热量衡算

化工计算中的能量衡算是根据热力学第一定律，即能量守恒与转化定律，对化工过程进行能量计算。化工生产中消耗的能量形式有机械能，电能和热能等等，其中以热能为主要形式，因此化工过程中的能量衡算重点是热量衡算。本章具体对苯酐氧化反应器进行能量衡算如下：热量衡算方程式：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5其中式中：Q1——初始物料带入设备中的热量，kJQ2——加热剂或冷却剂与设备和物料传递的热量，kJQ3——物理变化及化学变化的热效应，kJQ4——离开设备物料带走的热量，kJQ5——反应器系统热量损失，kJ4.1反应过程的能量方框图图4-1反应工段能量衡算图4.2反应器能量横算过程根据图4-1及能量守恒可知：Q2=Q4+Q5-Q1-Q34.2.1Q1和Q4的计算Q=∑Mi×Ci（t1-t2）（Q1和Q4的计算都适用）式中：Mi——反应物体系中组分的质量，kg；Ci——组分i在0-T℃时的平均比热容，KJ/kg.K；t1，t2——反应物系在反应前后的温度，℃。物料进入设备时的温度为145℃，热量衡算的基准为145℃，△T=0,则：Q1=0查得各物项平均比热容数据：（kJ/kg.℃）表4-1各物相平均比热容组分OXO2N2苯酐顺酐柠康酐苯酞苯甲酸水COCO2固定床反应器Q邻二甲苯工艺空气145℃苯酐邻二甲苯顺酐苯甲酸苯酞柠槺酐水二氧化碳一氧化碳370℃Q2比热容5.961.151.065.234.934.524.915.184.181.111.45所以：21ii4tCMQt=9.4000×6.96×(370-145)+8124.3234×1.15×225+70547.000×1.06×225+9990.0000×5.23×225+796.1912×4.52×225+162.0164×4.52×225+273.9496×4.91×225+574.4248×5.18×225+4972.6368×4.18×225+411.8582×1.11×225+2830.2066×1.45×225=38347694.4kJ4.2.2过程Q3的计算过程热效率可以分为两类：一类是化学过程的热效率即化学反应速率；另一类是物理过程热效率。物料化学变化过程，除化学反应外，往往伴随着物料状态变化热效率，但本工艺流程中物理过程热效率较低，可以忽略不计，该过程皆为放热反应，则过程热效率可以由下式计算：主反应：C8H10+3O2→C8H4O3+3H2O+1302.2kJQ3-1=67.5000×103×1302.2=87898.5×103kJ/h副反应：CH3C6H4CH3+7.5O2→C4H2O3（顺酐）+4CO2+4H2O+3177.9kJQ3-2=8.1244×103×3177.9=25818.5308×103kJ/hCH3C6H4CH3+3O2→C6H5COOH（苯甲酸）+CO2+2H2O+1339.8kJQ3-3=4.7084×103×1339.8=6308.3143×103kJ/hCH3C6H4CH3+2O2→C8H6O2（苯酞）+2H2O+837.4kJQ3-4=2.0444×103×837.4=1711.9806×103kJ/hCH3C6H4CH3+4.5O2→C5H5O3（柠槺酐）+3CO+3H2O+1674.8kJQ3-5=1.4338×103×1674.8=2401.3282×103kJ/hCH3C6H4CH3+6.5O2→8CO+5H2O+2177.2kJQ3-6=1.28×103×2177.2=2786.8×103kJ/hCH3C6H4CH3+10.5O2→8CO2+5H2O+4576.4kJQ3-7=3.38×103×4576.4=15468.2×103kJ/h继而得到：Q3=Q3-1+Q3-2+Q3-3+Q3-4+Q3-5+Q3-6+Q3-7=142387.6539×103kJ/h4.2.3Q5的计算该反应中的热损失按5%计算，即：Q5=5%×（Q1+Q3）=5%×（0+142387.6539×103）=7119.3827×103kJ/h4.2.4Q2的计算Q2为熔岩移出反应器的热量，由反应器热量守恒可知：Q2=Q4+Q5-Q1-Q3=96920576.8kJ/h4.3反应器能量衡算表根据以上计算列出氧化反应工段能量衡算表格如下：表4-2反应工段能量衡算表（吸收热量为“+”，释放热量为“-”）名称热量（kJ/h）输入物料焓（Q1）0热交换量（Q2）96920576.8过程热效率（Q3）-142387653.9输出热料焓（Q4）38347694.4总的热损失（Q5）-7119382.7