初步设计说明书附录.doc

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2014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 1
1.1 物料衡算的意义 1
1.2 物料衡算遵循原则 1
1.3 物料衡算 2
1.3.1 C4芳构化工段 2
1.3.2 苯甲醇反应工段物料衡算 6
1.3.3 甲苯甲醇反应工段物料衡算 10
1.3.4 集成分离工段物料衡算 15
1.3.5 PX提纯工段物料衡算 19
1.3.6 全厂物料衡算 23
第二章 能量衡算说明书 30
2.1能量衡算的意义 30
2.2能量衡算原则 30
2.3能量衡算任务 31
2.4能量衡算 32
2.4.1 C4芳构化工段能量衡算 32
2.4.2 苯甲醇反应工段能量衡算 34
2.4.3 甲苯甲醇反应工段能量衡算 37
2.4.4 集成分离工段能量衡算 40
2.4.5 PX提纯工段能量衡算 42
2.4.6 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 65
4.1塔设备设计 65
4.1.1概述 65
4.1.2 甲醇回收塔的设计 65
4.2换热器选型说明 79
4.2.1概述 79
4.2.2选型范例 79
4.3 泵选型说明 86
4.3.1 概述 86
4.3.2 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

C4-1
C4-2
T101-D
T102-D
T102-OUT
T102-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/hr
41.22
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-W
T102-D
CH3OH-2
R-CH3OH
R-BZ
V201-V
V201-W
T201-V
T201-D
T202-D
T202-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/hr
18.74
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-OUT
CH3OH-1
R-TOL
P403-OUT
H2
C9
R304-H2
T303-D
V301-H2O
V301-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/hr
27.50
38.02
162.83
48.31
0.00
0.00
251.84
2065.96
57.65
176.62
焓 Gcal/hr
1.52
-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-D
T501-D
V301-H2O
R-BZ
BZ
R-TOL
R-CH3OH
H2O
P403-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/hr
27.54
147.82
57.65
16.59
1.23
162.83
11.12
13.43
48.31
焓 Gcal/hr
1.70
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