年产10万吨HPPO法环氧丙烷项目-初步设计说明书附录.doc
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年产10万吨HPPO法环氧丙烷项目
年产10万吨HPPO法环氧丙烷项目
初步设计说明书附录
目录
第一章物料衡算说明书 1
1.1物料衡算的意义 1
1.2物料衡算遵循的原则 1
1.3物料衡算 2
1.3.1反应及预分离工段物料衡算 2
1.3.2预分离工序物料衡算 5
1.3.3除氧工序物料衡算 7
1.3.4环氧丙烷提纯工段物料衡算 10
1.3.5甲醇双效精馏工序物料衡算 13
1.3.6重组分回收工序物料衡算 16
第二章能量衡算说明书 20
2.1能量衡算的意义 20
2.2能量衡算应遵循的原则 20
2.3热量衡算任务 21
2.4热量衡算 22
2.4.1反应工序能量衡算 22
2.4.2预分离工序能量衡算 23
2.4.3除氧工序能量衡算 25
2.4.4环氧丙烷提纯工段能量衡算 27
2.4.5甲醇双效精馏工序能量衡算 29
2.4.6重组分回收工序能量衡算 31
第三章设备设计选型 33
第四章设备设计方案 42
4.1塔设备设计 42
4.1.1概述 42
4.1.2丙二醇甲醚/丙二醇（PM/PG）重组分分离塔的设计 42
4.2换热器选型说明 55
4.2.1概述 55
4.2.2选型范例 55
4.3泵选型说明 62
4.3.1概述 62
4.3.2选型计算 62
63
年产10万吨HPPO法环氧丙烷项目
第一章物料衡算说明书
1.1物料衡算的意义
物料衡算是以质量守恒定律为基础对物料平衡进行计算，在工艺设计中，物料衡算是在工艺流程确定后进行的。
其目的在于设计或改造工艺流程和设备，了解和控制生产操作过程，核算生产过程的经济效益，确定原材料消耗定额，确定生产过程的损耗量，对现有的工艺过程进行分析，选择最有效的工艺路线，对设备进行最佳设计以及确定最佳操作条件等都要进行物料衡算。
而且，化学工程的开发与放大都以物料衡算为基础的。
凡引入某一设备的物料成分、质量或体积比等于操作后所得产物的成分、质量或体积加上物料损失。
1.2物料衡算遵循的原则
对一般的体系而言，物料分布均可表示为：
∑（物料的累积率）=∑（物料进入率）-∑（物料流出率）+∑（反应生成率）-∑（反应消耗率）
特别地，当系统没有化学反应时，则可简化为：
∑（物料的累积率）=∑（物料进入率）-∑（物料流出率）
在稳定状态下有：
∑（物料进入率）=∑（物料流出率）
1.3物料衡算
1.3.1反应及预分离工段物料衡算
下图是由AspenPlus软件模拟得出的反应及预分离工段衡算图：
图1.1反应及预分离工段物料衡算图
表1.1反应及预分离工段物料衡算表
C3H6
E302-OUT
E303-OUT
FEED
T101-IN
M101-OUT
R1-OUT
R2-OUT
温度℃
-1.80
60.00
60.00
25.00
49.70
43.30
50.00
50.00
压力（bar）
20.00
20.00
20.00
20.00
7.65
20.00
20.00
20.00
气相分率
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
质量流量（kg/hr）
22774.87
56300.00
51580.00
37699.76
168354.65
168354.63
168354.63
168354.63
体积流量（cum/hr）
41.36
75.07
68.77
41.81
281.37
225.90
226.29
226.02
焓（MMkcal/hr）
0.28
-98.60
-90.42
-77.00
-279.26
-265.73
-279.00
-279.26
密度kg/cum
550.69
749.93
750.01
901.73
598.35
745.26
743.98
744.87
质量流量（kg/hr）
氧气
15.52
0.00
0.00
0.00
145.03
15.52
145.03
145.03
丙烯
22742.64
0.00
0.00
10915.00
23144.09
33657.64
23144.09
23144.09
丙烷
11.41
0.00
0.00
43.70
55.11
55.11
55.11
55.11
甲醛
0.00
0.00
0.00
0.00
258.99
0.00
258.99
258.99
乙醛
0.10
0.00
0.00
0.00
518.16
0.10
518.16
518.16
环氧丙烷
0.12
15.67
0.03
0.00
13104.15
15.81
13843.70
13104.11
甲醇
5.08
56248.39
51513.83
839.00
108391.99
108606.30
108706.72
108391.66
水
0.00
35.94
66.15
16835.00
21630.22
16937.09
21682.83
21630.57
丙二醇
0.00
0.00
0.00
0.00
220.76
0.00
0.00
220.76
丙二醇甲醚
0.00
0.00
0.00
0.00
886.15
0.00
0.00
886.15
苯
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
双氧水
0.00
0.00
0.00
9067.06
0.00
9067.06
0.00
0.00
质量分率
氧气
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
丙烯
1.00
0.00
0.00
0.29
0.14
0.20
0.14
0.14
丙烷
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
甲醛
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
乙醛
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
环氧丙烷
0.00
0.00
0.00
0.00
0.08
0.00
0.08
0.08
甲醇
0.00
1.00
1.00
0.02
0.64
0.65
0.65
0.64
水
0.00
0.00
0.00
0.45
0.13
0.10
0.13
0.13
丙二醇
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
丙二醇甲醚
0.00
0.00
0.00
0.00
0.01
0.00
0.00
0.01
苯
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
双氧水
0.00
0.00
0.00
0.24
0.00
0.05
0.00
0.00
从表1.1可以看出，进、出物料的总体质量保持平衡。
1.3.2预分离工序物料衡算
下图是由AspenPlus软件模拟得出的预分离物料流股衡算图：
图1.2预分离物料流股衡算图
表1.2预分离物料流股衡算表
T101-IN
T101-D
E102-IN
E102-OUT
T101-W
E106-OUT
温度℃
49.70
7.90
70.40
56.40
126.40
20.00
压力（bar）
7.65
7.50
7.60
7.59
7.65
7.65
气相分率
0.00
1.00
0.04
0.00
0.00
0.00
质量流量（kg/hr）
168354.65
23305.00
95000.84
95000.84
145050.49
145050.49
体积流量（cum/hr）
281.37
1728.87
552.10
128.10
211.25
175.62
焓（MMkcal/hr）
-279.26
2.50
-156.85
-158.36
-270.54
-284.40
密度kg/cum
598.35
13.48
172.07
741.62
686.64
825.93
质量流量（kg/hr）
氧气
145.03
145.03
0.40
0.40
0.00
0.00
丙烯
23144.09
23143.12
11453.03
11453.03
1.02
1.02
丙烷
55.11
11.55
89.33
89.33
43.57
43.57
甲醛
258.99
0.00
143.54
143.54
258.99
258.99
乙醛
518.16
0.10
368.96
368.96
518.04
518.04
环氧丙烷
13104.15
0.12
8495.84
8495.84
13103.94
13103.94
甲醇
108391.99
5.08
61739.90
61739.90
108386.81
108386.81
水
21630.22
0.00
12096.60
12096.60
21631.20
21631.20
丙二醇
220.76
0.00
122.20
122.20
220.76
220.76
丙二醇甲醚
886.15
0.00
491.06
491.06
886.15
886.15
苯
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
双氧水
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
质量分率
氧气
0.00
0.01
0.00
0.00
0.00
0.00
丙烯
0.14
0.99
0.12
0.12
0.00
0.00
丙烷
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
甲醛
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
乙醛
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
环氧丙烷
0.08
0.00
0.09
0.09
0.09
0.09
甲醇
0.64
0.00
0.65
0.65
0.75
0.75
水
0.13
0.00
0.13
0.13
0.15
0.15
丙二醇
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
丙二醇甲醚
0.01
0.00
0.01
0.01
0.01
0.01
苯
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
双氧水
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
从表1.2可以看出，进、出物料的总体质量保持平衡。
1.3.3除氧工序物料衡算
下图是由AspenPlus软件模拟得出的除氧工序物料流股衡算图：
图1.3除氧工序物料流股衡算图
表1.3重组分回收工段物料衡算表一
T101-D
V101-IN
V101-W
V102-IN
V102-W
V101-D
V102-D
M102-OUT
V103-D
V103-IN
V103-W
M103-OUT
E105-OUT
C3H6
温度℃
7.90
0.00
0.00
4.00
4.00
0.00
4.00
1.90
-6.00
-6.00
-6.00
3.50
-3.00
-1.80
压力（bar）
7.50
7.50
7.00
7.00
7.00
7.00
7.00
7.00
7.00
7.00
7.00
7.00
7.00
20.00
气相分率
1.00
0.02
0.00
0.04
0.00
1.00
1.00
1.00
1.00
0.34
0.00
0.00
0.00
0.00
质量流量（kg/hr）
23305
23305
22448
22448
21678
857
770
1627
530
1627
1097
22775
22775
22775
体积流量（cum/hr）
17289
80
41
101
40
69
61
129
43
45
2
42
41
41
焓（MMkcal/hr）
2.50
0.36
0.31
0.44
0.36
0.08
0.08
0.16
0.04
0.05
0.01
0.37
0.27
0.28
密度kg/cum
13.5
292.5
548.1
222.5
542.0
12.5
12.6
12.6
12.3
36.1
556.9
541.1
552.4
550.7
质量流量（kg/hr）
氧气
145.0
145.0
40.0
40.0
11.5
105.0
28.6
133.5
129.5
133.5
4.0
15.5
15.5
15.5
丙烯
23143
23143
22391
22391
21650
752
741
1492
400
1492
1092
22742
22742
22742
丙烷
11.54
11.54
11.24
11.24
10.95
0.30
0.30
0.60
0.14
0.60
0.46
11.41
11.41
11.41
甲醛
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
乙醛
0.10
0.10
0.10
0.10
0.10
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.10
0.10
0.10
环氧丙烷
0.12
0.12
0.12
0.12
0.12
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.12
0.12
0.12
甲醇
5.08
5.08
5.05
5.05
5.01
0.03
0.04
0.07
0.00
0.07
0.06
5.08
5.08
5.08
水
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
丙二醇
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
丙二醇甲醚
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
苯
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
双氧水
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
质量分率
氧气
0.01
0.01
0.00
0.00
0.00
0.12
0.04
0.08
0.24
0.08
0.00
0.00
0.00
0.00
丙烯
0.99
0.99
1.00
1.00
1.00
0.88
0.96
0.92
0.76
0.92
1.00
1.00
1.00
1.00
丙烷
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
甲醛
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
乙醛
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
环氧丙烷
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
甲醇
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
水
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
丙二醇
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
丙二醇甲醚
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
苯
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
双氧水
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
从表1.3可以看出，进、出物料的总体质量保持平衡。
1.3.4环氧丙烷提纯工段物料衡算
下图是由AspenPlus软件模拟得出的环氧丙烷提纯工段料流股衡算图：
图1.4环氧丙烷提纯工段物料衡算图
表1.4环氧丙烷提纯工段物料衡算表
H2O
T201-IN
T201-W
T201-D
R201-OUT
ALDEHYDE
T202-IN
T202-W
T202-D
T203-D
T203-W
温度℃
35.00
20.00
75.70
31.50
31.50
31.50
31.60
39.10
15.40
-39.30
34.40
压力（bar）
1.30
1.30
1.31
1.01
1.01
1.01
1.20
1.21
1.01
1.01
1.01
气相分率
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
1.00
0.00
0.00
1.00
1.00
0.00
质量流量（kg/hr）
1000
145050
132375
13675
13157
518
13156
13100
57
28
29
体积流量（cum/hr）
1.02
175.62
174.83
16.83
16.21
294.01
16.21
16.33
26.88
12.18
0.04
焓（MMkcal/hr）
-3.78
-284.40
-274.91
-6.82
-6.60
-0.15
-6.60
-6.52
-0.03
-0.02
-0.01
密度kg/cum
984.26
825.93
757.19
812.59
811.87
1.76
811.85
802.45
2.12
2.30
809.41
质量流量（kg/hr）
氧气
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
丙烯
0.00
1.02
0.00
1.02
1.02
0.00
1.02
0.03
1.00
1.00
0.00
丙烷
0.00
43.57
0.00
43.57
43.57
0.00
43.57
16.72
26.85
26.84
0.01
甲醛
0.00
258.99
258.99
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
乙醛
0.00
518.04
0.00
518.04
0.00
518.04
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
环氧丙烷
0.00
13103.94
15.69
13088.25
13088.25
0.00
13088.2
13059
29.02
0.12
28.90
甲醇
0.00
108386.00
108373
12.86
12.86
0.00
12.86
12.77
0.09
0.00
0.09
水
1000.00
21631.20
22619.90
11.26
11.26
0.00
11.26
11.26
0.00
0.00
0.00
丙二醇
0.00
220.76
220.76
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
丙二醇甲醚
0.00
886.15
886.15
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
苯
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
双氧水
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
质量分率
氧气
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
丙烯
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.02
0.04
0.00
丙烷
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.47
0.96
0.00
甲醛
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
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