【正文】 0w/（m2 主要設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型 石墨冷卻器的選型 已知條件 由前面熱量衡算知石墨冷卻器總熱負(fù)荷：Q= kJ/h鹽水流量： kg/h鹽水進(jìn)出口溫度如下：進(jìn)口溫度：35℃出口溫度：20℃混合氣進(jìn)出口溫度如下：進(jìn)口溫度：25℃出口溫度：14℃計(jì)算兩流體的平均溫度差 這里計(jì)算的是對(duì)數(shù)平均溫度：℃ 因?yàn)闅こ讨醒b有折流板，由于逆流計(jì)算得來(lái)的平均溫差要乘以校正系數(shù)，而校正系數(shù)要由參數(shù)P和參數(shù)R才能確定，因此得先求出冷流體傳熱效率以及兩流體溫度變化的比值，其計(jì)算如下：帶入數(shù)據(jù)的：查文獻(xiàn)[5]溫度校正系數(shù)算圖得： 則：查文獻(xiàn)[5]，列管式換熱器中的總傳熱系數(shù)K的經(jīng)驗(yàn)值取K=100w/（m2℃)1由前面的熱量衡算可知循環(huán)水的熱量Q= kJ 根據(jù)熱的計(jì)算公式帶入數(shù)據(jù)得：=m（9515）解得需水量m= kg表321 水消耗綜合表項(xiàng)目分相熱量/kJ質(zhì)量/kg續(xù)表鹽水石墨冷卻器循環(huán)水石墨預(yù)熱器轉(zhuǎn)化器 石墨冷卻器Ⅱ∑ 因?yàn)槭鋮s器│和石墨冷卻器││還有轉(zhuǎn)化器它們之間的循環(huán)水可以彼此互相連續(xù)使用。℃)1C平均=（＋）247?！?1 根據(jù)熱的計(jì)算公式帶入數(shù)據(jù)得：=m（11095）解得需水量m= kgii 在石墨冷卻器Ⅱ中，進(jìn)口溫度：15℃出口溫度：95℃95℃時(shí)，C水氣= kJ(kg由前面的熱量衡算可知循環(huán)水的熱量Q=C平均=（＋）247。2= kJ(kg℃)1110℃時(shí)，C水蒸氣= kJ(kg[5]根據(jù)熱的計(jì)算公式帶入數(shù)據(jù)得：Q=m[20（35）]= kJ解得 m= kg② 循環(huán)水在石墨預(yù)熱器中，用循環(huán)熱水給反應(yīng)混合氣進(jìn)行加熱，已知進(jìn)口溫度：，出口溫度：。Q4 =Q氯乙烯+Q乙炔+Q氯化氫 +Q水(g)+Q氧氣++ =（25110）+（25110）+（25110）+（25110）+（25110）+（25110）+（25110） =（++++++） = kJ由于Q2:5%Q2=Q5根據(jù)熱量守恒公式：Q1＋Q2＋Q3=Q4＋Q5帶入相關(guān)數(shù)據(jù)的：0＋Q2＋0=＋5%Q2解得：Q2= kJ 則熱損失Q5=5%Q2=5% （） = kJ表320 石墨冷卻器熱量衡算表項(xiàng)目入方/kJ項(xiàng)目出方/kJCH≡CH0CH2=CHCl HCl0 CH≡CHH2O0HCl0H2OO200O2循環(huán)水0損失ΣΣ⑸ 冷卻水消耗的計(jì)算：① 鹽水：已知：鹽水是為了通過(guò)石墨冷卻器間接冷凝除去混合氣中的水氣，其進(jìn)口溫度：35℃，出口溫度：20℃查得40%鹽水的比熱容：C鹽水= kJ(kg℃)1 計(jì)算過(guò)程如下：Q1：進(jìn)料溫度，且以為計(jì)算基準(zhǔn)，則Q1=0 ?！?1 kJ(kg℃)1C 氯化氫= kJ(kg℃)1C 乙炔= kJ(kgQ3為反應(yīng)生成氯乙烯的反應(yīng)生成熱得：Q3=103= kJQ4 =Q 氯乙烯＋Q 乙炔＋Q氯化氫 ＋Q水(g)＋Q氧氣++ =（11075）＋（11075）＋ （11075）＋（11075）＋（11075）+（11075）＋（11075） =++++++ = 由于Q2:%Q2=Q5根據(jù)熱量守恒公式：Q1＋Q2＋Q3=Q4＋Q5帶入相關(guān)數(shù)據(jù)的：0＋Q2＋=＋%Q2解得：Q2= kJ 則熱損失Q5=%Q2=% （） = kJ表318 轉(zhuǎn)化器熱量衡算表項(xiàng)目入方/kJ項(xiàng)目出方/kJCH≡CH0 CH2=CHClHCl0 CH≡CHH2O0HCl0H2OO200O2反應(yīng)熱循環(huán)水損失ΣΣ⑷ 石墨冷卻器已知表表319 已知量表進(jìn)料質(zhì)量/kg出料質(zhì)量/kgCH≡CH CH2=CHClHClCH≡CH H2O HCl H2O O2 O2 ΣΣ由工藝參數(shù)知：進(jìn)口溫度：，出口溫度：，以為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)?！?1 kJ(kg℃)1C 氯乙烯= kJ(kg℃)1C 氯化氫= kJ(kgC 乙炔=(kgQ4 =Q 乙炔＋Q氯化氫 ＋Q氧氣＋Q水(g) ++= （75＋14）＋（75＋14）＋（75＋14）+（75＋14）＋（75＋14）＋（75＋14）=+++++ =由于Q2:5%Q2=Q5根據(jù)熱量守恒公式：Q1＋Q2＋Q3=Q4＋Q5帶入相關(guān)數(shù)據(jù)的：0＋Q2＋0=＋5%Q2解得：Q2= kJ 則熱損失Q5=5%Q2=5% = kJ 表316 石墨預(yù)熱器熱量衡算表項(xiàng)目入方/kJ項(xiàng)目出方/kJCH≡CH0CH≡CHHCl0HClH2O0H2O0O20O20蒸汽加熱損失ΣΣ⑶ 轉(zhuǎn)化器：已知轉(zhuǎn)化器的物料守恒如下表表317 已知量表進(jìn)料質(zhì)量/kg出料質(zhì)量/kgCH≡CH CH2=CHClHClCH≡CH H2O HCl H2O O2 O2 ΣΣ計(jì)算依據(jù)：此處熱損失率設(shè)為：%?！?1計(jì)算過(guò)程如下：Q1：進(jìn)料溫度14℃，且以25℃為計(jì)算基準(zhǔn)，則Q1=0 ?！?1 kJ(kg℃)1C 氯化氫= kJ(kg各物性參數(shù)查閱資料如下：C 乙炔= kJ(kgkmol1。生成40%鹽酸時(shí)，HCl的水溶液的生成熱：3544kcal℃)1計(jì)算：Q1：因進(jìn)料溫度25℃，且以25℃為計(jì)算基準(zhǔn)，則Q1=0?！?1 kJ(kg℃)1C 水（冷凝熱）= kJ(kg℃)1C 氧氣= kJ(kg℃)1C 水蒸氣= kJ(kg同種物質(zhì)的不同溫度下的平均比熱容可用此公式計(jì)算：標(biāo)況下有關(guān)物化數(shù)據(jù)表:表312 標(biāo)況下有關(guān)物化數(shù)據(jù)表項(xiàng)目溫度/℃比熱/kcal/（kg用“”表示過(guò)程吸熱，而“＋”表示過(guò)程放熱。 衡算方法根據(jù)熱量守恒公式，進(jìn)口熱量等于出口熱量。設(shè)以鹽酸形式的回收HCl的回收率為98%進(jìn)料：CH2=CHCl：CH≡CH：HCl： ：O2：: kg需要加入的水量：解得： kg為了方便生產(chǎn)取水，這里水洗用水取整1024 kg H2O：+1024（水洗用水）= kg出料： CH2=CHCl：CH≡CH： ：O2：: kgHCl：回收的鹽酸：H2O：整理得水洗泡沫塔物料衡算如下表：表39 水洗泡沫塔物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%CH2=CHClCH2=CHClCH≡CH CH≡CH HClHClH2O H2O O2 O2 鹽酸ΣΣ⑼ 堿洗泡沫塔：CH2=CHClCH≡CHHCl H2OO2 H2 N2H2O堿洗泡沫塔CH2=CHClCH≡CHO2 H2 N2H2O圖34 堿洗泡沫塔物料衡算方框圖根據(jù)：用的來(lái)除去多余的。進(jìn)料：CH≡CH： HCl： H2O： ：O2： ：出料：CH2=CHCl：kgCH≡CH：kgHCl：kgH2O： ：O2： ：得到轉(zhuǎn)化器物料衡算如下表：表36 轉(zhuǎn)化器物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%CH≡CH CH2=CHClHClCH≡CH H2O HCl H2O O2 O2 ΣΣ⑹ 除汞器 除汞器只是為了去除催化劑帶來(lái)的各種塵土顆粒，并不改變反應(yīng)組分，所以進(jìn)料同出料是一樣的。設(shè)：鹽酸為38%，除水量為80%進(jìn)料：CH≡CH： HCl： ： ：: : 出料：CH≡CH：O2： : : H2O： （180%）= kg∵∴HCl：鹽酸：多筒過(guò)濾器物料衡算表表34 多筒過(guò)濾器物料衡算表進(jìn)料質(zhì)量/kgW/%出料質(zhì)量/kgW/%CH≡CH CH≡CH HClHClH2OH2O O2 O2 鹽酸Σ Σ⑷ 石墨預(yù)熱器 因?yàn)槭鋮s器不改變物料的量，所以其進(jìn)出口物料相同且相等。85% =6250 kgx=6250/85%= kg∴⑵ 氯乙烯的化學(xué)反應(yīng)式主反應(yīng)：副反應(yīng)：⑶ 用倒推法計(jì)算精餾：（氯乙烯的收率：%）轉(zhuǎn)化器：（乙炔轉(zhuǎn)化率：98%）∴進(jìn)料原料氣中乙炔氣需要量為：26kg= 計(jì)算⑴ 混合器的物料衡算乙炔氯化氫CH≡CHHClO2H2O混合器圖31 混合器的物料衡算方框圖計(jì)算依據(jù)：CH≡CH和HCl的摩爾比為：1：～[1]本設(shè)計(jì)選取：n CH≡CH：nHCl=1:① 進(jìn)料氣組成表31 進(jìn)料氣組成進(jìn)料氣組分含量/%乙炔氣CH≡CH99H2ON2氯化氫HCl95H2ON2O2H2∴進(jìn)料口需要乙炔原料氣為： 進(jìn)料口需要氯化氫原料氣為：∴CH≡CH：26kg= HCl：=== ：%==32kg= ：%+%==18kg=:%==2=:%+%==28kg=② 出料：計(jì)算依據(jù)：混合氣中的水分是以酸霧的形式進(jìn)入到下一層的，只有一點(diǎn)點(diǎn)的水分是通過(guò)濃鹽酸流出的，因此省略流出的濃鹽酸量[3]。 計(jì)算依據(jù)⑴ 計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)：生產(chǎn)任務(wù)：年工作日：以300天計(jì)算日產(chǎn)量：/300=kg小時(shí)產(chǎn)量：/24=6250 kg ∵查閱資料可以得到聚合物大致的轉(zhuǎn)化率一般在85%～90%之間[2]，但是在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中難免會(huì)有一些損失，比如在洗滌、包裝等等工序都會(huì)有相應(yīng)的損失，所以不能做到100%的轉(zhuǎn)化，本設(shè)計(jì)取轉(zhuǎn)化率為85%。（2）氯化氫：分子式：HCl 分子量：標(biāo)況下比重為；熔點(diǎn)為，沸點(diǎn)為；純度≥93%水分≤%（3）氯乙烯氯乙烯的結(jié)構(gòu)式為：；有一定香味的無(wú)色氣體，時(shí)是液體；容易爆炸，爆炸極限：；不溶于水，易溶于乙醚和四氯化碳。原因在于氯化汞催化劑可以和乙炔原料形成一種中間配合物，然后中間配合物再進(jìn)一步的得到產(chǎn)品氯乙烯，簡(jiǎn)單的說(shuō)有了氯化汞催化劑之后改變了反應(yīng)的過(guò)程以及反應(yīng)需要的活化能，從而達(dá)到了提速的目的。圖21 電石乙炔法工藝流程簡(jiǎn)圖 生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述緩沖器乙炔砂封混合器石墨冷卻器多筒過(guò)濾器石墨預(yù)熱器轉(zhuǎn)化除汞器水洗塔堿洗塔冷卻器Ⅱ圖22 生產(chǎn)工藝流程以上便是電石乙炔法生產(chǎn)氯乙烯的工藝流程簡(jiǎn)圖。這邊是電石乙炔法制氯乙烯的大致過(guò)程，其主要的有關(guān)反應(yīng)如下：(1)乙炔制備原理①電石水解反應(yīng)原理CaC2 +2H2O→Ca(OH)2 +C2H2 +130KJ/mol(31kcal/mol)由于工業(yè)電石的純度并不是太高，里