【文章內(nèi)容簡介】 和Q4的計算：Q1 和Q4均可用此式計算：式中：—反應(yīng)物的體系中各個組分I的質(zhì)量，Kg?！M分I在0—T℃時的平均比熱容，KJ/(Kg℃)或KJ/(Kmol℃)?！磻?yīng)物系的反應(yīng)前后的溫度，℃反應(yīng)釜能量衡算： 從文獻[11]中查得25℃時，以下物質(zhì)的比熱容分別為：Cp,對硝基苯甲酸＝128J/(mol*k)=(Kg*k)Cp,氫氣＝(mol*k)=(Kg*k)催化劑pd/c的比熱容根據(jù)柯柏法則用的原子熱容數(shù)據(jù)[14]進行計算如下：Cp，pa/c催化劑＝（7+8++36）=(mol*k)Cp,氫氧化鈉＝128J/(mol*k)=(Kg*k)Cp,鹽酸＝156J/(mol*k)=(Kg*k)1）Q1 =（m對硝基苯甲酸c對硝基苯甲酸+m氫氣c氫氣+m鹽酸c鹽酸+m氫氧化鈉c氫氧化鈉+mpa/ccpa/c）25KJ= (103+103+103+103+103）25≈ 106KJ2）假定各物質(zhì)的比熱容隨溫度變化不大，則Cp,對硝基苯甲酸＝128J/(mol*k)=(Kg*k)Cp,對氨基苯甲酸＝(mol*k)=(Kg*k)Cp,pa/c＝(mol*k)=( mol*k)Cp,水＝(mol*k)=(Kg*k)Cp,氯化鈉＝101J/(mol*k)=(Kg*k)Q4 =（m對硝基苯甲酸c對硝基苯甲酸+ m對氨基苯甲酸c對氨基苯甲酸+ m pa/ccpa/c + m氯化鈉c氯化鈉+m對硝基苯甲酸溶液c對硝基苯甲酸溶液+m對氨基苯甲酸溶液c對氨基苯甲酸溶液+m水 c水）90=（103+103+103+103+103+103+103）90=106KJ(2）因為該對氨基苯甲酸的生產(chǎn)采取的是分批的操作，所以可認為Q5可忽略不計(3）Q6的計算 設(shè)備向四周散失的熱量Q6可用下式計算：Q6=∑Aa(TWT) θ103式中：A— 為設(shè)備散熱面積（m2）TW— 為設(shè)備外表溫度，℃；T—環(huán)境介質(zhì)溫度，℃；θ—操作過程持續(xù)時間（s）；a—對流傳質(zhì)系數(shù)，W/（m2℃）a=8+=（8+90）W/（m2℃）=（m2℃）Q6=(9025)83600103=105KJ(4）過程效應(yīng)熱Q3的計算Q3= Qr +Qp 式中，Qr—化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)，KJ；Qp—為可忽略不計的物理的過程熱效應(yīng)，KJ；Qr按照下式進行計算：Qr=（1000GA/MA）ΔHr0式中，ΔHr0—標準反應(yīng)熱，KJ/mol。MA—A物質(zhì)分子量。從文獻[15]查得，ΔHr0按照下式進行計算：ΔHr0=∑生成物μi（ΔHf0）i ∑反應(yīng)物μi（ΔHf0）i（3—4）從文獻[14]中查得，物質(zhì)的標準生產(chǎn)焓為ΔHr0分別為：ΔHr0，對氨基苯甲酸＝－，ΔHr0，對硝基苯甲酸＝－，ΔHr0，氫氣＝－，ΔHr0，水＝－。ΔHr0，水＝[()+()][ 3()+2*()]=Q3=Qr = 1000103ΔHr0/=1000103（－）/ =－106KJ(5）熱負荷Q2的計算為Q2=（Q4 +Q6）（Q1+Q3） =[(106＋105)－(106－106)]KJ =106KJ設(shè)備計算（1）首先我們需要通過粗略計算來確定需要選擇的筒體和封頭的幾何尺寸大?。?）筒體和封頭的型式：從上面計算結(jié)果再綜合來看應(yīng)該選擇圓柱形的筒體和橢圓形的封頭。2）確定筒體積和封頭的直徑首先計算加入罐的物料的總體積[16]V總= V對硝基苯甲酸+V氫氧化鈉+Vpa/c=++=因此操作容積Vp我們要取8m3，又設(shè)備容積V與操作容積的關(guān)系可以表示為:Vp=ηV。由文獻[17]查得，故V=Vp/η=28/=10m3由文獻[14]查得,Ht/Di=1～，因容器體積屬于中小型，故選取Ht/Di=，Di由下式計算：Di={4V/[π（Ht/Di）]}1/3=[410/（π）] 1/3=此生產(chǎn)反應(yīng)釜的內(nèi)徑Di的估算值應(yīng)圓整到公稱直徑DN系列，又根據(jù)查得的文獻[17]取Di=2100mm,封頭可以取相同直徑，且其高度h2可由文獻[14]查得，初選為h2=20mm。3）確定筒體高度Ht當DN=2100mm，h2=20mm時，由文獻[17]，查得橢圓形封頭容積V封=，筒體一米高的容積V1=Ht=（VV封）/ V1=[（）/] m=取3 m，于是3/≈4）選取夾套直徑由文獻[17]查得：Dj= Di+200=2100+200=2300mm。5）確定夾套高度H2≥（ηV V封）/ V1，即H2≥[（）/]=，取H2=2m6）校核傳熱面積由文獻[17]，分別查得F封＝,1m高筒體的表面積F1米＝,則實際傳熱面積F＝F封＋F筒＝＋4＝在8小時內(nèi)傳遞熱量，當熱流體為水時，總傳熱系數(shù)K=850～1700W/ (m2℃)[14],取K=1500 W/ (m2℃),Q傳=836001500103267.30=106KJ所以Q傳＞Q2 +Q6由上面的計算可以看出面積是合理的是符合設(shè)計的要求的。（2）釜體及夾套的強度計算1）選擇設(shè)備材料，確定研究壓力和指導(dǎo)老師分析，選Cr18Ni12Mo為最佳。在100～150℃的溫度作用下的2Ti奧氏體鋼板的許用壓力應(yīng)為[σ]t=140Mpa。確定生產(chǎn)的需設(shè)計壓力：既受到內(nèi)部壓力的作用又受到外部壓力的作用的釜體和底部封頭，其中內(nèi)部壓力可設(shè)計為P=，可設(shè)計外部壓力的取法應(yīng)考慮到操作過程中的出現(xiàn)的最大的壓力差，所以我們應(yīng)取壓力P=。2）夾套的筒體和封頭壁厚計算 夾套筒體壁厚式中P=，D夾=2100mm，[σ]t=140Mpa，φ為焊縫系數(shù)，由文獻[14]查得，可取φ=，壁厚附加量C是由鋼板負偏差或鋼管負偏差C1，腐蝕余量C2，及熱加工減薄量C3三部分組成，即：C= C1+ C2 +C3初步取C1=，C2=2mm，C3=0mm，則C =，δd=[（2300）/（2140）+] mm=根據(jù)鋼板規(guī)格取 =10mm夾套封頭壁厚上面公式中的P和D夾，[σ]t，φ和上式相同，又由于熱加工的減薄量C3=，所以取C= C1+ C2 +C3=+2+=，代入得：δ=[（2300）/（2140）+=，考慮到焊接封頭和筒體的方便之處，應(yīng)該?。剑?0mm。3）釜體的筒體壁厚和封頭壁厚計算①上面公式中P=，Di=2100mm，[σ]t=140Mpa，φ=，壁厚的附加量：由公式C= C1+ C2 +C3=+2+0=。將上面計算的各個值代入公式中可得：δd≥（2100）/（2140）+=②=10 mm，即可確定L/D0，D0 / S0之比值，D0—筒體外徑 D0= DN+2 S0=（2100+210）=2120mmL—筒體高度 L=H2+h/3=[3000+(800+10)/3]=3270mmL/D0=3270 /2120=，D0 / S0=2120/10=212在幾何參數(shù)計算圖中由外壓或者軸向受壓的圓筒數(shù)據(jù)15—4[18],查得A＝，又由于生產(chǎn)對氨基苯甲酸的反應(yīng)釜的釜體材料采用的是Cr18Ni12Mo2Ti奧氏體鋼板的σs=216Mpa,因此根據(jù)選用的資料圖，可以查到B=33Mpa，因此許用外壓[P]=B S0 /D0=3310/2120=＜，則可以看出來壁厚10mm是滿足不了外壓對穩(wěn)定性的要求的，如果我們想要要增大壁厚重新來計算的話，先應(yīng)該重新來假設(shè)S0=18mm，則D0 / S0=3236/18=180，L/D0=，由圖15—4 [18]查得到A=，和上面形式一樣可以查得B=91Mpa，則許用外壓[P]=B S0/D0=9118/3236=＞，故S0=18 mm能夠滿足外壓穩(wěn)定要求，要考慮到壁厚附加量C= C1+ C2+0=+2=mm，筒體的壁厚S=S0+C=18+=，把筒體的壁厚圓整到標準鋼板的厚度規(guī)格可取S=22mm。又要考慮到封頭與筒體的焊接方便，所以經(jīng)過方方面面的綜合取=22mm。③水壓試驗較核[17]確定水壓試驗PT，據(jù)表得：釜體水壓取PT =P+=+=，夾套水壓取PT =P+=+=式中 P—設(shè)計壓力，Mpa在進行壓力的試驗之時，由于所選生產(chǎn)容器所能承受的壓力PT一般總是高于設(shè)計的壓力P的，所以必要的時或必需要進行強度的較核。液壓試驗時要求滿足的強度條件：得到釜體和夾套筒體的許用應(yīng)力[17]：σT = PT（Di+δe）/2δe≤，得到釜體和夾套封頭的許用壓力[17]：σT = PT（Di+）/2δe≤，釜體的δe=SC==； 夾套的δe=SC==，σT釜筒=（2100+）/（2）=，σT夾筒=（2300+）/（2）=，σT釜封=（2100+）/（2）=，σT夾封=（2300+）/（2）=。又查文獻[19]得，Cr18Ni12Mo2Ti奧氏體鋼板的屈服極