附录2-能量平衡一览表

鄂尔多斯中天合创醋酸乙烯分厂年产20万吨VAC项能量衡算表天 津 大 学 仁 爱 学 院能量衡算一览表指导老师：李真 王凯伟团队成员：罗雄巍 王建志 秦柏城 许晓安 郭莎莎2019年“东华科技-恒逸石化杯”第十三届全国大学生化工设计竞赛Green Chem团队鄂尔多斯中天合创醋酸乙烯分厂年产20万吨VAC项目目录第一章 概述1第二章 热量衡算原理2第三章 热量衡算任务3第四章 热量衡算表44.1. HAC工段热量衡算44.2. VAC工段热量衡算8第五章 总结13第1章 概述本公司为鄂尔多斯中天合创能源有限公司的一个分厂，年产20万醋酸乙烯。本项目使用乙炔气相法制备醋酸乙烯。本流程主要分为2个工段，分别是醋酸合成精制工段、醋酸乙烯合成精制工段。本场所需主要设备有反应器、液液分离器、水洗塔、精馏塔、泵、压缩机、换热器等，涉及到的原料有甲醇、一氧化碳，乙炔等。设计过程中利用Aspen Plus对全流程进行模拟，并在此基础上完成物料衡算、能量衡算，Aspen Plus模拟流程如图1所示。图1全流程示意图第2章 热量衡算原理工程依据化工设计中关于热量衡算的基本思想和要求，遵循基本规范与实际工艺相结合的原则，进行热量衡算书的编制。其中一个主要依据是热量平衡方程：其中，表示输入设备热量的总和；表示输出设备热量的总和；表示损失热量的总和。对于连续系统：其中，设备的热负荷；输入系统的机械能；离开设备的各物料焓之和；进入设备的各物料焓之和。在进行全厂热量衡算时，是以设备为基本单位，考虑由机械能转换、化学反应释放和单纯的物理变化带来的热量变化。最终对全工艺段进行系统级的热量平衡计算，进而用于节能降耗设计工作。13天津大学仁爱学院GREENCHEM团队第3章 热量衡算任务在进行资源化利用装置的热量衡算中，主要通过定量计算完成下述基本任务：确定工艺单元中物料输送机械（如泵）所需要的功率，以便于进行设备的设计和选型； 确定精馏等单元操作中所需要的热量或冷量以及传递速率，计算换热设备的尺寸，确定加热剂和冷却剂的消耗量，为后续设计中比如供汽、供冷、供水等专业提供设备条件；确定为保持一定反应温度所需移除或者加入的热传递速率，指导反应器的设计和选型；提高热量内部集成度，充分利用余热，提高能量利用率，降低能耗；最终计算出总需求能量和能量的费用，并由此确定工艺过程在经济上的可行性。第4章 热量衡算表4.1. HAC工段热量衡算1.R0101-HAC合成反应器表4-1 热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0.000 -15.638 表4-2 流股焓变计算表InOut物流编号1-21-3Temperature（）100.000 180.000 Pressure（bar）9.000 1.000 Vapor Frac0.831 1.000 Mole Flow（kmol/hr）1287.108 665.067 Mass Flow（kg/hr）39158.628 39158.628 Volume Flow（cum/hr）3695.412 25057.313 Enthalpy（Mcal/hr）-48411.509 -64048.719 表4-3 热量平衡计算表一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0-15.638 -48411.509 -64048.719 0.012.E0102换热器表4-4热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）00.6072表4-5物流焓变计算表INOUTUnits1-33-11-43-2PhaseVaporLiquidVaporLiquidTemperatureC18025.002316502133.68536418665Pressurebar1111Molar Vapor Fraction1010Enthalpy FlowGcal/hr-64.460 -68.890 -65.120 -68.230 Mole Flowskmol/hr665.067 603.363 665.067 603.363 Mass Flowskg/hr39158.628 36151.550 39158.628 36151.550 Volume Flowcum/hr25057.313 34.685 22496.310 36.438 表4-6热量平衡计算一览表W(Gcal/hr)Q(Gcal/hr)Hin(Gcal/hr)Hout(Gcal/hr)Error00.607 -130.599 -130.599 03.C0101压缩机表4-7 热负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）3500.821 -4125.666 表4-8 流股焓变计算表InOut物流编号1-11-2Temperature（）51.226046436254100Pressure（bar）19Vapor Frac1.000 0.831 Mole Flow（kmol/hr）1287.108 1287.108 Mass Flow（kg/hr）39158.628 39158.628 Volume Flow（cum/hr）34712.916 3695.412 Enthalpy（Mcal/hr）-47296.006 -48411.509 表4-9 热量平衡计算表一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error3524.940 -4125.666 -47296.006 -48411.509 0.023 4.T0101塔表4-10 热负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）0-782.629 表4-11 流股焓变计算表InOut物流编号2-32-42-7Temperature（）43499.000 43500.000 43503.000 Pressure（bar）1.211.1Vapor Frac010Mole Flow（kmol/hr）640.557 51.245 589.313 Mass Flow（kg/hr）38415.338 3169.560 35245.778 Volume Flow（cum/hr）35.201 1629.531 38.433 Enthalpy（Mcal/hr）-69976.878 -4118.697 -63428.480 表4-12 热量平衡计算表一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0-829.840 -69976.877 -67547.177 -0.035 5.T0102塔表4-13 热负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）0-847.104 表4-14 流股焓变计算表InOut物流编号2-52-62-8Temperature（）-94.918 -132.006 160.357 Pressure（bar）3.233.3Vapor Frac000Mole Flow（kmol/hr）51.245 19.473 31.772 Mass Flow（kg/hr）2976.286 1190.847 1785.439 Volume Flow（cum/hr）2.429 0.736 2.221 Enthalpy（Mcal/hr）-4651.756 -1073.999 -3386.715 表4-15 热量平衡计算表一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0-847.104 -4651.756 -4460.714 -0.041 6.T0103塔表4-16 热负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）00表4-17 流股焓变计算表InOut物流编号5-15-25-45-9Temperature（）135.000 123.174 123.236 137.080 Pressure（bar）7777Vapor Frac0.336 0.000 1.000 0.000 Mole Flow（kmol/hr）2000.000 673.000 1103.600 1569.400 Mass Flow（kg/hr）50057.440 21499.204 35254.862 36301.783 Volume Flow（cum/hr）3297.720 32.748 4864.913 49.179 Enthalpy（Mcal/hr）-114980.777 -36536.447 -52054.751 -96842.814 表4-18 热量平衡计算表一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error00-151517.224 -148897.565 -0.017 7.T0104塔表4-19 热负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）0-9856.150 表4-20 流股焓变计算表InOut物流编号5-35-45-55-6Temperature（）99.477 137.080 98.542 64.336 Pressure（bar）1711Vapor Frac0.903 000Mole Flow（kmol/hr）894.000 1569.400 1896.111 567.289 Mass Flow（kg/hr）16176.762 36301.783 34309.774 18168.771 Volume Flow（cum/hr）25008.149 49.179 37.454 24.648 Enthalpy（Mcal/hr）-51928.346 -96842.814 -126803.709 -31823.600 表4-21 热量平衡计算表一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0-9855.756 -148771.160 -158627.309 0.062 8.E0107换热器表4-22热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）07.8585表4-23物流焓变计算表InOutUnits4-274-344-284-355PhaseVaporLiquidLiquidMixedTemperatureC97.4772.4287.1872.43Pressurebar2121Molar Vapor Fraction1000.91Enthalpy FlowGcal/hr-52054.7470-59786.7021-51928.1405-59913.25Mole Flowskmol/hr89.489.489.489.4Mass Flowskg/hr110.36110.36110.36110.36Volume Flowcum/hr110.36110.36110.36110.36表4-24热量平衡计算一览表W(Gcal/hr)Q(Gcal/hr)Hin(Gcal/hr)Hout(Gcal/hr)Error07.8548-111841.449-111841.39309.F0101气液分离器表4-25 热负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）0-6023.46表4-26 流股焓变计算表InOut物流编号1-42-12-2Temperature（）123.236 98.538 99.477 Pressure（bar）7.000 1.000 1.000 Vapor Frac1.000 0.000 0.903 Mole Flow（kmol/hr）1103.600 894.000 894.000 Mass Flow（kg/hr）35254.862 16176.762 16176.762 Volume Flow（cum/hr）4864.913 17.659 25008.149 Enthalpy（Mcal/hr）-52054.751 -59786.853 -51928.346 表4-27 热量平衡计算表一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0-6023.460 -468258.429 -468258.429 1.19911058E-164.2. VAC工段热量衡算1.R0201-VAC合成反应器表4-28热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）0-3.1761表4-29 流股焓变计算表InOut物流编号3-53-7Temperature（）100220Pressure（bar）11.2Vapor Frac0.938 1.000 Mole Flow（kmol/hr）1942.057 1624.122 Mass Flow（kg/hr）113790.863 113790.852 Volume Flow（cum/hr）55981.320 41131.460 Enthalpy（Mcal/hr）56523.689 55493.703 表4-30 热量平衡计算表一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0-3.176 -122190.484 -125366.612 0.025 2.E0201换热器表4-31热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）02.4193表4-32物流焓变计算表INOUTUnits3-43-73-53-8PhaseMixedVaporMixedVaporTemperatureC95.535 220.000 100.000 159.565 Pressurebar11.211.2Molar Vapor Fraction0.750 1.000 0.938 1.000 Enthalpy FlowGcal/hr-124.610 -125.430 -122.191 -127.849 Mole Flowskmol/hr1942.057 1624.122 1942.057 1624.122 Mass Flowskg/hr113790.863 113790.852 113790.863 113790.852 Volume Flowcum/hr44651.894 55493.703 56523.689 48692.993 表4-33热量平衡计算一览表W(Gcal/hr)Q(Gcal/hr)Hin(Gcal/hr)Hout(Gcal/hr)Error02.419 -250039.793 -250039.793 03.T0201塔表4-34 热负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）0-7620.527 表4-35流股焓变计算表InOut物流编号4-14-24-4Temperature（）25.000 37.657 177.959 Pressure（bar）5.255Vapor Frac000Mole Flow（kmol/hr）649.649 396.286 253.363 Mass Flow（kg/hr）45516.336 30301.333 15215.003 Volume Flow（cum/hr）47.358 33.690 18.322 Enthalpy（Mcal/hr）-57805.342 -29579.305 -26868.665 表4-36 热量平衡计算表一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0-7620.527 -57805.342 -56447.970 -0.023 4.T0202塔表4-37热负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）0-514.787 表4-38 流股焓变计算表InOut物流编号4-34-54-7Temperature（）38.146 -31.298 147.572 Pressure（bar）10.21010Vapor Frac000Mole Flow（kmol/hr）396.286 35.666 360.620 Mass Flow（kg/hr）30301.333 1217.861 29083.472 Volume Flow（cum/hr）33.714 1.679 38.569 Enthalpy（Mcal/hr）-29572.149 -144.221 -27779.124 表4-39 热量平衡计算表一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0-514.787 -29572.149 -29572.149 -0.056 5.T0203塔表4-40热负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）0-2211.204 表4-41 流股焓变计算表InOut物流编号4-74-84-104-13Temperature（）147.572 2561.264 72.415 Pressure（bar）10111Vapor Frac0000Mole Flow（kmol/hr）360.620 3.024 109.093 254.551 Mass Flow（kg/hr）29083.472 54.822 7414.348 21723.947 Volume Flow（cum/hr）38.569 0.055 8.302 25.118 Enthalpy（Mcal/hr）-27779.124 -206.233 -8425.663 -20883.019 表4-42 热量平衡计算表一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error0-2211.204 -27985.358-27985.358 0.045 6.T0204塔表4-43热负荷表WQHeat Duty（Mcal/hr）00表4-44 流股焓变计算表InOut物流编号4-164-224-244-174-27Temperature（）68.952 59.897 72.801 65.573 72.984 Pressure（bar）11111Vapor Frac00110Mole Flow（kmol/hr）342.063 775.055 749.490 800.618 1065.990 Mass Flow（kg/hr）28661.967 57261.130 63400.8459149.7790174.17Volume Flow（cum/hr）32.986 68.508 21557.9822547.42104.045 Enthalpy（Mcal/hr）-27801.46 -55469.29 -55662.29-51556.97-87376.06表4-45 热量平衡计算表一览W（Mcal/hr）Q（Mcal/hr）Hin（Mcal/hr）Hout（Mcal/hr）Error00-138933.046 -138933.045 07.E0208换热器表4-46热负荷表WQHeat Duty（Gcal/hr）05.282表4-47物流焓变计算表InOutUnits4-184-264-194-25PhaseVaporMixedLiquidMixedTemperatureC