【文章內(nèi)容簡介】 .............................44謝 辭 ..............................................................................................................................................47第 2 章 物料衡算 基準(zhǔn)物料衡算采用節(jié)點(diǎn)計(jì)算，取 100 kg 鄰二甲苯的進(jìn)料為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算節(jié)點(diǎn) 1 和 2 的物料。節(jié)點(diǎn)圖如下： ④⑤⑤⑤①粗苯酐槽反應(yīng)器 氣體冷卻器 后冷器切換冷凝器② ③ ⑥ 物料衡算節(jié)點(diǎn)圖1)節(jié)點(diǎn) ①的物料衡算進(jìn)料中空氣與鄰二甲苯的比例為 20：1（BASF 工藝）鄰二甲苯： .?kmol空氣： ??取空氣的分子量為 29，則空氣的質(zhì)量為 ??空氣中氧氣和氮?dú)獾谋龋w積比）取 21：79則空氣中氧氣占 21% 即氧氣的量為 %2184. ???? 氮?dú)獾牧繛? 74887進(jìn)料氣體總計(jì)： .對(duì)節(jié)點(diǎn)①的物料衡算列于下表：表 21 節(jié)點(diǎn)①物料衡算結(jié)果名稱 鄰二甲苯 氧氣 氮?dú)?合計(jì)進(jìn)料（kmol） 2) 對(duì)節(jié)點(diǎn) ②的物料衡算 對(duì)反應(yīng)器有： （設(shè)積累為 0）積 累出進(jìn) M??即節(jié)點(diǎn)②的物料總計(jì)： ?出進(jìn)由相關(guān)文獻(xiàn)查得苯酐、順酐、苯酞、苯甲酸的收率分別為109%、 %、% 和 %。由收率計(jì)算選擇性，計(jì)算如下：Ⅰ. OHCOH234821083??? 691. .7?x09催化劑對(duì)鄰二甲苯轉(zhuǎn)化成鄰苯二甲酸酐的選擇性為: %??則轉(zhuǎn)化成鄰苯二甲酸酐的鄰二甲苯的量為 kg..0Ⅱ. OHCOHHC223242108 ??? .169 698 .?y1.催化劑對(duì)鄰二甲苯轉(zhuǎn)化成順酐的選擇性: %.??則轉(zhuǎn)化成順酐的鄰二甲苯的量為 kg..0III. OHCOH2682108 ??? 69134 ?催化劑對(duì)鄰二甲苯轉(zhuǎn)化成苯酞的選擇性: %.??則轉(zhuǎn)化成苯酞的鄰二甲苯的量為 kg..Ⅳ. 22672108 543COHCOHC??? 7?y90.催化劑對(duì)鄰二甲苯轉(zhuǎn)化成苯甲酸的選擇性: %.??則轉(zhuǎn)化成苯甲酸的鄰二甲苯的量為 kg..1 %3702 ??物 質(zhì) 的 選 擇 性 為及 CO則生成 .??物 質(zhì) 的 鄰 二 甲 苯 的 量 為及假設(shè)反應(yīng)副產(chǎn)物只生成順酐、苯酞、苯甲酸、水和 CO2。則根據(jù)方程式計(jì)算反應(yīng)物及產(chǎn)物的量如下：鄰苯二甲酸酐、順酐、苯酞、苯甲酸、氧氣、以及水的量：Ⅰ. OHCOH234821083??? .71x23x根據(jù)方程求得： ?kg092?Ⅱ. OHCOHC32421085.?? .169 6195 .39。1x439。3x根據(jù)方程求得： kg.39。??48.39。3?xⅢ. OHCOH2682108 ??? 739。1x539。3x根據(jù)方程求得： kgx102.?????Ⅳ. 26721083COHCOH??? 69. 34 739。1x639。x7根據(jù)方程求得： 39。??39。3??Ⅴ. OHCHC22108 585.??? 69390 .39。1x39。739。3x根據(jù)方程求得： 39。?39。7?39。3?可算得節(jié)點(diǎn)②其他組分的量為：氧氣： ..??? 二氧化碳： 水： ..?? 氮?dú)猓?kg716 ?出進(jìn) 表 22 節(jié)點(diǎn)②物料衡算結(jié)果節(jié)點(diǎn) 苯酐 氮?dú)?氧氣 水 二氧化碳 順酐 苯甲酸 苯酞 總計(jì)② 實(shí)際物料衡算設(shè)氧化工段的物料損失為 0，精餾工段的物料損失為 5%產(chǎn)量:30kt/a 每年按 300 天 每天按 24 小時(shí)計(jì)算一年總共有 則每小時(shí)的產(chǎn)量為:h7234?? hkg/???苯酐成品的純度為:% 設(shè)工藝過程中苯酐總損失量為 5%根據(jù)比例計(jì)算實(shí)際進(jìn)料 %16??則實(shí)際進(jìn)料: 鄰二甲苯的量為: ?? mol75348?空氣的量為: . kg91??1) 對(duì)節(jié)點(diǎn) 1 的物料衡算表 23 節(jié)點(diǎn)①物料衡算結(jié)果名稱 鄰二甲苯 氧氣 氮?dú)?合計(jì)進(jìn)料（kmol） 2) 對(duì)節(jié)點(diǎn) 2 的物料衡算由基準(zhǔn)物料衡算，根據(jù)比例可以算出節(jié)點(diǎn) 2 的物料： 表 24 節(jié)點(diǎn)②物料衡算結(jié)果節(jié)點(diǎn) 苯酐 氮?dú)?氧氣 水 二氧化碳 順酐 苯甲酸 苯酞 總計(jì)② 63) 對(duì)節(jié)點(diǎn) ③的物料衡算物料經(jīng)氣體冷卻器后無質(zhì)量變化。 表 25 節(jié)點(diǎn)③物料衡算結(jié)果節(jié)點(diǎn) 苯酐 氮?dú)?氧氣 水 二氧化碳 順酐 苯甲酸 苯酞 總計(jì)③ 64) 對(duì)節(jié)點(diǎn) ④的物料衡算這部分物料將進(jìn)入切換冷凝器。在后冷器內(nèi)反應(yīng)氣由 300℃~200℃。經(jīng)查得苯酐在 ℃時(shí)發(fā)生相變。285℃時(shí)苯酐飽和蒸汽壓 88158pa，200℃苯酐飽和蒸汽壓 12548pa。即液化的苯酐量為 %??查得順酐 300℃時(shí)順酐飽和蒸汽壓 ，200℃順酐飽和蒸汽壓 。即液化的苯酐量為 %??經(jīng)查得苯甲酸在 250℃時(shí)發(fā)生相變。250℃時(shí)苯酐飽和蒸汽壓 77188pa，200℃苯甲酸飽和蒸汽壓 22297pa。即液化的苯甲酸量為 ??經(jīng)查得苯酞在 300℃時(shí)發(fā)生相變。300℃時(shí)苯酞飽和蒸汽壓 ，200℃苯酞飽和蒸汽壓 。即液化的苯酐量為 %??那么節(jié)點(diǎn)④物料衡算苯酐 kg6.%)(?順酐 3151??苯甲酸 ).(.苯酞 g27842?表 26 點(diǎn)④物料衡算結(jié)果節(jié)點(diǎn) 苯酐 氮?dú)?氧氣 水 二氧化碳 順酐 苯甲酸 苯酞 總計(jì)④ 65) 對(duì)節(jié)點(diǎn) ⑤的物料衡算苯酐 %.??順酐 1苯甲酸 k9..7.苯酞 g4842??表 27 點(diǎn)⑤物料衡算結(jié)果節(jié)點(diǎn) 苯酐 氮?dú)?氧氣 水 二氧化碳 　順酐 苯甲酸 苯酞 總計(jì)⑤ － － － 　?。? 6) 對(duì)節(jié)點(diǎn) ⑥的物料衡算切換冷凝器溫度變化 200℃~65℃，物料中氧氣、二氧化碳、氮?dú)獠话l(fā)生相態(tài)變化，而其中的苯酐、順酐、苯甲酸和苯酞全部冷凝。表 28 節(jié)點(diǎn)⑥物料衡算結(jié)果節(jié)點(diǎn) 苯酐 氮?dú)?氧氣 水 二氧化碳 順酐 苯甲酸 苯酞 總計(jì)⑥ － － － 表 29 實(shí)際物料衡算結(jié)果 /kg 節(jié)點(diǎn) 鄰二甲 苯 苯酐 順酐 氮?dú)?氧氣 水 二氧化 碳 苯甲酸 苯酞 總計(jì) ① — — — — — — ② — 7 ③— 7 ④— 7 ⑤— － － － － ⑥— － － 7－ 第 3 章 能量衡算 原料預(yù)熱設(shè)備的能量衡算 原料預(yù)熱設(shè)備包括:空氣預(yù)熱器、鄰二甲苯預(yù)熱器、鄰二甲苯汽化器所需物性數(shù)據(jù)由《化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)》查得。 1) 空氣預(yù)熱器 冷介質(zhì):空氣 25 ℃ — 170 ℃ 平均溫度: ℃ 用 180 ℃、1 MP 的飽和水蒸汽進(jìn)行預(yù)熱，水的汽化熱為 kJ/mol 空氣在平均溫度 ℃下的比熱容由內(nèi)插法計(jì)算求得 50℃空氣的比熱容為 )/(? 100℃空氣的比熱容為 6 ℃下的比熱容為 )/(? 根據(jù)物料衡算可知： monAir14.? 預(yù)熱空氣所需的熱量為: )25170(.???TCQphkJ/?? 則所需飽和水蒸汽的物質(zhì)的量： ? 則飽和水蒸汽的質(zhì)量： kgm/2) 鄰二甲苯預(yù)熱器的能量衡算 冷介質(zhì): 鄰二甲苯 25 ℃ 140 ℃ 平均溫度: ℃? 用 180 ℃、1MP 的飽和水蒸汽進(jìn)行預(yù)熱， 水蒸汽的汽化熱為 kJ/mol 鄰二甲苯在平均溫度: ℃下的比熱容由內(nèi)插法計(jì)算求得 80 ℃鄰二甲苯 的比熱容為 )/(? 100 ℃空氣的比熱容為 32k ℃下的比熱容為 )/(?hkJTnCQpm /??????則所需飽和水蒸汽的物質(zhì)的量 hkmolHQn / ??則飽和水蒸汽的質(zhì)量 hkgm/?3) 鄰二甲苯汽化器的能量衡算 冷介質(zhì)：鄰二甲苯 140 ℃ ℃ 170 ℃? ℃時(shí)鄰二甲苯的汽化熱為 )/(?140 ℃鄰二甲苯的比熱容為 )/(? ℃鄰二甲苯的比熱容為 0J ℃ 170 ℃的平均溫度為 ℃170 ℃鄰二甲苯的比熱容為 )/(?℃鄰二甲苯的比熱容為 20J21TnCHTnCQpmpm????.)140.( ?????hkJ/1062. ).7(.???則所需飽和水蒸汽的物質(zhì)的量為： hkmoln/?? 則需飽和水蒸汽的總量為: 21?? 對(duì)反應(yīng)器的能量衡算根據(jù)能量守恒定律: 損 失移 出帶 出反 應(yīng)帶 入 ???反應(yīng)器進(jìn)口溫度為 170℃ 反應(yīng)時(shí)的溫度為 380℃1) 原料氣帶入的熱量 輸入的原料氣的溫度為 170℃ 查《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)》得進(jìn)料氣體的物性數(shù)據(jù)列于下表：表 31 料氣體物性數(shù)據(jù)表進(jìn)料氣體 物質(zhì)的量 kmol各溫度下的比熱 kmolJ?/150 ℃ 200 ℃鄰二甲苯 100 ℃ 200 ℃空氣 根據(jù)表 31 由內(nèi)插法 求得：???鄰 二鄰 二 C170 ℃時(shí)鄰二甲苯的比熱 kmolJ?/ 二再由內(nèi)插法 ?空 氣空 氣170 ℃時(shí)空氣的比熱 kolJC??/ 氣則隨物料進(jìn)入設(shè)備的熱量計(jì)算如下： hkJTnQpm /102.)170(??????鄰 二 甲 苯hkJTnCQpm /)10(??????空 氣 空 氣鄰 二 甲 苯帶 入 ?.?9462) 反應(yīng)放出的熱量380 ℃時(shí)的反應(yīng)方程式為：主反應(yīng)： molkJOHCOH/132323482108 ???副反應(yīng)： 505. lkJ/8742682108 molCOHCOH/.1327???lkJ/?生成苯酐時(shí)放出的熱量： ??QhkJ/?生成順酐時(shí)放出的熱量： 122 162生成苯甲酸時(shí)放出的熱量： 7..3 kJ/?生成苯酞時(shí)放出的熱量： 08414??Qh0954?生成 及其物質(zhì)時(shí)放出的熱量：???反 應(yīng) 54767 . ????hkJ/63) 損失的熱量 總損失的熱量為帶入和放出熱量的 5%%5???）（ 反 應(yīng)帶 入損 失 Q ）（ hkJ/1036.??4）輸出的熱量：產(chǎn)物出反應(yīng)器的溫度為 380℃表 32 出口氣體數(shù)據(jù)表不同溫度下的比熱容 KmolJ?/內(nèi)差后比熱 olJ?/物料種類 物質(zhì)的量 kmol327℃ 387℃ 380℃苯酐 順酐 二氧化碳 氧氣 水 氮?dú)? 苯甲酸 苯酞 雜質(zhì) 由表 32 中的數(shù)據(jù)可計(jì)算得出：出口處反應(yīng)產(chǎn)物帶出的熱量 以 0 ℃為基準(zhǔn)溫度 hkJTnCQpm /)30(??????苯 酐 413順 酐 p /4.)( 甲 酸 hkJTnm ?????苯 酞 CQpO /9.)30(?720hkJTnpmH /10.)( ?????N 893085所以出口處反應(yīng)物帶出的熱量: 2222 NOHCOQ???苯 酞苯 甲 酸順 酐苯 酐輸 出 hkJ/??熔鹽移出的熱量為： 損 失輸 出反 應(yīng)帶 入移 出 ? 6676 ???? hkJ/? 鹽冷器的能量衡算熱介質(zhì)：熔鹽 370℃ 380℃ 在此設(shè)備中物料無相變化? 平均溫度下的比熱為 kgJ?/61. 分子量為： kmolg/ /, ?????熔 移 出熔 鹽所需水蒸汽的量的計(jì)算：用 180℃的水進(jìn)行冷卻 180℃的水汽化潛熱為 molkJ/ ????水 htkgm/25/ 汽體冷卻器的能量衡算熱介質(zhì)：380 ℃ 300 ℃ 平均溫度為 340 ℃?表 33 有機(jī)物物性數(shù)據(jù)表不同溫度下的比熱容 KmolJ?/ 內(nèi)差后比熱 KmolJ?/物料種類物質(zhì)的量 kln/327℃ 377℃ 340℃苯酐 順酐 苯甲酸 苯酞 雜質(zhì) 表 34 無機(jī)物物性數(shù)據(jù)表不同溫度下的比熱容 KmolJ?/ 內(nèi)差后比熱 KmolJ