【文章內(nèi)容簡介】 驅動的單級葉輪離心壓縮機，可獲得 的壓差，蒸汽透平 P1303 用 蒸汽操作，排出蒸汽壓力為 。 工藝參數(shù) 丁辛醇生產(chǎn)的工藝參數(shù)如下表： 表 21 工藝參數(shù)表 序號 工藝參數(shù) 位號 單位 指標 1 界區(qū)丙烯壓力 FIC101 MPa 177。 2 丙烯壓力 PIC205 MPa 177。 3 OXO 反應溫度 TIC305/316 0C 87120 4 OXO 反應液位 LI306/307 % 803848 5 OXO 進料壓力 PIC301 MPa ＜ 6 OXO 系統(tǒng)壓力 PIC305 MPa 177。 7 OXO 氣相 CO 濃度 AR301/302 102 8 1105 液位 LIC403 % 60177。 5 物料衡算 物料衡算的意義和作用 物料衡算是化工計算中最基本，最重要的內(nèi)容之一，是進行化工計算的基礎。在化學工程中，為了導出某一過程的基本方程式和建立數(shù)學模型，設計或改造工藝流程和設備，了 解和控制生產(chǎn)操作流程，核算生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效益等都要驚醒物料衡算。物料衡算在生產(chǎn)和設計中都得到廣泛的應用 在工廠設計中，物料衡算是在工藝流程及工藝參數(shù)確定后即開始的一項化工計算工作。因此，設計工作從定性分析轉入定量計算。 物料衡算是通過每一道工序的物料變化情況進行平衡計算，從而得到在正常生產(chǎn)情況下各股物料的量。通過物料平衡在已知產(chǎn)品生產(chǎn)任務情況下算出所需要的原材料，生成的副產(chǎn)物及廢物等的生成量，或者在已知原料投放情況下，算出產(chǎn)品，副產(chǎn)物及廢物量。此外，通過物料衡算，不僅可以算出原材料消耗定額，并在此次基礎上作 出能量平衡，算出動量消耗和消耗定額。算出生產(chǎn)過程所需要熱量或冷量，同時為設備選型和計算提供依據(jù)。 物料衡算的結果直接關系到生產(chǎn)成本和車間運輸量，對工廠技術經(jīng)濟指標有舉足輕重的影響。 物料衡算的方法與步驟 1. 收集計算數(shù)據(jù) （ 1）原料、輔料、中間產(chǎn)品及產(chǎn)品的規(guī)格； （ 2）過程中單位時間內(nèi)的物流量； （ 3）有關消耗定額； （ 4）有關轉化率； （ 5）有關物理化學常數(shù)。如相對密度，相平衡常數(shù)等。 2 . 畫物料流程圖 3. 確定衡算范圍 4. 確定計算基準 . 物料衡算 本次設計為年 產(chǎn)丁辛醇 80 000 噸，其中辛醇 55 000 噸，正丁醇 25 000 噸，同時副產(chǎn)異丁醇 8000 噸。以每小時投料量作為計算基準。一年的工作日按 330天計算，每天工作 24 小時，設計中采用已知下列數(shù)據(jù)： 丙烯的摩爾質(zhì)量為 摩爾質(zhì)量為 2kg/ ，氫氣占%，雜質(zhì)（ CH4+N2+Ar）占 %。 由于合成氣凈化過程中雜質(zhì)為 106/mol 數(shù)量級，物料變化可以忽略不計，所以對合成氣凈化過程不進行物料衡算，直接對羰基合成反應進行物料衡算。 涉及到的反應有： CH2CH=CH2+CO+H2 090 ~110 .Rh TPPC MPa g???????? ， CH3CH2CH2CHO CH3CH=CH2+CO+H2 090 ~110 .Rh TPPC MPa g???????? ， （ CH3） 2CHCHO CH3CH=CH2+H2 ??? CH3CH2CH3 上述三個反應，正丁醛是目的產(chǎn)物，而異丁醛是副產(chǎn)物，在選擇的反應條件下，正丁醛 /異丁醛生成的比率為 10： 1。丙烯除了進行上述兩個反應外，還與氫氣發(fā)生加氫反應生成，丁醛 /丙烷的生成比率為 11： 。 物料計算：計算基準取 100Kmol/h 進口合成氣進入反應器。物料平衡圖如下： 圖 22 物料平衡圖 [3] 100Kmol/h 合成氣中含 CO= 49100 =49100? Kmol/h H2= =? Kmol/h 因為 H2過量，所以以 CO 為反應基準，需 C3H6 49 Kmol/h CO 的量 [4] 因為產(chǎn)物 n nbal: n ibal = 10:1 所以主反應消耗 CO 的量 = 1049 =? Kmol/h C3H6的量 = 1049 =? Kmol/h 生成 nbal 的 量 = 1049 =? Kmol/h 副反應消耗 CO 的量 = 149 =? Kmol/h C3H6的量 = 149 =? Kmol/h 生成 ibal 的量 = 149 =? Kmol/h H2的量 主反應消耗 H2 = 1049 =? Kmol/h OXO 羰基合成 丙烯 汽提塔 穩(wěn)定塔 穩(wěn)定 受槽 丙烯、丙烷、合成氣 排空 產(chǎn)品 溶解汽 燃料氣管網(wǎng) 收集槽收集槽 合成氣 收集槽 副反應消耗 H2 = 149 =? Kmol/h，因為 n nbal: n C3H8 = 11: , n ibal: n C3H8 = 11:， 所以反應生成 C3H8的量 = =? Kmol/h 所以三個反應共消耗 H2 = + 49 = Kmol/h 反應剩余的 H2 = – = Kmol/h 、副反應共消耗 C3H6 = + 49 = Kmol/h 因 為丙烯凈化后組成為 C3H695%，其余為 C3H8 所以丙烯用量為 247。 95% = Kmol/h 其中含 C3H8的量 = – = Kmol/h C3H8 = + = Kmol/h 、副產(chǎn)物的量 n nbal = Kmol/h， n ibal = Kmol/h， n C3H8 = Kmol/h， 表 22 反應器進口物料平衡表 組分 K mol/h %(mol) 分子量 Kg/h %(wt) C3H6 H2 2 CO 49 C3H8 雜質(zhì) 28 合計 100 100 表 23 反應器進口物料平衡表 組分 K mol/h %(mol) 分子量 Kg/h %(wt) nBal iBal C3H8 H2 2 忽略 雜質(zhì) 28 合計 100 100 其中： CH4+Ar+N2，所以分子量取平均值，為 28 便于計算。 2. H2質(zhì)量百分比為 3179。 105數(shù)量級，故忽略計算。 經(jīng)核算： n 合成 氣 =++49=100 K mol/h M 合成氣 =1008.++= K mol/h n 丙烯 =+= K mol/h M 丙烯 =+= K mol/h 如圖 23： 圖 23 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，各工序都要在嚴格控制的工藝下（如溫度、壓力、流量、濃度等）進行。經(jīng)歷各種化學變化和物理變化，進行著物質(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（如換熱設備）；或者有伴隨熱量的質(zhì)量傳遞（如精餾，吸收等）。若有化學反應，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”（化學反應產(chǎn)生的熱效應 — 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，利用能量傳遞和轉化的規(guī)律，通過平衡計算求得，這樣的化工計算稱為能量衡算 [5]。 化工生產(chǎn)中，能量衡算概括起來應用于以下幾個方面： (1) 確定效率 如流體輸運 、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 如化學反應中，由于熱效應（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措施。 羰基 合成 裝置 合成氣 K mol/h nBal K mol/h iBal K mol/h 丙烯 K mol/h C3H8 K mol/h H2 K mol/h 雜質(zhì) K mol/h 由此可見，能量衡算作為化工計算的一部分是非常重要的，所以我們必須對能量衡算進行認真嚴格的計算。 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—處理物料時需要的熱量 kJ； Q2—加熱劑或冷卻劑與設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（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—離開設備物料帶出的熱量 kJ； Q5—設備各部件所消耗的熱量 kJ； Q6—設備向四周散失的熱量，又稱熱損失 kJ。 物料表 表 24 反應器進口物料表 反應器進口 物質(zhì) C3H6 H2 CO C3H8 雜質(zhì) K mol/h 49 % mol 32 表 25 反應器出口物料表 反應器出口 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 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 熱量計算 據(jù)物料衡算，凈化后合成氣設為 100 K mol/h 進入， H2:CO = :，由于凈化所除去的雜質(zhì)量過小，所以忽略不計。為了調(diào)節(jié) H2與 CO 的比 需加高純度氫氣，所以在計算中以 H2:CO = :1 為基準。則： n H2= = +1? K mol/h n H2= 1100 =+1? K mol/h 40℃， 下進入系統(tǒng)。經(jīng)預加熱器 1519 加熱到90℃，進入 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= 12 7 3 + 4 0 + 9 02 = 2 .5 52 7 3 1 4 0 .2 3（ ） 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。 313/106 = K cal/(K mol178。 K) = KJ/(K mol178。 K) 90℃ Cp =+179。 363/179。 363/106 = 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℃，進入 1121 過程中物料由 90℃，