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年产100000吨醋酸乙烯酯项目——物料及能量衡算

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南昌大学贝特利队

年产100000吨醋酸乙烯酯项目——物料及能量衡算

年产100000吨醋酸乙烯酯项目

物料及能量衡算

南昌大学·贝特利队

金陆乔冷月怡李雪邵星宇余锐

目录

TOC\o1-3\h\z\u第一章物料衡算 1

1.1总论 1

1.2衡算方法 1

1.3项目核算 2

1.3.5粗制系统（一）物料衡算 6

1.3.6粗制系统（二）物料衡算 7

1.3.7粗制系统（三）物料衡算 9

1.3.8粗制系统（四）物料衡算 11

1.3.9精馏系统（一）物料衡算 12

1.3.10精馏系统（二）物料衡算 14

1.3.11精馏系统（三）物料衡算 16

1.3.12精馏系统（四）物料衡算 18

第二章热量衡算 20

2.1概述 20

2.2热量衡算原则 20

2.3各工段热量衡算 21

第三章热集成及节能技术 35

3.1概述 35

3.2换热网络设计任务 35

3.3换热网络设计 39

3.4小结 43

第一章物料衡算

1.1总论

项目使用乙炔气相法生产醋酸乙烯酯，年产量为100000吨。在已确定化学生产工艺和流程后，由定性阶段转向定量阶段，通过对整个生产系统、生产车间，以及部分重要的生产单元进行物料衡算计算出主、副产品的产量，原材料的消耗定额、“三废”排放量及组成，以及产品收率等各项经济技术指标，从而定量地评述初步设计所选择的工艺路线、生产方法及工艺流程在经济上是否合理，技术上是否先进，为后阶段的设计提供数据。

1.2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

物料衡算包括总质量衡算、组分衡算和元素衡算。各种衡算方法的适用情况如表1-1所示：

表1-1物料横算式适用范围

类别

物料衡算形式

无化学反应

有化学反应

总衡算式

总质量衡算式

适用

适用

总物质的量衡算式

适用

不适用

组分衡算式

组分质量衡算式

适用

不适用

组分物质的量衡算式

适用

不适用

元素原子衡算式

元素原子质量衡算式

适用

适用

元素原子物质的量衡算式

适用

适用

由于系统中存在化学反应，我们主要采用组分物质的摩尔量衡算方法，同时列出每种物料组分的摩尔流量便于查找和计算。

1.3项目核算

1.3.1工艺流程图

从原料入厂到产品输出，其工艺路线可分为如下3个系统模块：

反应器系统、粗制系统、馏系统三个模块。

图1-1醋酸乙烯酯反应系统

图1-2醋酸乙烯酯粗制系统

图1-3醋酸乙烯酯精馏系统

1.3.2物料衡算任务

对于本厂，工艺采取年开工300天的连续操作，其中一年内的三到四周（约25天）用于固定的停车设备检修及紧急情况处理。物料衡算的主要任务在于：

确定醋酸乙烯酯实际产量以及质量指标

确定工艺中的“三废”排放量等公共经济指标；

汇总全流程物料衡算，数据用于完成物料流程图等后续设计任务。

1.3.3物料衡算

对工艺过程我们采用AspenPlus进行模拟，输入进料，根据工艺特点选择合适的模块设备，对应工艺条件要求依次设定模拟反应对应条件，一次连续模拟反应器系统、冷凝系统、回收系统三个模块，模拟详见源文件，工艺模拟流程图如下。

图1-4工艺模拟路线图

1.3.4反应器物料衡算

图1-5反应系统工艺路线图

表1-2反应器总物料衡算

进口

出口

物流编号

E104-1

R201-1

物流说明

原料

产物

Temperature（℃）

180

200

Pressure（bar）

1.41855

1.236165

VaporFrac

1

1

LiquidFrac

0

0

SolidFrac

0

0

MoleFlow（kmol/hr）

2238.365

2061.765

MassFlow（kg/hr）

74302.34

74302.34

MassFlow（kg/hr）

C2H2

45854.65

41249.59

HAC

26196.85

15957.1

VAC

1517.808

16152.52

C2H4O

312.76