【正文】 數(shù) mol% 氣體 出料 正丁醛 異丁醛 合計 100 100 丙烯吸收塔 表 丙烯吸收塔 進口物料衡算表 物料狀態(tài) 物料名稱 質量流量 kg/h 質量百分數(shù) wt% 摩爾流量kmol/h 摩爾百分 數(shù) mol% 液體 進 料 正丁醛 異丁醛 合計 100 100 氣體 進料 正丁醛 異丁醛 丙烯 丙烷 H2 雜質 合計 100 100 表 丙烯吸收塔 出口物料衡算表 物料狀態(tài) 物料名稱 質量流量 kg/h 質量百分數(shù) wt% 摩爾流量kmol/h 摩爾百分 數(shù) mol% 液體 出料 丙烷 丙烯 正丁醛 異丁醛 合計 100 100 氣體 出料 H2 丙烷 丙烯 雜質 合計 100 100 常州大學 本科 生 畢業(yè)設計 第 6 頁 共 38 頁 汽提塔 表 汽提塔塔釜 出口物料衡算表 物料名稱 質量流量 kg/h 質量百分數(shù) wt% 摩爾流量kmol/h 摩爾百分 數(shù) mol% 丙烯 正丁醛 異丁醛 合計 100 100 異構物塔 F D WF D WFX D X W X???? ??? 即 =D+W =D +W 解得 D= W=表 異構物塔進 口物料衡算表 物料狀態(tài) 物料名稱 質量流量 kg/h 質量百分數(shù) wt% 摩爾流量kmol/h 摩爾百分 數(shù) mol% 進料 正丁醛 異丁醛 合計 100 100 表 異構物塔 出口物料衡算表 物料狀態(tài) 物料名稱 質量流量 kg/h 質量百分數(shù) wt% 摩爾流量kmol/h 摩爾百分 數(shù) mol% 塔頂 出料 正丁醛 異丁醛 小計 100 100 塔釜 出料 正丁醛 異丁醛 小計 100 100 合計 100 100 常州大學 本科 生 畢業(yè)設計 第 7 頁 共 38 頁 2 能量衡算 化工生產中，能量衡算概括起來應用于以下幾個方面： (1) 確定效率 ， 如流體輸 運、攪拌、粉碎等單元操作中所需效率。 (2)確定熱量或冷量 ， 如蒸發(fā)、蒸餾、冷凝、冷卻、閃蒸等所需要的熱量或冷量。 (4)確定節(jié)能措施 ，為充分利用余熱，降低總能量消耗所采用的相應措施。 設備的熱量平衡方程： 對于有傳熱要求的設備，其熱量平衡方程式為： Q1＋ Q2＋ Q3=Q4＋ Q5＋ Q6 式中： Q1— 物料帶入到 設備的熱量， kJ； Q2— 加熱劑或冷卻劑傳給設備和所處理物料的熱量， kJ； Q3— 過程熱效應， kJ； Q4— 物料離開設備所帶走的熱量， kJ； Q5— 加熱或冷卻設備所消耗的熱量， kJ； Q6— 設備向環(huán)境散失的熱量， kJ?！妫?t— 物料的溫度℃。因為物料的比熱容是溫度的函數(shù)，上式中物料的比熱容是指進、出口物料的定壓平 均比熱容，對于進口物料取基準溫度與物料進口溫度的平均溫度下的比熱容；對于出口物料取基準溫度與物料出口溫度的平均溫度下的比熱容。 高壓蒸發(fā)器 降膜蒸發(fā)器，殼程通加熱流體水蒸氣，管程為蒸發(fā)流體 。 正丁醛 汽化熱 異丁醛 汽化熱 KJ/mol 飽和水蒸氣 冷凝潛熱 KJ/Kg 蒸發(fā)所需的熱量 蒸發(fā)掉正丁醛的量 蒸發(fā)掉異丁醛的量 Kmol/h 33( 2 5 .5 9 3 0 .6 8 9 0 1 0 2 7 .8 5 3 0 3 .6 4 3 2 1 0 ) / 3 6 0 0 2 5 6 7 .1 6 5 1 /Q KJ s? ? ? ? ? ? ? 常州大學 本科 生 畢業(yè)設計 第 8 頁 共 38 頁 選擇管徑 32 3mm? ? 材質為高強度鋁砷黃銅管，導熱系數(shù) 100Kcal/mh℃ 所需水蒸氣的量 3600 / /SW Kg h? ? ? 12 0 75 .9 44 .1T? ? ? ? ℃ 低壓蒸發(fā)器 降膜蒸發(fā)器，殼程通加熱流體水蒸氣，管程為蒸發(fā)流體。 正丁醛 汽化熱 異丁醛 汽化熱 飽和水蒸氣 冷凝潛熱 KJ/Kg 蒸發(fā)所需的熱量 蒸發(fā)掉正丁醛的量 蒸發(fā)掉異丁醛的量 Kmol/h 33( 2 5 .9 8 2 0 .5 8 6 2 1 0 2 8 .2 9 2 0 9 .1 8 0 4 1 0 ) / 3 6 0 0 1 7 9 1 .8 0 7 3 /Q KJ s? ? ? ? ? ? ? 所需水蒸氣的量 3600 / /SW Kg h? ? ? 11 5 75 .9 39 .1T? ? ? ? ℃ 原料 冷凝器（丙烯吸收塔） 管程（原料粗丁醛）： 115℃ 40℃ 殼程（ 冷凝水 ）： 20℃ 40℃ 管程 ① 正丁醛從 115℃ 先降到 ℃ 由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，后繼續(xù)降溫至 40℃ 。K)；在沸點 ℃ 時，正丁醛的汽化熱為 ； ℃ － 40℃ 的定性溫度為 ℃ ，查此溫度下液態(tài)比熱容為(mol Q1=()+ 103+()=② 異丁醛從 115℃ 先降到 ℃ 由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，后繼續(xù)降至 40℃ 。K)； 在沸點 ℃ 時， 異 丁醛的汽化熱為 ； ℃ － 40℃ 的定性溫度為 ℃ ，查此溫度下液態(tài)比熱容為(mol Q2=()+ 103+() =12Q Q Q?? /K J h? ? ? 常州大學 本科 生 畢業(yè)設計 第 9 頁 共 38 頁 選擇冷凝水溫度為 20℃ ，溫升為 20℃ ， m(115 40) ( 40 20)t 41. 61115 40ln 40 20? ? ? ℃ 查《化工原理課程設計》 P64，表 26 總傳熱系數(shù)的選擇， 選擇 K=1100 )k/(w 2?m ,假設熱損失為 10%， 換熱面積： 2m1 . 1 1 . 1 9 5 8 1 3 4 4 . 5 7 6 3 . 9 6 m3 . 6 t 3 . 6 1 1 0 0 4 1 . 6 1QA K ?? ? ?? ? ? 冷凝水的流量：m 1 . 1q 1 2 5 4 6 9 . 9 8 k g /4 . 2 0 2 0Q h??? 異構物塔頂冷凝器 冷凝器將氣體從 64℃ 冷卻為 64℃ 的液體，查《石油化工基礎數(shù)據(jù)手冊》，得到 64℃時各物質的汽化熱見 下表 。 表 汽化熱表 名稱 摩 爾流量 kmol/h 摩爾百分數(shù) mol% 汽化熱 r/(kJ/mol) 正丁 醛 常州大學 本科 生 畢業(yè)設計 第 10 頁 共 38 頁 異丁醛 塔釜平均汽化熱： r 3 1 .4 6 0 .9 9 2 8 .7 5 0 .0 1 3 1 .4 3 k J / m o l? ? ? ? ? 塔釜的上升蒸汽量： k /V mol h? 331. 43 151 704 10 475 809 46. 67 kJ /Qh? ? ? ? 選擇 水蒸氣溫度為 ℃ ，其汽化熱為 mt 1 7 0 .4 7 5 .7 9 4 .7? ? ?℃ 查《化工原理課程設計》 P64，表 26 總傳熱系數(shù)的選擇， 選擇 K=1000 )k/(w 2?m ,假設熱損失為 10%， 換熱面積： 2m1 . 1 1 . 1 4 7 5 8 0 9 4 6 . 6 7 1 5 3 . 5 2 m3 . 6 t 3 . 6 1 0 0 0 9 4 . 7QA K ?? ? ?? ? ? 水蒸氣的流量：m 1 .1q 2 5 4 9 7 .6 6 k g /2 0 5 2 .7Q h?? 3 異構物塔的設計 塔板數(shù)的確定 溫度的計算 (1)塔頂溫度的計算 假設塔頂溫度為 64℃ ，塔頂壓力為 ， 查《石油化工基礎數(shù)據(jù)手冊》 1 1 1 1i i iDiiiiDDy y xx PPkPP? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 表 異構物塔塔頂氣相含量與蒸汽壓的關系表 組分 iy iP ii DPK P? ii iyx k? 正丁醛 1% kPa 異丁醛 99% kPa 0 .0 1 4 2 2 0 .9 8 4 6 0 .9 9 8 8 1ix ? ? ? ?? 因此假設成立， 64DT ? ℃ ? kPa (2) 計算塔頂回流溫度 假設塔頂回流溫度為 64℃ 11i i i i iDy k x P x P? ? ? ? ?? ? ?， 查《石油化工基礎數(shù)據(jù)手冊》各組分的飽和蒸汽壓 表 異構物塔塔頂液 相含量與蒸汽壓 的關系表 組分 xi Pi Pixi 正丁醛 kPa 異丁醛 kPa 0 .7 1 2 7 1 0 0 .8 6 4 2 1 0 1 .5 7 7iiPx ? ? ?? kPa 常州大學 本科 生 畢業(yè)設計 第 11 頁 共 38 頁 基本符合，假設成立，塔頂回流溫度 64t? ℃ (3)塔釜溫度 假設塔釜溫度 ? ℃ 1 0 1 .3 2 5 4 1 0 5 .3 2 5wDP P P? ? ? ? ? ? kPa 查《石油化工基礎數(shù)據(jù)手冊》在 ℃ 下各組分的飽 和蒸汽壓 表 異構物塔塔釜液相 含量 與蒸汽壓的關系表 組分 xi Pi i i wk P P? i i iy kx? 正丁醛 kPa 異丁醛 kPa 0. 99 13 0. 01 40 1 1. 00 53 1. 00iy ? ? ? ?? 假設成立 ? ℃ (4)塔釜回流溫度 假設塔釜回流溫度 ? ℃ 11i i ix y k? ? ???，即 1iiwy P P ?? 表 異構物塔塔釜氣相含量與蒸汽壓的關系表 組分 iy iP （ kPa） wP （ kPa） ik i i ix y k? 正 丁醛 99% 異丁醛 1% 0. 99 50 0. 00 72 1. 00 22 1. 00ix ? ? ? ?? 基本符合 假設成立， = ℃ 揮發(fā)度的計算 輕關鍵組分為異丁醛，重關鍵組分為正丁醛 以正丁醛 的揮發(fā)度為基準，設為 1 (1) 塔頂揮發(fā)度 異丁醛揮發(fā)度 1iP P = = ? ? 正丁醛揮發(fā)度 2D=? (2) 塔釜揮發(fā)度 異丁醛揮發(fā)度 1iP P = 14 7. 50 9 10 5. 46 6 = 1. 39 86iw? ? 正丁醛揮發(fā)度 2=? (3)平均揮發(fā)度 11 1 .4 2 9 5 1 .3 9 8 6 1 .4 1 4 0Dw? ? ?? ? ? ? 常州大學 本科 生 畢業(yè)設計 第 12 頁 共 38 頁 最小回流比 采用飽和液體進料 1q? 用恩德伍德公式計算最小回流比，查《化工原理》下冊 P97 頁 1 1n ij Fii ijx q???? ???? m in 1 1n Di ii ixR ???????? 表 異構物塔進料 含量 與揮發(fā)度 組 分 Fix ij? 正丁醛 異丁醛 1 .4 1 4 0 0 .0 9 0 9 1 .0 0 0 .0 9 0 9 1 1 01 .4 1 4 0 1 .0 0????? ? ? ??? 模擬計算 ? 值 表 ? 值與 各項 結果表 ? ? ? ? 綜合考慮 ?? 最合適 表 異構物塔塔頂組分與揮發(fā)度 組分 Dix i? 正丁醛 1% 異丁醛 99% m i n 0 . 9 9 1 . 4 1 4 0 1 . 0 0 0 . 0 1 11 . 4 1 4 0 1 . 0 0R ????? ? ? ???