能量衡算

3.4烷基化反应工段
3.4.1反应器HECHENG1
物料 温度/℃ 压力/bar 气相分率 反应器HECHENG1能量衡算表 MIX5 460.0 1.000 1.000 PRO1 460.0 1.000 1.000
摩尔流量 /(kmol/h) 质量流量/(kg/h) 体积流量/(m3/h) 焓 值/(Gcal/h) ΣHin/(Gcal/h) ΣHout/(Gcal/h) Q/(Gcal/h) W/(Gcal/h) ΔE/(Gcal/h)
3.4.3甲醇分流器FENLIU1
物料 温度/℃ 压力/bar 气相分率 摩尔流量/(kmol/h) 质量流量/(kg/h) 体积流量/(m3/h) 焓值/(Gcal/h) ΣHin/(Gcal/h) ΣHout/(Gcal/h) Q/(Gcal/h) W/(Gcal/h) 甲醇分流器FENLIU1能量衡算表 JIACHUN1 JIACHUN2 JIACHUN4 300.0 300.0 300.0 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 620.OOO 319.982 300.018 19866.1392 10252.9144 9613.22476 29545.2211 15248.2886 14296.9325 -27.532795 -14.209676 -13.32312 -27.532795 （JIACHUN2+ JIACHUN4）=-27.532796 -0.000001 0
能量衡算
1.概述
在化工生产过程中，物料在不同单元间发生质量传递的同时，也伴随着能量 的消耗、释放和转化。其中能量变化可以通过能量衡算确定。能量衡算是以热力 学第一定律为依据， 对生产过程或设备的能量平衡进行定量的计算，计算过程中 要供给或移走的能量。能量是热能、电能、化学能、动能、辐射能的总称。化工 生产中最常用的能量形式为热能，故化工设计中经常把能量计算称为热量计算。 （1）确定传热设备的热负荷：为设计传热型设备如反应器、结晶器、塔式 设备、输送设备、压缩系统、分离等设备的形式、尺寸、传热面积等，以及各种 控制仪表等提供参数； （2）确定单位产品的能耗指标； （3）为非工艺专业（热工、电、给水、冷暖）的设计提供设计条件等
3.能量衡算 3.1 工艺流程
与物料衡算相同，根据几个主要的操作单元，也将能量衡算分为三个工段， 即原料混合工段、烷基化反应工段、粗产品处理工段。能量衡算数据以总流程模 拟为准。
3.2能量衡算任务
对于本厂，工艺采取年开工300天的连续操作，物料衡算的主要任务在于： 确定工艺单元中物料输送机械（如泵）和其他操作机械所需要的功率， 以便于进行设备的设计和选型； 确定精馏等各个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；
3.3.2甲醇进料泵PUMP2
甲醇进料泵PUMP2能量衡算表 物料 METHA 温度/℃ 25.0 压力/bar 1.000 气相分率 0.000 摩尔流量/(kmol/h) 385.352 质量流量/(kg/h) 12347.510 体积流量/(m3/h) 15.471 焓 值/(Gcal/h) -21.959 ΣHin/(Gcal/h) -21.959 ΣHout/(Gcal/h) -21.959 Q/(Gcal/h) 0 W/(Gcal/h) 0 ΔE/(Gcal/h) 0 CHUN1JIN 25.0 1.000 0.000 385.352 12347.510 15.471 -21.959
Hale Waihona Puke /(kg/h) 体积流量 /(m3/h) 焓 值/(Gcal/h) ΣHin/(Gcal/h) ΣHout/(Gcal/h) Q/(Gcal/h) W/(Gcal/h) ΔE/(Gcal/h)
298.402 -14.119
98198.330
3190930.96
2912763.17 -1249.3038
20.792 -1214.3923 （HOT1+MIX1）=-1228.5113 （MIX2+HOT2）=-1228.5118 -0.0005 0 0 满足能量衡算要求
3.3.5混合器HUNHE2
物料 温度/℃ 压力/bar 气相分率 摩尔流量/(kmol/h) 质量流量/(kg/h) 体积流量/(m3/h) 焓 值/(Gcal/h) ΣHin/(Gcal/h) ΣHout/(Gcal/h) Q/(Gcal/h) W/(Gcal/h) ΔE/(Gcal/h) 满足能量衡算要求 混合器HUNHE2能量衡算表 MIX2 H2 H-WATER MIX3 110.0 25.0 174.5 106.9 1.000 1.000 8.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 3082.535 24277.160 24277.160 51636.855 260857.355 48939.841 437359.835 747167.031 98198.330 601810.765 112954.320 1631631.08 20.792 <0.001 -1372.625 -1351.8323 （MIX2+ H2+ H-WATER）=-1351.833 -1351.8323 -0.0007 0 0
满足能量衡算要求
3.3.7加热器JIARE1
物料 温度/℃ 压力/bar 气相分率 摩尔流量 /(kmol/h) 质量流量/(kg/h) 体积流量/(m3/h) 焓 值/(Gcal/h) ΣHin/(Gcal/h) ΣHout/(Gcal/h) Q/(Gcal/h) W/(Gcal/h) ΔE/(Gcal/h) 加热器JIARE1能量衡算表 MIX4 200.0 1.000 1.000 51636.855 747167.031 2031355.27 -1307.9965 -1307.9965 -1174.6146 133.3819 0 0 满足能量衡算要求 MIX5 460.0 1.000 1.000 51636.855 747167.031 3147602.49 -1174.6146
2.能量衡算的原理和基准
能量衡算的基本依据是能量守恒定律。而能量守恒定律是以化工过程的能量 衡算结果为基础进行的。本工艺所需的主要设备有泵、换热器、反应器、精馏塔 等。输入生产系统的能量主要有电能、热公用工程带入的热量和原料的焓值，输 出的能量主要有冷公用工程带走的热量和产物的焓值。 根据能量守恒定律，对于连续系统有： Q + W + Q 损= ΣHout-Σ Hin Q ——设备的热负荷；Q=ΣHout-Σ Hin W ——机械能，输入为正，输出为负； Q 损——系统损失的热量，本计算书中忽略不计，即Q 损=0； ΣHout——进料带入系统的能量之和，本计算书中即为物料焓值； ΣHin——出料带出系统的能量之和，本计算书中即为物料焓值。 利用以上关系，可以对整个工艺系统或子系统进行能量衡算 误差 Error：ΔE= Q+W-(ΣHout-Σ Hin)
3.3.3混合器HUNHE1
物料 温度/℃ 压力/bar 气相分率 摩尔流量/(kmol/h) 质量流量/(kg/h) 体积流量/(m3/h) 焓 值/(Gcal/h) ΣHin/(Gcal/h) ΣHout/(Gcal/h) Q/(Gcal/h) W/(Gcal/h) ΔE/(Gcal/h) 混合器HUNHE1能量衡算表 JIABEN1 CHUN1JIN MIX1 25.0 25.0 21.5 1.000 1.000 1.000 0.000 0.000 0.000 2697.183 385.352 3082.535 248519.844 12347.510 260857.355 288.076 15.471 298.402 7.840 -21.959 -14.119 （JIABEN1+ CHUN1JIN）=-14.119 -14.119 0 0 0 满足能量衡算要求
51636.855 747167.031 3147602.49 -1174.6146 -1174.6146 -1179.8023 -5.1877 0 0 满足能量衡算要求
51671.2284 747167.031 3149697.77 -1179.8023
3.4.2甲醇补加物料换热器YURE3
换热器YURE3能量衡算表 物料 JIACHUN JIACHUN1 HOT3 HOT4 温度/℃ 25.0 300.0 313.430348 298.415179 压力/bar 1.000 1.000 1.000 1.000 气相分率 0.000 1.000 1.000 1.000 摩尔流量/(kmol/h) 620.000 620.OOO 52347.6646 52347.6646 质量流量/(kg/h) 19866.1392 19866.1392 767033.17 767033.17 体积流量/(m3/h) 24.8922494 29545.2211 2553007.43 2487656.04 焓 值/(Gcal/h) -35.330545 -27.532795 -1293.1396 -1300.9373 ΣHin/(Gcal/h) （HOT3+ JIACHUN）=-1328.470145 ΣHout/(Gcal/h) （JIACHUN1+ HOT4）=-1328.470095 Q/(Gcal/h) 0.00005 W/(Gcal/h) 0 ΔE/(Gcal/h) 0 满足能量衡算要求
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。
3.3甲醇甲苯混合工段
3.3.1甲苯进料泵PUMP1
甲苯进料泵PUMP1能量衡算表 物料 JIABEN 温度/℃ 25.0 压力/bar 1.000 气相分率 0.000 摩尔流量/(kmol/h) 2697.183 质量流量/(kg/h) 248519.844 体积流量/(m3/h) 288.076 焓值/(Gcal/h) 7.840 ΣHin/(Gcal/h) 7.840 ΣHout/(Gcal/h) 7.840 Q/(Gcal/h) 0 W/(Gcal/h) 0 ΔE/(Gcal/h) 0 满足能量衡算要求 JIABEN1 25.0 1.000 0.000 2697.183 248519.844 288.076 7.840
3.3.4换热器YURE1
物料 温度/℃ 压力/bar 气相分率 摩尔流量 /(kmol/h) 质量流量 换热器YURE1物料衡算表 MIX1 MIX2 HOT1 21.5 110.0 460.0 1.000 1.000 1.000 0.000 1.000 1.000 3082.535 3082.535 52347.6646 260857.355 260857.355 767033.17 HOT2 396.08802 1.000 1.000 52347.6646 767033.17
3.3.6换热器YURE2
物料 温度/℃ 压力/bar 气相分率 摩尔流量/(kmol/h) 质量流量/(kg/h) 体积流量/(m3/h) 焓 值/(Gcal/h) ΣHin/(Gcal/h) ΣHout/(Gcal/h) Q/(Gcal/h) W/(Gcal/h) ΔE/(Gcal/h) 换热器YURE2能量衡算表 MIX3 MIX4 HOT2 106.9 200.0 396.08802 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 51636.855 51636.855 52347.6646 747167.031 747167.031 767033.17 1631631.08 2031355.27 2912763.17 -1351.8323 -1307.9965 -1249.3038 （HOT2+ MIX3）=-2601.1361 （MIX4+ HOT3）=-2601.1361 0 0 0 HOT3 313.430348 1.000 1.000 52347.6646 767033.17 2553007.43 -1293.1396