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文檔簡介
2017年“東華科技-陜鼓杯”第十一屆全國大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競賽云天化合成氨裝置廢氣深度脫硫資源化利用項(xiàng)目能量衡算一覽表團(tuán)隊(duì)名稱: 碣石觀滄海團(tuán)隊(duì) 團(tuán)隊(duì)成員:葉陽 曾偉 邵青楠 崔怡洲 王奧誠指導(dǎo)老師: 黃星亮 鄧春 孟祥海 杜巍 徐建 2017年8月云天化合成氨裝置廢氣深度脫硫資源化利用項(xiàng)目目 錄目 錄.1第一章 總論2第二章 熱量衡算原理3第三章 熱量衡算任務(wù)4第四章 熱量衡算54.1 硫化氫提濃工段54.1.1 R0101羰基硫水解反應(yīng)器64.1.2 C0101壓縮機(jī)64.1.3 T0101 硫化氫吸收塔74.1.4 T0102 MDEA再生塔74.1.5 T0103硫化氫吸收塔84.1.6 T0104 MDEA再生塔94.1.7 T0105硫化氫吸收塔94.1.8 T0106 MDEA再生塔104.2 甲硫醇合成工段114.2.1 R0201甲硫醇合成反應(yīng)器114.3 產(chǎn)品分離工段134.3.1 V0301氣液分離罐134.3.2 V0302氣液分離罐144.3.3 T0301甲醇洗滌塔154.3.4 T0302硫化氫汽提塔154.3.5 T0303萃取精餾塔164.3.6 T0304產(chǎn)品精餾塔174.3.7 T0305甲醇-水精餾塔174.3.8 T0306甲醇-水精餾塔184.4 食品級(jí)二氧化碳生產(chǎn)工段194.4.1 C0401壓縮機(jī)194.4.2 V0401氣液分離罐204.4.3 T0401二氧化碳精餾塔204.5 總結(jié)21第一章 總論本項(xiàng)目以云南省云天化集團(tuán)下屬天安化工50萬噸/年合成氨裝置含硫化氫廢氣為原料,經(jīng)硫化氫提濃工段后,硫化氫氣體進(jìn)入甲硫醇合成反應(yīng)器,通過硫化氫汽提、萃取精餾等手段將甲硫醇產(chǎn)品分離出來,并且副產(chǎn)二甲硫醚。提濃工段塔頂含二氧化碳?xì)怏w經(jīng)過粗脫硫、精脫硫以及分子篩脫水后進(jìn)入精餾塔產(chǎn)出食品級(jí)液態(tài)二氧化碳。在已確定化學(xué)生產(chǎn)工藝和流程后,對(duì)各工段各重要設(shè)備進(jìn)行能量衡算,以確定各單元操作需要熱量以及冷量,為后續(xù)設(shè)計(jì)工作中提高熱量的利用率,降低能耗提供主要依據(jù)。第二章 熱量衡算原理系統(tǒng)的熱量衡算以能量守恒為理論基礎(chǔ),研究某一系統(tǒng)內(nèi)各類型的能量的變化,即:輸入系統(tǒng)的能量=輸出系統(tǒng)的能量+系統(tǒng)積累的能量對(duì)于連續(xù)系統(tǒng),有:Q+W=Hout-Hin注:Q設(shè)備的熱負(fù)荷;W輸入系統(tǒng)的機(jī)械能;Hout離開設(shè)備的各物料焓之和;Hin進(jìn)入設(shè)備的各物料焓之和。本項(xiàng)目的能量衡算以單元設(shè)備為對(duì)象,計(jì)算由機(jī)械能轉(zhuǎn)換、化學(xué)反應(yīng)釋放能量和單純的物理變化帶來的熱量變化。第三章 熱量衡算任務(wù)從廢氣入廠到產(chǎn)品輸出,其工藝路線四個(gè)工段:硫化氫提濃工段、甲硫醇合成工段、產(chǎn)品分離工段,食品級(jí)二氧化碳生產(chǎn)工段。 在進(jìn)行本廠的熱量衡算中,主要通過定量計(jì)算完成下述基本任務(wù): 確定工藝單元中物料輸送機(jī)械(如泵)所需要的功率,以便于進(jìn)行設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型; 確定精餾等單元操作中所需要的熱量或冷量以及傳遞速率,計(jì)算換熱設(shè)備的尺寸,確定加熱劑和冷卻劑的消耗量,為后續(xù)設(shè)計(jì)中比如供汽、供冷、供水等專業(yè)提供設(shè)備條件; 確定為保持一定反應(yīng)溫度所需移除或者加入的熱傳遞速率,指導(dǎo)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和選型; 提高熱量內(nèi)部集成度,充分利用余熱,提高能量利用率,降低能耗; 最終計(jì)算出總需求能量和能量的費(fèi)用,并由此確定工藝過程在經(jīng)濟(jì)上的可行性。 第四章 熱量衡算4.1 硫化氫提濃工段 圖4-1 硫化氫提濃工段工藝流程圖本工段主要有羰基硫水解反應(yīng)器,三個(gè)吸收塔以及三個(gè)解吸塔,主要設(shè)備的熱量衡算如下:4.1.1 R0101羰基硫水解反應(yīng)器表4-1 熱負(fù)荷表WQHeat Duty Gcal/hr0-1.0910-10表4-2 流股焓變計(jì)算表進(jìn)出口inout物流編號(hào)S102S103Total Flow kmol/hr238.13238.13Total Flow kg/hr9253.989253.98Total Flow l/min46641.0146641.01Temperature 45.0045.00Pressure atm2.22.2Vapor Frac11Liquid Frac00Enthalpy Gcal/hr-13.65-13.65表4-3 熱量平衡計(jì)算一覽表W Gcal/hrQ Gcal/hrHin Gcal/hrHout Gcal/hrError0-1.09E-10-13.65-13.65-1.09E-104.1.2 C0101壓縮機(jī)表4-4 熱負(fù)荷表WQHeat Duty Gcal/hr0.370表4-5 流股焓變計(jì)算表進(jìn)出口inout物流編號(hào)S103S104Total Flow kmol/hr238.13238.13Total Flow kg/hr9254.009254.00Total Flow l/min46818.1115841.17Temperature 46.17218.72Pressure atm2.210Vapor Frac11Liquid Frac00Enthalpy Gcal/hr-13.65-13.28表4-6 熱量平衡計(jì)算一覽表W Gcal/hrQ Gcal/hrHin Gcal/hrHout Gcal/hrError0.370-13.65-13.28-6.1510-054.1.3 T0101 硫化氫吸收塔表4-7 熱負(fù)荷表WCondenserReboilerQHeat Duty Gcal/hr0000表4-8 流股焓變計(jì)算表進(jìn)出口inout物流編號(hào)S105S116S106S107Total Flow kmol/hr238.13911.22121.59996.62Total Flow kg/hr9254.0034563.334883.6238933.80Total Flow l/min9541.29558.145797.99676.99Temperature 35.0040.0177.4679.99Pressure atm109.89.810Vapor Frac1010Liquid Frac0101Enthalpy Gcal/hr-13.69-69.50-9.50-73.68表4-9 熱量平衡計(jì)算一覽表W Gcal/hrQ Gcal/hrHin Gcal/hrHout Gcal/hrError00-83.19-83.19-2.1610-034.1.4 T0102 MDEA再生塔表4-10 熱負(fù)荷表WCondenserReboilerQHeat Duty Gcal/hr0-3.083.120.05表4-11 流股焓變計(jì)算表進(jìn)出口inout物流編號(hào)S109S113S117Total Flow kmol/hr1025.34907.69120.07Total Flow kg/hr38933.7734499.814433.90Total Flow l/min64734.81589.7644182.87Temperature 90.00112.7025.00Pressure atm1.31.31.1Vapor Frac0.1601Liquid Frac0.8410Enthalpy Gcal/hr-71.79-67.40-4.34表4-12 熱量平衡計(jì)算一覽表W Gcal/hrQ Gcal/hrHin Gcal/hrHout Gcal/hrError00.05-71.79-71.74-7.4110-054.1.5 T0103硫化氫吸收塔表4-13 熱負(fù)荷表WCondenserReboilerQHeat Duty Gcal/hr0000表4-14 流股焓變計(jì)算表進(jìn)出口inout物流編號(hào)S119S130S120S121Total Flow kmol/hr120.071049.2426.001127.77Total Flow kg/hr4433.9039254.661080.1642608.47Total Flow l/min22622.67634.165972.35744.97Temperature 35.0040.0065.4367.65Pressure atm2.2222.2Vapor Frac1010Liquid Frac0101Enthalpy Gcal/hr-4.34-79.82-2.34-81.81表4-15 熱量平衡計(jì)算一覽表W Gcal/hrQ Gcal/hrHin Gcal/hrHout Gcal/hrError00-84.16-84.161.0110-034.1.6 T0104 MDEA再生塔表4-16 熱負(fù)荷表WCondenserReboilerQHeat Duty Gcal/hr0-3.994.380.39表4-17 流股焓變計(jì)算表進(jìn)出口inout物流編號(hào)S123S127S131Total Flow kmol/hr1141.671047.5295.80Total Flow kg/hr42608.4639223.803384.57Total Flow l/min45806.69670.2835235.03Temperature 90.00112.5325.00Pressure atm1.31.31.1Vapor Frac0.101Liquid Frac0.910Enthalpy Gcal/hr-80.06-77.58-2.09表4-18 熱量平衡計(jì)算一覽表W Gcal/hrQ Gcal/hrHin Gcal/hrHout Gcal/hrError00.39-80.06-79.67-1.9710-034.1.7 T0105硫化氫吸收塔表4-19 熱負(fù)荷表WCondenserReboilerQHeat Duty Gcal/hr0000表4-20 流股焓變計(jì)算表進(jìn)出口inout物流編號(hào)S134S135S136S137Total Flow kmol/hr120.401179.4018.871273.36Total Flow kg/hr4301.3243310.25771.6246840.03Total Flow l/min29522.98697.605755.13830.31Temperature 35.0040.0063.4864.23Pressure atm1.71.51.51.7Vapor Frac1010Liquid Frac0101Enthalpy Gcal/hr-2.95-89.42-1.67-90.69表4-21 熱量平衡計(jì)算一覽表W Gcal/hrQ Gcal/hrHin Gcal/hrHout Gcal/hrError00-92.36-92.361.2610-034.1.8 T0106 MDEA再生塔表4-22 熱負(fù)荷表WCondenserReboilerQHeat Duty Gcal/hr0-2.192.650.46表4-23 流股焓變計(jì)算表進(jìn)出口inout物流編號(hào)S139S144S145Total Flow kmol/hr1280.09102.661178.28Total Flow kg/hr46840.023531.0143308.94Total Flow l/min47653.9037748.17739.33Temperature 90.0025.00112.35Pressure atm1.31.11.3Vapor Frac0.110Liquid Frac0.901Enthalpy Gcal/hr-88.80-1.37-86.98表4-24 熱量平衡計(jì)算一覽表W Gcal/hrQ Gcal/hrHin Gcal/hrHout Gcal/hrError00.46-88.80-88.34-1.3810-034.2 甲硫醇合成工段圖4-2 甲硫醇合成工段工藝流程圖本工段主要有甲硫醇合成反應(yīng)器,主要設(shè)備的熱量衡算如下:4.2.1 R0201甲硫醇合成反應(yīng)器表4-25 熱負(fù)荷表WQHeat Duty Gcal/hr0-9.6610-01表4-26 流股焓變計(jì)算表進(jìn)出口inout物流編號(hào)S204S205Total Flow kmol/hr377.10377.10Total Flow kg/hr13051.6013051.60Total Flow l/min14834.1514746.57Temperature 450450Pressure atm2525Vapor Frac11Liquid Frac00Enthalpy Gcal/hr-11.02-11.98表4-27 熱量平衡計(jì)算一覽表W Gcal/hrQ Gcal/hrHin Gcal/hrHout Gcal/hrError0-0.97-11.02-11.981.9210-044.3 產(chǎn)品分離工段圖4.3 產(chǎn)品分離工段工藝流程圖本工段主要由兩個(gè)氣液分離罐、甲醇洗滌塔、硫化氫汽提塔、萃取精餾塔、產(chǎn)品精餾塔以及兩個(gè)甲醇雙效精餾塔組成,主要設(shè)備的熱量衡算如下:4.3.1 V0301氣液分離罐表4-28 熱負(fù)荷表WQHeat Duty Gcal/hr0-0.38表4-29 流股焓變計(jì)算表進(jìn)出口inout物流編號(hào)S207S301S303Total Flow kmol/hr377.10207.08170.02Total Flow kg/hr13051.608106.194945.42Total Flow l/min18970.6214840.5698.53Temperature 656565Pressure atm6.26.26.2Vapor Frac0.710Liquid Frac0.301Enthalpy Gcal/hr-14.75-6.30-8.83表4-30 熱量平衡計(jì)算一覽表W Gcal/hrQ Gcal/hrHin Gcal/hrHout Gcal/hrError0-0.38-14.75-15.131.1410-044.3.2 V0302氣液分離罐表4-31 熱負(fù)荷表WQHeat Duty Gcal/hr0-8.7710-14表4-32 流股焓變計(jì)算表進(jìn)出口inout物流編號(hào)S302S304S305Total Flow kmol/hr207.08176.7030.38Total Flow kg/hr8106.196882.271223.92Total Flow l/min10862.5210838.7523.76Temperature 202020Pressure atm6.26.26.2Vapor Frac0.8510Liquid Frac0.1501Enthalpy Gcal/hr-6.62-5.64-0.98表4-33 熱量平衡計(jì)算一覽表W Gcal/hrQ Gcal/hrHin Gcal/hrHout Gcal/hrError0-8.7710-14-6.62-6.627.2010-054.3.3 T0301甲醇洗滌塔表4-34 熱負(fù)荷表WCondenserReboilerQHeat Duty Gcal/hr000-0.11表4-35 流股焓變計(jì)算表進(jìn)出口inout物流編號(hào)S309S311S312S314Total Flow kmol/hr202.1880.00164.05118.13Total Flow kg/hr7870.162563.376111.654321.88Total Flow l/min12142.8353.6311291.7488.63Temperature 15.0015.0030.5028.11Pressure atm65.85.86Vapor Frac0.96010Liquid Frac0.04101Enthalpy Gcal/hr-6.05-4.59-5.79-4.97表4-36 熱量平衡計(jì)算一覽表W Gcal/hrQ Gcal/hrHin Gcal/hrHout Gcal/hrError0-0.11-10.65-10.761.8010-04注:甲醇洗滌塔存在盤管取熱,所以有熱量損失。4.3.4 T0302硫化氫汽提塔表4-37 熱負(fù)荷表WCondenserReboilerQHeat Duty Gcal/hr000.660.66表4-38 流股焓變計(jì)算表進(jìn)出口inout物流編號(hào)S303S306S307S315Total Flow kmol/hr170.02148.5125.48293.05Total Flow kg/hr4945.425545.80987.899503.33Total Flow l/min98.53112.291807.12214.84Temperature 65.0026.5353.98111.78Pressure atm6.2666.2Vapor Frac0010Liquid Frac1101Enthalpy Gcal/hr-8.83-5.95-0.35-13.77表4-39 熱量平衡計(jì)算一覽表W Gcal/hrQ Gcal/hrHin Gcal/hrHout Gcal/hrError00.66-14.78-14.111.9010-044.3.5 T0303萃取精餾塔表4-40 熱負(fù)荷表WCondenserReboilerQHeat Duty Gcal/hr0-2.062.360.30表4-41 流股焓變計(jì)算表進(jìn)出口inout物流編號(hào)S316S317S318Total Flow kmol/hr293.0575.41217.63Total Flow kg/hr9503.333864.595638.73Total Flow l/min3276.449139.49127.70Temperature 93.5854.44114.39Pressure atm3.73.53.7Vapor Frac0.0810Liquid Frac0.9201Enthalpy Gcal/hr-13.77-0.45-13.01表4-42 熱量平衡計(jì)算一覽表W Gcal/hrQ Gcal/hrHin Gcal/hrHout Gcal/hrError00.30-13.77-13.46-1.8110-044.3.6 T0304產(chǎn)品精餾塔表4-43 熱負(fù)荷表WCondenserReboilerQHeat Duty Gcal/hr0-0.700.28-0.42表4-44 流股焓變計(jì)算表進(jìn)出口inout物流編號(hào)S319CH3SHC2H6STotal Flow kmol/hr75.4158.6316.78Total Flow kg/hr3864.592823.991040.60Total Flow l/min9417.6556.1922.35Temperature 54.2539.9177.17Pressure atm3.43.23.4Vapor Frac100Liquid Frac011Enthalpy Gcal/hr-0.45-0.64-0.23表4-45 熱量平衡計(jì)算一覽表W Gcal/hrQ Gcal/hrHin Gcal/hrHout Gcal/hrError0-0.42-0.45-0.873.3410-074.3.7 T0305甲醇-水精餾塔表4-46 熱負(fù)荷表WCondenserReboilerQHeat Duty Gcal/hr001.181.18表4-47 流股焓變計(jì)算表進(jìn)出口inout物流編號(hào)S320S326S321S322Total Flow kmol/hr217.6382.61144.92155.32Total Flow kg/hr5638.732659.164665.203632.70Total Flow l/min127.7768.199462.8783.21Temperature 114.73127.49127.51150.52Pressure atm87.87.88Vapor Frac00 10Liquid Frac1101Enthalpy Gcal/hr-13.01-4.45-6.79-9.49表4-48 熱量平衡計(jì)算一覽表W Gcal/hrQ Gcal/hrHin Gcal/hrHout Gcal/hrError01.18-17.46-16.28-2.3510-044.3.8 T0306甲醇-水精餾塔表4-49 熱負(fù)荷表WCondenserReboilerQHeat Duty Gcal/hr0-1.260-1.26表4-50 流股焓變計(jì)算表進(jìn)出口inout物流編號(hào)S323S324S329S330Total Flow kmol/hr155.32106.13204.1057.35Total Flow kg/hr3632.701938.063727.041843.72Total Flow l/min11328.4544616.9965.8341.67Temperature 88.15104.83104.0364.53Pressure atm1.21.21.21Vapor Frac0.180.9800Liquid Frac0.820.0211Enthalpy Gcal/hr-9.49-6.07-13.61-3.21表4-51 熱量平衡計(jì)算一覽表W Gcal/hrQ Gcal/hrHin Gcal/hrHout Gcal/hrError0-1.26-15.55-16.82-1.4110-044.4 食品級(jí)二氧化碳生產(chǎn)工段圖4-4 食品級(jí)二氧化碳生產(chǎn)工段工藝流程圖本工段主要由赤泥粗脫硫塔、氣液分離罐、氧化鋅精脫硫塔、分子篩脫水塔以及二氧化碳精餾塔,主要設(shè)備的熱量衡算如下:4.4.1 C0401壓縮機(jī)表4-52 熱負(fù)荷表WQHeat Duty Gcal/hr0.340表4-53 流股焓變計(jì)算表進(jìn)出口inout物流編號(hào)S403S404Total Flow kmol/hr166.22166.23Total Flow kg/hr6727.626727.62Total Flow l/min48689.4512377.34Temperature 49.82265.18Pressure atm1.509.87Vapor Frac11Liquid Frac00Ent
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