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72014年“恒逸-三井化学杯”第八届全国大学生化工设计竞赛福建联合石化年产24万吨PX项目初步设计说明书附录 团队名称：浙江工业大学Wingteam团队成员：程思波 张寅 吕巧强 徐杉 诸俊杰完成时间：2014年7月目 录第一章 物料衡算说明书11.1 物料衡算的意义11.2 物料衡算遵循原则11.3 物料衡算21.3.1 C4芳构化工段21.3.2 苯甲醇反应工段物料衡算61.3.3 甲苯甲醇反应工段物料衡算101.3.4 集成分离工段物料衡算151.3.5 PX提纯工段物料衡算191.3.6 全厂物料衡算23第二章 能量衡算说明书302.1能量衡算的意义302.2能量衡算原则302.3能量衡算任务312.4能量衡算322.4.1 C4芳构化工段能量衡算322.4.2 苯甲醇反应工段能量衡算342.4.3 甲苯甲醇反应工段能量衡算372.4.4 集成分离工段能量衡算402.4.5 PX提纯工段能量衡算422.4.6 全厂物料能量衡算45第三章 设备设计选型50第四章 设备设计方案654.1塔设备设计654.1.1概述654.1.2 甲醇回收塔的设计654.2换热器选型说明794.2.1概述794.2.2选型范例794.3 泵选型说明864.3.1 概述864.3.2 选型计算87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 C4芳构化工段下图是由Aspen Plus软件模拟得出的C4芳构化工段物料衡算图：图 1.1 C4芳构化工段物料衡算图表 1.1 C4芳构化工段物料衡算表进口出口C4-1C4-2T101-DT102-DT102-OUTT102-W温度 25.00 25.00 -26.71 79.40 113.23 150.56 压力(bar)5.00 5.00 4.80 1.00 1.09 1.20 气相分率0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 摩尔流量（kmol/hr）439.99 924.72 1885.11 161.74 233.38 125.94 质量流量(kg/hr)25000.00 52010.45 29111.31 12637.44 21510.34 13748.86 体积流量 cum/hr41.22 84.10 7904.20 15.02 27.50 18.74 焓 Gcal/hr-8.91 -8.76 -18.52 2.21 1.52 -0.19 质量流量(kg/hr)甲苯0.00 0.00 0.00 22.94 21391.89 54.75 甲醇0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 间二甲苯0.00 0.00 0.00 0.00 19.39 2290.91 邻二甲苯0.00 0.00 0.00 0.00 4.12 2460.22 对二甲苯0.00 0.00 0.00 0.00 59.70 5330.99 乙苯0.00 0.00 0.00 0.00 7.48 300.55 苯0.00 0.00 155.38 12614.50 27.76 0.00 水0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 均三甲苯0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 3311.44 氢气0.00 0.00 2079.28 0.00 0.00 0.00 乙烯0.00 0.00 231.03 0.00 0.00 0.00 丙烯0.00 0.00 539.07 0.00 0.00 0.00 甲烷0.00 0.00 4697.64 0.00 0.00 0.00 乙烷0.00 0.00 6160.84 0.00 0.00 0.00 丙烷249.99 0.00 12860.75 0.00 0.00 0.00 正丁烯3301.30 14108.01 154.02 0.00 0.00 0.00 顺-2-丁烯2874.58 4985.33 0.00 0.00 0.00 0.00 反-2丁烯3124.56 6116.03 0.00 0.00 0.00 0.00 异丁烯4449.48 23140.71 154.02 0.00 0.00 0.00 正丁烷2624.59 2901.67 539.07 0.00 0.00 0.00 异丁烷8374.00 758.70 1540.21 0.00 0.00 0.00 1,3-丁二烯1.50 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 对二甲苯晶体0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 质量分率甲苯0.00 0.00 0.00 0.00 0.99 0.00 甲醇0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 间二甲苯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.17 邻二甲苯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.18 对二甲苯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.39 乙苯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 苯0.00 0.00 0.01 1.00 0.00 0.00 水0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 均三甲苯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.24 氢气0.00 0.00 0.07 0.00 0.00 0.00 乙烯0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.00 丙烯0.00 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 甲烷0.00 0.00 0.16 0.00 0.00 0.00 乙烷0.00 0.00 0.21 0.00 0.00 0.00 丙烷0.01 0.00 0.44 0.00 0.00 0.00 正丁烯0.13 0.27 0.01 0.00 0.00 0.00 顺-2-丁烯0.11 0.10 0.00 0.00 0.00 0.00 反-2丁烯0.12 0.12 0.00 0.00 0.00 0.00 异丁烯0.18 0.44 0.01 0.00 0.00 0.00 正丁烷0.10 0.06 0.02 0.00 0.00 0.00 异丁烷0.33 0.01 0.05 0.00 0.00 0.00 1,3-丁二烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 对二甲苯晶体0.00 0.00 0.00 0.00 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 苯甲醇反应工段物料衡算下图是由Aspen Plus软件模拟得出的苯甲醇反应工段物料衡算图：图1.2 苯甲醇反应工段物料衡算图表1.2苯甲醇反应工段物料流股衡算表进口出口T102-WT102-DCH3OH-2R-CH3OHR-BZV201-VV201-WT201-VT201-DT202-DT202-W温度 150.56 79.40 25.00 56.37 36.28 25.00 25.00 47.98 47.98 138.84 172.95 压力(bar)1.20 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.25 气相分率0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 摩尔流量（kmol/hr）125.94 161.74 115.00 223.47 192.69 36.21 325.38 11.12 297.89 151.36 37.06 质量流量(kg/hr)13748.86 12637.44 3656.38 7214.67 14509.84 1387.44 5863.45 530.73 23472.22 16059.27 4454.07 体积流量 cum/hr18.74 15.02 5.43 11.12 16.59 886.69 6.91 292.33 27.54 21.46 6.30 焓 Gcal/hr-0.19 2.21 -6.66 -12.61 1.91 0.28 -22.35 0.06 1.70 0.01 -0.25 质量流量(kg/hr)甲苯54.75 22.94 0.00 82.43 40.14 36.94 0.00 40.77 9022.94 74.55 0.00 甲醇0.00 0.00 3619.82 7068.22 25.40 0.23 3.52 0.22 7.88 0.00 0.00 间二甲苯2290.91 0.00 0.00 0.22 0.00 2.39 0.00 0.00 0.01 4267.93 0.31 邻二甲苯2460.22 0.00 0.00 0.55 0.00 0.84 0.00 0.00 0.00 3316.81 3.50 对二甲苯5330.99 0.00 0.00 5.92 0.00 1.32 0.00 0.00 0.01 6367.89 0.34 乙苯300.55 0.00 0.00 0.00 0.00 2.49 0.00 0.00 0.16 2019.22 0.03 苯0.00 12614.50 0.00 5.01 14077.44 192.50 0.02 183.29 13848.18 0.00 0.00 水0.00 0.00 36.56 20.32 77.83 17.69 5859.90 13.95 260.01 0.00 0.00 均三甲苯3311.44 0.00 0.00 0.00 0.00 0.42 0.00 0.00 0.00 12.87 4449.89 氢气0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 乙烯0.00 0.00 0.00 1.31 12.00 455.10 0.01 52.41 14.20 0.00 0.00 丙烯0.00 0.00 0.00 23.69 262.99 672.22 0.00 237.01 306.15 0.00 0.00 甲烷0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 乙烷0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 丙烷0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 正丁烯0.00 0.00 0.00 4.46 8.33 3.36 0.00 1.92 7.51 0.00 0.00 顺-2-丁烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 反-2丁烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 异丁烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 正丁烷0.00 0.00 0.00 2.53 5.70 1.93 0.00 1.15 5.16 0.00 0.00 异丁烷0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1,3-丁二烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 对二甲苯晶体0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 质量分率甲苯0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.03 0.00 0.08 0.38 0.00 0.00 甲醇0.00 0.00 0.99 0.98 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 间二甲苯0.17 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.27 0.00 邻二甲苯0.18 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.21 0.00 对二甲苯0.39 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.40 0.00 乙苯0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.13 0.00 苯0.00 1.00 0.00 0.00 0.97 0.14 0.00 0.35 0.59 0.00 0.00 水0.00 0.00 0.01 0.00 0.01 0.01 1.00 0.03 0.01 0.00 0.00 均三甲苯0.24 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 氢气0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 乙烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.33 0.00 0.10 0.00 0.00 0.00 丙烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.48 0.00 0.45 0.01 0.00 0.00 甲烷0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 乙烷0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 丙烷0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 正丁烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 顺-2-丁烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 反-2丁烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 异丁烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 正丁烷0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 异丁烷0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1,3-丁二烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 对二甲苯晶体0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 对二甲苯晶体0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 表1.2可以看出，进、出物料的总体质量保持平衡。1.3.3 甲苯甲醇反应工段物料衡算下图是由Aspen Plus软件模拟得出的甲苯甲醇反应工段物料衡算图：图1.3甲苯甲醇反应工段物料衡算图表1.3甲苯甲醇反应工段物料衡算表 进口出口T102-OUTCH3OH-1R-TOLP403-OUTH2C9R304-H2T303-DV301-H2OV301-OUT温度 113.23 25.00 119.80 106.01 25.00 25.00 463.55 -38.77 25.00 25.00 压力(bar)1.09 4.00 4.00 4.00 4.00 7.80 3.18 1.00 1.00 1.00 气相分率0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.00 1.00 1.00 0.00 0.00 摩尔流量（kmol/hr）233.38 805.55 1371.76 2132.85 0.00 0.00 13.07 108.00 2916.69 1627.00 质量流量(kg/hr)21510.34 25612.10 126348.98 38448.39 0.00 0.09 26.34 3849.97 55495.18 152601.19 体积流量 cum/hr27.50 38.02 162.83 48.31 0.00 0.00 251.84 2065.96 57.65 176.62 焓 Gcal/hr1.52 -46.63 9.39 -143.09 0.00 0.00 0.04 0.44 -196.79 0.79 质量流量(kg/hr)甲苯21391.89 0.00 126076.77 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 75.54 117135.51 甲醇0.00 25355.98 0.00 56.15 0.00 0.00 0.00 0.00 6574.63 584.75 间二甲苯19.39 0.00 10.73 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.22 664.57 邻二甲苯4.12 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.55 638.24 对二甲苯59.70 0.00 0.61 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 5.92 31950.26 乙苯7.48 0.00 0.17 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 7.65 苯27.76 0.00 260.70 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.26 1536.05 水0.00 256.12 0.00 38392.25 0.00 0.00 0.00 0.00 48830.16 80.55 均三甲苯0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.09 0.00 0.03 0.00 0.09 氢气0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 26.34 0.00 0.00 0.00 乙烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1553.07 0.00 0.00 丙烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1261.61 0.01 0.01 甲烷0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 60.66 0.00 0.00 乙烷0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 29.01 0.00 0.00 丙烷0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 239.66 0.00 0.00 正丁烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 541.79 3.76 2.13 顺-2-丁烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 反-2丁烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 异丁烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 正丁烷0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 164.15 2.13 1.38 异丁烷0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1,3-丁二烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 对二甲苯晶体0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 质量分率甲苯0.99 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.77 甲醇0.00 0.99 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.12 0.00 间二甲苯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 邻二甲苯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 对二甲苯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.21 乙苯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 0.01 水0.00 0.01 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.88 0.00 均三甲苯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 氢气0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 乙烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.40 0.00 0.00 丙烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.33 0.00 0.00 甲烷0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.00 乙烷0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 丙烷0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.06 0.00 0.00 正丁烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.14 0.00 0.00 顺-2-丁烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 反-2丁烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 异丁烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 正丁烷0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.04 0.00 0.00 异丁烷0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1,3-丁二烯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 对二甲苯晶体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 集成分离工段物料衡算 下图是由 Aspen Plus 软件模拟得出的集成分离工段物料衡算图；图1.4 集成分离工段流股物料衡算图表1.4集成分离工段物料衡算表进口出口T201-DT501-DV301-H2OR-BZBZR-TOLR-CH3OHH2OP403-OUT温度 47.98 85.87 25.00 36.28 36.28 119.80 56.37 105.95 106.01 压力(bar)1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 4.00 1.00 1.20 4.00 气相分率0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 摩尔流量（kmol/hr）297.89 1313.48 2916.69 192.69 14.28 1371.76 223.47 593.01 2132.85 质量流量(kg/hr)23472.22 119320.02 55495.18 14509.84 1075.38 126348.98 7214.67 10690.17 38448.39 体积流量 cum/hr27.54 147.82 57.65 16.59 1.23 162.83 11.12 13.43 48.31 焓 Gcal/hr1.70 5.81 -196.79 1.91 0.14 9.39 -12.61 -39.79 -143.09 质量流量(kg/hr)甲苯9022.94 117103.83 75.54 40.14 2.97 126076.77 82.43 0.00 0.00 甲醇7.88 584.75 6574.63 25.40 1.88 0.00 7068.22 15.61 56.15 间二甲苯0.01 10.72 0.22 0.00 0.00 10.73 0.22 0.00 0.00 邻二甲苯0.00 0.00 0.55 0.00 0.00 0.00 0.55 0.00 0.00 对二甲苯0.01 0.60 5.92 0.00 0.00 0.61 5.92 0.00 0.00 乙苯0.16 0.00 0.00 0.00 0.00 0.17 0.00 0.00 0.00 苯13848.18 1536.05 2.26 14077.44 1043.33 260.70 5.01 0.00 0.00 水260.01 80.55 48830.16 77.83 5.77 0.00 20.32 10674.55 38392.25 均三甲苯0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 氢气0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 乙烯14.20 0.00 0.00 12.00 0.89 0.00 1.31 0.00 0.00 丙烯306.1