【文章內(nèi)容簡介】 T0） t? 103 kJ 式中 A— 設(shè)備散熱表面積， m2 at— 散熱表面向四周介質(zhì)的聯(lián)合給熱系數(shù)， W/（ m2 ℃） T2 — 設(shè)備各部件終溫，℃ T1— 設(shè)備各部件初溫，℃ Tw1— 四壁向四周散熱時(shí)的表面溫度，℃ 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 16 T0— 周圍介質(zhì)溫度，℃ t— 過程持續(xù)時(shí)間， s Q5與 Q6的確定根據(jù)工藝操作經(jīng)驗(yàn)，（ Q5＋ Q6）一般為（ Q4＋ Q5＋ Q6）的 5%～ 10%，只要計(jì)算出 Q4，就可以確定（ Q5＋ Q6），從而計(jì)算出 Q2。 6） Q2的計(jì)算 由以上計(jì)算過程得到 Q Q Q Q Q6后，根據(jù)熱量平衡方程式求出設(shè)備的熱負(fù)荷 Q2。 Q2正值表示需對(duì)設(shè)備加熱；負(fù)值表示需冷卻。 能量衡算 在熱量衡算中，大部分物料的物性常數(shù)可通過相關(guān)的物性常數(shù)手冊查取，如《化學(xué)工程手冊》（第 1 冊），《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》（下）。當(dāng)遇到手冊中數(shù)據(jù)不全的情況時(shí)，就需通過一些公式來估算這些物性常數(shù)。在本設(shè)計(jì)中涉及的物性計(jì)算有比熱容、汽化熱、熔融熱、溶解熱、濃度變化熱效應(yīng)、燃燒熱等，以下介紹他們的計(jì)算方法。 比熱容的計(jì)算 （ 1）氣態(tài)物質(zhì)的比熱 容的計(jì)算 對(duì)于壓強(qiáng)低于 5 105Pa 的氣體或蒸汽均可作理想氣體處理，其定壓比熱容為 Cp=?（ 2n＋ 3） /M kJ/（ kg?OC） 式中 n— 化合物分子中原子個(gè)數(shù)； M— 化合物分子量。 （ 2）液體的比熱容的計(jì)算 對(duì)于絕大多數(shù)有機(jī)化合物，其比熱容可依據(jù)《藥廠反應(yīng)設(shè)備及車間工藝設(shè)計(jì)》第 208 頁表 6— 4 求得。先根據(jù)化合物的分子結(jié)構(gòu)，將各種基團(tuán)結(jié)構(gòu)的摩爾熱容數(shù)值加和，求出摩爾熱容，再由化合物的分子量換算成比熱容。 另外，如果作為近似計(jì)算，液體的比熱容也可按照計(jì)算固體比熱容的 科普定律求取，其具體計(jì)算過程見固體的比熱容計(jì)算。 (3)固體的比熱容的計(jì)算 固體的比熱容可應(yīng)用科普定律來計(jì)算： C=∑ Can/M (kJ/kg?0C） 式中 C— 元素的原子比熱容 kJ/kg?℃，其值見下表； 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 17 n— 固體分子中同種原子的個(gè)數(shù)； M— 化合物分子量。 元素原子的比熱容 元素 Ca— kcal/kg?℃ 元素 Ca— kcal/kg?℃ 液態(tài) 固態(tài) 液態(tài) 固態(tài) 碳 C 硫 S 氫 H 磷 P 硼 B 氯 Cl 硅 Si 氮 N 氧 O 其他元素 氟 F 注： 1Kcal= 上述公式計(jì)算出的是 20℃時(shí)的比熱容，不再 20℃時(shí)的各化合物的比熱容將與算出的比熱容有出入。凡高于 20℃時(shí)的化合物，比熱容可根據(jù)上述公式計(jì)算所得結(jié)果在加大 20~25%。 由上可得， 物質(zhì)的 Cp 一覽表 每步反應(yīng)的能量計(jì)算 進(jìn)料溫度按 25℃計(jì)算，出料溫度為 120℃ （ 1）各物質(zhì)的 Q1的計(jì)算 Q11= 25 = Q12= 25 = 所以， Q1=+= 物質(zhì) 噁唑 1 七元環(huán) 2 加成物 3 比熱容 （ KJ/ kg?℃） 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 18 （ 2） 各物質(zhì) Q4的計(jì)算 Q41= 120 = Q42= 120 = Q43= 120= 所以 Q4=++= （ 3） Q3的計(jì)算 由于投料都是液體，故熔解熱可以忽略不計(jì)。 稀釋熱：忽略不計(jì)。 化學(xué)反應(yīng)熱 化學(xué)反應(yīng)方程式： 查化學(xué)工藝手冊可知 噁唑的 q0f= Kcal/mol 正丙基七元環(huán)的 q0f=加成物的 q0f 的求?。? 加成物 C14H23O4N+ 7CO2 + + NO2 根據(jù)“理查德法”，則有 ： q0c= ∑ a＋ X∑ b（ kJ/mol） ，可知 X= a、 b 值一覽表 基團(tuán) a b 基本數(shù)據(jù) 烷基支鏈 醚 亞胺 呋喃 35 ∑ a= ∑ b=51 q0c= ∑ a＋ x∑ b=+ 51=元素燃燒熱： ∑ nq0ce=14 +23 +0+= KJ/mol 故 q0f=∑ nq0ce q0c = =NO O C 2 H 5C H 3 OOC H 2 C H 2 C H 3NOOOC H 2 C H 2 C H 3O C 2 H 5H 3 C武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 19 故 q0r=∑q 0f=(+) =Q3=q0r n= 1000247。 = （ 4） Q5＋ Q6的計(jì)算 據(jù)工藝要求，可以有： Q5＋ Q6=5%～ 10%（ Q5＋ Q6＋ Q4） 故取 Q5＋ Q6=8%（ Q5＋ Q6＋ Q4） ∴ Q5＋ Q6= 892Q4=892 = （ 5） Q2 的計(jì)算 ∵ Q1＋ Q2＋ Q3= Q4＋ Q5＋ Q6 ∴ Q2=Q4＋ Q5＋ Q6－ Q1－ Q3 =＋ － － = 進(jìn)料溫度為 25℃，出料溫度為 60℃ （ 1） Q1的計(jì)算 Q11= 25= KJ 所以 Q1= （ 2） Q4的計(jì)算 Q41= 60= Q42= 60= Q43= 60= 故 Q4=++= （ 3） Q3的計(jì)算 化學(xué)反應(yīng)方程式 物質(zhì) 加成物 1 乙醇 2 芳構(gòu)物 3 平均比熱（ KJ/ kg?℃） NOOOC H 2 C H 2 C H 3O C 2 H 5H 3 C0 . 1 m o l / LH C lNOO C H 2 C H 2 C H 3H OH 3 CC 2 H 5 O H武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 20 已知 加成物的 q0f= kJ/mol 乙醇的 q0f= kJ/mol 芳構(gòu)物的 q0f 計(jì)算如下 芳構(gòu)物 C12H17O3N+ O2 6CO2 + + NO2 則 X= q0c= ∑ a＋ x∑ b 基團(tuán) a b 基本數(shù)據(jù) 烷基支鏈 醚 吡啶 14 芳羥基 ∑ a= ∑ b= q0c=（ ∑ a＋ x∑ b） =（ + ） = kJ/mol 元素燃燒熱 ∑ nq0ce =12 +17 +0+= kJ/mol q0f=∑ nq0ce q0c== kJ/mol q0r=∑q 0f== kJ/mol Q3=nq0r= 1000247。 （ ） = kJ （ 4） Q5＋ Q6的計(jì)算 Q5＋ Q6=892 Q4=892 =15890KJ （ 5） Q2 的計(jì)算 ∵ Q1＋ Q2＋ Q3 = Q4＋ Q5＋ Q6 ∴ Q2 =Q4＋ Q5＋ Q6－ Q1－ Q3 =＋ 15890－ － () = 進(jìn)料溫度為 25℃，出料溫度為 65℃。 物質(zhì) 芳構(gòu)物 1 鹽酸 2 水 3 維生素 B6 4 正丁 醛 5 平均比熱（ KJ/ kg?℃） 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 21 （ 1） Q1 的計(jì)算 Q11= 25= Q12= 25= Q13= 25= 故 Q1=++= （ 2） Q4的計(jì)算 Q41= 65= Q42= 65= Q43= 65= Q44= 891 65= Q45= 65= 故 Q4= （ 3） Q3的計(jì)算 化學(xué)反應(yīng)方程式 已知芳構(gòu)物 q0f的 = kJ/mol 水的 q0f= kJ/mol 鹽酸的 q0f= kJ/mol 正丁醛的 q0f=維生素 B6的 q0f值計(jì)算如下 : C8H11O3N HCl++ + NO2+HCl 則 X=， q0c= ∑ a＋ x∑ b 基團(tuán) a b 基本數(shù)據(jù) 烷基支鏈 伯醇 吡啶 14 芳羥基 ∑ a= ∑ b= NOO C H 2 C H 2 C H 3H OH 3 CH 2 O H C l 3 m o l / LH C lNH OH 3 CC H 2 O HC H 2 O HH C lC H 3 C H 2 C H 2 C HO武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 22 q0c=（ ∑ a＋ x∑ b） =（ + ） = kJ/mol 元素燃燒熱 ∑ nq0ce =8 +11 +0+= kJ/mol q0f=∑ nq0ce q0c=50264556= kJ/mol q0r=∑q 0f =()()= kJ/mol 則 Q3=nq0r=891 1000247。 = （ 4） Q5+Q6的計(jì)算 Q5+Q6= 892 Q4=892 = （ 5） Q2的計(jì)算 Q2 =Q4＋ Q5+Q6－ Q1－ Q3 =+= 8 設(shè)備選型 1）噁唑計(jì)量罐 噁唑的投料量為 ，密度約為 。 則，所需噁唑的體積 V= 1000247。 == 根據(jù)國家公稱計(jì)量罐容積選擇 1個(gè) 1000L的不銹鋼計(jì)量罐作為噁唑計(jì)量罐。 2）七元環(huán)計(jì)量 罐 七元環(huán)的投料量為 ，密度為 ；則所需七元環(huán)的體積為V= 1000247。 = 選用選用 1 個(gè) 2021L 的計(jì)量罐，因?yàn)槠咴h(huán)是絕對(duì)過量的，可以邊生產(chǎn)邊加，邊回收。 3）乙醇計(jì)量罐 乙醇的總投料量為 ，乙醇密度為 , 則乙醇的體積為： V= ? 由于反應(yīng)中芳構(gòu)和水解都需要乙醇作為溶劑，則共需要 3個(gè)乙醇計(jì)量罐。 選用 1個(gè) 2021L乙醇計(jì)量罐放于回收七元環(huán)處和 2個(gè) 2021L乙醇計(jì)量罐放于水解處。 武漢理工大學(xué)課程設(shè)計(jì) 23 4） HCl 計(jì)量罐 芳構(gòu)反應(yīng)需要 HCl 需要鹽酸作為催化劑，選用 2個(gè) 500L 的計(jì)量罐放于芳構(gòu)室。 5） 3M HCl 計(jì)量罐 3mol/L 鹽酸投料量為 ， 3mol/L 鹽酸密度為 , 則鹽酸的體積為： ? 根據(jù)國家公稱計(jì)量罐容積選擇 2 個(gè) 500L 陶瓷計(jì)量罐，邊生產(chǎn)邊加。 反應(yīng)釜 搪玻璃反應(yīng)釜 是將含高二氧化硅的玻璃，襯在鋼制容器的內(nèi)表面，經(jīng)高溫灼燒而牢固地密著于金屬表面上成為復(fù)合材料制品。因此 搪玻璃反應(yīng)釜 具有玻璃的穩(wěn)定性和金屬強(qiáng)度的雙重優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)良的耐腐蝕設(shè)備。 搪玻璃反應(yīng)釜 技術(shù)規(guī)范： a、使用壓力： b、耐