27万吨年丙烯腈项目7-2 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
目录
1 物料衡算目的 (2)
2 物料衡算方法 (2)
3 物料衡算任务 (2)
4 全装置物料衡算表 (2)
5 分工段物料衡算 (3)
5.1 丙烷脱氢反应工段 (3)
5.2 脱氢产物预分离工段 (5)
5.3 丙烷丙烯分离工段 (6)
5.4 丙烯氨氧化工段 (7)
5.5 氨氧化产物预分离工段 (9)
5.6 四效蒸发工段 (10)
5.7 丙烯腈精制工段 (11)
5.8 乙腈精制工段 (12)
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
C3H844.10 37696.02 66087.48 0.00 0.00 67237.74 C3H642.08 1984.00 507.80 0.00 0.00 34710.87 C2H630.07 0.00 0.00 0.00 0.00 1493.56 C2H428.05 0.00 0.00 0.00 0.00 321.95 CH416.04 0.00 0.00 0.00 0.00 980.69 H2 2.02 0.00 0.00 0.00 0.00 495.06 O232.00 0.00 0.00 0.00 7794.91 0.00
N228.01 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
CO244.01 0.00 0.00 0.00 0.00 179.20 CO 28.01 0.00 0.00 0.00 0.00 53.46 H2SO498.08 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 (NH4)2SO4132.14 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 NH317.02 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 C3H844.10 67237.74 419.87 1.71 66816.07 0.00 0.00 C3H642.08 34710.87 183.19 58.81 34468.88 0.00 0.00 C2H630.07 1493.06 3.38 1489.68 0.00 0.00 0.00 C2H428.05 321.95 0.50 321.45 0.00 0.00 0.00 CH416.04 980.69 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 O232.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
N228.01 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 CO244.01 179.20 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 H2SO498.08 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 (NH4)2SO4132.14 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 NH317.02 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
C3H844.10 66816.07 726.25 66087.48
C3H642.08 34468.88 33961.04 507.80 C2H630.07 0.00 0.01 0.00 C2H428.05 0.00 0.00 0.00
CH416.04 0.00 0.00 0.00
H2 2.02 0.00 0.00 0.00
O232.00 0.00 0.00 0.00
N228.01 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
CO244.01 0.00 0.00 0.00
CO 28.01 0.00 0.00 0.00 H2SO498.08 0.00 0.00 0.00 (NH4)2SO4132.14 0.00 0.00 0.00 NH317.02 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 C3H844.10 726.25 0.00 0.00 726.25 C3H642.08 33961.04 0.00 0.00 0.00 C2H630.07 0.01 0.00 0.00 0.01 C2H428.05 0.00 0.00 0.00 0.00 CH416.04 0.00 0.00 0.00 0.00 H2 2.02 0.00 0.00 0.00 0.00 O232.00 0.00 0.00 48718.17 4042.08 N228.01 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 CO244.01 0.00 0.00 0.00 3928.22 CO 28.01 0.00 0.00 0.00 1528.67 H2SO498.08 0.00 0.00 0.00 0.00 (NH4)2SO4132.14 0.00 0.00 0.00 0.00 NH317.02 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 C3H844.10 726.25 0.00 0.00 4.75 0.00 719.41 C3H642.08 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 C2H630.07 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 C2H428.05 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 CH416.04 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 O232.00 4042.08 0.00 0.00 0.00 0.00 4041.58 N228.01 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 CO244.01 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
H2SO498.08 0.00 3844.72 0.00 0.00 0.00 0.00 (NH4)2SO4132.14 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 NH317.02 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
C3H844.10 2.05 0.00 2.05
C3H642.08 0.00 0.00 0.00
C2H630.07 0.00 0.00 0.00
C2H428.05 0.00 0.00 0.00
CH416.04 0.00 0.00 0.00
H2 2.02 0.00 0.00 0.00
O232.00 0.50 0.00 0.50
N228.01 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
CO244.01 2.48 0.00 2.48
CO 28.01 0.15 0.00 0.15
H2SO498.08 89.96 89.95 0.01 (NH4)2SO4132.14 5058.71 5058.71 0.00 NH317.02 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
C3H844.10 0.00 0.00 0.00 0.00 C3H642.08 0.00 0.00 0.00 0.00 C2H630.07 0.00 0.00 0.00 0.00 C2H428.05 0.00 0.00 0.00 0.00 CH416.04 0.00 0.00 0.00 0.00
H2 2.02 0.00 0.00 0.00 0.00
O232.00 0.00 0.00 0.00 0.00
N228.01 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 CO244.01 0.00 0.00 0.00 0.00 CO 28.01 0.00 0.00 0.00 0.00 H2SO498.08 0.00 0.00 0.00 0.00 (NH4)2SO4132.14 0.00 0.00 0.00 0.00 NH317.02 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 乙腈精制工段流程图
表5-8 乙腈精制工段物料衡算表
入方出方物流编号91 104 105
物流说明乙腈水水乙腈产品
温度℃101.07 109.27 193.96
压力MPa 0.15 0.14 1.42
气相分率0.00 0.00 0.00 摩尔流量kmol/h 1868.94 1806.74 62.20 组分分子量kg/h kg/h kg/h C3H844.10 0.00 0.00 0.00 C3H642.08 0.00 0.00 0.00 C2H630.07 0.00 0.00 0.00 C2H428.05 0.00 0.00 0.00 CH416.04 0.00 0.00 0.00 H2 2.02 0.00 0.00 0.00 O232.00 0.00 0.00 0.00 N228.01 0.00 0.00 0.00 H2O 18.02 32544.98 32544.99 0.00 AN 53.06 23.87 0.00 23.84 ACN 41.05 2543.97 8.95 2535.03 HCN 27.03 0.00 0.00 0.00 ACL 56.06 0.00 0.00 0.00 CO244.01 0.00 0.00 0.00 CO 28.01 0.00 0.00 0.00 H2SO498.08 0.00 0.00 0.00 (NH4)2SO4132.14 0.00 0.00 0.00 NH317.02 0.00 0.00 0.00 C4H5NO 83.09 0.00 0.00 0.00 合计35112.82 32553.94 2558.86
总计35112.82 35112.82。