《丙烯腈生產(chǎn)工藝計(jì)算的案例綜述》7700字

丙烯腈生產(chǎn)工藝計(jì)算的案例綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u26596丙烯腈生產(chǎn)工藝計(jì)算的案例綜述 1245011.1小時(shí)生產(chǎn)能力 287201.2反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算 226246（1）計(jì)算依據(jù) 27102（2）物料衡算 317594（3）能量衡算 516011進(jìn)入稀相段的氣體帶熱為 6181061.3廢熱鍋爐 74469（1）計(jì)算依據(jù) 731458（2）熱量衡算 7182881.4空氣飽和塔 822067（1）計(jì)算依據(jù) 824535（2）物料衡算 810126（3）熱量衡算 1020271a.空氣飽和塔出口氣體溫度 1056121.5氨中和塔物料衡算和熱量衡算 116919（1）計(jì)算依據(jù) 112348（2）物料衡算 1227149b.出塔氣體中各組分的量 136761（3）熱量衡算 1320873(c)蒸汽在塔內(nèi)冷凝放熱Q3 14204781.6換熱器物料衡算和熱量衡算 1613269（1）計(jì)算依據(jù) 1619099（2）物料衡算 1624473（3）熱量衡算 17297251.7水吸收塔物料衡算和熱量衡算 1724010（1）計(jì)算依據(jù) 171540（2）物料衡算 183265（3）熱量衡算 18114531.11氣體各組分在0～40℃的平均摩爾熱容為 1822753b.入塔凝水帶入熱Q2 19302361.8空氣飽和塔 2010154（1）計(jì)算依據(jù) 2027826（2）物料衡算 2028717（3）熱量衡算 2138261.9丙烯蒸發(fā)器熱量衡算 215171（1）計(jì)算依據(jù) 212100（2）有關(guān)資料 2126523（3）丙烯蒸發(fā)器的熱負(fù)荷 217901.10丙烯過(guò)濾器熱量衡算 22327041.11氨蒸發(fā)器熱量衡算 2226591（1）計(jì)算依據(jù): 2229407（2）冷損失按0.1考慮，氨蒸發(fā)器的熱負(fù)荷Q； 22119591.12氣氨過(guò)熱器 2312244（1）計(jì)算依據(jù) 2327901（2）氣氨過(guò)熱器的熱負(fù)荷為： 236318（3）加熱蒸汽用量為 23158811.13混合器 237907（1）氣氨進(jìn)口溫度65℃，流量511kg/h; 2327400（2）熱量衡算求進(jìn)口濕空氣以0℃為熱衡算基準(zhǔn)時(shí)的溫度是t。 23220621.14空氣加熱器熱量衡算 244841（1）計(jì)算依據(jù) 2423393參考文獻(xiàn) 251.1小時(shí)生產(chǎn)能力設(shè)置每年工作日時(shí)間為300天，丙烯腈的年產(chǎn)量原料損失設(shè)計(jì)補(bǔ)償利用率3%和每年小時(shí)設(shè)計(jì)平均原料裕量6%，年產(chǎn)量為20萬(wàn)噸，那么每小時(shí)的平均原料量是：1.2反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算計(jì)算依據(jù)a.丙烯腈產(chǎn)量大約為30327.78kg/h，即572.22kmol/hb.選擇丙烷丙烯摩爾分?jǐn)?shù)比為15:85c.原料摩爾比為：Cd.反應(yīng)后各產(chǎn)物的單程收率為：表1.1反應(yīng)后各產(chǎn)物單程收率物質(zhì)丙烯腈氰化氫乙腈丙烯醛二氧化碳摩爾收率/%0.60.0650.070.0070.12e.操作壓力：進(jìn)口0.023MPa，出口0.162MPaf.進(jìn)入流化床的氣體需要預(yù)熱到110℃，反應(yīng)溫度為470℃左右，從流化床反應(yīng)器出來(lái)的氣體進(jìn)去換熱器降溫到360℃。物料衡算a.反應(yīng)器進(jìn)口原料氣中各組分的流量v=Nb.反應(yīng)器出口原料氣中各組分的流量AN（丙烯腈）：572.22kmol/h=30327.78kg/hACN（乙腈）：951.7×3ACL（丙烯醛）：951.7×0.07=66.76kmol/h=3742.57kg/h二氧化碳：951.7×3×0.12=343.33kmol/h=15106.52kg/hHCN：951.7×3×0.065=185.97kmol/h=5021.19kg/h丙烷：168.3kmol/h=7405.2kg/hN2OC3NHC.反應(yīng)器物料平衡表如表1.2組分反應(yīng)器進(jìn)口反應(yīng)器出口kmol/hkg/h%（mol）%(wt)kmol/hkg/h%（mol）%(wt)C3H6951.740055.46.209.6071.533004.260.450.72C3H8168.37405.21.091.77168.37405.21.061.77NH31001.3917021.636.494.08141.062432.020.900.60O22191.5170192.3214.2016.83467.3214954.242.931.58N28251.78231049.8451.4855.388251.78231049.8451.8055.37H2O2861.151499.818.5412.345560.07100081.2634.9021.98AN0000572.2230327.781.597.28ACN0000100.144105.740.630.98HCN0000185.975021.191.171.20ACL000066.763742.570.410.90CO20000341.3315106.522.161.62合計(jì)15429.78417226.1910010015930.48417230.62100100表1.2反應(yīng)器物料平衡表能量衡算各物質(zhì)0-470℃的平均定壓比熱容如下：物質(zhì)C3H6C3H8NH3O2N2H2OANHCNACNACLCO20-110℃1.8412.052.3010.9411.0461.8830-360℃2.6781.0132.6361.0011.0882.0081.8741.6401.9331.9661.1300-470℃2.9291.3472.9391.0461.1092.0922.0291.7242.102.1721.213表1.3各物質(zhì)0-470℃的平均定壓比熱容Cpa.流化床內(nèi)換熱裝置的熱負(fù)荷以及濃相段的熱量平衡計(jì)算假設(shè)如下熱力學(xué)途徑470℃，濃相段出口混合1470℃，濃相段出口混合110℃，反應(yīng)器入口混合?H?H?H1?H1?H3?H?H225℃，濃相段出口混合口混合2525℃，濃相段出口混合口混合25℃，反應(yīng)器入口混合圖1.1流化床反應(yīng)器熱力學(xué)途徑用0-t℃的平均比熱容代替各物質(zhì)25-t℃的平均比熱容，誤差忽略不計(jì)，因此，根據(jù)?H=Cpm?T得：?H1=(40055.4×1.841+7405.2×2.05+17021.63×2.301+70192.32×0.941+51499.8×1.046+231049.84×1.883)×（25-110）=-5.81×107kJ/h?H2=-(572.22×103×512.5+100.14×103×362.3+185.97×103×315.1+66.76×103×351.1+341.33×103×641)=-6.3×108kJ/h?H3=3004.26×2.929+7405.2×1.347+2432.02×2.939+14954.24×1.046+231049.84×1.109+100081.26×2.092+30327.78×2.029+4105.74×2.10+5021.19×1.724+3742.57×2.172+15106.52×1.213=6.27×10?H=?H1+?H2+?H3=－5.81×107－6.3×108+6.27×105=－6.87×108kJ/h取熱損失取?H的5%，則濃相段換熱裝置的熱負(fù)荷為：Q=(1-0.05)×6.87×108=6.53×108kJ/h飽和溫度為143℃時(shí)飽和蒸汽的壓力為0.405MPa；1飽和蒸汽焓i143℃=2736kJ/kg；飽和水焓iH2O143℃=601.2kJ/kg；所以產(chǎn)生的蒸汽量=6.53×108/（2736-601.2）=1.06×105kg/hb.熱量平衡計(jì)算的基準(zhǔn)取0℃氣體時(shí)，求換熱設(shè)備的熱負(fù)荷和蒸汽量。進(jìn)入稀相段的氣體帶熱為根據(jù)Q=Cpm?T得：Q1=(3004.26×2.929+7405.2×1.347+2432.02×2.939+14954.24×1.046+231049.84×1.109+100081.26×2.092+30327.78×2.029+4105.74×2.10+5021.19×1.724+3742.57×2.172+15106.52×1.213)×(470-0)=2.95×108kJ/hQ2為氣體離開(kāi)稀相段帶走的熱量Q2=(3004.26×2.929+7405.2×1.347+2432.02×2.939+14954.24×1.046+231049.84×1.109+100081.26×2.092+30327.78×2.029+4105.74×2.10+5021.19×1.724+3742.57×2.172+15106.52×1.213)×(360-0)=2.26×108kJ/h熱能量損失4%,稀相段熱負(fù)荷為：Q3=(1-0.04)(Q1-Q2)=(1-0.04)(2.95×108-2.26×108)=6.62×107kJ/h稀相段換熱飽和度及換熱量的蒸汽控制裝置公式可以設(shè)計(jì)產(chǎn)生0.405MPa的最高換熱飽和度及換熱量的蒸汽量可用公式表示為：Gm=m×Cp×?tHG=6.62×107/(2736-601.2)=31009.93kJ/h1.3廢熱鍋爐（1）計(jì)算依據(jù)a.反應(yīng)器的出口氣為此設(shè)備進(jìn)口氣；b.入口氣體溫度360℃，壓力0.162MPa；c.出口氣體溫度180℃，壓力0.152MPa；d.廢熱鍋爐產(chǎn)生0.405MPa的飽和蒸汽；（2）熱量衡算以0℃的氣體作為衡算基準(zhǔn)，各種化學(xué)物質(zhì)之間在0～180℃平均比熱容為表1.4所示表1.4各物質(zhì)0～180℃的平均比熱物質(zhì)C3H6C3H8NH3O2N2H20ANHCNACNACLCO2CP2.0712.3432.4060.9621.0541.9251.5521.4851.6071.5861.004a.進(jìn)入廢熱鍋爐的熱量為上一個(gè)設(shè)備帶出的熱量Q1=2.26×108kJ/h（即反應(yīng)器出口）。b.廢熱鍋爐出去的熱量（由氣體帶出）：Q2=（3004.26×2.071+7405.2×2.343+2432.02×2.406+14954.24×0.962+231049.84×1.054+100081.26×1.925+30327.78×1.552+4105.74×1.607+5021.19×1.485+3742.57×1.586+15106.52×1.004）×（180-0）=1.012×108kJ/hc.熱量衡算求得出需要取出的熱量Q按熱損失10%計(jì)，需要取出的熱量為Q=0.9（Q1-Q2）=0.9×（2.26×108-1.012×108）=1.123×108kJ/hd.產(chǎn)生蒸汽量：產(chǎn)生0.405MPa的飽和蒸汽量為G=m×Cp×?tG=1.123×108/（2736-601.2）=52604.46kg/h1.4空氣飽和塔（1）計(jì)算依據(jù)a.進(jìn)入塔，和出塔的壓力分別是0.263MPa，0.243MPa；b.濕度為80%，溫度30攝氏度的氣體在經(jīng)過(guò)空氣壓縮機(jī)后的溫度是170攝氏度；c.氣體和液體在塔內(nèi)的體積比為152.4，其在塔內(nèi)飽和度，取0.8；d.從乙腈解吸塔塔釜出來(lái)的溫度105攝氏度的液體作為該塔的噴淋液，組成如表1.5所示：表1.5塔頂噴淋液各組成組分ANACN氰醇ACLH2O合計(jì)%（wt）0.0050.0080.00050.000299.986100e.流化床反應(yīng)器進(jìn)口氣體的特定要求，決定了空氣出去時(shí)的量和組成成分。O2：2191.51kmol/h=70192.32kg/hH2O：2861.1kmol/h=51499.8kg/hN2：8251.78kmol/h=231049.84kg/h（2）物料衡算a.進(jìn)塔空氣量進(jìn)塔干空氣量=(2191.5+2861.1)=5054.6kmol/h=145752.76kg/h查空氣相對(duì)濕度與濕含量的關(guān)系表得到30℃時(shí)，0.022kg水氣/kg時(shí)濕度為80%，求得水蒸汽量（被空氣帶入）為：0.022×145752.76=3206.56kg/hb.進(jìn)塔熱水量氣液比為151.2，故進(jìn)塔噴淋液量為(2191.5+2861.1)×22.4×(273+170)/273×0.1013/0.263×1/152.4=464.35m3/h塔頂上的噴淋液(105℃)的密度大約為958kg/m3,因此其每小時(shí)進(jìn)入塔的水的質(zhì)量流量為：464.35×958=444847.3kg/hc.出塔濕空氣量出塔氣體中的O2、N2、H2O的量與反應(yīng)器入口氣體相同，因而O2：2191.51kmol/h=70192.32kg/hH2O：2861.1kmol/h=51499.8kg/hN2：8251.78kmol/h=231049.84kg/hd.出塔液量塔內(nèi)水蒸發(fā)量=231049.84-3206.56=227841.28kg/h∴出塔液流量=444847.3-227841.28=217004.02kg/he.飽和塔物料如下表1.6表1.6飽和塔物料平衡表成分入塔氣出塔氣入塔噴淋液塔釜排出液kmol/hKg/h%(mol)%(wt)kmol/hKg/h%(mol)%(wt)Kg/h%(wt)Kg/h%(wt)2191.5170192.3216.4819.902191.570192.3216.4819.900008251.78231049.862.0165.508251.78231049.8462.0165.500003206.5657718.0821.5114.602861.151499.821.5114.6444847.399.986217004.0299.972AN0000000022.250.00522.250.0102ACN0000000035.590.00835.590.0163氰醇000000002.220.00052.220.00102ACL000000000.890.00020.890.00041合計(jì)13651.85358960.2410010013306.39352741.96100100444908.25100217064.97100（3）熱量衡算a.空氣飽和塔出口氣體溫度從物料平衡表得知，蒸汽的摩爾分?jǐn)?shù)0.215是氣體出塔時(shí)的數(shù)據(jù)，蒸汽的實(shí)際分壓，可以根據(jù)分壓定律求得：PH2O=yH2OP=0.215×0.243=0.05655MPa因飽和度為0.81，所以飽和蒸汽分壓應(yīng)為0.05655/0.81=0.0698MPa=69800Pa氣體溫度應(yīng)控制為90℃，因?yàn)槿绻ＷC工藝所需的蒸汽質(zhì)量不變，那么該蒸汽分壓時(shí)的飽和溫度為90攝氏度[12]。b.入塔后的熱水溫度105℃。c.由熱衡量計(jì)算我們可以分別得到一個(gè)塔式加熱水的國(guó)際溫度基準(zhǔn)t和由熱衡量計(jì)算的。溫度基準(zhǔn):0℃低熱氣態(tài)低溫空氣,0℃低溫液態(tài)蒸餾水。(a)170℃進(jìn)塔空氣帶入熱量Q1170℃時(shí)的蒸汽熱容2771.3kJ/kg,干空氣溫度0～170℃時(shí)的平均比熱容量為1.004kJ/(kg?K)。Q1=(70192.32+231049.84)×1.004×(170-0)+57718.08×2771.3=2.115×108kJ/h (b)出塔濕空氣帶出熱量Q2 90℃蒸汽焓2660kJ/kg，空氣比熱容取1.004kJ/(kg?K)。 Q2=(70192.32+231049.84)×1.004×(90-0)+51499.8×2660=1.64×108kJ/h (c)105℃入塔噴淋液帶入熱量Q3Q3=444908.25×4.184×(105-0)=1.95×108kJ/h (d)求出塔熱水溫度t 出塔熱水帶出熱量：Q4=217064.97×4.184t=908199.83448t 熱損失按5%計(jì)，則Q5=0.05(2.115×108+1.203×109)=1.71×108kJ/h 熱平衡方程：Q1+Q3=Q2+Q4+Q5代入數(shù)據(jù)：2.115×108+1.95×108=1.64×108+908199.83448t+1.71×108解得t=79℃因此，出塔熱水溫度為79℃。1.5氨中和塔物料衡算和熱量衡算（1）計(jì)算依據(jù)a.入塔的出口氣體的平均流量及其結(jié)構(gòu)組成均與空氣反應(yīng)器的每個(gè)出口流入氣體一樣；b.塔內(nèi)硫酸吸收掉全部的氨，生產(chǎn)硫酸銨；c.新鮮硫酸吸收劑的含量為93%（wt）；d.塔底出口液體（即循環(huán)液）的組成如表；e.進(jìn)入式出塔的表層空氣凈化溫度180℃,出塔的表層空氣凈化溫度76℃,新鮮使用硫酸作為吸附凈化劑的出塔空氣凈化溫度30℃；f.塔頂?shù)膲毫?.122MPa,塔底的壓力為0.142MPa；表1.7塔底出口液體的組成組分H2OANACNHCNH2SO4(NH4)SO4合計(jì)%(wt)68.530.030.020.0160.530.90100（2）物料衡算排除的廢液量及其組成進(jìn)塔氣中含有2432.02kg/h的氨，在塔內(nèi)被硫酸吸收生成硫酸銨，氨和硫酸反應(yīng)的方程式如下：2NH3+H2SO4→(NH4)2SO4(NH4)2SO4的生成量：2432.02×132/(2×17)=9441.96kg/h塔底排出液中，(NH4)2SO4的含量為0.309，算出廢液量：9441.96/0.309=30556.50kg/h排放的廢液中，各組分的量：H2O：30556.50×0.6853=20940.37kg/hAN：30556.50×0.0003=9.16695kg/hACN：30556.50×0.0002=6.1113kg/hHCN：30556.50×0.00016=4.88904kg/hH2SO4：30556.50×0.005=152.7825kg/h(NH4)2SO4：30556.50×0.309=9441.9585kg/ha.需要及時(shí)補(bǔ)充的新鮮食物硫酸和吸收氧化劑(93%H2SO4)的實(shí)際量分別定義為：(30556.50×0.005+2432.02×98/34)/0.93=7701.85kg/hb.出塔氣體中各組分的量C3H6：3004.26kg/h=71.53kmol/hC3H8：7405.2kg/h=168.3kmol/hO2：14954.24kg/h=467.32kmol/hN2：231049.84kg/h=8557.4kmol/hAN：30327.78-9.16695=30318.61305kg/h=572.04kmol/hACN：4105.74-6.1113=4099.6287kg/h=100kmol/hHCN：5021.19-4.88904=5016.30096kg/h=185.8kmol/hCO2：15106.52kg/h=341.33kmol/hH2O：輸送到的塔氣廢液中的水=廢液進(jìn)入到的塔氣中所吸收帶入的能量水+新鮮廢液吸收催化劑+輸送到塔的水-新鮮廢液所吸入帶來(lái)的能量水=100081.26+7701.85×0.07-20940.37=79680.0195kg/h=4426.667kmol/h（3）熱量衡算a.出塔氣體溫度實(shí)際蒸汽分壓為：PH2O=yH2OP=0.2980×0.122=0.0363MPa設(shè)飽和度為0.98，則與塔中的飽和氣體溫度平衡相關(guān)的飽和蒸汽分壓公式可表示為：P○H2O=0.03636/0.98=0.03710MPa入塔噴淋液中含有硫酸銨100×30.9/68.53=45g(NH4)2SO4/100gH2O，已知硫酸銨溶液上方的飽和蒸汽壓如下表1.8。根據(jù)入塔噴淋液的硫酸銨含量和P○H2O的值，溫度76℃是氣體離開(kāi)塔時(shí)的溫度。b.入塔噴淋液的溫度入塔時(shí)的空氣噴淋冷凝液平均溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)地要低于泵式氣體泵在進(jìn)入通風(fēng)塔的每個(gè)出口時(shí)平均溫度6℃,故為70℃。c.塔釜排出液溫度溫度/℃(NH4)2SO4含量/g[(NH4)2SO4/gH2O]4045507080900.027960.042520.06290.027560.04190.061990.027160.041290.06109表1.8硫酸銨溶液上方的飽和蒸汽壓/MPad.熱量衡算求循環(huán)冷卻器的熱負(fù)荷及冷卻水用量Q1+Q3+Q4+Q5+Q6+Q8=Q7+Q2+Q9(a)入塔氣體帶入熱Q1廢熱鍋爐出口帶出熱量即為該塔氣體帶入熱量。Q1=1.012×108kJ/h(b)出塔氣體帶出熱Q2，各組分在0～76℃的平均比熱容的值表1.9各組分在0～76℃的平均比熱容的值物質(zhì)C3H6C3H8O2N2H2OANHCNACNACLCO2CP1.7151.9660.94141.0461.8831.3471.3931.4061.3430.921Q2=Cpm?t=(3004.26×1.715+7405.2×1.966+14954.24×0.9414+231049.84×1.046+79680.0195×1.883+30318.61305×1.347+5016.30×1.393+4099.62×1.406+15106.52×0.921)×（76-0）=1.75×107kJ/h(c)蒸汽在塔內(nèi)冷凝放熱Q3蒸汽在塔內(nèi)的冷凝量=進(jìn)塔氣體帶入蒸汽-出口氣帶出蒸汽=100081.26-79680.0195=20401.24kg/h蒸汽的冷凝熱為22466kJ/kgQ3=20401.24×22466=4.583×108kJ/h(d)有機(jī)物冷凝放熱Q4Q4=9.16695×615+6.1113×728+4.88904×878.6=14382.21kJ/h(e)氨氣和放熱Q5每生成1mol硫酸銨放熱271.8kJQ5=9441.9585×1000/132×271.8=1.958×107kJ/h(f)稀釋熱硫酸的稀釋熱為Q6=749kJ/kgQ6=152.7825×749=1.14×105kJ/h(g)塔釜排放的廢液帶出熱量Q7查取大量氮肥后的工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)，根據(jù)水與硫酸銨摩爾比，得此兩種不同組分的混合硫酸銨含氮水溶液摩爾比熱容約為1.347kJ/(kg?K)Q7=2.487×105kJ/h(h)新鮮吸收劑帶入熱Q830℃、93%H2SO4的比熱容為1.603kJ/（kg?K）。Q8=7701.85×1.603（30-0）=370381.9665kJ/h(i)求循環(huán)冷卻器熱負(fù)荷Q9 由于操作過(guò)程中的溫度較低,而忽略了熱損失。把這些數(shù)據(jù)表示為平衡的微分方程：解得Q9=5.42×108kJ/h(j)循環(huán)冷卻器的冷卻水用量W 設(shè)計(jì)為一個(gè)小型循環(huán)式排水冷卻器,其中一個(gè)循環(huán)式排水及其上水的冷卻溫度一般為32℃,排水的冷卻溫度36℃。 W=129.8×106/[4.184(36-32)]=7.76×106kg/h(k).求循環(huán)液量m查資料得1.368kJ/（kg?K）是30℃循環(huán)液的比熱容，1.364kJ/（kg?K）是循環(huán)液與新鮮吸收液混合后的噴淋液的比熱容。設(shè)計(jì)循環(huán)液的有效流量大約為mkg/h,循環(huán)泵和冷卻器的物料進(jìn)出口口對(duì)循環(huán)液的冷卻溫度約為t℃。對(duì)于新鮮循環(huán)吸收的溶劑和新鮮循環(huán)液的兩個(gè)匯合點(diǎn)的下列熱平衡系數(shù)可使用下式計(jì)算求得：m×1.368t+37.01×105=(m+7701.85)×1.364×701對(duì)循環(huán)冷卻器列熱量平衡方程得：m×1.347×81-m×1.368t=Q9=5.42×1082解析1和2得m=1080000kg/ht=70.1℃1.6換熱器物料衡算和熱量衡算換熱器換熱器AN溶液去精制AN溶液來(lái)自水吸收塔氣體來(lái)自氨中和塔氣液混合物去水吸收塔76°C40°C圖圖1.2換熱器進(jìn)出物料簡(jiǎn)圖（1）計(jì)算依據(jù)操作壓力115.5kPa，進(jìn)出口氣體溫度分別是76℃，40℃，氨中和塔出口氣的組成和流量就是該換熱器進(jìn)口的數(shù)據(jù)。（2）物料衡算出口氣體溫度40℃，40℃飽和蒸汽壓力為P○H2O=55.32mmHg=7.375kPa假設(shè)一個(gè)出口的氣體中包括xkmol/h的水蒸汽,根據(jù)分壓定律可以表示為：x解得x=411.912kmol/h=7414.416kg/h蒸汽冷凝量為：79680.0195-7414.416=72265.6035kg/h（3）熱量衡算a.換熱器入口氣體帶入熱與氨中和塔出塔熱量一樣為Q1=1.75×107kJ/h；b.蒸汽冷凝后釋放的熱量Q2,40℃的水汽化熱為2401.1kJ/kg；Q2=72265.6035×2401.1=1.735×108kJ/h；c.冷凝液帶出熱Q3=mCp?t=72265.6035×4.184（40-0）=1.2094×107kJ/h；d.出口氣體攜帶的熱Q4；表1.10出口氣體各組分在0～40℃的平均摩爾熱容物質(zhì)C3H6C3H8O2N2H2OANACNHCNCO2CP61.9272.3829.4629.2936.7561.3552.0962.7638.66出口的氣體各成份在0～40℃的溫度下所組成的平均相對(duì)于熱容量計(jì)算公式為：Q4=(71.53×61.92+168.3×72.38+467.32×29.46+8557.4×29.29+572.04×61.35+100×52.09+185.8×62.76+341.33×38.66+411.912×36.75)×（40-0）=1.45×107kJ/he.熱衡算求換熱器的熱負(fù)荷熱平衡方程：Q1+Q2=Q3+Q4+Q5解得Q5=1.844×108kJ/h1.7水吸收塔物料衡算和熱量衡算（1）計(jì)算依據(jù)a.入塔氣的額定流量及其結(jié)構(gòu)組成與空氣換熱器的流量出口氣相同；b.入塔氣溫度40℃,壓力112kPa。出塔氣溫度10℃，壓力101kPa；c.入塔吸收液溫度5℃；d.出塔AN溶液中含AN1.8%（wt）；（2）物料衡算a.進(jìn)塔物流的流量與組成換熱器的出口相同b.出塔氣量和組成設(shè)入塔內(nèi)氣體中的AN、HCN、ACL、ACN等各個(gè)組分都會(huì)被水所吸收，C3H6，C3H8，O2，N2，CO2等組分不溶于水，則出塔氣中含有水蒸氣的量按分壓定律求得，計(jì)算如下：10℃水的飽和蒸汽壓p0H2O=1228Pa，總壓101325Pa，出塔氣中干氣總量：71.53+168.3+467.32+8557.4+341.33=9607.88kg/h1228101325?1228出塔氣總量為：3004.26+7405.2+14954.2+231049.84+15106.52+2121.05=273641.07kg/hc.塔頂加入的吸收水量（a）AN溶液出塔總量：30318.61305/0.018=1.684×106kg/h（b）水吸收塔的總質(zhì)量衡算得：入塔時(shí)的氣體吸收液的總量=進(jìn)入塔底下的AN氣體溶液的總量+輸送到塔內(nèi)的塔外氣體凝水總量+輸送出塔時(shí)的塔內(nèi)氣體凝水含量-塔內(nèi)的氣體凝水量=1.684×106+273641.07-10995.9-72265.6035=1.87×106kg/hd.塔底AN溶液的組成和量AN溶液中的水=塔底AN溶液量+進(jìn)塔氣液混合物帶入的水-出塔氣液帶入的水=1.87×106+7414.416+72265.6035-2082=1.95×106kg/h（3）熱量衡算a.入塔氣帶入熱Q11.11氣體各組分在0～40℃的平均摩爾熱容為物質(zhì)C3H6C3H8O2N2H2OANACNHCNCO2CP61.9272.3829.4629.2936.7561.3552.0962.7638.66Q1=mCp?t=(71.53×61.92+168.3×72.38+467.32×29.46+8557.4×29.29+572.04×61.35+100×52.09+185.8×62.76+341.33×38.66+411.912×36.75)×（40-0）=2.04×107kJ/hb.入塔凝水帶入熱Q2Q2=72265.6035×4.184(40-0)=1.209×107kJ/hc出塔氣帶出熱Q3Q3=（791362.43+8557.4×29.29+117.87×36.75+341.33×38.66）×（10-0）=1.08×106kJ/hd吸收水帶入熱Q4Q4=1.87×106×4.184（5-0）=1.91×107kJ/he.出塔AN溶液帶出熱Q5組分H2OANACNHCNACLCP/[KJ/(kmol?k)]75.3121.1107.371.55121.8表1.12AN溶液中各組分的液體摩爾熱容Q5=(91362.43×75.3+572.04×121.1+100×107.3+185.8×71.55+6.7×121.8)×t=6.97×106tf.水冷凝放熱Q6水冷凝量=7414.416-2121.05=7202.366kg/h水冷凝熱為2256kJ/kg所以，Q6=7202.366×2256=1.62×107kJ/hg.AN、ACN、ACL、HCN等氣體的溶解放熱Q7溶解熱=冷凝熱AN、ACN、ACL、HCN的冷凝熱表1.13AN、ACN、ACL、HCN的冷凝熱組分ANACNACLHCN冷凝熱(kJ/kg)610.9765.7491.7937.2Q7=30318×610.9+4099.624×765.7+374×491.7+5018×937.2=2.65×107kJ/hg.熱衡算求出塔液溫度熱平衡方程Q1+Q2+Q4+Q6+Q7=Q3+Q5代入數(shù)據(jù)解得t=15.96℃1.8空氣飽和塔（1）計(jì)算依據(jù)空氣質(zhì)量飽和塔內(nèi)所有物料液體的平均入庫(kù)和所有進(jìn)出口的平均流量以及所有液體的出庫(kù)溫度都可以是由我國(guó)空氣質(zhì)量飽和塔內(nèi)所有的氣體物料和所有電能熱衡流量計(jì)算處理方法進(jìn)行決定的；我國(guó)供水-空氣吸收材料塔的塔釜液量和流量計(jì)算是由我國(guó)供水-空氣吸收材料塔的所有物質(zhì)流量衡算統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行決定，排出率的值可以被廣泛考慮到可以作為萃取乙炔乙烯分析材料塔所有氣體排出材料塔整體容積的15%；萃取乙腈乙炔解析材質(zhì)塔的材料塔釜液量及物料去渣和萃取乙腈解析材料塔的塔釜液量均由我國(guó)精制材料系統(tǒng)工程中的所有物料熱衡核算方法所得出的結(jié)果進(jìn)行確定。（2）物料衡算進(jìn)料：a.乙腈解析塔釜液進(jìn)入槽量=2266056-950048=1316008kg/hb.空氣飽和塔塔低液入槽量=905176-135872=769304kg/hc.入槽軟水量xkg/h出料：a.去水吸收塔液體量1.87×106kg/hb.去萃取解析塔液體量600000kg/h做液體釜的總質(zhì)量平衡得1316008+769304+x=1.87×106+600000解得x=1.84×105kg/h（3）熱量衡算a.入槽乙腈解析液在塔釜液中也可帶入其他熱量Q1=mCp?tQ1=1.3×106×4.184（105-0）=5.71×108kJ/hb.入槽軟水帶入熱Q2Q2=1.5×105×4.184（30-0）=1.88×108kJ/hc.空氣飽和塔底液帶入熱Q3Q3=769304×4.184（79-0）=2.54×108kJ/hd.去吸收塔液體帶出熱Q4Q4=1.87×106×4.184（t-0）=7834080tkJ/he.去萃取解析塔帶出熱Q5Q5=600000×4.184（t-0）=2.51×106tkJ/hf.熱衡計(jì)算求槽出口的液體溫度t熱損失按5%算，熱平衡方程為0.95（Q1+Q2+Q3）=Q4+Q5代入數(shù)據(jù)：0.95×（5.71×108+1.88×108+2.54×108）=（7834080+2.51×106）t解得t=93℃1.9丙烯蒸發(fā)器熱量衡算（1）計(jì)算依據(jù)蒸發(fā)壓力為0.405MPa；加熱劑用0℃的冷鹽水，出口溫度-2℃；丙烯蒸發(fā)量40056kg/h。（2）有關(guān)資料a.0.405MPa時(shí)汽化熱為410kJ/kg，丙烯的沸點(diǎn)是-13℃。b.0.405MPa時(shí)汽化熱376.6kJ/kg，丙烷沸點(diǎn)是-5℃。（3）丙烯蒸發(fā)器的熱負(fù)荷a.丙烯蒸發(fā)吸收的熱Q1Q1=40056×410=1.642×107kJ/hb.丙烷蒸發(fā)吸收的熱Q2Q2=7405.2×376.6=2.79×106kJ/hc.丙烯蒸發(fā)器的熱負(fù)荷Q冷損失按10%考慮Q=1.1（1.642×107+2.79×106）=2.1131×107kJ/hd.冷凍鹽水用量W平均氣溫(-1℃)下,冷凍的鹽水相對(duì)比熱容為1.47kJ/(kg?K)冷凍鹽水用量為W=2.11×1073.47[0?(?2)]=1.1.10丙烯過(guò)濾器熱量衡算計(jì)算依據(jù)-13℃、65℃分別作為丙烯的進(jìn)出口溫度，加熱劑使用0.405MPa蒸汽。a.熱量衡算求丙烯過(guò)濾器熱負(fù)荷:1.464kJ/(kg?K)是丙烯氣體比熱容，1.715kJ/(kg?K)是丙烷氣體比熱容，熱損失按0.1考慮，需要加熱蒸汽提供的熱量為Q=1.1（40056×1.464+7405.2×1.715）[65-(-13)]=6.12×106kJ/hb.加熱蒸汽量為W=QβW=6.12×10上式中β是0.405MPa蒸汽的冷凝熱1.11氨蒸發(fā)器熱量衡算（1）計(jì)算依據(jù):a.蒸發(fā)壓力0.405MPa；b.冷凝熱為2138kJ/h，加熱劑使用0.405MPa的飽和蒸汽；c.有關(guān)資料0.405MPa下氨的蒸發(fā)溫度為-7℃，汽化熱為1276kJ/kg；（2）冷損失按0.1考慮，氨蒸發(fā)器的熱負(fù)荷Q；Q=17021.63×1276×1.1=2.89×107kJ/h加熱蒸汽量W=Qβ=2.89×上式中β為0.405MPa蒸汽的冷凝熱。1.12氣氨過(guò)熱器（1）計(jì)算依據(jù)a.氣氨進(jìn)口溫度-7℃，出口溫度65℃b.用0.405MPa蒸汽為加熱劑。c.氣氨流量17021.63kg/h，2.218kJ/(kg.K)是氨氣的比熱容（2）氣氨過(guò)熱器的熱負(fù)荷為：Q=mCp?t17021.63×2.218[65-（-7）]×1.1=2.99×106kJ/h（3）加熱蒸汽用量為W=Qβ=2.99×1.13混合器（1）氣氨進(jìn)口溫度65℃，流量511kg/h;丙烯氣進(jìn)口溫度65℃，流量1202.8kg/h，丙烷氣進(jìn)口溫度65℃，流量222.4kg/h，在混合器混合完成的氣體溫度110℃；濕空氣來(lái)自空氣蒸發(fā)器;（2）熱量衡算求進(jìn)口濕空氣以0℃為熱衡算基準(zhǔn)時(shí)的溫度是t。物質(zhì)C3H6C3H8NH4Ｃp/[kJ/(kg·k)]1.5691.822.197表1.14C3H6,C3H8,NH3在0～65℃的平均比熱容a.氣態(tài)丙烯丙烷帶入熱Q1=mCp?tQ1=（40056×1.569+7405.2×1.82）×（65-0）=4.96×10kJ/hb.氣氨帶入熱Q2=mCp?tQ2=17021.63×2.197（65-0）=2.43×106kJ/hc.濕空氣帶入熱Q3N2,O2和蒸汽0~136℃的平均比熱容分別為1.046kJ/(kg?K)、1.84kJ/(kg?K)1.925kJ/(kg?K)Q3=（231049.84×1.046+70192