【正文】 Cl2帶入量 : 22Cl1O n 2 0 9 . 6 9 4 2n 0 . 0 0 5 0 . 0 0 5 0 . 0 3 4 5 k m o l / h 1 . 1 0 3 7 k g / h0 . 9 5 0 . 9 5? ? ? ? ? ? ② 原料 H2帶入量： 22H2O n 6 . 2 6 1 2n 0 . 0 0 4 0 . 0 0 4 0 . 0 0 0 8 k m o l / h 0 . 0 2 5 6 k g / h0 . 9 8 0 . 9 8? ? ? ? ? ? ③ O2總量： 2 2 212O O On = n + n 0 .0 3 5 3 k m o l / h 0 .0 0 0 8 k m o l / h 0 .3 5 3 k m o l / h 1 .1 2 9 6 k g / h? ? ? ? ⑺ 進(jìn)合成爐 N2 的量 ① 原料 Cl2帶入量： 22Cl1N n 2 0 9 . 6 9 4 2n 0 . 0 3 7 2 0 . 0 3 7 2 0 . 2 9 3 3 k m o l / h 8 . 2 1 1 2 k g / h0 . 9 5 0 . 9 5? ? ? ? ? ? ② 原料 H2帶入量： 22 H2O n 6 . 2 6 1 2n 0 . 0 1 6 0 . 0 1 6 0 . 0 0 3 7 k m o l / h 0 . 1 0 2 2 k g / h0 . 9 8 0 . 9 8? ? ? ? ? ? ③ N2總量： 2 2 212N N On = n + n = 0 .2 9 3 3 k m o l / h + 0 .0 0 3 7 k m o l / h = 0 .2 9 7 0 k m o l / h = 8 .3 1 4 6 k g / h總 沈陽(yáng)化工大學(xué) 科亞學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 [鍵入文字 ] 第三章 物料衡算 16 ⑻ 進(jìn)合成爐 H2O(g)的量 ① Cl2帶入 H2O(g)的量 設(shè)帶入量為 akmol/h: a0 .5 % 2 0 9 .6 9 4 2a 0 .9 5? ? a = kg/ h = km ol / h ② H2帶入 H2O(g)量 注： H2進(jìn)合成爐進(jìn)口壓力為 250mmHg； 合成爐進(jìn)口溫度 30℃ 查水和蒸汽表得 30℃ 2334HO 4 . 2 4 7 0 1 0P = 4 . 2 4 7 0 1 0 P a P 7 3 5 . 6 1 0 3 1 . 8 5 5 7 m m H g9 . 8 0 7?? ? ? ? ? ? 設(shè) H2帶入量為 bkmol/h 22HOHHP(b 2 5 0=n + b P ( + 7 3 5 . 6 2 5 0 + 7 3 5 . 6? 進(jìn) 口 溫 度 ）進(jìn) 口 溫 度 ） b = kg/ h = km ol / h ③ 進(jìn)合成爐 H2O(g)總量：2HOn = a + b = 0 .1 7 9 8 K m o l / h = 3 .2 3 6 4 k g / h ⑼ 合成爐中的物料計(jì)算 合成爐內(nèi)發(fā)生如下反應(yīng)： 主反應(yīng)： 22H + Cl 2 H Cl? 副反應(yīng) ： 2 2 22 H + O 2 H O? 說(shuō)明：其他副反應(yīng)因量很小，在工程計(jì)算上忽略不計(jì) ① 合成爐內(nèi)主反應(yīng)物料計(jì)算： 主反應(yīng)： Cl2 + H2 = 2HCl 開(kāi) 始： 0 反 應(yīng)： 完 成： 0 沈陽(yáng)化工大學(xué) 科亞學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 [鍵入文字 ] 第三章 物料衡算 17 ② 合成爐內(nèi)副反應(yīng)物料計(jì)算： 副反應(yīng)： 12O2 + H2 = H2O 開(kāi) 始： 0 反 應(yīng)： 完 成： 0 表 成分 進(jìn)入量 kmol/h 進(jìn)入量 kg/h 離開(kāi)量 kmol/h 離開(kāi)量 kg/h HCl 0 0 Cl2 0 0 H2 CO CO2 O2 0 0 N2 H2O(g) 一段降膜式吸收塔物料衡算 生產(chǎn)要求 離開(kāi)合成爐的氣體組分經(jīng)過(guò)空氣的自然冷卻 進(jìn)入一段吸收塔頂部，進(jìn)入一段吸收塔內(nèi)氣體組分共 8 種，其中被吸收的有 ，水則完全用于溶解氯化氫氣體所消耗。 設(shè)計(jì) 時(shí) 控制 進(jìn)口溫度是 120℃ ，出口溫度 40℃ 。 一段降膜式吸收塔吸收率為 50%。 一段塔物料衡算 ⑴ 一段塔 HCl 物料衡算 n = 5 0 % n = 5 .9 0 6 9 k m o l / h 0 .5 2 .9 5 3 5 k m o l / h 1 0 7 .8 0 0 9 k g / h? ? ?進(jìn) 入離 開(kāi) ⑵ 一段降膜式吸收塔物料衡算表 沈陽(yáng)化工大學(xué) 科亞學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 [鍵入文字 ] 第三章 物料衡算 18 表 膜式吸收塔物料衡算表 成分 進(jìn)入量 kmol/h 進(jìn)入量 kg/h 離開(kāi)量 kmol/h 離開(kāi)量 kg/h HCl Cl2 0 0 0 0 H2 CO CO2 O2 0 0 0 0 N2 H2O(g) 0 0 鹽酸 稀酸 成品酸 二段降膜式吸收塔物料衡算 生產(chǎn)要求 在一段吸收塔不能吸收的氣體與少量未吸收的氯化氫由膜式塔底部排出，經(jīng)過(guò)上升管引 至二段膜式吸收塔頂部 。設(shè)計(jì)時(shí)控制進(jìn)口溫度是 40℃ ，出口溫度 30℃ 。 二 段降膜式吸收塔吸收率為 45%，是占合成爐出口的 45%。 二 段塔物料衡算 ⑴ 二段塔 HCl 物料衡算 n = 4 5 % n = 5 .9 0 6 9 k m o l / h 0 .0 5 0 .2 9 5 4 k m o l / h 1 0 .7 8 2 1 k g / h? ? ?進(jìn) 入離 開(kāi) ⑵ 二段降膜式吸收塔物料衡算表 表 成分 進(jìn)入量 kmol/h 進(jìn)入量 kg/h 離開(kāi)量 kmol/h 離開(kāi)量 kg/h HCl Cl2 0 0 0 0 H2 CO CO2 O2 0 0 0 0 N2 沈陽(yáng)化工大學(xué) 科亞學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 [鍵入文字 ] 第三章 物料衡算 19 H2O(g) 0 0 0 0 鹽酸 稀酸 稀酸 尾部填料式吸收塔物料衡算 生產(chǎn)要求 在二段吸收塔不能吸收的氣體與少量未吸收的氯化氫氣體由塔底部排出 經(jīng)上升管引至尾部填料吸收塔底部進(jìn)入，在尾部填料吸收塔內(nèi)與頂部加入的注加水接觸，呈逆流吸收，不能吸收的氣體由尾部填料塔頂部經(jīng)氣液分離器分離后，由尾部填料塔頂部排空，分離出的鹽酸流回尾部塔，生成的稀酸經(jīng)液封管流入二段塔塔頂。 尾部填料吸收塔吸收率為 5%。 三 段塔物料衡算 ⑴ 尾部吸收塔 HCl 物料衡算 n = 5 % n = 5 .9 0 6 9 k m o l / h 0 .0 5 0 .2 9 5 4 k m o l / h 1 0 .7 8 2 1 k g / h? ? ?進(jìn) 入離 開(kāi) ⑵ 尾部填料吸收塔物料衡算表 表 成分 進(jìn)入量 kmol/h 進(jìn)入量 kg/h 離開(kāi)量 kmol/h 離開(kāi)量 kg/h HCl 0 0 Cl2 0 0 0 0 H2 CO CO2 O2 0 0 0 0 N2 H2O(g) 0 0 0 0 鹽酸 清水 稀酸 沈陽(yáng)化工大學(xué) 科亞學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 [鍵入文字 ] 第三章 物料衡算 20 吸 收劑的用量計(jì)算 吸收劑 ： 清水從 尾部 填料塔頂部加入 ， 吸收氯化氫氣體后成低濃度酸液流入 二 段 ，在 二 段吸收氯化氫后返回 一 段 ， 在 一 段得成品酸。 吸收劑（清水）從尾部 吸收塔進(jìn)入體系： %= kg/ h? ??（ 131 ）注 水 量 （ % ） 鹽酸產(chǎn)品質(zhì)量核算驗(yàn)證 鹽酸濃度計(jì)算 稀酸（有三段進(jìn)入二段塔） 濃度 ： 3 1 0 .7 8 2 1W % 2 .2 1 %4 9 0 .6 6 7 7?? 稀 酸（有二段進(jìn)入一段塔） 濃度 ： 2 1 0 7 .8 0 0 9W % 1 8 .3 4 %5 8 7 .6 8 6 5?? 濃酸（有 一段塔入儲(chǔ)存罐） 濃度 ： 1 2 1 5 .6 0 1 1W % 3 1 .1 3 %6 9 5 .4 8 7 4?? 成品酸 質(zhì)量核驗(yàn) 從一段塔流入儲(chǔ)罐鹽酸濃度為 %大于設(shè)計(jì)要求的 31%， 故 所以設(shè)計(jì)合理。 沈陽(yáng)化工大學(xué) 科亞學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 [鍵入文字 ] 第四章 能量衡算 21 第四章 能量衡算 能量衡算采用的計(jì)算方法 在本設(shè)計(jì)中氯化氫的合成和吸收都伴隨著熱量的變化。因此，熱量衡算的目的就在于確定必須供給或除去這些熱量，從而可以確定傳熱劑用量及換熱設(shè)備的傳熱面積。本設(shè)計(jì)中 涉及 的氣體組分眾多，采用統(tǒng)一基準(zhǔn)焓法的特點(diǎn)是不必分成一系列分過(guò)程，只要直接從各種氣體統(tǒng)一基 準(zhǔn)焓表 [10]查出各 物質(zhì)的始態(tài)焓、終態(tài)焓，二者相減即可 過(guò)程得出過(guò)程所發(fā)生的熱量變化，而不需要考慮過(guò)程的顯熱、潛熱和反應(yīng) 熱，因此同意基準(zhǔn)焓法可以簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程 [9]。 統(tǒng)一基準(zhǔn) 焓法：由于反應(yīng) 熱是隨溫度變化的，任意溫度下的反應(yīng)熱應(yīng)該有標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng) 熱加上從 298K 到溫度 T 之間的焓變來(lái)取得，本設(shè)計(jì)規(guī)定 25℃ （ 298K） 100KPa 的焓為零做基準(zhǔn)。 合成爐能量衡算 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及條件 基本條件：合成爐進(jìn)口溫度 30℃（ 303K），出口溫度 450℃（ 723K） 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 25℃ （ 298K） 100KPa 的焓為零做基準(zhǔn)。 進(jìn)口 氣 體 能量 計(jì)算 ⑴ 合成爐進(jìn)口 Cl2 能量 計(jì)算 由 摩爾定壓比熱容： 2p,mCp = a+ bT + cT， 查某些氣體的摩爾定壓比熱容與溫度的關(guān)系表中 Cl2的 [11]： a 3 1 .6 9 6 k J k m o l K?? 3b 4 10 kJ km ol K?? ? ? 沈陽(yáng)化工大學(xué) 科亞學(xué)院 學(xué)士學(xué)位論文 [鍵入文字 ] 第四章 能量衡算 22 6c = 10 kJ km ol K?? 物料不發(fā)生相變時(shí)，由溫度升高或降低到某一溫度所吸收或放出的熱量 [9]。其用公式： 21T PTTH C d?? 合成爐進(jìn)口 氯氣溫度為 30℃ （ 303K） 基準(zhǔn)為 25℃ ，氯氣不發(fā)生相變所以： 由 303p298H = C dT? ?得 查得 [10] 298H = 0 kJ km ol 303303 2 2 3298 29811H = ( a + b T+ c T ) d a T+ b T + c T 1 5 8 . 6 0 6 6 k J k m o l23T? ? ?? 303 298H = H H 0 1 5 8 .6 0 6 6 k J k m o l 1 5 8 .6 0 6 6 k J k m o l = 4 6 8 .4 2 8 7 k J h? ? ? ? ? ⑵ 進(jìn)口 H2 能量 計(jì)算 查得 [10] 298H 0 kJ kmol? 323H 732 .72 50 kJ km ol? 用內(nèi)插法進(jìn)行計(jì)算得 303H = 146 .5450 kJ km ol = 507 .2948 kJ h ⑶ 進(jìn)口 CO 能量 計(jì)算 查得 298H = 1 1 0 6 0 3 .7 9 2 0 k J k m o l 323H 1 0 9 8 8 7 .8 1 5 0 k J k m o l?? 用內(nèi)插法進(jìn)行計(jì)算得 303H = 110 460 .59 66 kJ km ol = 265 .10 54 kJ h ⑷ 進(jìn)口 CO2 能量 計(jì)算 查得 298H 3 9 3 7 9 5 .7 2 4 0 k J k m o l?? 323H 3 9 2 8 3 6 .9 0 1 0 k J k m o l?? 用內(nèi)插法進(jìn)行計(jì)算得 303H = 393 603 .95 94 kJ km ol = 814 020 kJ h ⑸ 進(jìn)口 O2 能量 計(jì)算 查得 298H = 0 kJ km ol 323H 728 .53 80 kJ km ol? 用內(nèi)插法進(jìn)行計(jì)算得 303H = 145 .70 76 kJ km ol = 435 kJ h ⑹ 進(jìn)口 N2 能量 計(jì)算 查得 298H = 0 kJ km ol 323H = 715 .97 70 kJ km ol