©2010-2025 宁波自信网络信息技术有限公司 版权所有
客服电话：0574-28810668 投诉电话：18658249818
浙ICP备2021020529号-1 | 浙B2-20240490
关注我们 ：
1、物料衡算 一、 反应器的物料衡算 通过Aspen模拟得到邻二甲苯的进料量是6053.00kg/h，则空气的进气量为6053.00×9.5＝57503.5kg/h,根据苏南地区的平均空气组成可得： O2=57503.5×20.573%=11830.20kg/h N2=57503.5×76.434%=43952.22kg/h CO2=57503.5×0.03%=17.25kg/h H2O=57503.5×2.05%=1178.82kg/h 惰性气体=57503.5×0.913%=525.01kg/h 主反应以及副反应的选择性如下： 反应产物 苯酐 顺酐 苯甲酸 苯酞
2、 柠槺酐 CO CO2 选择性% 78.94 8.15 4.72 2.05 1.44 1.30 3.40 对主反应： C8H10+3O2→C8H4O3（苯酐）+3H2O 106 96 148 54 式中各物质的质量为： C8H10：6053.00×99.8%×78.94%=4768.68kg/h O2：4768.68/106×96=4318.80 kg/h C8H4O3（苯酐）：4768.68/106×148=6658.16 kg/h H2O：4768.68/106×54=2429.33 kg/h 对副反应：
3、1） C8H10+7.5O2→C4H2O3（顺酐）+4CO2+4H2O 106 240 98 176 72 式中各物质的质量为： C8H10：6053.00×99.8%×8.15%=492.33kg/h O2：92.33/106×240=1114.71 kg/h C4H2O3（顺酐）：492.33/106×98=455.17 kg/h CO2：492.33/106×176=817.45 kg/h H2O：492.33/106×72=334.41 kg/h （2） C8H10+3O2→C7H6O2（苯甲酸）+CO2+2H2O 10
4、6 96 122 44 36 式中各物质的质量为： C8H10：6053.00×99.8%×4.72%=283.92kg/h O2：283.92/106×96=257.14 kg/h C7H6O2（苯甲酸）：283.92/106×122=326.78 kg/h CO2：283.92/106×44=117.85 kg/h H2O：283.92/106×36=96.42kg/h （3） C8H10+2O2→C8H6O2（苯酞）+ 2H2O 106 64 134 36 式中各物质的质量为： C8H10
5、6053.00×99.8%×2.05%=123.84kg/h O2：123.84/106×64=74.77kg/h C8H6O2（苯酞）：123.84/106×134=156.55kg/h H2O：123.84/106×36=42.06kg/h （4） C8H10+4.5O2→C5H4O3（柠槺酐）+ 3CO+3H2O 106 144 113 84 54 式中各物质的质量为： C8H10：6053.00×99.8%×1.44%=86.99kg/h O2：86.99/106×144=118.18kg/h C5H4O3（柠槺酐）：
6、86.99/106×113=92.73kg/h CO：86.99/106×84=68.94kg/h H2O：86.99/106×54=44.32kg/h （5） C8H10+6.5O2→8CO+5H2O 106 208 224 90 式中各物质的质量为： C8H10：6053.00×99.8%×1.30%=78.53kg/h O2：78.53/106×208=154.10kg/h CO：78.53/106×224=165.95kg/h H2O：78.53/106×90=66.68kg/h （6） C8H10+10.5O2→8CO2+5H2O 106
7、 336 352 90 式中各物质的质量为： C8H10：6053.00×99.8%×3.40%=205.39kg/h O2：205.39/106×336=651.05kg/h CO2：205.39/106×352=682.05kg/h H2O：205.39/106×90=174.39kg/h 综合以上数据，可以得出反应器出口气体组成为： N2=43952.22kg/h 惰性气体=525.01kg/h O2=11830.20-4318.80-1114.71-257.14-74.77-118.18-154.10-651.05=5141.45 kg/h CO2
8、17.25+817.45+117.85+682.05=1634.60 kg/h H2O=1178.82+2429.33 +334.41+96.42+42.06+44.32+66.68+174.39=4366.43 kg/h C8H4O3（苯酐）=6658.16 kg/h C4H2O3（顺酐）=455.17 kg/h C7H6O2（苯甲酸）=326.78 kg/h C8H6O2（苯酞）=156.55kg/h C5H4O3（柠槺酐）=92.73kg/h CO=68.94+165.95=234.89 kg/h C8H10（邻二甲苯）=6053.00×（1-99.8%）=12.11
9、kg/h 反应器进口 反应器出口 组分 质量流量（kg/h） 质量分数（%） 摩尔流量（kmol/h） 摩尔分数（%） 质量流量（kg/h） 质量分数（%） 摩尔流量（kmol/h） 摩尔分数（%） N2 43952.22 69.16 1569.72 76.291 43952.22 69.16 1569.72 75.248 惰性气体 525.01 0.83 13.14 0.639 525.01 0.83 13.14 0.630 O2 11830.20 18.61 369.69 17.968 5141.45 8.09
10、 160.67 7.702 CO2 17.25 0.03 0.39 0.019 1634.60 2.57 37.15 1.781 H2O 1178.82 1.85 65.49 3.183 4366.43 6.87 242.58 11.629 邻二甲苯 6053.00 9.52 57.10 2.775 12.11 0.02 0.11 0.005 苯酐 0 0 0 0 6658.16 10.48 44.99 2.157 顺酐 0 0 0 0 455.17 0.72 4.64 0.222 苯甲酸 0
11、0 0 0 326.78 0.51 2.68 0.128 苯酞 0 0 0 0 156.55 0.25 1.17 0.056 柠槺酐 0 0 0 0 92.73 0.14 0.82 0.039 CO 0 0 0 0 234.89 0.37 8.39 0.402 合计 63566.5 2057.53 63556.10 2086.06 二、 后冷器的物料衡算 后冷器进口（kg/h） 后冷器出口（kg/h） 组分 苯酐工艺废气 苯酐产品 N2 43952.22 43952.2
12、2 0 惰性气体 525.01 525.01 0 O2 5141.45 5141.45 0 CO2 1634.60 1634.60 0 H2O 4366.43 4366.43 0 邻二甲苯 12.11 8.76 3.35 苯酐 6658.16 3458.11 3200.05 顺酐 455.17 423.78 31.39 苯甲酸 326.78 279.35 47.43 苯酞 156.55 43.06 113.49 柠槺酐 92.73 53.96 38.77 CO 234.89 234.89 0 合计 6
13、3556.10 60121.62 3434.48 三、 切换冷凝器的物料衡算 切换冷凝器进口（kg/h） 切换冷凝器出口（kg/h） 组分 冷气体 固体苯酐 N2 43952.22 43952.22 0 惰性气体 525.01 525.01 0 O2 5141.45 5141.45 0 CO2 1634.60 1634.60 0 H2O 4366.43 4366.43 0 邻二甲苯 8.76 8.76 0 苯酐 3458.11 193.65 3264.46 顺酐 423.78 141.12 282.
14、66 苯甲酸 279.35 1.68 277.67 苯酞 43.06 0.26 42.80 柠槺酐 53.96 17.97 35.99 CO 234.89 234.89 0 合计 60121.62 56218.04 3903.58 能量衡算 一、 对空气预热器（E101）能量衡算 由物料衡算知，空气的进料量为57502.11kg/h，查工具书知，空气在298.15K（25℃）→478.15K（205℃）的平均比热容为1.099kJ/kg/K，故有： Q=Cm△T=1.099×57502.11×（205-25）=1.138×107kJ 又
15、因为在6000Kpa时，水蒸气的汽化潜热为1892.4kJ/kg,所以需要中压蒸汽的质量为： m=1.138×107/1892.4=6010.93kg 二、 对邻二甲苯蒸发器（E102）能量衡算 由物料衡算知，邻二甲苯的进料量为6052.8536kg/h，查工具书知，邻二甲苯在298.15K（25℃）→478.15K（205℃）的平均比热容为4.161kJ/kg/K，故有： Q=Cm△T=4.161×6052.8536×（205-25）=4.533×106kJ 又因为在6000Kpa时，水蒸气的汽化潜热为1892.4kJ/kg,所以需要中压蒸汽的质量为： m=4.533×106
16、/1892.4=2395.61kg 三、 对反应器（R101）能量衡算 Q1→起始物料带入设备中的能量，kJ Q2→冷却剂与设备间传递的能量，kJ Q3→化学变化产生的能量，kJ Q4→生成物本身的能量，kJ Q5→反应系统的能量损失，kJ 物料进入设备时温度为478.15K（205℃），则以478.15K（205℃）为计算基准，即Q1=0，查工具书得到下列各物质在298.15K（25℃）→478.15K的平均比热容如下： 组分 比热容（kJ/kg/K） N2 1.06 O2 1.15 CO2 1.45 H2O 4.18 惰性气体 1.06 邻二
17、甲苯 6.96 苯酐 5.23 顺酐 4.52 苯甲酸 5.18 苯酞 4.91 柠槺酐 4.52 CO 1.11 所以： Q4=（43952.22×1.06+5141.45×1.15+1634.60×1.45+4366.43×4.18+525.01×1.06+12.11×6.96+6658.16×5.23+455.17×4.52+326.78×5.18+156.55×4.91+92.73×4.52+234.89×1.11）×（205-25）=19414887.65 Q3=6052.8536×0.998×1000/106×(0.7894×1302.2+0.0
18、815×3177.9+0.0472×1339.8+0.0205×834.7+0.0144×1674.8+0.013×2177.2+0.034×4576.4)= 89778000.37kJ Q1=0 Q5=5%*(Q1+Q3)=5%*89780171.82=4489008.59kJ Q2=Q1+Q3-Q4-Q5=8977800-20481382.42-4489008.59=65874212.7kJ 四、 对盐冷器（E103）冷盐溶液能量衡算 盐溶液的组成为质量分数为40%的NaNO2、53%的KNO3、7%的NaNO3，则盐溶液的相对分子质量为69×40%+101×53%+85×7
19、87g/mol 查工具书得到： 基团 △a △b △c △d NO3-1 49.766 83.928 -0.478 -0.7040 Na+1 14.186 9.665 0.529 4.815 NO2-1 18.307 126.338 0.596 -4.044 K+1 25.309 -2.284 0.218 5.174 根据公式： Cp=△a+△b×10-3T+△c×10-6T-2+△d×10-6T2 求得在643.15K（370℃）→658.15K（385℃）盐溶液的平均Cp值为125.35J/mol/K。 故有：
20、Q2=n×Cp×△T 即： 65874212.7=m/87×125.35×(385-370) 所以： m=3048028.988kg/h 五、 对后冷器（E105）能量衡算 对于反应后气体→贫反应气： 组分 质量流量(kg/h) 摩尔流量(kmol/h) Cv,m(J/mol/K) Q(kJ) N2 44411.25 1621.05 21.5800105 2413777.046 O2 5532.674 172.9025 22.50127118 268446.2968 CO2 1199.838 27.26298 34.36203979
21、 64640.00065 CO 503.0335 17.95881 21.39953306 26517.40024 H2O 3191.09 177.1324 26.87410101 328458.9067 苯酐 6661.871 44.97679 176.8649538 548882.4339 顺酐 455.8951 4.649235 102.9872031 33038.00794 苯甲酸 329.1179 2.694961 160.3666449 29820.5479 苯酞 156.6699 1.168006 178.3696679
22、 14375.24212 柠槺酐 91.96047 0.8204533 102.1680626 5783.864566 邻二甲苯 0 0 177.0464316 0 合计 62533.39987 2070.616135 3733739.747 对于反应后气体→液相苯酐： 组分 质量流量(kg/h) 摩尔流量(kmol/h) Cv,m(J/mol/K) Q(kJ) 苯酐 3202.05 21.63547297 176.8649538 264032.4279 顺酐 32.39 0.330510204 102.9872031 2
23、348.644185 苯甲酸 48.43 0.396967213 160.3666449 4392.560706 苯酞 114.49 0.854402985 178.3696679 10515.57079 柠槺酐 39.77 0.351946903 102.1680626 2481.083591 邻二甲苯 4.35 0.041037736 177.0464316 501.3253439 合计 3441.48 23.61033801 284271.6126 已知Q=3733739.747+284271.6126=4018011.36kJ，
24、锅炉供水的流量为40000kg/h，进口温度t1为298.15K(25℃)，求出口温度t2，根据Q=n×Cp,m×(t2-t1)，其中Cp,m为t1-t2的平均值， 即有： 4018011.36kJ =40000×(1/18) ×0.5×(33.3+Cp,m-t2) ×(t2-298.15) 整理得： 2.022×10^(-6) ×t2^3-0.01609×t2^2-58.33×t2+22233.76839=0 解得： t2=349.15K=76℃ 六、 对气体冷却器（E104）能量衡算 组分 质量流量(kg/h) 摩尔流量(kmol/h) Cv,m(J/mol/K
25、) Q(kJ) N2 45411.25 1621.830357 22.19146473 5938480.544 O2 5532.674 172.8960625 23.14575473 660298.6262 CO2 1199.838 27.26904545 37.55177862 168960.1911 CO 503.0335 17.96548214 22.15416018 65671.6779 H2O 3191.09 177.2827778 28.32048419 828421.1274 苯酐 6661.871 45.01264189
26、 215.4413925 1600101.731 顺酐 455.8951 4.651990816 127.848152 98133.49078 苯甲酸 329.1179 2.697687705 191.597239 85283.47012 苯酞 156.6699 1.169178358 218.7168878 42193.64354 柠槺酐 91.9604 0.81380885 125.1333762 16802.71708 邻二甲苯 0 0 212.6603631 0 合计 63533.3998 2071.589033 950
27、4347.219 已知Q=9504347.219kJ，锅炉供水的流量为40000kg/h，进口温度t1为348.15K(76℃)，求出口温度t2，根据Q=n×Cp,m×(t2-t1)，其中Cp,m为t1-t2的平均值， 即有： 9708548.627=40000×(1/18) ×0.5×(33.999+Cp,m-t2) ×(t2-351.25) 整理得： 2.022×10^(-6) ×t2^3-0.015864×t2^2-58.2243×t2+30726.48861=0 解得： t2=47.15K=201℃ 七、 对盐冷器（E103）锅炉供水能量衡算 已知Q2=6
28、5874212.7kJ，锅炉供水的流量为40000kg，进口温度t1为473.15K(200℃)，求出口温度t2, 根据Q=n×Cp,m,1×(t-t1)+n×Cp,m,2×(t2-t)+m×汽化潜热 , 其中t=548.55K(即275.4℃-6000kP的沸点)，Cp,m,1为t1-t的平均值 ,Cp,m,2为t-t2的平均值， 即有： 64809780.81=40000×(1/18) ×0.5×(35.5632+36.50) ×(275.4-201)+40000×(1/18) ×0.5×(36.50+Cp,m-t2)*(t2-548.552)+40000×1556.3 整理得：
29、2.022×10^(-6) ×t2^3-0.015599×t2^2-57.7115×t2+38247.73253=0 解得： t2=580.15 K=307℃ 八、 对切换冷凝器（E106&E107）能量衡算 对于贫反应气→冷气体： 组分 质量流量(kg/h) 摩尔流量(kmol/h) Cv,m(J/mol/K) Q(kJ) 苯酐 3853.427 26.03666892 153.0029649 262923.3776 顺酐 443.0526 4.520944898 88.28549283 26342.83399 苯甲酸 290.2355 2
30、378979508 138.7999277 21793.34413 苯酞 96.13707 0.717440821 153.5935813 7272.824136 柠槺酐 88.09562 0.662373083 88.60484691 3873.504729 邻二甲苯 0 0 153.3344993 0 N2 45411.22 1621.829286 21.21243245 2270594.315 O2 5532.666 172.8958125 22.11776873 252388.5933 CO2 1199.829 27.268
31、84091 32.29961273 58131.01806 CO 503.0332 17.96547143 20.94589686 24835.99216 H2O 3189.595 177.1997222 26.00812114 304169.7016 合计 60607.29099 2051.47554 3232325.505 对于贫反应气→固体苯酐： 组分 质量流量(kg/h) 摩尔流量(kmol/h) Cv,m(J/mol/K) Q(kJ) 苯酐 3264.46 22.06 153.0029649 222737.26 顺酐
32、 282.66 2.88 88.28549283 16806.35 苯甲酸 277.67 2.28 138.7999277 20850.11 苯酞 42.80 0.32 153.5935813 3237.97 柠槺酐 35.99 0.27 88.60484691 1582.51 合计 3903.58 27.81 265214.20 已知Q=3232325.505+265214.20=3497539.705kJ，冷却剂采用导热油，进口温度t1为318.15K(45℃)，出口温度t2为333.15K(60℃)，根据Q=m×Cp,m×(t2-t
33、1)，其中Cp,m（kJ/kg/K）为t1-t2的平均值，查资料知，所选导热油的比热容为Cp,m=0.9511（kJ/kg/K） 即有： 3497539.705=m×0.9511×(60-45) 解得： m=245157.5162kg/h 九、 对纯化预热器（E108）能量衡算 组分 液相苯酐（kg/h） 固体苯酐（kg/h） 总质量流量（kg/h） 总摩尔流量（mol/h） Cv,m(J/mol/K) Q(kJ) 苯酐 3200.05 3264.46 6550.678 43.68 190.3293823 665073.20 顺酐 31.39
34、 282.66 314.05 3.20 111.4385412 28569.32 苯甲酸 47.43 277.67 325.1 2.66 171.9314582 36652.84 苯酞 113.49 42.80 156.29 1.17 192.4051649 17953.03 柠槺酐 38.77 35.99 74.76 0.61 109.9649851 5398.92 邻二甲苯 3.35 0 3.35 0.0316 189.9931264 480.36 合计 3434.48 3903.58 7338.06 51.36 754165.66 已知Q=754165.66kJ，水蒸气在6000kPa时的汽化潜热为1556.3kJ/kg，根据Q=m×汽化潜热， 即有： 754165.66=m×1556.3 解得： m=484.59kg
©2010-2025 宁波自信网络信息技术有限公司 版权所有
客服电话：0574-28810668 投诉电话：18658249818
浙ICP备2021020529号-1 | 浙B2-20240490
关注我们 ：
