能量衡算

武汉理工大学《年产140吨酮基布洛芬缩合过程工艺设计》能量衡算查化工手册及Missenard法估算的25℃时各物质Cp值Missenard法Cp=∑niCiM式中：M—化合物摩尔质量Kg/Kmolni—分子中i种基团个数Ci—i种基团的摩尔热熔J/（mol·℃）对于有传热要求的设备，其热量平衡方程式为：Q1＋Q2＋Q3=Q4＋Q5＋Q6式中Q1—物料带入到设备的热量kJ；Q2—加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量kJ；Q3—过程热效应kJ；Q4—物料离开设备所带走的热量kJ；Q5—加热或冷却设备所消耗的热量kJ；Q6—设备向环境散失的热量kJ。热量衡算是一般建议以273K为基准温度，以液态为基准物态。武汉理工大学《年产140吨酮基布洛芬缩合过程工艺设计》各物质的Cp值一览项目物质Cp（kJ/(kg·℃)）25℃35℃75℃A1.6571.6871.742BClCH2COOC3H7-i1.6511.7751.867C1.6751.6751.675D1.7581.7271.878EH2O4.1784.1784.178F40%NaOH3.437GHCl2.763（25%）0.8（纯）0.8（纯）HCO20.8370.8560.856I苯醇1.9712.1552.32J1.7301.7621.892KNaCl0.870.870.87L1.7251.7991.92M2.5452.5832.762N1.220（一）、缩合过程1、Q1与Q4的计算Q1（或Q4）=∑𝑚𝐶𝑝（𝑡1−𝑡0）武汉理工大学《年产140吨酮基布洛芬缩合过程工艺设计》m——物质的质量KgCp——个物质的比热容kJ/(kg•℃)t0、t1——进料与出料温度℃(1)Q1的计算，设进料时温度25℃异丙醇纳：Q11=716.54*25*1.675/8=3750.64KJ苯：Q12=888.32*25*1.758/8=4880.21KJ苄酮：Q13=241.77*25*1.657/8=1251.92KJ氯乙酸异丙酯：Q14=318.60*25*1.651/8=1643.48KJ则每小时输入设备的物料带入的热量Q1Q1=Q11+Q12+Q13+Q14=11526.25KJ(2)Q4的计算，设出料时温度35℃中间产物带出的热量:Q41=465.59*35*1.725/8=3513.75KJ异丙醇:Q42=64.97*35*2.219/8=630.74KJNaCl:Q43=63.34*35*0.87/8=241.09KJ氯乙酸异丙酯:Q4=170.80*35*1.651/8=1251.64KJ异丙醇纳:Q45=627.75*35*1.675/8=4600.23KJ苯:Q46=888.32*35*1.758/8=6832.29KJ则每小时输出设备的物料带出的热量Q4Q4=Q41+Q42+Q43+Q44+Q45+Q46=17069.81KJ2、Q3的计算+（CH3）2CHOH+NaCl武汉理工大学《年产140吨酮基布洛芬缩合过程工艺设计》(1)苄酮qcθ=109.07n+∑𝑘𝛥,燃烧时，n=72所以，∑𝑘𝛥=-14.6-14.6+27.2=-2则qc1θ=109.07*72-2=7851.04KJ/mol(2)氯乙酸异丙酯n=24则，∑𝑘𝛥=-32.2+69.036=36.84qc2θ=109.07*24+36.84=2654.52KJ/mol(3)中间产物∑𝑘𝛥=-14.6-14.6+69.036+27.2=67.036qc3θ=109.07*96+67.036=10537.76KJ/mol(4)异丙醇n=18∑𝑘𝛥=27.2qc4θ=109.07*18+27.2=1990.46KJ/mol以下是根据上述反应物所对应的元素标准燃烧热值的求解（1）苄酮∑𝑛qce1θ=15*395.14+14*143.18+0=7931.77KJ/mol则标准生成热qf1θ=∑𝑛qce1-qc1θ=7931.77-7851.04=80.73KJ/mol（2）氯乙酸异丙酯∑𝑛qce2θ=5*395.4+9*143.18+0+165.80=3435.75KJ/mol武汉理工大学《年产140吨酮基布洛芬缩合过程工艺设计》则标准生成热Qf2θ=∑𝑛qce2-qc2θ=3435.75-2654.52=781.23KJ/mol（3）中间产物∑𝑛qce3θ=20*395.14+22*143.18+0=11052.96KJ/mol则标准生成热Qf3θ=∑𝑛qce3-qc3θ=11052.96-2654.52=515.2KJ/mol（4）异丙醇∑𝑛qce4θ=3*395.14+8*143.18+0=2330.89KJ/mol则标准生成热Qf4θ=∑𝑛qce4-qc4θ=2330.89-1990.46=340.43KJ/mo（5）NaCl标准生成热Qf5θ=98.23*4.187=411.29KJ/mo综上所诉物质热力学数据，对qrθ与qrt得值及化学反应热θr的求解qrθ=∑𝑣qfθ=-80.73-781.23+515.2+340.43+411.29=404.96Kj/mol则qrt=qrθ-（t-25）（∑𝑣qf）KJ/mol=404.96-（35-23）（-1.657-1.651-1.675-1.758+1.725+2.219+0.87）+424.23KJ/mol则θr=qrt*GA/MA=424.23*208.78/8/210=52.72KJ/molQ3=θr=52.72KJ/mol3、Q5与Q6和的计算按工艺流程要求，可以有Q5+Q6=(5%~10%)（Q5+Q6+Q4）武汉理工大学《年产140吨酮基布洛芬缩合过程工艺设计》取Q5+Q6=10%（Q5+Q6+Q4）则Q5+Q6=Q4/9=17069.81/9=1896.65KJ4、Q2的计算Q2=Q4+Q5+Q6-Q1-Q3=1896.65+17069.81-11526.25-52.72=7387.49KJ缩合过程能量衡算一览表输入输出符号项目名称热量/KJ符号项目名称热量/KJQ1原料输入热量Q11异丙醇钠3750.6411526.25Q4出料带出的热量Q41中间产物3513.7517069.81Q12苯4880.21Q42异丙醇630.74Q13苄酮1251.92Q43氯化钠241.09Q14氯乙酸异丙酯1643.48Q44氯乙酸异丙酯1251.64Q2冷却剂供给设备的热量7387.49Q45异丙醇钠4600.23Q3过程热效应52.72Q46苯6832.29Q5加热或冷却设备所需热量1896.65Q6设备散失的热量（二）、水解脱羧（反应温度70℃）1、Q1与Q4的计算（1）Q1的计算，缩合反应完成后的产物以35℃进料，其他产物以25℃进料40%NaoH：Q10=200.8*25*3.437/8=2156.72KJ水：Q11=1031.44*25*4.178/8=13466.74KJ25%HCl：Q12=260.34*25*2.763/8=2247.87KJ苯（25℃）：Q13=531.81*25*1.758/8=2921.63KJ武汉理工大学《年产140吨酮基布洛芬缩合过程工艺设计》中间产物带出的热量:Q14=465.59*35*1.725/8=3513.75KJ异丙醇:Q15=64.97*35*2.219/8=630.74KJNaCl:Q16=63.34*35*0.87/8=241.09KJ氯乙酸异丙酯:Q17=170.80*35*1.651/8=1251.64KJ异丙醇钠:Q18=627.75*35*1.675/8=4600.23KJ苯:Q19=888.32*35*1.758/8=6832.29KJ则每小时输入设备的物料带入的热量Q1Q1=Q0+Q11+Q12+…+Q18+Q19=37862.77KJ（2）Q4的计算，设出料时温度70℃苄醛:Q41=230.41*70*1.892/8=3487.83KJCO2:Q42=36.84*70*0.83718/8=269.86KJ异丙醇:Q43=126.69*70*2.21918/8=2460.04KJ苯:Q44=（531.81+888.32）*70*1.758/8=21845.15KJ氯乙酸异丙酯:Q45=170.80*70*1.651/8=2467.42KJNaCl溶液:Q46=（1383.319+180.81）*70*0.87/8=12148.10KJ则每小时输出设备的物料带出的热量Q4Q4=Q41+Q42+Q43+Q44+Q45+Q46=42678.40KJ2、Q3的计算+H2o+CO2+苄醛的生成热∑𝑘𝛥=-14.6-14.6+54.4=25.2武汉理工大学《年产140吨酮基布洛芬缩合过程工艺设计》Qc1θ=109.07n+∑𝑘𝛥（n=46）=109.07*46+25.2=5042.42KJ/mol则qf1θ=8613.28-5042.42=3570.86KJ/mol查化工手册得水的生成热qf2θ=285.9KJ/molCO2的生成热qf3θ=340.43KJ/mol由缩合过程计算得：中间产物生成热：Qf4θ=515.2KJ/mol异丙醇生成热Qf5θ=340.43KJ/mol综上所诉物质热力学数据，对qrθ与qrt得值及化学反应热θr的求解qrθ=∑𝑣qfθ=-515.2-285.9+3570.9+3570.86+393.5+430.43=3503.69Kj/mol则θr=qrt*GA/MA=3503.69*38.66/8/44=384.8KJ/molQ3=θr=384.8KJ/mol3、Q5与Q6和的计算按工艺流程要求，可以有Q5+Q6=(5%~10%)（Q5+Q6+Q4）取Q5+Q6=10%（Q5+Q6+Q4）则Q5+Q6=Q4/9=42678.40/9=4742.04KJ4、Q2的计算Q2=Q4+Q5+Q6-Q1-Q3=9172.87KJ水解脱羧过程能量衡算一览表输入输出符号项目名称热量/KJ符号项目名称热量/KJQ1原料输入热量Q1040%NaOH2156.7237862.77Q4出料带出的热量Q41苄酮3487.8342678.4Q11水13466.74Q42CO2269.86Q1225%HCl2247.87Q43异丙醇2460.04Q13苯（25℃）2921.63Q44苯21845.15武汉理工大学《年产140吨酮基布洛芬缩合过程工艺设计》Q14中间产物3513.75Q45氯乙酸异丙酯2467.42Q15异丙醇630.74Q46NaCl溶液12148.1Q16Nacl241.09Q2冷却剂供给设备的热量9172.87Q17氯乙酸异丙酯1251.64Q3过程热效应384.80Q18异丙醇钠4600.23Q5加热或冷却设备所需热量4742.04Q19苯6832.29Q6设备散失的热量（三）、初蒸过程（起始温度25℃，控制温度90℃）1、Q1与Q4的计算（1）Q1的计算苯：Q11=（2476.78-214.51-186.85）*1.758*25/8=11401.84KJ苄醛：Q12=214.51*1.730*25/8=1159.69KJ残液：Q13=186.85*1.832*25/8=1069.71KJ则每小时输入设备的物料带入的热量Q1Q1=Q11+Q12+Q13=13631.24KJ（2）Q4的计算(苯90℃是为气态，Cp为1.286KJ/kg·℃)苯（蒸汽）：Q41=（2476.78-214.51-186.85）*1.286*90/8=30026.12KJ苄醛：Q42=214.51*1.892*90/8=4565.84KJ残液：Q43=186.85*1.859*90/8=3907.73KJ则每小时输出设备的物料带出的热量Q4Q4=Q41+Q42+Q43=38499.70KJ2、Q3的计算苯的汽化热：Qr=-（2476.78-214.51-186.85）*380.9988/8=-98841.57KJ武汉理工大学《年产