吉林化工学院化工原理课程设计
第二章 热量衡算
2.1相关介质的选择 2.1.1加热介质的选择
选用饱和水蒸气，温度140℃,工程大气压为3.69atm。
原因：水蒸气清洁易得，不易结垢，不腐蚀管道。饱和水蒸气冷凝放热值大，而水蒸气压力越高，冷凝温差越大，管程数相应减少，但水蒸气压力不宜太高。 2.1.2冷凝剂
选冷却水，温度20℃，温升15℃。
原因：冷却水方便易得，清洁不易结垢，升温线越高，用水量越小，但平均温差小，传热面积大，综合考虑选择15℃。 2.2蒸发潜热衡算
表2—1苯—甲苯的蒸发潜热与临界温度
物质 苯 甲苯
沸点0C 80.1 110.63
蒸发潜热KJ/Kg
394 363
临界温度TC/K
288.5 318.57
2.2.1 塔顶热量
QC?(R?1)?D?(IVD?ILD)
其中 IVD?ILD?XD ??HVA(1??X)D??HVB1?Tr20.38 ?HV2??HV1?()
1?Tr1则: tD?80.480C 苯:
Tr2?(80.48?273.15)/288.5?1.23Tr1?(80.1?273.15)/288.5?1.22
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蒸发潜热?HV2??HV1?(1?Tr20.381?1.230.38)?394?()?400.71kJ/kg 1?Tr11?1.22甲苯:
Tr2?(80.48?273.15)/318.57?1.11Tr1?(110.63?273.15)/318.57?1.2 蒸发潜热?HV2??HV1?(
1?Tr20.381?1.110.38)?363?()?289.23kJ/kg 1?Tr11?1.2
MD?44.79kg/molD?MD?D?44.79?78.39?3511.09kJ/kg'IVD?ILD?XD??HVA?(1?XD)??HVB ?0.98?400.71?(1?0.98)?289.23
?386.92kJ/kgQC?(R?1)?D'?(IVD?ILD) ?3.78?3511.09?386.92
?5.14?106kJ/kg2.2.2 塔底热量
QC?(R?1)?D?(IVD?ILD)
其中 IVD?ILD?XD ??HVA(1??X)D??H1?Tr20.38 ?HV2??HV1?()
1?Tr1VB则: tW?109.60C 苯:
Tr2?(109.6?273.15)/288.5?1.33Tr1?(80.1?273.15)/288.5?1.22 蒸发潜热?HV2??HV1?(
1?Tr20.381?1.330.38)?394?()?454.28kJ/kg 1?Tr11?1.22甲苯:
Tr2?(109.6?273.15)/318.57?1.2015Tr1?(110.63?273.15)/318.57?1.204724
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蒸发潜热?HV2??HV1?(1?Tr20.381?1.20150.38)?363?()?360.83kJ/kg 1?Tr11?1.2047
MW?91.88kg/molD?MW?W?91.88?55.21?5072.69kJ/kg'IVD?ILD?(1?XD)??HVB?XD??HVA?(1?0.02)?360.83?0.02?454.28?344.53kJ/kgQC?(R?1)?D'?(IVD?ILD) ?3.78?5072.69?344.53
?6.61?106kJ/kg2.3焓值衡算
由前面的计算过程及结果可知：塔顶温度tD?80.48℃，塔底温度tw?109.6℃，进料温度tF?99.20℃。
tD?80.48℃下: Cp1=99.14KJ/(kmol?K) Cp2=124.36KJ/(kmol?K)
Cp??CP1?xD?CP2?(1?xD)
?99.14?0.92?124.36?0.08?101.16KJ/(kmol?K)
tw?109.6℃下：CP1?106.93KJ/(kmol?K) CP2?133.50KJ/(kmol?K)
CPW?CP1?xW?CP2?(1?xW)
?106.93?0.05?133.50?0.95 ?132.17 KJ/(kmol?K)
tD?80.48℃下：?1?393.18KJ/kg ?2?378.63KJ/kg
???1xD??2(1?xD)?393.18?0.92?378.63?0.08 ?392.02KJ/kg塔顶MD?M1xD?M2(1?xD)?78.11?0.92?92.13?0.08?79.23kg/kmol (1)0℃时塔顶气体上升的焓QV
塔顶以0℃为基准。
QV?V?CP?tD?V???MD
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?117.71?101.16?81.25?117.71?393.02?79.23?4623530.45KJ/h
(2)回流液的焓QR
注：此为泡点回流，据t-x-y图查得此时组成下的泡点tD,用内插法求得回流液组成下的tD’， tD’=80.5℃。得到此温度下：CP1=99.14KJ/(kmol?K) CP2=124.36KJ/(kmol?K)
CP?CP1?xD?CP2?(1?xD)
?99.14?0.92?124.36?0.08
?101.16KJ/(kmol?K)注：回流液组成与塔顶组成相同。
'QR?L?CP?tD
?83.69?101.16?80.5 ?689985.50KJ/h
(3)塔顶馏出液的焓QD
?因馏出口与回流口组成一样，所以CD?101.16KJ/(kmol?K)
QD?D?CD?tD
?34.02?101.16?81.25?279618.89KJ/h
(4)冷凝器消耗的焓QC QC=QV-QR-QD
=4623530.45-689985.50-279618.89 =3653925.96KJ/h
(5)进料口的焓QF
tF?99.20℃下：CP1=103.70KJ/(kmol?K) CP2=129.71KJ/(kmol?K)
CP?CP1?xF?CP2?(1?xF)
?103.70?0.389?129.71?(1?0.389)
?119.59KJ/(kmol?K)所以 QF?F?CP?tF
?80?119.59?96.35
?921799.72KJ/h(6)塔底残液的焓QW
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QW?W?CW?tW
?45.98?132.17?108.0
?656335.07KJ/h(7)再沸器QB(全塔范围内列衡算式)
塔釜热损失为10%，则?=0.9
设再沸器损失能量Q损=0.1QB，QB+QF=QC+QW+Q损+QD 加热器实际热负荷
0.9QB=QC+QW+QD-QF
=3653925.96+656335.07+279618.89-921799.72 =3668080.20
QB=3668080.20/0.9=4075644.72KJ/h 项目 进料 冷凝器 — 塔顶馏出液 塔底残液 101.16 132.17 再沸器 — 平均比热 119.59 kJ/(kmol?K) 热量kJ/h
921799.72 3653925.96 279618.89 656336.07 4075644.72 27