【《甲基丙烯酸甲酯MMA合成反应工段的物料衡算计算案例》3100字】

甲基丙烯酸甲酯MMA合成反应工段的物料衡算计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u21328甲基丙烯酸甲酯MMA合成反应工段的物料衡算计算案例 1212421.1物料衡算的基本原理 1323811.2物料衡算基准 1271721.3MMA合成反应工段的物料衡算 1213891.1.1原料反应系统的物料衡算 1280091.1.2混合系统的物料衡算 3194501.1.3甲基丙烯酸反应系统的物料衡算 4247101.1.4甲基丙烯酸甲酯合成系统的物料衡算 5133311.4MMA精制工段的物料衡算 6245871.1.1脱轻塔T201的物料衡算 665861.1.2脱重塔T202的物料衡算 7244731.1.3除杂塔T203的物料衡算 9292271.1.4脱水塔T204的物料衡算 101.1物料衡算的基本原理在普通的反应过程中，物料衡算公式为：∑(物料的累积率)=∑(物料进入率)-∑(物料流出率)+∑(反应生成率)-∑(反应消耗率)若系统中无化学反应，那么衡算公式变成：∑(物料的累积率)=∑(物料进入率)-∑(物料流出率)在稳定状态下有：∑(物料进入率)=∑(物料流出率)1.2物料衡算基准本课题为连续生产过程，故可选择物料衡算基准为时间基准，由于工厂每年需约60天用于固定的停车设备检修几紧急情况处理，所以年开工时间设置为300天（7200小时）对流程进行物料衡算，衡算计算基准以每小时原料进料量为基准。1.3MMA合成反应工段的物料衡算1.1.1原料反应系统的物料衡算衡算过程如图4-1。MMA合成反应体系里包括原料进料泵P101、P102和原料反应器R101组成。注：图中1、2为流股的编号图4-1原料反应系统物料衡算示意图不同编号的进料与出料流股参数详情如表4-1所示，对应的物料衡算如表4-2所示。表4-1丙酮和氢氰酸反应系统进料和出料各流股温度压力条件进料出料流股编号C3H6OHCNACETO-01温度/℃252525压力/atm111气相分率000质量流率/(kg/h)116165402.1417021.14表4-2丙酮和氢氰酸反应系统物料衡算结果表组分进料出料P101进料P102进料R101出料质量流率/(kg/h)组成/%质量流率/(kg/h)组成/%质量流率/(kg/h)组成/%C3H6O116161000000HCN005402.1410000C5H8O2000000H2O000000H2SO4000000CH4O000000C4H9NO5S000000C4H6O2000000NH4HSO4000000ACETO-01000017021.14100合计116161005402.1410017021.14100总计17021.1417021.14由表4-2可见，原料反应系统总进料量与总出料量相等，皆为17021.14kg/h，所以原料反应系统的物料守恒。1.1.2混合系统的物料衡算丙酮氰醇与硫酸混合系统如图4-2所示。混合系统由混合器M101和加热器E101组成。注：3表示流股的编号图4-2丙酮氰醇和硫酸混合系统的物料衡算示意图混合系统中不同编号的进料与出料流股参数详情如表4-3所示，对应的物料衡算如表4-4所示。表4-3混合系统进料和出料各流股的温度压力条件表进料出料流股编号H2SO4ACETO-013温度/℃2525100压力/atm111气相分率000质量流率/(kg/h)20400.517021.1437421.64表4-4混合系统物料衡算结果表组分进料出料M101进料M101进料E101出料质量流率/(kg/h)组成/%质量流率/(kg/h)组成/%质量流率/(kg/h)组成/%C3H6O000000HCN000000C5H8O2000000H2O000000H2SO420400.51000020400.551.5CH4O000000C4H9NO5S000000C4H6O2000000NH4HSO4000000ACETO-010017021.1410017021.1442.5合计20400.510017021.1410037421.64100总计37421.6437421.64由表4-4可见，混合系统的总进料量等于总出料量，皆为37421.64kg/h，因此该系统中的混合物料反应后守恒。1.1.3甲基丙烯酸反应系统的物料衡算甲基丙烯酸的示意图如4-3。系统中包含R102与R103两部分反应器。注：3,4,5表示流股的编号图4-3甲基丙烯酸反应系统的物料衡算示意图甲基丙烯酸反应中不同编号的进料与出料流股参数详情如表4-5。表4-5甲基丙烯酸反应系统进料和出料各流股温度压力条件表进料出料流股编号H2O35温度/℃25100100压力/atm115气相分率000质量流率/(kg/h)3601.0637421.6441021.5甲基丙烯酸生产系统中的详细情况如表4-6所示。表4-6甲基丙烯酸反应系统物料衡算结果表组分进料出料R102进料R102进料R103出料质量流率/(kg/h)组成/%质量流率/(kg/h)组成/%质量流率/(kg/h)组成/%C3H6O000000HCN000000C5H8O2000000H2O3601.0610000360.3060.878H2SO40020400.551.52746.236.694CH4O000000C4H9NO5S000000C4H6O2000015496.337.773NH4HSO4000020719.650.505ACETO-010017021.1442.51702.111.149合计3601.0610037421.6410041021.76100总计41021.7641021.76由表4-6可见，甲基丙烯酸反应系统的总进料为41021.76kg/h，总出料量也为41021.76kg/h，所以混合系统物料守恒。1.1.4甲基丙烯酸甲酯合成系统的物料衡算甲基丙烯酸甲酯的合成系统如图4-4所示。系统由三个酯化釜R104、R105、R106组成。注：5,6,7,8,9为流股编号图4-4甲基丙烯酸甲酯物料合成系统物料衡算示意图甲基丙烯酸甲酯合成系统进料和出料各流股的温度压力条件见表4-7，物料衡算见表4-8。表4-7甲基丙烯酸甲酯合成系统进料和出料各流股的温度压力条件进料出料流股编号CH4O569温度/℃2510025100压力/atm1515气相分率0000质量流量/（kg/h）6408.4341021.52501.1249937.12表4-8甲基丙烯酸甲酯合成系统物料衡算结果由表4-8可见，甲基丙烯酸甲酯合成系统的总进料量等于总出料量也，皆为49937.31kg/h，所以甲基丙烯酸甲酯合成系统物料守恒。1.4MMA精制工段的物料衡算1.1.1脱轻塔T201的物料衡算脱轻塔的作用是分离混合液中的轻组分甲醇，脱轻塔T201的物料衡算示意图如图4-5所示。注：9,10,11是流股编号图4-5脱轻塔T201的物料衡算示意图脱轻塔T201进料和出料各流股的温度及压力条件见表4-9，物料衡算见表4-10。表4-9脱轻塔T201料和出料各流股的温度及压力条件进料出料流股编号91011温度/℃10049151压力/atm113气相分率000质量流量/(kg/h)49937.101111.6248821.5表4-10脱轻塔T201的物料衡算结果表组分进料出料T201进料T201塔顶出料T201塔釜出料质量流率/(kg/h)组成/%质量流率/(kg/h)组成/%质量流率/(kg/h)组成/%C3H6O000000HCN000000C5H8O218021.1236.1367.121.317651.9936.2H2O6107.1812.2116.850.55990.3312.3H2SO42746.222.5002746.222.6CH4O640.841.3629.6556.511.20C4H9NO5S000000C4H6O2000000NH4HSO420719.6241.50020719.6242.4ACETO-011702.111.4001702.111.5合计49937.11001111.62148821.47100总计49937.1049937.10从上表4-10中可以看出，T201内的进料量和出料量数值相同，都是49937.10kg/h，由此可知脱轻塔T201物料守恒。1.1.2脱重塔T202的物料衡算脱重塔的作用是分离混合液中的重组分丙酮氰醇和硫酸，脱重塔T202的物料衡算示意图如图4-6所示。注：11,12,13,14为流股编号图4-6脱重塔T202的物料衡算示意图脱重塔T202不同编号的进料与出料流股参数详情如表4-11所示，具体的衡算结果如表4-12所示。表4-11脱重塔T202进料和出料各流股的温度及压力条件进料出料流股编号111314温度/℃1512981压力/atm311气相分率000质量流量/(kg/h)48821.4824849.7023971.78表4-12脱重塔T202的物料衡算结果表组分进料出料P203进料T202塔顶出料T202塔釜出料质量流率/(kg/h)组成/%质量流率/(kg/h)组成/%质量流率/(kg/h)组成/%C3H6O000000HCN000000C5H8O217651.9936.217431.2370.2222.760.9H2O5990.3312.34346.5617.51641.776.9H2SO42746.222.6002746.2211.5CH4O11.2011.20.0400C4H9NO5S000000C4H6O2000000NH4HSO420719.6242.43060.7112.317658.9171.6ACETO-011702.111.5001702.117.1合计48821.4710024849.7010023971.77100总计48821.4748821.47由表4-12可见，脱重塔T202的总进料量等于总出料量，皆为48821.47kg/h，所以脱重塔T202物料守恒。1.1.3除杂塔T203的物料衡算除杂塔的作用是除去反应中生产的副产物硫酸氢铵，除杂塔T203的物料衡算示意图如图4-7所示。注：13,16,17为流股编号图4-7除杂塔物料衡算示意图除杂塔T203进料和出料各流股的温度及压力条件见表4-13，对应的衡算结果如表4-14所示。表4-13除杂塔T203进料和出料各流股的温度及压力条件表进料出料流股编号131617温度/℃2985-20压力/atm111气相分率000质量流量/(kg/h)24849.7021390.053459.65表4-14除杂塔T203物料衡算结果表组分进料出料T203进料E202出料T203塔釜出料质量流率/(kg/h)组成/%质量流率/(kg/h)组成/%质量流率/(kg/h)组成/%C3H6O000000HCN000000C5H8O217431.2370.217322.9481.0102.291.0H2O4346.5617.54046.7119.0299.858.7H2SO4000000CH4O11.20.0411.2000C4H9NO5S000000C4H6O2000000NH4HSO43060.7112.36.203051.5188.3ACETO-01000000合计24849.7010021390.051003459.65100总计24849.7024849.70由表4-14可见，除杂塔T203的总进料量等于总出料量，皆为24849.70kg/h，所以除杂塔T203物料守恒。1.1.4脱水塔T204的物料衡算脱水塔的作用是脱除混合液中的水分，将MMA分离提纯。脱水塔T204的物料衡算示意图如图4-8所示。注：17,18,19为流股编号图4-8脱水塔T204的物料衡算示意图脱水塔T204进料和出料各流股的温度及压力条件见表4-15，物料衡算见表4-16。表4-15脱水塔T204进料和出料各流股的温度及压力条件进料出料流股编号171819温度/℃-20-92-50压力/atm111气相分率000质量流量/(kg/h)21390.0413926.157461.89表4-16脱水塔T204物料衡算结果表组分进料出料T204进料T204塔顶出料T204塔釜出料质量流率/(kg/h)组成/%质量流率/(kg/h)组成/%质量流率/(kg/h)组成/%C3