聚酯物料平衡和熱量計算

聚酯物料平衡和熱量計算一物料平衡基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和計算依據(jù)日產(chǎn)負(fù)荷：960T/D,時產(chǎn)負(fù)荷40000Kg/h；基片特性粘度：n=0.6050dl/g；端羧基Av=27.5mol/t；終縮聚117-R01溫度：284°C；預(yù)聚物115-R01出口：n=0.275dl/g；端羧基Av=72.5mol/t；115-R01溫度：275C；113-R01出口齊聚物：酸值A(chǔ)N=21.5mg(KOH)/g；溫度：267.5C；012-R01出口齊聚物：酸值A(chǔ)N=57mg(KOH)/g；溫度：267.3C；酸值與端羧基換算公式：AN=0.056107XAv；聚合度計算公式Pn=187.96Xn1.46-0.32；PTA相對分子質(zhì)量：166；EG相對分子質(zhì)量62；PET大分子內(nèi)單鏈相對分子質(zhì)量：192；投料比例：EG:PTA=1.2摩爾比)；012-RO1酯化率為es=90%；1/213-R01酯化率為97%;酯化率計算公式：es=100-(OH%)n/Pn末端為羧基的齊聚物的相對分子質(zhì)量：M(WCOOH)n=192.17X(Pn-1)+166.14末端為羥基的齊聚物的相對分子質(zhì)量： M(WOH)n=192.17X(Pn-1)+254.24末端為羥基的齊聚物占總量的百分比：(OH%)=2X108102xMWCOOH)*XA%)n2X106+MWOH)nMWCOOH)n)XAvn)末端為羧基的齊聚物占總量的百分比：(COOH%)n=100-(0H%)n計算忽略內(nèi)容：不考慮副反應(yīng)；不考慮添加劑反應(yīng)和質(zhì)量；縮聚階段不考慮霧沫夾帶；全程物料無損失；反應(yīng)中生成的水全部蒸發(fā)?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式酯化反應(yīng)：HOOCCH<OOH+2HOCHCHOHU2HO+HOCHCHOOCH<OOCHCHOH66222226622縮聚反應(yīng)：nHOCHCHOOCHCOOCHCHOH^226622HO-[CHCHOOCHCOO]-CHCHOH+(n-1)HOCHCHOH2266n2222酯化和縮聚合并反應(yīng)方程式：nHOOCCHCOOH+(n+1)HOCHCHOH^6622HO-[CHCHOOCHCOO]-CHCHOH+2nHO2266n222計算過程計算基礎(chǔ)切片聚合度為90，根據(jù)PET分子式單鏈相對分子質(zhì)量為192,計算出PET大分子的分子量約為Mn=17280。目前日產(chǎn)960T/D,計算終縮聚反應(yīng)釜的出料負(fù)荷F=40000Kg/h,則進料PTA質(zhì)量流量MPTA二EX90X166~34528Kg/h；進料PTA摩爾流量MQPTA=208Kmol/h。PTAMnQPTA根據(jù)EG:PTA=1.2摩爾比)計算EG進料質(zhì)量流量為：Meg=1?2x208X60=15475.2Kg/h。3.1012-R01酯化反應(yīng)釜物料平衡計算按照012-RO1酯化率eS]達(dá)到90%計算得：參加反應(yīng)的PTA量為：皿戸丁人j^=MptaX0.9=31075.2Kg/h；M=MX0.1=3452.8Kg/h；PTA岀1PTA D，則反應(yīng)生成水的質(zhì)量：M產(chǎn)Mpta戶166X18X2=6739.2Kg/h；水1 PTA反1參照現(xiàn)有幾個酯化生成工藝，發(fā)現(xiàn)上升蒸汽中EG含量在50-63%（重量百分比），取50%計算得：MEG1=M1=6739.2Kg/h；EG蒸1水1為平衡反應(yīng)釜液位，蒸岀的EG全部回流至反應(yīng)釜中，即MEGEG回1=Meg蒸1=6739?2Kg/h；根據(jù)經(jīng)驗值一酯岀口齊聚物的聚合度一般為3-4，取4計算，根據(jù)酯化反應(yīng)和縮聚反應(yīng)合并的化學(xué)方程式得參加反應(yīng)的EG:PTA=5:4（摩爾比），則：TOC\o"1-5"\h\zM LM二PTA反1X5X62=14508Kg/h；EG反1 166 4MEG1=MEG-MEG1=967.2Kg/h；EG岀1EG EG反1M=M+M-M=38844Kg/h；齊1EG反1PTA反1水1 &/012-R01的進料為：Meg+Mpta+Meg產(chǎn)56742.4Kg/h；EGPTAEG回1012-R01的出料為:Megj+Mpta“+M“+Meg“+M“=56742.4Kg/h；EG岀1 PTA岀1 齊1 EG蒸1 水13?2113-R01和213-R01的物料平衡計算按照113/213-RO1酯化率es2達(dá)到97%,以及二酯出料平均聚合度為5計算：參加反應(yīng)的PTA質(zhì)量：MPTA反2二MptaX（es2—eS］）=2416.96Kg/h；反應(yīng)生成水的質(zhì)量：M尸Mpta戶166X18X2=524.16Kg/h；水2 P|A反2因二酯壓力較低，取混合蒸汽中EG質(zhì)量比為55%計算：M=M戶0.45x0.55=640.64Kg/h;EG蒸2 水2為平衡反應(yīng)釜液位，蒸出的EG全部回流至反應(yīng)釜中，即MEGEG回2=MEG2=640.64Kg/h；2EG蒸2MPTA岀2=MPTA-MPTA反1-MPTA反2=1035'84Kg/h；根據(jù)二酯反應(yīng)釜出料聚合度為5，以及反應(yīng)方程式計算全部參與反應(yīng)的EG與PTA的摩爾比為6:5,貝lj：TOC\o"1-5"\h\zM +M 廠M二 __pta反2x6X62=15010.944Kg/h;EG反2 166 5MEG2=MEG-MEG2=464.256Kg/h;EG岀2EGEG反2M=M+M+M-M-M=41239.744Kg/h；齊2EG反2 PTA反2 PTA反1 水2 水1 &/113/213-RO1的進料:Megj+Mpta“+M“+Meg2=43904.64Kg/h;EG岀1 PTA岀1 齊1 EG回2113/213-RO1的出料：Meg2+Mpta2+M2+Meg2+M2=43904.64EG岀2 PTA岀2 齊2 EG蒸2 水2Kg/h;3?3115-R01和215-R01的物料平衡計算根據(jù)齊聚物的分析數(shù)據(jù)以及計算公式計算得岀：115/215-R01的岀料平均聚合度：Pn=28；由酯化率es計算公式計算得：齊聚物的酯化率es3=99.3%；則在預(yù)縮聚反應(yīng)釜中參加反應(yīng)的PTA質(zhì)量：MPTA反3=MptaX（es3—es2）=794-144Kg/h；MPTA岀3=MPTA岀2-MPTA反3=241-696Kg/h；貝生成的水量為：M水3=MPTA反3^166X18X2=172-224Kg/h；根據(jù)預(yù)縮聚反應(yīng)釜岀料聚合度為28,以及反應(yīng)方程式計算全部參與反應(yīng)的EG與PTA的摩爾比為29:28，貝U：M 二Mpta反1+MpTA反2+MpTA反3X29X62=13263.07Kg/h;EG反3 166 28則在預(yù)縮聚反應(yīng)釜中生成的EG量為：M=M-M=1747.874Kg/h;EG生3EG反2 EG反3 &/'由于預(yù)縮聚反應(yīng)釜中為負(fù)壓，生成的水和EG全部蒸發(fā)：Meg蒸3=Meg生3+Meg岀2=2212-13Kg/h；在預(yù)縮聚反應(yīng)釜中生成的齊聚物的量為：M=M+M+M+M-M-M-M=40113.79齊3EG反3PTA反3PTA反2PTA反1水3水2水1Kg/h；115/215-R01的進料：Meg2+Mpta2+M2=42739.84Kg/h；EG岀2PTA岀2 齊2115/215-R01的出料:Mpta3+M3+Meg3+M3=42739.84Kg/h;PTA岀3齊3EG蒸3水3 '3.4117-R01和217-R01的物料平衡計算根據(jù)基礎(chǔ)切片的分析數(shù)據(jù)以及計算公式計算得岀：117/217-R01的出料平均聚合度：Pn=90；終縮聚岀料酯化率按照100%計算，PTA全部反應(yīng)，則在終縮聚反應(yīng)的PTA質(zhì)量為：Mpta反4=Mpta岀3=241?696Kg/h；依據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式計算得：M =208X2!X62=13039.29Kg/h;EG反4 90終縮聚反應(yīng)釜中蒸發(fā)的EG量：MEG蒸4=MEG生4=MEG反3-MEG反4=223?78Kg/h；則生成的水量為：M水4二Mpta反4一166X18X2=52.416Kg/h；終縮聚出齊聚物的量為：M=M +M +M+M +M -M-M-M-M齊4 EG反4 PTA反3 PTA反3PTA反2 PTA反1 水4 水3 水2=40079.29Kg/h；水1115/215-R01的進料：M^a+M=40355.486Kg/h;PTA出3 齊3115/215-R01的出料：M+M+M=40355.486Kg/h;齊4EG蒸4水4SSP物料衡算根據(jù)成品切片粘度0.8200計算，成品切片聚合度Pn=140；在固相增粘階段只發(fā)生縮聚反應(yīng)，則依據(jù)反應(yīng)方程式計算：Meg5=208X141X62=12988.11Kg/h；EG反5 140則在反應(yīng)中生成的EG為：M=M-M =51.18Kg/hSSP進料為MSSP=M4=40079.29Kg/h；SSP進齊4SSP出料為Mssp=M4-Meg5=40028.11Kg/h。SSP出齊4EG生5013-C01系統(tǒng)物料衡算按照熱媒站汽提塔廢水COD為30000mmg/l計算，且廢水中有機物均為乙二醇：廢水中乙二醇含量為30Kg/T。進料：012-R01工藝蒸汽量：Ml二M+M=13478.4Kg/hTOC\o"1-5"\h\zEG蒸1 水1113、213-R01工藝蒸汽量：M2二M +M=1164.8Kg/hEG蒸2 水2013-T02低點槽進液：M3=MEG3+M 3+MEG4+MEG蒸3 水3EG蒸4 水4=2660.55Kg/h013-T01凝液回流噴淋量（流量計讀數(shù)）：M4=6450Kg/h出料：012-R01乙二醇回流：M1二Me「—=6739.2Kg/hEG蒸1113、213-R01乙二醇回流：M2二Me「2=640.64Kg/hEG蒸2塔頂蒸汽外送量（流量計讀數(shù)）：M3=13450Kg/h，其中外排M=7000Kg/h;則隨蒸汽外排的EG量為：M5=7X30=210Kg/h工藝塔進回用乙二醇槽：M4=MEG3+MEG4-M5=2225.91Kg/hEG蒸3 EG蒸43.7017-E05乙二醇蒸發(fā)器物料衡算進料：M=5000Kg/hEG出料：MEG=5000Kg/hEG蒸 —二熱量計算1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和計算依據(jù)酯化反應(yīng)熱：AH=62.97-0.1148Xt（°C）Kj/mol；酯縮聚反應(yīng)熱：AH=-8.36Kj/mol；縮熱容表：物料名稱齊聚物EG(L)水（L）EG(G)水（G）CPX4.18J/gC0.47--0.490.651.00.490.46PTA在267.5C時的焓，H267.5^450KJ/Kg；H20^0.174KJ/Kg；PTA的溶解熱qsW43Kj/mol；在012-R01、113/213-R01中水的汽化熱：AH =40.8Kj/mol；AH”水氣 EG氣=711Kj/Kg；在115/215-R01、117/217-R01中水的汽化熱：△H=386X4.18j/g；AH”=159X4.18j/g；水氣EG氣計算忽略內(nèi)容：反應(yīng)釜中生成的水全部蒸發(fā)；齊聚物中不存在水分、游離態(tài)的EG等；酯化反應(yīng)釜的攪拌熱忽略。2計算過程2.1012-R01酯化反應(yīng)釜熱量計算酯化反應(yīng)熱：AH=62.97-0.1148Xt(°C)Kj/mol=32.28Kj/mol酯則酯化反應(yīng)熱Q=187.2Kmol/hXAH=6.043X106Kj/h；酯酯酯化生成的BHET全部縮聚為聚合度為4的齊聚物，則縮聚反應(yīng)熱Q=187.2Kmol/hXAH=-1.565X106Kj/h；縮縮反應(yīng)熱Q1=Q+Q=4.478X106Kj/h；酯縮假設(shè)只有反應(yīng)部分的PTA溶解，qs取43Kj/mol，則PTA溶解熱Q2=187.2Kmol/hXqs=8.05X106Kj/h；蒸發(fā)熱：Q3=Q+Q=M XAH /62+M XAH/18=2.007X107Kj/h；水EG EG蒸1 EG氣 水1水氣設(shè)定PTA和漿料中的EG由常溫升到267.3攝氏度，溫升按245攝氏度計算；EG的沸點197度計算，回用EG進料溫度160攝氏度,則回用EG液態(tài)溫升37攝氏度，氣態(tài)溫升為70攝氏度，則溫升需要的熱量：Q4=Qpta+Qeg=MptaXAHpta+MegXAClXATl+Meg回XAClXATl+Meg回XACQXATQ=2.747X107Kj/h；則012-R01總的需熱量Q=Q1+Q2+Q3+Q4=6.0068X107Kj/h；2?2113-R01和213-R01的熱量計算酯化反應(yīng)熱：AH=62.97-0.1148Xt(°C)Kj/mol=32.26Kj/mol酯則酯化反應(yīng)熱Q=14.56Kmol/hXAH=2.775X10sKj/h；酯酯縮聚反應(yīng)熱忽略；反應(yīng)熱Q1=Q=2.775X105Kj/h；酯蒸發(fā)熱：Q2=Q+Q=M XAH/62+MXAH/18=1.643X106Kj/h；水EGEG蒸2 EG氣' 水2 水氣' J齊聚物(含未反應(yīng)的PTA)由267.3攝氏度升溫到267.5攝氏度，溫升按0.2攝氏度計算；EG的沸點197度計算，回用EG進料溫度160攝氏度，則回用EG液態(tài)溫升37攝氏度，氣態(tài)溫升為70攝氏度，則溫升需要的熱量：Q3=Q+QEG=MXAC+MEG2XACLXATL+MEGXACLXATL+MEG齊EG齊齊EG出2 LLEG回LLEG回XACQXATQ=1.727X105Kj/h；則113-R01和213-R01總的需熱量Q=Q1+Q2+Q3=2.093X106Kj/h；2?3115-R01和215-R01的熱量計算酯化反應(yīng)熱：AH=62.97-0.1148Xt(C)Kj/mol=31.4Kj/mol酯則酯化反應(yīng)熱Q=4.784Kmol/hXAH=1.502X105Kj/h；

酯酯由聚合度5縮聚為聚合度28的縮聚反應(yīng)熱：Q=208Kmol/hX(丄_丄)XAH=-2.857X105Kj/h；縮 5 28 縮反應(yīng)熱Q1=Q+Q=-1.355X105Kj/h；酯縮蒸發(fā)熱：Q2=Q+Qc=M /△H”/62+M3XAH/18=1.748X106Kj/h；水EG EG蒸3 EG氣 水3 水氣' J齊聚物由267.5攝氏度升溫到275攝氏度，齊聚物中的PTA等忽略，則溫升需要的熱量：Q3=Q=MXACXAT=6.297X10sKj/h；齊進 齊115-R01和215-R01總的需熱量為：Q二Q1+Q2+Q3=2.242X106預(yù)Kj/h；2.4117-R01和217-R01的熱量計算酯化反應(yīng)熱：AH=62.97-0.1148Xt(°C)Kj/mol=30.37Kj/mol酯則酯化反應(yīng)熱Q=1.456Kmol/hXAH=4.42X104Kj/h；酯酯由聚合度28縮聚為聚合度90的縮聚反應(yīng)熱：Q=208Kmol/hX(丄一丄)XAH=-4.28X104Kj/h；縮 28 90 縮反應(yīng)熱Q1=Q+Q=1.4X103Kj/h；酯縮蒸發(fā)熱：Q2=Q+0,=M /62+M”XAH/18=2.333X105Kj/h；水EG EG蒸4 EG氣 水4 水氣 J齊聚物由275攝氏度升溫到284攝氏度，齊聚物中的PTA等忽略,則溫升需要的熱量：Q3=Q=MXACXAT=7.135X105Kj/h；齊進 齊反應(yīng)釜攪拌電機實測電流平均80A,功率因數(shù)取0.9，則單臺實際輸出功率為：P=V3Ulcos0=47KW,攪拌器共計四臺，傳動效率取0.8計算則實際作用到預(yù)聚物的功率為P=47X4X0.8=150KW,根據(jù)攪拌熱計算公式：Q=-PX860kcal/kwhX4.18計算得攪拌熱Q4=-5.39X105Kj/h；

117-R01和217-R01總的需熱量為:Q二Q1+Q2+Q3+Q4=4.092X105終Kj/h；2.5SSP熱量計算SSP整個流程主要用熱是將切片溫度由常溫升到可以固相增粘的溫度，即由20°C升至210°C，齊聚物熱容即為切片熱容，計算溫升所需熱量為：Q固二MpetX4CX4T=40000X0.47X4.18X190=1.493X107Kj/h；2.6013-C01熱量計算工藝塔塔頂100C，塔底178C，凝液噴淋溫度60C，酯化反應(yīng)釜工藝蒸汽進塔溫度按照265C計算，低點槽溫度按照常溫計算，取30C。進塔EG蒸汽需要的熱量：q1=Qq+Q相+Ql=-(MeG蒸i+MeG蒸2)X0.49X4.18X68+-(MEG1+2)X0.49X4.18X68