【聚氯乙烯的生產中的物料衡算和熱量衡算綜述5200字】

聚氯乙烯的生產中的物料衡算和熱量衡算綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u23549聚氯乙烯的生產中的物料衡算和熱量衡算綜述 1103411.1聚合釜物料衡算 1266631.1.1基礎數(shù)據(jù) 1180781.1.2計算項目 2276341.1.3聚合釜物料衡算設計計算 2112651.2前聚合釜熱量衡算 5176951.2.1基礎數(shù)據(jù) 5290701.2.2聚合釜熱量衡算設計計算 5148091.3后聚合釜熱量衡算 765001.3.1基礎數(shù)據(jù) 7117581.3.2后聚合釜熱量衡算計算基準 73841.3.3后聚合釜熱量衡算設計計算 749081.4緩沖罐的物料衡算 8146424.1.1基礎數(shù)據(jù) 8300684.1.2計算項目 8141774.1.3緩沖罐物料衡算設計計算 8185481.5緩沖罐的熱量衡算 981561.5.1基礎數(shù)據(jù) 931171.5.2緩沖罐熱量衡算計算基準 9307941.5.3緩沖罐熱量衡算設計計算 10180971.6離心機物料衡算 11290441.6.1基礎數(shù)據(jù) 1112071.6.2離心機物料衡算的計算項目 11204751.6.3離心機物料衡算設計計算 11245721.7蒸汽蒸餾釜物料衡算及熱量衡算 1360801.7.1設計依據(jù) 13167821.7.2計算項目 13305971.7.3計算 1318996.59S=Y+29792.17a 167821⑩根據(jù)進水量等于出水量 17123151.8流化床干燥器物料衡算及熱量衡算 17133821.8.1設計依據(jù) 1710771.8.2計算項目 17108211.8.3計算 181.1聚合釜物料衡算1.1.1基礎數(shù)據(jù)設計產量5.25×107/年聚乙烯粉末，年運轉時間8000小時,原料單耗1027千克EE/噸PE產品牌號：GF7750原料氣配比：EE:PPY:H2:1：0.004：0.0007（質量比）稀釋劑EV中烷烴C8:C9:C10:C11=0.117：0.508：0.334：0.041（質量比）聚合釜中Ti的濃度：0.1-0.35mmolTi/L（EV）聚合釜中Al的濃度:0.6-0.9mmolAl/L（EV）催化劑懸浮液中Ti的濃度：1.29mmolTi/L（EV）催化劑懸浮液中Al的濃度：2.01mmolAl/L（EV）催化劑懸浮液中Ti、Mg的摩爾比：1.5：1相比：EV（m3）/（EE+PPY）=3.5-4.0m3EV/t原料氣總轉化率：98.4﹪低聚物轉化率生成量的0.75-1.5﹪（以單體轉率計）釜中蠟的濃度不超過1﹪Ti的利用率為20%1.1.2計算項目原料氣的流量及組成聚乙烯和蠟的生成量催化劑懸浮液流量及組成循環(huán)母液流量及新鮮稀釋劑的流量活化劑的消耗量出聚合釜的物料流量及組成1.1.3聚合釜物料衡算設計計算原料氣聚合釜催化劑懸浮液漿料聚合釜氫氣圖4-1聚合釜的物料平衡圖原料氣的流量及組成單線產量為5.25×107/年,計算基準為千克/小時原料氣的消耗量=6739.69kg/h原料氣配比：乙烯：丙烯：氫氣=1：0.004:0.0007乙烯的流量（1+0.004）×6739.69=6712.84kg/h丙烯的流量6739.69-6712.84=26.85Kg/h乙烯的純度為99.9%丙烯的純度為99.8%純乙烯的流量99.9%×6712.84=6706.13Kg/h純丙烯的流量99.8%×26.85=26.80Kg/h乙烯雜質流量0.1%×6712.84=6.71Kg/h丙烯雜質流量0.2%×26.85=0.05Kg/h氫氣的流量0.0007×6706.13=4.69Kg/h聚乙烯和蠟的生成量取蠟的生成量占總轉化率的0.8%蠟的生成量（6706.13+26.80）×98.4%×0.8%=53.00Kg/h聚乙烯生成量（6706.13+26.80）×98.4%-52.53=6572.20Kg/h催化劑懸浮液流量及組成取聚合物中Ti的濃度為0.15mmolTi/L（EV）Al的濃度為0.9mmolAl/L（EV）相比為3.7m3EV/t原料氣聚合釜中EV體積流量3.7×10-3×（6712.84+26.85）=24.94m3/h聚合釜溫度為80℃時，EV的密度[9]為676Kg/m3聚合釜中EV的流量676×24.94=16859.44Kg/h聚合釜中Ti的含量0.15×24.94=3.74mol/h聚合釜中TiCl4含量3.74×190×10-3=0.71Kg/h聚合釜中Al的含量0.9×24.94=22.45mol/h聚合釜中Al（Et）3含量22.45×114×10-3=2.56Kg/h催化劑懸浮液中Ti的濃度：1.29mmolTi/L（EV）催化劑懸浮液中Al的濃度：2.01mmolAl/L（EV）催化劑懸浮液中EV體積流量=2.90m3/h催化劑懸浮液溫度為40℃時，EV的密度為706Kg/m3催化劑懸浮液中EV的流量2.90×706=2047.40Kg/h催化劑懸浮液中Al的含量2.01×2.90=5.83mol/h催化劑懸浮液中Al（Et）3流量5.83×114×10-3=0.66Kg/h催化劑懸浮液中Ti、Mg的摩爾比：1.5：1催化劑懸浮液中Mg的含量=2.49mol/h催化劑懸浮液中Mg（OEt）2流量2.49×114×10-3=0.28Kg/h循環(huán)母液流量及新鮮稀釋劑的流量從離心機分離出來的濾液有一部分循環(huán)回聚合釜，聚合釜中蠟的濃度是1.1﹪,由后面離心機數(shù)據(jù)得循環(huán)母液流量為11543.11g/h，循環(huán)母液中蠟的量為115.59Kg/h,循環(huán)Al（Et）3的流量1.76Kg/h新鮮稀釋劑中EV的流量新鮮稀釋劑量=稀釋劑總量-循環(huán)母液中EV的量-催化劑懸浮液中EV的量=16859.44-11543.11-2047.40=3268.93Kg/h活化劑的消耗量新鮮稀釋劑中Al（Et）3的流量2.56-0.66-1.76=0.14Kg/h出聚合釜的物料流量及組成聚乙烯的量6572.20Kg/h未反應的乙烯量1.6%×6706.13=107.30Kg/h未反應的丙烯量1.6%×26.80=0.43Kg/h氫氣的量4.69Kg/h雜質的量6.71+0.05=6.76Kg/hAl（Et）3的量2.56Kg/hMg（OEt）2的量0.28Kg/hTiCl4的量0.71Kg/h出聚合釜的EV（稀釋劑）16859.44Kg/h取聚合釜蠟的含量為1﹪則出聚合釜蠟量為16859.44×1﹪=168.59Kg/h聚合釜物料平衡表見表4-1表4-1聚合釜物料平衡表組分進料Kg/h出料Kg/h純乙烯6706.13107.30純丙烯26.800.43氫氣4.694.69TiCl40.710.71Mg（OEt）20.280.28Al（Et）32.562.56聚乙烯0.006572.20蠟115.59168.59EV16859.4416859.44雜質6.766.76總計23722.9623722.961.2前聚合釜熱量衡算1.2.1基礎數(shù)據(jù)聚乙烯和蠟為固態(tài)，混合氣、雜質和氫氣為氣態(tài)，催化劑懸浮液和EV為液態(tài)原料氣進料溫度為25℃，循環(huán)母液溫度為40℃，催化劑懸浮液溫度為40℃冷卻水進口溫度為30℃，冷卻水出口溫度為40℃乙烯比熱[10]為1.554KJ/（Kg·℃），丙烯比熱1.525KJ/（Kg·℃）EV比熱為2.47KJ/（Kg·℃），聚乙烯比熱為2.55KJ/（Kg·℃）物料反應熱為920Kcal/（Kg·h）電機的攪拌功率為150KW操作溫度為84℃，熱損失為5%1.2.2聚合釜熱量衡算設計計算 水40℃原料氣25℃漿料84℃Cat懸浮液40℃冷卻水30℃新鮮稀釋劑循環(huán)母液30℃圖4-2K11301A/B熱量恒算圖計算基準：基準單位為Kg/h，基準溫度為84℃，聚乙烯和蠟為固態(tài)，催化劑懸浮液和EV為液態(tài)，氫氣、乙烯、丙烯和雜質為氣態(tài)進料熱量Q1Q原料氣=mcp（t2-t1）（4-1）=（6712.84+4.69）×1.554×（25-84）+26.08×1.525×（25-84）=-618314.79KJ/hQ 催化劑=（2047.40+0.66+0.28+0.71）×2.47×（40-80）=-222690.75kg/hQ循環(huán)液=（11543.11+115.59+1.76+0.14+3268.93）×2.47×（40-84）=-1622541.32KJ/hQ1=Q原料氣+Q催化劑+Q循環(huán)液=-618314.79-222690.75-1622541.32=-2463546.86KJ/h反應熱Q2Q2=m×I（4-2）=98.4%×（6706.13+26.80）×920×1.18=25477881.12KJ/h攪拌產熱Q3Q3=150×3600=540000KJ/h出料熱Q4Q4=0熱損失Q6Q6=5%×（Q1+Q2+Q3）=5%×（-2463546.86+25477881.12+540000）=1177716.71KJ/h熱負荷Q5Q5=Q1+Q2+Q3-Q6=-2463546.86+25477881.12+540000-1177716.71=22376617.55J/h聚合釜熱量平衡表見表4-2表4-2聚合釜熱量平衡表項目Q進KJ/hQ出KJ/hQ1-2463546.86——Q225477881.12——Q3540000——Q4————Q5——22376617.55Q6——1177716.71總計23554331.2623554331.261.3后聚合釜熱量衡算1.3.1基礎數(shù)據(jù)電機的攪拌功率為37KW操作溫度為70℃，熱損失為5%1.3.2后聚合釜熱量衡算計算基準基準單位為KJ/h，基準溫度為70℃，聚乙烯和蠟為固態(tài)，催化劑懸浮液和EV為液態(tài)，氫氣、乙烯、丙烯和雜質為氣態(tài)1.3.3后聚合釜熱量衡算設計計算 水40℃來自K11301漿料70℃ 漿料84℃冷卻水30℃圖4-3K11303熱量衡算圖進料熱量Q1QPE=6572.20×2.55×（84-70）=234627.54KJ/hQ乙烯=（107.30+0.43+6.71+0.05+4.69）×1.554×（84-70）=2592.88KJ/hQEV=（168.59+16859.44）×2.47×（84-70）=588829.28KJ/hQ催化劑=（0.71+2.56+0.28）×2.47×（84-70）=122.76KJ/hQ1=QPE+Q乙烯+QEV+Q催化劑=234627.54+2592.88+588829.28+122.76=826172.46KJ/h攪拌產熱Q2Q2=37×3600=133200KJ/h熱損失Q3Q3=5%×（Q1+Q2）=5%×（826172.46+133200）=47968.62KJ/h熱負荷Q4Q4=Q1+Q2-Q3=826172.46+133200-447968.62=911403.84KJ/h后聚合釜熱量平衡表見表4-3表4-3后聚合釜熱量平衡表項目Q進KJ/hQ出KJ/hQ1826172.46——Q2133200——Q3——47968.62Q4——11403.84總結959372.46959372.461.4緩沖罐的物料衡算4.1.1基礎數(shù)據(jù)乙烯和丙烯占尾氣總量的41.16%EV占尾氣總量的9.78%其他不凝氣（H2、N2、雜質）占尾氣總量的46.06%4.1.2計算項目去冷凝罐的氣體流量及組成去離心機的流量及組成4.1.3緩沖罐物料衡算設計計算廢氣（EE+EV+不凝氣）緩沖罐來自聚合釜漿料漿料緩沖罐圖4-4K11305物料衡算圖去冷凝罐的氣體流量及組成尾氣總量=243.95kg/h尾氣中EV的量9.78%×243.95=23.86Kg/h尾氣中不凝氣（H2、N2、雜質）的量46.06%×243.95=112.36Kg/h去離心機的流量及組成聚乙烯的量6572.20Kg/h蠟的量168.59Kg/hTiCl4的量0.71Kg/hMg（OEt）2的量0.28Kg/hAl（Et）3的量2.56Kg/hEV的量16859.44-23.86=16835.58Kg/h緩沖罐物料平衡表見表4-4表4-4緩沖罐物料平衡表組分進料Kg/h出料Kg/h去離心機去冷凝罐聚乙烯6572.206572.20——EV16859.4416835.5823.86蠟168.59168.59——TiCl40.710.71——Mg（OEt）20.280.28——Al（Et）32.562.56——乙烯107.30——107.30總計23711.0823711.081.5緩沖罐的熱量衡算1.5.1基礎數(shù)據(jù)電機的攪拌功率為37KW操作溫度為45℃，熱損失為5%1.5.2緩沖罐熱量衡算計算基準基準單位為KJ/h，基準溫度為45℃，聚乙烯和蠟為固態(tài)，催化劑懸浮液和EV為液態(tài)，氫氣、乙烯、丙烯和雜質為氣態(tài)1.5.3緩沖罐熱量衡算設計計算氣體45℃來自聚合釜漿料漿料45℃70℃圖4-5K11305熱量衡算圖進料熱量Q1QPE=6572.20×2.55×（70-45）=418977.75KJ/hQEV=（16859.44+168.59）×2.47×（70-45）=1051480.85KJ/hQ催化劑=（2.56+0.71+0.28）×2.47×（70-45）=219.21KJ/hQ乙烯=（107.30+0.43+1.69+6.76+0.05）×1.554×（70-45）=4632.09KJ/hQ1=QPE+QEV+Q催化劑+Q乙烯=418977.75+1051480.85+219.21+4632.09=1475309.91KJ/h攪拌產熱Q2Q2=37×3600=133200KJ/h排氣帶出熱Q3EV的汽化熱85.15×0.117+81.98×0.508+81.70×（0.334+0.041）=83.77J/gQ3=23.86×83.77=1998.75KJ/h熱損失Q4Q4=5%×（Q1+Q2）=5%×（1475309.91+133200）=80425.50KJ/h熱負荷Q5Q5=Q1+Q2-Q3-Q4=1475309.91+133200-1998.75-80425.50=1526085.66KJ/h緩沖罐熱量平衡表見表4-5表4-5緩沖罐熱平衡表項目Q進KJ/hQ出KJ/hQ11475309.91——Q2133200——Q3——1998.75Q4——80425.50Q5——1526085.66總結1608509.911608509.911.6離心機物料衡算1.6.1基礎數(shù)據(jù)離心機的分離效率為80%操作條件：操作溫度為45℃，操作壓力為0.01MPaPE粉末進入濾液的量約為濾液總量的0.005%1.6.2離心機物料衡算的計算項目去濾餅的物料流量及組成去回收工段的物料及組成去聚合釜循環(huán)母液的流量及組成1.6.3離心機物料衡算設計計算離心機自緩沖罐物料濾餅20％離心機回聚合釜濾液80％去回收工段圖4-6X11401物料衡算圖去濾餅的物料流量及組成PE的量6572.20-80%×16835.58×0.005%=6571.53Kg/h蠟的量20%×168.59=33.72Kg/hAl（Et）3的量20%×2.56=0.51Kg/hEV的量20%×16835.58=3367.12Kg/hTiCl4的量0.71Kg/hMg（OEt）2的量0.28Kg/h去回收工段的物料及組成PE的量6572.20-6571.53=0.67Kg/h回收蠟的量51.49-33.72=19.28Kg/h循環(huán)蠟的量80%×168.59-19.28=115.59Kg/h濾液中EV的量80%×16835.58=133468.46Kg/h=回收EV的量=1925.35kg/h循環(huán)EV的量133468.46-1925.35=11543.11kg/h濾液中Al（Et）3的量80%×2.56=2.05Kg/h=回收Al（Et）3的量=0.29kg/h循環(huán)Al（Et）3的量2.05-0.99=1.76Kg/h去聚合釜循環(huán)母液的流量及組成循環(huán)EV的量11543.11Kg/h循環(huán)蠟的量115.59Kg/h循環(huán)Al（Et）3的量1.76Kg/h離心機物料平衡表見表4-6表4-6離心機物料平衡表組分進料Kg/h出料kg/h去蒸餾釜去循環(huán)母液去回收工段PE6572.206571.53——0.67蠟168.5933.72115.5919.28AI（Et）32.560.511.760.29Mg（OEt）30.280.28————TiCl40.710.71————EV16835.583367.1211543.111925.35總計23579.9223579.921.7蒸汽蒸餾釜物料衡算及熱量衡算1.7.1設計依據(jù)低壓水蒸氣規(guī)格1.8×105Pa（絕壓）工藝水（8個計量點）每個計量點50L/h，95℃回流蠟含蠟20%（占去回收工段蠟量95%），20℃工藝要求出蒸汽蒸餾釜物物料含濕率≤10%，含EV≤0.3%釜內攪拌器（8臺）每臺P=11kw熱損失為總熱量的5%操作條件T=98℃P=0.01MPa（表壓）1.7.2計算項目出蒸汽蒸餾釜的物料量及組成出蒸汽蒸餾釜的混合氣的物料量及組成出蒸汽蒸餾釜的廢水量進蒸汽蒸餾釜的低壓水蒸氣量1.7.3計算混合氣98℃回流蠟120℃工藝水95℃蒸汽蒸餾釜來自離心機物料45℃去流化床物料98℃蒸汽蒸餾釜低壓水蒸汽廢水98℃117℃圖4-7蒸汽蒸餾釜物料和熱量平衡圖計算基準：物料流量以kg/h計。出蒸汽蒸餾釜的物料量及組成進蒸汽蒸餾釜的PE流量，為6571.53kg/h因為回流蠟為回收工段蠟的95%，則出釜后的蠟量：19.28×95％+33.72=52.04kg/hTiCl4=0.71kg/hMg（OEt）2=0.28kg/hAl（Et）3=0.51kg/h合并在一起，為出蒸汽蒸餾釜的PE總量出釜后PE的物料量=6571.53+52.04+0.71+0.51+0.28=6625.07kg/h取物料含濕率為10%，則出蒸汽蒸餾釜總物料量：=7361.19kg/h取物料中含EV率為0.3%，則總出物料EV的量：7361.19×0.3%=22.08kg/h總出物料中含水量：7361.19×10%–22.08=711.04kg/h出蒸汽蒸餾釜混合氣的物料量及組成混合氣中EV的量回流蠟中EV的量：19.28×95%/20%×80%=73.26kg/h混合氣中EV的量=濾餅帶入EV+回流蠟帶EV–出釜物料帶出EV=3367.12+73.26-22.08=3418.30kg/h混合氣中水蒸汽的量依據(jù)理想氣體分壓定律[14]，可得混合汽中水蒸汽質量流量與兩組份飽和蒸汽壓間關系如下：GEV=（P操-P飽和水）·MEV因為操作壓力為0.01MPa（表壓）=0.01×106Pa絕對壓力=表壓+大氣壓=（0.01×10+1.013）×105=1.113×105Pa即釜內總操作壓力為P操=1.113×105Pa查表得98℃時，水的飽和蒸汽壓P飽和水=0.943×105PaEV的摩爾質量MEV=132.186g/mol水的摩爾質量M水=18g/mol （4-3）以上按飽和蒸汽計算，實際為非飽和值，其不飽和度在60%-80%之間，取不飽和度為70%，則混合氣中水蒸汽的量為出蒸汽蒸餾釜的廢水量和低壓水蒸氣量計算基準：基準溫度為0℃，物料流量以kg/h計，PE和蠟以固態(tài)，EV、廢水和工藝水以液態(tài)。根據(jù)（4-4）即Q1+Q2+Q3+Q4+W=Q5+Q6+Q7式中，Q1濾餅進料帶入的熱量，kJ/hQ2低壓水蒸汽帶入的熱量，kJ/hQ3工藝水帶入的熱量，kJ/hQ4回流蠟帶入的熱量，kJ/hW攪拌功，kJ/hQ5混合汽帶出的熱量，kJ/hQ6廢水帶出的熱量，kJ/hQ7出蒸餾釜物料量帶出的熱量，kJ/hQ1的計算查表得PE的比熱cp=2.55kJ/kg·℃，EV的比熱為CP=2.208kJ/kg·℃聚乙烯PE的質量=6751.53+33.72=6758.25kg/hEV的質量=3367.12+0.71+0.28+0.51=3368.62kg/hQ1=mPE·cPE（t2-t1）+mEV·cEV（t2-t1）=6758.25×2.55×45+3368.62×2.208×45=1113311.52kJ/hQ2的計算設低壓水蒸汽流量為Skg/h，1.8×105Pa（絕壓）下，低壓水蒸汽對應的溫度為117℃。查表得117℃時水蒸汽的焓值I=2701.34kJ/kgQ2=S×I=2701.34SkJ/hQ3的計算查表得水的比熱cp=1.213kJ/kg·℃水的密度ρ=961.85kg/m3Q3=m·cp（t2-t1）=（50×8×961.85×10-3）×1.213×（95–0）=153986.41kJ/hQ4的計算查表得蠟的比熱cp=2.55kJ/kg·℃EV的比熱cp=2.356kJ/kg·℃Q4=m1c1（t2-t1）+m2c2（t2-t1）=（19.28×95%）×2.55×（120–0）+73.26×2.356×（120–0）=26316.76kJ/hW的計算W=8×11×3600=316800kJ/hQ5的計算查表得水的比熱cp=1.213kJ/kg·℃EV的比熱cp=2.323kJ/kg·℃98℃時EV的汽化熱γEV=326.558kJ/kg水的汽化熱γ水=2265.9kJ/kg水蒸汽帶出的熱量=3669.89×1.213×（98–0）+3669.89×2265.9=9706943.72kJ/hEV蒸汽帶出的熱量=3418.30×2.323×（98–0）+3418.30×326.558=1897578.32kJ/hQ5=Q水+QEV=11604522.14kJ/hQ6的計算設廢水流量為Ykg/h，查表得98℃時水的焓值I=410.676kJ/kgQ6=Y×I=410.676YkJ/hQ7的計算=（6625.07+22.08）×2.55×（98–0）+711.0764×1.213×（98–0）=1955943.72kJ/h因為Q1+Q2+Q3+Q4+W=Q5+Q6+Q7，代入數(shù)據(jù)整理得：6.59S=Y+29792.17a根據(jù)進、出蒸汽蒸餾釜的水量相等，有以下等式：S+50×8×961.85×10-3=Y+3669.89+711.04整理得S=Y+3999.19ba與b聯(lián)立方程組，解得低壓蒸汽量S=4611.13kg/h廢水量W=611.94kg/h考慮加熱過程中有5%的熱損失，則實際低壓水蒸汽用量：S實=S（1+5%）=4841.84kg/h工藝水的計算根據(jù)進水量等于出水量S+G工藝水=W物料中的水+W廢水+W混合氣的水G工藝水=693.64+542.83+3625.43-4477.16=381.74kg/h蒸汽蒸餾釜物料平衡見表4-7。表4-7蒸汽蒸餾釜物料平衡表物料名稱進口流量（kg/h）出口流量（kg/h）去向PE6571.536571.53流化床蠟52.0452.04流化床EV3440.383418.30回收工段22.08流化床TiCl40.710.71流化床Al（Et）30.510.51流化床Mg（OEt）20.280.28流化床低壓水蒸汽4611.130工藝水381.740廢水0611.94回收工段水蒸汽03669.89回收工段物料中含水0711.04流化床合計15061.3215061.321.8流化床干燥器物料衡算及熱量衡算1.8.1設計依據(jù)1.8.2計算項目出口物料及組成；干燥介質氮氣流量；出口干燥介質溫度和露點溫度。1.8.3計算 出去干燥氣流化床干燥器來自蒸汽蒸餾釜物料PE粉末流化床干燥器干燥氣（N2）圖4-8流化床干燥器物料平衡圖計算基準：基準溫度為0℃，物料流量以kg/h計，物料以固態(tài)、水以液態(tài)、氮氣以氣態(tài)為基準。出口流量及組成計算PE=6625.07kg/h進口物料量含濕率為7%，則進口物料量的干基含濕率為進口濕物料總量G1=Gc（1+X1）=6625.07（1+7.53%）=7123.94kg/h出口物料量干基含濕率為則出口物料總量G2=Gc（1+X2）=6625.07×（1+0.1%）=6631.70kg/h其中含水量=G2－G