年产十万吨乙二醇项目-物料衡算与能量衡算计算书

年产十万吨乙二醇项目
物料衡算与能量衡算
目录
物料平衡计算书 (1)
1.1概述 (1)
1.2 物料衡算的原理和准则 (1)
1.3总项目核算 (2)
1.3.1物料衡算任务 (2)
1.3.2草酸二甲酯合成工段 (3)
1.3.3碳酸二甲酯联产工段 (14)
1.3.4草酸二甲酯加氢工段 (18)
1.3.5乙二醇分离工段 (22)
1.3.6总物料衡算 (29)
1.4总结 (31)
能量平衡计算书 (33)
1.1总述 (33)
1.2热量衡算的原理和准则 (33)
1.3热量衡算任务 (34)
1.4热量衡算 (34)
1.4.1 草酸二甲酯合成工段 (34)
1.4.2 碳酸二甲酯联产工段 (37)
1.4.3 草酸二甲酯加氢工段 (38)
1.4.4 乙二醇分离工段 (38)
1.4总结 (40)
物料平衡计算书
1.1概述
本项目利用新疆天业的电石尾气分离后的CO、H2 以及甲醇为主要原料合成乙二醇，最终可制得纯度为99.9%的聚酯级乙二醇，同时联产纯度为99.9%的碳酸二甲酯。

在确定整个工艺流程后，经Aspen Plus的全流程模拟，获得了更为准确的数据，由定型阶段转为定量阶段。

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 物料衡算的原理和准则
物料衡算是以质量守恒定律为基础，对物料平衡进行的计算。

物料平衡是指“在单位时间内进入系统的全部物料质量必定等于离开该系统的全部物料质量再加上损失掉的和积累起来的物科质量”。

进行物料衡算时，先必须确定衡算的体系。

对于已经达到稳定的体系，通常满足以下关系：
（进料量之和）-（出料量之和）=（系统累积量）
当系统中有化学反应时可表示为：
（进料量之和）-（出料量之和）+（反应消耗量）-（反应生成量）=（系统累积量）
利用以上两个关系，可以对整个工艺系统或子系统进行物料衡算。

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下表所示：
表1.1 物料衡算式适用范围
由于系统中存在化学反应，我们主要采用总质量衡算的的衡算方法，同时列出每种物料组分的质量流量便于查找和计算。

1.3总项目核算
从原料入厂到产品输出，其工艺路线可分为如下四个工段：
草酸二甲酯合成工段，碳酸二甲酯联产工段，草酸二甲酯加氢工段，乙二醇分离工段
1.3.1物料衡算任务
对于本厂，工艺采取年开工330天（7920小时）的连续操作，其中一年内的四~五周（约30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：
①确定对乙二醇以及副产品的实际产量以及质量指标；
②确定一氧化碳、氢气、甲醇等主要物料的消耗量以及损失率等指标；
③确定工艺中的“三废”排放量等公共经济指标；
④各主要单元过程的物料衡算，并指导工艺设备的尺寸确定；
⑤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。

1.3.2草酸二甲酯合成工段
图1.1 草酸二甲酯合成工段（一）
图1.2 草酸二甲酯合成工段（二）
图1.3 草酸二甲酯合成工段（三）
图1.4 草酸二甲酯合成工段（四）
表1.2草酸二甲酯合成工段总物料衡算
IN OUT
流股编号
0101 0102 0106 0201 0401 0402 0110 0214 0310 0411 质量流量
kg/hr
质量流量
kg/hr
质量流量
kg/hr
质量流量
kg/hr
质量流量
kg/hr
质量流量
kg/hr
质量流量
kg/hr
质量流量
kg/hr
质量流量
kg/hr
质量流量
kg/hr
MN 0 0 0 0 0 0 0.02765344 0.57536106 0 0 DMO 0 0.00081835 0 0.00010375 0 0 0.00081912 0 30505.0915 0.00092211 DMC 0 0.14345456 0 67.3341895 0 0 77.2530933 0.00894134 0 1621.79744 MEOH 0 18398.5043 0 24680.3787 0 0 412.406498 0.73942778 0 24950.188 H2O 0 0.47657363 0 0.60887582 0 0 4979.32059 0 0 1.08545 EG 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 MG 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ETOH 0 0.02222174 0 0.01174792 0 0 0.02121146 0 0 0.01306728 PG 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 BDO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 DEG 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 TEG 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 CO 14980.9712 0 0 0 0 0 0 2.1995508 0 0 NO 0 0 0 0 5.64823577 0 0 2.43276315 0 0 O2 0 0 4424.79406 0 0 0 0 0 0 0 N2 0 0 0 0 0 7.39751966 0 7.39701709 0 0 H2 0 0.00015961 0 0 0 0 0 0 0 0 NO2 0 0 0 0 0 0 0.17111015 0 0 0 HNO3 0 0.00775538 0 0.0258523 0 0 5.90684415 0 0.00049074 0.03360767 温度℃25 34.8 45 68.3973963 45 45 145.299701 30.9051616 169.286289 112.245707 压力bar 5 1.01325 5.5 5 1.01325 1.01325 5.1 4.6 1.2 5.1
气相分率 1 0 1 0 1 1 0 0.99967426 0 0
总质量流率kg/hr 14980.9712 18399.1553 4424.79406 24748.3594 5.64823577 7.39751966 5475.10782 13.35307 30505.092 26573.1184
62566.32572 62566.67129
表1.3 R0101物料衡算
表1.4 T0101物料衡算
1.3.3碳酸二甲酯联产工段
图1.5碳酸二甲酯联产工段（一）
图1.6碳酸二甲酯联产工段（二）
表1.9碳酸二甲酯联产工段总物料衡算
1.3.4草酸二甲酯加氢工段
图1.7草酸二甲酯加氢工段
表1.12草酸二甲酯加氢工段总物料衡算
表1.13 R0201物料衡算
1.3.5乙二醇分离工段
图1.8乙二醇分离工段（一）
图1.9乙二醇分离工段（二）
图1.10乙二醇分离工段（三）
表1.14乙二醇分离工段总物料衡算
IN OUT
0801 0905 0906 0808 0908 0910 1007 1008 1009
流股编号
质量流量kg/hr 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr MN 0 0 0 0 0 0
DMO 327.486392 0.00081835 0 319.562581 0.000818 7.923811 0 0 0 DMC 0.000064176 0.1433906 0 0 0.143455 0 0 0 0 MEOH 16524.1305 269.800873 1619.02613 14.4085424 18398.5 0.044683 0 0 0 H2O 411.749492 0.47657337 0 93.5076987 0.476574 318.2418 0 0 0 EG 14873.0716 0 0 0.00336229 0 0 467.9794 14265.62 139.4693 MG 1139.40777 0 0 1139.40777 0 0 0 0 0 ETOH 564.452573 0.00131995 0 0.71240606 0.022222 563.7193 0 0 0 PG 96.0646235 0 0 0.03631666 0 0 88.75685 7.221713 0.049747 BDO 122.979473 0 0 0.06605844 0 0 116.6071 6.139983 0.166325 DEG 52.4935747 0 0 0 0 0 2.28E-51 0.001767 52.49059 TEG 70.8615141 0 0 0 0 0 0 0 70.85987 CO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 NO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 O2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 N2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 H2 0.00015961 0 0 0 0.00016 0 0 0 0 NO2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 HNO3 0.00091012 0.00775538 0 0.00090972 0.007755 0 0 0 0
温度℃40 68.9444855 35 51.3924444 34.8 87.26264 121.941 127.3415 139.3389
压力bar 20 1.2 1.01325 0.07078163 1.01325 1.31325 0.0667 0.079105 0.0867
气相分率0 0 0 0 0 0 0 0 0
总质量流率34182.6987 270.430731 1619.02613 1567.70565 18399.16 889.9296 673.3434 14278.98 263.0358
kg/hr 36072.15556 36072.15409
表1.15 T0401物料衡算
IM OUT
流股编号
0802 0803 0805 0809 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr MN 0 0 0 0 DMO 327.48639 7.92381109 319.562581 0 DMC 6.418E-05 6.3957E-05 0 0 MEOH 16524.131 16509.722 14.4085424 0 H2O 411.74949 318.241793 93.5076987 0
EG 14873.072 0 0.00336229 14873.07 MG 1139.4078 0 1139.40777 0 ETOH 564.45257 563.740167 0.71240606 0
PG 96.064624 0 0.03631666 96.02831 BDO 122.97947 0 0.06605844 122.9134 DEG 52.493575 0 0 52.49357 TEG 70.861514 0 0 70.86151 CO 0 0 0 0 NO 0 0 0 0
O2 0 0 0 0
N2 0 0 0 0
H2 0.0001596 0.00015961 0 0 NO2 0 0 0 0 HNO3 0.0009101 0 0.00090972 0
温度℃25.75059 10.4928504 51.3924444 129.3818 压力bar 0.0867 0.0667 0.07078163 0.0867 气相分率0.1478092 1 0 0
总质量流率
kg/hr 34182.699
17399.628 1567.70565 15215.37
34182.69875
表1.16 T0402物料衡算
IN OUT
流股编号
0903 0904 0909
质量流量kg/hr 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr MN 0 0 0
DMO 7.92381109 0 7.92381109 DMC 0.000063957 0.000063957 0
MEOH 16509.722 16509.6773 0.04468327 H2O 318.241793 0 318.241793 EG 0 0 0
MG 0 0 0
ETOH 563.740167 0.02090179 563.719265 PG 0 0 0
BDO 0 0 0
DEG 0 0 0
TEG 0 0 0
CO 0 0 0
NO 0 0 0
O2 0 0 0
N2 0 0 0
H2 0.00015961 0.00015961 0
NO2 0 0 0
HNO3 0 0 0
温度℃64.6 64.5347705 87.2626414 压力bar 1.3 1.01325 1.31325
气相分率0 1 0
总质量流率
kg/hr 17399.628
16509.6984 889.929553
17399.62795
表1.17 T0403物料衡算
IN OUT
流股编号
1001 1007 1008 1009 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr MN
DMO 0 0 0 0 DMC 0 0 0 0 MEOH 0 0 0 0 H2O 0 0 0 0 EG 14873.068 467.979399 14265.621 139.4693 MG 0 0 0 0 ETOH 0 0 0 0 PG 96.028307 88.7568481 7.2217125 0.0497474 BDO 122.91342 116.607105 6.1399831 0.1663254 DEG 52.493575 2.2789E-51 0.0017675 52.490591 TEG 70.861514 0 0 70.859872 CO 0 0 0 0 NO 0 0 0 0 O2 0 0 0 0 N2 0 0 0 0 H2 0 0 0 0 NO2 0 0 0 0 HNO3 0 0 0 0
温度℃129.38181 121.941048 127.34151 139.33886 压力bar 0.0867 0.0667 0.0791051 0.0867 气相分率0 0 0 0
总质量流率
kg/hr 15215.365
673.343352 14278.984 263.03584
15215.36359
1.3.6总物料衡算
表1.18 全流程总物料衡算
IN OUT
0101 0106 0401 0402 0712 0110 0214 0605 0910 1007 1008 1009
流股编号
质量流量kg/hr 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr 质量流量kg/hr MN 0 0 0 0 0 0.028 0.57536 0 0
DMO 0 0 0 0 0 0 0 0 7.9238110 0 0 0 DMC 0 0 0 0 0 77.25 0.00894 1554.3835 0 0 0 0 MEOH 0 0 0 0 0 412.4 0.73943 0 0.0446832 0 0 0 H2O 0 0 0 0 0 4979 0 0 318.24179 0 0 0 EG 0 0 0 0 0 0 0 0 0 467.27939 14265.62 139.4693 MG 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ETOH 0 0 0 0 0 0.021 0 0 563.71926 0 0 0 PG 0 0 0 0 0 0 0 0 0 88.756848 7.221713 0.049747 BDO 0 0 0 0 0 0 0 0 0 116.60710 6.139983 0.166325 DEG 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.001767 52.49059 TEG 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 70.85987 CO 14981 0 0 0 0 0 2.19955 0 0 0 0 0 NO 0 0 5.6 0 0 0 2.43276 0 0 0 0 0 O2 0 4424.7941 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 N2 0 0 0 7.4 0 0 7.39702 0 0 0 0 0 H2 0 0 0 0 2109.8595 0 0 0 0 0 0 0 NO2 0 0 0 0 0 0.171 0 0 0 0 0 0 HNO3 0 0 0 0 0 5.907 0 0 0 0 0 0 温度℃25 45 45 45 70 145.3 30.9052 184.29022 87.262641 121.94104 127.3415 139.3389 压力bar 5 5.5 1 1 25 5.1 4.6 10.2 1.31325 0.0667 0.079105 0.0867
气相分率 1 1 1 1 1 0 0.99967 0 0 0 0 0
总质量流率kg/hr 14981 4424.7941 5.6 7.4 2109.8595 5475 13.3531 1554.3835 889.92955 672.64335 14278.98 263.0358 23147.69667 23147.43766
1.4总结
通过对工段以及单个单元操作的物料平衡计算，我们得到了原料、产品、三废处理量，具体数据如下所示：
表1.19原料消耗量
表1.20 乙二醇及副产品的产量和质量指标
表1.21 三废处理量
表1.22 物料消耗量及损失率
能量平衡计算书
1.1总述
本项目计划建设一套以电石尾气为原料年产值10万吨的乙二醇装置。

在生产过程中，伴随着物料从一个单元进入另一个单元，发生质量传递的同时也进行能量传递。

我们通过对整个流程中的能量进行衡算，从而进一步定量的描述，便于我们根据设备的热负荷选型， 确定在流程中的能量输入位置、 整体的公用工程耗量、能量利用效率等。

通过能量衡算，我们可以进一步发现过程中能量利用不合理的环节，从而有助于我们进行换热网络设计，在当前能源危机的背景下进行能量的最大化回收。

1.2热量衡算的原理和准则
工程依据化工设计中关于热量衡算的基本思想和要求，遵循基本规范与实际工艺相结合的原则，进行热量衡算书的编制。

其中一个主要依据是能量平衡方程：
∑∑∑+=l
out
in
Q Q
Q
其中，
∑in
Q ——表示输入设备热量的总和； ∑out
Q
——表示输出设备热量的总和；
∑l
Q ——表示损失热量的总和。

对于连续系统：
Q + W = ∑Hout - ∑Hin 其中，
Q ——设备的热负荷。

W ——输入系统的机械能。

∑Hout——离开设备的各物料焓之和。

∑Hin——进入设备的各物料焓之和。

在进行全厂热量衡算时，是以单元设备为基本单位，考虑由机械能转换、化学反应释放和单纯的物理变化带来的热量变化。

最终对全工艺段进行系统级的热量平衡计算，进而用于指导节能降耗设计工作。

1.3热量衡算任务
在进行乙二醇装置的热量衡算中，主要通过定量计算完成下述基本任务：确定精馏等单元操作中所需要的热量或冷量以及传递速率，计算换热设备的尺寸，确定加热剂和冷却剂的消耗量，为后续设计中比如供汽、供冷、供水等专业提供设备条件；
确定为保持一定反应温度所需移除或者加入的热传递速率，指导反应器的设计和选型；
提高热量内部集成度，充分利用余热，提高能量利用率，降低能耗；
最终计算出总需求能量和能量的费用，并由此确定工艺过程在经济上的可行性。

1.4热量衡算
我们对于各个工段的主要能量设备进行能量衡算（流股名为PFD上所标物流号）
1.4.1 草酸二甲酯合成工段
表1.1 R0101热量衡算表
表1.2 T0101热量衡算表
表1.3 R0102热量衡算表
表1.4 T0102热量衡算表
表1.5 T0103热量衡算表
表1.6 T0104热量衡算表
1.4.2 碳酸二甲酯联产工段
表1.7 T0201热量衡算表
表1.8 T0202热量衡算表
1.4.3 草酸二甲酯加氢工段
表1.9 R0301热量衡算表
1.4.4 乙二醇分离工段
表1.10 T0401热量衡算表
表1.11 T0402热量衡算表
表1.12 T0403热量衡算表
1.4总结
本次热量衡算计算了主要耗能设备的能量流动，有助于我们了解能量在整个工艺流程中的传递和分布，以便更好地对过程能耗进行优化，也为我们之后进行换热网络合成和换热器选型提供了数据支持。