對(duì)氯甲基苯乙酸生產(chǎn)的物料衡算與能量衡算計(jì)算過(guò)程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u31451對(duì)氯甲基苯乙酸生產(chǎn)的物料衡算與能量衡算計(jì)算過(guò)程案例 1289291.1目標(biāo)生產(chǎn)能力 110031.2物料衡算 1225761.2.1氯化工段 1304871.2.2蒸餾工段 2157871.2.3精制工段 3242621.2.4洗滌、過(guò)濾、干燥工段 3166051.3熱量衡算 478261.3.1氯化階段 4156051.3.3蒸餾工段 5125341.3.3精制工段 6180191.3.4洗滌、過(guò)濾、干燥工段 71.1目標(biāo)生產(chǎn)能力年產(chǎn)1000噸對(duì)氯甲基苯乙酸，本設(shè)計(jì)為間歇操作。按每年300工作日來(lái)計(jì)算，使用3個(gè)氯化釜生產(chǎn)，每釜每天生產(chǎn)對(duì)氯甲基苯乙酸m=1000/（300×3）=1.11t,即1111kg在蒸餾工段，精制工段，洗滌、過(guò)濾、干燥工段的收率分別為99.9%、99.9%、99.8%，故總收率為99.9%×99.9%×99.8%=99.6%據(jù)此要在反應(yīng)工序中生成的對(duì)氯甲基苯乙酸的量為1111/99.6%=1115.46kg1.2物料衡算物料衡算是在流程確定后進(jìn)行的。根據(jù)原料和產(chǎn)品之間的定量關(guān)系，進(jìn)而可以得出原料的量，各種中間產(chǎn)品，副產(chǎn)品以及生產(chǎn)過(guò)程中各階段的消耗量。1.2.1氯化工段氯化的總過(guò)程如下，其中對(duì)氯甲基苯乙酸的純度為99%，轉(zhuǎn)化率為90%。對(duì)二氯甲基苯乙酸的量為反應(yīng)后總質(zhì)量的1%，三氯的量為反應(yīng)后總質(zhì)量的0.1%。根據(jù)反應(yīng)式每釜生產(chǎn)1115.46kg對(duì)氯甲基苯甲酸所需的對(duì)甲基苯甲酸的量M對(duì)甲基苯乙酸=1115.46×150.18/183.5156/90%=1013.71kg氯苯僅作溶劑，不參與反應(yīng)，投料量約為對(duì)甲基苯乙酸的300%通氯量約為加入對(duì)甲基苯甲酸的100%m氯氣=1013.71×1=1013.71kg對(duì)二氯甲基苯乙酸的質(zhì)量為反應(yīng)后總質(zhì)量的1%M對(duì)二氯甲基苯乙酸=1013.71×2×0.01=20.2742kg三氯的量為反應(yīng)后總質(zhì)量的0.1%M對(duì)三氯甲基苯乙酸=2.03kg未反應(yīng)的對(duì)甲基苯甲酸占總質(zhì)量的8.9%m未反應(yīng)的對(duì)甲基苯乙酸=(1013.71+1013.71)×0.089=180.44kgHCl質(zhì)量mHCl=m進(jìn)料-m對(duì)氯甲基苯乙酸-m對(duì)二氯甲基苯乙酸-m對(duì)三氯甲基苯乙酸-m未反應(yīng)的對(duì)甲基苯乙酸=810.97kg表4-1單釜氯化反應(yīng)物料平衡表物質(zhì)質(zhì)量（千克）小計(jì)（千克）進(jìn)料對(duì)氯甲基苯乙酸1013.715068.25氯氣1013.71氯苯3041.13出料未反應(yīng)的對(duì)甲基苯乙酸180.445068.25對(duì)氯甲基苯乙酸1115.46對(duì)二氯甲基苯甲酸20.27對(duì)三氯甲基苯甲酸2.03氯化氫810.97氯苯2939.921.2.2蒸餾工段將氯化后的混合物抽入蒸餾釜蒸餾，塔頂氯苯濃度為99.9%，塔底氯苯含量≤0.1%D+W=3041.130.999D+0.001W=2939.92解得：D=2962.76kgW=71.37kg表4-.。2蒸餾工段物料平衡表物質(zhì)質(zhì)量（千克）小計(jì)（千克）進(jìn)料未反應(yīng)的對(duì)甲基苯乙酸180.444359.33對(duì)氯甲基苯乙酸1115.46對(duì)二氯甲基苯乙酸20.27對(duì)三氯甲基苯乙酸2.03氯苯3041.13出料蒸出回收的氯苯2962.764359.33對(duì)氯甲基苯乙酸與其他產(chǎn)物1396.571.2.3精制工段將對(duì)氯甲基苯乙酸與二氯產(chǎn)物趁熱抽入結(jié)晶釜，加入甲醇提純，投入的對(duì)氯甲基苯乙酸與甲醇的質(zhì)量比為2：1，對(duì)氯甲基苯乙酸粗品收率為99.9%。故甲醇所需質(zhì)量m甲醇=1115.46/2=557.73kg提純后二氯產(chǎn)物及其他溶解在甲醇中m甲醇與二氯混合物=m進(jìn)料-m對(duì)氯甲基苯乙酸=602.8kg表4-3精制工段物料平衡表物質(zhì)質(zhì)量（千克）小計(jì)（千克）進(jìn)料甲醇557.731951.3對(duì)氯甲基苯乙酸與其他產(chǎn)物1396.57出料對(duì)氯甲基苯乙酸粗品1115.461951.3甲醇與二氯混合物838.841.2.4洗滌、過(guò)濾、干燥工段將結(jié)晶釜里糊狀結(jié)晶體用壓縮空氣或者真空抽到三合一設(shè)備進(jìn)行分離，加入甲醇洗滌，負(fù)壓烘干，即可以得到產(chǎn)品對(duì)氯甲基苯乙酸（主含量一氯>99.0%）。然后包裝稱重。本工段會(huì)產(chǎn)生機(jī)械損耗，收率為99.8%，故精品的質(zhì)量為m對(duì)氯甲基苯乙酸精品=1115.46×99.8%=1113.23kg甲醇母液的質(zhì)量為m甲醇母液=m進(jìn)料-m對(duì)氯甲基苯乙酸精品=841.07kg表4-4洗滌、過(guò)濾、干燥工段物料平衡表物質(zhì)質(zhì)量（千克）小計(jì)（千克）進(jìn)料對(duì)氯甲基苯乙酸粗品1115.461951.3甲醇與二氯混合物831.84出料甲醇母液841.071951.3對(duì)氯甲基苯乙酸精品1113.231.3熱量衡算根據(jù)能量守衡定律，進(jìn)行熱量衡算，為進(jìn)一步設(shè)備選型提供依據(jù)[10]。1.3.1氯化階段（1）原料升溫階段蒸汽120℃→120℃物料80℃←25℃=63.584℃對(duì)甲基苯乙酸比熱容為1.78kJ/(kg?℃),原料升溫用時(shí)1.5hQ對(duì)氰基甲苯=Wc×Cpc×ΔtCp—對(duì)甲基苯乙酸平均比熱，kJ/(kg?℃)Wc—對(duì)甲基苯乙酸的質(zhì)量流量，kg/hΔt—對(duì)甲基苯乙酸的平均溫度差，℃Q對(duì)氰基甲苯=Wc×Cpc×Δt=(1013.71/1.5)×1.78×63.584=76487.5kJ/h120℃時(shí)，蒸汽絕對(duì)壓力為0.2kPa，汽化潛熱為2201.6kJ/kg故蒸汽質(zhì)量流量為Wh=Q/r=76487.5/2201.6=31.64kg/h（2）氯化階段當(dāng)溫度達(dá)到80℃時(shí)，開始氯化，反應(yīng)放熱，通冷卻水控制反應(yīng)溫度冷卻水25℃→80℃物料110℃←80℃=41.24℃Q對(duì)甲基苯乙酸=Wh×Cph×△t=(1013.71/4)×1.78×30=13533.03kJ/h冷卻水流量Wc=Q/Cpc×△t=13533.03/（1.18×55）=58.86kg/h（3）氯化工段冷凝器物料110℃→25℃冷卻水50℃←20℃=22.13℃氯苯的汽化量約為投料的50%故氯苯的質(zhì)量流量為Wh=3041.13×0.5/4=380kg/hQ氯苯=Wh×Cph×△t=380×0.146×85=4715.8kJ/hQ=KSΔtm式中S—設(shè)備傳熱面積，m2K—傳熱系數(shù)W/(m2?℃)根據(jù)兩側(cè)物料，設(shè)K=280W/(m2?℃)=4715.8/（280×22.13）=0.76㎡1.3.3蒸餾工段（1）蒸氯苯在蒸餾釜中向夾套通入蒸汽，將溶劑氯苯減壓蒸餾到接收罐計(jì)量后套用。蒸汽150℃→150℃物料120℃←110℃=(40-30)/ln(40/30)=31.76℃?zhèn)鳠岱磻?yīng)方程Cp物料=0.146kJ/(kg?℃)Q物料=W×Cp×△tCp—物料平均比熱，kJ/(kg?℃)W—氯化液的質(zhì)量流量，kg/hΔt—氯化液的溫度差，℃Q物料=3041.13×0.146×（120-110）=4440.05kJ/h蒸汽流量其中150℃蒸汽的汽化潛熱是2113.2kJ/kg=4440.05/2113.2=2.10kg/h冷凝器物料120℃→80℃冷卻水50℃←20℃=61.87℃Q=Wh×Cph×△t=3041.13×0.146×40=17760.20kJ/hQ=KSΔtm式中S—設(shè)備傳熱面積，㎡K—傳熱系數(shù)W/(㎡?℃)根據(jù)內(nèi)外兩側(cè)流體類型，設(shè)K=280W/(m2?℃)=17760.20/（280×61.87）=0.8m2冷卻水流量Wc=Q/Cpc×△t=17760.20/（1.18×30）=141.2kg/h1.3.3精制工段（1）升溫溶解階段蒸汽90℃→90℃氯化物80℃←60℃=18.2℃對(duì)氯甲基苯乙酸比熱容為3.4kJ/(kg?℃),原料升溫用時(shí)1.5hQ氯化物=Wc×Cpc×ΔtCp—對(duì)氯甲基苯乙酸平均比熱，kJ/(kg?℃)Wc—對(duì)氯甲基苯乙酸的質(zhì)量流量，kg/hΔt—對(duì)氯甲基苯乙酸的溫度差，℃Q氯化物=Wc×Cpc×Δt=(1396.57/1.5)×3.4×20=63311.17kJ/h90℃時(shí)，蒸汽絕對(duì)壓力為70kPa，汽化潛熱為2283.2kJ/kg故蒸汽質(zhì)量流量為Wh=Q/r=63311.17/2283.2=27.7kg/h（2）冷卻水冷卻到常溫階段冷卻水20℃→50℃氯化物25℃←80℃=16.74℃Q氯化物=Wh×Cph×△t=(1396.57/2)×3.4×55=130579.30kJ/h冷卻水流量Wc=Q/Cpc×△t=130579.30/（1.18×30）=1041.30kg/h（3）冷凍鹽水結(jié)晶階段冷凍鹽水-15℃→-2℃氯化物0℃←25℃=18.72℃Q氯化物=Wh×Cph×△t=(1396.57/2)×3.4×25=59351.23kJ/h冷凍鹽水20℃下的比熱容2.89kJ/(kg?℃)冷凍鹽水流量Wc=Q/Cpc×△t=111882.1/2.8