A. 混苯制備
苯的制備是一個基礎有機化學過程，涉及到多種反應以生成不同的衍生物，這些衍生物在工業和科研領域具有廣泛應用。硝化、磺化和鹵化是苯制備中常見的反應類型。首先，苯通過與硝酸和硫酸的混合物進行硝化反應生成硝基苯。硝基苯進一步還原生成重要的染料中間體苯胺。此外，苯磺化反應生成苯磺酸，後者常用於合成苯酚，顯示了苯的多元用途。在三氯化鐵的催化作用下，苯與氯反應生成氯苯，該產物是多種中間體的前體。最後，通過無水三氯化鋁等催化劑的存在下，苯與乙烯、丙烯或長鏈烯烴作用生成乙苯、異丙苯或烷基苯，這些產物在有機合成中具有廣泛的應用前景。
在硝化過程中，苯與硝酸和硫酸的混合物反應，生成硝基苯。硝基苯在還原條件下轉化為苯胺，為合成染料提供了關鍵的中間體。在磺化反應中，苯與硫酸作用生成苯磺酸，這一過程可進一步合成苯酚，展示了苯在精細化學品合成中的重要地位。三氯化鐵的催化作用使得苯與氯反應，生成氯苯，該產物作為中間體廣泛應用於醫葯、農葯和塑料等行業。無水三氯化鋁等催化劑的存在下，苯與不同的烯烴反應生成一系列烷基苯衍生物，如乙苯和異丙苯，這些產物在燃料添加劑、聚合物單體和香料合成等領域具有重要應用。
總之，苯的制備通過硝化、磺化和鹵化等反應，生成了多種重要的有機化合物。這些衍生物在染料、醫葯、塑料、精細化學品等多個領域發揮著關鍵作用，體現了苯作為基礎化學品在現代工業中的重要價值。
B. 制備對硝基乙苯產生副產物產生原因
乙苯發生硝化反應時，可能發生在苯環上與乙基相鄰的位置，所以產生副產物。
目前制備對硝基苯甲酸主要有兩種方法：一是由對硝基甲苯為原料，在硫酸存在下，於55℃以重鉻酸鈉進行氧化反應，生成對硝基苯甲酸反應液，反應液經過濾、離心脫水、水洗乾燥，即得成品。二是對硝基乙苯催化氧化產生的副產物，副產物經適當處理可以得到79％左右的對硝基苯甲酸。
4-硝基乙苯，是一種有機化合物，化學式為C?H?NO?，為無色或淡黃色油狀液體，不溶於水，溶於乙醇、乙醚等多數有機溶劑。
C. 物料衡算式中用氣體或液體總摩爾流量可以嗎
第三章 物料衡算和能量衡算
化工過程的物料衡算和能量衡算,是利用物理與化學的基本定律,對化工過程單元及化工過程單元系統的物料平衡與能量平衡進行定量的計算.
通過計算,從中找出主副產品的生成量,廢物的排出量,確定原材料的消耗與定額,確定各物流的流量,組成和狀態,確定每一設備內物質轉換與能量傳遞速度.
從而為確定操作方式,設備選型以及設備尺寸的確定,管路設施與公用工程的設計提供依據.
第一節 物料衡算的原理,方法和程序
一,物料衡算的基本原理
1.物料衡算的目的:
通過物料衡算可以確定:
(1)原材料消耗定額,判斷是否達到設計要求.
(2)各設備的輸入及輸出的物流量,摩爾分率組成及其他組成表示方法.
(3)作為熱量計算的依據.
(4)根據計算結果繪出物流圖,可進行管路設計及材質選擇,儀表及自控設計等.
2.物料衡算的依據
(1)設計任務書中確定的技術方案,產品生產能力,年工作時及操作方法.
(2)建設單位或研究單位所提供的要求,設計參數及實驗室試驗或中試等數據,主要有:
①化工單元過程的主要化學反應方程式,反應物配比,轉化率,選擇性,總收率,催化劑狀態及加入配比量,催化劑是否回收使用,安全性能等.
②原料及產品的分離方式,各步的回收率,採用物料分離劑時,加入分離劑的配比.
③特殊化學品的物性,如沸點,熔點,飽和蒸汽壓,閃點等.
(3)工藝流程示意圖.
二,物料衡算的基本方法
1.物料平衡的方程
物料衡算的理論依據是質量守恆定律.
對於任一化工過程單元或過程單元系統,均服從質量守恆定律.
可寫出如下物料平衡方程:
該式在下列情況下可簡化:
(1)穩定操作過程 (Fi-F0)+(DP-Dr)=0
(2)系統內無化學反應 Fi-F0 =W
(3)系統內無化學反應的穩定操作過程
Fi-F0 =0
對於沒有化學反應的過程,一般只列寫各組分的衡算方程,只有涉及化學反應時,才列出各元素的衡算方程.
2.物料衡算的基準
進行物料衡算時,必須選擇一計算基準,並在整個運算中保持一致.
(1)時間基準
對於連續操作過程,選用單位時間作為基準是很自然的,單位時間可取1d,1h,或1s等.
(2)批量基準
對於間歇操作過程,按投入一批物料的數量為基準,最為方便.
(3)質量基準
可取某一基準物流的質量為100kg,然後計算其它物流的質量.
(4)物質的量基準
對於有化學反應的過程,由於化學反應是按摩爾進行的,因此用物質的量基準更為方便.
(5)標准體積基準
對於氣體物料,可採用標准體積基準,其實質與物質的量基準相同.
三,物料衡算的基本程序
(1)確定衡算的對象和范圍,並畫出計算對象的草圖.
(2)確定計算任務
(3)確定過程所涉及的組分,並對所有組分依次編號.
(4)對物流流股進行編號,並標注物流變數.
(5)收集數據資料 數據資料包括兩類:一類為設計任務所規定的已知條件;另一類為與過程有關的物理化學參數.具體如下:
①生產規模和生產時間
②有關的定額的技術指標
③原輔材料,產品,中間產品的規格
④與過程有關的物理化學參數.
(6)列出過程的全部獨立物料平衡方程式及其相關約束式
對於有化學反應發生的要寫出其化學反應方程式,明確反應前後的物料組成和各個組分之間的定量關系,必要時應指出其轉化率和選擇性,為計算做准備.
約束式分為兩類:
(I)分數約束式
當一般物流的組成用摩爾分數或質量分數表示時,有下式成立:
式中xij 第j組分在第i股物流中的摩爾分數;
Ns 物流的股數
Ne 物流組分數
(II)設備約束式
常見的設備約束式有:
①進料比為一常數
②兩股物流具有相同的組成
③相平衡常數
④化學平衡常數
⑤化學反應過程中的轉化率,選擇性或其他限度.
(7)選擇計算基準
(8)統計變數個數與方程個數,確定設計變數的個數及全部設計變數.
(9)整理並校核計算結果
(10)繪制物料流程圖,編寫物流表
上述步驟可歸納如下:
①陳述的問題
②列出可獲得的數據
③畫出衡算方框圖
④對物流流股及各組分編號
⑤確定衡算范圍
⑥建立系統各參數的基準
⑦建立各組分和總物料的衡算方程
⑧解析方程
⑨校核計算結果
⑩繪制物料流程圖,編寫物流表
第二節 連續過程的物料衡算
對於連續過程,在正常操作條件下一般是穩態過程,體系內無物料積累.將穩態過程以各物流的總流量Fi及組成xij表示,則有:
式中Fi 第i股物流物質的量的流量,流入為正,
流出為負
xij 第j組分的第i股物流中的摩爾分數
vjm 第j組分的第m個化學反應中的化學計量系數,
生成物為正,反應物為負,惰性組分為零.
rm 第m個化學反應的反應速率
Nr 過程中所包含的化學反應個數
一,非反應過程的物料衡算
對於非反應的連續穩態過程,上式可簡化為:
常見物理過程的物料衡算
1.混合
2.連續蒸餾
3.增濕
4.氣體混合物部分冷凝
5.液體混合物部分汽化
6.閃蒸
7.物理吸收
8.提濃
二,反應過程的物料衡算
對於包括有化學反應的物料計算舉例說明其衡算過程與步驟.
例3-1:P46
三,間歇反應釜中的物料衡算
在進行反應釜的物料衡算時,往往需要用到轉化率和收率的數據.
轉化率是針對主要原料而言的,,即主要原料在主反應和副反應中反應掉的摩爾數與其加入的摩爾數之比的百分率成為轉化率.
收率則是針對主產物而言的,主產物實際得量的摩爾數與其理論得量的摩爾數之比的百分率稱為收率.
收率通常小於轉化率.
例:乙苯用混酸硝化,原料(工業用)乙苯的純度為95%,混酸中(HNO332%,H2SO456%,H2O12%),HNO3過剩率(HNO3過剩量與理論消耗量之比)為0.052,乙苯的轉化率99%,轉化為對,鄰,間位分別為52%,43%和4%,若年產300噸對硝基乙苯,年工作日300天,試以一天為基準作硝化反應的物料衡算.
解:1)每天應生產的對硝基乙苯的量為:
300× 1000/300=1000kg
(2)每天需投料乙苯:
(純乙苯)
X=1351/0.95=1422kg(工業品)
(3)每天副產鄰,間位硝基乙苯:
(4)每天需投料的混酸:
(5)反應消耗乙苯:1351X0.99=1337.5kg
剩餘乙苯:1351-1337.5=13.5kg
(6)反應消耗HNO3:
剩餘HNO3:843.7-793.9=49.8kg
(7)反應生成的H2O:
最後將物料衡算列成表格:
作業題:
3.含有苯(B),甲苯(T),二甲苯(X)分別為50%,30%,20%的混合物,以30000kg/d的流量進入一個由兩座精餾塔組成的分離系統,流程及賦值見圖.已知52%(質量)自塔Ⅰ 頂部流出,物流3中所含的苯有75%(質量)自塔Ⅱ頂部流出.計算所有未知物流變數.
第三節 能量衡算
一,基本原理
能量衡算是化工設計中極其重要的組成部分,熱力學第一定律是能量衡算的依據.
能量是熱能,電能,化學能,動能,輻射能的總和.
物料衡算則是能量衡算的基礎.
化工生產中最常用的能量形式為熱能,故化工設計中經常把能量計算稱為熱量計算.
通過熱量衡算可以確定傳熱設備的的熱負荷,以此為設計傳熱型設備的形式,尺寸傳熱面積等,並為反應器,結晶器塔式設備,壓縮系統分離設備及各種控制儀表等提供參數,以確定單位產品的能耗指標;同時也為非工藝專業設計提供設計條件做准備.
能量衡算的一般步驟與物料衡算相同,亦包括組分編號,畫計算簡圖,列寫方程式與約束式,求解方程組及結果整理等若干步驟.
由於能量衡算是以物料衡算為基礎的故其方程與約束式包括物料衡算所需的全部方程與約束式,再加上能量平衡方程與質量焓值方程.
能量平衡的變數除包括描述物料平衡問題的全部變數外,還包括:
(1)每股物流的溫度Ti壓力pi與質量焓Hi
(2)該過程所涉及的熱流與非體積功流.
對於一個過程單元,若每股物流中有NC個組分,是該過程單元能量平衡問題所涉及的變數個數:
NV=NS(NC+4)+Nq+NW+NP
二,普遍能量平衡方程式
將熱力學第一定律應用於敞開體系,可導出在普遍條件下適用的普遍能量平衡方程.
假定進入體系的物料為一微分量的質量δ m1,其單位質量的物料所具有的總能量為E1,平均流速為u1,壓力為p1,內能為U1,該流體處於距基準面z1的高度處.同樣,流出體系的參數用下標"2"表示.
對於敞開體系,若體系內沒有化學反應發生,對體系進行質量平衡有:
對敞開體系進行能量平衡有:
即:
式中dmS為體繫纍積的質量;下標"syst"表示體系;體系吸熱Q取正值,體系對外做功W取正值;反之,取負值.
由於δ W是體系與環境所交換的功,他包括與環境交換的軸功δ Ws和流動功δ Wf,因此:
將δ W代入上式,得到:
三,封閉體系的能量平衡方程式
封閉體系是指體系與環境之間的界面,只有能量交換,而無物質傳遞的體系.
將上式簡化,對於單位質量體系有:
四,穩定流動體系的能量平衡方程式
穩定流動體系是指物料連續的通過設備,進入和流出的質量流率在任何時刻都完全相等,體系中人一點的熱力學性質均不隨時間而變,體系沒有質量和能量的積累,於是上式簡化為:
或寫成:
在化工生產中,絕大多數過程都屬於穩流過程,在應用能量平衡方程的幾種常見的情況:
(1)體系在設備進出口之間的動能變化,位能變化與焓變相比較,其值很小,可以忽略.則
(2)當流體流經管道,閥門等設備時,體系與環境沒有功的交換,而進出口的動能與位能變化可忽略,則
(3)流體經節流膨脹,絕熱反應等過程,體系與環境無熱量交換,也不做功,動能,位能也不變化,則
(4)機械能量平衡方程
第四節 非反應過程的能量衡算
一,無相變體系的能量衡算
對於化工過程中的無相變,變溫,變壓過程,由熱量衡算式可知:
間歇過程或封閉過程
Q=Δ U
連續穩定流動過程
Q= ΔH
因此,要確定過程所需加入或取出的熱量,必須首先計算出ΔU或ΔH.
(一)利用熱容計算ΔU或ΔH
(1)恆容過程
式中n 物質的摩爾數
CV 恆容摩爾熱容
T1和T2 始溫和終溫
(2)恆壓過程
式中Cp 恆壓摩爾熱容.
(3)壓力對焓的影響
對理想氣體U和H只是溫度的函數,與壓力無關;對固體或液體,在恆溫變壓時, ΔU≈0, ΔH= ΔU+ Δ(PV)≈ VΔP;對於真空氣體,在低壓高溫情況下接近理想氣體;其他情況下,可根據氣體的焓校正圖加以校正.
(二)單相體系的能量衡算
由熱量衡算式Q= ΔH或Q=ΔU可以看出,如果體系的進料和出料的每個組分的焓都能直接從圖表中查得,則只需直接代入公式中計算ΔH或ΔU即可.
否則,要為每個組分選一參考態(溫度,壓力或相態),用已知的或估算的的熱容計算過程溫度下的焓,方可進行能量衡算.
二,相變體系的能量衡算
汽化和冷凝,熔化和凝固,升華和凝固這類相變過程往往伴有顯著的內能和焓的變化,這種變化常成為過程熱量的主體,不容忽視.
這里主要介紹建立和解算這類過程能量衡算的方法.
主要討論液氣間,固液間,固氣間的相變熱.
相變熱:在恆定的溫度和壓力下,單位質量或摩爾的物質發生相的變化時的焓變稱為相變熱.
三種相變的相變熱定義如下:
①汽化潛熱(ΔHV)當T和p不變,單位數量的液體汽化所需的熱量.
②熔化潛熱(ΔHm)當T和p不變,單位數量的固體熔化所需的熱量.
③升華潛熱(ΔHs)當T和p不變,單位數量的固體氣化所需的熱量.
許多純物質在正常沸點(或熔點)下的相變熱數據,可在手冊中查到,如果查到的數據,其條件不符合要求時,可設計一定的計算途徑來求算.
其中ΔH3是液體的焓變,忽略壓力對焓的影響:
ΔH4是溫度,壓力變化時的氣體焓變:
三,溶解與混合過程的能量衡算
(一)溶解熱和混合熱
(二)溶解與混合過程的能量衡算
當配製,濃縮,稀釋一種溶液時,要作熱量衡算,可列進,出口焓表,列表時將溶液看作是一種簡單的物質,還應列出溶質的量或流率,焓的單位是J/mol溶質.
第五節 化學反應過程的能量衡算
前面討論的無化學反應的能量衡算,主要就是計算進出口流股相對於參考態的焓,計算出焓差:
將ΔH代入能量衡算式即可.
當體系進行化學反應時,應將反應熱列入能量衡算式中.
反應體系能量衡算的方法按計算焓時的基準區分,主要有兩種.
一,以反應熱效應為基礎的計算方法
第一種基準:如果已知標准反應熱,則可選298K,101.3kPa為反應物及產物的計算基準.
對非反應物質另選適當的溫度為基準.
選好基準後,為了計算過程的焓變,可以畫一張表,將進出口流股中組分的流率ni和焓Hi填入表內,然後計算過程的ΔH.
ΔH的計算式為:
式中A 任意一種反應物或產物;
nAR 過程中生成或消耗A的物質的量,mol;
A A的化學計量系數.
二,以生成熱為基礎的計算方法
第二種基準:以組成反應物及產物的元素,在25℃,101.3kPa時的焓為零,非反應分子以任意適當的溫度為基準,也要畫一張填有所有流股組分ni和Hi的表,只是在這張表中反應物或產物的Hi是各物質25 ℃的生成熱與物質由25 ℃變到它進口狀態或出口狀態所需顯熱和潛熱之和.過程的總焓變即為:
第六節 實際過程的熱量衡算
一,設備的熱量平衡方程式:
(一)Q1與Q4
Q1與Q4均可有下式計算:
式中m 輸入(或輸出)設備的物料質量kg;
c 物料的平均比熱容kJ/kg·℃
t 物料的溫度℃
(二)Q5
消耗在加熱或冷卻設備上的熱量Q5,凡屬於間歇操作,開車,停車等,可按下式計算:
式中M 設備各部件的質量kg
c 設備各 部件的比熱容kJ/kg·℃
t1 設備各部件的初始溫度℃
t2 設備各部件的最終溫度℃
(三)Q6
設備向環境散失的熱量Q6可按下式計算:
式中A 設備散熱表面積m2
αT 設備散熱表面與周圍介質之間的
聯合給熱系數W/(m2·℃ )
tT 與周圍介質直接接觸的設備表面溫度℃
t0 周圍介質的溫度℃
τ 過程持續時間s .
(四)過程熱效應Q3
1.化學反應熱
2.狀態變化熱
相變熱,濃度變化熱(汽化熱,熔融熱,溶解熱,燃燒熱等)
二,加熱劑,冷卻劑及其他能量消耗的計算
(一)水蒸汽的消耗量
式中D 加熱蒸汽消耗量kg
Q2 由加熱蒸汽傳給所處理物料及設備
的熱量kJ
H 水蒸汽的熱焓kJ/kg
C 冷凝水比熱容,可取4.18kJ/kg ·℃
T 冷凝水溫度K
η 熱利用率,保溫設備取0.97-0.98;
不保溫設備取0.93-0.95.
(二)燃料的消耗量
式中B 燃料的消耗量kg
η 工業鍋爐的熱效率為0.6-0.92
QP 燃料的發熱值,無煙煤為
14600-29300kJ/kg.
(三)電能的消耗量
式中E 電能消耗量kWh
Q2 熱負荷kJ
η 電熱裝置的熱效率,一般為0.85-0.95.
(四)冷卻劑的消耗量
式中W 冷卻劑的消耗量kg
C 冷卻劑的平均比熱容kJ/kg·℃
Tk 冷卻劑的最終溫度K
TH 冷卻劑的最初溫度K
(五)壓縮空氣消耗量
式中P0 液面上方的壓強Pa;
H 壓送靜壓高度m
ρ 液體密度kg/m3
g 重力加速度;9.81m/s2
u 管內液體流速m/s
∑ξ 阻力系數總和
六,真空的抽氣量
式中VA 容器的容積 m3
τ 抽氣時間 h
PH 容器內初始壓強 Pa
PK 容器內最終壓強 Pa
三,實際過程的物料與熱量衡算
解:在圖中畫出系統外邊界及內邊界,列出已知條件,見表.
確定基準:1小時.
1.物料衡算:
按系統外邊界作衡算.
全系統衡算:W=12000-6050=5950kg
組分C的衡算:
WC=12000 × 0.14=1680kg
組分B的衡算: DB=6050 × 0.02=120kg
WB=0.36 × 12000-120=4200kg
組分A的衡算: DA=6050 × 0.98=5930kg
WA=12000 × 0.5-5930
=70kg
塔頂餾分流率: V=(R+1)D
=(2.32+1) × 6050=20090kg/h
2.熱量衡算:
按系統內邊界進行衡算.
由於系統的最低溫度為95 ℃ ,故可選用95 ℃為基準溫度,進而可作出各流股的焓流表.
通過計算後可再計算再沸器和冷凝器的熱負荷.
表3.19為各流股的焓流表:
F:氣液兩相進料 溫度140 ℃ 流量12000kg/h
顯熱:MCP(T-95)=12000× 2× 45
=1.08× 106kJ
潛熱:1/2ML=1/2× 12000× 400=2.40× 106kJ
∑ QF=3.48× 106kJ
W:液體 溫度160 ℃ 流量5950kg/h
顯熱:QW=MCP(T-95)=20090× 2× 65=7.74× 105kJ
液體無潛熱
V:氣體溫度100 ℃ 流量20090kg/h
顯熱:MCP(T-95)=20090× 2× 5=2.01× 105kJ
潛熱 :ML=20090× 400=8.036× 106kJ
∑ QV=8.237× 106kJ
3.計算熱負荷
1)輸入流股帶進的總熱量:
∑ Q1=再沸器輸入熱流量
+進料輸入熱流+迴流帶進熱流
2)輸出流股帶走的總熱量:
∑ Q2=再沸器帶走熱流量
+塔底出料帶走的熱流量
+塔頂蒸汽帶走的熱量
總熱量:∑ Q1= ∑ Q2
3)再沸器的熱負荷:
Q3=再沸器輸入熱流量-再沸器帶走熱流量
=塔底出料帶走的熱流量+塔頂蒸汽帶走
的熱量-進料輸入熱流-迴流帶進熱流
= QW + ∑ QV - ∑ QF
=5.53× 106kJ
4)冷凝器的熱負荷:
Q4=上升蒸汽熱流量-迴流熱流量-餾出液熱流量
=8.237 × 106kJ
習題課
一,物料衡算
1.物料衡算的目的:
通過物料衡算可以確定:
(1)原材料消耗定額,判斷是否達到設計要求.
(2)各設備的輸入及輸出的物流量,摩爾分率組成及其他組成表示方法.
(3)作為熱量計算的依據.
(4)根據計算結果繪出物流圖,可進行管路設計及材質選擇,儀表及自控設計等.
2.物料衡算的依據
(1)設計任務書中確定的技術方案,產品生產能力,年工作時及操作方法.
(2)建設單位或研究單位所提供的要求,設計參數及實驗室試驗或中試等數據,
(3)工藝流程示意圖.
3.物料平衡的方程
物料衡算的理論依據是質量守恆定律.
對於任一化工過程單元或過程單元系統,均服從質量守恆定律.
可寫出如下物料平衡方程:
4.物料衡算的基準
進行物料衡算時,必須選擇一計算基準,並在整個運算中保持一致.
(1)時間基準
對於連續操作過程,選用單位時間作為基準是很自然的,單位時間可取1d,1h,或1s等.
(2)批量基準
對於間歇操作過程,按投入一批物料的數量為基準,最為方便.
(3)質量基準
(4)物質的量基準
(5)標准體積基準
5.物料衡算的步驟:
①陳述的問題
②列出可獲得的數據
③畫出衡算方框圖
④對物流流股及個組分編號
⑤確定衡算范圍
⑥建立系統各參數的基準
⑦建立各組分和總物料的衡算方程
⑧解析方程
⑨校核計算結果
⑩繪制物料流程圖,編寫物流表
二,能量衡算
1.能量衡算的基本原理
熱力學第一定律是能量衡算的依據.
能量是熱能,電能,化學能,動能,輻射能的總和.
物料衡算則是能量衡算的基礎.
通過熱量衡算可以確定傳熱設備的的熱負荷,以此為設計傳熱型設備的形式,尺寸,傳熱面積等,並為反應器,結晶器,塔式設備,壓縮系統,分離設備及各種控制儀表等提供參數,以確定單位產品的能耗指標;同時也為非工藝專業設計提供設計條件做准備.
2,普遍能量平衡方程式
將熱力學第一定律應用於敞開體系,可導出在普遍條件下適用的普遍能量平衡方程.
假定進入體系的物料為一微分量的質量δ m1,其單位質量的物料所具有的總能量為E1,平均流速為u1,比體積為υ1 ,壓力為p1,內能為U1,該流體處於距基準面z1的高度處.同樣,流出體系的參數用下標"2"表示.
對於敞開體系,若體系內沒有化學反應發生,對體系進行質量平衡有:
對敞開體系進行能量平衡有:
即:
式中dmS為體繫纍積的質量;下標"syst"表示體系;體系吸熱Q取正值,體系對外做功W取正值;反之,取負值.
3,設備的熱量平衡方程式:
例:如圖所示,該塔的進料量F為12000kg/h,進料為氣液混合進料,氣液比為1:1,餾分D的流率為6050kg/h,料液和餾分的溫度分別為140℃及95℃,過熱蒸汽V為100℃,塔底組分溫度為160℃,所有組分的平均比熱容為cp=2kJ/kg· K,所有組分的潛熱為H=400kJ/kg,迴流比R=2.32,忽略熱量損失.求再沸器和冷凝器的熱負荷;若塔頂冷凝器的進出口溫度分別為20℃和60℃,總傳熱系數K取2500W/m2·K,估算冷凝器的面積.
3)再沸器的熱負荷:
Q3=再沸器輸入熱流量-再沸器帶走熱流量
=塔底出料帶走的熱流量+塔頂蒸汽帶走
的熱量-進料輸入熱流-迴流帶進熱流
= QW + ∑ QV - ∑ QF
=5.53× 106kJ
4)冷凝器的熱負荷:
Q4=上升蒸汽熱流量-迴流熱流量-餾出液熱流量
=8.237 × 106kJ
5)冷凝面積的計算:
T1=95 T 2=100 100
t1=20 t2=60 95
Δ t1 =95-20=75 60
Δ t2 =100-60=40 20
=55.7(℃)
Q=KA Δ tm
A=Q/KΔ tm
=8.237 × 109/(2500 × 3600 × 55.7)
=16.4(M2)
作業題
1.含有苯(B),甲苯(T),二甲苯(X)分別為50%,30%,20%的混合物,以30000kg/d的流量進入一個由兩座精餾塔組成的分離系統,流程及賦值見圖.已知52%(質量)自塔Ⅰ 頂部流出,物流3中所含的苯有75%(質量)自塔Ⅱ頂部流出.計算所有未知物流變數.
2.如圖所示,該塔的進料量F為1500kg/h,進料為氣液混合進料,氣液比為1:2,餾分D的流率為800kg/h,料液和餾分的溫度分別為110℃及70℃,過熱蒸汽V為90℃,塔底組分溫度為130℃,所有組分的平均比熱容為cp=1.5kJ/kg· K,所有組分的潛熱為H=200kJ/kg,迴流比R=2,忽略熱量損失.求再沸器和冷凝器的熱負荷;若塔頂冷凝器的進出口溫度分別為20℃和50℃,總傳熱系數K取2200W/m2·K,計算冷凝器的面積.
D. 以乙苯為原料合成氯黴素中間體的合成原理
對硝基苯乙酮的合成路線。以乙苯為原料經對硝基苯乙酮的合成路線的關鍵在於由乙苯經硝化和氧化制對硝基苯乙酮，對硝基乙苯在氧化劑（如高錳酸鉀、重鉻酸鉀等）的存在下被氧化，生成對硝基苯乙酮，乙苯與硝酸在適當的條件下發生硝化反應，生成對硝基乙苯，此法原料易得，收率較高，對設備要求較低，但乙苯硝化時產生的大量鄰位異構體的利用成為問題。