【文章內(nèi)容簡介】 N2，所以分子量取平均值，為 28 便于計(jì)算。 2. H2質(zhì)量百分比為 3179。 105數(shù)量級，故忽略計(jì)算。 經(jīng)核算： n 合成氣 =++=120 K mol/h M 合成氣 =117++= K mol/h 年產(chǎn) 3 萬噸丁醇丙烯凈化及羰基合成車間的初步設(shè)計(jì)方案 14 n 丙烯 =+= mol/h M 丙烯 =+= mol/h 如圖 21： 圖 22 物料平衡圖 熱量衡算 能量衡算的意義與作用 在化工生產(chǎn)過程中，各工序都要在嚴(yán)格控制的工藝下（如溫度、壓力、流量、濃度等）進(jìn)行。經(jīng)歷各種化學(xué)變化和物理變化，進(jìn)行著物質(zhì)的生產(chǎn)。在這過程中，各類化工單元操作，或者有動量的傳遞（如流量傳送）；或者有熱量的傳遞（如換熱設(shè)備 ）；或者有伴隨熱量的質(zhì)量傳遞（如精餾，吸收等）。若有化學(xué)反應(yīng)，則不僅兼有“三傳”（動量傳遞，熱量傳遞，質(zhì)量傳遞），還具有“一反”（化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱效應(yīng) — 吸收或放熱）。物質(zhì)在整個過程中發(fā)生質(zhì)量的傳遞和能量的變化。前者可從物料衡算中求得，后者則依據(jù)能量守衡定律，利用能量傳遞和轉(zhuǎn)化的規(guī)律，通過平衡計(jì)算求得，這樣的化工計(jì)算稱為能量衡算。 化工生產(chǎn)中，能量衡算概括起來應(yīng)用于以下幾個方面： (1) 確定效率 如流體輸運(yùn) 、攪拌、粉碎等單元操作中所需效率。 (2) 確定熱量或冷量 如蒸發(fā)、蒸餾、冷凝、冷卻、閃蒸等所需 要的熱量或冷量。 (3) 確定供熱效率或放熱效率 如化學(xué)反應(yīng)中，由于熱效應(yīng)（使體系的溫度上升或下降）需確定的熱量或冷量。 (4) 確定節(jié)能措施 為充分利用余熱，降低總能量消耗所采用的相應(yīng)措施。 由此可見，能量衡算作為化工計(jì)算的一部分是非常重要的，所以我們必須對能量衡算進(jìn)行認(rèn)真嚴(yán)格的計(jì)算。 羰基 合成 裝置 合成氣 K mol/h 正丁醛 K mol/h 異丁醛 K mol/h 丙烯 K mol/h C3H8 K mol/h H2 K mol/h 雜質(zhì) K mol/h 年產(chǎn) 3 萬噸丁醇丙烯凈化及羰基合成車間的初步設(shè)計(jì)方案 15 熱量衡算及所需媒質(zhì)的量 熱平衡式： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6； （ 21） 式中 Q1—處理物料時(shí)需要的熱量 kJ； Q2—加熱劑或冷 卻劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量（符號規(guī)定加熱劑加 入熱量為“＋”，冷卻劑吸收熱量為“－” ） kJ； Q3— 過程的熱效應(yīng)（符號規(guī)定放熱為“＋”，過程吸熱為“－”， 注意 ： Q 與熱焓符號相反，即 Q=－ ? H。如過程放熱則 ? H 為“－”，則 Q 為“＋” ）kJ； Q4—離開設(shè)備物料帶出的熱量 kJ； Q5—設(shè)備各部件所消耗的熱量 kJ； Q6—設(shè)備向四周散失的熱量，又稱熱損失 kJ。 物料表 表 24 反應(yīng)器進(jìn)口物料表 反應(yīng)器進(jìn)口 物質(zhì) C3H6 H2 CO C3H8 雜質(zhì) K mol/h % mol 表 25 反應(yīng)器出口物料表 反應(yīng)器出口 物質(zhì) nBal iBal C3H8 H2 雜質(zhì) K mol/h % mol 生成熱和燃燒熱 表 26 生成熱和燃燒熱表 1 atm,25℃下 生成熱 Δ H/ Kcal/mol 1 atm,25℃下 燃燒熱 Δ H/ Kcal/mol CO,g iBal,g H2,g H2,g nBal,g CO,g C3H8 C3H6 C3H6 年產(chǎn) 3 萬噸丁醇丙烯凈化及羰基合成車間的初步設(shè)計(jì)方案 16 臨界溫度，臨界壓力 表 27 臨界溫度和臨界壓力表 臨界溫度 tc/℃ 臨界壓力 pc/atm CO H2 C3H6 nBal 253 C3H8 各鍵的Δ T、Δ P 表 28 各鍵的Δ T和Δ P表 Δ T Δ P CHO CH CH3 氣體熱容 Cp176。 表 29 氣體熱容 Cp176。 a b179。 103 c179。 106 CO H2 C3H6 C3H8 熱量計(jì)算 據(jù)物料衡算，凈化后合成氣設(shè)為 120K mol/h 進(jìn)入， H2:CO = :，由于凈化所除去的雜質(zhì)量過小，所以忽略不計(jì)。為了調(diào)節(jié) H2與 CO 的比 需加高純度氫氣，所以在計(jì)算中以 H2:CO = :1 為基準(zhǔn)。則： n H2= ?? = K mol/h 年產(chǎn) 3 萬噸丁醇丙烯凈化及羰基合成車間的初步設(shè)計(jì)方案 17 n H2= 1120 ?? = K mol/h 40℃， 下進(jìn)入系統(tǒng)。經(jīng)預(yù)加熱器 1519 加熱到 90℃，進(jìn)入 1120： 查表得： tc CO = ℃ , pc CO = atm = MPa tc H2 = ℃ , pc H2 = atm = MPa 求 Q CO： Q CO = n178。 Cp176。（ t2t1） [6] （ 22） （ 1） 求 CO 的 Cp Cp176。： Tr CO = T/Tc= 904021273 ? ?? ）（ = Pr CO =P/Pc= = 查表得 Cp Cp176。＝ K cal/(K mol178。 K)= K J/(K mol178。 K) （ 2）求 CO 的 Cp176。： Cp176。 = a + bT + cT2 （ 23） 表 210 CO的 a、 b、 c的值 a b179。 103 c179。 106 CO 40℃ Cp176。 =+179。 313/179。 3132/106 = K cal/(K mol178。 K) = KJ/(K mol178。 K) 90℃ Cp =+179。 363/179。 3632/106 = K cal/(K mol178。 K) = KJ/(K mol178。 K) 所以 =(Cp1+ Cp2)/2=1/2(+)=29 KJ/(K mol178。 K) 所以 Cp= Cp176。 += KJ/(K mol178。 K) 所以 Q CO= =179。 179。（ 9040） = KJ/(K mol178。 K) 同理求得 Q H2= KJ/h 所以 Q 總 = Q H2+Q CO=+= KJ/h=179。 106 KJ/h 1120 出來經(jīng)加熱器 1520 加熱到 180℃，進(jìn)入 1121 過程中物料由 90℃， —— → 180℃， ， H2:CO = :1 同理求得 Q CO= kJ/h Q H2= kJ/h Q 總 = Q H2+Q CO 年產(chǎn) 3 萬噸丁醇丙烯凈化及羰基合成車間的初步設(shè)計(jì)方案 18 =+ = kJ/h =179。 106 kJ/h 3. OXO 反應(yīng)器： 因?yàn)榉磻?yīng)溫度為 95℃，且已知 25℃下的反應(yīng)數(shù)據(jù)，所以假設(shè)如下熱力學(xué)途徑： 圖 22熱力學(xué)途徑 圖 23熱力學(xué)途徑 （ 1）Δ H1 求 ： CO 的 Cp Cp176。： Tr CO = T/Tc= 259521273 ? ?? ）（ = Pr CO = P/Pc= = 查圖得 Cp Cp176。＝ K cal/(kmol178。 K)=0. 460 kJ/(kmol178。 K) 求 ： CO 的 Cp176。： Cp176。 = a + bT + cT2 （ 24） 95℃ Cp176。 =+179。 368/179。 3682/106 = K cal/(kmol178。 K) = kJ/(kmol178。 K) 25℃ Cp176。 =+179。 298/179。 2982/106 = K cal/(kmol178。 K) = kJ/(kmol178。 K) 所以 =(Cp1+ Cp2)/2=1/2(+)= kJ/(kmol178。 K) 所以 Cp= += kJ/(kmol178。 K) 求 H2 的 Cp176。： Cp176。 = a + bT + cT2 （ 25） 95℃，反應(yīng)物料 25℃，反應(yīng)物料 25℃，反應(yīng)后物料 95℃，反應(yīng)后物料 Δ H1 Δ H3 Δ H2 Δ H 年產(chǎn) 3 萬噸丁醇丙烯凈化及羰基合成車間的初步設(shè)計(jì)方案 19 表 211 H2的 a、 b、 c的值 a b179。 103 c179。 106 H2 95℃ Cp176。 =+179。 368/179。 3682/106 = cal/(kmol178。 K) =(kmol178。 K) 25℃ Cp176。 =+179。 298/179。 2982/106 = K cal/(kmol178。 K) = kJ/(kmol178。 K) 所以 =(Cp1+ Cp2)/2=1/2(+)=(kmol178。 K) 求： H2的 Cp Cp176。： Tr CO = T/Tc= 259521273 ? ?? ）（ = Pr CO = P/Pc= = 查圖得 Cp Cp176。＝ K cal/(kmol178。 K)=0. 460 kJ/(kmol178。 K) 求： C3H6的 Cp176。： Tr CO = T/Tc= 259521273 ? ?? ）（ = Pr CO = P/Pc= = 查圖得 Cp Cp176。＝ 6 K cal/(kmol178。 K)= kJ/(kmol178。 K) Cp176。 = a + bT + cT2 （ 26） 表 212 求 Cp176。時(shí) a、 b、 c的值 a b179。 103 c179。 106 C3H6 95℃ Cp176。 =+179。 368/179。 3682/10 = K cal/(k mol178。 K) = kJ/(kmol178。 K) 25℃ Cp176。 =+179。 298/179。 2982/106 = K cal/(kmol178。 K) = kJ/(kmol178。 K) 所以 =(Cp1+ Cp2)/2=1/2(+)=(kmol178。 K) Cp=+=(kmol178。 K) 年產(chǎn) 3 萬噸丁醇丙烯凈化及羰基合成車間的初步設(shè)計(jì)方案 20 Δ H1 nBal =∑ n178。 178。 (T2T1) （ 27） =（ 179。 +179。 +179。 ）179。（ 2595） =Δ H1 iBal =∑ n178。 178。 (T2T1) （ 28） =（ 179。 +179。 +179。 ）179。（ 2595） =Δ H1 C3H8 =∑ n178。 178。 (T2T1) （ 29） =（ 179。 +179。 ）179。（ 2995） = kJ/h (2)反應(yīng)熱 Δ