物料衡算和熱量衡算（教案）

::10第十六章物料衡算和熱量衡算學(xué)問(wèn)目標(biāo)學(xué)問(wèn)目標(biāo)了解物料衡算、熱量衡算的概念及作用；理解物料衡算和熱量衡算的分類；把握物料衡算和熱量衡算的步驟及衡算方法；力量目標(biāo)能夠嫻熟進(jìn)展化工生產(chǎn)過(guò)程的物料衡算能夠嫻熟進(jìn)展化工生產(chǎn)過(guò)程的熱量衡算在化工生產(chǎn)過(guò)程中，原料、水、電、蒸汽消耗量、主副產(chǎn)品產(chǎn)量等，都是格外重要的工的物料衡算和熱量衡算。第一節(jié)物料衡算一、物料衡算及其分類化的定量關(guān)系的過(guò)程。況做出分析，推斷裝置是否處于最正確運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，為強(qiáng)化生產(chǎn)過(guò)程供給依據(jù)和途徑。因此，物料衡算是化工科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及其它工藝計(jì)算、設(shè)備計(jì)算的根底?！不騿蝹€(gè)設(shè)備〕〔即包括各個(gè)單元操作的全套裝置外，還有帶循環(huán)的化工過(guò)程的物料衡算。物料衡算的計(jì)算一般分為兩種狀況。一種是在已有的裝置上，對(duì)一個(gè)車間、一個(gè)工段、一個(gè)設(shè)備或幾個(gè)設(shè)備，利用實(shí)際測(cè)定的數(shù)據(jù)(或理論計(jì)算數(shù)據(jù))，算出另外一些不能直接測(cè)定的物料量，由此，對(duì)這個(gè)裝置的生產(chǎn)狀況作出分析，找出問(wèn)題，為改進(jìn)生產(chǎn)提出措施。另一種是對(duì)車間、工段、設(shè)備作出設(shè)計(jì)，即利用本廠或別的工廠已有的生產(chǎn)實(shí)際數(shù)據(jù)(或理論計(jì)算數(shù)據(jù))，在生產(chǎn)任務(wù)下算出需要原料量，副產(chǎn)品生成量和三廢的生成量，或在原料量的狀況下算出產(chǎn)品，副產(chǎn)品和三廢的量。二、物料衡算的依據(jù)和衡算范圍物料衡算的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律其質(zhì)量始終不變。多狀況下總摩爾數(shù)也發(fā)生變化，只有總質(zhì)量是不變的。固然，對(duì)于化工過(guò)程中的物理過(guò)程，總質(zhì)量、總摩爾數(shù)、組分質(zhì)量和組分摩爾數(shù)都是守恒的。個(gè)單元操作過(guò)程或整個(gè)化工過(guò)程，它可以依據(jù)需要人為地選定。系稱為封閉體系，而與環(huán)境有質(zhì)量交換的體系稱為放開(kāi)體系。三、物料衡算式依據(jù)質(zhì)量守恒定律，對(duì)任何封閉體系，質(zhì)量都是肯定的。對(duì)于放開(kāi)體系，則進(jìn)入體系的為：輸入的物料量—輸出的物料量—反響消耗的物料量+反響生成的物料量＝積存的物料量項(xiàng)為正值；物料量削減時(shí)，積存項(xiàng)為負(fù)值；假設(shè)體系是一個(gè)沒(méi)有化學(xué)反響的物理過(guò)程，則反響到穩(wěn)定狀態(tài)。四、物料衡算根本步驟確定衡算范圍體系的邊界，從虛線與物料流股的交點(diǎn)可以很便利地知道進(jìn)出體系的物料流股有多少。收集、整理計(jì)算數(shù)據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)包括：設(shè)計(jì)任務(wù)數(shù)據(jù)a．生產(chǎn)規(guī)模依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)、生產(chǎn)力量來(lái)確定；b．生產(chǎn)時(shí)間即年工作時(shí)數(shù)；c．有關(guān)工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)即原料的消耗定額、轉(zhuǎn)化率、收率等。物性數(shù)據(jù)如質(zhì)量、密度、濃度、反響平衡常數(shù)、相平衡常數(shù)等，可以在有關(guān)資料、手冊(cè)、數(shù)據(jù)匯編等處查找。查找時(shí)應(yīng)留意資料的牢靠性，盡可能找原始資料并留意數(shù)據(jù)的適用范圍。所收集的數(shù)據(jù)應(yīng)統(tǒng)一使用國(guó)際單位制。工藝參數(shù)如溫度、壓力、流量、原料配比、停留時(shí)間等。列出化學(xué)反響方程式包括主反響和副反響，標(biāo)出有用的分子量，假設(shè)無(wú)化學(xué)反響，則此步可免去。選擇適宜的計(jì)算基準(zhǔn)致有以下幾種：時(shí)間基準(zhǔn)以一段時(shí)間，如一天、一小時(shí)的投料量或產(chǎn)品產(chǎn)量作為計(jì)算基準(zhǔn)，如kg／h。對(duì)間歇操作的體系，可選每釜或每批作基準(zhǔn)，也可先按一個(gè)便利的數(shù)量如1000kg、100t等，最終再換算為實(shí)際的量。質(zhì)量基準(zhǔn)當(dāng)系統(tǒng)介質(zhì)為液、固相時(shí)，選取原料或產(chǎn)品的質(zhì)量作為計(jì)算基準(zhǔn)是適宜1kg、100kg、100kmol的原料作為基準(zhǔn)。體積基準(zhǔn)主要在對(duì)氣體物料進(jìn)展衡算時(shí)選用，應(yīng)把實(shí)際狀況下的體積換算為標(biāo)量。氣體混合物中，各組分的體積分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)在數(shù)值上是相等的。冷凝的物料，在選擇計(jì)算基準(zhǔn)時(shí)，計(jì)算水分在內(nèi)的為濕基，不計(jì)的為干基。列出物料衡算式、求解出結(jié)果。校核、整理計(jì)算結(jié)果數(shù)量及單位和占總物料的百分?jǐn)?shù)，必要時(shí)衡算結(jié)果需要在流程圖上標(biāo)出。查一查：無(wú)反響過(guò)程的物料衡算的計(jì)算方法和步驟及計(jì)算舉例查一查：無(wú)反響過(guò)程的物料衡算的計(jì)算方法和步驟及計(jì)算舉例〔一〕無(wú)反響過(guò)程的物料衡算無(wú)反響過(guò)程是指一些只有物理變化而沒(méi)有化學(xué)反響的單元操作，例如混合、蒸餾、枯燥、吸取等。這些過(guò)程的物料衡算包括簡(jiǎn)潔過(guò)程〔指僅有一個(gè)設(shè)備或整個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)化為一個(gè)設(shè)備的過(guò)程〔由假設(shè)干個(gè)設(shè)備組合而成的體系例如承受由兩個(gè)精餾塔組成的苯、甲苯、乙苯混合物分別系統(tǒng)〕的物料衡算。〔二〕反響過(guò)程的物料衡算單地按無(wú)反響過(guò)程的方法來(lái)計(jì)算，必需考慮化學(xué)反響中生成和消耗的物理量。直接求算法過(guò)化學(xué)計(jì)量系數(shù)，轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率直接計(jì)算。計(jì)算舉例可查閱相關(guān)教材資料。利用聯(lián)系物做衡算聯(lián)系物。在化工生產(chǎn)中，氮?dú)馐浅Ｒ?jiàn)的惰性物料，可用氮做為衡算聯(lián)系物。FP分別表示輸入系統(tǒng)物料量和從系統(tǒng)輸出的物料量，衡算聯(lián)系物TFP中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為x 和x ，則F和P的關(guān)系為t,f t,pFgx

t,f

t,p承受，以削減誤差。但是要留意當(dāng)某惰性物數(shù)量很少，且此組分分析相對(duì)誤差很大時(shí)，則不宜選用此惰性物質(zhì)做聯(lián)系物?！纠淄楹蜌涞幕旌蠚庥每諝馔耆紵齺?lái)加熱鍋爐，生成的水蒸氣全部進(jìn)入煙道氣。生成煙道氣100mol。煙道氣摩爾組成為：氮72.18％、二氧化碳8.11％，氧2.44％、水蒸氣17.27％，做物料衡算。燃料氣中甲烷與氧的比例如何？空氣與燃料氣的比例如何？100mol煙道氣煙道氣中氮量=72.18mol 氧量=2.44mol以氮為衡算聯(lián)系物，依據(jù)F·χt，f=P·χt，p可以求出空氣參加量=72.18÷79％=91.37mol空氣中氧量=91.37×21％=19.187mol氧總反響量=19.187—2.44=16.747mol煙道氣中二氧化碳量=8.11molCH4+2O2===CO2+2H2O計(jì)量系數(shù)l2l2生成量／mol8.1116.22反響量／mol8.1116.22氫燃燒消耗氧量：16.747—16.22=0.527molH2+?O2===2H2O計(jì)量系數(shù)10.51反響量／mol1.0540.527生成量／mol1.054生成水蒸氣總量=16.22+1.054=17.274mol16-1。輸入輸出物料名稱輸入輸出物料名稱相對(duì)分子質(zhì)量molgmolg甲烷168.11129.76氫21.0542.11氧3219.187613.982.4478.08氮2872.182023.0472.182023.04二氧化碳448.11356.84水1812.274310.93總計(jì)100.532766.89100.02766.89以結(jié)點(diǎn)做衡算種狀況下，以旁路聯(lián)結(jié)點(diǎn)作物料衡算較便利。兩股物料集合〔混合〕稱為并流，一股物料成為兩股物料〔旁路〕稱為分流。分流的聯(lián)結(jié)點(diǎn)V2V2V反響3VV01V4AB

不合格產(chǎn)品

合格產(chǎn)品16-1所示。

圖16.1.1 以結(jié)點(diǎn)做衡算的示意圖l316-1l30結(jié)點(diǎn)A V=V+V0結(jié)點(diǎn)1 2

結(jié)點(diǎn)B V+V=V42 2 【例某工廠用烴類氣體制合成氣生產(chǎn)甲醇。合成氣體量為2321m3／h，摩爾比為CO:H=1:2.4。轉(zhuǎn)化后的氣體摩爾組成為：CO43.12％，H54.2％，不符合要求。將局部轉(zhuǎn)化氣送去CO變換反響器和CO脫除裝置，置換脫CO后，氣體摩爾組成為：CO8.76％，H289.75％，氣體體積減小2 2 變換氣各為多少？1h16-14合成氣V=2321m34結(jié)點(diǎn)B

+V=V=2321m31 3 4H合成氣組成比x :xHCO 2

=1:2.4結(jié)點(diǎn)B物料中CO衡算

V×43.12%+V×8.76%=V×x1 3 4 CO0.4312〔2312-V〕+0.0876V=2312×x3 3 COx =0.4312 0.3436VCO 2312 3結(jié)點(diǎn)B物料中H2衡算

V×54.2%+V×89.75%=V×xH1 3 4 2330.542〔2312-V〕+0.8975V=2312×2.4xCO331257.98+0.3555V=5570.4×〔0.43123所以，變換氣 V=969.35m3/h3

0.3436V〕2312 3V=2312—969.35=1351.65m31V=V÷〔1-2%〕=969.35÷98%=989.13m32 3轉(zhuǎn)化氣〔結(jié)點(diǎn)A〕V=V+V=2340.78m30 1 2〔三〕循環(huán)過(guò)程的物料衡算方法循環(huán)過(guò)程反響競(jìng)爭(zhēng)猛烈，必需承受高的空間速度，以提高選擇性，因此單程轉(zhuǎn)化率也較低。在上述這率。因此，包括反響器在內(nèi)的循環(huán)過(guò)程典型流程如圖16-2所示混合器混合器M反響器R分別器混合原料反響產(chǎn)物F

產(chǎn)品P穎原料

圖16-2 循環(huán)過(guò)程的物料流程圖16-2RP經(jīng)分別器分成產(chǎn)品P和循環(huán)物料R，進(jìn)入反響器的MF由穎原料FF和循環(huán)物料R混合而成。對(duì)于大多數(shù)有循環(huán)的反響過(guò)程，由于使用的原料純度不行能是l00％，或多或少會(huì)帶入運(yùn)轉(zhuǎn)。這就是帶有排放過(guò)程的循環(huán)過(guò)程，其典型流程如圖16-3所示。循環(huán)物料R 分流器 排出物W待循環(huán)物料SF

混合器M反響器R分別器P穎原料 混合原料 反響產(chǎn)物圖16-3 有排放的循環(huán)過(guò)程物料流程圖由圖16-3看出，與循環(huán)過(guò)程相比，排放過(guò)程中增加了一個(gè)分流器，其作用是將分別器回收的待循環(huán)物料S分出一局部作為排放物WR。經(jīng)過(guò)分流器的物料組成不發(fā)生變化，因此S、W、R的組成是一樣的。FFgx WgxFF惰性物料 w惰性物料1〔、放空分流4間的關(guān)系。子系統(tǒng)的物料衡算供給包括循環(huán)物料在內(nèi)的進(jìn)出各設(shè)備的流量和組成。三個(gè)物理過(guò)程中，各物料流的質(zhì)量m守恒，物料流中各組分的質(zhì)量mi守恒,物料流的物質(zhì)的量n守恒，物料流中各組分的物質(zhì)的量ni也守恒。物理過(guò)程的物料衡算式m m入 出m (i)m入 出n n

(i)入 出n (i)n入

(i)m〔衡算聯(lián)系物的質(zhì)量和摩爾數(shù)仍守恒。反響過(guò)程的物料衡算式m m入 出m m反 產(chǎn)循環(huán)過(guò)程中，因包括反響過(guò)程，所以循環(huán)過(guò)程也只有各物料流的質(zhì)量m守恒。輸入循環(huán)過(guò)程的各物料流的質(zhì)量之和等于從循環(huán)過(guò)程輸出的各物料流的質(zhì)量之和〔衡算聯(lián)系物的質(zhì)量和摩爾數(shù)仍守恒。因此，整個(gè)循環(huán)過(guò)程的物料衡算式式中mm粗m放

—穎反響物質(zhì)量；—粗成品質(zhì)量；一放空物料質(zhì)量。

m m m 粗 放如上所述，循環(huán)過(guò)程中，循環(huán)物料始終以不變的組成和數(shù)量在反響系統(tǒng)中循環(huán)，因此，〔待循環(huán)物料、放空物料與循環(huán)物料三者的組成是全都的。放空物料量占分別剩余物料量的百分率稱為放空率α百分率稱為循環(huán)率β。明顯，放空率與循環(huán)率之和為100％。循環(huán)過(guò)程有三個(gè)過(guò)程限制參數(shù)，它們是循環(huán)比、混合比和排放比。在對(duì)分別器、混合器等進(jìn)展物料衡算時(shí)這三個(gè)參數(shù)很重要，有時(shí)可以作為解題的線索。R循環(huán)物流流量R循環(huán)比 產(chǎn)品物流流量 PR循環(huán)物流流量R混合比 穎原料流量 FF

排放物流流量WW穎原料流量 FF計(jì)算范圍的總轉(zhuǎn)化率。循環(huán)過(guò)程物料衡算舉例【例3000t氯乙烯反響器的物料衡算?！?〕計(jì)算范圍16-4所示?！?〕主副反響

反響C2H2HClH2ON2H2

CH2=CHClC2H2HClH2ON2CH+HCl→CH

=CHCl H22 2 2

產(chǎn)物氣CH3CHCl2C2H2+2HCl→CH3CHCl2

CH3CHO圖16-4 氯乙烯物料衡算框圖C2H2+H20→CH3CHO按反響乙炔計(jì)氯乙烯產(chǎn)率99.40.540.06％?！?〕計(jì)算任務(wù)原料消耗量和產(chǎn)物氣摩爾組成?；鶞?zhǔn)8000h。3000×1000kg÷8000h=375kg／h以1h為基準(zhǔn)〔以下計(jì)算中，不再寫h-。選擇數(shù)據(jù)96.5％。乙炔轉(zhuǎn)化率98.5％C2H2:HCI=1:1.1〔mol〕原料乙炔組成〔mol〕99.00.970.03％。原料氯化氫組成〔mol〕95.04.970.03％。計(jì)算過(guò)程產(chǎn)物氣中氯乙烯量=375÷96.50％=388.6kg=6217.6mol主反響乙炔量=388.6÷62.5×26=161.66kg=6217.6mol主反響氯化氫量=6217.6mol=226.94kg乙炔總反響量=161.66÷99.4％=162.63kg=6255mol純乙炔參加量=162.63÷98.5％=165.11kg=6350·4mol原料乙炔參加量=6350.4÷99.0％=6414.5mol原料乙炔中含氮量=6414.5×0.97％=62.2mol=1.74kg原料乙炔中含水量=6414.5×0.03％=1.92mol=0.0346kg純氯化氫參加量=6350.4×1.1=6985.4mol原料氯化氫參加量=6985.4÷95.0％=7353mol原料氯化氫中含氫量=7353×4.57％=365.4mol=0.731kg原料氯化氫中含水量=7353×0.03％=2.21mol=0.0397kg生成二氯乙烷量=162.63÷26×99×0.54％=3.344kg副反響消耗氯化氫量=3.344236.5=2.466kg99剩余氯化氫量=254.97—226.94—2.466=25.56kg剩余乙炔量=165.11—162.63=2.48kg生成乙醛量=162.63÷26×44×0.06％=0.165kg水反響量=0.165÷44×18=0.0676kg剩余水量=0.0346+0.0397—0.0676=0.0067kg原料乙炔參加質(zhì)量=165.11+1.74+0.0346=166.88kg原料氯化氫參加質(zhì)量=254.97+0.731+0.0397=255.74kg氮、氫不參與反響。16-2。16-2物料衡算表物料名稱相對(duì)分子質(zhì)量輸Kg入％Kg輸％mol出％乙炔26165.1139.072.480.5995.41.28氯化氫36.5254.9760.3325.566.05700.39.36水180.07430.0180.00670.0160.370.005氮?dú)?81.740.411.740.4162.20.83氫氣20.7310.170.7310.17365.54.89氯乙烯62.5388.691.956217.683.13二氯乙烷993.3440.7933.80.45乙醛440.1650.043.80.05總計(jì)總計(jì)422.6100.0422.61007479100.08000t工業(yè)甲醛的物料衡算計(jì)算范圍全裝置。見(jiàn)圖16-5。主副反響反響式見(jiàn)計(jì)算過(guò)程。甲醇發(fā)生五個(gè)反響的安排率為主氧化51.2%，脫39.2%0.6%0.8%8.2%。計(jì)算任務(wù)甲醇消耗量，干尾氣摩爾組成?！?〕7200h1h為基準(zhǔn)。8000×1000kg÷7200h=1111.11kg/h37.0%93.0%。原料甲醇質(zhì)量組成：甲醇98，水2。氧與甲醇的配比為0.36mo0.3，無(wú)視損失。吸取水57.6甲醇—空氣—水氣甲醇—O吸取水57.6甲醇—空氣—水氣甲醇—O2產(chǎn)物氣甲醇 36.51甲醛 411.11水蒸氣 605.89尾氣2.65N2 626.68H2 11.703CO 3.396CO2 54.694CH4 1.455∑ 700.58O2N2∑空氣190.38626.68817.0621404.79產(chǎn)物液〕原料甲醇甲醇 521.60水蒸氣 10.64∑ 532.24甲醇甲醛∑36.51411.11663.491111.11甲醇521.60水蒸氣甲醇521.60水蒸氣10.64氧氣190.38氮?dú)?26.68∑1349.30甲醇521.60水蒸氣415.43氧氣190.38氮?dú)?26.68∑1754.09氧2.653氮626.68氫11.703一氧化碳3.396二氧化碳54.694甲烷1.456∑1754.09圖16-5 甲醛生產(chǎn)物料流程圖1—蒸發(fā)器；2—氧化器；3—吸取塔計(jì)算過(guò)程純甲醛量=1111.11×37.0%=411.11kg=13.704kmol甲醇總反響量=13.704÷〔51.2％+39.2％〕=15.159kmol=485.06kg純甲醇參加量=458.09÷93.0％=521.60kg=16.30kmol原料甲醇參加量=521.60÷98％=532.24kg含水量=532.24×2％=10.64kg氧參加量=0.365×16.30=5.9495kmol=190.38kg氮參加量=5.9495÷21×79=22.381kmol=626.68kg空氣量=190.38+626.69=817.06kg甲醇-空氣量=532.24+817.06=1349.30kg配料水蒸氣量=1349.30×0.3=404.79kg反響器輸出甲醇量=521.60－485.09=36.51kgCHOH + 1O == HCHO + HO3 2 2 232 16 30 18485.09kg×51.2%=248.37kg 124.18kgCH3OH ==232.84kgHCHO+139.71kgH232302485.09kg×39.2%=190.155kg178.27kg11.885kgCH3OH + H2==CH4+ H2O32 21618485.09kg×0.6%=2.9lkg 0.182kg 1.455kg 1.637kg反響器輸出氫量=11.885－0.182=11.703kgCH3OH+O2==CO+2H2O32322836485.09kg×0.8%=3.88kg 3.88kg 3.396kg 4.366kgCHOH + 3O

== CO

+ 2HO3 2 2 2 232 48 44 36485.09kg×8.2%=39.78kg 59.666kg 54.694kg 44.75kg反響器輸出水量=10.64+404.79+139.71+1.637+4.366+44.75=605.89kg吸取水量=1111.11－36.51－411.11－605.89＝57.6kg反響器輸出氧量=190.38－124.18－3.88－59.666＝2.65kg列出物料衡算表見(jiàn)表16-3。輸入輸出16-3〔a〕蒸發(fā)過(guò)程物料衡算蒸發(fā)過(guò)程物料衡算表輸入輸出物料名稱原料甲醇kg物料名稱甲醇-空氣混合氣kg甲醇521.60甲醇521.60水10.64水10.64空氣———氧190.38氧190.38氮626.68氮626.68總計(jì)1349.30總計(jì)1349.3016-3〔b〕混合過(guò)程物料衡算表輸輸入輸出物料名稱配料水蒸氣kg1349.30403.79物料名稱kg1754.09總計(jì)1754.09總計(jì)1754.09輸入輸出物料名稱相對(duì)分子質(zhì)量表16-3輸入輸出物料名稱相對(duì)分子質(zhì)量kg%kg%甲醇32521.6029.73636.512.081水18415.4323.684605.8934.542甲醛30411.1123.437氧32190.3810.8542.650.151氮28626.6835.727626.6835.727氫2——11.7030.667甲烷16——1.4550.083一氧化碳28——3.3960.194二氧化碳44——54.6943.118總計(jì)1754.09100.01754.09100.0輸入表16-3〔d〕 吸取過(guò)程物料衡算表輸出物料名稱kg物料名稱 kg工業(yè)甲醛質(zhì)量組成/%產(chǎn)物氣工業(yè)甲醛甲醇36.51甲醇 36.513.29水605.89水 663.4959.71甲醇411.11甲醛 411.1137.00氧2.65干尾氣干尾氣組成〔mol〕/%氮626.68氧2.65830.28氫11.703氮626.682238175.18甲烷1.455氫11.7035851.519.66一氧化碳3.396甲烷1.455910.31二氧化碳54.694一氧化碳3.3961210.41吸取水57.6二氧化碳54.69412434.18總計(jì)1811.69總計(jì)1811.6929770100.0做一做做一做乙炔法醋酸乙烯生產(chǎn)中的循環(huán)過(guò)程包括五個(gè)過(guò)程和十一股物料，如以下圖：穎乙炔混合循環(huán)乙炔放空放出乙炔混合乙炔未凝氣參加醋酸蒸發(fā)反響混合氣反響產(chǎn)物氣分別產(chǎn)物液蒸發(fā)殘液排出液〔循環(huán)液〕請(qǐng)查閱有關(guān)資料列出各物料流的關(guān)系式。【應(yīng)用實(shí)例Ⅰ】 設(shè)計(jì)年產(chǎn)1000噸苯乙烯車間的物料衡算一、流程簡(jiǎn)介乙苯脫氫工段經(jīng)過(guò)方案設(shè)計(jì)流程如圖16—6所示。原料乙苯和回收乙苯混合后用泵連續(xù)送入乙苯蒸發(fā)器3，同時(shí)向蒸發(fā)器中連續(xù)參加所需水蒸汽。從蒸發(fā)器出來(lái)的混合氣體45，再用煙道氣加熱，然后進(jìn)入脫6789凝下來(lái)的液體進(jìn)入油水分別器10，沉降分別出的水作為廢水排掉，爐油則送入貯槽中并參加13回收液體，10，不凝氣體引出作燃料用。8891311水蒸氣7穎乙苯3循環(huán)乙苯456去精餾段121912去廢水處理圖16.1.6乙苯脫氫反響流程圖1-貯罐；2-泵；3-乙苯蒸發(fā)器；4-第一預(yù)熱器；5-其次預(yù)熱器；6-脫氫反響器；7-換熱器；8-冷水凝器；9-鹽水冷凝器；10-油水分別器；11-氣液分別器；12-阻凝劑配制槽；13-旋風(fēng)分別器16-6精餾工段粗苯乙烯分別和精制的流程示意圖參見(jiàn)圖9—8。爐油〔粗苯乙烯〕首先送入乙苯蒸出塔1甲苯回收塔3，將乙苯與苯、甲苯分別?；厥账玫揭冶剿兔摎錉t，塔頂?shù)玫奖?、甲苯?jīng)冷凝后局部回流，其余再送入苯、甲苯分別塔5。苯、甲苯分別塔頂可得到苯，塔釜可得甲苯。乙苯蒸出塔后冷凝器出來(lái)的不凝氣體經(jīng)分別器分出夾帶液體后去真空泵放空。查一查請(qǐng)查閱本書第九章的乙苯脫氫苯乙烯生產(chǎn)技術(shù)7，將乙苯與999％以上的苯乙烯，塔釜為含苯乙烯40％11查一查請(qǐng)查閱本書第九章的乙苯脫氫苯乙烯生產(chǎn)技術(shù)烯返回精餾塔。粗苯乙烯和苯乙烯精餾塔頂部出來(lái)的冷凝器未冷凝氣體均經(jīng)一分別器分別掉所夾帶液滴后再去真空泵放空。二、物料衡算畫出物料衡算流程示意圖引出標(biāo)注數(shù)和未知數(shù)，使數(shù)和待求數(shù)可以一目了然。如圖16—7所示是其中一例。穎乙苯量〕其它乙苯 99.0二甲苯 0.1∑ 100

脫氫反響物％〔質(zhì)量〕其它乙苯 轉(zhuǎn)化率38％苯乙烯產(chǎn)率90％水蒸氣反響量0.7％二甲苯一氧化碳〔0.49％〕二氧化碳〔28.9％〕氫〔14.0％〕甲烷〔0.21％〕乙烯〔0.40％〕苯〔16.7％〕甲苯 焦油 ∑

尾氣其它乙苯〔0.2〕〔0.3〕水蒸氣〔0.03〕二甲苯〔0.5〕苯〔4.5〕甲苯〔1.2〕一氧化碳〔100〕二氧化碳〔100〕氧〔100〕甲烷〔100〕乙烯〔100〕∑水 脫蒸 氫汽 反應(yīng)器水:乙苯=1.8

冷凝器

爐油〕其它乙苯苯乙烯焦油 〔40〕二甲苯苯∑油水分別器循環(huán)乙苯量〕其它乙苯 99.9苯乙烯 0.5甲苯 0.5∑ 100

冷凝液％〔質(zhì)量〕其它乙苯 〔99.8〕苯乙烯 〔99.7〕水 〔99.97〕二甲苯 〔99.5〕苯 〔95.5〕甲苯 〔98.8〕焦油 〔100〕∑

水〕其它水乙苯 〔0.0217〕苯乙烯〔0.04〕焦油 〔60〕∑數(shù)據(jù)收集①工藝數(shù)據(jù)

16—7脫氫反響器物料衡算示意圖99.7％。原料乙苯99.90.1％。38％。循環(huán)乙苯組成乙苯99.00.50.5％。組分％〔質(zhì)量〕組分％〔質(zhì)量〕CO0.49CO28.9組分％〔質(zhì)量〕組分％〔質(zhì)量〕CO0.49CO28.92H14.0CH0.212 4水蒸汽、二甲苯外，其余物質(zhì)質(zhì)量組成如表16-4。CHCHCH2 20.4CH6616.7CHCH65 334.2焦油5.1說(shuō)明：應(yīng)收集反響器物料出口的全組成數(shù)據(jù)。g．水蒸汽參與脫氫反響占水蒸汽總量的0.7％。h．冷凝器氣液安排量冷凝液中苯占進(jìn)料苯的95.5％；

16-4脫氫反響器出口組成98.8％，99.8％；苯乙烯占進(jìn)料苯乙烯的99.7％；二甲苯占進(jìn)料二甲苯的99.5％；100％。算。i．油水分別器焦油40％進(jìn)入油層，60％進(jìn)入水層。j72%。k1％。10.5％。m40％。苯乙烯精餾塔苯乙烯占塔釜組成60％。苯乙烯蒸餾塔回收進(jìn)料苯乙烯的80％。焦油在乙苯蒸餾塔中聚合的量增加到產(chǎn)品苯乙烯量的0.55％。在苯乙烯粗餾塔中的量增加到產(chǎn)品苯乙烯的0.8％；在苯乙烯精餾塔中聚合的量增加到產(chǎn)品苯乙烯量的1.2％。②損耗數(shù)據(jù)a90％。b．抽真空損失：乙苯在乙苯蒸餾塔損耗量占抽真空損失的75％；在乙苯粗餾塔損耗量占抽真空損失的25％。苯乙烯在乙苯蒸餾塔的消耗量占抽真空損失的0.5％。在苯乙烯粗餾塔的損耗量占抽真空損失的25％。在苯乙烯精餾塔的損耗量占抽真空損失的74.5％。c．苯乙烯總消耗量占脫氫后生成苯乙烯量的3.5％。d2％。③物理化學(xué)常數(shù)在操作溫度壓力下，乙苯和苯乙烯在水中溶解度分別為0.0217％和0.04％〔質(zhì)量〕CH25CHCHChemPaster2CH25CHCHChemPaster2+H2副反響：CH2CH25+CH2CH2CH25+HCH23+CH4CH25ChemPaster7C+3H2+CH4CH257C+3H2+CH4C+1O22CO選定計(jì)算基準(zhǔn)取每小時(shí)生產(chǎn)苯乙烯成品千克數(shù)為計(jì)算基準(zhǔn)。計(jì)算①每小時(shí)生產(chǎn)苯乙烯的量Kg/h8000每小時(shí)生產(chǎn)純苯乙烯〔苯乙烯純度99.％〕125×0.997=124.65kg/h②所需穎乙苯量如表16-5，苯乙烯收率為90％；苯乙烯總消耗量占脫氫后生成的苯乙烯量的3.5％；乙2％。則需純乙苯：組分%〔質(zhì)量〕質(zhì)量kg/h乙苯99.9149.2二甲苯0.10.149合計(jì)100.0149.349124.65106 1 組分%〔質(zhì)量〕質(zhì)量kg/h乙苯99.9149.2二甲苯0.10.149合計(jì)100.0149.349

16-5穎乙苯組成104 0.90 10.035 10.02〔106為乙苯分子量，104為苯乙烯分子量〕二甲苯穎乙苯量③進(jìn)入反響器的純乙苯量

149.20.0010.149 Kg/h0.999149.2+0.149=149.349kg/h單程轉(zhuǎn)化率38％，進(jìn)入反響器的純乙苯為124.65106 1 1 346 Kg/h104 0.38 10.035④循環(huán)純乙苯量

346－149.2=196.8kg/h循環(huán)乙苯組成如表16-6 乙苯99％，甲苯和苯乙烯各為0.5％，則含甲苯、苯乙烯分別為組分%〔質(zhì)量〕質(zhì)量kg/h乙苯99196.8二甲苯0.50.995苯乙烯0.50.995合計(jì)100.0198.79196.8組分%〔質(zhì)量〕質(zhì)量kg/h乙苯99196.8二甲苯0.50.995苯乙烯0.50.995合計(jì)100.0198.790.99循環(huán)乙苯量則為196.8+0.996+0.995=198.79kg/h⑤水蒸汽量水:乙苯=1:1.8，則水蒸汽為⑥反響器進(jìn)料量及其組成

346×1.8=623kg/h反響器進(jìn)料量及其組成見(jiàn)表16-716-7反響器進(jìn)料量及其組成組分%〔質(zhì)量〕質(zhì)量kg/h組分%〔質(zhì)量〕質(zhì)量kg/h乙苯35.6346苯乙烯0.1020.995二甲苯0.0150.149水蒸氣64.2623甲苯0.9950.995合計(jì)100.0971.139⑦反響器出料量及組成a．參與反響的水蒸汽量b．出反響器的水量出反響器的苯乙烯量

623×0.007=4.36kg/h623－4.36==618.64kg/h出反響器的乙苯量

124.65 1

129.14Kg/h196.8×0.02×149.2=196.8+2.98=199.78kg/h出反響器的二甲苯量即為穎乙苯中帶入的二甲苯量0.149kg/h。f．除水、乙苯、苯乙烯和二甲苯外，其它物質(zhì)出反響器的總量971.139－〔618.64+199.78+129.14+0.149〕=23.43kg/h各物質(zhì)的量分別為一氧化碳 43×0.0049=0.115kg/h二氧化碳 23.43×0.289=6.76kg/h氫 23.43×0.14=3.27kg/h甲烷 23.43×0.0021=0.049kg/h乙烯 23.43×0.004=0.049kg/h苯 23.43×0.167=3.9kg/h甲苯 23.43×0.342=8.05kg/h焦油 23.43×0.051=1.192kg/h則反響器出料量及組成為〔表16-8〕表16—8 反響器出料量及組成組分%〔質(zhì)量〕質(zhì)量kg/h組分%〔質(zhì)量〕質(zhì)量kg/h組分%〔質(zhì)量〕質(zhì)量kg/h乙苯20.58199.78一氧化碳0.0110.115乙烯0.00970.094苯乙烯13.3129.14二氧化碳0.6966.76苯0.4013.9水蒸氣63.69618.64氫0.3373.27甲苯0.838.05二甲苯0.0150.149甲烷0.0050.049焦油0.1231.192合計(jì)100.0971.139數(shù)據(jù)整理，填寫物料平衡表16-9進(jìn)料出料序號(hào)進(jìn)料出料序號(hào)物料名稱%〔質(zhì)量〕質(zhì)量,kg/h%〔質(zhì)量〕質(zhì)量,kg/h1乙苯35.636420.58199.782二甲苯0.0150.1490.0150.1493甲苯0.1020.9950.838.054苯乙烯0.1020.99513.3129.145蒸汽64.262363.69618.646一氧化碳0.0110.1157二氧化碳0.6966.768氫0.3373.279甲烷0.0050.04910乙烯0.00970.09411苯0.4013.912焦油0.1231.192總計(jì)100.0971.139100.0971.139繪制正式物料流程圖〔略〕力量拓展力量拓展這里僅對(duì)乙苯脫氫制苯乙烯的脫氫反響器進(jìn)展了物料衡算，其它設(shè)備單元，諸如冷凝器〔包括水冷器、鹽水冷凝器和氣液分別器、油水沉降槽、乙苯蒸出塔、苯和甲苯回收塔、苯和甲苯分別塔、苯乙烯粗餾塔、苯乙烯精餾塔和蒸發(fā)釜等的物料衡算，請(qǐng)大家【應(yīng)用實(shí)例Ⅱ】 丙烯氨氧化合成丙烯腈物料衡算根底數(shù)據(jù)年生產(chǎn)力量15000t/a丙烯腈年開(kāi)工時(shí)數(shù)7200h〔3〕進(jìn)料配比 丙烯:氨:空氣=1:1.1:11丙烯轉(zhuǎn)化率90％反響生成產(chǎn)物總回收率95％原料組成 丙烯99%，丙烷1%；氨>99%，其余為水。以丙烯計(jì)反響的單程收率如表16-10表16-10 以丙烯計(jì)反響的單程收率表組分收率/%組分收率/%組分收率/%丙烯腈65乙腈9二氧化碳10氫氰酸5丙腈0.05丙酮0.05乙醛0.1一氧化碳0.3丙烯醛0.5反響方程式主反響：CH+NH+〔3/2〕O→CH=CHCN+3HO 〔1〕3 6 3 2 2 2副反響：CH+〔3/2〕NH+〔3/2〕O→〔3/2〕CHCN+3HO 〔2〕3 6 3 2 3 2CH+3NH+3O→3HCN+6HO 〔3〕3 6 3 2 2CH+O→CH=CHCHO+HO 〔4〕3 6 2 2 23 6 2 CH+〔3/4〕O→〔3/2〕CHCHO 〔53 6 2 〔 〕→ 〔〕CH+ 9/2 O 3CO〔 〕→ 〔〕3 6 2 2 2CH+3O→3CO+3HO 〔7〕3 6 2 2C3H6+〔1/2〕O2→CH3COCH3 〔8〕C3H6+NH3+O2→C3H5N+2H2O 〔9〕物料衡算實(shí)際生成丙烯腈量〔以kg/h為基準(zhǔn)〕15000×1000÷[〔1－0.05〕×7200]=2193kg/h=41.4kmol/h投入丙烯量從反響式〔1〕可知，生成丙烯腈與消耗丙烯的摩爾比為1：1，因此生成丙烯腈所耗丙烯為〔2193÷53〕×42=1738.8kg/h投入反響器的丙烯〔純〕為 1738.8÷0.65=2675kg/h實(shí)際丙烯原料量由于丙烯純度為99%，所以原料投入量為2675÷0.99=2702kg/h其中含丙烷2702－2675=27kg/h=27÷44=0.613kmol/h丙烯〔以mol表示〕 2675÷42=63.76kmol/h〔4〕轉(zhuǎn)化的丙烯量 63.69×0.90=57.32kmol/h=2407kg/h〔5〕未轉(zhuǎn)化的丙烯量 63.69－57.32=6.37kmol/h=267.5kg/h〔6〕實(shí)際參加空氣量 63.69×1l=700.6kmol/h其中含氧量700.6×0.21=147.1kmol/h=4708kg/h含氮量700.6×0.79=553.5kmol/h=15497kg/h〔7〕實(shí)際參加氨量 63.69×1.1=70.06kmol/h=1191kg/h由于氨濃度為99％，所以氨原料量為 1191÷0.99=1203kg/h含水量 1203－1191=12kg/h=0.67kmol/h〔8〕生成乙腈物 63.69×3/2×0.09=8.598kmol/h=352.5kg/h〔9〕生成氫氰酸 63.69×3×0.05=9.553kmol/h=257.9kg/h〔10〕生成丙烯醛 63.69×1×0.005=0.32kmol/h=17.9kg/h〔11〕生成二氧化碳63.69×3×0.1=19.10kmol/h=840.7kg/h〔12〕生成乙醛 63.69×3/2×0.001=0.096kmol/h=4.22kg/h〔13〕生成一氧化碳63.69×3×0.003=0.57kmol/h=15.96kg/h〔14〕生成丙酮 63.69×1×0.0005=0.032kmol/h=1.85kg/h〔15〕生成丙腈 63.69×1×0.0005=0.032kmol/h=1.75kg/h參與各反響耗氧量反響①41.1×〔3/2〕=62.1kmol/h=1990kg/h反響②8.598×1=8.598kmol/h=275.1kg/h反響③9.553×1=9.553kmol/h=305kg/h反響④0.32×1=0.32kmol/h=10.24kg/h反響⑤19.10×〔9/2〕÷3=28.65kmol/h=916.8kg/h反響⑥0.096×〔3/4〕÷〔3/2〕=0.048kmol/h=1.536kg/h反響⑦0.57×1=0.57kmol/h=18.24kg/h反響⑧0.032×〔1/2〕=0.016kmol/h=0.512kg/h反響⑨0.032×1=0.032kmol/h=1.024kg/h總耗氧量109.9kmol/h=3519kg/h各反響生成水量反響①41.4×3=124.2kmol/h=2236kg/h反響②8.598×3÷〔3/2〕=17.20kmol/h=309.5kg/h反響③9.553×2=19.11kmol/h=343.9kg/h .反響④0.32×1=0.32kmol/h=5.76kg/h反響⑥19.1×1=19.1kmol/h=342kg/h反響⑦0.57×1=0.57kmol/h=10.26kg/h反響⑧0.032×2=0.064kmol/h=1.15kg/h總生成水量108.6kmol/h=3251kg/h出反響器總水量=氨中含水量+生成水量=12+3251=3263kg/h〔18〕反響殘氧量 147.1－109.9＝37.2kmol/h=1190kg/h〔19〕反響耗氨量反響①41.4×1=41.4kmol/h=703.8kg/h反響②8.598×1=8.598kmol/h=146.2kg/h反響⑧9.553×1=9.553kmol/h=162.4kg/h反響⑨0.032×1=0.032kmol/h=0.54kg/h總耗氨量59.58kmol/h=1013kg/h剩余氨量70.06－59.58=10.48kmol/h=178.2kg/h4〔16-11〕輸入〔原料氣〕輸出〔原料氣〕16—11輸入〔原料氣〕輸出〔原料氣〕組分kmol/hmol%kg/h%〔m〕組分kmol/hmol%kg/h%〔m〕丙烯63.697.62267511.09丙烯腈41.44.7621939.09氨70.068.3911914.94乙腈8.5980.99352.51.46氧147.117.6470819.53氫氰酸9.5531.10257.91.07氮553.566.241549864.28丙烯醛0.320.0417.90.07丙烷0.6130.07270.11乙醛0.0960.014.220.02水0.670.08120.05二氧化碳19.102.20840.73.49一氧化碳0.570.0615.960.07丙酮0.0321.850.01丙腈0.0321.750.01丙烷0.6130.07270.11氮553.563.671549864.28丙烯6.370.73267.51.11氧37.24.2811904.93水181.320.88326313.54氨10.481.21178.20.74合計(jì)835.63100.024111100.0合計(jì)869.36100.024111100.0其次節(jié)熱量衡算一、熱量衡算及其分類(或冷卻)劑用量、設(shè)備需要傳遞的熱量多少等，為工程設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)供給設(shè)計(jì)依據(jù)，以保證熱量利用包括熱能、動(dòng)能和電能等?；どa(chǎn)中的物理過(guò)程和化學(xué)反響過(guò)程都與能量的傳遞或能量形式的變化有關(guān)衡算。熱量衡算的根本過(guò)程是在物料衡算的根底上進(jìn)展單元設(shè)備的熱量計(jì)算(實(shí)際設(shè)計(jì)中常與設(shè)備計(jì)算結(jié)合進(jìn)展)，然后再進(jìn)展整個(gè)系統(tǒng)的熱量平衡計(jì)算，化工過(guò)程的熱量衡算分為單元設(shè)備熱量衡算和生產(chǎn)系統(tǒng)熱量衡算等〔反響器個(gè)換熱系統(tǒng)、一個(gè)車間、和全廠〔或聯(lián)合企業(yè)〕的熱量平衡進(jìn)展計(jì)算?！灿袝r(shí)也要作一些相應(yīng)計(jì)算〕的數(shù)據(jù)，算出另外一些不能或很難直接測(cè)定的熱量；由此，利用各股應(yīng)器中的適宜溫度；也可依據(jù)熱量衡算對(duì)反響器做出改進(jìn)或是設(shè)計(jì)的反響器。二、熱量衡算的依據(jù)積存或損失的熱量。能量。對(duì)于穩(wěn)定連續(xù)反響過(guò)程，系統(tǒng)內(nèi)沒(méi)有能量積存，在不考慮能量轉(zhuǎn)換，而只計(jì)算熱量的過(guò)程。對(duì)于穩(wěn)定的連續(xù)過(guò)程，熱量衡算的根本關(guān)系式為Q Q進(jìn) 出式中Q進(jìn)Q出

——輸入某一系統(tǒng)的熱量之和；——輸出該系統(tǒng)的熱量之和〔包括熱損失。三、單元操作過(guò)程熱量衡算〔依據(jù)能量守恒定律〔凡操作中引入設(shè)備的能量必等于操作后輸出設(shè)備的能量〕進(jìn)展的熱量計(jì)算。查一查：?jiǎn)卧僮鬟^(guò)程熱量衡算方法、步驟及計(jì)算舉例查一查：?jiǎn)卧僮鬟^(guò)程熱量衡算方法、步驟及計(jì)算舉例四、反響過(guò)程熱量衡算〔一〕吸熱反響熱量衡算關(guān)系式或放出的熱量。0 對(duì)于吸熱反響，由入口反響物〔狀態(tài)1，T ，p〕到出口產(chǎn)物〔狀態(tài)4，T ，p0 入 出4 變〔H=H－H〕等于反響系統(tǒng)由外界吸入的熱量即加熱劑供熱Q 與熱損失Q 4 供 損表示為：4 H＝H －H＝Q －4 供 損01—2—3—4p=101.301 kPa下，將反響物的溫度由入口溫度T 變到298.15〔狀態(tài)2，此過(guò)程的焓變?yōu)镠1 入1H；然后在298K下進(jìn)展反響，生成產(chǎn)物〔狀態(tài)，焓變?yōu)镠01吸

〔298K〕＝H3－H2；298.15KT出，焓變?yōu)镠帶出=H4－H3。1HT ，p入 0T ，p出 0H1H4HH1帶出2298K，pH(298K)3吸0298K，p0H2H314的焓變等于由狀態(tài)l234的焓變。298K為基準(zhǔn)溫度，可得1 2 反響物帶入熱量 Q =H－H＝1 2 帶入4 產(chǎn)物帶出熱量Q =H ＝H－4 帶出 帶出298K反響吸熱量Q

〔298K〕= H〔298K〕=H－H吸 吸 3 24 l 4 3 3 2 2 1H=H－H=〔H－H〕+〔H－H〕+〔H－H〕4 l 4 3 3 2 2 1=H

+H〔298K〕+ H=Q +Q 〔298K〕－Q帶出 吸 1 帶出 吸 帶入焓變等于反響系統(tǒng)由外界吸入的熱量H=Q供－Q損Q供－Q損Q帶出+Q吸〔298K〕－Q帶入即 Q供+Q帶入＝Q吸〔298K〕+_Q帶出+Q損式中 Q供——加熱劑供熱量；Q帶入——反響物帶入熱量；Q吸〔298K〕——298K時(shí)反響吸熱量；Q帶出——產(chǎn)物帶出熱量；Q損——熱損失。放熱反響熱量衡算關(guān)系式的推到過(guò)程和吸熱反響的一樣，其熱量衡算關(guān)系式為：Q放〔298K〕Q帶入=Q帶出Q移出Q損Q放〔298K〕——298K時(shí)主副反響放熱量；Q帶入——反響物帶入熱量；Q帶出——產(chǎn)物帶出熱量；Q移出——冷卻劑移出熱量；Q損——2%~3%放熱量。〔二〕反響過(guò)程熱量衡算的步驟反響過(guò)程的熱量衡算步驟與單元操作過(guò)程的衡算根本上一樣量衡算增加了主副反響熱效應(yīng)的計(jì)算問(wèn)題，現(xiàn)將其步驟簡(jiǎn)要列舉如下：畫出工藝流程示意圖，確定計(jì)算范圍般取設(shè)備的進(jìn)出口。寫出全部主副反響方程式，注明產(chǎn)率、熱效應(yīng)明確計(jì)算任務(wù)指計(jì)算加熱劑或冷卻劑消耗量。確定計(jì)算基準(zhǔn)298K。相態(tài)選氣態(tài)或液態(tài)。選擇有關(guān)數(shù)據(jù)①查化學(xué)物理手冊(cè)，選取熱容、熱焓等數(shù)據(jù)；②依據(jù)科研試驗(yàn)或生產(chǎn)操作測(cè)定的數(shù)據(jù)，如溫度。依據(jù)根本關(guān)系式進(jìn)展計(jì)算放熱反響衡算式Q 〔298K〕+Q =Q +Q +Q .放 帶入 帶出 移出 損式中Q 〔298K〕——主副反響298K時(shí)放熱量；放Q ——反響混合氣帶入熱量；帶入Q ——產(chǎn)物氣帶出熱量；帶出Q ——冷卻油移出熱量；移出Q ——22％～3％放熱量。損TQ =Q －Q +Q +QT放 升 降 移出 損T式中 Q ——放熱反響反響溫度T 時(shí)的反響放熱量；T放 反Q ——反響混合氣由T 升溫到T 的升溫?zé)崃?；?入 反Q ——產(chǎn)物氣由T 降溫到T 的降溫?zé)崃浚唤?反 出Q 、Q ——同前。移出 損吸熱反響衡算式Q吸〔298K〕Q帶入－Q帶出Q供－Q損式中 Q吸〔298K〕——吸熱反響，298K時(shí)反響吸熱量；Q供——加熱劑供熱量；Q帶入、Q帶出、Q損——同前。顯熱和相變熱的計(jì)算已由物理化學(xué)講授。計(jì)算結(jié)果填入熱量衡算表〔如表16-1。表16-12 熱量衡算表〔以放熱反響為例〕項(xiàng) 目

輸 入熱量/〔kJ/h〕 % 項(xiàng) 目產(chǎn)物帶出熱

輸 出熱量/〔kJ/h〕 %298K時(shí)反響放熱總 計(jì)

熱損失總 〔三〕反響過(guò)程熱量衡算舉例【例按【例計(jì)算范圍同【例主副反響同【例計(jì)算任務(wù)移出熱量和循環(huán)冷卻水量?；鶞?zhǔn)時(shí)間1，溫度298〔2℃，相態(tài)為氣態(tài)。選擇數(shù)據(jù)298K標(biāo)準(zhǔn)生成熱如下：2H〔CHCHCl〕=35.17kJ/mol 2f m

H〔CH2m2

〕=226.89kJ/mol2H〔HCl〕=－92.36kJ/mol H〔CH3CHCl2

〕=－130.01kJ/molf m f m 23H〔CHCHO〕=－166.48kJ/mol 3f m

H〔HO〕=－242.01kJ/moll2m216-13物質(zhì)Cp,m/[kJ/物質(zhì)Cp,m/[kJ/〔mol?K〕]物質(zhì)Cp,m/[kJ/〔mol?K〕]25~80℃25~160℃25~80℃25~160℃C2H246.651.1H228.929.1HCl29.129.8CH2CHCl60.9H2O33.834.1CH3CHCl86.1N229.229.2CH3CHO6280℃160℃160℃。冷卻水進(jìn)口溫度95℃99℃2％。計(jì)算過(guò)程298K反響熱效應(yīng)：H(主)=37.17－226.89+92.36=－97.36kJ/molr mH(深加成)＝－130.01－226.89+2×92.36=－172.18kJ/molr mH(水合)=－166.48－226.89+242.0=－151.36kJ/molr mQ〔298K〕=rHm

＝6255×〔99.36×99.4％+172.18×0.54％+151.36×0.06％〕=6255×99.785=624.2×103kJ=624.2MJ反響混合氣帶入熱Q 帶入28.9〕×〔80－25〕＝511.73×55＝28.2MJ產(chǎn)物氣帶出熱Q ＝〔2.48÷26×51.1+25.56÷36.5×29.8+0.0067÷18×34.1+1.74÷28×29.2+0.731÷2×29.1+帶出388.662.560.9+3.3449986.1+0.1654462〔1625〕42013＝56.7MJ熱損失 Q ＝2％×624.2＝12.48MJ損Q 〔298K〕+Q ＝Q +Q +Q放 帶入 帶出 移出 損Q ＝Q 〔298K〕+Q －Q －Q移出 放 帶入 帶出 損＝624.2+28.2－56.7－12.48＝583.2MJ冷卻水量 mQt＝583.2÷4.187÷〔99－95〕＝34.8tc列出熱量衡算表。見(jiàn)表16—14。 ’輸入輸出工程輸入輸出工程MJ%工程MJ%反響氣帶入熱28.24.32產(chǎn)物氣帶出熱移出熱298K反響放熱624.295.68熱損失56.7583.212.58.6989.391.92總計(jì)652.4100總計(jì)652.4100【例按例計(jì)算范圍甲醛反響器主副反響同例16.1.3298K反響熱效應(yīng)為：H(主氧化)＝－156.7kJ/mol r m

H(脫氫)=85.31kJ/molmH(加氫)=－115.61kJ/mol r m H(完氧)=－676.5kJ/molr m

H(深氧)=－393.25kJ/molm計(jì)算任務(wù)反響混合氣入口溫度t入?；鶞?zhǔn)lh，298K，氣態(tài)?！?〕選擇數(shù)據(jù)〔見(jiàn)表16-1：16-15甲醛反響器熱量衡算數(shù)據(jù)選擇表CP/[KJ/〔kmol·K〕]CP/[KJ/〔kmol·K〕]物質(zhì)25℃125℃655℃物質(zhì)25℃125℃655℃CH3OH43.8351.6886.46H228.8829.1029.97H2O33.6634.4540.24CH435.6341.2868.87HCHO34.9234.4540.24CO29.1829.3732.80O228.2828.7331.21CO237.2241.2853.38N229.1829.2632.30絕熱過(guò)程，熱損失為反響放熱量的1.4％。產(chǎn)物氣離開(kāi)催化劑層的溫度為655℃。計(jì)算過(guò)程 298K反響放熱：Q 〔298K〕=－∑H=15159×〔51.2％×156.7—39.2％×85.31+0.6％×115.61+0.8％放 R×393.25+8.2％×676.5〕=15159×106.1=1608379kJ產(chǎn)物氣帶出熱Q =36.513243.83+86.42605.8918〔33.6－40.22〔411.113〕帶出〔34.92+60.02〔2.6532〔28.82+31.22〔626.682829.18+32.3〕2+11.7032〔28.88+29.9〕21.4551〕35.63+68.8〕2〔3.3962〕〔29.18+32.8〕2〔54.6944〔37.22+53.32]〔6525〕＝2896.7×630=1824921kJ反響混合氣帶入熱Q ＝521.632〔43.83+51.62〔415.431833.66+34.42190.3832〕帶入×〔28.28+28.7〕2626.682〔29.18+29.2〕2〔T －29〕入＝2391.9〔T －298K〕kJ/K入熱損失Q =1.4％×1608.36=22.52MkJ損絕熱過(guò)程Q 〔298K〕+Q =Q +Q放 帶入 帶出 損Q =Q +Q —Q 〔298K〕=1824.92+22.52－1608.36＝239.08MJ帶入 帶出 損 放2391.9kJ〔T －298K〕K－１＝239.08MJ入T －298K＝100K T ＝398K t ＝125℃入 入 入16—16。輸入輸出項(xiàng)輸入輸出項(xiàng)目MJ%項(xiàng)目MJ%反響器帶入熱28.2624.24.3295.68產(chǎn)物氣帶出熱298K反響放熱移出熱熱損失56.7583.212.58.6989.391.92.總計(jì)652.4100總計(jì)652.4100五、熱量流程圖熱量流程圖是用工藝流程簡(jiǎn)圖與表格相結(jié)合的方式來(lái)表示熱量衡算結(jié)果的一種圖樣量流程圖的要求：①按流程挨次由左向右繪出有熱量變化的有關(guān)設(shè)備的示意圖；設(shè)備間繪出各股物料線；②從各股物料線上用指引線引出一表格；表內(nèi)注明各項(xiàng)熱量的名稱、數(shù)值。如圖16-8所示?；鶞?zhǔn)：1h25℃氣態(tài)混合氣水蒸氣熱量供熱119120甲醇—空氣熱量38119吸取水—1320吸取水—1320125℃2392317蒸發(fā)器帶入熱811608反應(yīng)器655℃產(chǎn)物氣1825吸收塔1358熱水供熱646—625200℃產(chǎn)物氣47032080℃150—2256六、有效能從物理化學(xué)知：體系在肯定狀態(tài)下具有肯定的能量〔內(nèi)能或焓。由于體系處于大氣環(huán)異時(shí)，體系的能量便不能再用于做功。0選定環(huán)境狀態(tài)〔p0=101.3kPa，T=298K〕作為基態(tài)，體系的有效能是指體系從某狀態(tài)0pT〕變到基態(tài)p0T〔即到達(dá)與環(huán)境處于完全平衡狀態(tài)〕