年产7万吨氯乙烯单体工艺设计本科毕业设计.doc

武汉工程大学本科毕业设计 i 年产 7 万吨氯乙烯单体工艺设计本科毕业设计 摘 要 氯乙烯(vc)是一种应用于高分子化工的重要单体，其生产工艺的研究及探 讨，随着聚氯乙烯工业的发展越来越受到广泛关注。在众多的生产方法中，电 石乙炔法生产氯乙烯是目前工业化生产的主要方法。由该反应的特点知氯乙烯 合成反应需要升汞（）作为催化剂进行气固相催化反应，然后经过水洗， 2 hgcl 碱洗和精馏等操作过程得到精氯乙烯单体。 设计中以乙炔法为理论基础，通过物料衡算得到生产过程中原料的消耗量 以及其他各种物质的流量；通过热量衡算得到各个设备的热负荷，以及冷却过 程中冷却介质的消耗量；通过设备计算进行反应器类型的选择，各种工艺尺寸 的确定以及传热面积的校核。 关键词：氯乙烯；生产工艺；升汞；精馏；衡算 武汉工程大学本科毕业设计 ii abstract vinyl chloride(vc) is an important monomer which applied to high polymer chemical industry，the study and discuss for the production technology attract more and more concern as the development of the polyvinyl chloride industry.during many production methods，its the main method to product vinyl chloride by using calcium carbide in the industry at present.its known that the catalyst of is necessary 2 hgcl for the gas-solid catalytic reaction,then the vinyl chloride monomer can be obtained by water washing,alkaline washing and distillation. acetylene method is the theoretical basis for the design, the consumption of raw materials and the flow of other substances can be got through the material balance;the heat load of various equipment and the consumption of cooling medium in cooling process can be obtained through the heat balance; the choice of reactor type, size of the various processes and the check of heat transfer area can be mixed through the equipment computing. keywords: vinyl chloride; production technology ；; distillation; computing 2 hgcl 武汉工程大学本科毕业设计 iii 目 录 摘 要i abstract.ii 第一章 文献综述.1 1.1 化学品名称 1 1.2 理化性质 1 1.3 主要生产方法 2 1.4 危险性概述 2 1.5 泄漏应急处理 3 1.6 操作处置与储存 3 1.7 我国聚氯乙烯工业的发展 3 第二章 设计方案论述.4 2.1 电石法工艺概述 4 2.2 原料气的制备 4 2.3 氯乙烯的合成及精馏 4 2.4 设计要点 5 2.4.1 乙炔制备的设计要点 5 2.4.2 氯化氢制备的设计要点 5 2.4.3 合成的设计要点 5 2.4.4 精馏的设计要点 5 第三章 工艺计算.7 3.1 物料衡算 7 3.1.1 原料计算.7 3.1.2 原料气组成.7 3.1.3 原料气进入量.8 3.1.4 石墨冷凝器计算.8 3.1.5 反应器计算10 3.1.6 水洗塔计算12 3.1.7 碱洗塔计算14 3.1.8 全凝器计算15 3.1.9 低沸塔计算16 3.1.10 高沸塔计算.18 3.2 热量衡算 .19 3.2.1 各组分的 p c .19 3.2.2 各组分的 f h.21 3.2.3 热量衡算方法21 武汉工程大学本科毕业设计 iv 3.2.4 石墨冷凝器热量衡算21 3.2.5 合成塔热量衡算23 3.2.6 全凝器热量衡算27 3.3 设备计算 .29 3.3.1 转化器的设备计算29 3.3.2 高沸塔的设备计算34 第四章 总结58 参考文献.59 致谢.60 武汉工程大学本科毕业设计 1 第一章第一章 文献综述文献综述 1.11.1 化学品名称化学品名称 化学品中文名称： 氯乙烯 化学品英文名称： chloroethylene 中文名称 2： 乙烯基氯 英文名称 2： vinyl chloride cas no.： 75-01-4 分子式： chclch2 结构式： chclch 2 分子量： 62.50 1.21.2 理化性质理化性质 外观与性状： 无色、有醚样气味的气体 熔点()： -159.8 沸点()： -13.4 相对密度(水=1)： 0.91 相对蒸气密度(空气=1)： 2.15 饱和蒸气压(kpa)： 346.53(25) 临界温度()： 142 临界压力(mpa)： 5.60 辛醇/水分配系数的对数值： 1.38 引燃温度()： 415 爆炸上限%(v/v)： 31.0 爆炸下限%(v/v)： 3.6 溶解性： 微溶于水，溶于乙醇、乙醚、丙酮等多数有机溶剂。 主要用途： 用作塑料原料及用于有机合成，也用作冷冻剂等。 武汉工程大学本科毕业设计 2 1.31.3 主要生产方法主要生产方法 50 年代以前，聚氯乙烯的原料主要是乙炔，战后 20 年，电石产量有很大 增长，到 1965 年全世界产量达到 760 万吨，以后由于 pvc 的原料的转换，产量 降到 400 余万吨。在原料变换的初期，曾经出现了联合法和烯炔法。联合法以 edc 裂解制取氯乙烯并副产氯化氢，然后以氯化氢与电石乙炔再合成氯乙烯， 两种粗氯乙烯精制得到聚合用的单体。烯炔法即是以石脑油裂解得出乙烯乙炔 裂解气，不经分离直接氯化得到氯乙烯。具体生产方法的比较如下： 表 1.1 生产氯乙烯（vc）所用原料及成本 主要原料消耗生产方法 乙炔乙烯乙烷氯化氢氯气 原料成本 乙炔法 0.440.594.7 联合法 94.1 乙烯氧氯 化法 0.490.673.3 乙烷氧氯 化法 0.600.582.3 1.41.4 危险性概述危险性概述 健康危害： 急性毒性表现为麻醉作用；长期接触可引起氯乙烯病。急性中 毒：轻度中毒时病人出现眩晕、胸闷、嗜睡、步态蹒跚等；严重中毒可发生昏 迷、抽搐，甚至造成死亡。皮肤接触氯乙烯液体可致红斑、水肿或坏死。慢性 中毒：表现为神经衰弱综合征、肝肿大、肝功能异常、消化功能障碍、雷诺氏 现象及肢端溶骨症。皮肤可出现干燥、皲裂、脱屑、湿疹等。本品为致癌物， 可致肝血管肉瘤。 环境危害： 氯乙烯在环境中能参与光化学烟雾反应。 燃爆危险： 本品易燃，为致癌物。 武汉工程大学本科毕业设计 3 1.51.5 泄漏应急处理泄漏应急处理 应急处理方法为迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并进行隔离，严格限 制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿防静电工作服。 尽可能切断泄漏源。用工业覆盖层或吸附/ 吸收剂盖住泄漏点附近的下水道等 地方，防止气体进入。合理通风，加速扩散。喷雾状水稀释、溶解。构筑围堤 或挖坑收容产生的大量废水。如有可能，将残余气或漏出气用排风机送至水洗 塔或与塔相连的通风橱内。漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。 1.61.6 操作处置与储存操作处置与储存 操作注意事项： 密闭操作，全面通风。操作人员必须经过专门培训，严格 遵守操作规程。建议操作人员佩戴过滤式防毒面具（半面罩） ，戴化学安全防护 眼镜，穿防静电工作服，戴防化学品手套。远离火种、热源，工作场所严禁吸 烟。使用防爆型的通风系统和设备。防止气体泄漏到工作场所空气中。避免与 氧化剂接触。在传送过程中，钢瓶和容器必须接地和跨接，防止产生静电。搬 运时轻装轻卸，防止钢瓶及附件破损。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏 应急处理设备。 储存注意事项： 储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超 过 30。应与氧化剂1分开存放，切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。 禁止使用易产生火花的机械设备和工具。储区应备有泄漏应急处理设备。 1.71.7 我国聚氯乙烯工业的发展我国聚氯乙烯工业的发展 1954 年沈阳化工化工研究院开始聚氯乙烯研究，1958 年锦西化工厂建成了 第一套年产 3000 吨规模的生产装置。紧接着北京、天津、上海等地相继又建成 4 套年产 6000 吨的装置。60 年代各省市又陆续新建了一批，聚氯乙烯工业得到 了较快的发展，至 1987 年聚氯乙烯的生产能力已经达到 64.54 万吨。 聚氯乙烯的生产发展大体来说可以分为两个阶段：1980 年以前侧重于产量 的增长，80 年代则在考虑产量增长的同时，重视质量的提高和品种的增加，并 普遍开始重视产品的应用以及开发，使得聚氯乙烯工业的发展进入一个新的阶 段。1987 聚氯乙烯产量达到 57.8 万吨，居全国合成树脂的首位。 武汉工程大学本科毕业设计 4 第二章第二章 设计方案论述设计方案论述 2.12.1 电石法工艺电石法工艺概述概述 电石经过一系列破碎过程进入乙炔发生器，与水进行反应，生成的乙炔气 经清净处理以后进入气柜，然后与来自氯化氢合成的干燥氯化氢气体按一定比 例进入混合器中混合。混合后气体进转化器进行反应，转化后生成的氯乙烯气 体，再经冷凝器冷凝为粗氯乙烯液体，送入低沸塔蒸出粗氯乙烯液体中的乙炔 等低沸点物，冷凝器未冷凝的气体经尾气冷凝器再回收后放空。塔釜液体再入 高沸点蒸馏塔蒸出氯乙烯气体，经分离和成品冷凝器冷凝成为液体氯乙烯进入 单体贮槽以备聚合使用。 2.22.2 原料气的制备原料气的制备 乙炔制备：碎电石在水解槽中水解制得乙炔，水解后经过清净达到合成所 需要的浓度后送至气柜贮存。 氯化氢制备：通过电解制得的氯气和氢气在燃烧炉内燃烧，然后进行冷却 除杂得到合格的氯化氢气体送至气柜贮存。 2.32.3 氯乙烯的合成及精馏氯乙烯的合成及精馏 合成：调节乙炔和氯化氢 的分子配比为 1：1.051.1 在混合器内均匀混 合，然后进入石墨冷凝器冷凝出去部分水分，预热后送至至合成炉内在升 汞催化剂的作用下加成制得氯乙烯单体。制得的粗氯乙烯单体先经过除汞 器除汞，然后经过水洗和碱洗除去残余的氯化氢，而后压缩至精馏岗位。 精馏：粗氯乙烯气体冷凝液化经水分离器除水后，然后进入低沸塔蒸出 低沸物，塔底出来的氯乙烯借压差进入高沸塔，塔顶出来的精氯乙烯气体进 入冷凝器冷凝 ，然后进入贮槽供聚合使用。 武汉工程大学本科毕业设计 5 2.42.4 设计要点设计要点 2.4.1 乙炔制备的设计要点乙炔制备的设计要点 液位：水解槽的液位太低乙炔气会漏气，液位太高会串气，两种情况都很 危险。液位应控制在 60%70%。 循环冷却水量：由于水解反应放出大量热，如不及时反应热会导致爆炸的 发生。 2.4.2 氯化氢制备的设计要点氯化氢制备的设计要点 燃烧炉的压力：燃烧内在加压下操作，产品氯化氢不用纳氏泵而直接借系 统压力送至氯乙烯装置。 分子配比：氯化氢与乙炔的分子配比控制在 1.1：1。 2.4.3 合成的设计要点合成的设计要点 乙炔气和氯化氢气的配比。提高原料气的浓度，反应速率及转化率会增加， 但是氯化氢太多副反应加剧，不利于氯乙烯的合成，一般两者的配比控制为 1：1.051.1。 合成温度：温度升高，反应速率加快，催化剂活化，形成许多的微小通道， 增强了催化剂吸附能力，从而提高了催化剂的催化效率。但是由于反应放热， 升高温度，催化剂的活性降低，使用寿命缩短，该工艺尽可能控制在 100至 180。 循环冷却水量。在开始反应时，热点在催化剂的上层，为延长催化剂的使 用寿命，防止热点下移，需要严格控制冷却水的流量。 2.4.4 精馏的设计要点精馏的设计要点 精馏过程中，压力、温度、惰性气体、水分会影响精馏操作。具体设计如 下： 操作压力：低沸塔在 0.49mpa 至 0.59mpa 之间最适合。高沸塔中因为高沸 物使混合物的沸点增高，可适当降低压力，一般选取 0.24mpa 至 0.35mpa，本 武汉工程大学本科毕业设计 6 设计取高沸塔操作压力为 0.34mpa。 精馏温度：应尽可能使温度设定在较高值，以降低生产成本，一般低于在 操作压力下的混合物的沸点。 惰性气体的含量。控制到惰性气体的含量，可以减少放空损失，提高精馏效率， 惰性气体的含量应小于 5%。 水分含量：水分能水解氧与氯乙烯生成的低分子过氧化物，产生氯化氢、 甲酸、甲醛等腐蚀设备，所以应控制水分在 100ppm 至 200ppm。 武汉工程大学本科毕业设计 7 第三章第三章 工艺计算工艺计算 3.13.1 物料衡算物料衡算 3.1.1 原料计算原料计算 由设计任务知生产能力为 7 万吨氯乙烯（vc）/年，工作日取 8000 小时， 合成氯乙烯的转化率 98.6%，生成 vc 的选择性 98.4%，氯乙烯纯度达到 99.9%，取(摩尔分数)1.1:1: 22 hclhc 各物质的起始量： hg /k47.8981 % 7 . 99% 7 . 99%99%998000 10107 34 纯的氯乙烯产量 即 143.7035kmol/h 由知 222 llc hhcch chc 纯的乙炔起始量为 hkmol/1137.148 % 6 . 98%4 .98 7035.143 即 3850.957kg/h 取1.1:1: 22 hclhc 所以纯的 hcl 的起始量为hkmol/9251.1621 . 11137.148 即 5946.765kg/h 3.1.2 原料气组成原料气组成 乙炔气乙炔气 表 3.1.1 乙炔气组成 组分 22h c 2 noh2 合计 质量分数 (wt%) 990.970.03100 武汉工程大学本科毕业设计 8 摩尔分数 (mol%) 99.05540.90120.0434100 hclhcl 气气 表 3.1.2 hcl 气组成 组分hcl 2 noh2 合计 质量分数 (wt%) 990.970.03100 摩尔分数 (mol%) 98.67901.26040.0606100 3.1.3 原料气进入量原料气进入量 乙炔气hkmol/5261.149 990554 . 0 1137.148 具体乙炔气各物质进料量（kmol/h） 乙炔气 22h c 2 n oh2 149.5261148.11371.34750.0649 hcl 气hkmol/1062.165 986790 . 0 9251.162 具体乙炔气各物质进料量（kmol/h） hcl 气hcl 2 n oh2 165.1062162.92512.08100.1001 3.1.4 石墨冷凝器计算石墨冷凝器计算 衡算依据衡算依据 原料气进口温度 10，出口温度-15，冷凝盐酸浓度 40wt% 武汉工程大学本科毕业设计 9 盐酸中盐酸中 hclhcl 与与的比例的比例 oh2 由盐酸浓度知其中 3295 . 0 02.18/6 . 0 46.36/4 . 0 2 oh hcl n n 计算计算 出口含水量 x p p gxg x s oh oh 2 2 3295.0)xin,( 进，干 因为盐酸水蒸气分压由安托因方程 ，其中压力单位为 mmhg t p s oh 2647 33923 . 9 2 得mmhgp s oh 1201 . 0 2 代入数据得 x=0.0356kmol/h 1060 1201 . 0 3295 . 0 )165 . 0 (4673.314 xx x 冷凝盐酸量 冷凝的水量=，即 2.3292kg/hhkmol/1294 . 0 0356 . 0 165 . 0 冷凝的 hcl 量=，即 0.0426kmol/hhkg /5528 . 1 4 . 0 6 . 0 3292 . 2 所以冷凝的 40%盐酸量为 0.172kmol/h 物料衡算表物料衡算表 表 3.1.3 冷凝器物料衡算 进口 出口组分 kmol/hkmol/h 22h c 148.1137148.1137 hcl162.9251162.8825 武汉工程大学本科毕业设计 10 2 n 3.42853.4285 oh2 0.1650.0356 凝酸hcl00.0426 凝酸oh2 00.1294 总计314.6323314.6323 3.1.5 反应器计算反应器计算 前台转化器物料衡算前台转化器物料衡算 主副反应 主反应：chclchhclhc 222 副反应： 24222 2clhchclhc chochohhc 3222 计算 由设计任务知第一次转化率为 70%，所以 转化的量 22h chkmol/6796.1037 . 01137.148 剩余的量= 22h chkmol/4341.446796.1031137.148 生成的量=原料气含水量=0.0356kmol/hchoch3 生成的 vc 量=的选择性生成的量转化的vcc 22 h =hkmol/0207.102% 4 . 986796.103 生成的 edc 的量=转化的量生成的 vc 的量原料气含水量 22h c =hkmol/6233 . 1 0356 . 0 0207.1026796.103 物料衡算表 表 3.1.4 前台转化器物料衡算 组分 进口出口 武汉工程大学本科毕业设计 11 hkmol/ hkg / hkmol/ hkg / 22h c 148.11373850.956244.43411155.2866 2 n 3.428595.9983.428595.998 hcl162.88255945.211357.61522102.9548 oh2 0.03560.640800 )( 2chcl chvc 00102.02076376.2938 )( 242 clhcedc 001.6233160.7067 choch3 000.03561.5664 合计 9892.8063 9892.8063 后台转化器物料衡算后台转化器物料衡算 主副反应 主反应：chclchhclhc 222 副反应： 24222 2clhchclhc 计算 由总转化率知第二次转化的转化率为 95.3% 转化的量 22h chkmol/3065.42% 3 . 954341.44 剩余的量= 22h chkmol/0736 . 2 3065.424341.44 生成的 vc 量=的选择性生成的量转化的vcc 22 h =hkmol/6827.41% 4 . 983065.42 生成的 edc 的量=转化的量生成的 vc 的量 22h c =hkmol/6778. 06827.413065.42 物料衡算表 表 3.1.5 后台转化器物料衡算 武汉工程大学本科毕业设计 12 进口出口组分 hkmol/ hkg / hkmol/ hkg / 22h c 44.43411155.28662.073653.9136 2 n 3.428595.9983.428595.998 hcl57.61522102.954814.5769532.0569 )( 2chcl chvc 102.02076376.2938143.70348981.4625 )( 242 clhcedc 1.6233160.70672.3011227.8089 choch3 0.03561.56640.03561.5664 总计 9892.8063 9892.8063 3.1.6 水洗塔计算水洗塔计算 衡算依据衡算依据 由设计任务知乙醛全部被吸收，水洗后 98%的 hcl 被吸收，vc 损失 1wt%,水 洗后酸性液体含盐酸的质量分数为 2%，不计其他损失。因此可忽略， 22h c 的损失，的溶解损失不能忽略。水洗塔压力为)( 242 clhcedc)( 2chcl chvc 850mmhg,温度为 35 计算计算 由已知条件知 98%的 hcl 被洗掉，所以 被吸收的 hcl,即hkmol /2854.14%985769.14/h521.4157kg 因此出口气体中 hcl 的含量hkmol/2915 . 0 2854.145769.14 因为全部被吸收，所以出口气体中不含choch3choch3 因为 vc 损失 1%，所以出口气体中 vc 的量hkmol/2664.142%)11 (7034.143 武汉工程大学本科毕业设计 13 形成 2%的盐酸所需的水的量 水的量，即hkg /3693.255494157.521 %2 4157.521 mol/h1419.4094k 出口气体含水量 x 由得 pg o , 2 3 s h chochvchcl p xggg x 损酸进料 133240 . 1 056267 . 0 0356 . 0 437 . 1 2854.141191.166 x x 算得hkmolx/8557.73 喷淋水量 喷淋水量=形成 2%的盐酸所需水的量+出口气体含水量 hkmol/2651.14278557 . 7 4094.1419 物料衡算表物料衡算表 表 3.1.6 水洗塔物料衡算 进口出口组分 hkmol/hkmol/ 22h c 2.07362.0736 2 n 3.42853.4285 hcl14.57690.2915 )( 2chcl chvc 143.7034142.2664 )( 242 clhcedc 2.30112.3011 choch3 0.03560 oh2 07.8557 武汉工程大学本科毕业设计 14 3.1.7 碱洗塔计算碱洗塔计算 衡算依据衡算依据 碱洗塔压力为 795mmhg,温度为 30，vc 损失 1wt%,不计其他损失。水洗 液为 10%的,循环至 5%时放掉。所以全部被吸收，和的naohhcl 22h cedc 损失忽略不计，而 vc 得损失不可忽略。 计算计算 由已知 vc 损失 1%，所以出口气体中 vc 的量hkmol/8437.140%)11 (2664.142 所以损失的量为 1.4277hkmol/ 全部被吸收，所以由hcl ohnaclnaohhcl 2 知需要的量也为 0.2915，即 11.66naohhkmol/hkg / 10%溶液的用量naoh 由以下公式 得 碱液 w wnaoh %5%10 h/kg 2 . 233 05 . 0 1 . 0 66.11 w 碱液 出口气体含水量 x 由得 p p x 2 , s oh vchcl ggg x 损进进 059913 . 1 042455 . 0 4227 . 1 2915 . 0 3611.150 x x hkmolx/2737 . 6 武汉工程大学本科毕业设计 15 物料衡算表物料衡算表 表 3.1.7 碱洗塔物料衡算 进口出口组分 hkmol/hkmol/ 22h c 2.07362.0736 2 n 3.42853.4285 hcl0.29150 )( 2chcl chvc 142.2664140.8437 )( 242 clhcedc 2.30112.3011 oh2 7.85776.2737 3.1.8 全凝器计算全凝器计算 衡算依据衡算依据 粗油中乙炔溶解度为 0.02%以下，不冷凝，vc 损失 0.3wt%;因此 2 n 22h c 混合气体经全凝器后大部分 vc 气体成为液体，和 edc 全部被冷凝，而oh2 和部分不冷凝，仍以气体存在。 2 n 22h c 计算计算 损失的 vc 的量 损失的 vc 量hkmol/4225 . 0 %3 . 08437.140 因此冷凝得到的 vc(l)的量为hkmol/4212.1404225 . 0 8437.140 溶解的的量 22h c 武汉工程大学本科毕业设计 16 由已知得溶解的的量 %02 . 0 222 22 )( ohedclvchc hc nnnn n 22h c hkmoln hc /0298 . 0 22 物料衡算表物料衡算表 表 3.1.8 全凝器物料衡算 进口出口组分 hkmol/hkmol/ )( 22 ghc 2.07362.0438 )( 2 gn 3.42853.4285 )(gvc 140.84370.4215 )(gedc 2.30110 )( 2 goh 6.27370 )(lvc 0140.4212 )(ledc 02.3011 )( 2 loh 06.2737 )( 22 溶解hc 00.0298 总计154.9206154.9206 3.1.9 低沸塔计算低沸塔计算 衡算依据衡算依据 粗单体中含在以下，损失。因此可知经过精馏塔顶 22h c%001 . 0 vc%3 . 0 wt 馏出物中不含，全部进入塔釜液中。edcedc 武汉工程大学本科毕业设计 17 计算计算 vc 的含量 由已知得损失的 vc 量为hkmol/4213 . 0 %3 . 04212.140 所以塔顶 vc 的量为 0.4213hkmol/ 塔釜 vc 的量为ol/h139.9999km0.4213-140.4212 的含量 22h c 由已知可得 %001. 0 22 22 edcvchc hc nnn n 所以塔釜中乙炔的含量hkmoln hc /0014 . 0 22 因此塔顶馏出物中的含量为 22h chkmol/0284 . 0 0014 . 0 0298 . 0 edc 的含量 因为 edc 全部进入塔釜，所以塔釜馏出物中 edc 的含量为hkmol/3011 . 2 全塔衡算 进料 hkmolffff/7521.1423011. 24212.1400298 . 0 321 塔顶hkmolddd/4497 . 0 4213 . 0 0284 . 0 21 塔釜 hkmolwwww/3024.1423011 . 2 9999.1390014 . 0 321 物料衡算表物料衡算表 表 3.1.9 低沸塔物料衡算 进料馏出物釜液组分 mol组成mol组成mol组成 武汉工程大学本科毕业设计 18 22h c 0.02980.00020.02840.06320.00140.00001 vc140.42120.98370.42130.9368139.99990.98382 edc2.30110.0161_2.30110.01617 合计142.75211.00000.44971.0000142.30241.0000 3.1.10 高沸塔计算高沸塔计算 衡算依据衡算依据 塔顶产品中的纯度为 99.9%，二氯乙烷的含量为 0.099%。因此可知经过vc 精馏塔釜液中不含，全部进入塔釜液中。 22h c 22h c 计算计算 vc 的含量 由已知得塔顶馏出物的总量hkmold/0000.140 %099 . 0 % 9 . 991 0014 . 0 因此塔顶馏出物中 vc 量为hkmol/8600.139% 9 . 990000.140 所以塔釜 vc 的量为hkmol/1399 . 0 8600.1399999.139 的含量edc 塔顶馏出物中的量为edchkmol/1386 . 0 %099 . 0 0000.140 塔釜液中的量为edchkmol/1625 . 2 1386 . 0 3011 . 2 的含量 22h c 经过高沸塔的精馏，全部从塔顶馏出，釜液中不含有。 22h c 22h c 全塔衡算 进料 hkmolffff/3024.1423011 . 2 9999.1390014. 0 321 塔顶 hkmoldddd/0000.1401386 . 0 9999.1390014 . 0 321 塔釜 hkmolwww/3024 . 2 1625 . 2 1399 . 0 32 武汉工程大学本科毕业设计 19 物料衡算表物料衡算表 表 3.1.10 高沸塔物料衡算 进料馏出物釜液组分 mol组成mol组成mol组成 22h c 0.00140.000010.00140.001%_ vc139.99990.98382139.860099.9%0.13996.0763% edc2.30110.016170.13860.099%2.162593.9237% 合计142.30241.00000140.00001.00002.30241.0000 3.23.2 热量衡算热量衡算 3.2.1 各组分的各组分的 p c 在规定温度范围内采用下式计算 p c ， 4 4 3 3 2 210 tatatataa r cp 11 molj kr的单位为 各气体组分的温度关联式系数列表如下 武汉工程大学本科毕业设计 20 表 3.2.1 各组分热容系数 组分 0 a 1 a 2 a 3 a 4 a 22h c 2.410 3 10926.10 5 10255 . 0 8 10790 . 0 11 10524 . 0 2 n 3.5385 3 102611 . 0 5 100074 . 0 8 101574 . 0 11 1009887 . 0 hcl3.8273 10936 . 2 5 10879 . 0 8 10031 . 1 11 10439 . 0 oh2 4.395 3 10186 . 4 5 10405 . 1 8 10564 . 1 11 10632 . 0 vc1.9303 10469.15 5 10341 . 0 8 10692. 1 11 10833 . 0 edc2.9903 10197.23 5 10404 . 0 8 10133 . 1 11 10617 . 0 choch3 4.379 3 10074 . 0 5 10740 . 3 8 10477 . 4 11 10641. 1 武汉工程大学本科毕业设计 21 3.2.2 各组分的各组分的 f h 查得各气体组分在 298k 时的标准摩尔生成焓列表如下 f h 表 3.2.2 各组分的 f h 组分 )( 1 kmolkjhf 22h c 228200 2 n 0 hcl92300 oh2 242000 vc28500 edc132840 choch3 166190 3.2.3 热量衡算方法热量衡算方法 本次设计热量衡算采用下式计算，以每小时为基准 in pf out pf tnckhntnckhnq)298()298()298()298( 其中为 298k 时各组分的标准摩尔生成焓，为进出口温度范围内的 f h p c 平均摩尔定压。 3.2.4 石墨冷凝器热量衡算石墨冷凝器热量衡算 衡算依据衡算依据 原料气进口温度 10，出口温度，压力 300mmhg(表压)，盐水温度15 。由物料衡算知冷凝后形成少量盐酸，因少量盐酸携带的热量与大部分35 武汉工程大学本科毕业设计 22 气体相比可以忽略，因此可不参与热量衡算。 武汉工程大学本科毕业设计 23 进出口温度下的进出口温度下的 p c 表 3.2.3 进出口各组分的 p c （ p c ） 1 kmolj 22h c 2 noh2 hcl 283k42.8429.1033.4429.05 258k41.1329.0933.3429.05 输入端和输出端的总焓输入端和输出端的总焓 表 3.2.4 输入端的总焓 输入组 分 kmoln/ kjkhn f / )298(kt/ )298283(kjtkncp/)283( 22h c 148.113733799546.341586362.95177 hcl162.925173.150379861561233.70994 2 n 3.428501554025.1496 oh2 0.1653993015764.82 合计314.632318721629.617802.167751 jhk83.185538777802.16775161.18721629 入 表 3.2.5 输出端的总焓 输入组 分 kmoln/ kjkhn f / )298(kt/ )298258(kjtkncp/)258( 22h c 148.113733799546.34406592.243676 hcl162.882575.1503405440924.189464 武汉工程大学本科毕业设计 24 2 n 3.42850404026.3989 oh2 0.0356 2 . 86154047616.47 合计314.460318756876.3946196.437178 jhk93.1831969746196.43717839.18756876 出 所以 jhqk90.23417983.1855387793.18319697h入 出 为负值，说明需要从冷凝器移走热量，即每小时需从冷凝器移走q 的热量。kj 5 10342 . 2 3.2.5 合成塔热量衡算合成塔热量衡算 衡算依据衡算依据 串联转化，一次转化率为，温度 150，进料温度 80，转化后温度%70 110；二次转化率，温度 140，进料和出料温度设为 110；进口水% 3 . 95 温 97，出口水温 102，不计热损失。 第一次转化热量衡算第一次转化热量衡算 进出口温度下各气体组分的 p c 表 3.2.6 各组分进出口的 p c （ p c ） 1 kmolj 22h c 2 n hcl oh2 vcedc choch3 353k47.2529.1829.1133.91_ 383k48.9729.2429.16_63.0589.6264.28 第一次转化输入端和输出端的总焓 武汉工程大学本科毕业设计 25 表 3.2.7 第一次转化输入端的总焓 输入组 分 kmoln/ kjkhn f / )298(kt/ )298353(kjtkncp/)353( 22h c 148.113733799546.3455384910.4779 2 n 3.42850555502.39965 hcl162.882575.1503405455260783.0266 oh2 0.0356 2 . 86155566.39758 合计314.460318756876.39651262.3 jhk69.19408138 3 . 65126239.18756876 入 表 3.2.8 第一次转化输出端的总焓 输出组分kmoln/ kjkhn f / )298( kt/ )298353( kjtkncp/)353( 22h c 44.434110139861.6285184954.7195 2 n 3.42850858521.1939 hcl57.615296.531788285142805.0347 vc102.02072907589.9585546754.4365 edc1.6233172.2156398512365.81241 choch3 0.0356364.591685194.51128 合计209074895595.7083 jhk782.84036087083.895595074.7508013 出 所以 jhqk91.1100452969.19408138782.8403608h 1入出 为负值，说明第一次转化需要移走热量，即每小时需从合成塔移走 1 q 武汉工程大学本科毕业设计 26 的热量。kj 7 101 . 1 由（冷却水的为 4.2）得 1 , 1 2 qqtc oh pm p c 1 kkgkj 每小时冷却水的用量kg tc q q ohp m 5 , 1 1 10241 . 5 )97102(2 . 4 91.11004529 2 第二次转化热量衡算第二次转化热量衡算 进出口温度下各气体组分的 p c 表 3.2.9 各组分进出口的 p c （ p c ） 1 kmolj 22h c 2 n hclvcedc choch3 383k48.9729.2429.1663.0589.6264.28 第二次转化输入端和输出端的总焓 表 3.2.10 第二次转化输入端总焓 输入组分kmoln/ kjkhn f / )298( kt/ )298353( kjtkncp/)353( 22h c 44.434110139861.6285184954.7195 2 n 3.42850858521.1939 hcl57.615296.531788285142805.0347 vc102.02072907589.9585546754.4365 edc1.6233172.2156398512365.81241 choch3 0.0356364.591685194.51128 合计209074895595.7083 武汉工程大学本科毕业设计 27 jhk782.84036087083.895595074.7508013 入 表 3.2.11 第二次转化输出端总焓 输出组分kmoln/ kjkhn f / )298( kt/ )298353( kjtkncp/)353( 22h c 2.0736473195.52858631.25632 2 n 3.42850858521.1939 hcl14.576987.13454478536130.30434 vc143.70344095546.985770142.4465 edc2.3011124.3056788517529.08947 choch3 0.0356364.591685194.51128 合计166.11912911700.062841148.8018 jhk864.37528488018.841148062.2911700 出 所以 jhqk918.4650759782.8403608864.3752848h 2入出 为负值，说明第二次转化需要移走热量，即每小时需从合成塔移走 2 q kj 6 1065 . 4 的热量。 由（冷却水的为 4.2 1 kkgkj）得 2 , 2 2 qqtc oh pm p c 每小时冷却水的用量kg tc q q ohp m 5 , 2 2 10215 . 2 )97102(2 . 4 918.4650759 2 合成塔总换热量合成塔总换热量 q q 和冷却水总用量和冷却水总用量 m q 由以上衡算过程知每小时 武汉工程大学本科毕业设计 28 总换热量kjqqq828465075991.11004529 21 冷却水总用量kgqqq mmm 555 21 10456 . 7 10215 . 2 10241 . 5 3.2.6 全凝器热量衡算全凝器热量衡算 衡算依据衡算依据 全凝器冷凝效率为，物料进口温度 45， ，出口温度 25，冷冻水% 5 . 99 进口温度 5，出口温度 8。 进口温度下各气体组分的进口温度下各气体组分的 p c 表 3.2.12 各组分进出口的 p c （ p c ） 1 kmolj 22h c 2 n vcedc oh2 318k45.1229.1355.99980.2933.65 各液体组分标准摩尔生成焓各液体组分标准摩尔生成焓 f h 表 3.2.13 各液体组分的标准摩尔生成焓 f h 组分 )( 1 kmolkjhf )(lvc 4493 )(ledc 167990 )( 2 loh 285830 武汉工程大学本科毕业设计 29 输入端和输出端的总焓输入端和输出端的总焓 表 3.2.14 输入端的总焓 输入组 分 kmoln/ kjk