乙酸叔丁酯的生產(chǎn)工藝熱量衡算計算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u26704乙酸叔丁酯的生產(chǎn)工藝熱量衡算計算過程案例 1253181.1衡算依據(jù) 1213021.2衡算的過程 227511.2.1酯化反應(yīng)釜 242661.2.2粗蒸過程 4265031.3精餾過程 131.1衡算依據(jù)不管在哪個操作單元中，都會包括有一系列的物理過程和化學(xué)過程，然而這些過程都會伴隨有一定的能量變化。為了保證工藝能夠順利的進行，就需要對各個操作單元進行定量核算，且熱量衡算的基本手段是定量核算。這個設(shè)計主要是對有傳熱的單元設(shè)備進行能量的衡算，其熱平衡方程式如下：Q1（1）Q1與Q4的計算Q1與Q4可按下式計算：Q=m?t?利用上面的式子來計算Q1和Q4的時候，需要去規(guī)定一個標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)，這個設(shè)計里取0℃和101.3KP為標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)來作為計算的基準(zhǔn)。上面式子中的比熱容是進口溫度和出口溫度的平均比熱容。（2）Q3的計算：Q3是化學(xué)過程的熱效應(yīng)，包括了化學(xué)反應(yīng)熱以及各種物料由于化學(xué)反應(yīng)或其他原因引起的濃度變化或狀態(tài)變化，如溶解熱、蒸發(fā)熱、熔融熱等。其中，化學(xué)反應(yīng)熱是由化學(xué)反應(yīng)生成熱或者燃燒熱進行計算；相變熱使用下面這個式子來計算：Q=m?r（4-3）（3）Q5與Q6的計算：在這個設(shè)計計算中，由經(jīng)驗可知，物料帶出熱量的10%則是系統(tǒng)損失了的熱量。即：Q損失（4）Q2的計算：由上面的計算得到了Q1、Q3、Q4和Q損失后，利用熱量平衡方程式可以求出設(shè)備的熱負荷Q2。1.2衡算的過程1.2.1酯化反應(yīng)釜圖1.圖1.SEQ圖4.\*ARABIC1酯化反應(yīng)在酯化反應(yīng)的過程中，物料的進料方式，反應(yīng)方式是常溫常壓，，反應(yīng)的溫度要控制在50～60℃，為了計算的方便，將溫度取值為56℃。A：乙酸：6720kg（25℃）B：異丁烯：3135.722kg（25℃）C：生成物：乙酸叔丁酯：6087.382kg（56℃）二異丁烯：156.316kg（56℃）D：沒有反應(yīng)完的物質(zhì)：乙酸：3557.914kg（56℃）異丁烯：31.263kg（56℃）Q1的計算：Q=m?t?Cp雜質(zhì)和純物質(zhì)的比熱容可以近似的看作是一樣的。乙酸、乙酸叔丁酯、二異丁烯的比熱容可以用“Missenard”法可以估算得到：表1.SEQ表4.\*ARABIC1物料的物性數(shù)據(jù)一覽表[kcal/（kg?℃）]物料名稱乙酸異丁烯乙酸叔丁酯二異丁烯比熱容0.4790.3620.4880.524乙酸的進料量是6720kg，比熱容是0.479kcal/（kg?℃）。Q1?A異丁烯氣體的進料量是3135.722kg，比熱容為0.362kcal/（kg?℃）。Q1?BQ1（2）物料反應(yīng)熱Q3：①主反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CH3利用軟件V1.3.0可以查得乙酸叔丁酯的液相標(biāo)準(zhǔn)生成焓為：?rQ3?A②副反應(yīng)的化學(xué)方程式為：(CH利用軟件V1.3.0可以查得二異丁烯的液相標(biāo)準(zhǔn)生成焓為：?rQ3?B由于這化學(xué)反應(yīng)是個放熱過程，所以Q3是個正值。Q3（3）物料帶出的熱量Q4：異丁烯的出料量為31.263kg，比熱容是0.362kcal/（kg?℃）。Q4?A乙酸的出料量是3557.914kg，比熱容是0.479kcal/（kg?℃）。Q4?B乙酸叔丁酯的出料量是6087.382kg，比熱容是0.488kcal/（kg?℃）。Q4?C二異丁烯的出料量是156.316kg，比熱容是0.524kcal/（kg?℃）。Q4?DQ4=633.764+95437.485+166355.875+4586.937（4）系統(tǒng)損失的熱量Q損失：Q損失（5）制冷劑從設(shè)備和物料里帶走的熱量Q2：Q2=267014.161+26701.416?108850.284?6587399.777（6）制冷劑的消耗量：因為酯化反應(yīng)是個放熱反應(yīng)，在反應(yīng)的過程中會放出一定的熱量，為了使系統(tǒng)溫度不會升高，所以要使用制冷劑將產(chǎn)出的熱量轉(zhuǎn)移（使用25%的氯化鈣的水溶液作為制冷劑）。消耗的制冷劑的量為：W=?Q其中，T1是制冷劑的初始的溫度，?20℃；T2是制冷劑的末溫，10℃；通過《化工工藝設(shè)計手冊》可以查得制冷劑的比熱容：CW=?1.2.2粗蒸過程圖1.SEQ圖4.\*ARABIC圖1.SEQ圖4.\*ARABIC2粗蒸釜A：進料：乙酸：3557.914kg（56℃）乙酸叔丁酯：6087.382kg（56℃）二異丁烯：156.316kg（56℃）雜質(zhì)：22.847kg（56℃）B：塔頂出料：乙酸：35.579kg（101.4℃）乙酸叔丁酯：6026.508kg（101.4℃）二異丁烯：151.753kg（101.4℃）雜質(zhì)：22.619kg（101.4℃）C：塔底出料：乙酸：3522.335kg（118℃）乙酸叔丁酯：60.874kg（118℃）二異丁烯：1.563kg（118℃）雜質(zhì)：0.228kg（118℃）粗蒸釜的進料的溫度是56℃，蒸餾的溫度應(yīng)該控制在118℃左右。塔頂?shù)某隽蠝囟葢?yīng)該控制在96～101.4℃之間，為了計算的方便塔頂?shù)某隽系臏囟染桶凑?01.4℃來計算，塔底的出料的溫度按照118℃來計算。a.Q1的計算Q1Cp雜質(zhì)和純物質(zhì)的比熱容可以近似的看作是一樣的：液態(tài)乙酸、二異丁烯、乙酸叔丁酯的比熱容用“Missenard”法可以估算得到：氣態(tài)乙酸、二異丁烯、乙酸叔丁酯的比熱容用“Rihani-Doraiswamy”法可以估算得到；表1.SEQ表4.\*ARABIC2物料的物性數(shù)據(jù)一覽表[kcal/（kg?℃）]物料名稱乙酸乙酸TBATBA二異丁烯二異丁烯（液態(tài)）（氣態(tài)）（液態(tài)）（氣態(tài)）（液態(tài)）（氣態(tài)）比熱容0.5530.3060.5290.3930.5810.450乙酸的進料量是3557.914kg，比熱容是0.553kcal/（kg?℃）。下面也是一樣的。Q乙酸叔丁酯的進料量是6087.382kg，比熱容是0.529kcal/（kg?℃）。Q二異丁烯的進料量是156.316kg，比熱容是0.581kcal/（kg?℃）。QQ=110889.007+180332.604+5085.897b.物料狀態(tài)變化熱Q3：利用軟件V1.3.0計算可以得到了乙酸和二異丁烯的汽化熱分別是：91.972kcal/kg和65.958kcal/kg用Riedel法計算可以得到了乙酸叔丁酯的汽化熱：68.714kcal/kg乙酸的汽化熱：Q乙酸叔丁酯的汽化熱：Q二異丁烯的汽化熱：Q因為汽化過程是個吸熱的過程，所以Q3是個負值。Qc.物料帶出的熱量Q4：Q4塔頂乙酸的出料量是35.579kg，比熱容是0.306kcal/（kg?℃）。Q塔頂乙酸叔丁酯的出料量是6026.508kg，比熱容是0.393kcal/（kg?℃）。Q塔頂二異丁烯的出料量是151.753kg，比熱容是0.450kcal/（kg?℃）。QQ=1805.791+240157.549+7061.379塔底乙酸的剩余量是3522.335kg，比熱容是0.553kcal/（kg?℃）。Q塔底乙酸叔丁酯的剩余量是60.874kg，比熱容是0.529kcal/（kg?℃）。Q塔底二異丁烯的剩余量是1.563kg，比熱容是0.581kcal/（kg?℃）。QQ4=229861.326+3799.877+107.156Q4d.系統(tǒng)的損失熱量是Q損失：Q損失e.蒸汽傳遞給設(shè)備和物料的熱量Q2：Q2=482792.978+48279.298?296307.508?f.蒸汽的消耗量：這個設(shè)計所使用的蒸汽壓力是0.36MPa，蒸汽溫度是140℃，在這個溫度下的汽化熱可以查詢得：512.3kcal/kg所以所需要的蒸汽的量是：W（2）粗蒸釜冷凝器圖1.3粗蒸冷凝器這個項目是通過制冷劑將粗蒸釜塔頂出來的粗產(chǎn)品乙酸叔丁酯蒸汽冷凝。物料在沸點的狀態(tài)之下經(jīng)過制冷劑由氣態(tài)通過冷凝都轉(zhuǎn)化成液態(tài)。T1是制冷劑的初始溫度，20℃；T2是制冷劑的結(jié)束溫度，45℃。A：乙酸：35.579kg（101.4℃）乙酸叔丁酯：6026.508kg（101.4℃）二異丁烯：151.753kg（101.4℃）雜質(zhì)：22.619kg（101.4℃）B：乙酸：35.579kg（101.4℃）乙酸叔丁酯：6026.508kg（101.4℃）二異丁烯：151.753kg（101.4℃）雜質(zhì)：22.619kg（101.4℃）料帶入的熱量Q1：Q1a：Cp雜質(zhì)的比熱容和純物質(zhì)的可以近似看作是一樣的。氣態(tài)乙酸、二異丁烯、乙酸叔丁酯的比熱容Cp物料的物性數(shù)據(jù)如表4-2所示。b：乙酸蒸汽的塔頂出料量是35.579kg，比熱容是0.306kcal/（kg?℃）。Q乙酸叔丁酯蒸汽的塔頂出料量是6026.508kg，比熱容是0.393kcal/（kg?℃）。Q二異丁烯蒸汽的塔頂出料量是151.753kg，比熱容是0.450kcal/（kg?℃）。QQ=1805.791+240157.549+7061.379②物料狀態(tài)變化熱Q3：乙酸和二異丁烯的汽化熱通過V1.3.0軟件計算可以得到分別是：91.972kcal/kg和65.958kcal/kg乙酸叔丁酯的汽化熱通過Riedel法計算可以得到：68.714kcal/kg所以氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)的熱量的計算如下面所示：乙酸的冷凝熱：Q乙酸叔丁酯的冷凝熱：Q二異丁烯的冷凝熱：Q因為液化過程是個吸熱的過程，所以Q3是個正值。Q③物料帶出的熱量Q4：Cp雜質(zhì)和純物質(zhì)的比熱容可以近似的看成是一樣的。液態(tài)乙酸、二異丁烯、乙酸叔丁酯的比熱容Cp物料的物性數(shù)據(jù)如表4-2所示。乙酸液體的出料量是35.579kg，比熱容是0.553kcal/（kg?℃）。Q乙酸叔丁酯液體的出料量是6026.508kg，比熱容是0.529kcal/（kg?℃）。Q二異丁烯液體的出料量是151.753kg，比熱容是0.581kcal/（kg?℃）。Q=3263.406+323265.505+9117.025④系統(tǒng)的損失熱量是Q損失：Q損失⑤制冷劑從設(shè)備和物料中帶走的熱量Q2：Q=335645.936+33564.594?249024.619?429839.849⑥制冷劑的消耗量將餾出液冷凝為液體。制冷劑采用的是冷卻循環(huán)水。消耗的制冷劑的量為：W水其中，T1是冷卻水的初始的溫度，20℃；T2是冷卻水的末溫，45℃；CP是水的平均比熱容，Cp=0.997kcal/（kg?℃）；W圖1.SEQ圖4.\*ARABIC圖1.SEQ圖4.\*ARABIC3粗品冷卻器這個項目通過使用冷凍鹽水將液態(tài)的粗品乙酸叔丁酯冷卻。T1是冷凍鹽水的初始溫度，?20℃；T2是冷凍鹽水末溫20℃；粗品乙酸叔丁酯將會由沸點被冷卻到30℃。料帶入的熱量Q1：Q1a：Cp雜質(zhì)和純物質(zhì)的比熱容可以大致看成是一樣的。液態(tài)乙酸、二異丁烯、乙酸叔丁酯的比熱容Cp物料的物性數(shù)據(jù)如表4-2所示。b：乙酸的進料量是35.579kg，比熱容是0.553kcal/（kg?℃）。Q乙酸叔丁酯的進料量是6026.508kg，比熱容是0.529kcal/（kg?℃）。Q二異丁烯的進料量是151.753kg，比熱容是0.581kcal/（kg?℃）。QQ=3263.406+323265.505+9117.025②物料狀態(tài)變化熱Q3：Q料帶出的熱量Q4：Q4乙酸液體的出料量是35.579kg，比熱容是0.553kcal/（kg?℃）。Q乙酸叔丁酯液體的出料量是6026.508kg，比熱容是0.529kcal/（kg?℃）。Q二異丁烯液體的出料量是151.753kg，比熱容是0.581kcal/（kg?℃）。Q=965.505+95640.682+2697.345④系統(tǒng)損失的熱量Q損失：Q⑤制冷劑從設(shè)備和物料中帶走的熱量Q2：Q=99303.532+9930.353?335645.936?0⑥制冷劑的消耗量W水其中，T1是冷凍鹽水的初始的溫度，?20℃；T2是冷凍鹽水的末溫，20℃；制冷劑是25%的氯化鈣的水溶液，通過《化工工藝設(shè)計手冊》2～327查得：C消耗的制冷劑的量為：W（4）乙酸冷卻器圖1.圖1.SEQ圖4.\*ARABIC4乙酸冷卻器這個項目通過使用冷凍鹽水將乙酸冷卻到20℃。T1是冷凍鹽水的初始溫度，?20℃；T2是冷凍鹽水末溫20℃；料帶入的熱量Q1：Q1Cp雜質(zhì)和純物質(zhì)的比熱容可以近似肯成是一樣的。乙酸的比熱容Cp乙酸（含有雜質(zhì)）的出料量是3585.0kg，比熱容是0.553kcal/（kg?℃）。Q②物料狀態(tài)變化熱Q3：Q③物料帶出的熱量Q4：Q④系統(tǒng)損失的熱量Q損失：Q⑤制冷劑傳遞給設(shè)備和物料熱量Q2：Q=59475.15+5947.515?233935.59?0⑥制冷劑的消耗量W水其中，T1是冷凍鹽水的初始的溫度，?20℃；T2是冷凍鹽水的末溫，20℃；制冷劑是25%的氯化鈣的水溶液，通過《化工工藝設(shè)計手冊》2～327查得：C消耗的制冷劑的量為：W1.3精餾過程（1）精餾塔預(yù)熱器圖1.圖1.SEQ圖4.\*ARABIC5精餾塔預(yù)熱器A：進料：乙酸：35.579kg（30℃）乙酸叔丁酯：6026.508kg（30℃）二異丁烯：151.753kg（30℃）雜質(zhì)：22.619kg（30℃）B：出料：乙酸：35.579kg（98℃）乙酸叔丁酯：6026.508kg（98℃）二異丁烯：151.753kg（98℃）雜質(zhì)：22.619kg（98℃）預(yù)熱器按照一批次來進料，這個設(shè)計計算總的進料熱量以及蒸汽的需求量，計算得到泡點溫度是98℃。Q1的計算：Q1a：Cp雜質(zhì)和純物質(zhì)的比熱容可以近似看成是一樣的。乙酸、二異丁烯、乙酸叔丁酯的比熱容Cp物料的物性數(shù)據(jù)如表4-2b：乙酸的進料量是35.579kg，比熱容是0.553kcal/（kg?℃）。Q乙酸叔丁酯的進料量是6026.508kg，比熱容是0.529kcal/（kg?℃）。Q二異丁烯的進料量是151.753kg，比熱容是0.581kcal/（kg?℃）。QQ=965.505+95640.682+2697.345②物料狀態(tài)變化熱Q3：Q料帶出的熱量Q4：Q4a：Cp雜質(zhì)和純物質(zhì)的比熱容可以近似看作是一樣的。乙酸、二異丁烯、乙酸叔丁酯的比熱容Cp物料的物性數(shù)據(jù)如表4-2。b：乙酸的進料量是35.579kg，比熱容是0.553kcal/（kg?℃）。Q乙酸叔丁酯的進料量是6026.508kg，比熱容是0.529kcal/（kg?℃）。Q二異丁烯的進料量是151.753kg，比熱容是0.581kcal/（kg?℃）。QQ4=3135.982+312426.228+8811.326④系統(tǒng)損失的熱量Q損失：Q⑤制冷劑傳遞給設(shè)備和物料熱量Q2：Q2=324373.536+32437.354?99303.532?0⑥蒸汽的消耗量：這個設(shè)計所采用的蒸汽壓力是0.2MPa，蒸汽溫度是120℃，在這個溫度下的汽化熱可以查詢到《化工工藝設(shè)計手冊》第2～298頁可以得到：526.1kcal/kg所以所需要的蒸汽的量是：W（2）精餾塔冷凝器圖1.圖1.SEQ圖4.\*ARABIC6精餾塔冷凝器這個項目設(shè)計通過制冷劑將精餾塔塔頂出來的乙酸叔丁酯的蒸汽冷凝。物料在沸點的狀態(tài)下經(jīng)過制冷劑由氣態(tài)全部冷凝為液態(tài)。T1是制冷劑的初始溫度，20℃；T2是制冷劑的末溫，45℃。在精餾的過程中，為了方便計算，將物料近似的看成是乙酸叔丁酯與二異丁烯這兩種關(guān)鍵物料。在冷凝的過程中是需要去考慮回流比的，在這個設(shè)計的第五章精餾塔的設(shè)計中計算出回流比R是1.898。在精餾段過程中V=L+D=RD+D=R+1所以塔頂物料的質(zhì)量為：2.898×10.486×116=3528.058kg/h①料帶入的熱量Q1：Q1a：Cp雜質(zhì)和純物質(zhì)的比熱容可以近似的看成是一樣的。乙酸叔丁酯（氣態(tài)）的比熱容Cp乙酸叔丁酯（液態(tài)）的比熱容Cp物料的物性數(shù)據(jù)如表4-2。b：乙酸叔丁酯蒸汽的出料量是3528.058kg/h，比熱容是0.393kcal/（kg?℃）。Q②物料狀態(tài)變化熱Q3：乙酸叔丁酯的汽化熱通過Riedel法計算可以得到：68.714kcal/kg因為液化過程是個放熱過程，故Q3是個正值。所以氣態(tài)轉(zhuǎn)化成液態(tài)的冷凝熱時Q3：Q③料帶出的熱量Q4：Q4乙酸叔丁酯液體的出料量是3528.058kg/h，比熱容是0.529kcal/（kg?℃）。Q④系統(tǒng)損失的熱量Q損失：Q⑤制冷劑傳遞給餾出物料的熱量是Q2：Q2=179168.897+17916.890?133106.572?242426.97所以在冷凝的過程中制冷劑傳遞給餾出物料和回流物料的總熱量是：Q=5×Q⑥制冷劑的消耗量把餾出液冷凝成液體。制冷劑所采用的是冷卻循環(huán)水。W水其中，T1是冷卻水的初始的溫度，20℃；T2是冷卻水的末溫，45℃；Cp是水的平均比熱容，C消耗的制冷劑的量為：W（3）精餾塔冷卻塔圖1.圖1.SEQ圖4.\*ARABIC7精餾塔冷卻塔這個項目設(shè)計通過冷凍鹽水將液態(tài)成品乙酸叔丁酯冷卻。T1是冷凍鹽水的初始溫度，—?20℃；T2是冷凍鹽水的末溫，20℃。成品乙酸叔丁酯將會由沸點冷卻到30℃。①料帶入的熱量Q1：Q1a：Cp雜質(zhì)和純物質(zhì)的比熱容可以近似看成是一樣。乙酸叔丁酯（含有雜質(zhì)）的比熱容Cp可以用“Missenard”法估算得到；乙酸叔丁酯液體（含雜質(zhì)）的出料量是6081.88kg。Q②物料狀態(tài)變化熱Q3：Q③料帶出的熱量Q4：Q4Cp乙酸叔丁酯液體（含雜質(zhì)）的出料量是6081.88kg。Q④系統(tǒng)損失的熱量Q損失：Q⑤制冷劑傳遞給餾出物料的熱量是Q2：Q2=96519.436+9651.944?308862.194?0⑥制冷劑的消耗量W水其中，其中，T1是