【正文】 5 6 .7 4 5 1 0 05 6 .7 4 5 1 0 /rpQ Q QkJ h??? ? ??? 離開設備的物料帶走的熱量（ 4Q ） 離開反應器的物料主要是未反應的氧氣、氮氣、二氧化碳、水蒸氣、苯酐、順酐、苯年產 40000 噸苯酐 (安定 )的車間工藝設計 22 甲酸和檸糠酐。 由公式 1 4 0( ) ( )i p i pQ Q G C t t Q? ? ?? 可得。 熱平衡式： 2 4 5 6 3 1Q Q Q Q Q Q? ? ? ? ? 假設： 265 %10 Q ?? ； 基準溫度為 25℃ 。 通過參考文獻 [14]知， C 原子的元素的標準燃燒熱 /kJ mol ,H 原子的元素的標準燃燒熱 /kJ mol 0 5 3 9 5 . 1 5 4 1 4 3 . 1 5 2 0 3 2 . 3 6 5 1 5 . 9 9 /fq k J m o l? ? ? ? ? ? 年產 40000 噸苯酐 (安定 )的車間工藝設計 19 汽化熱利用基團貢獻法估算： 通過參考文獻 [14]知， C??的基團貢獻值為 /kJ mol ， 3CH? 的基團貢獻值為 /kJ mol ， O??的基團貢獻值為 /kJ mol ， CH??的基團貢獻值為 /kJ mol ，CO??酮的基團貢獻值為 /kJ mol 310 00 ( 15 .30 )10 00 [ 15 .30 ( ) ( ) 2 ( ) ( ) ( ) ]10 00 ( 15 .30 44 59 2 45 82 73 )11236 86 /iinvHMC H C C O O C HMk J k g? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ???酮 熔化熱利用基團貢獻法估算： 通過參考文獻 [14]知， C??的基團貢獻值為 /kJ mol ， 3CH? 的基團貢獻值為 /kJ mol ， O??的基團貢獻值為 /kJ mol ， CH??的基團貢獻值為 /kJ mol ，CO??酮的基團貢獻值為 /kJ mol 310 00 ( 0. 88 )10 00 [ 0. 88 ( ) ( ) 2 ( ) ( ) ( ) ]10 00 ( 0. 88 1. 10 1 2. 39 4 2 3. 62 4 5. 87 9 0. 90 8 )11214 8. 66 1 /iinmHMCH C CO O CHMk J k g? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ???酮 關于熱量衡算的具體計算 在本次計算中，對反應釜進行熱量衡算。 通過參考文獻 [14]知， CH??的摩爾熱容為 / ( )kJ kmol?℃ ， CO??酮的摩爾熱容 / ( )kJ kmol?℃ ， O??的摩爾熱容 / ( )kJ kmol?℃ 2 ( ) ( ) 2 ( ) /( 2 2 ) / 98 / ( )pC C H O C O Mk J k g? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ???酮℃ 標準生成熱： 0 /fq kJ mol? 汽化熱利用基團貢獻法估算： 年產 40000 噸苯酐 (安定 )的車間工藝設計 17 通過參考文獻 [14]知， CH??的基團貢獻值為 /kJ mol ， CO??酮的基團貢獻值為 /kJ mol ， O??的基團貢獻值為 /kJ mol 1000 ( )1000 [ 2 ( ) 2 ( ) ( ) ]1000 ( 2 2 )98 /iinvHMC H C O OMk J k g? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ???酮 熔化熱利用基團貢獻法估算： 通過參考文獻 [14]知， CH??的基團貢獻值為 /kJ mol ， CO??酮的基團貢獻值為 /kJ mol ， O??的基團貢獻值為 /kJ mol 1000 ( )1000 [ 2 ( ) 2 ( ) ( ) ]1000 ( 2 2 )98 /iinmHMC H C O OMk J k g? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ???酮 7． 苯甲酸： 比熱容： 1 .2 0 3 / (pC kJ kg??℃ ) 標準生成熱： 0 /fq kJ mol? 汽化熱利用基團貢獻法估算： 通過參考文獻 [14]知， CH??的基團貢獻值為 /kJ mol ， C??的基團貢獻值為 /kJ mol ， COOH? 的基團貢獻值為 /kJ mol 1000 ( )1000 [ 5 ( ) ( ) ( ) ]1000 ( 5 )122 /iinvHMC H C C O O HMk J k g? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ??? 熔化熱利用基團貢獻法估算： 通過參考文 獻 [14]知， CH??的基團貢獻值為 /kJ mol ， C??的基團貢獻值為 /kJ mol ， COOH? 的基團貢獻值為 /kJ mol 年產 40000 噸苯酐 (安定 )的車間工藝設計 18 1000 ( )1000 [ 5 ( ) ( ) ( ) ]1000 ( 5 )122 /iinmHMC H C C O O HMk J k g? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ??? 8． 檸糠酐： 比熱容利用 Missenard 法估算： 通過參考文獻 [14]知， C??的摩爾熱容為 / ( )kJ kmol?℃ ， 3CH? 的摩爾熱容 / ( )kJ kmol?℃ ， O??的摩爾熱容 / ( )kJ kmol?℃ ， CH??的摩爾熱容 / ( )kJ kmol?℃ ， CO??酮的摩爾熱容 / ( )kJ kmol?℃ 3( ) ( ) ( ) ( ) ( ) /( 2 ) / 112 / ( )pC C C H C H O C O Mk J k g? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ???酮℃ 標準燃燒熱利用卡拉奇法估算 [14]： 0 1 0 9 .0 7cq n K? ? ?? 其中 ， n －化合物燃燒時的電子轉移數(shù)； ?－取代基和鍵的校正值 /kJ mol ； K－分子中同樣取代基的數(shù)目； 0cq －標準燃燒熱 /kJ mol 。 通過參考文獻 [14]可知， CH??的基團貢獻值為 /kJ mol ， C??的基團 貢獻值為 /kJ mol ， CO??酮的基團貢獻值為 /kJ mol ， O??的基團貢獻值為 /kJ mol 年產 40000 噸苯酐 (安定 )的車間工藝設計 16 10 00 ( 15 .30 )10 00 [ 15 .30 4 ( ) 2 ( ) 2 ( ) ( ) ]10 00 ( 15 .30 4 44 2 59 2 45 82 )14833 05 /iinvHMC H C C O OMk J k g? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ???酮 熔化熱利用基團貢獻法估算 [14]： 1 0 0 0 ( 0 .8 8 )iinmH M? ? ? ? ??? 其中 ， in －分子中 i種基團的個數(shù)； i? － i種基團的貢獻值， /kJ mol ； M －化合物的摩爾質量， /kg kmol 。 所需數(shù)據(jù) 熱量衡算所需數(shù)據(jù)如下 [5,8,1214]： 1． 空氣： 空氣的組成比較復雜，為方便計算，把空氣的組成近似為 21%氧氣和 79%氮氣。純物理過程無化學反應熱效應，但物料經歷化學變化過程，除化學反應熱效應外，往往伴隨物料狀態(tài)變化熱效應，則兩者應結合在一起考慮，可用下式計算： 3 r pQ Q Q＝＋ 式中， rQ — 化學反應熱效應 kJ； pQ — 物理過程熱效應 kJ。 1Q 與 4Q 的計算 1Q 與 4Q 均可用下式計算： 1 4 0( ) ( )i p iQ Q G C t t??? 式中， iG — i物料質量 kg ； 年產 40000 噸苯酐 (安定 )的車間工藝設計 14 piC — i物料平均等壓比熱容 /kJ kg℃ ； t — 物料的溫度 ℃ ； 0t — 計算基準溫度 ℃ 。但不管是間歇還是連續(xù)生產，計算傳熱面積的熱負荷，必須以每小時作基準，而該時間必須是穩(wěn)定傳熱時間。 熱量衡算的時間基準可與物料 衡算相同，即對間 歇生產可以每日或每批處理物料作基準。112318= kg/h 總共生成水的量 +++=反應后空氣的量 +=物料衡算表如表 34 所示。1225247。106318= kg/h 反應 2 247。12244= kg/h 反應 4 247。112632= kg/h 總共消耗氧氣的量 +++= kg/h 生成二氧化碳的量： 反應 2 247。12213247。9815247。93%%=年產 40000 噸苯酐 (安定 )的車間工藝設計 12 消耗氧氣的量： 反應 1 247。93%%=生成苯甲酸的量 247。 原料中含雜質的量 47004%=188 kg/h 參與主反應的鄰二甲苯的量 470096%%=生成苯酐的量 247。由所查文獻可知：主反應為反應 1，副反應為反應 4，反應 7 可忽略。h/t 1420xx00kW 表 32 反應器出口氣體組成 產物名稱 出口氣體組成（質量） 苯 酐 ～ % 苯 酞 ～ % 年產 40000 噸苯酐 (安定 )的車間工藝設計 11 馬來酸酐 ～ % 檸糠酐 ～ % 苯甲酸 ～ % 原材料和動力的消耗定額和消耗量 原料及動力消耗量見表 33[4]。 反應過程中涉及的反應方程見表 31[4,910]。 計算任務 生產任務和涉及的主要反應方程 年產 4 萬噸的 苯酐工廠。根據(jù)需要有時也采用每噸產品或原料作為計算基準，或者用每千摩爾（ kmol）的投料量作為計算基準。例如分批操作可以分批投料量或每晝夜的處理量作為計算基準。對分批操作，可從開始加料到最終出料作為計算范圍，有時也取整個過程中的某一階段作為物料衡算的范圍。 物料衡算的計算范圍和計算基準 作物料衡算時需要確定一個計算范圍，即從哪里開始作為進料，從哪里作為出料。對于液體及處于恒溫、恒壓下的理想氣體還可用體積衡量。若過程中有物料累積，則屬于非定態(tài)過 程，一般間歇操作（即分批操作）屬于非定態(tài)過程，在設備的同一位置上諸參數(shù)隨時間而變。當過程沒有化學反應時，它也適用于物料中任一組分的衡算；但有化學反應時，它適用于任一元素的衡算。 物料衡算的計算依據(jù) [6] 物料衡算為質量守恒定律的一種表現(xiàn)形式，即 I O AG G G??? ? ? 式中 ， IG? —輸入物料的總和； OG? —輸出物料的總和； AG? —累計的物料量。 ⑴ 對某個操作過程作物料衡算； ⑵ 對已有的設備：一個設備、一套設備或整個車間作物料衡算； ⑶ 設計一套新的裝置或一個新的車間時，一般均需做出全面的物料衡算。 生產流程 成品鄰二甲苯空氣催化氧化冷凝 結晶 刮片減壓精餾 年產 40000 噸苯酐 (安定 )的車間工藝設計 8 第三章 物料衡算 物料衡算概述 為了弄清生產過程中原料、成品以及損失的物料數(shù)量，必須要進行物料衡算。 精制部分 年產 40000 噸苯酐 (安定 )的車間工藝設計 7 粗品苯酐經高壓蒸汽預熱后，進入第一精餾塔，順酐及少量的苯甲酸作為塔頂餾出物而分離出來，使苯酐得到進一步提純，塔底產物為苯酐 。從冷凝器中排出的尾氣為未反應的空氣和反應生成的一氧化碳、二氧化碳及少量有機物，經水洗塔洗滌回收有機物后排放。反應器內埋填化熱列管，用熔鹽循環(huán)移去反應熱，熱的熔鹽產生高壓蒸汽。 工藝流程簡述 [4] 壓縮空氣鄰二甲苯反應器分離器排放處理產品廢棄物預熱能量 苯酐生產工藝系統(tǒng)包括氧化反應部分、冷凝水洗部分、苯酐精制部分。 催化劑， V2O5T iO2 系列負載型催化劑。 第二章