【文章內(nèi)容簡介】 ，廢物的排除量，確定原材料的消耗與定額，確定各物料的流量、組成、狀態(tài)，確定每一設(shè)備內(nèi)物質(zhì)裝換與能量傳遞的參數(shù)[17]。從而為確定操作方式、設(shè)備選型以及設(shè)備尺寸的確定、管路設(shè)施與公用工程的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 物料衡算的質(zhì)量守恒物料平衡方程是根據(jù)質(zhì)量守恒原理建立起來的。用文字表達(dá)如下：進(jìn)入系統(tǒng)的質(zhì)量流量排除系統(tǒng)的質(zhì)量流量=系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量的累積對穩(wěn)定過程,系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量的累積為零。此時(shí)有：進(jìn)入系統(tǒng)的質(zhì)量流量=排除系統(tǒng)的質(zhì)量流量 醋酐工藝流程概述（1）工藝流程大致分為三個(gè)階段：一氧化碳與醋酸甲酯在碘甲烷的催化下在反應(yīng)器中的反應(yīng)生成醋酐。一氧化碳在氣液分離器中被分離并從新進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，醋酐、碘甲烷、醋酸甲酯則進(jìn)入精餾塔進(jìn)行分離。在精餾塔中醋酐由塔釜餾出，碘甲烷和醋酸甲酯則由塔頂餾出進(jìn)入加熱器并重新進(jìn)入反應(yīng)器反應(yīng)。醋酸CH3COOH (外購) C9， ClO甲醛CH3OH氫氣H2煤炭 脫S，變壓，吸附 C9， ClO一氧化碳CO 醋酐(CH3CO)2O醋酸甲酯CH3COOCH3(2)物料基本性質(zhì) 各物料的物理性質(zhì)表項(xiàng)目醋酐醋酐甲酯碘甲烷熔點(diǎn)（℃）7366沸點(diǎn)（℃）13957相對密度d2020折射率（nd20)—— 有關(guān)物料衡算和熱量衡算的知識化工過程的物料衡算和熱量衡算，是利用物理與化學(xué)的基本定理，對化工過程單元及化工過程單元系統(tǒng)的物料平衡與能量平衡進(jìn)行定量的計(jì)算。從中找出主副產(chǎn)品的生成量，廢物的排除量，確定原材料的消耗與定額，確定各物料的流量、組成、狀態(tài)，確定每一設(shè)備內(nèi)物質(zhì)裝換與能量傳遞的參數(shù)[18]。從而為確定操作方式、設(shè)備選型以及設(shè)備尺寸的確定、管路設(shè)施與公用工程的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 各工段的物料衡算已知年產(chǎn)4萬噸的醋酐，其純度為99％，生產(chǎn)天數(shù)為330天/年，一氧化碳的純度為99％。（1）反應(yīng)器的物料衡算因?yàn)榇姿峒柞ツ戤a(chǎn)4萬噸，開工天數(shù)為330天，則每小時(shí)醋酐的產(chǎn)量為kg/h查資料知：醋酸甲酯的轉(zhuǎn)化率為75％，選擇性為99％，醋酸甲酯的分子量為74kg/mol。則每小時(shí)消耗的純醋酸甲酯的質(zhì)量為mCH3COOCH3=㎏/h㎏/h，考慮到CO的2％的余量，㎏/h ，則每小時(shí)應(yīng)加入反應(yīng)器內(nèi)的碘甲烷的質(zhì)量為=若過程中碘甲烷的損耗量為2％，則每小時(shí)損耗掉的碘甲烷的質(zhì)量為 =㎏/h％㎏/h=㎏/h因?yàn)樵诜磻?yīng)中有副反應(yīng)=㎏/h=則由以前學(xué)過的物料配比衡算知：水的質(zhì)量為9㎏，甲醇的質(zhì)量為16㎏，醋酸的質(zhì)量為30㎏，每小時(shí)生成的產(chǎn)物中物質(zhì)的質(zhì)量分別是：一氧化碳：=㎏/h醋酸甲酯：=㎏/h水的質(zhì)量：9㎏甲醇的質(zhì)量：16㎏醋酸的質(zhì)量：30㎏對羰基化反應(yīng)前后物質(zhì)進(jìn)行物料衡算得反應(yīng)前物質(zhì)總量=反應(yīng)后物質(zhì)總量 羰基化反應(yīng)器進(jìn)口物料成分表物質(zhì)COCH3COOCH3CH3I質(zhì)量(kg/h)質(zhì)量百分比羰基化反應(yīng)器進(jìn)口物料的總質(zhì)量：。 羰基化反應(yīng)器出口物料成分表物質(zhì)CO(CH3CO)2OCH3ICH3COOCH3H2OCH3OHCH3COOH質(zhì)量（kg/h）91630質(zhì)量百分比(%)羰基化反應(yīng)器出口物料總量：。(2)氣液分離器的物料衡算氣液分離器的操作溫度是20℃,5個(gè)大氣壓。氣液分離器進(jìn)口物料的總質(zhì)量=，氣主要為CO。液相出口總質(zhì)量==氣液分離器出來的CO可循環(huán)進(jìn)入羰基反應(yīng)器；通過衡算知反應(yīng)前后物料的質(zhì)量守恒。 氣液分離器進(jìn)出口的物料衡算表物料進(jìn)口質(zhì)量（kg/h）出口質(zhì)量（kg/h）CO(CH3CO)2O0CH3ICH3COOCH3H2O09CH3OH016CH3COOH030合計(jì)（3）精餾工段的物料衡算精餾工段是在70℃,1個(gè)大氣壓下進(jìn)行的，由塔頂出來的物質(zhì)主要是醋酸甲酯和碘甲烷，塔釜出來的主要是純度為99％醋酐產(chǎn)品[23]。由于進(jìn)口物料中水、甲醇、％，所以可忽略不計(jì)其質(zhì)量。 進(jìn)口物料組成表：物質(zhì)(CH3CO)2OCH3COOCH3和CH3I其他雜質(zhì)合計(jì)質(zhì)量（kg/h）55質(zhì)量百分比已知醋酐的純度為99％，忽略其雜質(zhì)的含量，所以進(jìn)入精餾塔的物質(zhì)為醋酐、醋酸甲酯、碘甲烷。由《分離工程》知多組分分離，塔釜中不含有其最輕組分，塔頂不含有最重組分，.由《化工原理》知 FX=WXW+DXD F=D+W 塔頂和塔釜的物料組成表物料塔頂出料量（kg/h）塔釜出料量（kg/h）CH3COOCH3CH3I(CH3CO)2O——合計(jì) (4)對加熱器進(jìn)行物料衡算 加熱器的物料衡算表物質(zhì)進(jìn)料量 （kg/h）出料量（kg/h）CH3ICH3COOCH3合計(jì) (5)物料衡算表： 物料衡算一覽表物料進(jìn)料量（kg/h)出料量(kg/h)醋酸甲酯碘甲烷一氧化碳醋酐醋酸甲酯碘甲烷一氧化碳醋酐雜質(zhì)反應(yīng)器質(zhì)量—55總量氣液分離器質(zhì)量55總量精餾塔質(zhì)量55————總量總量第5章 熱量衡算 熱量衡算的概述能量衡算同樣是化工設(shè)計(jì)中重要的計(jì)算部分。通過熱量衡算可以知道過程中需要供給、傳出以及損失的熱量是多少，為換熱器的設(shè)計(jì)提供依據(jù)[2426]。另外，通過能量衡算可以了解到設(shè)備的傳熱效率，和熱損失情況，進(jìn)而采取節(jié)能措施，合理有效的利用能量。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，能量衡算方程式為：△E=Q+W△E=△EP+△EK+△U式中，△E為體系總能量的變化；Q為體系從環(huán)境中吸收的能量；W為環(huán)境對體系所作的功。以組分的標(biāo)準(zhǔn)生成熱為基礎(chǔ)進(jìn)行熱量衡算：根據(jù)反應(yīng)過程的能量衡算就是計(jì)算反應(yīng)過程的焓變的結(jié)論，則反應(yīng)過程的焓變也可以以下列方程式表達(dá)：Q=△H=羰基反應(yīng)前后的熱量衡算羰基化反應(yīng)條件為溫度448K,。進(jìn)料醋酸甲酯與一氧化碳的溫度為448K，以273K為計(jì)算基準(zhǔn)。 各工段的熱量衡算 各物質(zhì)的比熱容如下表物質(zhì)比熱容（kJ/kg℃)一氧化碳 甲醇乙酸醋酐水醋酸甲酯碘甲烷 （1）反應(yīng)器的熱量衡算根據(jù)公式Q=cm(ttm)進(jìn)入反應(yīng)器所帶入的熱量Q1=(+++)175=出口物料所帶出的熱量Q2=(++++9+16+30)175=每千克反應(yīng)物所放出的熱量為Q=總的反應(yīng)所放出的熱量Q3=()175=所以該反應(yīng)所損失的熱量為Q4=Q3+Q2Q1=+=（2）氣液分離器的熱量衡算進(jìn)入氣液分離器所帶入的熱量Q1=羰基化反應(yīng)器所帶出的熱量=設(shè)氣液分離器的溫度為293K，壓力為506625KPa出氣液分離器氣相物料所帶出的熱量Q2氣=cmΔt=(293273)=出氣液分離器液相物料所帶出的熱量Q2液=（+++9+16+30)20=所以Q2=Q2氣+Q2液=+=為使熱量降至Q2，可以用水作為換熱劑換熱，使水的溫度由20℃升為80℃。Q3為降低的熱量 即Q3=Q1Q2氣Q2液 == 需水量為：考慮到2％的熱損失，則實(shí)際的用水量為：m=(12％)=這些水帶走的熱量為Q4=cmΔt=(373293)=(3)對精餾塔段進(jìn)行熱量衡算①熱量平衡圖見下圖(參見設(shè)備計(jì)算中精餾塔回流比計(jì)算，算出R=12)　精餾塔 　 25℃和（計(jì)算TW）℃時(shí)液體熱容 TW= K? 熱量計(jì)算 Wt1?。剑? α＝%. t= KCp=(kg℃)Cp醋酐=(kg℃)△Hv=△Hv醋酐=Q1=∑(m Cp△t+m△Hv)=（+（））（）+（+）= kJ/hQ2的計(jì)算： t= ℃ 含醋酸甲酯22%，醋酐78% D= kg/h L=RD=12= (R=12)Q2=∑(mCp△t)=12(+)() =Q3的計(jì)算：t= ℃ D= kg/h (R=12) Q3=∑(mCp△t)=(+)()= kJ/hQ4的計(jì)算：t= ℃ Wb2 ＝。 100%酐 Q4=m Cp△t=（）= kJ/hQ5的計(jì)算： t= Wp2 ＝，Q5=∑(mCp△t+m△Hv)=(+)()+1000（+） = kJ/hQ6的計(jì)算： t= D= kg/h L= kg/h V=L+D=+= kg/hQ6=∑(m Cp△t+m△Hv)=(+)()+ (+)= +=1242030 kJ/hQ7的計(jì)算： t=25℃ Q7=∑(m Cp△t)=（+）()= kJ/h再沸器熱負(fù)荷Qw的計(jì)算：Q1＋Q2＋Qw =Q4＋Q5＋Q6Qw =Q4＋Q5＋Q6―Q2―Q1=+ + = kJ/h冷凝器熱負(fù)荷QD的計(jì)算：QD= Q1Q2Q3=1242030－－= kJ/h④再沸器加熱蒸汽量加熱蒸汽采用中壓蒸汽加熱： 查“《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》第三版（上）”P2716，得蒸汽壓力：105Pa蒸汽溫度：℃蒸汽潛熱： kcal/kg設(shè)再沸器熱損失為5%：再沸器熱負(fù)荷：Qw = /= kJ/h所需加熱蒸汽量：G 2= Qw /γ=()= kg/h 熱量平衡表序號名稱熱量（kJ/h）帶入熱量1進(jìn)料帶入熱量，Q12再沸器帶入熱量，QW合計(jì)1435182帶出熱量1產(chǎn)品帶出熱量，Q52餾出液帶出熱量，Q33換熱器移出的熱量，QD4釜液帶出熱量, Q4合計(jì) ⑤產(chǎn)品冷凝冷卻器冷卻水量 已知：t進(jìn)，水=25℃ t進(jìn)，水=35℃QP= Q5－Q7== kJ/h G3= QP/ Cp△t= (10)= kg/h ⑥塔頂冷卻器冷卻水量 QD= Q6－Q2－Q3=1242030－－= kJ/hG3= QD/ Cp△t=(10)= kg/h操作條件為T:70℃ P:1atm進(jìn)料所帶入的熱量Q1=35311kJ/h塔頂物料所帶出的熱量Q2=（++）（70+273）=226872kJ/h塔釜物料所帶出的熱量Q3=(+)（70+273）=368617kJ因此塔釜所需要的熱量為Q4=Q2Q1+Q3=560178kJ/