30万吨每年直馏柴油醇氨法化学精制装置工艺设计说明书(4)

广东石油化工学院本科毕业设计：30万吨/年直馏柴油醇氨法化学精制装置工艺设计 第三章 物料衡算

3.1 物料衡算概述

3.1.1 衡算基准

本工艺是年产30万吨直馏柴油的生产，设定年生产天数330天，每天生产24小时。则每小时生产能力为：30×104×1000/(330×24)=37.88×103 kg/h。以此作为物料衡算基准。

3.1.2 物料流程图

本工艺物料流程图见下图，依据衡算基准对物料流程图中的各股物料进行衡算。

图3-1 工艺物料和物流流程图

3.2 全装置的物料平衡

本装置的工艺为直馏柴油脱酸精制，进料为直馏柴油，产品为精制柴油与环烷酸。示意图如下：

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第三章 物料衡算 图3-1 全装置物料衡算示意图

3.2.1 直馏柴油进料量

按照衡算基准，本装置直馏柴油进料的质量流量为：37878.79 kg/h；体积流量为： 37878.79 kg/h÷851.1 kg/m3=44.51 m3/h。

3.2.2 粗环烷酸出料量

因环烷酸为一元酸，其在柴油中的物质的量浓度与酸度等价，由直馏柴油酸度：210 mgKOH/100mL=3.74 mmolKOH/100mL可换算得柴油中的环烷酸的物质的量浓度为：37.4 mol/m3。

查文献得知酸度为210 mgKOH/100mL的柴油,其环烷酸的平均相对分子量为226 g/mol。

故直馏柴油中环烷酸的含量为：

44.51 m3/h×37.4 mol/m3×226 g/mol×10-3=376.45 kg/h

根据反应RCOOH + NH3—— RCOONH4；查文献知其在静态混合反应器中的转化率能达到98%。RCOONH4——RCOOH + NH3在120℃下转化率能达到88%。出料中环烷酸含量为376.45 kg/h×98%×88%=324.65 kg/h，未分解的环烷酸铵的量为： n（未分解的环烷酸铵）×M（环烷酸铵）

=376.45 kg/h×98%×12%÷226 g/mol×242 g/mol=47.40 kg/h。

则粗环烷酸出料量为：324.65+47.40=372.05 kg/h。换算成年产量为：2946.65 t/a。 粗环烷酸的纯度为：324.65÷372.05×100%=87.26%。

3.2.3 精制柴油出料量

根据物料平衡关系式：直馏柴油=精制柴油+环烷酸。

因脱酸反应转化率为98%，故直馏柴油出料量为：37.88×103 kg/h－（376.45 kg/h×98%）=37509.87 kg/h。换算成年产量为：297078.18 t/a。

精制柴油中酸度为：210 mgKOH/100mL×（1-98%）=4.2 mgKOH/100mL。

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广东石油化工学院本科毕业设计：30万吨/年直馏柴油醇氨法化学精制装置工艺设计 3.2.4 乙二醇进料量

(1)乙二醇循环量：

按照剂油比（乙二醇/直馏柴油）为0.5，可以算出乙二醇用量为： 37.88×103 kg/h×0.5=18939.39 kg/h。

(2)乙二醇进料量：因为在生产过程中乙二醇溶剂中会杂质的浓度会不断积累增加，故需要适量排放一些乙二醇，补充进新的乙二醇，以及会有部分的损失，按照经验取其量为0.1%，即18939.39 kg/h×0.1%=18.94 kg/h，换算成年产量为：150 t/a。

3.2.5 液氨进料量

(1)理论需氨量的计算：柴油中的环烷酸等酸性物质为限制反应物，氨气（NH3）为过量反应物。柴油酸值由210 mgKOH/100ml降到0。由直馏柴油酸度：

210mgKOH/100mL=3.74 mmolKOH/100mL知道每100 mL柴油需要3.74 mmol氨，则理论需氨量为：

3.74 mmol/100mL×10×44.51 m3/h×17.03 g/mol×10-3=28.37 kg/h (2)实际氨用量：按氨过量15倍计算，实际氨用量为425.50 kg/h

(3)液氨进料量：由于部分未分解的环烷酸铵带走了部分的氨，加上在生产过程中氨易逸出，其损失按经验取1%。则液氨进料量为：

376.45 kg/h×98%×12%÷226 g/mol×17.03 g/mol+425.50 kg/h×1%=7.59 kg/h，换算成年进料量为：60.12 t/a。其中液氨损失量为：4.255 kg/h。

3.2.6 全装置物料衡算

全装置的物料衡算见下表：

表 3-1 全装置物料衡算表

进料 直馏柴油 乙二醇 氨 合计

数值kg/h 37878.79 18.94 7.59 37905.31

出料 精制柴油 粗环烷酸

数值kg/h 37509.87 372.05 37881.92

损失 乙二醇 氨

数值kg/h 18.94 4.255 23.195

出料+损失=37881.92+23.195=37905.31=进料量，故全装置物料衡算平衡。

3.3各装置的物料衡算结果汇总

组分 物流 直馏柴油 乙二醇 1 37878.79 —— 2 —— 18939.40 3 —— 18939.40 12

4 —— —— 5 —— 18939.40 6 —— —— 7 —— 18939.40

第三章 物料衡算

氨气 环烷酸铵 精制柴油 环烷酸 氮气 总计 温度/℃ 压力/MPa 组分 物流 直馏柴油 乙二醇 氨气 环烷酸铵 精制柴油 环烷酸 氮气 总计 温度/℃ 压力/MPa 组分 物流 直馏柴油 乙二醇 氨气 环烷酸铵 精制柴油 环烷酸 氮气 总计 温度/℃ 压力/MPa —— 425.50 397.70 396.79 37502.27 7.53 —— 57243.69 25.50 0.20 10 —— —— 35.79 —— —— —— 1074.59 1110.38 80.00 0.10 17 —— —— —— —— —— —— 1347.02 1347.02 25.00 0.20 39.77 —— —— —— —— 39.77 25.50 0.10 11 —— 18939.40 —— —— —— 368.99 —— 19308.38 122.10 0.20 18 —— 18847.15 385.73 —— —— —— —— 19232.88 25.00 0.15 357.93 35.79 322.13

—— —— —— —— —— —— —— —— 37970.68 19364.895 25.00 25.00 0.30 0.30 8 —— —— 0.00 —— 37502.27 7.53 —— 37509.81 80.50 0.20 15 —— 18847.15 —— —— —— —— —— 18847.15 50.00 0.20 9 —— —— —— —— —— —— 1074.59 1074.59 120.00 0.20 16 —— 92.25 —— —— —— 368.99 —— 461.23 50.00 0.15 396.79 —— 37502.27 37502.27 7.53 7.53

396.79

—— ——

—— —— —— 57203.92 37545.60 19658.32 25.50 25.50 25.50 0.20 0.15 0.20 11 —— —— —— —— —— —— 272.43 272.43 150.00 0.20 19 —— —— —— —— —— —— 257.90 257.90 25.00 0.20 13 —— —— 349.94 —— —— —— 272.43 622.37 120.00 0.10 19 —— —— —— —— —— —— 257.90 257.90 25.00 0.20 14 —— —— 385.73 —— —— —— 1347.02 1732.75 98.80 0.10

表 3-2各装置物料衡算结果汇

物流中各组分质量流量单位为kg/h。

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广东石油化工学院本科毕业设计：30万吨/年直馏柴油醇氨法化学精制装置工艺设计 第四章 能量衡算

4.1 计算依据及基准

（1）计算依据：

化学热量衡算一般方程式：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 其中：Q1--所处理的物料带入设备的热量；

Q2 --换热剂与设备和物料传递的热量（符号规定加热剂加入热量为“+”，冷却剂吸收热量为“－”）

Q3--化学过程的反应热与伴随的溶解或蒸发等物理过程所放出或吸入的热量 （符号规定过程放热为“+”，过程吸热为“－”）；

Q4--离开设备物料带走的热量；

Q5--消耗于设备中对各个部分（釜身、封头、釜底等）加热的热量； Q6--设备向周围散失的热量，又称热损失。 （2）计算基准：以25℃为基准。

4.2 静态混合反应器

根据热量衡算方程式，因为生产过程是连续操作，故设Q2，Q5，Q6为0，因为进料温度为25℃（基准），故Q1=0，因此Q3=Q4。

静态混合反应器中发生反应：RCOOH + NH3——RCOONH4，转化率98%；根据各物质的燃烧热算得其反应热为-40.7kJ/mol，根据前面物料衡算结果，可知其反应的

28.37?1000?98%?-67806.2kJ。(其中28.37为参加反应的氨气摩尔数，故Q3?-40.7?17.03的质量)

?t?25）设反应器出料温度为t℃，则Q4?Cp?m（

查的故物质在25℃时的热容Cp如下：

表4-1 各物质在25℃时的热容Cp

物质 柴油 乙二醇 氨

质量流量/kg/h 37878.79 18939.4 385.73

比热容Cp/kJ/(kg·℃)

2.5 2.3 2.0643

因为Q3=Q4，故可以算得t=25.5℃。即出料温度为25.5℃。

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