【文章內(nèi)容簡介】 30%氫氧化鈉溶液 投料量 = = 30%氫氧化鈉溶液中：純氫氧化鈉 30%=； 水 70%= 水 投料量 = = 另外 反應(yīng)產(chǎn)生的 水 為 () 96% 生成 4氯 2硝基苯酚鈉 =() 96% = 生成 氯化鈉 =() 96% = 未參與反應(yīng)的 2,5二氯硝基苯 = 5% = 未參與反應(yīng)的氫氧化鈉 =() 2 96% = 總投料量 =2,5二氯硝基苯 +30%氫氧化鈉溶液 +水 =++ = 總出料量 =4氯 2硝基苯酚鈉 +氯化鈉 +反應(yīng)生成的水 +未反應(yīng)水 +殘留 2,5二氯硝基苯+殘留氫氧化鈉 =+++(+)++ = 水解反應(yīng)釜 R101 物料衡算數(shù)據(jù)見下表 2： 9 表 1 水解反應(yīng)釜 R101 物料衡算表 進(jìn)料物名稱 進(jìn)料物質(zhì) 量 /kg 進(jìn)料物體積 /L 出料物名稱 出料物質(zhì) 量 /kg 出料物體積 /L 2,5二氯硝基苯 4氯 2硝基苯酚鈉 30%氫氧化鈉溶液 691． 11 氯化鈉 溶劑水 反應(yīng)生成的 水 未反的水 殘留 2,5二氯硝基苯 殘留氫氧化鈉 合計(jì) 合計(jì) 結(jié)晶釜 R201的物料衡算 根據(jù) 結(jié)晶釜生產(chǎn)能力，本次操作的收率為 97% 進(jìn)料： 完全來自 水解 反應(yīng)釜中的總量為 其中： 4氯 2硝基苯酚鈉 ： 氯化鈉 ： 氫氧化鈉 ： 2,5二氯硝基苯 ： 水： 結(jié)晶加入的工業(yè)鹽 ： 300kg 本次操作中損耗率為 5% 損耗的 4氯 2硝基苯酚鈉 = 3% = 出料： 4氯 2硝基苯酚鈉 (固 )： () 4氯 2硝基苯酚鈉 (溶 )： 氯化鈉： 氫氧化鈉： 2,5二氯硝基苯： 水： 10 工業(yè)鹽： 300kg 結(jié)晶釜 R201 物料衡算數(shù)據(jù)見下表 2： 表 2 結(jié)晶釜 R201 物料衡算表 進(jìn)料物名稱 進(jìn)料物質(zhì)量 /kg 進(jìn)料物體積 /L 出料物名稱 出料物質(zhì)量 /kg 出料物體積 /L 4氯 2硝基苯酚鈉 4氯 2硝基苯酚鈉 (固 ) 氯化鈉 4氯 2硝基苯酚鈉 (溶 ) 反應(yīng)生成的水 氯化鈉 未反的水 氫氧化鈉 殘留 2,5二氯硝基苯 2,5二氯硝基苯 殘留氫氧化鈉 水 工業(yè)鹽 300 工業(yè)鹽 300 合計(jì) 合計(jì) 離心機(jī) M201 的物料衡算 進(jìn)料： 完全來自 結(jié)晶 化反應(yīng) 釜 中的總量為 其中： 4氯 2硝基苯酚鈉 (固 )： 4氯 2硝基苯酚鈉 (溶 )： 氯化鈉： 氫氧化鈉： 2,5二氯硝基苯： 水： 工業(yè)鹽： 300kg 本次操作中 損耗 率為 3% 損耗 的 4氯 2硝基苯酚鈉 = 3% = 出料： 濾餅 (以濾餅含水量 殘留 為總液體 5%計(jì) ) 其中 4氯 2硝基苯酚鈉 (固 )： 11 4氯 2硝基苯酚鈉 (溶 )： 氯化鈉： 氫氧化鈉： 2,5二氯硝基苯： 水： 工業(yè)鹽： 母液質(zhì)量： 其中： 4氯 2硝基苯酚鈉 (溶 )： 氯化鈉： 氫氧化鈉： 2,5二氯硝基苯： 水： 工業(yè)鹽： 離心機(jī) M201 物料衡算數(shù)據(jù)見下表 2： 表 3 離心機(jī) M201 物料衡算表 進(jìn)料物名稱 進(jìn)料物質(zhì) 量 /kg 出料物名稱 出料物質(zhì)量 /kg 濾餅 母液 4氯 2硝基苯酚鈉 (固 ) 4氯 2硝基苯酚鈉 (固 ) 0 4氯 2硝基苯酚鈉 (溶 ) 4氯 2硝基苯酚鈉 (溶 ) 氯化鈉 氯化鈉 氫氧化鈉 氫氧化鈉 2,5二氯硝基苯 2,5二氯硝基苯 水 水 工業(yè)鹽 300 工業(yè)鹽 損耗量 合計(jì) 合計(jì) 酸化 反應(yīng)釜 R202的物料衡算 為了使濾餅更好的分散，采用該濾餅質(zhì)量的 5倍的水通過攪拌攪勻。通過加 鹽酸12 調(diào)節(jié)溶液 pH 至 。濾餅密度約為 ,10%的碳酸鈉的密度為 。 O N aC lN O 2H C l N a C lO HC lN O 2 NaOH + HCl → NaCl + H2O 濾餅的體積 =(++++++)/ = 所加水的 質(zhì)量 = 5 = 與 4氯 2硝基苯酚鈉反應(yīng) 所需 HCl： (+)/ = 與氫氧化鈉反應(yīng)所需 HCl： = 假設(shè)所用鹽酸濃度 31%，反應(yīng)所需鹽酸質(zhì)量 總共 ： (+)/31%= 其中： 、 水 反應(yīng)生成 4氯 2硝基苯酚： (+)/ = 反應(yīng)生成氯化鈉： (+)/ + = 反應(yīng)生成水： = 最終出料所有水： +++= 綜上可知： 2,5二氯硝基苯 、 工業(yè)鹽 在反應(yīng)過程中均未變化 進(jìn)料： 4氯 2硝基苯酚鈉 (固 )： 4氯 2硝基苯酚鈉 (溶 )： 氯化鈉： 氫氧化鈉： 2,5二氯硝基苯： 水： 工業(yè)鹽： 31%鹽酸： 介質(zhì)水： 13 出料： 4氯 2硝基苯酚： 氯化鈉： 2,5二氯硝基苯： 水： 工業(yè)鹽： kg 酸化反應(yīng)釜 R202 物料衡算數(shù)據(jù)見下表 2： 表 3 酸化反應(yīng)釜 R202 物料衡算表 進(jìn)料物名稱 進(jìn)料物質(zhì) 量 /kg 進(jìn)料物體 積 /L 出料物名稱 出料物質(zhì) 量 /kg 出料物體 積 /L 4氯 2硝基苯酚鈉 (固 ) 4氯 2硝基苯酚 4氯 2硝基苯酚鈉 (溶 ) 氯化鈉 氯化鈉 2,5二氯硝基苯 氫氧化鈉 水 2,5二氯硝基苯 工業(yè)鹽 水 工業(yè)鹽 31%鹽酸 介質(zhì)水 合計(jì) 合計(jì) 離心機(jī) M202 的物料衡算 因加水量較多，溶質(zhì)全部溶于水流出體系，以離心分離后濾餅中只含有水和目標(biāo)產(chǎn)物對硝基苯甲酸乙酯。本次操作 損耗 %濾餅含水量為 5%。 進(jìn)料： 4氯 2硝基苯酚： 氯化鈉： 2,5二氯硝基苯： 水： 工業(yè)鹽： kg 出料： 濾餅： 水： 對硝基苯甲酸乙酯： 濾液： 4氯 2硝基苯酚： 14 氯化鈉： 2,5二氯硝基苯： 水： 工業(yè)鹽： kg 離心機(jī) M202 物料衡算數(shù)據(jù)見下表 2： 表 3 離心機(jī) M202 物料衡算表 進(jìn)料物名稱 進(jìn)料物質(zhì) 量 /kg 出料 物名稱 出料物質(zhì)量 /kg 濾餅 母液 4氯 2硝基苯酚 4氯 2硝基苯酚 氯化鈉 氯化鈉 0 2,5二氯硝基苯 2,5二氯硝基苯 0 水 水 工業(yè)鹽 工業(yè)鹽 0 合計(jì) 合計(jì) 氣流干燥的物料衡算 根據(jù)物料計(jì)算，干燥物料總重為： ，含水量為 5%，即 進(jìn)行完全脫水 即干燥失重為 驗(yàn)證： ＞ (符合設(shè)計(jì)要求 ) 綜合以上計(jì)算，得： 進(jìn)料 ： 4氯 2硝基苯酚 (濕品 )=。 出料 ： 得到成品 = 15 第三章 能量衡算 能量消耗費(fèi)用是生產(chǎn)產(chǎn)品的主要成本之一，合理的利用能量可以降低成本。因此，在產(chǎn)品生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)中，能量衡算是十分重要的基本設(shè)計(jì)項(xiàng)目。能量衡算的目的在于定量地表示出工藝過程各部分的能量變化，確定需要加入或可供利用的能量，確定過程及設(shè)備的工藝條件和熱負(fù)荷。 能量衡算主要包括熱能、動(dòng)能、電能 、化學(xué)能等。在該設(shè)計(jì)中，主要涉及到的是熱能、化學(xué)能的衡算。 比熱容的計(jì)算 (一 )經(jīng) 《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊 (無機(jī)卷 )》 可查得 氫氧化鈉 、 氯化鈉、 水 、 氯化氫 的比熱容 。 (二 )比熱容的計(jì)算 大多數(shù)液體的比熱容在 ～ (Kg.℃ )之間，少數(shù)液體例外，如液氨與水的比熱容比較大，在 4左右；而汞和液體金屬的比熱容比較小。 液體比熱容一般與壓強(qiáng)無關(guān)，隨溫度上升而稍有增大。 作為水溶液比熱容的近似計(jì)算，可先求出固體的比熱容，再按下式計(jì)算 C=CS a + (1a) 式中 C水溶液的比熱容 KJ/(Kg.℃ )。 CS固體的比熱容 KJ/(Kg.℃ )。 a水溶液中固體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 對于絕大多數(shù)有機(jī)化合物，其比熱容可利用下表求得。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成比熱容。 基團(tuán)結(jié)構(gòu)摩爾熱容 [J/(mol.℃ )] 溫度 C6H5(苯環(huán) ) NO2 OH O CH3 Cl 5℃ 25℃ 44． 00 80℃ 所以 ： 2,5二氯硝基苯 的比熱容 =[(C6H5)+(Cl)+(NO2)]/ 4氯 2硝基苯酚鈉 的比熱容 =[(C6H5)+(NO2)+(Cl)+(ONa)]/ 16 4氯 2硝基苯酚 的比熱容 =[(C6H5)+(NO2)+(Cl)+(OH)]/ 經(jīng)以上式子可求得 所需比熱容 (KJ/Kg℃ ) 比熱容 數(shù)據(jù) (KJ/Kg℃ ) 物質(zhì) 5℃ 25℃ 80℃ 平均值 2,5二氯硝基苯 4氯 2硝基苯酚鈉 4氯 2硝基苯酚 氫氧化鈉 氯化鈉 水 反應(yīng)釜 能量衡算 Q t1 Q t4 Q t2 Q t5 Q6 反應(yīng)罐能量衡算可表示如下式： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 Q1對 2,5二氯硝基苯 、 30%氫氧化鈉溶液 、 溶劑水 帶入設(shè)備的熱 kJ； Q2加熱劑水蒸汽傳給物料的熱量 kJ； Q3過程反應(yīng)熱 kJ； Q4生成 4氯 2硝基苯酚鈉 和水 等物質(zhì) 帶走的熱量 kJ； Q5加熱劑水蒸汽帶走的熱量 KJ； Q 6設(shè)備向環(huán)境散失的熱量 KJ； t1原料 進(jìn)入設(shè)備的溫度 ℃ ， t1=25℃ ； t2加熱器 水蒸氣的進(jìn)入溫度 ℃ ， t2=150℃ ； t3最終反應(yīng)罐中溫度 ℃ ， t3=130℃ ； t4物料流出時(shí)的溫度 ℃ ， t4=136℃ ； t5加熱劑水蒸汽流出時(shí)的溫度 ℃ ， t5=110℃ 。 (1) Q Q4的計(jì)算公式 Q=Σ mct 式中 m輸入 (輸出 )設(shè)備的物料質(zhì)量 Kg； c物料的平均比熱容 KJ/Kg℃ 。 Q3 17 t物料的溫度℃； 以 25℃為基準(zhǔn) Q1 =0 Q4=( + + + + ) (13325) =≈ 106 kJ (2) Q3的計(jì)算 (過程反應(yīng)熱，生成過程中產(chǎn)生 ) Qc(2,5二氯硝基苯 )= 29++=Qc(氫氧化鈉 )=Qc(4氯 2硝基苯酚鈉 )=Qc(氯化鈉 )=Qc(水 )=Q3= + + =≈ 105kJ (4) Q5的計(jì)算公式 Q=Σ mCpt Q5 =3300 47= (5) Q6計(jì)算公式 Q6=Σ Aα t(twt0)г Q6= 10 (13325) 13 3600=928998720J= (6) Q2的計(jì)算 Q=Σ mct， 根據(jù)水蒸氣的性質(zhì)可得， 150攝氏度 水蒸氣 ： 密度 ，黏度 10^5pa s，比熱容 (kg c)，導(dǎo)熱系數(shù) (m ℃ ) 水蒸氣進(jìn)口溫度為 150℃，出口溫度為 110℃ Q2 = Q4+ Q5+ Q6 Q1 Q3 =++ = 106kJ M=Q2/(40 )= 104 kg V=m/ρ = 104m3 結(jié)晶釜 的能量衡算 以 25℃為標(biāo)準(zhǔn) 進(jìn) 料的能量 Q1=( + + + +) (8525) 950**5500**105 /100