年产3万吨丁醇丙烯净化及羰基合成车间的初步设计课程设计(编辑修改稿)

年产3万吨丁醇丙烯净化及羰基合成车间的初步设计课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

0 100 年产 3 万吨丁醇丙烯净化及羰基合成车间的初步设计 14 其中： 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 3179。 105 数量级，故忽略计算。 经核算： n 合成气 =++=120 K mol/h M 合成气 =117++= K mol/h n 丙烯 =+= mol/h M 丙烯 =+= mol/h 如图 21： 图 22 物料平衡图 热量衡算 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。 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。 羰基 合成 装置 合成气 K mol/h 正丁醛 K mol/h 异丁醛 K mol/h 丙烯 K mol/h C3H8 K mol/h H2 K mol/h 杂质 K mol/h 年产 3 万吨丁醇丙烯净化及羰基合成车间的初步设计 15 由此可见，能量衡算作为化工计算的一部分是非常重要的，所以我们必须对能量衡算进行认真严格的计算。 热平衡式： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6； （ 21） 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 24 反应器进口物料表 反应器进口 物质 C3H6 H2 CO C3H8 杂质 K mol/h % mol 表 25 反应器出口物料表 反应器出口 物质 nBal iBal C3H8 H2 杂质 K mol/h % mol 生成热和燃烧热 表 26 生成热和燃烧热表 1 atm,25℃下 生成热 Δ H/ Kcal/mol 1 atm,25℃下 燃烧热 Δ H/ Kcal/mol CO,g iBal,g H2,g H2,g 年产 3 万吨丁醇丙烯净化及羰基合成车间的初步设计 16 nBal,g CO,g C3H8 C3H6 C3H6 临界温度，临界压力 表 27 临界温度和临界压力表 临界温度 tc/℃ 临界压力 pc/atm CO H2 C3H6 nBal 253 C3H8 各键的Δ T、Δ P 表 28 各键的Δ T 和Δ P 表 Δ T Δ P CHO CH CH3 气体热容 Cp176。 表 29 气体热容 Cp176。 a b179。 103 c179。 106 CO H2 C3H6 C3H8 据物料衡算，净化后合成气设为 120K mol/h 进入， H2:CO = :，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 需加高纯度年产 3 万吨丁醇丙烯净化及羰基合成车间的初步设计 17 氢气，所以在计算中以 H2:CO = :1 为基准。 则： n H2= = K mol/h n H2= 1120 = K mol/h 40℃， 下进入系统。 经预加热器 1519 加热到 90℃，进入 1120： 查表得： tc CO = ℃ , pc CO = atm = MPa tc H2 = ℃ , pc H2 = atm = MPa 求 Q CO： Q CO = n178。 Cp176。 （ t2t1） [6] （ 22） （ 1） 求 CO 的 Cp Cp176。 ： Tr CO = T/Tc= 904021273   ）（ = Pr CO =P/Pc= = 查表得 Cp Cp176。 ＝ K cal/(K mol178。 K)= K J/(K mol178。 K) （ 2）求 CO 的 Cp176。 ： Cp176。 = a + bT + cT2 （ 23） 表 210 CO 的 a、 b、 c 的值 a b179。 103 c179。 106 CO 40℃ Cp176。 =+179。 313/179。 3132/106 = K cal/(K mol178。 K) = KJ/(K mol178。 K) 90℃ Cp =+179。 363/179。 3632/106 = K cal/(K mol178。 K) = KJ/(K mol178。 K) 所以 =(Cp1+ Cp2)/2=1/2(+)=29 KJ/(K mol178。 K) 所以 Cp= Cp176。 += KJ/(K mol178。 K) 所以 Q CO= =179。 179。 （ 9040） = KJ/(K mol178。 K) 同理求得 Q H2= KJ/h 所以 Q 总 = Q H2+Q CO=+= KJ/h=179。 106 KJ/h 1120 出来经加热器 1520 加热到 180℃，进入 1121 过程中物料由 90℃， —— → 180℃， ， H2:CO = :1 同理求得 Q CO= kJ/h 年产 3 万吨丁醇丙烯净化及羰基合成车间的初步设计 18 Q H2= kJ/h Q 总 = Q H2+Q CO =+ = kJ/h =179。 106 kJ/h 3. 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： 图 22 热力学途径 图 23 热力学途径 （ 1）Δ H1 求 ： CO 的 Cp Cp176。 ： Tr CO = T/Tc= 259521273   ）（ = Pr CO = P/Pc= = 查图得 Cp Cp176。 ＝ K cal/(kmol178。 K)=0. 460 kJ/(kmol178。 K) 求 ： CO 的 Cp176。 ： Cp176。 = a + bT + cT2 （ 24） 95℃ Cp176。 =+179。 368/179。 3682/106 = K cal/(kmol178。 K) = kJ/(kmol178。 K) 25℃ Cp176。 =+179。 298/179。 2982/106 = K cal/(kmol178。 K) = kJ/(kmol178。 K) 所以 =(Cp1+ Cp2)/2=1/2(+)= kJ/(kmol178。 K) 所以 Cp= += kJ/(kmol178。 K) 求 H2 的 Cp176。 ： Cp176。 = a + bT + cT2 （ 25） 95℃，反应物料 25℃，反应物料 25℃，反应后物料 95℃，反应后物料 Δ H1 Δ H3 Δ H2 Δ H 年产 3 万吨丁醇丙烯净化及羰基合成车间的初步设计 19 表 211 H2 的 a、 b、 c 的值 a b179。 103 c179。 106 H2 95℃ Cp176。 =+179。 368/179。 3682/106 = cal/(kmol178。 K) =(kmol178。 K) 25℃ Cp176。 =+179。 298/179。 2982/106 = K cal/(kmol178。 K) = kJ/(kmol178。 K) 所以 =(Cp1+ Cp2)/2=1/2(+)=(kmol178。 K) 求： H2 的 Cp Cp176。 ： Tr CO = T/Tc= 259521273   ）（ = Pr CO = P/Pc= = 查图得 Cp Cp176。 ＝ K cal/(kmol178。 K)=0. 460 kJ/(kmol178。 K) 求： C3H6 的 Cp176。 ： Tr CO = T/Tc= 259521273   ）（ = Pr CO = P/Pc= = 查图得 Cp Cp176。 ＝ 6 K cal/(kmol178。 K)= kJ/(kmol178。 K) Cp176。 = a + bT + cT2 （ 26） 表 212 求 Cp176。 时 a、 b、 c 的值 a b179。 103 c179。 106 C3H6 95℃ Cp176。 =+179。 368/179。 3682/10 = K cal/(k mol178。 K) = kJ/(kmol178。 K) 25℃ Cp176。 =+179。 298/179。 2982/106 = K cal/(kmol178。 K) = kJ/(kmol178。 K) 所以 =(Cp1+ Cp2)/2=1/2(+)=(kmol178。 K) 年产 3 万吨丁醇丙烯净化及羰基合成车间的初步设计 20 Cp=+=(kmol178。 K) Δ H1 nBal =∑ n178。 178。 (T2T1) （ 27） =（ 179。 +179。 +179。 ）179。 （ 2595） =Δ H1 iBal =∑ n178。 178。 (T2T1) （ 28） =（ 179。 +179。 +179。 ）179。 （ 2595） =Δ H1 C3H8 =∑ n178。 178。 (T2T1) （ 29） =（ 179。 +179。 ）179。 （ 2995）。