年产15万吨丙烯酸工艺(5)

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（8）空气和水蒸气的用量不变，且催化剂用量不变。 据绝对空速可计算催化剂的用量：

V丙V丙328.66?22.4SV0??V催???61.34m3

V催SV0120 催化剂的量：61.33 m3/h

总出料量：312.88 +13.15 +2.629+4806.6+693.47 =5135.31 kmol/h 第二氧化反应器物料平衡表如表3.3所示：

表3.3 第二氧化反应器物料平衡表

进料

物料名称 丙烯醛 水蒸气 空气 催化剂 丙烯酸 副产物 损失 合计

摩尔进料量kmol·h-1

328.66 693.47 4806.6 61.33 m3/h 21.79 9.079 3.63 5828.73

物料名称 丙烯酸 副产物 损失 水蒸气 空气 合计

出料

摩尔出料量kmol·h-1

312.88 13.15 2.629 693.47 4806.6

5828.73

3.4 原料消耗综合表

原料消耗综合表如下表3.4所示：

表3.4 原料消耗综合表

序号 1 2

物料名称 丙烯 空气

单位 t t

7.79（二段）

3

催化剂

m3

70.17（二段） 67.8（一段） 61.33（二段）

0.59

4

水蒸气

t

1.314

7.36（二段） 3.3（一段）

每吨产品消耗量

0.775 7.54（一段）

每小时消耗量

10.14 70.17（一段）

每年消耗量 8.11×104 5.614×105（一段） 5.614×105（二段） 5.5×105（一段） 4.91×105（二段） 2.64×104（一段） 5.888×104（二段）

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4 热量衡算

连续操作过程属于定态操作过程，物料状态、反应状态等不随时间而变化，所以热负荷（传热速率）也不随时间变化而变化，主要计算正常操作时的传热速率。

4.1 基础数据

氧化反应器中主要发生以下两个重要反应：

CH2CHCH3 + O2CH2CHCHO + 1/2 O2CH2CH2CHCHO + H2O + 3.4×105JCHCOOH + 2.52×105J

（1）反应器物料衡算数据（见氧化反应器物料平衡表）

（2）入口温度：25℃，第一反应器温度：325℃，第二反应器温度：260℃ （3）有关物性数据如表4.1所示：

表4.1 物性数据表

物料名称 丙烯 空气 水蒸气 丙烯醛 丙烯酸

定压比热容/kJ·kg-1·K-1

1.52 1.028 1.948 2.194 2.151

-1

导热系数/W·m-1·h-1℃

标准生成热/kJ·mol-1

20.42

57.798 -105.05 -336.47

85.7×10-3 52.1×10-3 54.9×10-3

4.1.1 计算基准

热流量基准：kJ/h；基准温度：25℃ 4.1.2 热量衡算方程式

在化工过程中，各种热量之间的转化关系可以用热平衡方程表示：

∑Q =∑H出-∑H进

其中 ∑Q -----设备或系统与外界环境交换热量之和，通常包括热损失，kJ；

∑H出----离开设备或系统各股物料的焓之和，kJ； ∑H进----进入设备或系统各股物料的焓之和，kJ。

在解决实际问题时，热平衡方程式写成以下形式更容易计算： QT = Q1+Q2+Q3+Q4

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式中 QT ----设备或系统内物料与外界交换热量之和（传入为正 ，传出为负），kJ；

Q1-----由于物料温度变化，系统与外界交换的热量，kJ；

Q2-----由于物料发生各种变化（化学变化、相变、溶解、混合等），系统与外界交换的热量（吸热为正、放热为负）， kJ；

Q3-----由于设备温度变化，系统与外界交换的热量（设备升温为正、降温为负）， kJ；

Q4-----设备向外界环境散失的热量（操作温度高于环境温度为正、低于环境温度为负），kJ。

上式也可以写成如下形式：qT =q1+q2+q3+q4 （kJ/h） 4.2 热量衡算式中各参数计算方法

1、q1的计算：认为反应器内压力不变，即整个过程为恒压变化过程

q1?w?CPdT

T2T12、q2的计算：q2???Hr（标准化学反应热）

3、q3的计算：对于连续操作，由于操作过程是在定态条件下进行的，物料温度与设备温度都不随时间变化，此时q3=0。

4、q4的计算：设备温度高于环境温度时，q4＞0，设备操作温度低于环境温度时，q4＜0。在实际操作中，若设备有保温层，为简化计算，常取热损失速率为总速率的10%。 4.3 计算

主要对一段、二段氧化反应器以及冷却器进行热量衡算； 第一反应器进料温度为250℃，反应温度为325℃； 第二反应器进料温度210℃，反应温度260℃。 4.3.1 氧化反应器热量衡算

1、第一氧化反应器热量衡算 （1）q1的计算：

q1?q出料?q进料??w出料Cp(325℃)?T??w进料Cp(250℃)?T

q出=(328.66×56.06×2.194+21.79×72.06×2.151+3535.09×28.95×1.028+276.00×

18.02×1.914) ×(325-25)=46578000.0 kJ/h

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q进料=(363.16×42.08×1.52+3535.09×28.95×1.028 +276.00×18.02×1.914)×(250-

25)=31039050kJ/h

q1= q出料－q进料=10962362.25=1.55×107 kJ/h （2）q2的计算：

328.66×1000－(－20.42)×363.16×1000=27856111.3 q2???Hr=105.15×= 4.198×107 kJ/h （3）q3的计算：

对于连续操作，由于操作过程是在定态条件下进行的，物料温度与设备温度都不随时间变化，所以q3=0

（4）q4的计算：

常取热损失速率为总速率的10%；

q4=10%×(1.1×107+2.786×107)= 5.748×106 kJ/h （5）qT的计算：

qT =q1+q2 +q4 =1.1×107+2.786×107+3.88×106 = 6.32×107 kJ/h （6）计算设备热负荷和熔盐消耗量：

氧化反应是连续操作过程，所以设备热负荷应当等于qT，为6.32×107 kJ/h 熔盐（55%KNO3+45%NaNO2），进口温度275℃，出口温度为280℃ 其比热为55%×0.332+45%×0.43=0.3761cal/g·℃=1.575 kJ/kg·℃ 熔盐对管壁给热系数α可取2717 kJ/(m2·h·℃)

6.32?107所以Gh??8.03?106kg/h

1.575?(280?275)（7）电能消耗量的计算： 据公式E?qT，η为用电设备的电功功率（一般取0.85~0.95），设计取3600?6.32?107?18479.5kw 0.9；所以E?3600?0.952、第二氧化反应器的热量衡算方法同第一反应器，其计算结果如表4.2所示。

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表4.2 第一氧化反应器、第二氧化反应器热量衡算表 系统与外界交换的热量

q1/(kJ/h) q2/(kJ/h) q4/(kJ/h) qT/(kJ/h) Gh/(kg/h) E/kw

第一氧化反应器

1.55×107 4.198×107 5.748×106 6.32×107 8.03×106 18479.5

第二氧化反应器

2.6×105 3.8×107 3.8×106 4.18×107 5.31×106 12222.2

4.3.2 冷却器的热量衡算

1、计算依据

进口温度：275℃；出口温度：280℃ 冷却剂：熔盐，其冷凝热为2717 kJ/kg

2、热衡算求冷取器的热负荷和熔盐的用量，冷损失按10%计算 需要熔盐提供的热量：

Q=1.1×[(328.66×56.06×2.194+21.79×72.06×2.151+3535.09×28.95×1.028+276.00×18.02×1.914)×(325-260) ]=7.945×106 kJ/h 加热熔盐用量：W= Q/2717=2924.22kg/h 4.4 动力消耗综合表

动力消耗综合表如表4.3所示：

表4.3动力消耗综合表

序号 1 2 3 4

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物料名称 熔盐 蒸气 电 锅炉用水

单位 t t kw·h t

每吨产品消耗量

35 30 400 9

每小时消耗量

4.2 5277.45 19769 22500

每年消耗量 3.36×104 4.22×107 1.58×108 1.8 ×108

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