产80000吨丁辛醇合成气净化及羰基合成的工艺设计课程设计.doc

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1、年产80000吨丁辛醇合成气净化及羰基合成的工艺设计摘 要本设计是关于年产80 000吨丁辛醇合成气净化及羰基合成的工艺设计。在该设计中首先叙述了丁辛醇生产的意义与应用及生产方法，确定了羰基合成的工艺路线。并在此基础上进行物料衡算、热量衡算、关键设备的选择和计算。依据车间布置设计的原则，对车间及设备进行了合理的布置。对自动控制、环境保护做了详细的说明。在这些基础上绘制了带控制点的流程图。顺利的完成了10 000字的化工课程设计说明书，关键词：丁辛醇;羰基合成;工艺设计;物料衡算;热量衡算AbstractThe significance and application,market analyz

2、e,development trend of butanol and octanol at home and abroad and productive methods were stated in the instruction.The process of OXO synthesis is confirmed.On the basis were stated in the instruction.0n the basis of the process,the calculation of the material balance and heat balance was calculate

3、d,and the key equipments was selected and calculated.According to the principle of workshop layout and methods of treating process wastes,electricity power supply,feeding,heating and ventilation were described in detail.Under the conditions of the process,the process and instrument diagram,processin

4、g equipment diagram and plant layout diagram were drown.The design instruction with 20000 words was finished. Key Word ：Butanol and octanol;OXO synthesis; Process design,;The calculation of the material balance; heat balance目 录摘 要IAbstractII第1章 总 论11.1概述11.1.1 意义与作用11.1.2 产品的性质与特点21.1.3 产品的生产方法概述21.

5、2 设计依据31.3 原料及产品规格3主要原料规格及技术指标3第2章 工艺设计与计算52.1 工艺原理52.2 工艺路线的选择52.3 工艺流程简述62.3.1流程示意图62.3.2各工段工艺流程62.4 工艺参数82.5 物料衡算82.5.1物料衡算的意义和作用82.5.2 物料衡算的方法与步骤92.5.3. 物料衡算92.6 热量衡算122.6.1能量衡算的意义与作用122.6.2热量衡算及所需媒质的量132.6.3热量计算15第3章 全流程的Aspen模拟计算23第4章 自动控制264.1 自控设计原则264.2 自控水平与控制点26第五章 环保措施275.1 三废的产生情况275.2

6、三废处理情况27结束语28参考文献29致 谢30第1章 总 论1.1 概述1.1.1 意义与作用丁辛醇是重要的基本有机化工原料。它有三个重要的品种：正丁醇、异丁醇、辛醇。正丁醇主要用于生产丙烯酸丁酯、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、联二酸二丁酯等酯类产品。前者用于涂料和粘合剂，后者为PVC的增塑剂。用丁醇生产的邻苯二甲酸二丁酯和脂肪族二元酸酯类增塑剂，广泛用于各种塑料和橡胶制品的生产。丁醇是生产丁醛、丁酸、丁胺和醋酸丁酯等有机化合物的原料，可用做树脂、油漆、粘接剂的溶剂及选矿用的消泡剂，也可用做油脂、药物和香料的萃取剂及醇酸树脂涂料的添加剂 。现在能源以燃煤为主，占煤炭产量75%的原煤用于直接燃烧

7、，煤燃烧过程中产生严重污染，如烟气中CO2 是温室气体，SOx可导致酸雨形成，NO也是引起酸雨元凶之一，同时在一定条件下还可破坏臭氧层以及产生光化学烟雾等。总之燃煤产生的烟气是造成生态环境破坏的最大污染源之一。中国的能源消费占世界的8%9%，SO2 的排放量占到世界的15.1%，燃煤所排放的SO2又占全国总排放量的87%。中国煤炭一年的产量和消费高达12亿吨，SO2的年排放量为2000多吨，到2010年中国煤炭量达18亿吨，SO2的排放量达到3300万吨。烟气脱硫技术是控制SO2和酸雨危害最有效的手段之一，按工艺特点主要分为湿法烟气脱硫、干法烟气脱硫和半干法烟气脱硫2。据统计,CO2浓度超过7

8、0010-6会使少数比较敏感的人感到有不良气味并有不舒适的感觉;CO2浓度超过100010-6会使人有不舒适的感觉,并易引起人员产生嗜睡。国内尚无商业建筑CO2浓度的卫生标准规定。丙烯中常常含有H2O、S、O2、As和炔烃等杂质，这些杂质容易使催化剂活性降低，甚至中毒失去活性，影响装置的正常生产，必须进行精制脱出丙烯中的微量杂质，保证装置的正常进行4。本次的设计题目为年产8万吨丁辛醇合成气净化及羟基合成工段的初步设计。在合成气和丙烯原料中都含有微量的含有H2O、S、O2 、As和炔烃等杂质。这些杂质容易影响装置的正常生产。则需要将杂质除去。本设计的主要内容为利用活性炭、硫化铂、浸苛性钠的活性氧

9、化铝、浸苛性钠的活性氧化锌除去S、O2 、HCNHcl、Fe(CO)5 /Ni(CO)4 等杂质。1.1.2 产品的性质与特点 本装置产品为丁醇和2-乙基己醇。1.丁醇 （Butyl alcohol）分子式C4H9OH，有四种同分异构体正丁醇 CH3CH2CH2CH2OH，异丁醇（CH3）2CHCH2OH，仲丁醇CH3CH（OH）CH2CH3和叔丁醇（CH33COH。均为无色有毒的易燃液体，能溶于多种有机溶剂中。2.正丁醇（n-Butyl alcohol）英文名称 1-Butanol。产品理化性质：分子式C4H10；系统命名为1-丁醇。分子量：74.12，熔点-90.2，相对密度为0.810

10、g/mol。无色透明液体，沸点117.5，凝固点-89.5，闪点36-38，自然点365，微溶于水，能与乙醇和乙醚混溶。3.异丁醇（i-Butyl alcohol）产品理化性质：分子式C4H10；系统命名为2-甲基-1-丙醇。分子量：74.12，熔点-108，相对密度为0.805g/mol。无色透明液体，沸点108.0，凝固点37.7，闪点28，自燃点426.6，易溶于水，乙醇和乙醚。折光率（n20）：1.395-1.397。4.辛醇（Octyl alcohol） 英文名称2-ethyl hexanol.产品理化性质：无色透明油状液体，沸点185，凝固点-76，闪点85，自燃点270，与水可形

11、成共沸物，能与醇、氯仿、醚等多种有机溶剂互溶，分子量130。23，分子式C8H18O，密度0.524，熔点-195，折光率（n20）：1.428-1.431。1.1.3 产品的生产方法概述丁辛醇的生产工艺有两种路线2。一种是以乙醛为原料，巴豆醛缩合加氢法；另一种是以丙烯为原料的羰基合成法。由于发酵法及乙醛法工艺流程长，设备腐蚀严重，极不经济，现有装置已基本淘汰。当今丁辛醇生产的主要方法是以丙烯为原料的羰基合成法。以丙烯为原料的羰基合成法又分为高压钴法、改性铑法、高压铑法和改性铑法。其中改性铑法是当代丁辛醇合成技术的主流。改性铑法又分为气相循环和液相两种。液相循环改性铑法是当今世界最先进，最广泛

12、使用的丁辛醇合成技术。高压羰基合成技术是1940年由德国开发成功的，1970年发展到顶峰。该法以钴盐作为催化剂，反应压力为20-30MPa。中压羰基合成技术是壳牌公司首先采用的。该法采用一种有机膦配位体钴做催化剂。反应温度在104200，反应压力为6.5MPa。低压羰基合成技术是在70年代中期出现的，是丁辛醇生产技术的一个突破。1976年低压铹法羰基合成丁醛工业装置在波多黎各投产成功。1.2 设计依据1.齐齐哈尔大学化学与化学工程学院化工系颁发的化工系毕业教学环节文件汇编。2.首选依据是老师布置的“任务书”年产八万吨丁辛醇合成气净化及羰基合成车间的初步设计。3.依据学苑出版社出版的化工工程设计

13、。1.3 原料及产品规格主要原料规格及技术指标表1-2 丙烯原料规格及技术指标化学级丙烯丙烯9510-2mol最低丙烷、甲烷和乙烷510-2mol最高乙烯2010-6mol最高甲基乙炔及丙二烯1510-6mol最高氧510-6mol最高总硫110-6wt最高C4及C4以上的烃510-6mol最高乙炔110-6mol最高氢510-6mol最高总氯（以HCL计）110-6mol最高绿油1010-6wt最高水份2010-6wt最高醇（以甲醇计）510-6wt最高CO+CO21510-6mol最高进界区状态；液态压力：2.2-2.8MPa.a温度：环境在生产丁辛醇过程中，原料合成气与丙烯中含有H2O、

14、S、O2、As和炔烃等杂质，这些杂质容易使催化剂活性降低，甚至中毒失去活性，影响装置的正常生产，必须进行精制脱出丙烯中的微量杂质，保证装置的正常进行。因此工段主要为利用催化剂将微量杂质脱出。催化剂的规格见表1-3。表1-3 催化剂规格名称型号 规格 规格一次用量硫化铂进口：C53-2国产：BC-02-0093mm直径挤压成型脱除 合成气 中的氧1121（第一层） 5.5 m3Pt0.0810-2wt活性碳进口：207A国产：JB-15-10目颗粒状 脱除合成气 中的羰基铁 和羰基镍 1120 8.5 mCTC值55-6010-2 水分1010-2wt浸苛性钠的活性氧化铝 进口：ICI-59国产

15、：T4023-5mm球脱除合成气中的氨1121（第一层）4 m3 Na2O1210-2wtAl2O3（高表面） Al2O3（高表面） 其余松密度900kg/ m3 铑催化剂 ROPAC 国产：BG-2-007 Rh；19-2110-2wtOXO反应催化剂年用量70 kg氯化物：0.110-2wt铁：0.00510-2wt锌：0.00510-2wt 三苯基膦 TPP 白色晶状小片或颗粒OXO反应助催化剂年用量34000kg熔点：78.5-81.5三苯基膦 9910-2wt钠510-6wt灰份 10010-6wt 干燥损失2.510-6wt第2章 工艺设计与计算2.1 工艺原理净化的合成气与丙烯，

16、在铑催化剂的作用下发生羰基合成反应生成丁醛，反应方程式如下：（1）丙烯醛化生成正丁醛：CH2CH=CH2+CO+H2CH3CH2CH2CHO（2）丙烯醛化生成异丁醛：CH3CH=CH2+CO+H2（CH3）2CHCHO上述两个反应，正丁醛是目的产物，而异丁醛是副产物。在选择的反应条件下，正丁醛/异丁醛生成的比率为10：1。2.2 工艺路线的选择本设计是年产8万吨丁辛醇合成气净化及羰基合成工艺的初步设计。丁辛醇的生产工艺有两种路线2。一种是以乙醛为原料，巴豆醛缩合加氢法；另一种是以丙烯为原料的羰基合成法。国内外的羰基合成法又分为高压钴法、改性钴法、高压铑法和改性铑法。其中改性铑法是当代丁辛醇合成

17、技术的主流。改性铑法又分为气相循环和液相两种。液相循环改性铑法是当今世界最先进，最广泛使用的丁辛醇合成技术。国外对液相循环改性铑法技术加以发展、改进，形成有特色的专项技术，主要技术代表有四家公司，具体情况如下：DAVY/DOW联合开发的第二代丙烯铑法低压羰基合成技术液相循环法。三菱化工开发的铑法低压羰基合成技术。鲁尔公司的羰基合成工艺。BASF的羰基合成工艺。本设计以净化后的合成气和丙烯为原料，采用低压气相循环改性铑法进行羰基合成反应。2.3 工艺流程简述2.3.1流程示意图合成气丙 烯水洗塔净化槽净化槽OXO调温水罐稳定塔汽提塔粗醛受槽图2-1 流程示意图2.3.2各工段工艺流程1.合成气净

18、化。造气装置生成的合成气在40、2.42.8MPa.g的条件下进入该系统，经过FQ102计量和FIC103控制补加一些高纯度的氢气，调节合成气中的H2/CO比为1.071.09：1，然后进入水洗塔1123的下部，在1123中装有聚丙烯鲍尔环填料。1123水洗塔用得洗涤冷凝液来自蒸汽冷凝液贮槽1118，经过3212泵提压高压冷凝液均匀的向下喷淋，洗涤合成气后的废冷凝液在1123塔液位LIC101的控制下送到造气装置废冷凝液储槽1118.洗涤后的合成气经过一个不锈钢除沫器脱除合成气中夹带的液滴后，从1123塔顶出来，在合成气预加热器1519中用0.5MPa蒸汽在TIC104的控制下加热到90进入1

19、#合成气净化槽1120,1120内装一层活性炭催化剂，合成气经过该催化剂床层时，在过量氧的存在下，羰基金属化合物被氧化成金属氧化物而吸附出去。合成气从1120净化槽出来后，在合成气加热器1520中，用3.6MPa蒸汽将合成气加热到180，由TIC102控制，然后合成气进入2#合成气净化槽1121,1121内装三层催化剂自上而下分别是硫化铂，浸苛性钠的活性氧化铝和氧化锌，合成气在通过这些催化剂床层时，合成气中的杂质氧、氯化物及硫均被脱除。离开1121的净化合成气在PIC113控制系统压力下，由FIC451控制，经过滤器1709A/B过滤后进入汽提塔底作为汽提气，与气提出的溶解气一起进入OXO反应

20、系统。2.丙烯净化。丙烯在2.42.8MPa压力和环境温度下，以液态送进界区，由PIC211控制液态丙烯系统的压力，去丙烯预热器E1301，用0.25MPa的蒸汽将丙烯预热到25，有TIC201控制预热温度。被预热后的丙烯进入1#净化槽V1301，V1301内装一层活性氧化铝催化剂。丙烯在经过该催化剂床层时，大部分H2S被吸附除去，同时在过量水的存在下，将丙烯中的全部CoS水解为H2S。丙烯从V1301出来后，直接进入2#净化槽V1302，该槽自上而下装有活性氧化铝、氧化锌和浸铜活性碳三层催化剂。第一层活性氧化铝同V1301催化剂所起的作用一样，是在V1301离线时，保护氧化锌床层，氧化锌将丙

21、烯中的硫脱除到0.110 mol以下，而浸铜活性碳将丙烯中的氯化物脱除到0.210 mol以下。丙烯从V1302出来后，在FIC202控制流量下，进入丙烯蒸发器E1302的蒸发段，E1302用0.25Mpa蒸汽再加热使壳程中的甲醇蒸发，甲醇冷凝下来，E1302壳程里的甲醇饱和压力由PIC209控制，蒸发温度由TIC203控制。丙烯来开502蒸发段后进入丙烯过热器1503，用0.25MPa蒸汽将丙烯加热到80，然后经过PIC205控制丙烯汽化段的压力，经V1303A/B过滤器，进入OXO系统。3.OXO反应从原料净化工序来的丙烯进料气体，与来自汽提塔的汽提气和OXO循环压缩机C3101的循环气汇

22、合在一起，在OXO反应器进料压力PIC301控制下，分二路（并联）有FIC304/305控制进料流量，进入OXO反应器R1103AB。R1103AB是带搅拌的釜反应器，内有冷却盘管和进料气体分配器，并装填有Rh/Tpp丁醛的催化剂溶液，在气体分配器以及V1306A/B搅拌器的作用下，原料气体以小气泡的形式扩散在催化剂溶液中，并于90-110，1.65MP.ag条件下，在R1103AB里发生OXO反应生成丁醛。OXO反应是放热反应，反应热通过产品丁醛的蒸发脱除一部分，通过调温水换热脱除一部分。反应温度由TIC305/316通过冷却盘管的调温水控制。调温水系统是一个闭路循环回路，由调温水泵P320

23、2保持循环，输送到1103A/B盘管的调温水温度为55，从R1103AB盘管出来时温度升到8090 C，然后在调温水冷却器V1307中由TIC409控制 ，将调温水冷却到55后进到调温水缓冲罐V1107。V1107对调温水介质随反应热的变化日产生的膨胀起一个缓冲作用。反应产品丁醛被循环气体从反应器中汽提出来，经过雾沫分离器V1104A/B除去循环气体中夹带的含有催化剂的液滴，去羰基合成循环冷却器V1311A/B，将产品丁醛冷凝下来，并将循环气体冷却到40，然后进入羰基合成产品收集器V1105中，V1105中收集的液相产品丁醛一部分用粗环泵P3203打会反应器R1103AB中，用LIC301/3

24、03控制保持R1103AB液位稳定，环压缩机C3101，C3101将气体从1.5MPa.g压缩到1.9MPa.g，返回反应器R1103AB中。在气体进C3101前，由PIC305控制向燃料气管网排放部分气体，以维持反应系统中惰性气体组分的平衡和反应器气体循环回路压力的正常。羰基合成循环压缩机C3101是一台由蒸汽透P1303驱动的单级叶轮离心压缩机，可获得0.4MPa的压差，蒸汽透平P1303用3.6MPa.g蒸汽操作，排出蒸汽压力为1.3MPa.g。2.4 工艺参数丁辛醇生产的工艺参数如下表：表2-1 工艺参数表序号工艺参数位号单位指标1界区丙烯压力FIC101MPa2.40.12丙烯压力P

25、IC205MPa2.00.13OXO反应温度TIC305/3160C87-1204OXO反应液位LI306/307%8038-485OXO进料压力PIC301MPa1.956OXO系统压力PIC305MPa1.650.027OXO气相CO浓度AR301/30210-22.0-4.581105液位LIC403%6052.5 物料衡算2.5.1物料衡算的意义和作用物料衡算是化工计算中最基本，最重要的内容之一，是进行化工计算的基础。在化学工程中，为了导出某一过程的基本方程式和建立数学模型，设计或改造工艺流程和设备，了解和控制生产操作流程，核算生产过程的经济效益等都要惊醒物料衡算。物料衡算在生产和设计

26、中都得到广泛的应用在工厂设计中，物料衡算是在工艺流程及工艺参数确定后即开始的一项化工计算工作。因此，设计工作从定性分析转入定量计算。物料衡算是通过每一道工序的物料变化情况进行平衡计算，从而得到在正常生产情况下各股物料的量。通过物料平衡在已知产品生产任务情况下算出所需要的原材料，生成的副产物及废物等的生成量，或者在已知原料投放情况下，算出产品，副产物及废物量。此外，通过物料衡算，不仅可以算出原材料消耗定额，并在此次基础上作出能量平衡，算出动量消耗和消耗定额。算出生产过程所需要热量或冷量，同时为设备选型和计算提供依据。物料衡算的结果直接关系到生产成本和车间运输量，对工厂技术经济指标有举足轻重的影响

27、。2.5.2 物料衡算的方法与步骤1. 收集计算数据（1）原料、辅料、中间产品及产品的规格；（2）过程中单位时间内的物流量；（3）有关消耗定额；（4）有关转化率；（5）有关物理化学常数。如相对密度，相平衡常数等。2 . 画物料流程图3. 确定衡算范围4. 确定计算基准2.5.3. 物料衡算本次设计为年产丁辛醇80 000吨，其中辛醇55 000吨，正丁醇25 000吨，同时副产异丁醇8000吨。以每小时投料量作为计算基准。一年的工作日按330天计算，每天工作24小时，设计中采用已知下列数据：丙烯的摩尔质量为42.1kg/kmol.一氧化碳的摩尔质量为28.01kg/kmol.氢气的摩尔质量为2

28、kg/kmol.正丁醛的摩尔质量为72.11kg/kmol.异丁醛的摩尔质量为72.11kg/kmol.正丁醇的摩尔质量为74.11kg/kmol.异丁醇的摩尔质量为74.11kg/kmol.辛醇的摩尔质量为130.23kg/kmol.合成气中CO占49.0%，氢气占50.4%，杂质（CH4+N2+Ar）占0.6%。由于合成气净化过程中杂质为10-6/mol数量级，物料变化可以忽略不计，所以对合成气净化过程不进行物料衡算，直接对羰基合成反应进行物料衡算。涉及到的反应有：CH2CH=CH2+CO+H2CH3CH2CH2CHOCH3CH=CH2+CO+H2（CH3）2CHCHOCH3CH=CH2+

29、H2CH3CH2CH3上述三个反应，正丁醛是目的产物，而异丁醛是副产物，在选择的反应条件下，正丁醛/异丁醛生成的比率为10：1。丙烯除了进行上述两个反应外，还与氢气发生加氢反应生成，丁醛/丙烷的生成比率为11：0.3。物料计算：计算基准取100Kmol/h进口合成气进入反应器。物料平衡图如下：OXO羰基合成丙烯汽提塔稳定塔稳定受槽丙烯、丙烷、合成气排空产品溶解汽燃料气管网收集槽收集槽合成气收集槽图2-2 物料平衡图31.进入反应器的物料100Kmol/h合成气中含 CO= Kmol/h H2= Kmol/h因为H2过量，所以以CO为反应基准，需C3H6 49 Kmol/h2.主副反应消耗CO的

30、量4因为产物n n-bal: n i-bal = 10:1所以主反应消耗 CO的量 = Kmol/hC3H6的量 = Kmol/h生成n-bal的量 = Kmol/h副反应消耗 CO的量 = Kmol/hC3H6的量 = Kmol/h生成i-bal的量 = Kmol/h3.主副反应消耗H2的量主反应消耗H2 = Kmol/h副反应消耗H2 = Kmol/h，因为n n-bal: n C3H8 = 11:0.3 , n i-bal: n C3H8 = 11:0.3，所以反应生成C3H8的量 = Kmol/h所以三个反应共消耗H2 = 1.335 + 49 = 50.335 Kmol/h反应剩余的

31、H2 = 50.4 50.335 = 0.065 Kmol/h4.主、副反应共消耗C3H6 = 1.335 + 49 = 50.335 Kmol/h因为丙烯净化后组成为C3H695%，其余为C3H8所以丙烯用量为50.33595% = 52.98 Kmol/h其中含C3H8的量 = 52.98 50.335 = 2.645 Kmol/h5.反应后C3H8 = 2.645 + 1.335 = 3.98 Kmol/h6.反应生成的主、副产物的量n n-bal = 44.55 Kmol/h，n i-bal = 4.45 Kmol/h，n C3H8 = 3.98 Kmol/h，表2-2 反应器进口物料

32、平衡表组分K mol/h%(mol)分子量Kg/h%(wt)C3H650.33532.942.12119.156.87H250.432.952100.82.71CO4932.0328.011372.4936.83C3H82.651.7344.1116.873.14杂质0.60.392816.80.45合计152.981003726.06100表2-3 反应器进口物料平衡表组分K mol/h%(mol)分子量Kg/h%(wt)n-Bal44.5583.0272.113212.586.22i-Bal4.458.2972.11320.898.61C3H83.9857.4544.1175.744.72

33、H20.0650.1220.13忽略杂质0.61.122816.80.45合计53.6651003726.06100其中：1.杂质为CH4+Ar+N2，所以分子量取平均值，为28便于计算。2. H2质量百分比为310-5数量级，故忽略计算。经核算：n合成气=50.4+0.6+49=100 K mol/hM合成气=1008.+1372.49+16.8=1490.09 K mol/hn丙烯=50.335+2.65=52.98 K mol/hM丙烯=2119.1+116.87=2235.97 K mol/h如图2-3：羰基合成装置合成气1490.09 K mol/hn-Bal 3212.5 K mo

34、l/hi-Bal 320.89 K mol/h丙烯2235.97 K mol/hC3H8 175.74 K mol/hH2 0.13 K mol/h杂质 16.8 K mol/h图2-3 物料平衡图2.6 热量衡算2.6.1能量衡算的意义与作用在化工生产过程中，各工序都要在严格控制的工艺下（如温度、压力、流量、浓度等）进行。经历各种化学变化和物理变化，进行着物质的生产。在这过程中，各类化工单元操作，或者有动量的传递（如流量传送）；或者有热量的传递（如换热设备）；或者有伴随热量的质量传递（如精馏，吸收等）。若有化学反应，则不仅兼有“三传”（动量传递，热量传递，质量传递），还具有“一反”（化学反应

35、产生的热效应吸收或放热）。物质在整个过程中发生质量的传递和能量的变化。前者可从物料衡算中求得，后者则依据能量守衡定律，利用能量传递和转化的规律，通过平衡计算求得，这样的化工计算称为能量衡算5。化工生产中，能量衡算概括起来应用于以下几个方面：(1) 确定效率 如流体输运 、搅拌、粉碎等单元操作中所需效率。(2) 确定热量或冷量 如蒸发、蒸馏、冷凝、冷却、闪蒸等所需要的热量或冷量。(3) 确定供热效率或放热效率 如化学反应中，由于热效应（使体系的温度上升或下降）需确定的热量或冷量。(4) 确定节能措施 为充分利用余热，降低总能量消耗所采用的相应措施。由此可见，能量衡算作为化工计算的一部分是非常重要

36、的，所以我们必须对能量衡算进行认真严格的计算。2.6.2热量衡算及所需媒质的量热平衡式： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6； （2-1）式中 Q1处理物料时需要的热量 kJ；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；Q3过程的热效应（符号规定放热为“”，过程吸热为“”，注意：Q与热焓符号相反，即Q=H。如过程放热则H 为“”，则Q为“” ）kJ；Q4离开设备物料带出的热量 kJ；Q5设备各部件所消耗的热量 kJ；Q6设备向四周散失的热量，又称热损失 kJ。物料表表2-4 反应器进口物料表反应器进口物质C3H6H2COC3H8杂质K

37、 mol/h50.33550.4492.650.6% mol32.932.95321.730.39表2-5 反应器出口物料表反应器出口物质n-Bali-BalC3H8H2杂质K mol/h44.554.453.980.0650.6% mol83.028.297.450.121.12 生成热和燃烧热表2-6 生成热和燃烧热表1 atm,25下 生成热 H/ Kcal/mol1 atm,25下 燃烧热 H/ Kcal/molCO,g-26.416i-Bal,g-596.8H2,g-1.0H2,g-68.31n-Bal,g-52.40CO,g-67.62C3H8-24.820C3H6-490.2C3

38、H64.88 临界温度，临界压力表2-7 临界温度和临界压力表临界温度tc/临界压力pc/atmCO-140.2334.53H2-239.9012.80C3H691.845.6n-Bal25339.5C3H896.5941.98 各键的T、P表2-8 各键的T和P表TP- CHO0.0480.33- CH -0.0120.210CH3 -0.0200.227气体热容Cp表2-9 气体热容Cpab103c106CO6.34241.8363-0.2801H26.4241.039-0.07804C3H62.25345.116-13.740C3H82.41057.195-17.5332.6.3热量计算

39、据物料衡算，净化后合成气设为100 K mol/h进入，H2:CO = 50.4:49.0，由于净化所除去的杂质量过小，所以忽略不计。为了调节H2与CO的比1.07-1.09需加高纯度氢气，所以在计算中以 H2:CO = 1.08:1为基准。则：n H2= K mol/hn H2= K mol/h1.合成气初始状态为40，2.6MPa.g下进入系统。经预加热器1519加热到90，进入1120：查表得：tc CO = -140.23, pc CO = 34.53 atm = 3.5 MPatc H2 = -239.90, pc H2 = 12.80 atm = 1.3 MPa求Q CO： Q C

40、O = nCp（t2-t1）6 （2-2）（1） 求CO的 Cp- Cp：Tr CO = T/Tc=Pr CO =P/Pc=0.743查表得Cp- Cp0.2 K cal/(K molK)=0.837 K J/(K molK)（2）求CO的Cp： Cp= a + bT + cT2 （2-3）表2-10 CO的a、b、c的值ab103c106CO6.34241.8363-0.280140 Cp=6.3424+1.8363313/103-0.2801313/106=6.8898 K cal/(K molK) =28.83 KJ/(K molK)90 Cp =6.3424+1.8363363/103

41、-0.2801363/106=6.9721 K cal/(K molK) =29.17 KJ/(K molK)所以 =(Cp1+ Cp2)/2=1/2(28.83+29.17)=29 KJ/(K molK)所以 Cp= Cp+0.837=29.837 KJ/(K molK)所以 Q CO= =48.129.837（90-40）=71757.99 KJ/(K molK) 同理求得 Q H2=72971.4 KJ/h所以 Q 总= Q H2+Q CO=72971.4+71757.99=144729.39 KJ/h=0.14106 KJ/h2.合成气从1120出来经加热器1520加热到180，进入1

42、121过程中物料由90，2.6MPa.g180，2.6MPa.g，H2:CO = 1.08:1同理求得 Q CO=128333.21 kJ/hQ H2=132679.76 kJ/hQ 总 = Q H2+Q CO=128333.21+132679.76=261012.97 kJ/h=0.26106 kJ/h3. OXO反应器：因为反应温度为95，且已知25下的反应数据，所以假设如下热力学途径：95，反应物料25，反应物料25，反应后物料95，反应后物料H1H3H2H图2-3 热力学途径（1）H1求：CO的 Cp- Cp：Tr CO = T/Tc=2.51Pr CO = P/Pc=0.457查图得Cp- Cp0.11 K cal/(kmolK)=0. 460 kJ/(kmolK)求：CO的Cp： Cp= a + bT + cT2 （2-4）95 Cp=6.3424+1.8363368/103-0.2801368/106=6.9803 K cal/(kmolK) =29.12 kJ/(kmolK