【《乙酸叔丁酯的生产工艺热量衡算计算过程案例》7300字】

乙酸叔丁酯的生产工艺热量衡算计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u26704乙酸叔丁酯的生产工艺热量衡算计算过程案例 1253181.1衡算依据 1213021.2衡算的过程 227511.2.1酯化反应釜 242661.2.2粗蒸过程 4265031.3精馏过程 131.1衡算依据不管在哪个操作单元中，都会包括有一系列的物理过程和化学过程，然而这些过程都会伴随有一定的能量变化。为了保证工艺能够顺利的进行，就需要对各个操作单元进行定量核算，且热量衡算的基本手段是定量核算。这个设计主要是对有传热的单元设备进行能量的衡算，其热平衡方程式如下：Q1（1）Q1与Q4的计算Q1与Q4可按下式计算：Q=m∙t∙利用上面的式子来计算Q1和Q4的时候，需要去规定一个标准的状态，这个设计里取0℃和101.3KP为标准的状态来作为计算的基准。上面式子中的比热容是进口温度和出口温度的平均比热容。（2）Q3的计算：Q3是化学过程的热效应，包括了化学反应热以及各种物料由于化学反应或其他原因引起的浓度变化或状态变化，如溶解热、蒸发热、熔融热等。其中，化学反应热是由化学反应生成热或者燃烧热进行计算；相变热使用下面这个式子来计算：Q=m∙r（4-3）（3）Q5与Q6的计算：在这个设计计算中，由经验可知，物料带出热量的10%则是系统损失了的热量。即：Q损失（4）Q2的计算：由上面的计算得到了Q1、Q3、Q4和Q损失后，利用热量平衡方程式可以求出设备的热负荷Q2。1.2衡算的过程1.2.1酯化反应釜图1.图1.SEQ图4.\*ARABIC1酯化反应在酯化反应的过程中，物料的进料方式，反应方式是常温常压，，反应的温度要控制在50～60℃，为了计算的方便，将温度取值为56℃。A：乙酸：6720kg（25℃）B：异丁烯：3135.722kg（25℃）C：生成物：乙酸叔丁酯：6087.382kg（56℃）二异丁烯：156.316kg（56℃）D：没有反应完的物质：乙酸：3557.914kg（56℃）异丁烯：31.263kg（56℃）Q1的计算：Q=m∙t∙Cp杂质和纯物质的比热容可以近似的看作是一样的。乙酸、乙酸叔丁酯、二异丁烯的比热容可以用“Missenard”法可以估算得到：表1.SEQ表4.\*ARABIC1物料的物性数据一览表[kcal/（kg∙℃）]物料名称乙酸异丁烯乙酸叔丁酯二异丁烯比热容0.4790.3620.4880.524乙酸的进料量是6720kg，比热容是0.479kcal/（kg∙℃）。Q1−A异丁烯气体的进料量是3135.722kg，比热容为0.362kcal/（kg∙℃）。Q1−BQ1（2）物料反应热Q3：①主反应的化学方程式为：CH3利用软件V1.3.0可以查得乙酸叔丁酯的液相标准生成焓为：∆rQ3−A②副反应的化学方程式为：(CH利用软件V1.3.0可以查得二异丁烯的液相标准生成焓为：∆rQ3−B由于这化学反应是个放热过程，所以Q3是个正值。Q3（3）物料带出的热量Q4：异丁烯的出料量为31.263kg，比热容是0.362kcal/（kg∙℃）。Q4−A乙酸的出料量是3557.914kg，比热容是0.479kcal/（kg∙℃）。Q4−B乙酸叔丁酯的出料量是6087.382kg，比热容是0.488kcal/（kg∙℃）。Q4−C二异丁烯的出料量是156.316kg，比热容是0.524kcal/（kg∙℃）。Q4−DQ4=633.764+95437.485+166355.875+4586.937（4）系统损失的热量Q损失：Q损失（5）制冷剂从设备和物料里带走的热量Q2：Q2=267014.161+26701.416−108850.284−6587399.777（6）制冷剂的消耗量：因为酯化反应是个放热反应，在反应的过程中会放出一定的热量，为了使系统温度不会升高，所以要使用制冷剂将产出的热量转移（使用25%的氯化钙的水溶液作为制冷剂）。消耗的制冷剂的量为：W=−Q其中，T1是制冷剂的初始的温度，−20℃；T2是制冷剂的末温，10℃；通过《化工工艺设计手册》可以查得制冷剂的比热容：CW=−1.2.2粗蒸过程图1.SEQ图4.\*ARABIC图1.SEQ图4.\*ARABIC2粗蒸釜A：进料：乙酸：3557.914kg（56℃）乙酸叔丁酯：6087.382kg（56℃）二异丁烯：156.316kg（56℃）杂质：22.847kg（56℃）B：塔顶出料：乙酸：35.579kg（101.4℃）乙酸叔丁酯：6026.508kg（101.4℃）二异丁烯：151.753kg（101.4℃）杂质：22.619kg（101.4℃）C：塔底出料：乙酸：3522.335kg（118℃）乙酸叔丁酯：60.874kg（118℃）二异丁烯：1.563kg（118℃）杂质：0.228kg（118℃）粗蒸釜的进料的温度是56℃，蒸馏的温度应该控制在118℃左右。塔顶的出料温度应该控制在96～101.4℃之间，为了计算的方便塔顶的出料的温度就按照101.4℃来计算，塔底的出料的温度按照118℃来计算。a.Q1的计算Q1Cp杂质和纯物质的比热容可以近似的看作是一样的：液态乙酸、二异丁烯、乙酸叔丁酯的比热容用“Missenard”法可以估算得到：气态乙酸、二异丁烯、乙酸叔丁酯的比热容用“Rihani-Doraiswamy”法可以估算得到；表1.SEQ表4.\*ARABIC2物料的物性数据一览表[kcal/（kg∙℃）]物料名称乙酸乙酸TBATBA二异丁烯二异丁烯（液态）（气态）（液态）（气态）（液态）（气态）比热容0.5530.3060.5290.3930.5810.450乙酸的进料量是3557.914kg，比热容是0.553kcal/（kg∙℃）。下面也是一样的。Q乙酸叔丁酯的进料量是6087.382kg，比热容是0.529kcal/（kg∙℃）。Q二异丁烯的进料量是156.316kg，比热容是0.581kcal/（kg∙℃）。QQ=110889.007+180332.604+5085.897b.物料状态变化热Q3：利用软件V1.3.0计算可以得到了乙酸和二异丁烯的汽化热分别是：91.972kcal/kg和65.958kcal/kg用Riedel法计算可以得到了乙酸叔丁酯的汽化热：68.714kcal/kg乙酸的汽化热：Q乙酸叔丁酯的汽化热：Q二异丁烯的汽化热：Q因为汽化过程是个吸热的过程，所以Q3是个负值。Qc.物料带出的热量Q4：Q4塔顶乙酸的出料量是35.579kg，比热容是0.306kcal/（kg∙℃）。Q塔顶乙酸叔丁酯的出料量是6026.508kg，比热容是0.393kcal/（kg∙℃）。Q塔顶二异丁烯的出料量是151.753kg，比热容是0.450kcal/（kg∙℃）。QQ=1805.791+240157.549+7061.379塔底乙酸的剩余量是3522.335kg，比热容是0.553kcal/（kg∙℃）。Q塔底乙酸叔丁酯的剩余量是60.874kg，比热容是0.529kcal/（kg∙℃）。Q塔底二异丁烯的剩余量是1.563kg，比热容是0.581kcal/（kg∙℃）。QQ4=229861.326+3799.877+107.156Q4d.系统的损失热量是Q损失：Q损失e.蒸汽传递给设备和物料的热量Q2：Q2=482792.978+48279.298−296307.508−f.蒸汽的消耗量：这个设计所使用的蒸汽压力是0.36MPa，蒸汽温度是140℃，在这个温度下的汽化热可以查询得：512.3kcal/kg所以所需要的蒸汽的量是：W（2）粗蒸釜冷凝器图1.3粗蒸冷凝器这个项目是通过制冷剂将粗蒸釜塔顶出来的粗产品乙酸叔丁酯蒸汽冷凝。物料在沸点的状态之下经过制冷剂由气态通过冷凝都转化成液态。T1是制冷剂的初始温度，20℃；T2是制冷剂的结束温度，45℃。A：乙酸：35.579kg（101.4℃）乙酸叔丁酯：6026.508kg（101.4℃）二异丁烯：151.753kg（101.4℃）杂质：22.619kg（101.4℃）B：乙酸：35.579kg（101.4℃）乙酸叔丁酯：6026.508kg（101.4℃）二异丁烯：151.753kg（101.4℃）杂质：22.619kg（101.4℃）料带入的热量Q1：Q1a：Cp杂质的比热容和纯物质的可以近似看作是一样的。气态乙酸、二异丁烯、乙酸叔丁酯的比热容Cp物料的物性数据如表4-2所示。b：乙酸蒸汽的塔顶出料量是35.579kg，比热容是0.306kcal/（kg∙℃）。Q乙酸叔丁酯蒸汽的塔顶出料量是6026.508kg，比热容是0.393kcal/（kg∙℃）。Q二异丁烯蒸汽的塔顶出料量是151.753kg，比热容是0.450kcal/（kg∙℃）。QQ=1805.791+240157.549+7061.379②物料状态变化热Q3：乙酸和二异丁烯的汽化热通过V1.3.0软件计算可以得到分别是：91.972kcal/kg和65.958kcal/kg乙酸叔丁酯的汽化热通过Riedel法计算可以得到：68.714kcal/kg所以气态转化为液态的热量的计算如下面所示：乙酸的冷凝热：Q乙酸叔丁酯的冷凝热：Q二异丁烯的冷凝热：Q因为液化过程是个吸热的过程，所以Q3是个正值。Q③物料带出的热量Q4：Cp杂质和纯物质的比热容可以近似的看成是一样的。液态乙酸、二异丁烯、乙酸叔丁酯的比热容Cp物料的物性数据如表4-2所示。乙酸液体的出料量是35.579kg，比热容是0.553kcal/（kg∙℃）。Q乙酸叔丁酯液体的出料量是6026.508kg，比热容是0.529kcal/（kg∙℃）。Q二异丁烯液体的出料量是151.753kg，比热容是0.581kcal/（kg∙℃）。Q=3263.406+323265.505+9117.025④系统的损失热量是Q损失：Q损失⑤制冷剂从设备和物料中带走的热量Q2：Q=335645.936+33564.594−249024.619−429839.849⑥制冷剂的消耗量将馏出液冷凝为液体。制冷剂采用的是冷却循环水。消耗的制冷剂的量为：W水其中，T1是冷却水的初始的温度，20℃；T2是冷却水的末温，45℃；CP是水的平均比热容，Cp=0.997kcal/（kg∙℃）；W图1.SEQ图4.\*ARABIC图1.SEQ图4.\*ARABIC3粗品冷却器这个项目通过使用冷冻盐水将液态的粗品乙酸叔丁酯冷却。T1是冷冻盐水的初始温度，−20℃；T2是冷冻盐水末温20℃；粗品乙酸叔丁酯将会由沸点被冷却到30℃。料带入的热量Q1：Q1a：Cp杂质和纯物质的比热容可以大致看成是一样的。液态乙酸、二异丁烯、乙酸叔丁酯的比热容Cp物料的物性数据如表4-2所示。b：乙酸的进料量是35.579kg，比热容是0.553kcal/（kg∙℃）。Q乙酸叔丁酯的进料量是6026.508kg，比热容是0.529kcal/（kg∙℃）。Q二异丁烯的进料量是151.753kg，比热容是0.581kcal/（kg∙℃）。QQ=3263.406+323265.505+9117.025②物料状态变化热Q3：Q料带出的热量Q4：Q4乙酸液体的出料量是35.579kg，比热容是0.553kcal/（kg∙℃）。Q乙酸叔丁酯液体的出料量是6026.508kg，比热容是0.529kcal/（kg∙℃）。Q二异丁烯液体的出料量是151.753kg，比热容是0.581kcal/（kg∙℃）。Q=965.505+95640.682+2697.345④系统损失的热量Q损失：Q⑤制冷剂从设备和物料中带走的热量Q2：Q=99303.532+9930.353−335645.936−0⑥制冷剂的消耗量W水其中，T1是冷冻盐水的初始的温度，−20℃；T2是冷冻盐水的末温，20℃；制冷剂是25%的氯化钙的水溶液，通过《化工工艺设计手册》2～327查得：C消耗的制冷剂的量为：W（4）乙酸冷却器图1.图1.SEQ图4.\*ARABIC4乙酸冷却器这个项目通过使用冷冻盐水将乙酸冷却到20℃。T1是冷冻盐水的初始温度，−20℃；T2是冷冻盐水末温20℃；料带入的热量Q1：Q1Cp杂质和纯物质的比热容可以近似肯成是一样的。乙酸的比热容Cp乙酸（含有杂质）的出料量是3585.0kg，比热容是0.553kcal/（kg∙℃）。Q②物料状态变化热Q3：Q③物料带出的热量Q4：Q④系统损失的热量Q损失：Q⑤制冷剂传递给设备和物料热量Q2：Q=59475.15+5947.515−233935.59−0⑥制冷剂的消耗量W水其中，T1是冷冻盐水的初始的温度，−20℃；T2是冷冻盐水的末温，20℃；制冷剂是25%的氯化钙的水溶液，通过《化工工艺设计手册》2～327查得：C消耗的制冷剂的量为：W1.3精馏过程（1）精馏塔预热器图1.图1.SEQ图4.\*ARABIC5精馏塔预热器A：进料：乙酸：35.579kg（30℃）乙酸叔丁酯：6026.508kg（30℃）二异丁烯：151.753kg（30℃）杂质：22.619kg（30℃）B：出料：乙酸：35.579kg（98℃）乙酸叔丁酯：6026.508kg（98℃）二异丁烯：151.753kg（98℃）杂质：22.619kg（98℃）预热器按照一批次来进料，这个设计计算总的进料热量以及蒸汽的需求量，计算得到泡点温度是98℃。Q1的计算：Q1a：Cp杂质和纯物质的比热容可以近似看成是一样的。乙酸、二异丁烯、乙酸叔丁酯的比热容Cp物料的物性数据如表4-2b：乙酸的进料量是35.579kg，比热容是0.553kcal/（kg∙℃）。Q乙酸叔丁酯的进料量是6026.508kg，比热容是0.529kcal/（kg∙℃）。Q二异丁烯的进料量是151.753kg，比热容是0.581kcal/（kg∙℃）。QQ=965.505+95640.682+2697.345②物料状态变化热Q3：Q料带出的热量Q4：Q4a：Cp杂质和纯物质的比热容可以近似看作是一样的。乙酸、二异丁烯、乙酸叔丁酯的比热容Cp物料的物性数据如表4-2。b：乙酸的进料量是35.579kg，比热容是0.553kcal/（kg∙℃）。Q乙酸叔丁酯的进料量是6026.508kg，比热容是0.529kcal/（kg∙℃）。Q二异丁烯的进料量是151.753kg，比热容是0.581kcal/（kg∙℃）。QQ4=3135.982+312426.228+8811.326④系统损失的热量Q损失：Q⑤制冷剂传递给设备和物料热量Q2：Q2=324373.536+32437.354−99303.532−0⑥蒸汽的消耗量：这个设计所采用的蒸汽压力是0.2MPa，蒸汽温度是120℃，在这个温度下的汽化热可以查询到《化工工艺设计手册》第2～298页可以得到：526.1kcal/kg所以所需要的蒸汽的量是：W（2）精馏塔冷凝器图1.图1.SEQ图4.\*ARABIC6精馏塔冷凝器这个项目设计通过制冷剂将精馏塔塔顶出来的乙酸叔丁酯的蒸汽冷凝。物料在沸点的状态下经过制冷剂由气态全部冷凝为液态。T1是制冷剂的初始温度，20℃；T2是制冷剂的末温，45℃。在精馏的过程中，为了方便计算，将物料近似的看成是乙酸叔丁酯与二异丁烯这两种关键物料。在冷凝的过程中是需要去考虑回流比的，在这个设计的第五章精馏塔的设计中计算出回流比R是1.898。在精馏段过程中V=L+D=RD+D=R+1所以塔顶物料的质量为：2.898×10.486×116=3528.058kg/h①料带入的热量Q1：Q1a：Cp杂质和纯物质的比热容可以近似的看成是一样的。乙酸叔丁酯（气态）的比热容Cp乙酸叔丁酯（液态）的比热容Cp物料的物性数据如表4-2。b：乙酸叔丁酯蒸汽的出料量是3528.058kg/h，比热容是0.393kcal/（kg∙℃）。Q②物料状态变化热Q3：乙酸叔丁酯的汽化热通过Riedel法计算可以得到：68.714kcal/kg因为液化过程是个放热过程，故Q3是个正值。所以气态转化成液态的冷凝热时Q3：Q③料带出的热量Q4：Q4乙酸叔丁酯液体的出料量是3528.058kg/h，比热容是0.529kcal/（kg∙℃）。Q④系统损失的热量Q损失：Q⑤制冷剂传递给馏出物料的热量是Q2：Q2=179168.897+17916.890−133106.572−242426.97所以在冷凝的过程中制冷剂传递给馏出物料和回流物料的总热量是：Q=5×Q⑥制冷剂的消耗量把馏出液冷凝成液体。制冷剂所采用的是冷却循环水。W水其中，T1是冷却水的初始的温度，20℃；T2是冷却水的末温，45℃；Cp是水的平均比热容，C消耗的制冷剂的量为：W（3）精馏塔冷却塔图1.图1.SEQ图4.\*ARABIC7精馏塔冷却塔这个项目设计通过冷冻盐水将液态成品乙酸叔丁酯冷却。T1是冷冻盐水的初始温度，—−20℃；T2是冷冻盐水的末温，20℃。成品乙酸叔丁酯将会由沸点冷却到30℃。①料带入的热量Q1：Q1a：Cp杂质和纯物质的比热容可以近似看成是一样。乙酸叔丁酯（含有杂质）的比热容Cp可以用“Missenard”法估算得到；乙酸叔丁酯液体（含杂质）的出料量是6081.88kg。Q②物料状态变化热Q3：Q③料带出的热量Q4：Q4Cp乙酸叔丁酯液体（含杂质）的出料量是6081.88kg。Q④系统损失的热量Q损失：Q⑤制冷剂传递给馏出物料的热量是Q2：Q2=96519.436+9651.944−308862.194−0⑥制冷剂的消耗量W水其中，其中，T1是