资源描述：
《《化工工艺与设备设计》小作业1》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、小作业一化92张圣夫2009011878在用乙醇脱水制取乙烯的过程中，温度为30°C的乙醇液体需要加热汽化到300°C,然后进入常压反应器，反应后乙烯和水蒸气的混合气的温度为275°C,该混合气需要降温到40°C以便进入后续处理阶段。请给出该过程热量综合利用的方案，并且画出流程图。解：首先查询乙醇、水、乙烯相关物性参数如下：乙醇沸点：78.3°C,汽化热:846.4kJ/kg,液体比热容:2.42kJ/(kg・K),150°C时蒸汽比热容：1.85kJ/(kg-K)水沸点:100°C,汽化热：2267.4KJ/kg,液体比热容:4.2kJ/(kg・K),150°C时蒸汽气体
2、比热容:1.91kJ/(kg-K)乙烯在150°C时的比热容：1.98kJ/(kg-K)这里设定，脱水反应转化率和选择性都是100%,乙醇进料速率为1kmol/hr,换热器的最小换热温差为10°C,为便于计算，假设换热器换热效率为100%。为了考虑乙醇气化过程为强吸热，将其预热过程、气化过程及后续加热过程分3步进行加热设计。即考虑将乙醇升温气化过程分为30°C到78・3°C、78・3°C条件下气化(气化后设为78.4°C便于软件计算)以及78.4'C到300度。将反应采出的乙烯、水混合气(275°C)作为一个热源对反应原料进行加热。由于10度的换热温差，故出料最多可将原料乙
3、醇加热到2659。乙醇265°C加热到300°C需另行使用加热炉，采用AspenPlus和AspenEnergyAnalyzer进行辅助设计，得到换热结果如图1所示：1299CS7S0C714C.rswoeHiomn图1：乙醇(78.4-265.0°C)与出料(275.0~129.6°C)换热AspenEnergyAnglyzer结果经过该换热器(EX103)后，乙醇由78.4°C升温至265.0°C,而乙烯和水由275.0°C降温至129.6°C,热负荷为16428.7494kJ/hr,换热器其他参数见附表。接下来，考虑乙醇汽化过程，经计算，该过程所需热负荷为38934.
4、1801kJ/hr,十分巨大，加上10°C的换热温差，降至129.6°C乙烯和水若用于乙醇气化，最多只能由129.6°C降至88.4°C,使用aspenplus进行辅助计算，该降温过程所能提供的热负荷只有-3527.0283kJ/hr,述不足乙醇气化所需热能的十分之一，因此不考虑直接用乙烯和水为乙醇气化提供能量。有考虑乙烯和水混合物中水气相分压较小，未能液化，故而提供能量较低，但考虑到若加压促使水液化放热又要增加一台换热器的设备投资，故而也不采用这个方法。故最终决定使用125°C的低压蒸汽直接对乙醇进行气化换热。计算结果如图2所示：W45■njcmeqp12S0C■U41C
5、tuoc■■图2：乙醇(气化过程)与LPSteam(125.0°C)换热AspenEnergyAngly刁er结果经过该换热器(EX102)后，乙醇在78.3°C气化，低压蒸汽(125°C)用量为：17.73kg/hi・(该值很小，与最初设定的乙醇进料量有关)，热负荷为38934.1801kJ/hr,换热器其他参数见附表。最后计算乙醇预热(30-78.3°C)和乙烯、水降温(129.6-40°C)部分，显然两者之间可使用逆流换热器进行换热。使用aspenplus计算两过程所需热负荷:乙醇预热(30~78.3°C)：HeatDuty=6672.85602kJ/hr；乙烯、水降
6、温(129.6〜40°C)：HeatDuty=-47361.833kJ/hroXGCsuecat2■X9CV/4t以・CMOCw”、■97ym图3：乙醇(30-78.3*0与乙烯、水降温(129.6-40°C)换热AspenEnergyAnglyzer结果显然乙醇预热至78.3°C所需能量不足以使乙烯、水降温至40°C,使用冷却水（20~30°C）对乙烯、水进行降温，使用AspenEnergyAnglyzer分析换热过程，所得结果如图3所示。该过程最终使用了三个换热器（EXIOkEX104、EX1O5）进行换热，乙烯、水杯分流成流量比约1:5的两股，少的一股用于为乙醇预热（
7、乙烯、水在该换热器EX102中降温至50°C）,多的一股由冷却水降温至50°C（使用换热器EX1O3,因为该过程较短所以采用如此做，在实际工业生产屮应考虑用其为工厂内其他物料加热）；之后两流股合一后由冷却水冷却至40°C。冷却水用量为：972.72kg/hro综上所述，设计能量综合利用所采用的换热网络如图4所示，换热器具体乙烯、水表1：换热器具体设备参数设备位号热负荷/(kJ/hr)换热面积/m2热流股冷流股介质进口温度re出口温度rc介质进口温度rc出口温度rcEX10I6672.85600.6720ethyle
