原料量的计算

一、原料量的计算：设某一段时间内同时生产出Xkg间苯二胺产品、Ykg邻苯二胺产品和Zkg对苯二胺产品中含有29.38kg纯的混合二胺，则其中的纯的间苯二胺为24.48kg、纯的邻苯二胺为4.12kg、纯的对苯二胺为0.78kg，所以有：0.998X+0.002Z=24.48(1)0.998Y+0.002Z=4.12(2)0.001X+0.001Y+0.994Z=0.78(3)联立（1）（2）（3）式可解出：X=24.5275Y=4.1267Z=0.777由题目每小时生产的间苯二胺的量为：30000×103÷300÷24=4166.667kg/h则每小时生产纯混合二胺的量为：A=4166.667÷X×29.38则脱甲醇工序每小时的纯混合二胺原料的量为：B=A÷0.995÷0.995÷0.985则脱甲醇工序每小时的加氢反应液原料的量为：C=B÷0.2938即：C=4166.667÷24.5275×29.38÷0.995÷0.995÷0.985÷0.2938=17420.20kg/h精馏过程物料衡算：若输入原料液为100kg/h，则各物料的实际质量为：甲醇:50.52kg，水:19.88kg，催化剂:0.13kg，间苯二胺:24.48kg，邻苯二胺:4.12kg，对苯二胺:0.78kg，焦油等高沸物:0.09kg。设塔顶产品流量为D，塔底为W,三种二胺以及焦油和催化剂都不在塔顶出现，所以塔的物料衡算只对甲醇和水进行，因预先要考虑甲醇和三种二胺都各自损失0.5%变为同等质量的焦油，所以进料中水和甲醇的量的总和为：19.88+50.52×0.995=19.88+50.2674=70.1474对甲醇列物料衡算方程D×0.99+(70.1474－D)×0.001=50.2674解得D=50.76则W=100－50.76=49.24所以D=50.76kg/hW=49.24kg/h物料输入F输出D输出Wkg/hWt%kg/hWt%kg/hWt%甲醇50.267450.267450.248990.01940.0394水19.8819.880.5076119.372439.3393间苯二胺24.357624.357624.357649.4627邻苯二胺4.09944.09944.09948.3246对苯二胺0.77610.77610.77611.5758催化剂0.130.130.130.264焦油0.48950.48950.48950.994∑10010050.755610049.2444100模拟时把催化剂和焦油的量并入间苯二胺中，用于模拟输入的物料组成如下表物料输入Fkg/hWt%甲醇50.267450.2674水19.8819.88间苯二胺24.977124.9771邻苯二胺4.09944.0994对苯二胺0.77610.7761∑100100二、运用PROⅡ进行模拟：1、低压塔最小回流比模拟低压塔最小回流比Rmin的输入数据进料量F进料温度进料压力塔顶输出D塔顶压力单板压降塔板数进料板Kg/h℃KpaKg/hKpaKpa块第几块10030101.330.01105.330.00010099各物质质量百分数Wt%甲醇水间苯二胺邻苯二胺对苯二胺R=1.00050.2719.8824.984.0990.776通过调整回流比R，最终当R=0.670时塔顶甲醇的纯度大于且最接近99。然后保持该回流比不变，增加20块塔板的情况下，塔顶的纯度增加的很小，几乎不变。另外把R减小0.01，即使增加20块塔板，塔顶的纯度也不合格了，所以0.67是最小回流比。输出：最小回流比Rmin=0.6702、低压塔实际板数回流比R=1.3×0.670=0.87模拟低压塔塔实际板数输入数据进料量F进料温度进料压力塔顶输出D塔底输出W塔顶压力单板压降塔板数进料板Kg/h℃KpaKg/hKg/hKpaKpa块第几块10030101.3350.7649.24105.330.66710099各物质质量百分数Wt%甲醇水间苯二胺邻苯二胺对苯二胺回流比R=0.87050.2719.8824.984.0990.776通过调整塔板数和进料位置，当塔板数NT=18，进料位置为第12块板时计算说明书输出X1=0.99012,X18=0.00018025,X12=0.52164此时满足板数最少（减少一块板无论怎么调整进料位置塔顶或塔底均不满足分离要求）且满足分离要求。输出：NT=18进料位置为第12块板塔底再沸器的温度T再=110.5℃3、高压塔的压力和最小回流比模拟高压塔塔顶压力和最小回流比输入数据进料量F进料温度进料压力塔顶输出D塔顶压力单板压降塔板数进料板Kg/h℃KpaKg/hKpaKpa块第几块10030101.330.015000.00010099各物质质量百分数Wt%甲醇水间苯二胺邻苯二胺对苯二胺R=1.00050.2719.8824.984.0990.776先调整回流比当塔顶纯度满足分离要求大于且最接近99时，看塔顶冷凝器（即塔顶第一块板）的温度是否在比低压塔塔底再沸器高15~20℃，若不满足必须调整塔顶压强，然后再重复上述过程直到塔顶压力为780kpa最小回流比Rmin=1.108时塔顶冷凝器的温度T冷=127.5℃因T冷－T再=17℃在15℃和20℃之间所以压力符合要求。输出：塔顶压力为780kpa最小回流比Rmin=1.1084、高压塔实际板数回流比R=1.3×1.108=1.44模拟高压塔塔实际板数输入数据进料量F进料温度进料压力塔顶输出D塔底输出W塔顶压力单板压降塔板数进料板Kg/h℃KpaKg/hKg/hKpaKpa块第几块10030101.3350.7649.247800.66710099各物质质量百分数Wt%甲醇水间苯二胺邻苯二胺对苯二胺回流比R=1.4450.2719.8824.984.0990.776通过调整塔板数和进料位置，当塔板数NT=25，进料位置为第19块板时计算说明书输出X1=0.99005,X25=0.00025354,X19=0.56147此时满足板数最少（减少一块板无论怎么调整进料位置塔顶或塔底均不满足分离要求）且满足分离要求。输出：NT=25精料位置为第19块板由第2次和第4次模拟输出说明书可列表如下：编号QD(M.KJ/h)QW(M.KJ/h)TD(℃)TW(℃)TF(℃)PW(Kp)CPD(KJ/kg.℃)CPW(KJ/kg.℃)CPF(KJ/kg.℃)低压塔-0.10540.121865.7110.576.71162.8462.9222.738高压塔-0.11720.1537127.5179.8137.7795.343.4713.0692.738三、原料分配：设低压塔（1)进料为F1=100kg/h，高压塔（2）进料为F2=n×100kg/h则可列出n×Q2D=0.1×Q1W＋[Q1W－0.5×(CPW2＋CPW1)×(T2W－T1W)×n×W2]即：n×0.1172×106=0.1×0.1218×106＋[0.1218×106－0.5×(2.922＋3.069)×(179.8－110.5)×n×49.24]求得：n=1.0515所以：F’=F1’＋1.0515F1’即：17420.20=2.0515F1’求得：F1’=8491.57kg/hF2’=8928.63kg/h另外F1=100kg/hF2=105.15kg/h四、预热方案的选定说明：为了综合利用高压塔顶蒸汽潜热和塔底釜液的热量，本设计将高压塔塔顶蒸汽作为低压塔塔底再沸器的热源通入其再沸器（即低压塔再沸器是高压塔冷凝器），将高压塔釜液直接通入低压塔塔底将热量提供给低压塔后再随低压塔塔底产品一块排出。预热方案一：用低压塔塔顶产品对原料液一次预热，再用低压塔塔底产品对原料液进行二次预热，然后将原料液分为两股：一股直接进低压塔，另一股经过高压塔塔顶产品三次预热后进高压塔。其中，低压塔进料量为100kg/h，高压塔进料为105.15kg/h。计算：第Ⅰ预热器，热流体为：低压塔塔顶产品走壳程冷流体为：原料液走管程则可列出WD1×CPD1×△T=WF×CPF×△t其中WD1为低压塔塔顶产品流出量WD1=50.76kg/h△T=T1－T2=65.7－(30＋10)=25.7℃CPD1为低压塔塔顶产品比热容可从说明书表格读出CPD1=2.846KJ/kg.℃WF为原料液流量WF=F1＋F2=100＋105.15=205.15kg/hCPF为原料液比热容可从说明书表格读出CPF=2.738KJ/kg.℃△t=t1－t0=t1－30即50.76×2.846×25.7=205.15×2.738×(t2－30)求得t1=36.61℃第Ⅱ预热器，热流体为：低压塔塔底产品走壳程冷流体为：原料液走管程则可列出WW1×CPW1×△T=WF×CPF×△t其中WW1为低压塔塔底产品流出量WW1=（1＋1.0515）×49.24=101.02kg/h△T=T1－T2=110.5－(36.61＋10)=63.89℃CPW1为低压塔塔底产品比热容可从说明书表格读出CPW=2.922KJ/kg.℃WF为原料液流量WF=205.15kg/hCPF为原料液比热容可从说明书表格读出CPF=2.738KJ/kg.℃△t=t2－t1=t2－36.61即101.02×2.922×63.89=205.15×2.738×(t2－36.61)求得t2=70.18℃第Ⅲ预热器，热流体为：高压塔塔顶产品走壳程冷流体为：高压塔原料液走管程则可列出WD2×CPD2×△T=WF1×CPF×△t其中WD2为高压塔塔顶产品流出量WD2=50.76×1.0515=53.37kg/h△T=T1－T2=127.5－(70.18＋10)=47.32℃CPD2为高压塔塔顶产品比热容可从说明书表格读出CPD1=3.471KJ/kg.℃WF2为高压塔原料液流量WF2=F2=105.15kg/hCPF为原料液比热容可从说明书表格读出CPF=2.738KJ/kg.℃△t=t3－t2=t3－70.18即53.37×3.471×47.32=105.15×2.738×(t3－70.18)求得t3=100.63℃预热方案二：用低压塔塔顶产品对原料液一次预热，然后用低压塔塔底产品对原料液进行二次预热，最后用高压塔塔顶产品对原料液进行三次预热。预热完毕将原料液分为两股：低压塔进料量为100kg/h，高压塔进料为105.15kg/h。计算：第Ⅰ预热器，热流体为：低压塔塔顶产品走壳程冷流体为：原料液走管程则可列出WD1×CPD1×△T=WF×CPF×△t其中WD1为低压塔塔顶产品流出量WD1=50.76kg/h△T=T1－T2=65.7－(30＋10)=25.7℃CPD1为低压塔塔顶产品比热容可从说明书表格读出CPD1=2.846KJ/kg.℃WF为原料液流量WF=F1＋F2=100＋105.15=205.15kg/hCPF为原料液比热容可从说明书表格读出CPF=2.738KJ/kg.℃△t=t1－t0=t1－30即50.76×2.846×25.7=205.15×2.738×(t2－30)求得t1=36.61℃第Ⅱ预热器，热流体为：低压塔塔底产品走壳程冷流体为：原料液走管程则可列出WW1×CPW1×△T=WF×CPF×△t其中WW1为低压塔塔底产品流出量WW1=101.02kg/h△T=T1－T2=110.5－(36.61＋10)=63.89℃CPW1为低压塔塔底产品比热容可从说明书表格读出CPW1=2.922KJ/kg.℃WF为原料液流量WF=205.15kg/hCPF为原料液比热容可从说明书表格读出CPF=2.738KJ/kg.℃△t=t2－t1=t2－36.61即101.02×2.922×63.89=205.15×2.738×(t2－36.61)求得t2=70.18℃第Ⅲ预热器，热流体为：高压塔塔顶产品走壳程冷流体为：原料液走管程则可列出WD2×CPD2×△T=WF×CPF×△t其中WD2为高压塔塔顶产品流出量WD2=50.76×1.0515=53.37kg/h