【正文】 酐和水： C8H6O2 + O2 → C8H4O3 + H2O由苯酞分解生成的苯酐為： 則經(jīng)過預處理段后苯酐：F1=+= 粗苯酐中含量較少的鄰二甲苯、檸槺酐、苯甲酸也基本除去，為了后面精餾計算方便，可假設(shè)粗苯酐經(jīng)過預處理蒸餾后，雜質(zhì)中的鄰二甲苯、檸槺酐、苯甲酸、苯酞以及苯酞高溫分解產(chǎn)物水一起除去，通過泵送入尾氣洗滌裝置。 所以進入輕組分塔的原料物流：純苯酐的物料流量：F1=順酐的物料流量：F2=進入精餾塔粗苯酐總物料：F=F1+F2 =物流1流量即為粗苯酐總的物料流量F=對該段精餾，進料組成： xF1= xF2=物料1的平均摩爾質(zhì)量：MF=148+98 =本次設(shè)計對精餾要求：塔頂x1≤；塔底x1≥，列出物料橫算式： F=D+W （1） F1=Dxd1+Wxw1 （2） F2=Dxd2+Wxw2 （3）先將已知數(shù)據(jù)代人式（1）、（2）式： =D+W =+解得： D= kmol/h W= kmol/h所以苯酐： F1D= = kmol/h F1W= = kmol/h由： xd2== xw2= =所以順酐： F2D== kmol/h F2W== kmol/h根據(jù)以上計算列出精餾物料平衡表：表34 精餾工段物料衡算表物 流 表123摩爾流量 kmol/h質(zhì)量流量 kg/h苯酐 kg/h順酐 kg/h第4章 能量衡算化工計算中的能量衡算是根據(jù)熱力學第一定律，即能量守恒與轉(zhuǎn)化定律，對化工過程進行能量計算?；どa(chǎn)中消耗的能量形式有機械能，電能和熱能等等，其中以熱能為主要形式，因此化工過程中的能量衡算重點是熱量衡算。本章具體對苯酐氧化反應器進行能量衡算如下：熱量衡算方程式： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5 其中式中： Q1——初始物料帶入設(shè)備中的熱量，kJ Q2——加熱劑或冷卻劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量，kJ Q3——物理變化及化學變化的熱效應，kJ Q4——離開設(shè)備物料帶走的熱量，kJ Q5——反應器系統(tǒng)熱量損失，kJ 反應過程的能量方框圖Q2370℃固 定 床 反 應 器Q 鄰二甲苯 工藝空氣 145℃苯酐 鄰二甲苯順酐 苯甲酸 苯酞檸槺酐 水 二氧化碳 一氧化碳圖41 反應工段能量衡算圖 反應器能量橫算過程 根據(jù)圖41及能量守恒可知：Q2=Q4+Q5Q1Q3 Q1和Q4的計算Q=∑MiCi（t1t2） （Q1和Q4的計算都適用） 式中：Mi——反應物體系中組分的質(zhì)量，kg； Ci——組分i在0T℃時的平均比熱容，KJ/； t1，t2——反應物系在反應前后的溫度，℃。 物料進入設(shè)備時的溫度為145℃，熱量衡算的基準為145℃，△T=0,則： Q1=0 查得各物項平均比熱容數(shù)據(jù)： （kJ/kg.℃）表41 各物相平均比熱容組分OXO2N2苯酐順酐檸康酐苯酞苯甲酸水COCO2比熱容所以： =(370145)+225+225+225+225+225+225+225+225+225+225 = 過程Q3的計算過程熱效率可以分為兩類：一類是化學過程的熱效率即化學反應速率；另一類是物理過程熱效率。物料化學變化過程，除化學反應外，往往伴隨著物料狀態(tài)變化熱效率，但本工藝流程中物理過程熱效率較低，可以忽略不計，該過程皆為放熱反應，則過程熱效率可以由下式計算：主反應：C8H10+3O2→C8H4O3+3H2O + Q31=103=103kJ/h 副反應：CH3C6H4CH3+→C4H2O3（順酐）+4CO2+4H2O + Q32=103=103kJ/h CH3C6H4CH3+3O2→C6H5COOH（苯甲酸）+CO2+2H2O + Q33=103=103kJ/h CH3C6H4CH3+2O2→C8H6O2（苯酞）+2H2O + Q34=103=103kJ/h CH3C6H4CH3+→C5H5O3（檸槺酐）+3CO+3H2O + Q35=103=103kJ/h CH3C6H4CH3+→8CO+5H2O + Q36=103=103kJ/h CH3C6H4CH3+→8CO2+5H2O + Q37=103=103kJ/h繼而得到：Q3 = Q31+Q32+Q33+Q34+Q35+Q36+Q37=103kJ/h Q5的計算 該反應中的熱損失按5%計算，即：Q5=5%（Q1+Q3）=5%（0+103）=3559375kJ/h Q2的計算 Q2為熔巖移出反應器的熱量，由反應器熱量守恒可知：Q2=Q4+Q5Q1Q3= 反應器能量衡算表 根據(jù)以上計算列出氧化反應工段能量衡算表格如下：表42 反應工段能量衡算表（吸收熱量為“+”，釋放熱量為“”）名稱熱量（kJ/h）輸入物料焓（Q1）0熱交換量（Q2）過程熱效率（Q3）71187500輸出熱料焓（Q4）總的熱損失（Q5）3559375第5章 精餾塔的計算與設(shè)計 本次設(shè)計的一部分是設(shè)計苯酐輕組分塔，塔型選用F1浮閥塔，進料為兩組分進料連續(xù)型精餾。苯酐為重組分，順酐為輕組分，從塔頂蒸除去，所以該塔又稱為順酐塔。 確定操作條件 順酐為揮發(fā)組分，所以根據(jù)第3章物料衡算得摩爾份率： 進料： 塔頂： = 塔底： = 該設(shè)計根據(jù)工廠實際經(jīng)驗及相關(guān)文獻給出實際回流比R=2（R=），及以下操作條件： 塔頂壓力：； 塔底壓力：； 塔頂溫度：℃； 塔底溫度：℃； 進料溫度：225℃； 塔板效率：ET= 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理 （1）精餾段：F, xF12nn+1x1 y2x2 yn xn yn+1V , y1L,xD D,xD圖51 精餾段物流圖 平均溫度：℃ 平均壓力：pa根據(jù)第3章物料衡算，列出精餾段物料流率表如下：表51　精餾段物料流率物料質(zhì)量流量 kg/h分子量kg/kmol摩爾流量kmol/h內(nèi)回流98 標準狀況下的體積： V0=Nm3/h 操作狀況下的體積： V1= = Nm3/h 氣體負荷： Vn= m3/s 氣體密度： 液體負荷： Ln= ℃時 苯酐的密度為1455kg/m3 （2）提餾段：mm+1 NL’ V’x’mF , xFy’m+1y’Nx’N蒸氣W ,xWxn圖52 提餾段物料圖 平均溫度：℃入料壓力： 平均壓力： 根據(jù)第3章物料衡算列出提餾段內(nèi)回流如下圖：表52 提餾段內(nèi)回流物料質(zhì)量流量kg/h分子量kg/kmol摩爾流量kmol/h內(nèi)回流98標準狀況下的體積：Nm3/h 操作狀態(tài)下的體積： =氣體負荷：Vm=m3/s氣體密度 =kg/m3 查得進料狀態(tài)順酐與苯酐混合物在溫度225℃下，(wt)%,密度1546kg/m3。塔底含順酐很少，可近似為純苯酐，在塔頂?shù)臏囟燃皦毫顟B(tài)下苯酐的密度為1530kg/m3。液體的平均密度：，液體負荷m3/s 塔板數(shù)的確定 由于進料中順酐的摩爾分率很小，無法用常規(guī)的作圖法求解塔板數(shù)。所以這里采用假設(shè)全回流計算理論最少塔板數(shù)Nmin，下面應用芬斯克方程[14]式有： 查得全塔平均相對揮發(fā)度=，所以全塔的最少理論板層數(shù)： = 精餾段最少理論板層數(shù)： =由： =對應吉利蘭圖查得： =所以對全塔： =解得全塔理論板數(shù)： N= 對精餾段： 解得精餾段理論塔板數(shù)： N2=所以提餾段理論塔板數(shù)： N3=所以得到實際板層數(shù)： 精餾段：N精= 提餾段：N提=全塔實際板層數(shù)： N總=25實際進料板： NT=12 塔徑的計算及板間距離的確定 由于浮閥塔塔板效率高，生產(chǎn)能力大，且結(jié)構(gòu)簡單，塔的造價低，所以本次設(shè)計采用的是F1型浮閥塔，設(shè)全塔選用標準結(jié)構(gòu)，板間距HT=，且因為該順酐塔為減壓塔，所以設(shè)計溢流堰高hc= 精餾段(1)精餾段功能參數(shù)：() =塔板間的有效高度H0=HThC=由史密斯圖[13]查得：，(2)℃下=，=，所以=+=進料層溫度225℃下=，=所以=+=(3)計算出操作物系的負荷因子C==所以最大空塔氣速設(shè)計氣速：，則U==(4)塔徑D=m 提餾段(1)精餾段功能參數(shù)為：（） =塔板間有效高度：H0=由史密斯圖得負荷系數(shù)：=(2)℃下=，=所以=+=所以提餾段液相平均表面張力=(3)所以最大空塔氣速：設(shè)計氣速：，則U==(4)塔徑對全塔，取圓整D=700mm塔截面積 塔高的計算精餾段有效高度：提餾段有效高度：在進料板上方開一人孔，所以精餾塔的有效高度為 溢流堰長計算 上面計算得出的塔徑為700mm，遠小于2m，所以溢流方式采用單溢流。堰長一般根據(jù)經(jīng)驗確定，對于此次塔設(shè)備的弓形降液管，堰長： 塔體厚度的計算 本次設(shè)計中精餾操作為減壓操作，塔體材料選用Q235A，該材料的許用應力： ，厚度附加量2mm 塔體內(nèi)液柱高度[16]： 液柱靜壓力：(可忽略) 計算壓力： 塔體計算厚度： 塔體設(shè)計厚度： 塔體名義厚度：4mm 塔體有效厚度：2mm 塔設(shè)備計算結(jié)果列表53 塔設(shè)備計算結(jié)果列表項目數(shù)值及說明塔徑，m板間距，m塔截面積，m2塔板形式單溢流弓形降液管堰長，m堰高，m浮閥塔板數(shù)25進料板12塔高，m塔體名義厚度，mm4塔體內(nèi)液柱高度，m計算壓力，MP精餾段提餾段最大空塔氣速，m/s第6章 苯酐生產(chǎn)裝置其他主要設(shè)備選擇 主要附件設(shè)備選擇鼓 風 機：風量=41600Nm3/h