27万吨年丙烯腈项目72 附录二 物料衡算计算书.docx
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27万吨年丙烯腈项目72附录二物料衡算计算书
27万吨/年丙烯腈项目
物料衡算计算书
1物料衡算目的
本项目拟建一套年产27万吨的丙烯腈装置,同时副产乙腈、氢氰酸、氢气等产品。
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)确定丙烯腈以及副产品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)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。
4全装置物料衡算表
表4-1项目总物料平衡表
入方
单位kg/h
单位t/d
单位104t/a
新鲜原料丙烷
39680.02
952.32
31.74
原料氨气
16093.88
386.25
12.88
烧氢空气
33466.46
803.20
26.77
氨氧化空气
209165
5019.96
167.33
原料硫酸
6669.512
160.07
5.34
急冷水
1801.528
43.24
1.44
蒸汽热载体
131512
3156.29
105.21
总计
438388.4
10521.32
350.71
出方
单位kg/h
单位t/d
单位104t/a
闪蒸罐外排水
77980.51
1871.53
62.38
干燥塔外排水
62764.15
1506.34
50.21
氢气产品
494.5446
11.87
0.40
深冷分离塔外排气
28749.18
689.98
23.00
四效蒸发浓缩液
8888.88
213.33
7.11
四效蒸发冷凝液
9839.075
236.14
7.87
氢氰酸产品
3626.718
87.04
2.90
丙烯腈产品
34117.95
818.83
27.21
乙腈产品
2558.861
61.41
2.05
水分离塔外排水
2732.689
65.58
2.18
常压塔外排水
32554.02
781.30
26.04
水洗塔外排气
171076
4105.82
136.86
分水塔外排水
3005.801
72.14
2.40
总计
438388.379
10521.32
350.71
5分工段物料衡算
5.1丙烷脱氢反应工段
图5-1丙烷脱氢反应工段流程图
表5-1丙烷脱氢反应工段物料平衡表
入方
出方
物流编号
1
2
4
8
11.00
物流说明
原料丙烷
循环丙烷
水蒸气
空气
反应出料
温度℃
40.00
59.28
133.58
121.62
553.22
压力MPa
0.30
2.08
0.30
0.20
0.20
气相分率
1.00
0.00
1.00
1.00
1.00
摩尔流量kmol/h
902.00
1517.76
7300.00
1160.00
11425.24
组分
分子量
kg/h
kg/h
kg/h
kg/h
kg/h
C3H8
44.10
37696.02
66087.48
0.00
0.00
67237.74
C3H6
42.08
1984.00
507.80
0.00
0.00
34710.87
C2H6
30.07
0.00
0.00
0.00
0.00
1493.56
C2H4
28.05
0.00
0.00
0.00
0.00
321.95
CH4
16.04
0.00
0.00
0.00
0.00
980.69
H2
2.02
0.00
0.00
0.00
0.00
495.06
O2
32.00
0.00
0.00
0.00
7794.91
0.00
N2
28.01
0.00
0.00
0.00
25671.55
25671.55
H2O
18.02
0.00
125.78
131512.00
0.00
140256.00
AN
53.06
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
ACN
41.05
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
HCN
27.03
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
ACL
56.06
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
CO2
44.01
0.00
0.00
0.00
0.00
179.20
CO
28.01
0.00
0.00
0.00
0.00
53.46
H2SO4
98.08
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
(NH4)2SO4
132.14
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
NH3
17.02
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
C4H5NO
83.09
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
合计
39680.02
66721.06
131512.00
33466.46
271399.50
总计
271399.50
271399.50
5.2脱氢产物预分离工段
图5-2脱氢产物预分离工段流程图
表5-2脱氢产物预分离工段物料平衡表
入方
出方
物流编号
12
14
19
20
H2O
H2
物流说明
脱氢反应器出料
闪蒸罐废水
深冷分离塔顶排出物
丙烷丙烯出料
干燥塔排水
氢气出料
温度
98.00
80.92
-76.60
63.78
80.92
80.92
压力MPa
0.20
0.10
2.40
2.44
0.10
0.10
气相分率
0.60
0.00
1.00
0.00
1.00
1.00
摩尔流量kmol/h
11425.24
4308.77
1045.90
2341.32
3484.70
245.49
组分
分子量
kg/h
kg/h
kg/h
kg/h
0.00
0.00
C3H8
44.10
67237.74
419.87
1.71
66816.07
0.00
0.00
C3H6
42.08
34710.87
183.19
58.81
34468.88
0.00
0.00
C2H6
30.07
1493.06
3.38
1489.68
0.00
0.00
0.00
C2H4
28.05
321.95
0.50
321.45
0.00
0.00
0.00
CH4
16.04
980.69
0.56
980.13
0.00
0.00
0.00
H2
2.02
495.06
0.03
0.50
0.00
0.00
494.89
O2
32.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
N2
28.01
25671.55
6.98
25664.57
0.00
0.00
0.00
H2O
18.02
140256.00
77365.84
0.00
125.78
62763.27
0.00
AN
53.06
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
ACN
41.05
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
HCN
27.03
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
ACL
56.06
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
CO2
44.01
179.20
0.31
178.89
0.00
0.00
0.00
CO
28.01
53.46
0.02
53.45
0.00
0.00
0.00
H2SO4
98.08
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
(NH4)2SO4
132.14
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
NH3
17.02
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
C4H5NO
83.09
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
合计
271399.00
77980.67
28749.19
101411.00
62763.27
494.89
总计
271399.00
271399.00
5.3丙烷丙烯分离工段
图5-3丙烷丙烯分离工段流程图
表5-3丙烷丙烯分离工段物料衡算表
入方
出方
物流编号
20
24
31
物流说明
丙烷丙烯进料
丙烯出料
丙烷出料
温度℃
63.78
48.62
59.28
压力MPa
2.44
2.00
2.08
气相分率
0.00
0.00
0.00
组分
分子量
kg/h
kg/h
kg/h
C3H8
44.10
66816.07
726.25
66087.48
C3H6
42.08
34468.88
33961.04
507.80
C2H6
30.07
0.00
0.01
0.00
C2H4
28.05
0.00
0.00
0.00
CH4
16.04
0.00
0.00
0.00
H2
2.02
0.00
0.00
0.00
O2
32.00
0.00
0.00
0.00
N2
28.01
0.00
0.00
0.00
H2O
18.02
125.78
0.00
125.78
AN
53.06
0.00
0.00
0.00
ACN
41.05
0.00
0.00
0.00
HCN
27.03
0.00
0.00
0.00
ACL
56.06
0.00
0.00
0.00
CO2
44.01
0.00
0.00
0.00
CO
28.01
0.00
0.00
0.00
H2SO4
98.08
0.00
0.00
0.00
(NH4)2SO4
132.14
0.00
0.00
0.00
NH3
17.02
0.00
0.00
0.00
C4H5NO
83.09
0.00
0.00
0.00
合计
101411.00
34687.29
66721.06
总计
101411.00
101411.00
5.4丙烯氨氧化工段
图5-4氨氧化反应工段流程图
表5-4丙烯氨氧化工段物料衡算
物流编号
入方
出方
33
35
37
38
物流说明
丙烯进料
氨气进料
空气进料
反应出料
温度℃
-25.77
60.00
30.00
450.00
压力MPa
0.25
0.20
0.10
0.20
气相分率
0.59
1.00
1.00
1.00
摩尔流量kmol/h
823.52
945.00
7250.00
9518.39
组分
分子量
kg/h
kg/h
kg/h
kg/h
C3H8
44.10
726.25
0.00
0.00
726.25
C3H6
42.08
33961.04
0.00
0.00
0.00
C2H6
30.07
0.01
0.00
0.00
0.01
C2H4
28.05
0.00
0.00
0.00
0.00
CH4
16.04
0.00
0.00
0.00
0.00
H2
2.02
0.00
0.00
0.00
0.00
O2
32.00
0.00
0.00
48718.17
4042.08
N2
28.01
0.00
0.00
160447.00
160447.00
H2O
18.02
0.00
0.00
0.00
45879.27
AN
53.06
0.00
0.00
0.00
34671.79
ACN
41.05
0.00
0.00
0.00
2692.35
HCN
27.03
0.00
0.00
0.00
4038.99
ACL
56.06
0.00
0.00
0.00
705.48
CO2
44.01
0.00
0.00
0.00
3928.22
CO
28.01
0.00
0.00
0.00
1528.67
H2SO4
98.08
0.00
0.00
0.00
0.00
(NH4)2SO4
132.14
0.00
0.00
0.00
0.00
NH3
17.02
0.00
16093.88
0.00
1303.96
C4H5NO
83.09
0.00
0.00
0.00
0.00
合计
34687.29
16093.88
209183.00
259964.00
总计
259964.00
259964.00
5.5氨氧化产物预分离工段
图5-5氨氧化产物预分离工段流程图
表5-5氨氧化产物预分离工段物料衡算表
入方
出方
物流编号
39
40
41
60
78
52
物流说明
反应出料
硫酸进料
急冷水
氢氰酸
粗产品
水洗塔排气
温度℃
130.00
30.00
30.00
67.58
115.03
22.64
压力MPa
0.20
0.20
0.20
0.40
0.42
1.20
气相分率
1.00
0.00
0.00
0.00
0.00
1.00
摩尔流量kmol/h
9518.39
196.00
100.00
134.09
2665.91
6030.47
组分
分子量
kg/h
kg/h
kg/h
kg/h
kg/h
kg/h
C3H8
44.10
726.25
0.00
0.00
4.75
0.00
719.41
C3H6
42.08
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
C2H6
30.07
0.01
0.00
0.00
0.00
0.00
0.01
C2H4
28.05
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
CH4
16.04
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
H2
2.02
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
O2
32.00
4042.08
0.00
0.00
0.00
0.00
4041.58
N2
28.01
160447.00
0.00
0.00
0.00
0.00
160432.00
H2O
18.02
45879.27
2824.80
1801.53
1.38
35311.76
247.13
AN
53.06
34671.79
0.00
0.00
3.28
34077.62
180.72
ACN
41.05
2692.35
0.00
0.00
0.12
2608.30
0.00
HCN
27.03
4038.99
0.00
0.00
3617.15
1.88
0.00
ACL
56.06
705.48
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
CO2
44.01
3928.22
0.00
0.00
0.00
0.00
3925.70
CO
28.01
1528.67
0.00
0.00
0.00
0.00
1528.52
H2SO4
98.08
0.00
3844.72
0.00
0.00
0.00
0.00
(NH4)2SO4
132.14
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
NH3
17.02
1303.96
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
C4H5NO
83.09
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
合计
259964.00
6669.51
1801.53
3626.67
71999.58
171075.00
总计
268435.04
268435.04
5.6四效蒸发工段
图5-6四效蒸发工段流程图
表5-6四效蒸发工段物料衡算表
入方
出方
物流编号
62
76
77
物流说明
含腈废水
浓缩液
冷凝液
温度℃
81.77
63.44
53.55
压力MPa
0.52
0.02
0.02
气相分率
0.00
0.00
0.08
质量流量kg/h
18728.38
8889.36
9839.02
摩尔流量kmol/h
727.97
204.39
523.58
组分
分子量
kg/h
kg/h
kg/h
C3H8
44.10
2.05
0.00
2.05
C3H6
42.08
0.00
0.00
0.00
C2H6
30.07
0.00
0.00
0.00
C2H4
28.05
0.00
0.00
0.00
CH4
16.04
0.00
0.00
0.00
H2
2.02
0.00
0.00
0.00
O2
32.00
0.50
0.00
0.50
N2
28.01
15.20
0.00
15.20
H2O
18.02
11940.41
2763.86
9176.56
AN
53.06
410.06
0.40
409.66
ACN
41.05
83.93
0.77
83.15
HCN
27.03
79.88
0.14
79.74
ACL
56.06
0.00
0.00
0.00
CO2
44.01
2.48
0.00
2.48
CO
28.01
0.15
0.00
0.15
H2SO4
98.08
89.96
89.95
0.01
(NH4)2SO4
132.14
5058.71
5058.71
0.00
NH3
17.02
0.00
0.00
0.00
C4H5NO
83.09
1045.05
975.52
69.53
合计
18728.38
8889.36
9839.02
总计
18728.38
18728.38
5.7丙烯腈精制工段
图5-7丙烯腈精制工段流程图
表5-7丙烯腈精制工段物料衡算
入方
出方
物流编号
78
89
90
91
物流说明
粗产品
丙烯腈产品
水
乙腈水
温度℃
115.03
86.50
105.81
101.07
压力MPa
0.42
0.14
0.13
0.15
气相分率
0.00
0.00
0.00
0.00
摩尔流量kmol/h
2665.91
643.32
153.65
1868.94
组分
分子量
kg/h
kg/h
kg/h
kg/h
C3H8
44.10
0.00
0.00
0.00
0.00
C3H6
42.08
0.00
0.00
0.00
0.00
C2H6
30.07
0.00
0.00
0.00
0.00
C2H4
28.05
0.00
0.00
0.00
0.00
CH4
16.04
0.00
0.00
0.00
0.00
H2
2.02
0.00
0.00
0.00
0.00
O2
32.00
0.00
0.00
0.00
0.00
N2
28.01
0.00
0.00
0.00
0.00
H2O
18.02
35311.76
0.00
2766.78
32544.98
AN
53.06
34077.62
34053.75
0.00
23.87
ACN
41.05
2608.30
64.32
0.02
2543.97
HCN
27.03
1.88
0.00
1.88
0.00
ACL
56.06
0.00
0.00
0.00
0.00
CO2
44.01
0.00
0.00
0.00
0.00
CO
28.01
0.00
0.00
0.00
0.00
H2SO4
98.08
0.00
0.00
0.00
0.00
(NH4)2SO4
132.14
0.00
0.00
0.00
0.00
NH3
17.02
0.00
0.00
0.00
0.00
C4H5NO
83.09
0.00
0.00
0.00
0.00
合计
71999.57
34118.07
2768.68
35112.82
总计
71999.57
71999.57
5.8乙腈精制工段
图5-8乙腈精制工段流程
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- 27万吨年丙烯腈项目72 附录二 物料衡算计算书 27 万吨年 丙烯腈 项目 72 附录 物料 算计