【正文】 占的比例為21%，所以工藝空氣中氧氣的進料量：w氧 = 4465021% = 。 進而得出空氣中不參與反應(yīng)的惰性氣體（主要為氮氣）總的進料量： w惰 = = 通過對苯酐反應(yīng)原理的了解，在反應(yīng)器中，苯酐與空氣接觸還發(fā)生一系列的副反應(yīng)，由上面計算可知，鄰二甲苯氧化部分除了生成苯酐，%發(fā)生了副反應(yīng)。本次設(shè)計對副反應(yīng)只考慮占總比例較大部分反應(yīng)。根據(jù)工廠實際經(jīng)驗在該溫度段所得數(shù)據(jù)，具體給出鄰二甲苯對各副產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率如下表： 表31 副反應(yīng)轉(zhuǎn)化率副產(chǎn)物順酐苯甲酸苯酞檸糠酐二氧化碳一氧化碳轉(zhuǎn)化率%根據(jù)上表給出數(shù)據(jù)，對各副反應(yīng)進行計算：（1）CH3C6H4CH3+→C4H2O3（順酐）+4CO2+4H2O = kg/h = kg/h = kg/h = kg/h（2）CH3C6H4CH3+3O2→C6H5COOH（苯甲酸）+CO2+2H2O = kg/h = kg/h = kg/h = kg/h（3）CH3C6H4CH3+2O2→C8H6O2（苯酞）+2H2O = kg/h = kg/h = kg/h （4）CH3C6H4CH3+→C5H5O3（檸槺酐）+3CO+3H2O = kg/h = kg/h = kg/h = kg/h（5）CH3C6H4CH3+→8CO+5H2O = kg/h = kg/h = kg/h（6）CH3C6H4CH3+→8CO2+5H2O = kg/h = kg/h = kg/h 綜合以上計算數(shù)據(jù)，可以得出：反應(yīng)器中氧氣總的消耗量： = kg/h, 所以剩余氣體中氧氣含量： = = kg/h。反應(yīng)器內(nèi)所有反應(yīng)產(chǎn)生的水的含量： wH2O = +w1H2O+w2H2O+w3H2O+w4H2O+w5H2O+w6H2O = kg/h反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的CO： wCO = w1CO+w2CO = kg/h反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的CO2： wCO2 = w1CO2+w2CO2+w3CO2 = kg/h 冷凝工段物料衡算畫出物料方框圖：切換冷凝器尾氣洗滌排放工段預(yù)處理工段反應(yīng)生成的氣體不凝有機氣體粗苯酐 圖32 冷凝工段物料衡算圖反應(yīng)生成氣體經(jīng)冷凝器冷卻到165175℃后，再經(jīng)預(yù)冷凝來到切換冷凝器，水冷凝成液體排出，含有雜質(zhì)的粗苯酐冷凝在冷凝器的翅片管內(nèi)，準備進入精餾工段，不凝有機氣體進入尾氣洗滌裝置，經(jīng)過三級洗滌，尾氣中順酐大部分被吸收，剩余尾氣直接排放出去，根據(jù)工廠實際生產(chǎn)經(jīng)驗及文獻資料給出物料平衡表格如下圖： 表33 冷凝工段物料衡算表序號組 分進kg/h出1（排出或進入氣塔）kg/h出2（進入精餾段）kg/h1鄰二甲苯2O203惰性氣體04CO05CO206苯酐07順酐8苯甲酸9苯酞10檸糠酐11H2O0合計— 精餾工段物料衡算 物料衡算：由于粗苯酐中所含的蒽醌及其同系物等重組分含量極少，在反應(yīng)工段中沒有對其進行物料的計算，且沸點與苯酐相差很大，極易除去，對產(chǎn)品影響不大，而且粗苯酐中的雜質(zhì)經(jīng)過輕組分塔精餾后基本除去，能達到設(shè)計要求。所以本次設(shè)計對苯酐精餾工段中的重組分塔只作介紹，不作計算。進而在本章中對苯酐精餾工段進行物料衡算時，可以近似認為從輕組分塔塔底提取的苯酐熔液即為產(chǎn)品苯酐（即物流3）。同樣的，在本次設(shè)計中對精餾塔的設(shè)計計算章節(jié)也只考慮其中的輕組分塔。 輕組分塔物料衡算經(jīng)過冷凝工段，粗苯酐熱熔后送入預(yù)處理槽加熱，然后由輕組分塔進料泵送入輕組分塔。預(yù)處理工段中：粗苯酐的雜質(zhì)苯酞經(jīng)高溫全部分解成苯酐和水： C8H6O2 + O2 → C8H4O3 + H2O由苯酞分解生成的苯酐為： 則經(jīng)過預(yù)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(yù)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/h4. 能量衡算 熱量衡算方程式化工計算中的能量衡算是根據(jù)熱力學(xué)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(yīng)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(xué)變化的熱效應(yīng)，kJ Q4——離開設(shè)備物料帶走的熱量，kJ Q5——反應(yīng)器系統(tǒng)熱量損失，kJ 反應(yīng)過程的能量方框圖固 定 床 反 應(yīng) 器Q 鄰二甲苯 工藝空氣 145℃苯酐 鄰二甲苯酐 苯甲酸 苯酞檸槺酐 水 二氧化碳 一氧化碳圖41 反應(yīng)工段能量衡算圖 反應(yīng)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(yīng)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(yīng)物系在反應(yīng)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.℃）組分OXO2N2苯酐順酐檸康酐苯酞苯甲酸水COCO2比熱容 表41 各物相平均比熱容所以： =(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(xué)過程的熱效率即化學(xué)反應(yīng)速率；另一類是物理過程熱效率。物料化學(xué)變化過程，除化學(xué)反應(yīng)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(yīng)，則過程熱效率可以由下式計算：主反應(yīng)：C8H10+3O2→C8H4O3+3H2O + Q31=103=103kJ/h 副反應(yīng)：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(yīng)中的熱損失