化工设计竞赛91附录一 物料衡算0001.docx
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化工设计竞赛91附录一物料衡算0001
1.物料衡算目的
本项目拟建一套年产20万吨的醋酸乙烯酯装置。
工艺设计中,物料衡算是在工艺流程确定后进行的。
目的是根据原料与产品之间的定量转化关系,计算原料的消耗量,各种中间产品、产品和副产品的产量,生产过程中各阶段的消耗量以及组成,进而为热量衡算、其他工艺计算及设备计算打基础。
对于已有装置,物料衡算可以弄清原料的来龙去脉,找出生产中的薄弱环节,为改进生产、完善管理提供可靠的依据和明确方向,并可作为检查原料利用率及三废处理完善程度的一种手段。
2.物料衡算方法
物料衡算是根据质量守恒定律,利用某进出化工过程中某些已知物流的流量和组成,通过建立有关物料的平衡式和约束式,求出其他未知物流的流量和组成的过程。
系统中物料衡算一般表达式为:
系统中的积累=输入-输出+生成-消耗
式中,生成或消耗项是由于化学反应而生成或消耗的量;积累量可以是正值,也可以是负值,当系统中积累量不为零时称为非稳定状态过程;积累量为零时,称为稳定状态过程。
稳定状态过程时,可以简化为:
输入=输出-生成+消耗
对无化学反应的稳定过程,又可表示为:
输入=输出
3.物料衡算任务
(1)确定醋酸乙烯酯的实际产量以及质量指标;
(2)确定工艺中的“三废”排放量等公共经济指标;
(3)各主要单元过程的物料衡算,并指导工艺设备的尺寸确定;
(4)总全流程物料衡算,数据用于完成物料流程图等后续设计任务。
4.全装置物料衡算表
图4-1总流程图
表4-1项目总物料平衡表
入方
单位kg/h
单位t/d
单位t/a
乙烯
15598.549
374.365
124663.604
氧气
15120
362.88
120839.04
醋酸
19783.629
474.807
158110.763
工艺软水
72250.903
1734.022
577429.217
DEA
2886.882
69.285
23071.96
甘油
﹤0.001
-
-
碳酸钾
﹤0.001
-
-
总计
125639.963
3015.359
1004114.584
出方
单位kg/h
单位t/d
单位t/a
乙烯回收后废水
11899.942
285.598
95104.336
废气分离器顶部废气
9700.672
232.816
77527.771
废气分离器底部废水
66336.25
1592.07
530159.31
产品VAc
27265.67
654.376
217907.235
甘油回收后废水
3915.825
93.980
31295.273
脱水器顶部废水
6521.601
156.518
52120.635
总计
125639.963
3015.359
1004114.584
5.分工段物料衡算
5.1醋酸乙烯酯合成工段
图5-1醋酸乙烯酯合成工段
表5-1醋酸乙烯酯合成工段物料平衡表
入方
出方
物流说明
氧气
新鲜乙烯
新鲜醋酸
循环醋酸
循环乙烯
反应混合物
温度℃
40
30
41
127.5
113
40
压力bar
12
12
1
1.7
12
8.313
气化分率
1
1
0
0
1
0.613
摩尔流量kmol/hr
471.486
556.15
329.862
541.407
2628.351
4363.211
质量流量kg/hr
15120
15598.549
19783.629
32637.516
74129.159
157268.853
体积流量cum/hr
1015.566
1091.492
18.791
35.133
6847.148
8147.923
组分
kg/hr
kg/hr
kg/hr
kg/hr
kg/hr
kg/hr
C2H2
15586.516
32216.371
69401.451
72937.481
CH3COOH
19769.431
32287.284
O2
14999.04
2970.15
2986.801
H2O
8.914
656.42
10224.622
VAC
418.45
851.438
29489.44
N2
CO2
120.96
4.895
1.302
9053.18
乙酸甲酯
0.416
0.189
9.882
CH3CHO
4.378
20.929
丙烯醛
0.007
0.014
0.723
DEA
CH4
7.138
243.814
250.952
CH3OH
5.285
2.272
0.002
7.559
合计
15120
15598.549
19783.629
32637.516
74129.159
157268.853
总计
157268.853
157268.853
5.2原料分离与循环工段
图5-2原料分离与循环工段图
表5-2原料分离与循环工段物料平衡表
入方
出方
物流说明
反应混合物
工艺软水
新鲜DEA
脱水器底部循环醋酸
脱水器顶部废水
醋酸精馏塔塔顶馏出液
废气分离器顶部废气
废气分离器底部废液
循环乙烯
乙烯回收后废水
温度℃
40
30
30
127.5
127.5
72.2
20
20
113
40
压力bar
8.313
9
9
1.7
1.7
1.5
0.6
0.6
12
5
气化分率
0.613
0
0
0
1
0
1
0
1
0
摩尔流量kmol/hr
4363.211
4010.535
27.458
541.407
362.004
522.442
240.704
3479.071
2628.351
627.225
质量流量kg/hr
157268.853
72250.903
2886.882
32637.516
6521.601
31181.494
9700.672
66336.254
74129.159
11899.942
体积流量cum/hr
8147.923
72.533
2.623
35.133
6970.454
35.542
9735.226
67.151
6847.148
13.488
组分
kg/hr
kg/hr
kg/hr
kg/hr
kg/hr
kg/hr
kg/hr
kg/hr
kg/hr
kg/hr
C2H2
72937.481
32216.371
3.593
1594.989
359.689
69401.451
1577.76
CH3COOH
32287.284
32.249
0.014
38.625
0.026
O2
2986.801
0.05
0.003
2970.15
16.598
H2O
10224.622
72250.903
6521.601
3638.981
167.62
61225.71
656.42
10265.192
VAC
29489.44
418.45
27478.246
535.512
169.826
851.438
35.968
N2
CO2
9053.18
0.053
7398.47
1653.327
1.302
0.029
乙酸甲酯
9.882
0.416
8.85
0.152
0.249
0.189
0.026
CH3CHO
20.929
13.741
0.712
1.586
4.378
0.511
丙烯醛
0.723
0.007
0.653
0.021
0.026
0.014
0.002
DEA
2886.882
2886.721
0.16
CH4
250.952
3.128
0.344
243.814
3.665
CH3OH
7.559
2.272
5.129
0.004
0.148
0.002
0.004
合计
157268.853
72250.903
2886.882
32637.516
6521.601
31181.494
9700.672
66336.254
74129.159
11899.942
总计
232406.638
232406.638
5.3产品分离与精制工段
图5-3产品分离与精制工段图
表5-3产品分离与精制工段物料平衡表
入方
出方
物流说明
醋酸精馏塔塔顶馏出液
新鲜甘油
产品VAc
甘油回收后废水
温度℃
72.2
50
72.4
47.9
压力bar
1.5
2
1.1
1
气化分率
0
0
0
0
摩尔流量kmol/hr
522.442
318.398
204.044
质量流量kg/hr
31181.494
﹤0.001
27265.669
3915.825
体积流量cum/hr
35.542
31.603
4.054
组分
kg/hr
kg/hr
kg/hr
kg/hr
C2H2
3.593
3.593
CH3COOH
32.249
0.001
32.248
O2
H2O
3638.981
30.277
3608.704
VAC
27478.246
27203.464
274.782
N2
CO2
0.053
0.053
乙酸甲酯
8.85
8.788
0.062
CH3CHO
13.741
13.741
0.001
丙烯醛
0.653
0.65
0.003
DEA
CH4
CH3OH
5.129
5.103
0.026
合计
31181.494
﹤0.001
27265.669
3915.825
总计
31181.494
31181.494
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