【正文】 體的對數(shù)平均直徑，m λ——爐體材料導(dǎo)熱系數(shù)（本設(shè)計爐體材料為石墨），W /m.℃ b——合成爐爐體的壁厚，m由文獻(xiàn)[1]查得：Rso=105m2K)，CP0= kJ/kg℃ d1——合成爐爐體外徑，m——合成爐夾套內(nèi)徑，m由文獻(xiàn)[1]查得，μ0=104Pas） ——合成爐夾套側(cè)冷卻水的粘度，Pa℃) ——合成爐夾套側(cè)冷卻水的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(mk）10101010表32各物質(zhì)粘度表物質(zhì)HClCO2N2H2OH2μ（cp）表33各物質(zhì)比熱容表物質(zhì)HClCO2N2H2OH2CP（kJ/kgs ——合成氣的比熱容，kJ/kgs） ——合成氣的粘度，Pa℃) ——合成氣體的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(mK） T——合成爐燈頭溫度，K u——合成爐內(nèi)氣速，m/s P總——合成爐工作壓力，Pa，取合成爐內(nèi)氣速為1m/s由前面計算可知，G合=，T=，將以上數(shù)據(jù)帶入上式中，有 取d=夾套直徑與合成爐爐體直徑有下面的公式[10]： 式中，B——合成爐爐體內(nèi)側(cè)到夾套內(nèi)側(cè)的厚度，所以，合成爐夾套直徑為：。第3章 設(shè)備選型 關(guān)鍵設(shè)備的計算氯化氫的合成爐是本設(shè)計工段的關(guān)鍵設(shè)備，現(xiàn)對該設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的計算。℃ 冷卻水移走的熱量為： 所以，冷卻的用量為： 表213 石墨冷卻器的熱量衡算表輸入 kJ/h輸出 kJ/h混合氣帶入的熱量 3345240混合氣帶走的熱量 冷卻水帶走的熱量 總計 33452403345240 進(jìn)吸收器的液體帶入的熱量進(jìn)塔液體為20%的鹽酸溶液，進(jìn)塔溫度為10℃，則進(jìn)吸收器的液體帶入的熱量為 進(jìn)吸收器的氣體帶入的熱量假設(shè)從石墨冷卻管出來的氣體進(jìn)入降膜吸收器時沒有熱量損失，則 氯化氫溶解放出的熱量 式中：——溶解所放出的總熱量、KJ/h ——吸收了的氯化氫氣體、mol/h——氯化氫的吸收熱、KJ/mol吸收塔內(nèi)吸收了的氯化氫的量為： 由文獻(xiàn)查得： 所以 出吸收器氣體帶走的熱量出塔氣體的溫度為40℃，出塔氣體各組分在此溫度下的比熱容見表214表214 各組分在40℃時的比熱容物質(zhì)HClH2N2CO2H2OCP（kJ/kg﹒℃）所以，混合氣體帶走的熱量為 出塔液體為35%的鹽酸，溫度為40℃，出塔液體帶走的熱量為 冷卻水要移走的熱量為： 設(shè)冷卻水進(jìn)口溫度為27℃，溫差為10℃，則冷卻水的用量為 表215 降膜吸收器的熱量衡算表輸入 kJ/h輸出 kJ/h進(jìn)吸收器氣體帶入的熱量 1545052出吸收器液體帶走的熱量 進(jìn)吸收器液體帶入的熱量 出吸收器氣體帶走的熱量 氯化氫的溶解熱 18473928冷卻水帶走的熱量 總計 所以，氯化氫解析出來所需要的熱量為 由再沸器提供的熱量為： ，由文獻(xiàn)查得此時水的汽化熱為2205KJ/kg，則蒸汽用量為 表216 解吸塔熱量平衡表輸入 kJ/h輸出 kJ/h進(jìn)塔液體帶入的熱量 出塔液體帶走的熱量 6905955 再沸器提供的熱量 出塔氣體帶走的熱量 氯化氫解析需要的熱量 總計 尾氣吸收塔的熱量衡算假設(shè)從降膜吸收器出來的氣體進(jìn)入尾氣吸收塔時沒有熱量損失，則進(jìn)塔氣體帶入的熱量為假設(shè)從解吸塔出來的液體進(jìn)入尾氣吸收塔時沒有熱量損失，則進(jìn)塔液體帶入的熱量為 出塔氣體的溫度為35℃，各組分在35℃的比熱容為表217 出塔氣體各組分在35℃的比熱容物質(zhì)N2H2CO2H2OCP(kJ/kg﹒℃) 所以，出塔氣體帶走的熱量為 氯化氫溶解放出的熱量溶解的氯化氫的量為3kmol/h，則 出塔液體為20%的鹽酸，根據(jù)熱量守恒，出塔液體帶走的熱量為 所以，出塔液的質(zhì)量流量為表218 尾氣吸收塔的熱量平衡表輸入 kJ/h輸出 kJ/h進(jìn)塔氣體帶入的熱量 出塔氣體帶走的熱量 進(jìn)塔液體帶入的熱量 6905955出塔液體帶走的熱量 氯化氫的溶解熱 總計 假設(shè)氣體由解吸塔出來進(jìn)入換熱器的過程沒有熱量損失，則氣體帶入的熱量為冷卻水要移走的熱量為 冷卻水的進(jìn)口溫度為27℃，溫差為4℃，則冷卻水的用量為: 表219 石墨換熱器的熱量平衡表輸入 kJ/h輸出 kJ/h氣體帶入的熱量 氣體帶走的熱量 冷卻水移走的熱量 總計 用25℃的冷凍鹽水將氯化氫氣體從40℃冷卻到12℃,冷凍鹽水出口溫度為16℃ 冷凍鹽水要移走的熱量為 kJ/kg﹒℃，則冷凍鹽水的用量為表220 鹽水石墨冷卻器的熱量平衡表輸入 kJ/h輸出 kJ/h氣體帶入的熱量 氣體帶走的熱量 冷卻水移走的熱量 總計 Aspen模擬圖21 全流程的Aspen模擬圖全流程的Aspen模擬數(shù)據(jù)見表221表221 全流程的Aspen模擬數(shù)據(jù)進(jìn)料 kg/h出料 kg/h氯氣 濃酸 氫氣 廢液 吸收劑 氯化氫 水 尾氣 氯化氫合成爐的模擬圖及其模擬數(shù)據(jù)見圖22與圖23圖22 氯化氫合成爐的Aspen模擬圖圖23 氯化氫合成爐的模擬數(shù)據(jù)（1）圖24 氯化氫合成爐的模擬數(shù)據(jù)（2） 在反應(yīng)器中輸入原料氣氯氣，氫氣以及各原料氣中的各組分，選擇物性方法，活度系數(shù)法，在stream中輸入原料氣的壓力、溫度以及各組分的摩爾分率，點擊運行之后，即可得到以上模擬數(shù)據(jù)。將燈頭溫度帶入①式，可得反應(yīng)放出的總的熱量所以，反應(yīng)放出的總的熱量為： 合成氣入口溫度25℃，出口溫度350℃，℃，查氣體比熱容共線圖可得混合氣中各組分的比熱容表29 ℃下的比熱容物質(zhì)N2CO2H2OHClH2（）所以，合成氣帶走的熱量計算如下： 所以，合成氣帶走的總熱量為： 冷卻水移走的熱量 取冷卻水的溫差為25℃，查得=表27 各物質(zhì)恒壓比熱容常數(shù)表物質(zhì)名稱abc適用溫度氫氣1031052982500氯氣1031052983000氯化氫1031052982500水1031052982500氧氣1031052983000因為ΔCP為生成物CP與反應(yīng)物CP之差，所以兩個反應(yīng)的ΔCP計算如下：生成氯化氫反應(yīng)： 所以摩爾反應(yīng)熱：生成水的反應(yīng)： 所以摩爾反應(yīng)熱：[9]及反應(yīng)放出的熱量 ① 燈頭溫度有如下關(guān)系式： ②式中：G合——合成氣的摩爾流量，kmol/h C’p合——合成氣的恒壓摩爾比熱容，J/ t——合成氣入口溫度，℃ t1——燈頭溫度，℃混合氣體的C’P可用下面的式子算得： 合成氣出口溫度為350℃，由定壓比熱容的計算式計算得各物質(zhì)在出口溫度下的表28 各物質(zhì)在350℃下的比熱容物質(zhì)氯化氫氫氣氮氣二氧化碳水（）各物質(zhì)在合成氣中的含量：∴ =出塔液中水的量為： 根據(jù)氯化氫守恒，可得 G=L(X1X2) 其中，X1=，X2=，所以， G=則 表25解吸塔的物料平衡表進(jìn)塔物質(zhì)的量，kg/h出塔物質(zhì)的量，kg/h進(jìn)塔液體 35%鹽酸 出塔氣體 出塔液體 總計 尾氣吸收塔的物料衡算尾氣塔的進(jìn)塔液體的質(zhì)量流量等于解吸塔的出塔液體的質(zhì)量流量。根據(jù)塔內(nèi)HCl的量守恒，可得：G=L(X1X2) ①式中：G——單位時間內(nèi)由氣相轉(zhuǎn)入液相的溶質(zhì)量，kmol/h L——單位時間內(nèi)通過吸收塔的溶劑量，kmol/h X1,X2——分別為出塔及進(jìn)塔液體中溶質(zhì)組分的摩爾比其中， G=G合==吸收劑為21%的鹽酸，出塔鹽酸的濃度為35%。 物料衡算 生產(chǎn)能力及原料氯氣與氫氣量的計算 生產(chǎn)能力年產(chǎn)10萬噸氯堿，年產(chǎn)時間按8000h計算，則氫氧化鈉的流量為： 氯化氫的產(chǎn)量 鹽水電解方程式為： 所以， 在合成HCL反應(yīng)中，按計算， 所以， ， 表21原料氣組成物質(zhì)氯氣（mol%）氫氣（mol%）純度含氫含氮氣含二氧化碳—含水分含氧氣進(jìn)料溫度(℃)2525進(jìn)料壓力(MPa) 合成爐的物料衡算 進(jìn)合成爐的各物質(zhì)的量 原料氫氣的量=純氫氣的摩爾量/氫氣的摩爾分?jǐn)?shù)原料氫氣的量：各組分的含量=原料氫氣的量組分的摩爾分?jǐn)?shù)含氮氣：%=含水分：%=含氧氣：%= 原料氯氣的量=純氯氣的摩爾量/氯氣的摩爾分?jǐn)?shù)原料氯氣的量：各組分的含量=原料氯氣的量組分的摩爾分?jǐn)?shù)含氫氣：%=含氮氣：%=含二氧化碳：=含水分：%=含氧氣：%=各物料總進(jìn)料：氫氣：ΣH2(mol)=+= ΣH2(m)= 2=氮氣：ΣN2(mol)=+= ΣN2(m)= 28=水： ΣH2O(mol)=+= ΣO2(m)= 18=氧氣：ΣO2(mol)=+= ΣO2(m)= 32=氯氣：ΣCl2(mol)= ΣO2(m)= 71=CO2： ΣCO2(mol)= ΣO2(m)= 44=總進(jìn)料(mol)=+++++= 總進(jìn)料(m)=+++++ = 出合成爐的各物質(zhì)的量合成爐內(nèi)的兩個反應(yīng)： ① ②① 生成的氯化氫的量為： 1 1 2 =2=2= ② 氧氣燃燒所消耗的氫氣及生成的水的量為： 2 1 2 消耗氫氣的量 生成水的量== 水的總摩爾量水的總質(zhì)量剩余的氫氣的量為：