【正文】 化學(xué)》得： Pｒ＝可得: ＝PｒPC＝＝ kpa設(shè)冷凝后氣體中含有的VC、C2H2的物質(zhì)的流量分別為：，假設(shè)冷凝的液態(tài)混合物為理想溶液。則由拉烏爾公式： (33)令g = +，除去不凝氣后剩余氣相總量為： +++ = kmol/h可得：聯(lián)立以上計(jì)算式，代入數(shù)據(jù)，利用試差法計(jì)算，可得： = kmol/h = kg/h = Nm3/h = kmol/h = kg/h = Nm3/h則冷凝的C2H2量為： = kmol/h = kg/h冷凝的VC量為： = kmol/h = kg/h由以上計(jì)算可得全凝器的物料衡算如表313所示：表313 第二冷卻器的物料衡算表名稱輸入物料輸出物料kg/hkmol/hNm3/hkg/h kmol/hNm3/hC2H2(g)C2H2(l)————————空氣N2 EDC(g)————————EDC(l)————————H2O(g)——————H2O(l)————————VC(g)————VC(l)————————總 計(jì) 水分離器的物料衡算水分離器的主要作用是從液相混合物中將水分離出去。原料液中如果含有大量的水勢(shì)必會(huì)改變?cè)弦旱慕M成，不僅給低沸塔分餾帶來負(fù)擔(dān)，而且不同的組成會(huì)影響塔內(nèi)的穩(wěn)定，給生產(chǎn)帶來危險(xiǎn)。由機(jī)后冷卻器、全凝器冷卻出來的液體粗氯乙烯借位差進(jìn)入水分離器。液體粗氯乙烯等物質(zhì)的密度小于水的密度，所以在水分離器中水在下，其他液體在上，其原理類似于分液漏斗。這樣，液體可借密度差連續(xù)分層，從而除去水。經(jīng)水分離器分離后的原料液可進(jìn)入低沸塔進(jìn)行蒸餾。水分離器的物料衡算如下表314所示。表314 水分離器物料衡算表名 稱輸入物料輸出物料機(jī)后冷卻器全凝器kg/hkmol/hkg/hkmol/hkg/h kmol/hC2H2(l)————VC(l)EDC(l)H2O(l)總 計(jì) 尾氣冷凝器的物料衡算為了進(jìn)一步分離從第二冷卻器出來的尾氣中含有的VC，在第二冷卻器后而增設(shè)一個(gè)尾氣冷凝器，此冷凝器用33℃的冷凍鹽水作冷凍劑，其操作溫度20℃，在此溫度下，N2，空氣仍被看作不凝氣來處理。查表39知，在20℃，VC、 KPa、148 KPa。設(shè)冷凝后氣體中含有的VC、C2H2的物質(zhì)的流量分別為：，假設(shè)冷凝的液態(tài)混合物為理想溶液。則由拉烏爾公式： (33)令g = +，除去不凝氣后剩余氣相總量為： + = kmol/h可得：聯(lián)立以上計(jì)算式，代入數(shù)據(jù)，利用試差法計(jì)算，可得： = kmol/h = kg/h = kmol/h = kg/h 則冷凝的C2H2量為： – = kmol/h = kg/h 冷凝的VC量為： – = kmol/h = kg/h由以上計(jì)算可得全凝器的物料衡算如表313所示：表315 尾氣冷凝器物料衡算表名稱輸入物料輸出物料kg/hkmol/hNm3/hkg/h kmol/hNm3/hC2H2C2H2(l)————————N2空氣VC(g)VC(l)————————總 計(jì) 低沸塔的物料衡算低沸塔又稱為乙炔塔或初餾塔，是用來從粗氯乙烯中分離出乙炔和其它低沸點(diǎn)餾分的精餾塔。低沸塔有兩處進(jìn)料口F1，F(xiàn)2，F(xiàn)1來自水分離器，F(xiàn)2來自尾氣冷凝器；設(shè)：塔頂蒸汽含乙炔的摩爾分?jǐn)?shù)為： XD=30% (mol)塔底殘液含乙炔的摩爾分?jǐn)?shù)為： XW=% (mol)進(jìn)料液中含乙炔的摩爾分?jǐn)?shù)為： XF1= = %XF2= = %操作溫度可視為氯乙烯和乙炔混合液的蒸發(fā)溫度，tD=5℃，tW=50℃。設(shè)進(jìn)料為F kmol/h，塔頂餾出液為D kmol/h，塔底殘液為W kmol/h，計(jì)算時(shí)按清晰分割計(jì)算，從而可求出各組在塔頂餾出物和塔底釜液中的含量。根據(jù)D+W=F1+F2 (34)DXD+WXW=F1XF1+F2XF2 (35) 代入數(shù)據(jù)解得： D = kmol/hW = kmol/h則塔頂餾出液含乙炔的量為： = kmol/h = kg/h塔釜液中乙炔的含量為： % = kmol/h = kg/hVC在塔頂餾出液中的量: – = kmol/h = kg/h其摩爾分?jǐn)?shù)為: = 70%由于按清晰分割計(jì)算，EDC為重組分，則應(yīng)全部出現(xiàn)在釜液中， kmol/h，所占摩爾分?jǐn)?shù)為： = %VC在塔釜液中的含量為： – – = kmol/h = kg/h其摩爾分?jǐn)?shù)為： = %由以上計(jì)算可得低沸塔物料衡算如表316所示。表316低沸塔物料衡算表名 稱進(jìn)料(F)塔頂餾出物(D)塔底釜?dú)堃?W)kg/hkmol/hmol%kg/hkmol/hmol%kg/hkmol/hmol%C2H230VC70EDC——————總 計(jì)100 高沸塔的物料衡算高沸塔又稱二氯乙烷塔或精餾塔，是用來從粗氯乙烯中分離出1,1二氯乙烷等高沸點(diǎn)物質(zhì)的精餾塔。其進(jìn)料基本是由氯乙烯和二氯乙烷組成，其中氯乙烯約占摩爾分?jǐn)?shù)為：%，即XF=。%，即XD=，在塔底釜液中的純度為60%，即Xw=。設(shè)進(jìn)料液為F kmol/h，塔頂餾出物為D kmol/h，塔底釜液為W kmol/h，則根據(jù)物料平衡可得：D+W=F (36) DXD+WXW=F1XF1+F2XF2 (37) 代入數(shù)據(jù)解得： D = kmol/h W = kmol/h則塔頂餾出液中氯乙烯的含量為： = kmol/h = kg/h塔頂餾出液中氯乙烯的含量為： = kmol/h = kg/h塔底釜液中二氯乙烷的含量為： = kmol/h = kg/h塔底釜液中氯乙烯的含量為： = kmol/h = kg/h由以上計(jì)算可得高沸塔物料衡算結(jié)果如表317所示。表317 高沸塔物料衡算名稱進(jìn)料(F)塔頂餾出物(D)塔底釜?dú)堃?W)kg/hkmol/hmol%kg/hkmol/hmol%kg/hkmol/hmol%VC60EDC40總計(jì)100100100第四章 熱量衡算 物料衡算結(jié)束后需進(jìn)行熱量衡算。 氯化氫冷卻器的熱量衡算氯化氫原料氣進(jìn)入預(yù)冷器的進(jìn)口溫度為150℃，出口溫度為40℃，冷凍鹽水進(jìn)口溫度為－35℃，出口溫度為－33℃。物料的熱量衡算可按下式計(jì)算：Wh= (41)其中：Q— 物質(zhì)由溫度t1到t2時(shí)放出的熱量，kJ； Wh— 物質(zhì)的質(zhì)量流量，kg/h；Cp— 物質(zhì)的比熱，kJ/kg℃查《聚氯乙烯生產(chǎn)原理》得氣體中各組分的有關(guān)數(shù)據(jù)如表41所示。表41 氣體的有關(guān)數(shù)據(jù)名稱比熱kJ/kg℃溶解熱kJ/kg冷凝熱kJ/kgHCl——C2H2————H2O(l)————H2O(g)——氮————空氣————冷凍鹽水————將數(shù)據(jù)帶入上式即可得：水蒸氣的冷凝熱Q1為：Q1==105 kJ/hHCl氣體溶解熱Q2為： Q2==103 kJ/hHCl氣體降溫時(shí)放出的熱Q3為： Q3=(15040)=105 kJ/h空氣降溫時(shí)放出的熱Q4為： Q4=(15040)=水蒸氣由150℃降至40℃時(shí)放出的熱Q5為： Q5=(15040)=104kJ/h則整個(gè)冷卻過程中總熱量Q為: Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5 =105kJ/h所需冷凍鹽水量為: Wh= = =105kg/h由以上計(jì)算可得氣體各組分放熱量如表42所示。42氣體各組分放熱量各組分名稱放熱量 (kJ/h)水蒸汽冷凝熱 Q1105氯化氫氣體溶解熱 Q2103氯化氫氣體降溫時(shí)放熱 Q3105空氣降溫時(shí)放熱 Q4水蒸汽降至5℃時(shí)放熱 Q5104總 計(jì) Q105乙炔氣進(jìn)口溫度為40℃,出口溫度為5℃,冷凍鹽水進(jìn)口溫度為35℃,出口溫度為33℃,則物料的熱量衡算可按公式(41)計(jì)算,氣體中各組分有關(guān)數(shù)據(jù)如表41所示.C2H2氣體降溫時(shí)放出的熱Q1為： Q1=(405)=17159105 kJ/hN2降溫時(shí)放出的熱Q2為： Q2=(405)=103kJ/h水蒸氣的冷凝熱Q3為：Q3==105kJ/h水蒸氣由40℃降至5℃時(shí)放出的熱Q4為： Q4=(405)=103kJ/h則整個(gè)冷卻過程中總熱量Q為: Q=Q1+Q2+Q3+Q4 =105kJ/h所需冷凍鹽水量為: Wh = == 104kg/h表43乙炔氣各組分放熱量各組分名稱放熱量( kJ/h )乙炔氣隆溫時(shí)放熱 Q117159105氮?dú)饨禍貢r(shí)放熱 Q2103水蒸汽冷凝熱 Q3105水蒸氣由40℃降至5℃放熱 Q4103總 計(jì) Q105原料混合氣體進(jìn)入石墨冷凝器的進(jìn)口溫度為28℃，出口溫度為－15℃，用－35℃的冷凍鹽水冷卻，冷卻后鹽水升溫到－33℃。各組分有關(guān)數(shù)據(jù)如表41所示，水蒸氣的冷凝熱Q1為：Q1==104kJ/hHCl氣體溶解熱Q2為： Q2==103kJ/hC2H2氣體降溫時(shí)放出的熱Q3為： Q3=[28－(－15)]=105kJ/h氮?dú)饨禍貢r(shí)放出的熱Q4為： Q4=+(28+15)=空氣降溫時(shí)放出的熱Q5為：Q5=(28+15)= kJ/h水蒸氣由28℃降至0℃時(shí)放出的熱Q6為： Q6=(28－0)=不凝水蒸氣由0℃下降至－15℃時(shí)放出的熱Q7為： Q7=(0+15)=冷凝下的水由0℃下降至－15℃時(shí)放出的熱為Q8： Q8=(0+15)=103kJ/h冷凝下來的HCl氣體降溫時(shí)放出的熱Q9為： Q9=[28+15)]=105kJ/h把Q1至Q9值相加即得整個(gè)冷卻過程中的總熱量Q為： Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8+Q9=105kJ/h所需冷凍鹽水量為: Wh = == 104kg/h由以上計(jì)算可得混合氣體各組分的放熱量如表44所示。表44 混合氣體各組分放熱量各組分名稱放熱量( kJ/h )水蒸汽冷凝熱 Q1