【正文】 體，但帶出3Kmol/h的水蒸氣，則總量為G0=各氣體含量：CH3Cl 100%=%CH2Cl2 100%=%CHCl3 100%=%CCl4 100%=%N2 100%=%CH4 100%=%第四章 主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型第四章 主要設(shè)備的工藝計(jì)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(dá)到換熱效果。1． 計(jì)算依據(jù)（1）進(jìn)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(jì)溫度 40℃（3）進(jìn)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(jì)計(jì)算 查《化工裝置的工藝設(shè)計(jì)》表931得輕有機(jī)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/(=由(T2T1)/K=《化工裝置的工藝設(shè)計(jì)》圖9120得：最佳管排數(shù)為n=6又由n=6查表933得迎面風(fēng)速FV=165米/分表面積/迎風(fēng)面積=A0/F2=則：F2=A0/=由F1= Q/(t2t1) （4—2）式中Q—換熱量,Kcal/h (t2t1)—空氣溫升 FV—迎面風(fēng)速，米/分代入數(shù)據(jù) F1=106/(165=取ξ=F2F1===≤ξ即空氣出口溫度假設(shè)合理由于資料有限，無法查到標(biāo)準(zhǔn)空冷器系列及翅片規(guī)格。用于處理量較大的吸收過程。1． 計(jì)算依據(jù)（1）進(jìn)出口組成同空冷器出口組成（2）進(jìn)口溫度80℃，出口溫度70℃（3）吸收水溫42℃，冷卻水溫25℃,溫升8℃（4）%，出口酸濃度16%（5）（表壓）（6）換熱量Q=106KJ/h（7）2． 計(jì)算換熱面積（逆流）冷卻水由25℃升到33℃，氣體由80℃降到70△t1=8033=47℃ △t2=7025=45℃ △tm=45℃從《氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊(cè)》查得K=3000KJ/.℃S=Q/K.△tm=106/300045=3． 計(jì)算吸收面積（并流） 由于有大量的冷卻水帶走熔解熱，將此過程保持等溫，因此簡化為等溫吸收，在42℃下查得HCl—H2O平衡數(shù)據(jù)如下：x 0 y 0 x y 并流高濃度吸收操作的操作線方程由式（3—5）：即在y1—y2之間分為10個(gè)相等的小區(qū)間，對(duì)應(yīng)一個(gè)y求出一個(gè)x ，所得x，y如下：x y x y 在同一直角坐標(biāo)系中作出操作線和平衡線如圖一： 圖一對(duì)高濃度吸收一般用諾曼法：從圖上量出塔兩端和操作范圍的中點(diǎn)xc(x=)處的濃度差△y1= △y2= △yc=算出△yc/△y1=, △yc/△y2=查《化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)》圖3—18得：f=△ym/△yc= 即△ym= 進(jìn)口端kG的查取：在t=80℃下查得各物質(zhì)μ( ) CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl CO2 N2 CH4 平均粘度：μ=%+%+%+%+%+%+%+% = =平均分子量： M=50%+85%+%+154%+%+44%+16%+28% = ，按《石墨制化工設(shè)備設(shè)計(jì)》表3—26初選換熱器規(guī)格：公稱直徑450mm，吸收管61根，φ223的吸收管 入口氣體質(zhì)量流速： G0=(4)/(π61)=105Kg/則：DG0/=(105)/)= （4—3）D—管內(nèi)徑，mG0—入口氣體質(zhì)量流速,kg/μ—入口氣體粘度，Kg/M—平均分子量查《氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊(cè)》圖15—6—1得：kG=200106Kmol/由于HCl氣體易溶于水，屬氣膜控制，總傳質(zhì)系數(shù)1/Ky=1/ky+m/kx中可忽略液膜阻力m/kx ，即Ky=ky又因?yàn)闅庀嗫倝翰桓撸瑒tky= （4—4）所以Ky==105200106=出口端kG的查?。翰榈胻=70℃的μ()CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl CO2 N2 CH4 平均分子量： μ=%+%+%+%+%+%+%+% =平均粘度：M=%+85%+%+154%+%+44%+28%+16% =出口氣體質(zhì)量流速： G0=(4)/(π61)=105Kg/ DG0/=(105)/()= kG=205106Kmol/出口端的壓力P=()= Ky==205106105=HCl被吸收一半時(shí)（即xc處）的查取 氣體總量：剩余HCl的量 ：各氣體的含量：CH3Cl 100%=% CH2Cl2 100%=% CHCl3 100%=% CCl4 100%=% HCl 100%=% CO2 100%=% N2 100%=% CH4 100%=%查得t=(80+70)/2=75℃下的μ(181。實(shí)際上換熱面積大點(diǎn)更能維持等溫，假設(shè)為等溫更合理。1． 計(jì)算依據(jù)（1）氣體組成同一膜出口處組成（2）出塔氣體中無氯化氫和二氧化碳?xì)怏w（3）（4）25mm25mm2． 確定空塔其速查《氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊(cè)》20℃，15%的NaOH溶液ρl=1169Kg/m3粘度μL=則WL/WV(ρV/ρL)=()= （4—6）式中WL,WV—分別為液相和氣相的摩爾流量,Kmol/hρV,ρL—分別為液體和氣體的密度Kg/m3查《化工原理》下冊(cè)圖3—24中亂堆填料泛點(diǎn)線，由表3—5知，25mm25mm=450m1，Ψ=ρ水/ρL=1000/1169=umax=()1/2 （4—7）=(1169/450)1/2=式中：umax—泛點(diǎn)氣速，m/sg—重力加速度，m/s2ρV,ρL—分別為液體和氣體的密度Kg/m3φ—填料因子，m1Ψ—液體密度校正吸收, Ψ=ρ水/ρlΜL—液體粘度,取空塔氣速為泛點(diǎn)氣速的50%，即u= umax=3． 計(jì)算填料塔直徑 D=(4VS/πu)1/2=[(4)/(3600)]1/2=D —塔徑，mVS—體積流率m3/su—空塔氣速，m/s圓整塔徑為1m，即1000mm則空塔氣速u=4VS/πD2=(4)/π12=空塔氣速安全系數(shù)：100%=% 因填料為25mm25mm，σ=190，塔徑與填料尺寸之比大于8，依《化工原理》下冊(cè)式(3—37)算最小噴淋密度，因填料尺寸小于75mm，故取(LW)mln=,則Umln=(LW)mln. σ （4—8）=190=σ—填料的比表面積，m2/m3Umin—最小噴淋密度， m3/(LW)min—最小潤濕速率，NaOH溶液的平均分子量：100/(20/40+80/18)=則操作條件下的噴淋密度為：U=(4)/(π116912)=為滿足U≥Umin則使出塔的廢堿液循環(huán)，以增大液體流量，從而增大噴淋密度要使U≥Umin，即4Wl/(π116912)≥WL≥104Kg/h取WL=104Kg/h==104Kg/h5．校核塔徑及空塔氣速由式（4—6）得：WL/WV(ρV/ρL)=()=查《化工原理》下冊(cè)圖3—24中亂堆填料泛點(diǎn)線，umax=()1/2=(1169/450)1/2=取空塔氣速為泛點(diǎn)氣速的70%U===D=(4VS/πu)1/2=[(4)/(3600)]1/2=圓整塔徑為1m,即1000mm則空塔氣速u=4VS/πD2=(4)/π12=空塔氣速安全系數(shù)：100%=69%則操作條件下的噴淋密度為：U=(1044)/(π116912)=≥Umin()/1169=橫標(biāo)WL/WV(ρV/ρL)=()=據(jù)以上兩數(shù)值在圖3—24中確定塔的操作點(diǎn)此點(diǎn)位于△P=30，即每米填料層的壓降約為294 Pa/m7．計(jì)算填料層高度（1） 計(jì)算傳質(zhì)單元數(shù) 由于氯化氫和二氧化碳?xì)怏w與NaOH溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，溶液中不存在氯化氫和二氧化碳,故Y*=O又由于二氧化碳與NaOH溶液反應(yīng)生成的碳酸鈉堿性，抑制反應(yīng)進(jìn)行，所以二氧化碳與NaOH溶液反應(yīng)比氯化氫與NaOH溶液反應(yīng)速度慢。被吸收的氯化氫的量為：=。= （4—9）由于無法查到二氧化碳被NaOH吸收時(shí)的KG，計(jì)算不出具體的傳質(zhì)單元高度。1． 計(jì)算依據(jù)（1）進(jìn)塔酸濃度98%（質(zhì)量），出塔酸濃度85%（質(zhì)量）（2）進(jìn)口酸溫度25℃（3）硫酸的量為3 Kmol/h2． 塔徑計(jì)算需要的硫酸的量：M=(M+318)85%/98%=查得25℃下，98%的硫酸的密度ρL=V=M/ρL=105m3/s=動(dòng)能參數(shù)(Lh/VN)(ρL/ρV)1/2 （4—11）式中：Lh，VN—分別為塔內(nèi)液氣兩相的體積流量，m3/hρL，ρV分別為塔內(nèi)液氣兩相的密度，Kg/m3此時(shí) ρV=WV/V=(+85++154+28+16+318)/()=動(dòng)能參數(shù)(Lh/VN)(ρL/ρV)1/2 =()(1833/)1/2=—，取板間距310mm，所以HThL=230mm查史密斯關(guān)聯(lián)圖得 C20=查得硫酸的σ=C=C20(σ/20)