物料衡算和热量衡算

4.1.2反应阶段 燃烧热：

查得燃烧热：氧气为:0 水为：0

燃烧热估算（参考文献：化工数据导引，王福安主编）： Cardozo法估算:?HC(S)??206.21?606.56N ?HC(l)??196.98?610.13N

N?NC???Ni

Nc—化合物中C原子总数 ΔNi=各种结构和物相修正系数

对叔丁基甲苯：N=11+（-1.173-0.031+0.012ln4-0.031+0.012ln1)=9.78 ?HC(l)??196.98?610.13N=-6165.05kJ/mol=-4.159×104kJ/kg 对叔丁基苯甲酸：N=11+(-1.173-0.013+0.012ln4-1.038)=8.79

?HC(S)??206.21?606.56N=-5537.87kJ/mol=-3.107×104kJ/kg 过程如下：

ΔH170℃原料170℃产物ΔH1ΔH325℃原料ΔH225℃产物 ?H1??mcp?t?2543.4×2.34×（25—170）+823.3×0.9183×10-3×（25—170）

=—8.63×105 KJ

?H2?Q对叔丁基苯甲酸的燃烧热?Q水的燃烧热-Q对叔丁基甲苯的燃烧热-3/2Q氧气的燃烧热

=-3.107×104×3027.4-(-4.159×104)×2518.0

=1.066×103KJ

2.193×（170—25）+306×4.174×（170—25） ?H3??mcp?t?3027.4× =1.148×106 kJ

?H??H1??H2??H3?—8.63×105 +1.066×103+1.148×106=2.86×105 kJ

由公式Q?mcp?t? 反应时间为18h，可计算出每小时所需热油循环量:m?Q/cp?=6406.8kg/h 4.1.3保温阶段

表4.2 常年运行工况允许的最大热损失

设备、管道及附件表面温度（℃）

允许最大热损失（W/m2）

50 58

100 93

150 116

200 140

250 163

表4.3 保温层平均温度Tm值

周围空气温度（℃）

100

25

70

介质温度（℃） 150 95

200 125

250 150

加热和反应过程都需要保温，保温阶段需要吸热量：

反应釜内反映温度为170℃，内插查得允许的最大热损失为125.6W/m2,平面型单层绝热层，在最大热损失下绝热层厚度的计算

?Ts?T?1? ???? (4.13?1)

??Q???s???? ??0.04?2 0 (4.13?2) 0.00?0T2m3?? 7? ?s??s'?6??1.163 (4.13?3)

Ts—管道或设备的外表面温度，无衬里时，取介质正常运行温度，℃；

T?—环境温度，室外保温，取历年的年平均值的平均值；

?? ?—绝热材料在平均温度下的热导率，W/(m·k)；

?s—绝热层外表面周围空气的放热系数，W/(m2·k)

?—绝热层厚度，m；

?Q?—绝热层外表面单位面积的最大允许热损失量，W/m2； Tm—保温层的平均厚度；查表4.3得Tm=107 ?s'—对保温 ?s'取11；W/(m2·k)

?—风速，取5m/s； 将数据代入公式得

170?251?)

125.6?s??0.042?0.00023?（107-70）

???(?s?11?6?5?1.163?28.4w/(m?k)2??

求得 ??0.0505 ??0.05652，圆整后取??0.070。 平面型单层绝热结构的热损失量的计算

Q?Ts?T? 式中符号意义和单位同前 ?1???s将已知数据代入上式得

Q?170?25?102.02W/m2

0.071?0.050528.4

保温阶段：脱色釜的换热面积A=9.74m2，保温时间t=20h，所以保温阶段的热损失量为Q'?QA??102.02×9.74×20×3600=7.1541×104kj，则保温阶段所需的加热介质量为m?Q/cp?=1442.37kg/h 4.1.4冷却阶段 全部物料：170℃ 对叔丁基甲苯的放热量：

Q1?MCP?t=917.4×2.34×（60—170）=-2.362×105 kJ

60℃

对叔丁基苯甲酸的放热量：

Q2?MCP?t=3085.3×2.193×（60-170）=-7.443×105kJ

放热总量：Q?Q1?Q2=-9.805×105 kJ

反应结束后，切换冷油。选择的冷却油还是YD―300系列热导油，令其进口温度为20℃，出口温度为50℃。中间加设冷凝器使热油循环进行冷却。基本数据如表4.4所示：

表4.4YD―300系列热导油技术参数

YD―300系列热导油

密度（㎏/m3） 20℃ 1005

50℃ 990

比热容（kJ/㎏·k） 20℃ 0.4321

50℃ 0.4540

导热系数（W/m·k） 20℃ 0.1055

50℃ 0.1042

20℃～50℃的平均密度为997.5kg/m3，平均比热容为0.4430kJ/(kg·k)，平均导热系数为0.1049w/(m·k)。由公式Q?mcp?t? 加热时间为1h，可计算出每小时所需热油循环量:m?Q/cp?t?=7.4×104kg/h

4.2 冷凝器

冷却水走壳程。冷却时间为反应时间18h，平均每小时冷却的水生成量： 306÷18=17 kg/h

冷介质（冷水）： 25℃ 40℃ 热介质（物料）：170℃ 50℃ 平均温度

冷水：（25+40）÷2=32.5 物料：（170+100）÷2=135 （100+50）÷2=75

水蒸汽物性数据：Cp1=1.866 kJ·kg-1·K-1 ρ1=0.2416 kg/m3 μ1=1.35×107mPa·s λL=0.0275W/(m·K) 水的物性数据：

Cp1=4.174 kJ·kg-1·K-1 ρ1=995.1 kg/m3 μ1=0.690 mPa·s λL=0.6293 W/(m·K)