1、熱量衡算1 計(jì)算方法與原則1.1 熱量衡算的目的及意義熱量衡算的主要目的是為了確定設(shè)備的熱負(fù)荷。 根據(jù)設(shè)備熱負(fù)荷的大小、 所 處理物料的性質(zhì)及工藝要求再選擇傳熱面的形式、 計(jì)算傳熱面積、 確定設(shè)備的主 要工藝尺寸。傳熱所需的加熱劑或冷卻劑的用量也是以熱負(fù)荷的大小為依據(jù)而進(jìn) 行計(jì)算的。1.2 熱量衡算的依據(jù)及必要條件熱量衡算的主要依據(jù)是能量守恒定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為Q1+ Q2+Q3=Q4+Q5+Q6式 1其中：Q1物料帶入到設(shè)備的熱量，kJQ2加熱劑或冷卻劑傳給設(shè)備和所處理物料的熱量，kJQ3過(guò)程熱效應(yīng)，kJQ4物料離開(kāi)設(shè)備所消耗的熱量，kJQ5加熱或冷卻設(shè)備所消耗的熱量，kJQ6 設(shè)備向環(huán)境散

2、失的熱量，kJQi (Q4) =WmCp(t2- to) kJ式 2m 輸入或輸出設(shè)備的物料質(zhì)量， kgCp物料的平均比熱容，kJ/(kg?C)t2物料的溫度，Cto基準(zhǔn)溫度，CQ5=2CpM (t 2-ti) kJ式 3M 設(shè)備各部件的質(zhì)量， kgCp設(shè)備各部件的比熱容，kJ/(kg?C) ti設(shè)備各部件的初始溫度，ct2設(shè)備各部件的最終溫度，CQ5+Q 6 =10%Q 總式 4熱量衡算是在車(chē)間物料衡算的結(jié)果基礎(chǔ)上而進(jìn)行的，因此，車(chē)間物料衡 算表是進(jìn)行車(chē)間熱量衡算的首要條件。其次還必須收集有關(guān)物質(zhì)的熱力學(xué)數(shù) 據(jù)，例如比熱容，相變熱，反應(yīng)熱等。本設(shè)計(jì)還將涉及到的所有物料的熱力 學(xué)數(shù)據(jù)匯總成表

3、4，以便于后期的計(jì)算。1.3 熱量衡算基準(zhǔn)因?yàn)槲锪虾馑阌?jì)算的是各個(gè)崗位的天處理量， 所以熱量衡算計(jì)算的也是某個(gè) 設(shè)備天換熱介質(zhì)消耗量，同時(shí)溫度基準(zhǔn)采用的是 0C做基準(zhǔn)。當(dāng)然，進(jìn)行傳熱面 積校核時(shí)，是根據(jù)批處理量計(jì)算。15 / 12word.2全車(chē)間物料熱力學(xué)數(shù)據(jù)的估算2.1所用純化合物比熱的推算C° nc式 5Cp M式中M 化合物分子量；ni分子中同種元素原子數(shù)；ci 元素的原子比熱容，kJ/(kg?C)查制藥工程工藝設(shè)計(jì)P111,得到原子的摩爾熱容相關(guān)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1表1元素原子的摩爾熱容單位：kcal/( kmol?C)原子Ca原子Ca原子Ca碳C1.8氧04.0氮N2.6氫H2.

4、3硫S5.5其他6.2(當(dāng)物質(zhì)為固體時(shí)，各原子的Ca取值近似值)原子Ca原子Ca原子Ca碳C2.8氧O6.0氮N2.6氫H4.3硫S7.4其他8.0(當(dāng)物質(zhì)為液體時(shí)，各原子的Ca取值近似值)而在實(shí)際生產(chǎn)的過(guò)程中遇到的物質(zhì)大多是混合物，極少數(shù)的混合物有實(shí)驗(yàn)測(cè) 定的熱容數(shù)據(jù)，一般都是根據(jù)混合物內(nèi)各種物質(zhì)的熱容和組成進(jìn)行推算的，其中雜質(zhì)的含量極少，熱效應(yīng)可以忽略不計(jì)。在本次設(shè)計(jì)中所涉及到得液體混合物的熱容可以采用類似理想氣混合物的熱容的按分子組成加和的規(guī)律進(jìn)行計(jì)算。即Cp =藝 Xi Cp0式 6式中 Cp液體混合物的定壓摩爾熱容，kJ/(kmol?°C)Xi 液體混合物中1組分的摩爾分?jǐn)?shù)

5、；CPi0液體混合物中純i組分的定壓摩爾熱容對(duì)于 2 (C13H20N3O2CI M=285.77)C°p(2)=4.187(914285.77=1.34kj/kg. C對(duì)于聯(lián)硼酸頻哪醇酯(C12H24B2O4 M=231.18)Cp( C12H24B2O4 )=4.187*105.2/231.18=1.91 kj/kg. C對(duì)于醋酸甲(C2H3O2K M= 98.14)Cp(C2H3O2K)=4.187*38.8/98.14=1.66 kj/kg. C對(duì)于二甲亞砜(C2H6SO M= 83.95)Cp(C2H6SO)=4.187*45.4/83.95=2.26 kj/kg. C對(duì)于

6、(PdCl2 M= 175.84)CP(PdCl2)=4.187*48/175.84=1.14 kj/kg. C對(duì)于 3 (C19H32O4N3B M= 377.29)CP(C19H32O4N3B)=4.187*1377.8/377.29=1.53 kj/kg. C對(duì) 5 (C18H19O3N2CI2BrFM=480.10)CP(C18H19O3N2CI2BrF)=4.187*118.1/480.10=1.03 kj/kg. C對(duì)于碳酸鈉(Na2CO3 M= 105.99)CP(Na2CO3)=4.187*26.2105.99=1.03 kj/kg. C對(duì)于 4 (C31H39N5O3Cl2F

7、 M=650.57)Cp(C31H39N5O3CI2F)=4.187*189/650.57=1.22 kj/kg. C查化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè) （第四版上冊(cè)） P1189 得到下列物質(zhì)比熱容數(shù)據(jù)對(duì)于水（ H2O M= 18.01）C（0P H2O） 4.18kJ/ （ kg ? C） 對(duì)于二氧化碳（ CO2 M= 44.01）0C（P CO2） 2.84kJ/ （ kg ? C）對(duì)于二氧化硫（ SO2 M= 64.06）0C（P SO2）0.37kJ/ （ kg ? C）對(duì)于氯化氫（ HClM= 36.46）C（0P HCl）4.00kJ/ （ kg ? C）對(duì)于乙酸乙酯（ C4H8O2 M= 88

8、.11）0C（0P C4H8O2）3.28kJ/ （ kg ?2.2各物質(zhì)燃燒熱的估算有機(jī)物燃燒熱的估算可采用卡拉奇法。主要是適用于液體有機(jī)物，固體相差 熔化熱即相變熱。如果設(shè)想碳原子與氫原子之間的鍵是有一對(duì)電子形成的，那么在有機(jī)物燃燒時(shí)所放出的熱，就可以看作是這些電子從碳原子和氫原子轉(zhuǎn)移到氧原子上的結(jié) 果。根據(jù)對(duì)大多數(shù)化合物分子的結(jié)果表明，每個(gè)電子的轉(zhuǎn)移會(huì)釋放109.07kJ的熱 量。Q 109.07n109.07( 4C HP)式 7式中Qc物質(zhì)的燃燒熱，kJ/molC化合物中C原子數(shù)H合物中H原子數(shù)PC,H已和O結(jié)合的電子書(shū)n化合物燃燒時(shí)，C,H向氧轉(zhuǎn)移的電子數(shù)查化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)(第四版

9、上冊(cè))P1225表21-122摘錄如表2基團(tuán)結(jié) 構(gòu)燃燒熱的相關(guān)數(shù)據(jù)。表2部分基團(tuán)結(jié)構(gòu)燃燒熱參數(shù)數(shù)據(jù)表取代基和鍵的性質(zhì)結(jié)構(gòu)式熱量校正值 /(kJ/mol)脂肪伯胺r-nh254.4脂肪仲胺R-NH-R81.6脂肪酮R-CO-27.2取代酰胺R-NH-COR27.2羧酸-COOH41.2脂肪化合物中的溴R-Br69.1脂肪化合物中的氯R-Cl-32.2對(duì)于 2 (C13H20N3O2CI M=285.77)其充分燃燒所需的氧原子數(shù)n=2*13+20/2-2=34對(duì)其結(jié)構(gòu)分析：包括結(jié)構(gòu)有基值 1,羧酸1,脂肪化合物中的氯1。 H=-QC=-1528.21KJ/mol同理，對(duì)于 聯(lián)硼酸頻哪醇酯(C12

10、H24B2O4 M=231.18) H=-QC=-1482.01KJ/mol對(duì)于 3(C19H32O4N3B M= 377.29 H=-QC=-2727.71KJ/mol5 (C18H19O3N2CI2BrFM=480.10) H=-QC=-6109.84KJ/mol對(duì)于 4 (C31H39N5O3Cl2F M=650.57) H=-QC=-3162.99KJ/mol2.4某些工況下物質(zhì)汽化熱的估算方法液體汽化所吸收的熱量成為汽化熱，亦稱為蒸發(fā)潛熱。在一些化工手冊(cè)中能 查到一些物質(zhì)在常壓沸點(diǎn)下的汽化熱， 有時(shí)也能找出一些物質(zhì)在25r的汽化熱, 但很少有其他操作條件下的數(shù)據(jù)，本次設(shè)計(jì)根據(jù)對(duì)比壓強(qiáng)

11、、對(duì)比溫度求汽化熱能 很好地解決上述問(wèn)題。任何溫度、壓強(qiáng)下，化合物的汽化熱均可按下列公式計(jì)算：Hv ( 28'5) log 10 Pr 062 式 8式中AHv汽化熱，kJ/kg；Tc臨界溫度，K;T r對(duì)比溫度(實(shí)際溫度與臨界溫度之比)；Pr對(duì)比壓強(qiáng)(實(shí)際壓強(qiáng)與臨界壓強(qiáng)之比)。3部分崗位熱量衡算3.1取代反應(yīng)崗位(1) Q3的計(jì)算反應(yīng)熱的計(jì)算公式如下:qri h(qr)反應(yīng)物-(qr)產(chǎn)物 kj/moi式中&化學(xué)計(jì)量系數(shù)，反應(yīng)物為負(fù)，生成物為正; Hci0各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱，kJ/mol;qri H(qr)反應(yīng)物-(qr)產(chǎn)物 kJ/mo11528.21206.001482.

12、01-252.20kJ/molQ(2) Q1的計(jì)算qr n-252.201180.4310000.918152.97-1786576.99kJ各物料帶入的能量如下:2帶入的熱量:Q2=C2*M 2*(t 進(jìn)-t 出)=34232.47kj同理，聯(lián)硼酸頻哪醇酯 帶入的熱量:Q 酯=C2*M 2*(t 進(jìn)-t 出)=35563.33kj物料帶入總熱量：Q1=Q2+Q 酯=69795.80kj(2) Q4的計(jì)算各物料帶出的能量如下：3帶出的熱量出來(lái)80rQ3=Cj*M 3*(t 出一t 進(jìn))=195859.30kj同理，二甲亞砜帶出的熱量Q 二甲亞砜=43803.10kj其他物質(zhì)帶出熱量Q雜質(zhì) =1

13、4185.44kj物料帶出的熱量:Q4=Q+Q 二甲亞砜+Q 雜質(zhì)=253847.84kj(4) Q2的計(jì)算通常 Q5+Q6=(Ql+Q2+Q3)10% Q2=Q4/(1-10%)-(Qi +Q3)= 253847.84 /(1-10%)- (69795.80-1786576.99=1998834.35kJ(5)換熱介質(zhì)批用量的計(jì)算方便估算全車(chē)間蒸汽消耗量，從而確定鍋爐房大小，本崗位計(jì)算的是蒸汽消 耗量，但實(shí)際上，在工藝操作中考慮到環(huán)合反應(yīng)溫度控制比較低， 我們不用蒸汽 加熱，不好精準(zhǔn)控溫，容易過(guò)熱甚至有可能導(dǎo)致環(huán)合反應(yīng)釜出現(xiàn)危險(xiǎn)， 所以工藝 中實(shí)際是用水蒸氣和冷水混合后生成的熱水加熱。本次設(shè)

14、計(jì)的加熱介質(zhì)采用133.5C三個(gè)大氣壓下飽和水蒸氣間接加熱，查表的該狀態(tài)下飽和水蒸氣的熱焓 H=2725.5 kJ/kg計(jì)算公式如下：D 式 9H - C T - 273)式中 D加熱蒸汽的用量，kg;q2由加熱劑所提供的熱量，kJ;水蒸氣的熱焓，kJ/kg;C冷凝水的比熱容，可取4.18kJ/(kg?C)T冷凝水的最終溫度，K;n 為熱利用率，保溫設(shè)備為0.97-0.98 (取0.975)，不保溫設(shè)備為0.93-0.95則此崗位水蒸氣的用量為D H-C(T-273 )1998834.3 52725.5-4.18(79-0 )0.9 75855.89kg氯化反應(yīng)崗位熱量衡算結(jié)果如表5-3所示:

15、表3取代反應(yīng)崗位熱量平衡及介質(zhì)消耗表熱類型值/kJ熱類型值/kJ(kg)Q169795.80Q4253847.84Q21998834.35Q5+628205.31Q3-1786576.99D 蒸汽(3atm )855.893.2縮合反應(yīng)崗位(計(jì)算跟第一工段一樣)(1) Q3的計(jì)算反應(yīng)熱的計(jì)算公式如下:qri h(qr)反應(yīng)物-(qr)產(chǎn)物 kj/moi式中a化學(xué)計(jì)量系數(shù)，反應(yīng)物為負(fù)，生成物為正; Hci0各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱，kJ/mol;qri HL(qr)反應(yīng)物-(qr)產(chǎn)物 kJ/mo11482.011513.512727.71-267.81kJ/molQqrn -267.811153.6

16、110000.987171.42-1778858.75kJ(2) Q1的計(jì)算各物料帶入的能量如下:3帶入的熱量：Q3=36627.12KJ5帶入的熱量：Q5=36955.28KJPdC2帶入的熱量：QPdCl2=1801889kj物料帶入總熱量：Q1=E Qn=1801889kj(3) Q4的計(jì)算各物料帶出的能量如下:4帶出的熱量:Q4=-10323.52KJ其它物質(zhì)帶出的熱量：Q 其=-1606.883kj水帶出的熱量：Q 水=-103113.50kj副產(chǎn)物帶出的熱量：Q 副=-3359039kjPdC2帶出的熱量：Qpdci2=-2204.84kj物料帶出的熱量：Q4=E Q=-479032.09KJ(4) Q2的計(jì)算通常 Q5+Q6=(Ql+Q2+Q3)10%心-10%)-Q2=Q4心-10%)-(Qi+Q3)=-479032.09(2383061.34-1778858.75=-1136460.468kJ(5) 換熱介質(zhì)批用量的計(jì)算在換熱過(guò)程中，冷卻介質(zhì)不發(fā)生相變，冷卻劑的用量可由下式計(jì)算WC tk-th)式中 W冷卻劑的用量，kg；Q2 從冷卻劑中移走的熱量，kJ；C 冷卻劑的平均比