物料衡算与能量衡算

物料衡算与能量衡算

5.1概述

工艺通过甲苯和甲醇采用纳米ZSM-5分子筛催化下通过烷基化反应制得对二甲苯，得到了高纯度的对二甲苯，并且在工艺流程中实现了甲苯和甲醇的循环利用，达到了经济环保的要求。

设计过程中利用Aspen Plus 对全流程进行模拟，并在此基础上完成物料衡算、能量衡算。以工段为单位进行物流衡算，全流程分为甲苯甲醇烷基化反应工段、闪蒸——倾析工段、脱甲苯工段、对二甲苯提纯工段。

5.2物料衡算

5.2.1物料衡算基本原理

系统的物料衡算以质量守恒为理论基础，研究某一系统内进出物料量及组成的变化，即：

系统累计的质量=输入系统的质量-输入系统的质量+反应生成的质量-反应消耗的质量

假设系统无泄漏：

R R O U T IN C G F F dt dF -+-=/

当系统无化学反应发生时：

O U T IN F F dt dF -=/

在稳定状态下：

0/=-=O U T IN F F dt dF ，O U T IN F F =

注：IN F —进入系统的物料流率；

OUT F —流出系统的物料流率；

R G —反应产生物料速率；

R C —反应消耗物料速率。

5.2.2 物料衡算任务

通过对系统整体以及部分主要单元的详细物料衡算，得到主、副产品的产量、原料的消耗量、“三废”的排放量以及最后产品的质量指标等关键经济技术指标，对所选工艺路线、设计流程进行定量评述，为后阶段的设计提供依据。

5.2.3系统物料衡算

详见附录，物料衡算一览表。

5.3能量衡算

5.3.1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：

∑∑-=+IN

O U T H H W Q 注：Q —设备的热负荷；

W —输入系统的机械能；

∑OUT H —离开设备的各物料焓之和； ∑IN H —进入设备的各物料焓之和。

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。

5.3.2能量衡算任务

(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。

5.3.3系统能量衡算

详见附录，能量衡算一览表。