化工原理课程设计朱聪.doc
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1、 化工原理课程设计 (2012级) 题 目 苯甲苯连续精馏塔的设计 学 院 医药化工学院 专 业 制药工程 班 级 12化学制药 班 学 号 学生姓名 指导教师 许海丹 完成日期 2014年 月 日 1 物料衡算物料衡算即应用质量守恒定理,对物料质量的变化进行衡算。对于一般体系,物料衡算均可表示为:物料的积聚率=(物料进入率)-(物料流出率)+(反应生成率)-(反应消耗率)对于无化学反应过程时,表达式为:物料的积聚率=(物料进入率)-(物料流出率)1.1 苯、甲苯分离工段图1 苯、甲苯精馏分离流程模拟图1.2 精馏塔的物料衡算表1 精馏塔物料衡算表Stream NoINOUTFEEDDWPha
2、seLIQUIDVAPORLIQUIDTemperature 2080.14054110.6504Pressure atm1.0000001.0000001.006805Vapor Frac0.00.00.0ComponentMass Flow kg/hrMassFracMass Flow kg/hrMass FracMass Flow kg/hrMass FracC6H65686.980.695675.606040.999281712.665570.0049405C7H82555.020.312.555020.00071832550.9410.9950595Total824215678.39
3、312563.6071824282421.3 换热器的物料衡算表2 换热器物料衡算表Stream NoINOUTWWATER46PhaseLIQUIDLIQUIDLIQUIDLIQUIDTemperature 110.650422.0000040.0000051.73891Pressure atm1.0068051.0000001.0047780.9999087Liquid Frac1.0000001.0000001.0000001.000000ComponentMass Flow kg/hrMass Flow kg/hrMass Flow kg/hrMass Flow kg/hrC6H612
4、.665570.012.665570.0C7H82550.9410.02550.9410.0H2O0.03000.0000.03000.000Total5563.6075563.6071.4 总物料衡算表3 总物料衡算表Stream NoINOUTFEEDWATERD46PhaseLIQUIDLIQUIDVAPORLIQUIDLIQUIDTemperature 20.0000022.0000080.1405440.0000051.73891Pressure atm1.0000001.0000001.0000001.0047780.9999087Vapor Frac0.00.00.00.00.0
5、ComponentMass Flow kg/hrMass Flow kg/hrMass Flow kg/hrMass Flow kg/hrMass Flow kg/hrC6H65686.980.05674.31412.665570.0C7H82555.020.04.0785532550.9410.0H2O0.03000.0000.00.03000.000Total11242112422 能量衡算物料平衡计算之后,我们还需要根据各阶段的物料量,进行热平衡计算,热量平衡计算可以为生产过程提供热能的供需量,如换热器的换热面积、热介质或冷介质的消耗量、设备能量消耗等,从而可以求得原材料、燃料和能量的消
6、耗定额,计算成本和经济效益、通过热量或能量平衡计算,可以从各个环节找出不合理的消耗,依此作为实现高产、低耗的重要手段。因此进行热量衡算是工厂规划必要的前提。工艺工程中输入和输出的热量和能量、能量或热量的转换是基于能量守恒定律的。在一个封闭的体系中,各个能量之总和将维持不变,热平衡是以物料平衡为基础的,在连续生产过程中我们以单位时间来计算,把装置或过程中所发生的化学反应的热效应、物理变化的热效应、从外界输入的热量和随反应物、反应产物带出的热量以及设备、器壁散失热量等都考虑在内进行计算。即:Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 + Q6式中:Q1物料带入设备的热量,KJ; Q2加热剂或冷却
7、剂传给设备及所处理物料的热量,KJ; Q3过程的热效应,KJ;Q4物料带出设备的热量,KJ; Q5加热或冷却设备所消耗的热量或冷量,KJ; Q6设备向环境散失的热量,KJ.(1)化学反应的热效应化学反应中的热效应可以通过与过程有关化合物的生成热和燃烧热来求得,而根据盖斯定律:不管化学过程是一步完成或分步完成,其过程的热效应是相同的。因此,我们进行热量衡算的时候可以不必考虑反应的中间过程,而只考虑始末状态。即:Q反应 = 生成物 - 反应物其中:Q化学反应热; 生成物生成物的生成焓之和;反应物反应物的生成焓之和。(2)热量散失计算模拟过程中该部分热在简化过程中被忽略不计。综合考虑各部分热量,在整
8、个体系中,热量应满足守恒定律,即:输入系统中的能量 从系统中输出的能量 = 系统中积累的能量而在本流程模拟中系统能量的积累等于物料进出焓差,输入输出的能量差都体现在设备的热负荷中,故:进出物流焓变=设备的热负荷Q = Hout - Hin 其中:Q设备的热负荷; Hout设备的热负荷; Hin进入设备的各物料焓之和。本热量平衡计算书以单元设备为衡算对象进行热量衡算。2.1 精馏塔的能量衡算表4精馏塔能量衡算表Stream NoINOUTFEEDDWPhaseLIQUIDVAPORLIQUIDTemperature 2080.14054110.6504Pressure atm1.0000001.
9、0000001.006805Vapor Frac0.00.00.0Mole Flow kmol/hr100.533572.6860527.84748Mass Flow kg/hr82425678.3932563.607Volume Flow cum/sec0.00261980.00193290.0009142Enthalpy Watt10572091152347211593H Enthalpy Watt306731设备名称塔底再沸器塔顶冷凝器负荷Watt1998677.92-1691947.4Q=1998677.92-1691947.4=306730.52 = H 热量守恒2.2 换热器的能量
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