【正文】 = K cal/ mol= kJ/kmol ΔH298 reac C3H8=∑（ niΔH298.176。CO+ΔH298.176。C） prod =ΔH298.176。CO =1() 1() 1() 1 = K cal/ mol= kJ/kmol ΔH293 reac iBal =∑（ niΔH293.176。H2ΔH298.176。f） reactant =ΔH298.176。(T2T1) （ 29） =（ +） （ 2995） = kJ/h (2)反應(yīng)熱 ΔH2 由于查到的數(shù)據(jù)為 nBal 和 C3H8 在 25℃ ， 1atm下的生成熱， iBal 查到的數(shù)據(jù)為 20℃ ， 1atm下的燃燒熱，所以： ΔH298 reac nBal=∑（ niΔH298.176。(T2T1) （ 28） =（ ++） （ 2995） = kJ/h ΔH1 C3H8 =∑n(T2T1) （ 27） =（ ++） （ 2995） = kJ/h ΔH1 iBal =∑nK) ΔH1 nBal =∑nK) 所以 =(Cp1+ Cp2)/2=1/2(+)=(kmol=+298/298/106 = K cal/(kmolK) = kJ/(kmol時(shí) a、 b、 c 的值 a b103 c106 C3H6 95℃ Cp176。K) Cp176。＝ 6 K cal/(kmolK) 求： C3H6 的 Cp176。＝ K cal/(kmolK) 求： H2 的 Cp Cp176。K) = kJ/(kmolK) 25℃ Cp176。=+368/368/106 = K cal/(kmol： Cp176。K) 所以 Cp= += kJ/(kmolK) = kJ/(kmolK) 25℃ Cp176。=+368/368/106 = K cal/(kmol： Cp176。K)=0. 460 kJ/(kmol： Tr CO = T/Tc= )2595(21273???= Pr CO = P/Pc= = 查圖得 Cp Cp176。K) 所以 Q CO= =（ 9040） = KJ/(K molK) 所以 Cp= Cp176。K) = KJ/(K molK) = KJ/(K mol= a + bT + cT2 （ 23） 表 CO 的 a、 b、 c 的值 a b103 c106 CO 40℃ Cp176。K) （ 2）求 CO 的 Cp176。＝ K cal/(K mol（ t2t1） [6] （ 22） （ 1）求 CO 的 Cp Cp176。經(jīng)預(yù)加熱器 1519 加熱到 90℃ ，進(jìn)入 1120： 查表得： tc CO = ℃ , pc CO = atm = MPa tc H2 = ℃ , pc H2 = atm = MPa 求 Q CO： Q CO = n為了調(diào)節(jié) H2與 CO 的比 需加高純度氫氣，所以在計(jì)算中以 H2:CO = :1 為基準(zhǔn)。 表 氣體熱容 Cp176。如 過(guò)程放熱則 ? H 為 ―－ ‖，則 Q 為 ―＋ ‖ ） kJ； Q4—離開(kāi)設(shè)備物料帶出的熱量 kJ； Q5—設(shè)備各部件所消耗的熱量 kJ； Q6—設(shè)備向四周散失的熱量，又稱熱損失 kJ。 羰基 合成裝置 合成氣 K mol/h K mol/h iBal K mol/h 丙烯 K mol/h C3H8 K mol/h K mol/h 雜質(zhì) K mol/h 由此可見(jiàn)，能量衡算作為化工計(jì)算的一部分是非常重要的，所以我們必須對(duì)能量衡算進(jìn)行認(rèn)真嚴(yán)格的計(jì)算。 (3)確定供熱效率或放熱效率如化學(xué) 反應(yīng)中，由于熱效應(yīng)（使體系的溫度上升或下降）需確定的熱量或冷量?；どa(chǎn)中，能量衡算概括起來(lái)應(yīng)用于以下幾個(gè)方面： (1)確定效率如流體輸運(yùn)、攪拌、粉碎等單元操作中所需效率。物質(zhì)在整個(gè)過(guò)程中發(fā)生質(zhì)量的傳遞和能量的變化。在這過(guò)程中，各類化工單元操作，或者有動(dòng)量的傳遞（如流量傳送）；或者有熱量的傳遞（如換熱設(shè)備）；或者有伴隨熱量的質(zhì)量傳遞（如精餾，吸收等）。 組分 K mol/h %(mol) 分子量 Kg/h %(wt) C3H6 H2 2 CO 49 C3H8 雜質(zhì) 28 合計(jì) 100 100 經(jīng)核算： n 合成氣 =++49=100 K mol/h M 合成氣 =1008.++= K mol/h n 丙烯 =+= K mol/h M 丙烯 =+= K mol/h 圖 熱量衡算 能量衡算的意義與作用 在化工生產(chǎn)過(guò)程中，各工序都要在嚴(yán)格控制的工藝下（如溫度、壓力、流量、濃度等）進(jìn)行。95% = Kmol/h 其中含 C3H8的量 = – = Kmol/h C3H8 = + = Kmol/h 、副產(chǎn)物的量 n nbal = Kmol/h， n ibal = Kmol/h， n C3H8 = Kmol/h， 表 表 反應(yīng)器進(jìn)口物料平衡表 組分 K mol/h %(mol) 分子量 Kg/h %(wt) nBal iBal C3H8 H2 2 忽略 雜質(zhì) 28 合計(jì) 100 100 其中： CH4+Ar+N2，所以分子量取平均值，為 28便于計(jì)算。 物料計(jì)算：計(jì)算基準(zhǔn)取 100Kmol/h 進(jìn)口合成氣進(jìn)入反應(yīng)器。 涉及到的反應(yīng)有： CH2 CH=CH2 +CO+H2 09 0 ~1 1 0 1 .6 5 .R h TP PC M P a g???????? ， CH3 CH2 CHi CHO CH3 CH=CH2 +CO+H2 09 0 ~1 1 0 1 .6 5 .R h TP PC M P a g???????? ， （ CH3 ） 2 CHCHO CH3 CH=CH2 +H2 ??? CH3 CH2 CH3 上述三個(gè)反應(yīng)，正丁醛是目的產(chǎn)物，而異丁醛是副產(chǎn)物，在選擇的反應(yīng)條件下，正丁醛 /異丁醛生成的比率為 10： 1。一年的工作日按 330天計(jì)算，每天工作 24小時(shí)，設(shè)計(jì)中采用已知下列數(shù)據(jù)： 丙烯的摩爾質(zhì)量為 摩爾質(zhì)量為 2kg/ ，氫氣占 %，雜質(zhì)（ CH4+N2+Ar）占 。 物料衡算 本次設(shè)計(jì)為年產(chǎn)丁辛醇 80000噸，其中辛醇 55000噸，正丁醇 25000噸，同時(shí)副產(chǎn)異丁醇 8000噸。算出生產(chǎn)過(guò)程所需要熱量或冷量，同時(shí)為設(shè)備選型和計(jì)算提供依據(jù)。通過(guò)物料平衡在已知產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)情況下算出所需要的原材料，生成的副產(chǎn)物及廢物等的生成量，或者在已知原料投放情況下，算出產(chǎn)品，副產(chǎn)物及廢物量。因此，設(shè)計(jì)工作從定性分析轉(zhuǎn)入定量計(jì)算。物料衡算在生產(chǎn)和設(shè)計(jì)中都得到廣泛的應(yīng)用。5 物料衡算 物料衡算的意義和作用 物料衡算是化工計(jì)算中最基本，最重要的內(nèi)容之一，是進(jìn)行化工計(jì)算的基礎(chǔ)。 3 OXO 反應(yīng)溫度 TIC305/316 0C 87120 4 OXO 反應(yīng)液位 LI306/307 % 803848 5 OXO 進(jìn)料壓力 PIC301 MPa ＜ 6 OXO 系統(tǒng)壓力 PIC305 MPa 177。 工藝參數(shù) 丁辛醇生產(chǎn)的工藝參數(shù)如下表： 表 工藝參數(shù)表 序號(hào) 工藝參數(shù) 位號(hào) 單位 指標(biāo) 1 界區(qū)丙烯壓力 FIC101 MPa 177。在氣體進(jìn) P1302前，由 PIC305控制向燃料氣管網(wǎng)排放部分氣體，以維持反應(yīng)系統(tǒng)中惰性氣體組分的平衡和反應(yīng)器氣體循環(huán)回路壓力的正常。 V1308對(duì)調(diào)溫水介質(zhì)隨反應(yīng)熱的變化日產(chǎn)生的膨脹起一個(gè)緩沖作用。反應(yīng)溫度由 TIC305/316通過(guò)冷卻盤(pán)管的調(diào)溫水控制。V1305A/B 是帶攪拌的釜式反應(yīng)器，內(nèi)有冷卻盤(pán)管和進(jìn)料氣體分配器，并裝填有Rh/Tpp 丁醛的催化劑溶液，在氣體分配器以及 V1306A/B 攪拌器的作用下，原料氣體以小氣泡的形式擴(kuò)散在催化劑溶液中，并于 90110℃ ， 條件下，在 V1305A/B 里發(fā)生 OXO 反應(yīng)生成丁醛。丙烯來(lái)開(kāi) 502蒸發(fā)段后進(jìn)入丙烯過(guò)熱器 1503，用 蒸汽將丙烯加熱到 80℃ ，然后經(jīng)過(guò) PIC205控制丙烯汽化段的壓力，經(jīng) V1303A/B 過(guò)濾器，進(jìn)入 OXO 系統(tǒng)。第一層活性氧化鋁同 V1301催化劑所起的作用一樣，是在 V1301離線時(shí)，保護(hù)氧化鋅床層，氧化鋅將丙烯中的硫脫除到 ? 106mol以下，而浸銅活性碳將丙烯中的氯化物脫除到 ? 106mol 以下。丙烯在經(jīng)過(guò)該催化劑床層時(shí)，大部分 H2S 被吸附除去，同時(shí)在過(guò)量水的存在下，將丙烯中的全部 CoS 水解為 H2S。 工藝流程簡(jiǎn)述 流程示意圖 圖 流程示意圖 各工段工藝流程 :丙烯在 — 壓力和環(huán)境溫度下，以液態(tài)送進(jìn)界區(qū)，由PIC211控制液態(tài)丙烯系統(tǒng)的壓力，去丙烯預(yù)熱器 E1301，用 的蒸汽將丙烯預(yù)熱到 25℃ ，有 TIC201控制預(yù)熱溫度。液相循環(huán)改性銠法是當(dāng)今世界最先進(jìn)，最廣泛使用的丁辛醇合成技術(shù) 。其中改性銠法是當(dāng)代丁辛醇合成技術(shù)的主流。一種是以乙醛為原料，巴豆醛縮合加氫法；另一種是以丙烯為原料的羰基合成法。 工藝路線的選擇 本設(shè)計(jì)是年產(chǎn) 8萬(wàn)噸丁辛醇合成氣凈化及羰基合成車間工藝的初步設(shè)計(jì)。 表 催化劑規(guī)格 名稱型號(hào) 規(guī)格 規(guī)格 一次用量 硫化鉑 進(jìn)口： C532 國(guó)產(chǎn)： BC02009 3mm 直徑擠壓成型 脫除 合成氣 中的氧 1121 （第一層） m3 Pt≥102wt 活性碳 進(jìn)口： 207A 國(guó)產(chǎn)： JB1 510 目顆粒狀 脫除合成氣 中的羰基鐵 和羰基鎳 1120 m CTC 值 5560102 水分 ≤10102wt 浸苛性鈉的 活性氧化鋁 進(jìn)口： ICI59 國(guó)產(chǎn)： T402 35mm 球 脫除合成氣中的氨 1121 （第一層） 4 m3 Na2O≥12102wt Al2O3（高表面） Al2O3（高表面） 其余松密度 ≥900kg/ m3 銠催化劑 ROPAC 國(guó)產(chǎn)： BG2007 Rh； 1921102wt OXO 反應(yīng) 催化劑 年用量 70 kg 氯化物： ≤102wt 鐵： ≤102wt 鋅： ≤102wt 三苯基膦 白色晶狀小片或顆粒 OXO 反應(yīng) 年用量 TPP 熔點(diǎn)： ℃ 助催化劑 ≤34000kg 三苯基膦 ≥99102wt 鈉 ≤5106wt 灰份 ≤100106wt 干燥損失 ≤106wt 主要物料規(guī)格及消耗 本項(xiàng)目主要原料消耗情況見(jiàn)下表 : 表 主要原料規(guī)格及消耗 第二章工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算 工藝原理 凈化的合成氣與丙烯，在銠催化劑的作用下發(fā)生羰基合成反應(yīng)生成丁醛，反應(yīng)方程式如下： （ 1）丙烯醛化生成正丁醛： CH2 CH=CH2 +CO+H2 09 0 ~1 1 0 1 .6 5 .R h TP PC M P a g???????? ， CH3 CH2 CH2 CHO （ 2）丙烯醛化生成異丁醛： CH3 CH=CH2 +CO+H2 09 0 ~1 1 0 1 .6 5 .R h TP PC M P a g???????? ， （ CH3 ） 2 CHCHO 上述兩個(gè)反應(yīng)，正丁醛是目的產(chǎn)物，而異丁醛是副產(chǎn)物。各種產(chǎn)品的詳細(xì)規(guī)格如下： （ 1）正丁醇產(chǎn)品方案 表 正丁醇質(zhì)量規(guī)格 項(xiàng)目 指標(biāo) 項(xiàng)目 指標(biāo) 純度 ＞ ％（ m/m） 色度 ＜ 5APHA 水分 ＜ ％（ m/m） 異丁醇 ＜ ％（ m/m） 醛類 ＜ ％（ m/m） 密度（ 20℃ ） g/cm3 ～ （ 2）異丁醇產(chǎn)品方案 表 異丁醇質(zhì)量規(guī)格 （ 3）辛醇產(chǎn)品方案 表 辛醇質(zhì)量規(guī)格 原料方案 表 丙烯原料規(guī)格及技術(shù)指標(biāo) 化學(xué)級(jí)丙烯 丙烯 95102mol 最低 丙烷、甲烷和乙烷 5102mol 最高 乙烯 20106mol 最高 甲基乙炔及丙二烯 15106mol 最高 氧 5106mol 最高 總硫 1106wt 最高 C4 及 C4 以上的烴