【文章內(nèi)容簡介】 鹽酸分離器循環(huán)氣氯氣 98%的硫酸 循環(huán)氣 25℃冷凍鹽水粗氯化液貯槽冷凝器熱交換 器機后冷凝器緩沖罐壓縮機干燥塔 第三章 物料衡算和熱量衡算第三章 物料衡算和熱量衡算3．1 計算基準以單位時間為基準，按年工作330天，每天24小時，二氯甲烷小時生產(chǎn)量 Kg/h3．2 物料衡算和熱量衡算本反應(yīng)過程是強放熱反應(yīng)，由于放熱量大，如不采取措施控制反應(yīng)熱并及時移走，溫度會急劇升高，這樣會產(chǎn)生強烈的燃燒反應(yīng)，使反應(yīng)或使氯化物產(chǎn)生裂解反應(yīng)。因此利用加入過量甲烷得到的循環(huán)氣為稀釋劑而移走反應(yīng)熱量。1． 計算依據(jù)l 二氯甲烷產(chǎn)量10101Kg/h. l 原料組成 含Cl2 96%, CH495%.l 進反應(yīng)器的原料配比（摩爾比） Cl2：CH4：循環(huán)氣=1：：l 出反應(yīng)器的比例l CH2Cl2：CHCl3=1：（質(zhì)量比）l (CHCl3+CCl4)/CH2Cl3=（摩爾比）l 操作壓力 （表壓）l 反應(yīng)器進口氣體溫度 25oC,出口溫度420oC2．物料衡算 Cl2 反 CH3Cl 應(yīng) CH2Cl2CH4 器 CHCl3 CCl4HCl 假設(shè)循環(huán)氣不參與反應(yīng)，只起帶走熱量的作用。設(shè)進口甲烷X kmol/h,出反應(yīng)器一氯甲烷Ykmol/h,氯化氫Zkmol/h 由CH2Cl2:CHCl3=1:（質(zhì)量比）第三章 物料衡算和熱量衡算CHCl3時產(chǎn)量：10101=(CHCl3+CCl4)/CH2Cl2=（質(zhì)量比）CCl4的量：由于反應(yīng)復雜，用元素守衡法：則 Cl元素守衡 =20Y+2+3+4 (1) H元素守衡 80X=60Y+Z+2+ (2) C 元素守衡 20X=20Y+++ (3)解方程（1）（2）（3）得 X= kmol/h Y= kmol/h Z=（1） 所以反應(yīng)器進口原料中各組分的流量 Cl2: =（純）（含雜）CH4:(純), （含雜）循環(huán)氣流量：其中CH3Cl: N2: CO2: CH4:進口氣體總量：（2） 反應(yīng)器出口中各組分流量CH3Cl: CH2Cl2: CHCl3: CCl4: kmol/h循環(huán)氣：出口氣體總量：（3） 出口氣體中各組分的含量CHCl3: %CH2Cl2: %CHCl3: %CCl4: %HCl: %N2: %CO2: %CH4: %（4） 反應(yīng)器物料平衡表 表2—1組分反應(yīng)器進口反應(yīng)器出口Kmol/h組成%(mol)Kg/hKmol/h組成%(mol)Kg/hCH4215734512Cl2CH3ClCH2Cl210098CHCl3CCl4452,76CO2N2HCl23857總計100100（以1h，25oC為基準）參加反應(yīng)的各物料的ΔHf216。(KJ/kmol)輸入 CH4 Cl2 CO2 輸出 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl 量(kmol) 653. 8 ΔHf216。 0 100 –ΔHro=Σ生成物UlΔHf216。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） =105KJ輸入焓：∑輸入H=0 Q放出=ΔH （3—3） =ΔHro+∑輸出H+∑輸入H =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 =106KJ考慮5%熱損失，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)順利進行。 由于氣體溫度太高，直接進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，保證吸收的順利進行。計算依據(jù) 進口氣體420℃，組成和流量與反應(yīng)器出口相同；出口氣體80℃，（表壓）1． 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/） 熱負荷Q=W(T2T1) （3—4） =106KJ/hLx2 Vy2 Vy2 Lx2 本設(shè)計用兩個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).冷卻水進口溫度25℃ 對并流高濃度氣體吸收，操作線方程為： L()=V() （3—5）解得：x2=即一膜進口酸，需要的吸收劑用量：代入數(shù)據(jù)： =3344Kmol/h副產(chǎn)鹽酸的量：l0=V0（y2y1）/(x1x2 ) =3978Kmol/h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 %CH2Cl2 %CHCl2 %CCl4 %HCl %N2 %CH4 %CO2 % 42℃氯化氫溶解成16%的鹽酸的溶解熱Φ=Q溶解=34106KJ/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= 代入數(shù)據(jù)： =1106KJ/h Q總=35106KJ/h 假設(shè)冷卻水溫升8℃，則冷卻水耗用量 水的Cw= WW=59103Kmol/h 第二膜式吸收器1． 計算依據(jù) (1)進口氣體組成同一膜出口氣體組成 (2)進口氣體溫度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=324Kmol/h 得到稀酸的量 l0=V0(y2y1)/(x2x1) =3536Kmol/h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：2225各氣體含量：CH3Cl %CH2Cl %CHCl3 %CCl4 %HCl %N2 %CO2 %CH4 %1. 熱量衡算42℃%的鹽酸的溶解熱Φ=Q溶解=120105KJ/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=代入數(shù)據(jù)： =1105Q總=13105從一膜出來的冷卻水逆流進入二膜，進口溫度33℃其溫升：Δt=105/(103)=出口水溫：33+=℃3．2．4 中和塔（填料塔）1．計算依據(jù)（1）進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）出口氣體中無氯化氫和二氧化碳氣體入塔氣摩爾流量：WV=2225Kmol/h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=出塔氣中無氯化氫氣體和二氧化碳氣體，但帶出60Kmol/h的水蒸氣，則總量為G0=各氣體含量：CH3Cl %CH2Cl2 %CHCl3 %CCl4 %N2 %CH4 %H2O % 第四章 主要設(shè)備的工藝計算及選型4．1 空冷器 本過程傳熱量大，一般的換熱器不能達到換熱效果?？绽淦鲹Q熱效果好，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約水資源，沒有水污染等問題，比水冷更經(jīng)濟，故選用空冷器。1． 計算依據(jù)（1）進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)計溫度 40℃（3）進空冷器溫度420℃，出空冷器溫度80℃（4）（表壓）（5）換熱量Q=106KJ/h2． 設(shè)計計算 查《化工裝置的工藝設(shè)計》表931得輕有機物的傳熱系數(shù)為10英熱單位/. 換算為國際單位制：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/(=有上述計算可知：此空冷器換熱面積過大，所以一臺空冷器不能保證工藝所需?？绽淦饔傻墓芙M成換熱器傳熱面積可根據(jù)傳熱速率方程求得，即，換熱器的傳熱量為：所以Ⅲ換熱器的傳熱面積為1480m空冷器選型空冷器數(shù)量公稱直徑（DN）mm公稱直徑（PN）MPa管程數(shù)N管子根數(shù)n中心排管數(shù)管程流通面積Φ25計算換熱面積換熱管長度512001104737296m24．2第一膜式吸收器 降膜式吸收器在吸收過程中不斷的將反應(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，可制成較大規(guī)格。用于處理量較大的吸收過程。因此選用降膜式石墨吸收器吸收氯化氫氣體。1． 計算依據(jù)（1）進出口組成同空冷器出口組成（2）進口溫度80℃，出口溫度70℃（3）吸