--PAGE7-丙烯腈生產(chǎn)工藝的物料衡算和熱量衡算計(jì)算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u14138丙烯腈生產(chǎn)工藝的物料衡算和熱量衡算計(jì)算過程案例 1101791.2.2廢熱鍋爐的熱量衡算 6104621.3.3空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算 7127621.3.4氨中和塔物料衡算和熱量衡算 993911.3.5換熱器物料衡算和熱量衡算 15191401.3.6水吸收塔物料衡算和熱量衡算 1794641.3.8丙烯蒸發(fā)器熱量衡算 2262581.3.10氨蒸發(fā)器熱量衡算 23167531.3.11氣氨過熱器 24243511.3.12混合器 2449281.3.13空氣加熱器的熱量衡算 2525061.3.15吸收水第二冷卻器 26322811.3.16吸收水第三冷卻器 261.1小時(shí)生產(chǎn)能力年工作日按照300天，丙烯腈損失率3.1%、設(shè)計(jì)裕量6%計(jì)算，丙烯腈小時(shí)產(chǎn)量為： 1.2物料衡算和熱量衡算1.2.1反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù)a.丙烯腈產(chǎn)量713.39kg/h,即13.46kmol/hb.原料組成(摩爾分?jǐn)?shù))含C3H685%,C3H815%c.進(jìn)反應(yīng)器的原料配比(摩爾比)為：d.反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率如下表3-1所示為：表3-1e.操作壓力進(jìn)口0.203MPa,出口0.162MPaf.反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度100℃，反應(yīng)溫度850華氏度=454℃,出口氣體溫度354℃。(2)物料衡算a.反應(yīng)器進(jìn)口原料氣中各組分的流量C3H6C3H8NH3O2H2ON2b.反應(yīng)器出口混合氣中各組分的流量丙烯腈乙腈丙烯醛CO2HCNC3H8N2O2C3H6NH3H2Oc.反應(yīng)器物料平衡表3-2表3-2(3)熱量衡算各物質(zhì)0～t℃的平均定壓比熱容如下表3-3：表3-3濃相段熱衡算求濃相段換熱裝置的熱負(fù)荷及產(chǎn)生蒸汽量假設(shè)如下圖3.2熱力學(xué)途徑：圖3.2各物質(zhì)25～t℃的平均比熱容可以用0～t℃的平均比熱容代替，相差很小，因此， 若熱損失取ΔH的5%，則需由濃相段換熱裝置(即換熱裝置的熱負(fù)荷)為：濃相段換熱裝置產(chǎn)生0.405MPa的飽和蒸汽(飽和溫度143℃)，143℃飽和蒸汽焓143℃飽和水焓∴產(chǎn)生的蒸汽量=b.稀相段熱衡算求稀相段換熱裝置的熱負(fù)荷及產(chǎn)生蒸汽量以0℃氣體為衡算基準(zhǔn)。進(jìn)入稀相段的氣體帶入熱為離開稀相段的氣體帶出熱為:熱損失取4%，則稀相段換熱裝置的熱負(fù)荷為：稀相段換熱裝置產(chǎn)生0.405MPa的飽和蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽量為：1.2.2廢熱鍋爐的熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù)a.氣體進(jìn)入廢熱鍋爐和氣體離開廢熱鍋爐的組成與氣體離開反應(yīng)器的組成相同b.氣體進(jìn)入鍋爐溫度為354℃，壓力為0.162MPac.氣體離開鍋爐溫度為180℃，壓力為0.152MPad.廢熱鍋爐水的一側(cè)產(chǎn)生0.405MPa的飽和蒸汽(2)熱衡算以0℃氣體為衡算基準(zhǔn)。0～180℃各物質(zhì)的平均比熱容為：表3-4氣體進(jìn)入鍋爐帶入的熱量(等于氣體離開反應(yīng)器稀相段帶出的熱量)氣體離開鍋爐帶出的熱量熱衡算求需要取出的熱量Q熱量損失如果按照10%計(jì)算，需要取出的熱量為產(chǎn)生蒸汽量1.3.3空氣飽和塔物料衡算和熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù)a.氣體進(jìn)入空氣飽和塔的壓力為0.263MPa，氣體離開空氣飽和塔的壓力為0.243MPab.氣體進(jìn)入空壓機(jī)時(shí)空氣溫度30℃，相對(duì)濕度80%，氣體離開空壓機(jī)氣體溫度170℃c.氣體和液體進(jìn)入飽和塔的體積比為152.4，飽和度為0.81d.乙腈解吸塔塔釜液實(shí)則為塔頂噴淋液，溫度為105℃，塔頂噴淋液的組成如下表：表3-5e.濕空氣從塔頂出去的成分和量按氣體進(jìn)入反應(yīng)器的要求為：O2即N2即H2O即(2)物料衡算a.進(jìn)塔空氣量進(jìn)塔干空氣量=查得30℃，相對(duì)濕度為80%時(shí)空氣濕含量為，因此，氣體進(jìn)入空氣飽和塔帶入的水蒸氣量為：b.氣體進(jìn)入空氣飽和塔的熱水量氣體和液體進(jìn)入空氣飽和塔的體積比為152.4，所以氣體進(jìn)入空氣飽和塔塔噴淋液量為： 由于塔頂噴淋液(105℃)的密度為958，因此水進(jìn)入空氣飽和塔的質(zhì)量流量為： c.出塔濕空氣量O2即N2即H2O即d.出塔液量塔內(nèi)水蒸發(fā)量=∴出塔液流量=飽和塔物料平衡表表3-6(3)熱衡算a.氣體離開空氣飽和塔的溫度從物料平衡表得知，蒸汽的摩爾分?jǐn)?shù)為0.215，根據(jù)道爾頓分壓定律，蒸汽的實(shí)際分壓為： 飽和度為0.81，所以飽和蒸汽分壓為： b.熱水進(jìn)入塔內(nèi)的溫度進(jìn)入空氣飽和塔的水來自精制工段乙腈解吸塔塔釜，105℃。

c.由熱衡算求出塔熱水溫度t,熱衡算基準(zhǔn):0℃氣態(tài)空氣，0℃液態(tài)水。(a)170℃空氣進(jìn)入飽和塔帶入的熱量170℃蒸汽焓值為，干空氣在0～170℃的平均比熱容。(b)出塔濕空氣帶出熱量90℃蒸汽焓2660，空氣比熱容取。(c)105℃入塔噴淋液帶入熱量(d)求出塔熱水溫度t熱水離開塔時(shí)帶出的熱量為，則熱損失按5%計(jì)，則熱平衡方程代入數(shù)據(jù)：解得℃因此，出塔熱水溫度為78℃。1.3.4氨中和塔物料衡算和熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù)a.氣體進(jìn)入氨中和塔的流量和組成與氣體離開反應(yīng)器的流量和組成相同。b.在氨中和塔內(nèi)，硫酸把全部氨吸收掉，進(jìn)而生成硫酸銨。c.新鮮硫酸吸收劑的含量為93%(wt)。d.從塔底流出的液體組成如下：表3-7e.氣體進(jìn)入氨中和塔的溫度為180℃，氣體離開氨中和塔的溫度為76℃，新鮮硫酸吸收劑溫度為30℃。f.塔頂壓力0.122MPa,塔底壓力0.142MPa。(2)物料衡算氨中和塔部分流程如圖所示：圖3.3a.從氨中和塔排出的廢液量及其組成從氨中和塔進(jìn)入的氣體中含有的氨，在塔內(nèi)硫酸把氨氣吸收進(jìn)而生成硫酸銨，氨和硫酸反應(yīng)的方程式如下:的生成量，即需要連續(xù)排出的流量為：塔底排出液中，的含量為30.9%(wt),因此，排出的廢液量為：排放的廢液中，各組分的量：b.需要補(bǔ)充的新鮮吸收劑(93%H2SO4)的量為：c.出塔氣體中各組分的量C3H6C3H8O2N2ANACNACLHCNCO2H2Od.氨中和塔循環(huán)系統(tǒng)物料平衡表表3-8(3)熱衡算a.氣體進(jìn)入氨中和塔的溫度塔頂氣體中實(shí)際蒸汽分壓為設(shè)飽和度為0.98，則與出塔氣體溫度平衡的飽和蒸汽分壓為：入塔噴淋液的硫酸銨含量為：，已知硫酸銨溶液上方的飽和蒸汽壓如表3-1所示。由內(nèi)插法得到出塔氣的溫度為76℃。b.入塔噴淋液溫度為70℃。c.塔釜排出液溫度表3-9硫酸銨溶液上方的飽和蒸汽壓/MPa入塔氣蒸汽分壓d.熱衡算求循環(huán)冷卻器的熱負(fù)荷和冷卻水用量作圖3.4的虛線方框列熱平衡方程得：圖3.4(a)氣體進(jìn)入氨中和塔帶入的熱量為 Q1氣體進(jìn)入氨中和塔帶入的熱量與氣體離開廢熱鍋爐帶出的熱量完全相同，(b)氣體離開氨中和塔帶出的熱量Q2各組分在0～76℃的平均比熱容的值如下：表3-10 (c)蒸汽在中和塔內(nèi)冷凝放熱量為Q3蒸汽的冷凝熱為2246.6kJ/kg∴(d)有機(jī)物冷凝放熱Q4AN的冷凝量，其冷凝熱為ACN的冷凝量，其冷凝熱為HCN的冷凝量，其冷凝熱為∴(e)氨中和塔放熱Q5每生成1mol硫酸銨放熱273.8kJ∴(f)硫酸稀釋放熱Q6硫酸的稀釋熱為749kJ/kgH2SO4∴(g)塔釜排放的廢液帶出熱量Q7從塔釜流出的廢液中，與的摩爾比為，查得這種組成的硫酸銨水溶液比熱容為∴(h)新鮮吸收劑進(jìn)入塔內(nèi)帶入的熱量為Q830℃、93%H2SO4的比熱容為?！?i)求循環(huán)冷卻器的熱負(fù)荷Q9因操作溫度過低，忽略熱量損失。將有關(guān)數(shù)據(jù)代入熱平衡方程：(j)流經(jīng)循環(huán)冷卻器的冷卻水用量為W設(shè)循環(huán)冷卻器循環(huán)水上水溫度32℃，排水溫度36℃，則冷卻水量為e.求循環(huán)液量m70℃循環(huán)液的比熱容為，循環(huán)液與新鮮吸收液混合后的噴淋液比熱容為。設(shè)循環(huán)液流量為mkg/h，循環(huán)冷卻器出口循環(huán)液溫度t℃。對(duì)新鮮吸收劑與循環(huán)液匯合處(附圖中A點(diǎn))列熱平衡方程得：(1)對(duì)循環(huán)冷卻器列熱平衡方程得：(2)聯(lián)立(1)(2)式解得:m=84517kg/ht=70℃1.3.5換熱器物料衡算和熱量衡算圖3.5(1)計(jì)算依據(jù)進(jìn)口氣體76℃，氣體進(jìn)入換熱器的組成和流量與氣體離開氨中和塔的組成和流量相同。氣體離開換熱器的溫度為40℃，操作壓力為115.5kPa。(2)物料衡算出口氣體溫度40℃，40℃飽和蒸汽壓力為設(shè)離開換熱器的出口氣體中含有xkmol/h的蒸汽，根據(jù)分壓定律有：解得：∴蒸汽的冷凝量為：因此得到換熱器氣體方(殼方)的物料平衡如下：表3-11 (3)熱衡算a.氣體進(jìn)入換熱器帶入的熱量為Q1(等于氣體離開氨中和塔帶出的熱量)b.蒸汽冷凝放出熱量Q240℃水汽化熱為c.冷凝液帶出熱Q3d.出口氣體帶出熱Q4出口氣體各組分在0～40℃的平均摩爾熱容為表3-12∴e.熱衡算求換熱器的熱負(fù)荷熱平衡方程：代入數(shù)據(jù):解得1.3.6水吸收塔物料衡算和熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù)(如下圖)圖3.5a.氣體進(jìn)入水吸收塔的流量和組成與氣體離開換熱器的流量和組成相同。b.氣體進(jìn)入水吸收塔的溫度為40℃，壓力為112kPa。氣體離開水吸收塔的溫度為10℃，壓力為101kPa。c.入塔吸收液溫度5℃。d.出塔AN溶液中含AN1.8%(wt)。(2)物料衡算a.進(jìn)塔物流(包括氣體和凝水)的組成和流量與換熱器出口相同。b.出塔氣的組成和量設(shè)入塔氣中的AN、HCN、ACL、ACN等組分全部被水吸收(見后面校驗(yàn))，C3H6、C3H8、O2、N2、CO2等組分不溶于水，因此，出塔干氣中含有C3H6、C3H8、O2N2、CO2。出塔氣中含有蒸汽的量按分壓定律求得，計(jì)算如下：10℃水的飽和蒸汽壓，總壓為101325Pa，出塔氣中干氣總量為：因此，出塔氣中含有水蒸氣量：出塔氣總量為： c.塔頂加入的吸收水量(a)出塔AN溶液總量出塔AN溶液中，AN為1.8%(wt)，AN的量為713.2kg/h，因此，出塔AN溶液總量為：(b)塔頂加入的吸收水量作水吸塔的總質(zhì)量衡算得：d.塔底AN溶液的組成和量AN、ACN、HCN、ACL全部被水吸收，因?yàn)樗譇N溶液中的AN、ACN、HCN、ACL的量與進(jìn)塔氣、液混合物相同，AN溶液中的水量按全塔水平衡求出。e.水吸收塔物料平衡如下。表3-13f.因?yàn)槿芤簽橄∪芤海氏到y(tǒng)服從亨利定律和道爾頓分壓定律。壓力和含量的關(guān)系為或塔底排出液的溫度為15℃查得15℃時(shí)各物質(zhì)的亨利系數(shù)E值為：ACNHCNACLAN(a)AN塔底從以上計(jì)算可看出，，可見溶液未達(dá)飽和。(b)丙烯醛ACL塔底ACL的含量，溶液未達(dá)飽和。(c)乙腈ACN塔底ACN的含量，溶液未達(dá)飽和。(d)氫氰酸HCN塔底HCN的含量從計(jì)算結(jié)果可以得知，在吸收塔的下部，對(duì)HCN的吸收推動(dòng)力為負(fù)值，但如果吸收塔足夠高，依舊可以使塔頂出口氣體中HCN的含量達(dá)到要求。(3)熱量衡算a.入塔氣帶入熱Q1各組分在0～40℃的平均摩爾熱容如下：表3-14b.入塔凝水帶入熱Q2c.出塔氣帶出熱Q3d.吸收水帶入熱Q4e.出塔AN溶液帶出熱Q5AN溶液中各組分的液體摩爾熱容如下：表3-15f.水冷凝放熱Q6水冷凝量=水的冷凝熱為2256kJ/h∴g.AN、ACN、ACL、HCN等氣體的溶解放熱Q7溶解熱=冷凝放熱+液-液互溶放熱=冷凝熱AN、ACN、ACL、HCN的冷凝熱數(shù)據(jù)如下：表3-16h.熱衡算求出塔液溫度t熱平衡方程代入數(shù)據(jù)得：解得t=15.21℃1.3.7空氣水飽和塔釜液槽(1)計(jì)算依據(jù)進(jìn)、出口物料關(guān)系和各股物料的流量和溫度如圖3.4所示。圖3.4(2)物料衡算進(jìn)料：乙腈解吸塔釜液入槽量=空氣飽和塔塔底液入槽量=入槽軟水量去水吸收塔液體量去萃取解吸塔液體量作釜液槽的總質(zhì)量平衡得解得(3)熱量衡算a.入槽乙腈解吸塔釜液帶入熱Q1b.入槽軟水帶入熱Q2c.空氣飽和塔底液帶入熱Q3d.去吸收塔液體帶出熱Q4e.去萃取解吸塔液體帶出熱Q5f.熱衡算求槽出口液體溫度t熱損失按5%計(jì)算，熱平衡方程為代入數(shù)據(jù)：解得t=84.2℃1.3.8丙烯蒸發(fā)器熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù)蒸發(fā)壓力0.405MPa；加熱劑用0℃的冷凍鹽水，冷凍鹽水出口溫度-2℃；丙烯蒸發(fā)量。(2)有關(guān)數(shù)據(jù)a.0.405MPa下丙烯的沸點(diǎn)為-13℃，汽化熱為b.0.405MPa下丙烷的沸點(diǎn)為-5℃，汽化熱為(3)熱衡算求丙烯蒸發(fā)器的熱負(fù)荷和冷凍鹽水用量a.丙烯蒸發(fā)吸收的熱Q1b.丙烷蒸發(fā)吸收的熱Q2c.丙烯蒸發(fā)器的熱負(fù)荷Q冷損失按10%考慮e.冷凍鹽水用量平均溫度(-1℃)下，冷凍鹽水比熱容為冷凍鹽水用量為1.3.9丙烯過熱器熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù)氣體進(jìn)入丙烯蒸發(fā)器的溫度為-13℃，氣體離開丙烯蒸發(fā)器的溫度為65℃，用0.405MPa蒸汽作為加熱劑。(2)熱衡算求丙烯過熱器熱負(fù)荷和加熱蒸汽量丙烯氣的比熱容為，丙烷氣比熱容為，冷損失按10%考慮，需要加熱蒸汽提供的熱量為加熱蒸汽量為上式中是0.405MPa蒸汽的冷凝熱。1.3.10氨蒸發(fā)器熱量衡算(1)計(jì)算依據(jù)a.蒸發(fā)壓力為0.405MPa。b.加熱劑用0.405MPa飽和蒸汽，冷凝熱為。(2)有關(guān)數(shù)據(jù)0.405MPa下氨的蒸發(fā)溫度為-7℃,汽化熱為。(3)熱衡算求氨蒸發(fā)器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽用量冷損失按10%考慮，氨蒸發(fā)器的熱負(fù)荷為加熱蒸汽量為：1.3.11氣氨過熱器(1)計(jì)算依據(jù)a.氣體進(jìn)入氣氨過熱器的溫度為-7℃，氣體離開氣氨過熱器的溫度為65℃b.用0.405Mpa蒸汽作為加熱劑。c.氣氨流量。(2)熱衡算求氣氨過熱器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽用量氨氣的比熱容為，冷損失按10%考慮，氣氨過熱器的熱負(fù)荷為加熱蒸汽用量為1.3.12混合器(1)計(jì)算依據(jù)氣氨進(jìn)口溫度65℃，流量。丙烯氣進(jìn)口溫度65℃，流量，丙烷氣進(jìn)口溫度65℃，流量。出口混合氣溫度110℃。濕空氣來自空氣加熱器(2)熱衡算求進(jìn)口濕空氣的溫度t以0℃為熱衡算