发布时间 : 星期四 文章年产50万吨苯乙烯工艺设计(已附翻译)更新完毕开始阅读565d933f580216fc700afde7
南华大学化学化工学院毕业设计
图3.7 物料流程图
第4章 热量衡算
4.1 能量守恒定律
热量衡算按能量守恒定律“在无轴功条件下,进入系统的热量与离开热量应该平衡”,在实际中对传热设备的衡算可由下式表示
Q1?Q2?Q3?Q4?Q5?Q6 (1—1) 式中:Q1—所处理的物料带入设备总的热量;
Q2—加热剂或冷却剂与设备和物料传递的热量(符号规定加热剂加入热量为“+”,冷却剂吸收热量为“-”),KJ;
(符号规定过程放热为“+”;过程吸热为“-”); Q3—过程的热效率,
; Q4—反应终止时物料的焓(输出反应器的物料的焓)
Q5—设备部件所消耗的热量,KJ;
Q6—设备向四周散失的热量,又称热损失,KJ;
热量衡算的基准可与物料衡算相同,即对间歇生产可以以每日或每批处理物料基准。(计算传热面积的热负荷必须以每小时作为基准,而该时间必须是稳定传热时间)热量衡算温度基准,一般规定25℃。
从(1—1)式中可得:
Q2?Q4?Q5?Q6?Q1?Q3 (1—2) 式中各项可用以下计算方法
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4.2 热量计算
4.2.1 Q1和Q4的计算
Q1和Q4均可以用下式计算:
Q??micTi1(T2)
式中: mi—反应物体系中组分i的质量,Kg;
ci—组分i在0—T℃时的平均比热容,KJ/(Kg2℃)或KJ/(Kmol2℃);
T1(T2)—反应物系反应前后的温度,℃
Q1?(m乙苯c乙苯?m水c水?m氧气c氧气)?373
=[(8188431.738)+(24565034.2)+(1110833.5)]3373=452420052.2KJ
Q4?(m乙苯c乙苯?m苯乙烯c苯乙烯?m甲苯c甲苯+m苯c苯?m焦油c焦油)?373
=[(8188.431.859)+(7230031.555)+(169.131.834)+(11233.5)+(5531.828)]3333 =42774317.87KJ
4.2.2 Q5的计算
冷凝器带走的热量Q5=376146336.9KJ
4.2.3 Q6的计算
设备向四周散失的热量Q6可用下式计算:
Q6??A??(Tw?T)??10?3
式中 A—设备散热铭记(㎡);
Tw—设备外表温度,℃; T—环境介质温度,℃;
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θ—操作过程持续时间(s); α—对流传质系数,W/(㎡2℃)
当空气做自然对流,散热层表面温度为50~350℃时,经计算得
A?(8.8???1?2?0.785)?(7.6???1?2?0.785)?(5.0???1?2?0.785)?(10.0???1?2?0.785)
=104.926m2
α=8+0.05Tw=8+0.05360=11W/(㎡2℃)
Q6=104.9263113(100-25)3333600310?3 =934890.66KJ
4.2.4 过程效应热Q3的计算
过程效应热可分为两类,一类是化学过程热效应即化学反应热效应;另一类是物理过程热效应。物料经化学变化过程,除化学反应热效应外,往往伴随着物料状态变化热效应,但本工艺流程中物理过程热效应较低,可忽略不计,故过程热效应可由下式表示:
Q3?Qr?Qp
式中 Qr—化学反应热效应,KJ;
Qp—物理过程热效应,KJ;(可忽略不计)
Qr可通过标准化学反应热qr0计算:
Qr?(1000GA/MA)qr0
式中 qr0—标准化学反应热,KJ/mol;
GA—参与化学反应的A物质质量,Kg; MA—A物质分子量。
00qr0??(qc)R??(qc)P
反应体系中各物质标准焓为:
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乙苯(40.219KJ/mol) 苯(33.871 KJ/mol) 甲苯(18.029KJ/mol)
qr0=(33.871+18.029-40.219)KJ/mol=51.86KJ/mol Qr=Q3=(1000372300351.86/104.15)=36000748.9KJ
4.2.5 热负荷Q2的计算
Q2=(Q4+Q5+Q6)-(Q1+Q3)
=(42774317.87+376146336.9+934890.66)-(452420052.2+36000748.9) =-68565255.67KJ
查手册得冷却水得Cp为4.187KJ/(Kg2℃),则冷却水的用量
G?Q/[Cp(t出?t进)] = 68565255.67/[4.1873(60-25)]=467878.5Kg
4.3 热量衡算表
由能量守恒定律Q1?Q2?Q3?Q4?Q5?Q6,能量衡算结果见表4.1
表4.1热量衡算表
输入
符号
符号意义 所处理的物料带入设
备总的热量 加热剂或冷却剂与设备和物料传递的热量 过程的热效率
结果 KJ/h 452420052.2 68565255.67 36000748.9
419855545.4
符号
输出 符号意义 反应终了时物料的焓 设备部件所消耗的热量 物理过程热效应 化学反应热效应
结果KJ/h 42774317.87 376146336.9
Q1 Q4
Q2 Q5 Q6 Qr
Q3
总计
934890.66
36000748.9 419855545.4
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