沈阳建筑大学毕业设计
第二章 工艺计算及设备选型
2.1物料和热量工艺计算
2.1.1物料衡算
1):物料衡算的原理、方法、步骤. (1):原理
对于连续稳定过程,物料衡算的方程是:
∑Mx = ∑M m 2-1
即:初始输入量=最终输出量 对不连续过程,物料衡算的方程为:
∑Mλ = ∑Mf + M累积 2-2
即:初始输入量+生成输入量=最终输出量十消耗量. (2):方法.
本设计属于连续反应,采用第一种计算方法 (3):步骤: a:收集数据: ①:原理产品规格; ②:过程单位时间的物流量; ③:有关消耗定额;
④:有关转化率选择性、单程收率.
b:画物料流程图,确定衡算对象,根据题目要求它可以是总物料某个组分某个元素等;
c:确定衡算范围:根据题目要求它可以是一个系统一个车间某个设备等;某个设备的局部等;
d:确定衡算基准:根据题目要求它可以是单位质量单位时间等; e:列出输入输出物料平衡表. 2):物料衡算过程
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(1):收集数据:
表2-1原料性质
密度(00C 摩尔质量 沸点 含量 比热容
原料名称 101. 33kpa㎏/m3 ) (g/mol) (101. 33kpa) (%) J/(mol.oC) 丙烯 1.914 42 －47.7 99 1.436 乙烯 1.261 28 －103.7 99 1.222 氢气 0.0899 2 －252.75 99 10.13 氮气 1.251 28 －159.78 99 0.745
(2):确定单位时间内物流量: 已知:220,000t/a
年工作夫数:365-(T1+T2+T3) 选择连续工作制度:
T1=3+1+3+3+1+1+1=13(其中对于工厂,星期六、日照常上班,劳动节3天,元旦1天,国庆节3天,春节3,清明节1天,中秋1天,端午1天)
T2---设备大、中、小修及正常检修总天数,反应器取54天/年. T3---设备加工不同物料时的换料时间(不计）. 故年工作天数=365-(54+13)=298d/a; 聚丙烯日产量:220000/a÷298/a=738.26t; 聚丙烯时产量:738.26t÷24h=30.76t. (3):由已知消耗定额(以每吨产品计)
消耗定额是指生产每吨合格产品需要的原料、辅料及试剂等的消耗量 表2-3消耗定额
项目 用量
丙烯 47000kg/h
乙烯 300kg/h 氮气 10000kg/h 氢气 100kg/h
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氧气 200kg/h 主催化剂(Amoco CD催化剂) 0kg/h 助催化剂(三乙基铝) 50kg/h 改性剂（二异丁基二甲氧基硅烷） 50kg/h
因为原料厂内贮存运输损失率5%,又原料厂外运输损失率为5%,其中操作因子在物料衡算中进行.可的聚丙烯生产流程中原料的年采购量:年采购量=小时消耗定额×24×298÷0.95÷0.95.
表2-4聚丙烯成产的原料年采购量 项目 用量 丙烯 3.7×105t/a
乙烯 2.38×103t/a 氮气 7.9×104t/a 氢气 7.9×102t/a 氧气 1.6×103t/a 主催化剂(Amoco CD催化剂) 4.0×102t/a 助催化剂(三乙基铝) 4.0×102t/a 改性剂(二异丁基二甲氧基硅烷) 4.0×102t/a
(4):确定衡算范围,并进行深入计算: 1) 净化塔: 每小时进料量为:
粗丙烯: 47000kg/b 每小时出料量为:
精制丙烯: 46000kg/t 合计 每小时进料量为: 47000kg/h 每小时出料量为: 46000kg/t 第一聚合反应器: 每小时进料量为:
丙烯: 46000 kg/t
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氢气: l00kg/t 主催化剂: 50kg/t 助催化剂: 50kg/t 改性剂: 50kg/t 每小时出料量为:
聚丙烯: 27600kg/h 丙烯: 氢气: 主催化剂: 助催化剂: 改性剂: 合计 每小时进料量为: 每小时出料量为: 第二聚合反应器:
每小时进料量为: 聚丙烯; 丙烯: 乙烯: 主催化剂: 助催化剂: 改性剂: 每小时出料量为:
聚丙烯: 丙烯: 乙烯: 主催化剂: 助催化剂: 改性剂: 合计 每小时进料量为: 每小时出料量为:
18400kg/h 100kg/h 50kg/h 50kg/h 50kg/h 46250kg/h 46250kg/h
27600kg/h 18800kg/h 300kg/h 50kg/h 50kg/h 50kg/h 45000kg/h 1600kg/h 100kg/h 50kg/h 50kg/h 50kg/h 46850kg/h
46850kg/h
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(5):列出输入一输出物料衡算平衡表 表2-5 净化塔
名称 进料 出料 单位 kg/h kmol/h oC MPa kg/h kmol/h oC MPa 粗/细丙烯 47000 1119.5 40 1 46000 1095.24 40 1
表2-6第一聚合反应器
名称 进料 出料
单位 kg/h kmol/h oC MPa kg/h kmol/h oC MPa 聚丙烯 0 0 — — 276000 — 70 2.2 丙烯 46000 1095.24 20 2 18400 438.10 70 2.2 氢气 100 50 20 3.3 10 5 70 2.2 主催化剂 50 — 20 — 50 — 70 — 助催化剂 50 — 20 — 50 — 70 — 改性剂 50 — 20 — 50 — 70 —
表2-7 第二聚合反应器
名称 进料 出料
单位 kg/h kmol/h oC MPa kg/h kmol/h oC MPa 聚丙烯 27600 — 65 — 45000 — 65 2.0 丙烯 18800 447.62 50 2.2 1600 38.09 65 2.0 乙烯 300 10.71 20 3.0 100 3.57 65 2.0 主催化剂 50 — 50 — 50 — 65 — 助催化剂 50 — 50 — 50 — 65 — 改性剂 50 — 50 — 50 — 65 —
2.1.2热量衡算
(1)第一聚合反应器: 进料温度:
丙烯: 20 oC 氢气: 20 oC 出料温度:
20