年产400吨四氟苯酸开环工段工艺设计
第四章 能量衡算 4.1能量衡算的概述
在化工生产中，有些过程需消耗巨大的能量，如蒸发、干燥、蒸馏等；而另一些过程则可释放大量能量，如燃烧、放热化学反应过程等。为了使生产保持在适宜的工艺条件下进行，必须掌握物料带入或带出体系的能量，控制能量的供给速率和放热速率。为此，需要对各生产体系进行能量衡算。能量衡算对于生产工艺条件的确定、设备的设计是不可缺少的一种化工基本计算。
化工生产的能量消耗很大，能量消耗费用是化工产品的主要成本之一。衡量化工产品能量消耗水平的指标是能耗，即制造单位质量(或单位体积)产品的能量消耗费用。能耗也是衡量化工生产技术水平的主要指标之一。而能量衡算可为提高能量的利用率，降低能耗提供主要依据。通过能量衡算，可确定整个工艺系统的能耗是否符合设计合同的要求。
4.2能量衡算的基本原理
系统的能量衡算以能量守恒为理论基础，研究某一系统内各类型的能量的变化，即：
输入系统的能量=输出系统的能量+系统积累的能量 对于连续系统，有:
注：
Q — 设备的热负荷；
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W — 输入系统的机械能；
—离开设备的各物料焓之和； 进入设备的各物料焓之和。
4.3能量衡算任务
本项目的能量衡算以单元设备为对象，计算由机械能转换、化学反应释放能量和单纯的物理变化带来的热量变化。
（1）确定流程中机械所需的功率，为设备设计和选型提供依据。 （2）确定精馏各单元操作中所需的热量或冷量及传递速率，确定加热剂和冷剂的用量，为后续换热和公用工程的设计做准备。 （3）确定反应过程中的热交换量，指导反应器的设计和选型。 （4）最终计算出所需的能量和费用，判定工艺过程的经济性。
4.4换热设备的能量衡算
本方案能量包括热能，位能，动能，由于设备处于水平线上，所以忽略位能，在同一设备中速度相同，所以出入动能变化为零，所以能量=热能，即Q=ncp(t1?t2)
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以下为本方法的工艺流程图
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1）混合反应器1的能量衡算 计算公式Q=ncp(t1?t2)
反应物苯胺的热能：
Q=45.57*0.741*4.184*(150-120)=4238.48kJ反应物四氯邻苯二甲酸酐的热能： Q=91.52*0.386*4.184*(150-120)=4434.20kJ 产物四氯邻苯二甲酰亚胺的热能：
Q=113.2096*0.551*4.184*(150-120)=7829.73kJ 产物水的热能：Q=5.6448*4.258*(150-120)=721.07kJ 换热器1提供的能量：-121.88kJ 表4-1
名称 苯胺 四氯邻苯二甲酸酐 四氯邻苯二甲酰亚胺 水 换热器1供能 合计 定压热容kcal/Kg.℃ 0.741 0.386 0.551 1.018 输入热量kJ 4238.48 4434.20 8672.68 输出热量kJ 7829.73 721.07 121.88 8672.68
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2）氟代反应器的能量衡算 反应物四氯邻苯二甲酰亚胺的热能:
Q=113.2096*0.551*4.184*(150-120)=-7829.73kJ
反应物氟化钾的热能：Q=72.7552*0.199*4.184*(95-150)=-3331.76kJ 产物四氟邻苯二甲酰亚胺的热能：
Q=91.58288*0.627*4.184*(95-150)=-13214.08kJ
产物氯化钾的热能:Q=92.5183*0.162*4.184*(95-150)=-3448.99kJ 换热器2提供的热能：-5501.58kJ 表4-2
名称 四氯邻苯二甲酰亚胺 氟化钾 四氟邻苯二甲酰亚胺 氯化钾 换热器2供能 合计 定压热容kcal/Kg.℃ 0.551 0.199 0.627 0.162 输入热量kJ -7829.73 -3331.76 -11161.49 输出热量kJ -13214.08 -3448.99 5501.58 -11161.49
3）酸化反应器的能量衡算
反应物氢氧化钾的热能：Q=17.36*0.26*0.418*(25-95)=-1321.93kJ 反应物硫酸的热能：Q=15.19*0.339*4.184*(25-95)=-1508.16kJ 反应物四氟邻苯二甲酰亚胺的热能： Q=91.58288*0.627*4.184*(25-95=-16817.88kJ 产物四氟苯甲肽氨酸的热能：
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