△rHθ298=△fHθ298(C7H6O)+△fHθ298(H2O)-△fHθ298(C7H8)-△fHθ298(O2)
=87-241.826-42.5-0
=-197.326kJ/mol
△rHθm(T)=△rHθm(298)+ △r CP,mdt
=-197.326+(41.08+8.03-37.57-7.02)×(450+273-298)×4.187×10-3
=-189.28kJ/mol
4.4 热量的计算
4.4.1 Q1的计算
室温下甲苯与氧气混合加热所产生的热量设为Q1混合后进图第一个反应器进行氧化反应的进口温度为450℃。
Q1(甲苯)=
=37.57*41.25*(450-25)
=658649.0625*103cal
=2757763.625kJ
Q1(氧气)=
=7.02*62.615*(450-25)
=186811.8525*103cal
=782181.226kJ
Q1(氮气)=
=6.94*250.46*(450-25)
=738731.77*103cal
=3093069.921kJ
所以Q1=Q1(甲苯)+ Q1(氧气)+ Q1(氮气)
=2757763.625+782181.226+3093069.921
=9726084.693kJ
4.4.2 Q2的计算
在450℃下,氧化反应产生的热量设为Q
因为由之前已算好得到△rHθm(T)=-189.28kJ/mol
所以 Q2=-189.28×12280
=-2324358.4kJ
4.4.3 Q3的计算
氧化反应结束后,将剩余的甲苯和氧气以及反应生成的苯甲醛由出口温度465℃降低到50℃时产生的热量为Q3
则Q3(剩余的甲苯)=
=28.96*37.57*(50-465)
=-451531.288*103cal
=-1890561.503kJ
Q3(苯甲醛)=
=12.28*41.08*(50-465)
=-209351.896*103cal
=-876556.389 kJ
Q3(剩余的氧气)=
=50.33*7.02*(50-465)
=-146626.389*103cal
=-613924.691kJ
Q3(水)=
=12.28*8.03*(50-465)
=-40922.486*103 cal
=-171342.449kJ
Q3(氮气)=
=250.46*6.94*(50-465)
=-721349.846*103 cal
=-3020291.805kJ
所以Q3= Q3(剩余的甲苯)+Q3(苯甲醛)+Q3(剩余的氧气)+Q3(水)+ Q3(氮气)
=-1890561.503-876556.389-613924.691-171342.449-3020291.805
=-6572676.837 kJ
4.5 反应器的容积计算
甲苯的进料量
989.96kmol/天=41.25kmol/h=924*103L/h
氧气的进料量
1502.76kmol/天=62.615kmol/h=2003.68kg/h
氧气的密度为1.429g/L
V(氧气)=2003.68/(1.429*10-3)=1402.16*103L/h
氮气的进料量
6011.04kmol/天=250.46kmol/h=7012.88kg/h
氮气的密度为1.250g/L
V(氮气)=7012.88/(1.250*10-3)=5610.304*103L/h
所以V=7936.464L/h
由于反应空速Sv=2000.0h-1
可得反应器容积V=V/Sv=7936.464/2000=3.97L
因此,在实际操作的条件下,需要的反应器的体积为1.5×3.97=5.955L
4.6 反应釜的体积设计
反应器内径400,壁厚24
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