.7116-9.4627=5247.7228kmol/h系统中甲烷的进料流量=49275.6487-88.6872=49182.0338kmol/h系统中乙烯的进料流量=26608.8502-47.8720=26547.6742kmol/h系统中乙烷的进料流量=1660.3474-2.9887=1657.3256kmol/h系统中二氧化碳的进料流量=6017.8596-10.8321=6007.0275kmol/h系统中环氧乙烷的进料流量=9.4987-0.0000=9.4987kmol/h系统中乙醛的进料流量=0.0000kmol/h系统中水的进料流量=621.7229-1.1188=620.6041kmol/h系统中乙二醇的进料量kmol/h其物料排放计算结果见表3.5。3.4.6系统为二氧化碳的吸收（1）二氧化碳的吸收工作过程主要是通过化学吸收，为了能够让吸收迅速地进行，所以首先对原料气体在E-201热交换下再进行一次预加热。而环氧乙烷则是在富吸收液通过E-207、E-208后将其预热至110℃后才能够进入环氧乙烷的解吸塔顶部。（2）从诸多实验中可得二氧化碳的吸收百分率为18%（3）在此系统中各个物质被吸收的量的计算1）kmol/h2）kmol/hEO解吸塔（C204）（1）EO解析塔作为解体被吸塔的塔体结构设计，其解体被吸后的能力及其大小可使被塔体吸收后得到的剩余环氧乙烷只有99.95%才可能会被迅速解吸从而释放出来，而解吸剩下的剩余环氧乙烷则可能会随塔体槽中的环氧釜液而迅速离开。被解析后出来的气体随后会分别进入至低层的组分一个脱除精制塔和一个EO组分精制塔。（2）各个物质在EO解析塔中的解析百分率：（3）在解析塔塔釜的乙二醇含量的百分比为19.0%（4）塔顶气体出口流量的计算1）解析塔上的出口处各个物质的出口流量（解析塔上进口处的吸收液的进口流量=EO吸收塔中塔釜出口处的吸收液出口流量）塔的顶部出口处的气体的出口流量=即：塔的顶部出口处的氮气流量==kmol/h塔的顶部出口处的氩气流量==kmol同上面的计算原理一样，我们可以得出塔顶出口处其他物质的流量为：2）塔的底部各个物质在其贫液中各自的流量塔的进口处的贫液流量=即：塔的底部贫液中氮气的量==kmol/h塔的进口处的贫液中氩气流量==kmol/h同上述计算原理一样，我们可以得出塔的底部贫液中各个物质的流量是：3）塔的底部出口处的乙二醇流量计算在解析塔中乙二醇含量所占的百分数为18.0%，所以在塔中其水含量所占的百分数=100%-18.0%=82.0%。塔的釜底出口处的乙二醇出口流量量=塔顶的上端吸收液中的环氧乙烷流量-塔的顶部环氧乙烷的出口流量=2365.2168-2270.6072=94.6096kmol/h即能转换得：然后求得：kmol/h4）解析塔中进口处的水蒸气进入流量解析塔的进口处的水蒸气流量=解析塔的顶端的出口处的水蒸气流量+解析塔的釜底贫液中的水流量+塔的底部出口处乙二醇含量中的水流量+塔的底部出口处乙二醇含量中的乙二醇流量-塔的顶部出口处吸收液中的水流量=3427.9682+189273.0414+403.3320+94.6096-190442.7158=2756.2412kmol/hEO塔的顶部冷凝器（E301）（1）用于环氧乙烷的水解气呼吸塔是在塔顶的凝气冷却器中在E-301中不凝物凝气分别为CO2、C2H4和EO，在其中环氧乙烷的凝气解吸器在塔顶部的冷却器中在E-302A中被凝气冷却至14℃，不溶物凝气冷却后再对其进行大量排放尾气的处理。（2）冷凝器中环氧乙烷转化的量占总量的百分比为0.04%（3）而且由迭代法得到气百分比率v=0.68%（4）各个物质在冷凝器进口处的流量计算1）进口处各个物质的流量计算（假如进口流量为F，它的摩尔分率用其Ｚi表示）a）塔内环氧乙烷含量=解析塔的顶部环氧乙烷的出口量（1-E301环氧乙烷转化量）=kmol/hb）进口处的乙二醇流量==kmol/hc）塔内的水含量=解析塔塔的顶部的出口水含量-塔的顶部富液中的乙二醇含量=kmol/hd）塔的顶端的吸收液中其它物质的流量=塔的顶端的气体出口流量e）塔的顶端的吸收液在进口处的流量=在冷凝器中各个物质流量之和=kmol/h2）相关参数a）饱和蒸气压饱和蒸气压其中常数由数据表查出，T=302.9K这样可以计算各个组分的饱和蒸气压=power(10,)算得：b）相平衡常数相平衡常数==其中，压力P为0.2MPa我就可以根据上式计算出各个物质的相平衡常数得：3）出口出各个物质的流量(假如不凝气用英文符号V表示，其摩尔分率则用英文符号yi来表示；冷液的总量则是用英文符号L来表示，其xi英文符号则是用来表示其摩尔分率的)a）在不凝气和冷凝液中各个物质的摩尔分率，如下列计算一样计算：因为：相平衡常数所以：yi=Ki×xi (1)气化率v=V=vF (2)液化率e=1-v=L=(1-v)F (3)又因为：F=V+L将（1）（2）（3）式带入上例计算式中我们可得：即：由：可以迭代计算出气化百分比率v=0.68%，已知，即我们可以求解得，所以xi：yi：b）在塔里的不凝汽中各个物质的流量计算塔里的不凝汽总流量V==kmol/h所以在塔里的各个物质的流量=所以计算得(kmol/h)：c）在塔里的冷凝液中各个物质的流量计算同上述计算一样计算，我们就能得出在冷凝液中各个物质的流量塔里的冷凝液总流量L==kmol/h所以在塔里的各个物质的所用的冷凝液的流量=所以我们能够得出(kmol/h)：即平衡计算结果表见其表3.9。EO塔顶冷凝器（E302A）用于环氧乙烷的水解气呼吸塔是在塔顶的凝气冷却器，其中不凝物凝气分别为CO2、C2H4和EO，在其中环氧乙烷的凝气解吸器在塔顶部的冷却器中在E-302A中被凝气冷却至14℃，不溶物凝气冷却后再对其进行排放尾气的处理。在计算中迭代得到的气化百分率为98.21%各个物质含量的计算同理E301的计算过程各个物质的计算结果表见表3.10。脱轻组分塔（C301）（1）塔里，那些有着溶解性的各个物质都会跟着一部分的环氧乙烷蒸气都会在这个塔里从溶液中分解出来。然后在这个塔的顶部的环氧乙烷会在解析塔里的冷却器中一一回收。然后在塔的底部的环氧乙烷用其压力泵把它输入到精馏塔中去提纯。（2）C301塔釜中的二氧化碳的摩尔分率：C301塔顶环氧乙烷摩尔分率C302塔顶乙醛摩尔分率=.00000C302塔釜环氧乙烷摩尔分率=0.25200（3）在塔顶的进口处各个物质流量的计算1）在塔顶的进口处的物质流量F=E301和E302的冷液流量的和在塔顶进口处的氮气流量kmol/h所以根据上式计算其他物质在塔顶进口处的流量：2）我们是用清晰分割法来计算其塔顶流量和塔釜流量的，假如塔顶物质总流量用英文符号D来；塔釜物质总流量用英文符号W来表示。所以塔顶进口处F中的物质有：物质其中的轻关键组分物质为：二氧化碳物质其中的重关键组分物质为：环氧乙烷所以我们能够得出：塔的顶部物质出口流量D为：塔的底部物质出口流量W为：a）塔的顶部各个物质中的N2，CH4，Ar，O2，C2H6，C2H4的出口流量是等于它们自己在塔的进口处的流量塔的顶部中物质中的H2O，CH3CHO，DEG的出口流量为0的塔的底部中物质中的N2，CH4，Ar，O2，C2H6，C2H4出口流量也是为0的所以在塔釜中物质中的CH3CHO，H2O和DEG的出口流量是等于它们自己的进口流量b）塔的顶部的出口处环氧乙烷的出口流量所以有：塔的底部出口处的环氧乙烷的出口流量所以有：c）塔的底部出口处二氧化碳的出口流量所以有：塔的顶部出口处的二氧化碳的出口流量所以有：d）所以由上述的理由我们就可以得到下列两式：(1)(2)由上边两个式子可以计算出：kmol/hkmol/he）塔的顶部出口处环氧乙烷的出口流量环氧乙烷出料量kmol/h塔的底部出口处的二氧化碳的出口流量kmol/h塔的顶部出口处的二