【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 16。Σ反應(yīng)物UlΔHf216。 （3—1）=()++ =106KJ420℃各物質(zhì)的（J/）物質(zhì) CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl CO2 N2（J/） 輸出焓：∑輸出H=∑nΔt （3—2）=(++++++)(42025) =105KJ輸入焓：∑輸入H=0 Q放出=ΔH （3—3） =ΔHro+∑輸出H+∑輸入H =106+105 =106KJ℃各物質(zhì)的（J/）物質(zhì) CH3Cl N2 CH4 CO2（J/） 循環(huán)氣帶出的熱量為：Q帶走=mΔt=+++)42025) =106KJ考慮5%熱損失，106(15%)=106KJ即 Q放出= Q帶走 循環(huán)氣能帶走的熱量恰好為反應(yīng)氣放出的熱量，使反應(yīng)溫度保持在420℃左右，維持反應(yīng)順利進(jìn)行。 由于氣體溫度太高，直接進(jìn)入吸收器不利于氯化氫氣體吸收。因此，先用空冷器冷卻降溫，保證吸收的順利進(jìn)行。1． 計(jì)算依據(jù) 進(jìn)口氣體420℃，組成和流量與反應(yīng)器出口相同；出口氣體80℃，（表壓）2． 熱量衡算定性溫度t=(420+80)/2=250℃250℃各物質(zhì)的（J/）物質(zhì) CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 CO2 N2 HCl CH4（J/） 熱負(fù)荷Q=W(T2T1) （3—4）=(+++++++)(42080) =106KJ/hLx2 Vy2 Vy2 Lx2 本設(shè)計(jì)用兩個(gè)石墨降膜吸收器串聯(lián)吸收，氣體經(jīng)一 膜吸收后再經(jīng)二膜吸收，吸收劑水先經(jīng)二膜吸收成稀酸 一 二 再去一膜吸收成高濃度酸。兩膜吸收劑用量相同，惰氣 膜 膜 流量也相同，因此液氣比l/V也相同。 Lx1 Vy1 Lx1 Vy1第一膜式吸收器(1).%（摩爾）,出口氣體氯化氫含量8%,% (2)一膜進(jìn)口氣體溫度80℃, 出口氣體溫度70℃, 二膜出口氣體溫度60℃(3).吸收水溫42℃(4).進(jìn)口氣體組成同反應(yīng)器出口(5).（表壓）(6).出口酸濃度28%（質(zhì)量），即16%（摩爾）(7).冷卻水進(jìn)口溫度25℃ 對(duì)并流高濃度氣體吸收，操作線方程為： L()=V() （3—5）解得：x2=即一膜進(jìn)口酸，需要的吸收劑用量： = =副產(chǎn)鹽酸的量：l0=V0（y2y1）/(x1x2 ) =()/ =吸收劑的單位耗用量（氣體入口處） l=L/V=()=被吸收的氯化氫氣體的量：wA=()=剩余氣體總量：=各氣體的含量：CH3Cl 100%=%CH2Cl2 100%=%CHCl2 100%=%CCl4 100%=%HCl ()/100%=%N2 100%=%CH4 100%=%CO2 100%=% 42℃氯化氫溶解成16%的鹽酸的溶解熱Φ=Q溶解==106KJ/h 在定性溫度t=(80+70)/2=75℃下的等壓熱容CP(KJ/Kmol.℃)CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl CH4 N2 CO2 Q= =(+++++++)(8070) =106KJ/h Q總=106+106=106KJ/h 假設(shè)冷卻水溫升8℃，則冷卻水耗用量 水的Cw= WW=106/8=103Kmol/h 第二膜式吸收器1． 計(jì)算依據(jù) (1)進(jìn)口氣體組成同一膜出口氣體組成 (2)進(jìn)口氣體溫度70℃，出口氣體溫度60℃ (3)% (4)吸收水溫42℃，冷卻水溫33℃ (5)(表壓)2． 物料衡算 需要吸收劑的量同一膜l= 得到稀酸的量 l0=V0(y2y1)/(x2x1) =()/() =吸收劑的單位耗用量l=被吸收的氯化氫氣體量：wa=()=剩余氣體總量：=各氣體含量：CH3Cl 100%=%CH2Cl 100%=%CHCl3 100%=%CCl4 100%=%HCl 100%=%N2 100%=%CO2 100%=%CH4 100%=%1. 熱量衡算42℃%的鹽酸的溶解熱Φ=Q溶解==6105KJ/h在定性溫度t=(70+60)/65℃下物質(zhì)的等壓熱容Cp(KJ/kmol.℃)CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl CH4 CO2 N2 Q= =(+++++++)(7060) =105Q總=105+105=105從一膜出來(lái)的冷卻水逆流進(jìn)入二膜，進(jìn)口溫度33℃其溫升：Δt=105/(103)=出口水溫：33+=℃3．2．4 中和塔（填料塔）1．計(jì)算依據(jù)（1）進(jìn)塔氣體組成同二膜出口氣體組成（2）用20℃，15%的稀氫氧化鈉溶液吸收,出塔堿濃度4%（質(zhì)量）（3）出塔氣體溫度60℃（4）出口氣體中無(wú)氯化氫和二氧化碳?xì)怏w入塔氣摩爾流量：WV=惰氣流量：G0==平均分子量：M=%+%+119,%+154%+%+44%+16%+28% =則入塔氣質(zhì)量流量：=入塔氣密度：ρV=()=15%和4%的氫氧化鈉溶液化為摩爾濃度：15%（質(zhì)量）=100%=%（摩爾）4%（質(zhì)量）=100%=%（摩爾）氫氧化鈉溶液耗用量：Wl=(+2)/(%%)=出塔氣中無(wú)氯化氫氣體和二氧化碳?xì)怏w，但帶出3Kmol/h的水蒸氣，則總量為G0=各氣體含量：CH3Cl 100%=%CH2Cl2 100%=%CHCl3 100%=%CCl4 100%=%N2 100%=%CH4 100%=%H2O 3/100%=% 第四章 主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型第四章 主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型4．1 空冷器 本過(guò)程傳熱量大，一般的換熱器不能達(dá)到換熱效果。空冷器換熱效果好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)約水資源，沒(méi)有水污染等問(wèn)題，比水冷更經(jīng)濟(jì)，故選用空冷器。1． 計(jì)算依據(jù)（1）進(jìn)出空冷器的流量和組成：組分 CH4 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 CO2 N2 HClKmol/h %(kmol/h) （2）設(shè)計(jì)溫度 40℃（3）進(jìn)空冷器溫度420℃，出空冷器溫度80℃（4）（表壓）（5）換熱量Q=106KJ/h2． 設(shè)計(jì)計(jì)算 查《化工裝置的工藝設(shè)計(jì)》表931得輕有機(jī)物的傳熱系數(shù)為10英熱單位/. 換算為國(guó)際單位制：K=10=℃℃按逆流：△t1==℃ △t2=8040=40℃ △tm1=℃取溫差校正系數(shù)Φ=△tm=△==℃則所需普通光管的表面積：A0=Q/K.△tm （4—1）=106/(=由(T2T1)/K=《化工裝置的工藝設(shè)計(jì)》圖9120得：最佳管排數(shù)為n=6又由n=6查表933得迎面風(fēng)速FV=165米/分表面積/迎風(fēng)面積=A0/F2=則：F2=A0/=由F1= Q/(t2t1) （4—2）式中Q—換熱量,Kcal/h (t2t1)—空氣溫升 FV—迎面風(fēng)速，米/分代入數(shù)據(jù) F1=106/(165=取ξ=F2F1===≤ξ即空氣出口溫度假設(shè)合理由于資料有限，無(wú)法查到標(biāo)準(zhǔn)空冷器系列及翅片規(guī)格。因此無(wú)法校核傳熱系數(shù)及確定翅片面積參考鴻化廠選φ37712的換熱管管長(zhǎng)L=4/π=1010米管內(nèi)流速u=4/π=u=—30米/秒，故換熱管選擇合理空冷器規(guī)格及型號(hào)：φ3771010 F=4．2第一膜式吸收器 降膜式吸收器在吸收過(guò)程中不斷的將反應(yīng)熱移走，其傳熱傳質(zhì)效果好，吸收效率高，在吸收系統(tǒng)內(nèi)壓力降低，所生產(chǎn)的酸溫度低，不需有后冷，且設(shè)備耐腐蝕，維修方便，使用壽命長(zhǎng)，可制成較大規(guī)格。用于處理量較大的吸收過(guò)程。因此選用降膜式石墨吸收器吸收氯化氫氣體。1． 計(jì)算依據(jù)（1）進(jìn)出口組成同空冷器出口組成（2）進(jìn)口溫度80℃，出口溫度70℃（3）吸收水溫42℃，冷卻水溫25℃,溫升8℃（4）%，出口酸濃度16%（5）（表壓）（6）換熱量Q=106KJ/h（7）2． 計(jì)算換熱面積（逆流）冷卻水由25℃升到33℃，氣體由80℃降到70△t1=8033=47℃ △t2=7025=45℃ △tm=45℃從《氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊(cè)》查得K=3000KJ/.℃S=Q/K.△tm=106/300045=3． 計(jì)算吸收面積（并流） 由于有大量的冷卻水帶走熔解熱，將此過(guò)程保持等溫，因此簡(jiǎn)化為等溫吸收，在42℃下查得HCl—H2O平衡數(shù)據(jù)如下：x 0 y 0 x y 并流高濃度吸收操作的操作線方程由式（3—5）：即在y1—y2之間分為10個(gè)相等的小區(qū)間，對(duì)應(yīng)一個(gè)y求出一個(gè)x ，所得x，y如下：x y x y 在同一直角坐標(biāo)系中作出操作線和平衡線如圖一： 圖一對(duì)高濃度吸收一般用諾曼法：從圖上量出塔兩端和操作范圍的中點(diǎn)xc(x=)處的濃度差△y1= △y2= △yc=算出△yc/△y1=, △yc/△y2=查《化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)》圖3—18得：f=△ym/△yc= 即△ym= 進(jìn)口端kG的查?。涸趖=80℃下查得各物質(zhì)μ( ) CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl CO2 N2 CH4 平均粘度：μ=%+%+%+%+%+%+%+% = =平均分子量： M=50%+85%+%+154%+%+44%+16%+28% = ，按《石墨制化工設(shè)備設(shè)計(jì)》表3—26初選換熱器規(guī)格：公稱直徑450mm，吸收管61根，φ223的吸收管 入口氣體質(zhì)量流速： G0=(4)/(π61)=105Kg/則：DG0/=(105)/)= （4—3）D—管內(nèi)徑，mG0—入口氣體質(zhì)量流速,kg/μ—入口氣體粘度，Kg/M—平均分子量查《氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊(cè)》圖15—6—1得：kG=200106Kmol/由于HCl氣體易溶于水，屬氣膜控制，總傳質(zhì)系數(shù)1/Ky=1/ky+m/kx中可忽略液膜阻力m/kx ，即Ky=ky又因?yàn)闅庀嗫倝翰桓?，則ky= （4—4）所以Ky==105200106=出口端kG的查?。翰榈胻=70℃的μ()CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl CO2 N2 CH4 平均分子量： μ=%+%+%+%+%+%+%+%