【正文】 (1 Wh = 860 cal ) 167。 能量衡算167。 能量衡算167。 加熱劑與冷卻劑D. 熱量衡算結(jié)果整理 通過熱量衡算，以及加熱劑、冷卻劑等用量計(jì)算，再結(jié)合設(shè)備計(jì)算與操作時(shí)間安排等工作，即可求出生產(chǎn)某產(chǎn)品的整個(gè)裝置的動(dòng)力消耗及每噸產(chǎn)品的動(dòng)力消耗定額，由此可得動(dòng)力消耗的每小時(shí)最大用量，每晝夜用量和年消耗量，并列表匯總計(jì)算結(jié)果。 （三聚氰氨生產(chǎn)裝置） 序號(hào) 動(dòng)力名稱 單位 規(guī)格成品消耗定額（單耗 /t） 每小時(shí)消耗量 每年消耗量 使用情況1 蒸汽 t 采暖（ 1500d/a）2 蒸汽 t ≥ 6840 連續(xù)3 電 kWh 380V 690 940 106 連續(xù)4 電 kWh 6000V 580 420 106 連續(xù)5 循環(huán)水 m3 5℃ 溫差 677 104 連續(xù)6 軟水 m3 工業(yè)級 5 15600 連續(xù)7 空氣 m3 1536(m3/d) 105 連續(xù)167。 能量衡算167。 能量衡算167。 熱量衡算中的幾個(gè)問題A. 有效平均溫差 有效平均溫差是傳熱的平均推動(dòng)力，是換熱器計(jì)算中的主要參數(shù)，有效平均溫差不一定等于對數(shù)平均溫差，只有在特殊條件下二者相等T1 t2t1 T2（ 2）列管式換熱器兩換熱介質(zhì)純并流流向時(shí)，有效平均溫差等于對數(shù)平均溫差。（ 1）列管式換熱器兩換熱介質(zhì)純逆流流向時(shí)，有效平均溫差等于對數(shù)平均溫差。T1 t1t2 T2167。 能量衡算167。 能量衡算167。 熱量衡算中的幾個(gè)問題A. 有效平均溫差（ 3）其他流向時(shí)，如圖所示二管程換熱器，有效平均溫差為：T1t2t1T2167。 能量衡算167。 能量衡算167。 熱量衡算中的幾個(gè)問題A. 有效平均溫差（ 4）反應(yīng)釜間歇冷卻過程：如圖所示，反應(yīng)釜中熱流體經(jīng)過一段時(shí)間后，溫度由 T1降到 T2，冷卻劑進(jìn)口溫度不變?yōu)?t1，而冷卻劑出口溫度從 t2′升溫至 t2，這時(shí)可用一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式求得較為合理的有效平均溫度：Mt1t2′—t 2T1—T 2冷卻劑的平均最終溫度 ：t2cp＝ t1＋ △ tm,有效 lnA167。 能量衡算167。 能量衡算167。 熱量衡算中的幾個(gè)問題B. 壁溫的確定QTw2器壁 tw1冷流體 t2熱流體 t1a1a2熱流體側(cè)壁溫： tw1＝ t1－ K(t1－ t2)/a1冷流體側(cè)壁溫： tw2＝ t2＋ K(t1－ t2)/a2K— 總傳熱系數(shù)器壁平均溫度： tw＝（ tw1＋ tw2)/2一般金屬薄壁： tw＝ tw1＝ tw2當(dāng) a1 ＝ a2時(shí)： tw＝（ t1＋ t2)/2 a1 a2 時(shí)： tw＝ t1,K＝ a2 a1 a2時(shí)： tw＝ t2,K＝ a1壁溫接近于 a值較大流體的溫度，粗估壁溫為：tw＝ (a1t1＋ a2t2)/(a1＋ a2)167。 能量衡算167。 能量衡算167。 熱量衡算舉例例 [35]化工生產(chǎn)中常以煤或重油為燃料，在鍋爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生蒸汽。 試計(jì)算鍋爐中 ：（ 1）燃煤鍋爐中，每噸煤燃燒產(chǎn)生的蒸汽量（ 2） 燃油鍋爐中，每噸重油燃燒產(chǎn)生的蒸汽量解：煤的平均燃燒熱： 23012 kJ/kg；重油的平均燃燒熱： 33472 kJ/kg由熱平衡可知： Q＝ n蒸汽 ?H蒸汽 ；即： n蒸汽 ＝ Q/?H蒸汽壓力 kJ/kg，鍋爐效率 60%每噸煤的產(chǎn)蒸汽量 n蒸汽 ＝ Q煤 /?H蒸汽 ＝ 2301260%/ ＝ 每噸 重油 的產(chǎn)蒸汽量 n蒸汽 ＝ 3347260%/＝ t/t重油換熱設(shè)備 整個(gè)換熱設(shè)備與環(huán)境交換的熱量可以忽略不計(jì)，換熱設(shè)備內(nèi)部兩股物流存在熱量交換，但物流之間不發(fā)生混合。 mA和 mB分別為流體 A和流體 B的質(zhì)量流量167。 能量衡算 167。 能量衡算167。 熱量衡算舉例例 [36]如圖所示，在 、 500℃ 下，含苯蒸汽的物流通過兩個(gè)換熱器（ 1和 2）后被冷卻至 200℃ 。其中換熱器 2中的鍋爐給水由 75℃、 5MPa被加熱至飽和，有氣液分離器出來的飽和水在換熱器 1中加熱至沸騰。該氣液混合物與換熱器 2出來的飽和水在混合器中混合，然后進(jìn)入氣液分離器分離出飽和蒸汽。如果通過換熱器 1的水量為通過換熱器 2水量的 12倍，求換熱器 1所生產(chǎn)的蒸汽量和每摩爾工藝物料所產(chǎn)生的蒸汽量?；旌掀髌悍蛛x器換熱器 1換熱器 2苯蒸汽 500℃MPaF7（氣相） F6（飽和水）F5（飽和水蒸汽， 5MPa）F8（氣）F4（汽液）F2（飽和水）F1（鍋爐給水，75℃ ， 5MPa）F3（汽液）F9（氣相）200℃ ， MPa167。 能量衡算167。 能量衡算167。 熱量衡算舉例解：這是一個(gè)無化學(xué)反應(yīng)的多單元系統(tǒng)，每股物流中只含有一種物質(zhì)，因此含苯的物流是氣相；物流 2和 6是液相， 5是氣相， 3和 4是混合物。對過程分析，其計(jì)算順序?yàn)榭傔^程 → 熱交換器 2→ 熱交換器 1→ 汽液分離器（ 1）物料衡算方程總平衡： F1＝ F5分離器平衡： F3＝ F5＋ F6混和器平衡： F3＝ F4＋ F2＝ F6＋ F1基準(zhǔn)選物流 F7為 100mol/h167。 能量衡算167。 能量衡算167。 熱量衡算舉例解：（ 2）熱量衡算方程A）總平衡： F1[hV(飽和 ,5MPa)－ hL(75℃ ,5MPa)]＝ F7[hV(500℃ ,)－ hV(200℃ ,)]CP(苯 )＝ － 102T＋ 103T2－ 106T3＋ 109T4F1＝ F7[hV(500℃ ,)－ hV(200℃ ,)][hV(飽和 ,5MPa)－ hL(75℃ ,5MPa)]167。 能量衡算167。 能量衡算167。 熱量衡算舉例解：（ 2）熱量衡算方程B）換熱器 2的平衡：F1[hL(飽和 ,5MPa)－ hL(75℃ ,5MPa)]＝ F7[hV(T℃ ,)－ hV(200℃ ,)]＝ F7167。 能量衡算167。 能量衡算167。 熱量衡算舉例解：迭代法求解溫度 T167。 能量衡算167。 能量衡算167。 熱量衡算舉例解：迭代法求解溫度 T迭代次數(shù) 0 1 2 3 4 5T/K F8處苯物流的溫度：（ ℃）167。 能量衡算167。 能量衡算167。 熱量衡算舉例解：（ 2）熱量衡算方程C）換熱器 1的平衡：F7[hV(500℃ ,)－ hV(℃ ,)]＝ 12F1[h混 (飽和 ,5MPa)－ hL(飽和 ,5MPa)]167。 能量衡算167。 能量衡算167。 熱量衡算舉例解：（ 2）熱量衡算方程C）換熱器 1的平衡：設(shè)水蒸氣質(zhì)量百分比為 w，則167。 能量衡算167。 能量衡算167。 熱量衡算舉例解：（ 2）熱量衡算方程D）汽液分離器的物料平衡核算：化工開發(fā)實(shí)例 ：500t/a催化酯交換法合成碳酸二苯酯167。 項(xiàng)目意義 ： 碳酸二苯酯是非光氣法合成聚碳酸酯的主要原料之一，全球目前市場需求約 05萬噸 /年，并以 10%的速度快速增長。 在催化作用下，由苯酚與碳酸二甲酯進(jìn)行酯交換合成，被認(rèn)為是目前最有前景的非光氣法合成路線，意大利 ENI公司建有以 Ti、 Sn金屬有機(jī)化合物為催化劑的 5萬噸級酯交換法生產(chǎn)裝置。因此，研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的酯交換法工藝路線將帶動(dòng)我國是非光氣法合成聚碳酸酯行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步。 工藝創(chuàng)新點(diǎn) ： 采用水滑石類固體催化劑和加壓精餾反應(yīng)一體化新工藝，促進(jìn)酯交換反應(yīng)的平衡移動(dòng)，促使催化劑、副產(chǎn)物和產(chǎn)品有效分離，高產(chǎn)率、高選擇性合成碳酸二苯酯。中試重點(diǎn)研究反應(yīng)放大效應(yīng)、工藝優(yōu)化條件等對催化反應(yīng)性能、產(chǎn)品質(zhì)量的影響。 單程轉(zhuǎn)化率≥ 50%，選擇性 ≥ 98%，產(chǎn)品純度 ≥ %；符合聚碳級原料要求。具備500噸 /年中試規(guī)模的研究技術(shù)基礎(chǔ)和條件，本工作具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán) 。前期技術(shù)指標(biāo) 計(jì)劃技術(shù)指標(biāo)催化劑 均相 TiSn有機(jī)物 水滑石（ MgO/Al2O3)單程轉(zhuǎn)化率 40% 50%選擇性 98% 98%反應(yīng)規(guī)模 2噸 /年 500噸 /年碳酸二苯酯 % ≥外觀 白色片狀結(jié)晶熔點(diǎn) ℃ 79177。1色澤 (APHA) ≤30苯酚 % ≤酸堿性， pH 7177。鐵含量， ppm ≤3預(yù)期達(dá)到的主要工藝技術(shù)指標(biāo)預(yù)期達(dá)到的主要工藝技術(shù)指標(biāo)預(yù)期達(dá)到的主要產(chǎn)品指標(biāo)預(yù)期達(dá)到的主要產(chǎn)品指標(biāo) DMC+DPC + BPA in Synthesis of PCu Phosgene method u Transesterification (Green Process) 一 . 酯交換反應(yīng)分析：問題與對策k1 =103k2 =104k3 =106k4 =101一 . 酯交換反應(yīng)分析：問題與對策167。 副反應(yīng)167。 由于有 CO2生成，副反應(yīng)不受平衡制約167。 提高催化劑的選擇性是阻止副反應(yīng)的關(guān)鍵167。 這二個(gè)反應(yīng)都主要的被堿催化催化活性與選擇性DPC+MPCDPCANMPCDPCSelectivity /%Yields /%DMC conv./%Catalyst 合成 DPC工藝框圖 合成 DPC物料平衡小試反應(yīng)裝置示意圖 酯交換法合成 DPC工藝流程DPC主要是用于以 DPC和雙酚 A合成聚碳酸酯（ PC）的非光氣法的原料。隨著信息及汽車、建筑行業(yè)的高速發(fā)展， PC已成為世界第一大宗的化工產(chǎn)品，而綠色化工的要求，會(huì)使得非光氣法合成 PC工藝必將成為 PC合成的趨勢。 全球市場對 PC的需求每年以 8%－ 10% 的速率增長， 其次 PC的另一 大 市場是汽車玻璃，盡管目前這一市場尚不成熟，但預(yù)計(jì)到 2023年全球?qū)⑦_(dá)到 59萬噸 /年， Bayer公司至少與 5家大汽車正在共同開發(fā)。 近年來，意大利 Enichem公司與美國 GE公司、日本旭日化工公司聯(lián)合開發(fā)了以 DPC和雙酚 A合成聚碳酸酯 (PC)的非光氣法新工藝 。 1993年第一套非光氣法制備 PC的裝置在日本投產(chǎn)， GE公司 1997年宣布在西班牙建設(shè)一套 13萬噸 /年的非光氣法 PC生產(chǎn)裝置， 1999年投產(chǎn)，后又宣布將西班牙的能力擴(kuò)大一倍。日本三菱化成公司建設(shè)的 5萬噸 /年的非光氣法PC裝置也在 2023年建成投產(chǎn)。 PC已成為世界第一大宗的化工產(chǎn)品，每年的需求以 20%30% 的速度增長。隨著非光氣法制備 PC技術(shù)的不斷成熟，對 DPC的需求將會(huì)飛速增長，因此對 DPC的研究與開發(fā)成為研究的熱點(diǎn)，如 ENICHEM、 BASF 及 GE等 投入了巨大的人力和物力對其進(jìn)行研究。在國內(nèi)方面， PC從傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域如汽車、電子電氣、建筑、包裝等，迅速拓展到航空航天、計(jì)算機(jī)、光盤等高科技領(lǐng)域。國內(nèi)外企業(yè)紛紛在中國加強(qiáng)了投資。 拜耳公司在上海漕涇化工區(qū) 18億美元的第一期投資中，包括 20萬噸 /年聚碳酸酯及配套的 20萬噸 /年雙酚 A項(xiàng)目，將于 2023年建成；日本帝人化工將從 2023年 4月開始在浙江省生產(chǎn)聚碳酸酯樹脂，投資 5億美元， 2023年形成年產(chǎn) 10萬噸聚碳酸酯的生產(chǎn)規(guī)模。中國藍(lán)星計(jì)劃2023年在南通或蘭州建 10萬噸 /年聚碳酸酯裝置， PC快速發(fā)展必將帶動(dòng)對 DPC的需求的快速增長。 Petrochem VS Coal Chem. Key technology of making fuels chemicals Petrochemical FuelsCoal chemical ProcessCmHnCrackingReformingC2=,C3= C6－ C8CH3OHCO/H2FT synthesisMTGPE, PP, MTAMTO/MTPAromaticsDMC DPC PCDMO EG PolymerN(CH3)n DMF/DMAMPC PU Polymer BackgroundProduct Production/1000t MeOHGasoline 387LPG 46Fuel gas 7Water 560MTG ProcessShape Selective Dehydration/Condensation of Methanol to GasolineMTA Process MTA is similar to MTG, but the liquid hydrocarbons products shouldcontain more aromatics, especially BTX. The challenge of MTAprocess is that the catalysts are more easy to coke and the selectivity of valuable BTX is not high. Thus far, the industrial experiment is not reported.CH3OHC5C11 汽油汽油C2C3 烯烴烯烴ZSM5催化劑催化劑芳烴芳烴SAPO34催化劑催化劑改性改性ZSM5催化劑催化劑MTGMTOMTAMobile公司公司華中科大 MTA催化組中化集團(tuán)五環(huán)公司中科院山西煤化所美國環(huán)球油品公司（ UOP）德國魯奇公司（ Lurgi）中科院大連化物所 ,神華 ,大唐 舉列： MTA的難點(diǎn) 圖 2 積碳形成示意圖 圖 1 ZSM5分子篩結(jié)構(gòu) MTA反應(yīng)的挑戰(zhàn)： 高的芳烴選擇性、長的使用壽命 舉列： MTA反應(yīng)過程熱力學(xué)計(jì)算 表 2 MTA過程中各反應(yīng)的反應(yīng)焓變反應(yīng)方程式 熱力學(xué)計(jì)算公式謝謝觀看 /歡迎下載BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH