物料衡算和热量衡算

1、3物料衡算和热量衡算3.1计算基准年产4500吨的二氯甲烷氯化吸收，年工作日330天，每天工作24小时，每 小时产二氯甲烷：4500 X 1（330 X 24=568.18kg/h3.2物料衡算和热量衡算3.2.1反应器的物料衡算和热量衡算本反应为强放热反应，如不控制反应热并移走，温度会急剧升高，产生强烈的燃烧反应， 是氯化物发生裂解反应。由此可以通过加入过量的甲烷得到循环气，以之作为稀释剂移走反应热。(一) 计算依据(1) 二氯甲烷产量为：568.18 kg/h，即：6.69 kmol/h ;(2) 原料组成含：Cl 2 96%, CH95%(3) 进反应器的原料配比(摩尔比)：Cl 2：

2、CH:循环气=1: 0.68 : 3.0(4) 出反应器的比例：CH2CI2： CHC3=1: 0.5 (质量比)(CHCb+CCl4)/CH2Cl2=0.38 (摩尔比)；(5) 操作压力：0.08MPa (表压)；(6) 反应器进口气体温度25°C,出口温度420°C。反HCI2CHr应HCCH4CCIrtHCI(二)物料衡算3CI2C1 234假设循环气不参与反应，只起到带走热量的作用。则设进口甲烷为X kmol/h， 出反应器的一氯甲烷 Y kmol/h，氯化氢Z kmol/h 。由进反应器的原料配比(摩尔比)Cl 2： CH:循环气=1： 0.68 : 3.0原料

3、组成含：Cl 2 96%, CH95%CI2。1可知：X 96%= 得进口 Cl2为 1.48X kmol/hX?0 68-95%由 CH2CI2： CHC3=1: 0.5 （质量比）可得 CHCla每小时产量为：568.18 X 0.5/119.5=2.38kmol/h由（CHCl3+CCk）/CH2Cl2=0.38 （摩尔比）可得 CCl4 的量为 0.38 X 6.69 - 2.38=0.162kmol/h用元素守衡法则：Cl 元素守衡 2.96X=Y+6.69 X 2+2.38 X 3+0.162 X 4+ZH元素守衡 4X=3Y+6.69 X 2+2.38+ZC元素守衡X=Y+6.6

4、9+2.38+0.162解方程得X=24.87kmol/hY=15.64kmol/hZ=36.81kmol/h（1）所以反应器进口原料中各组分的流量：CI2： 24.87 x 1.48=36.81kmol/h=824.49Nm3/h（纯）36.81/0.96=38.34kmol/h=865.82Nm3/h（含杂质）CH: 24.87kmol/h=557.09Nm 3/h（纯）24.87/0.95=26.18kmol/h=585.79Nm/h（含杂质）循环气流量：3 x 38.34=115.02 kmol/h=2576.45 Nm 3/h 其中：CHCI: 15.64 kmol/hN2： 38.

5、34 x 4% 26.18 x 3%=2.319 kmol/hCO2： 26.18 x 2%=0.524 kmol/hCH 4： 115.02 15.64 2.319 0.524=96.54 kmol/h 进口气体总量：38.34 + 26.18 + 96.54=161.06 kmol/h（2）反应器出口中各组分流量：CHCI: 15.64 kmol/hCHCI2： 6.69 kmol/hCHC3 : 2.38 kmol/hCCb：0.162 kmol/hHCl :36.81 kmol/h循环气：115.02 kmol/h出口气体总量：115.02 + 36.81 + 0.162 + 2.38

6、 + 6.69=161.06 kmol/h（3）出口气体中各组分的含量：CHaCl :15.64/161.06x 100%=9.65%CHCI2:6.69/161.06x 100%=4.15%CHC3:2.38/161.06x 100%=1.48%CCI4：0.162/161.06x 100%=0.10%HCI :36.81/161.06x 100%=22.85%N 2：2.319/161.06x 100%=1.44%CCb:0.524/161.06x 100%=0.33%CH 4：96.54/161.06x 100%=59.94%表31反应器物料平衡组分kmol/h反应器进口组成% (mol

7、)kg/hkmol/h反应器出口组成% (mol)kg/hCH121.4175.381942.5696.5459.941544.64CI236.8122.852513.51CHCI15.649.65789.82CHCI26.694.15568.65CHC32.381.48284.41CCI40.1620.1024.95HCI36.8122.851343.57N22.3191.44106.672.3191.44106.67CC0.5240.3323.070.5240.3323.06总计161.061004685.80161.061004685.80(三)热量衡算以25 C为基准温度由氯碱工业理化

8、常数手册查得如下数据:表3 2反应物料标准摩尔生成焓 fHm/ (kJ/mol )物质CH输入Cl2COCHCICHCI2输出CHCl3CCLHCln (kmol24.8736.80.52415.646.692.380.16236.8)11 fHm-74.80-393.5-81.9-87.8-100-106.7-92.112663gg6 fHm =e 生成物反应物 nAff = 3.455 X 10 kJ 420C时，由氯碱工业理化常数手册查得如下数据：gii表3 3生成物的标准摩尔定压热容Cp,m/(J K- mol-)物质CHCICHCI2CHC3CCbHClN2COn( kmol)15.

9、646.692.380.16236.812.3190.524gCp,m66.0745.97588.28798.88729.9630.6552.27 t = 420 25=395°Cg6输出焓：刀输出H =刀n q,m t = 1.093 X 106 kJ输入焓：刀输入H = 0则放出的热量：Q放出= fHm+E输出H+刀输入H= 2.362 X 106 kJ222.5 C时，由氯碱工业理化常数手册查得如下数据：g11表34循环气各物质的标准摩尔定压热容 Cp,m /(J K- mol-)物质CHCHCINbCOn( kmol)96.5415.642.3190.524gCp,m49.6

10、254.8330.8153.43循环气带出热量：gQ带出=E n Cp,m t=2.27X 106 kJ考虑 4淞损失，则 2.362 X 106X( 1-4%) =2.27则Q放出=Q带出循环气能带走的热量恰好为反应气放出的热量，是反应温度保持在 420C左右可以维持反应顺利进行。322空冷器的物料衡算和热量衡算由于气体温度太高，直接进入吸收器不利于氯化氢气体的吸收。因此，先用空冷器冷却降温，以保证吸收的顺利进行。（一）计算依据：进口气体温度为420C，组成和流量与反应器出口相同。 出口气体温度为80C，操作压力为0.06MPa（表压）。（二）热量衡算：定性温度 t=（420+80）/2=2

11、50 C250C时，由氯碱工业理化常数手册查得如下数据：A表3 5生成物的标准摩尔定压热容Cp,m/（J K1 mol-1）物质CHCICHCI2CHC3CCbHClNbCOCHn( kmol)15.646.692.380.16236.812.3190.52496.54ACP,m56.36169.63981.92096.55829.29329.61145.0647.752A6热负荷 Q=E n Cp,m t=2.50 x 106 kJ3.2.3模式吸收器的物料衡算和热量衡算本次设计用两个石墨降膜吸收器串联吸收， 气体经一膜吸收后再经二膜吸收， 吸收剂水先经二膜吸收成稀酸再去一膜吸收成高浓度酸。

12、两膜吸收剂用量相同，惰性气体流量也相同，因此液气比L/V也相同。（一）第一膜式吸收器（1）计算依据1、 一膜进口气体中氯化氢含量22.85% （摩尔），出口气体氯化氢含量8% 二膜 出口气体氯化氢含量0.6%;2、 一膜进口气体温度80T，出口气体温度70C,二膜出口气体温度60C；3、吸收水温度42C；4、进口气体组成同反应器出口；5、操作压力0.6MPa （表压）;& 一膜出口酸浓度28% （质量），即16% （摩尔）;7、冷却水进口温度25C。（2）物料衡算由一膜出口气体氯化氢含量8%可知一膜出口气体总量为 135.05 kmol/h，含氯化氢10.80 kmol/h由二膜出口气

13、体氯化氢含量0.6%可知二膜出口气体总量为 125.00 kmol/h，含氯化氢0.75 kmol/h 总共反应掉氯化氢量为 36.06 kmol/h由一膜出口酸浓度16% （摩尔） 则二膜出口酸浓度为 5.04%对并流高浓度气体吸收操作线方程为：V（Y1 Y2） = L（X1 X）X1抚)=L(i-x 1X21-X 2)yi_鸟2L =1- yi-1- y2V =X1X21- X1- X2已知：V=161.06-36.81=124.25 kmol/hX1=0.16 x 2=0.0504 y 1=0.2285 y2=0.08贝U,需要的吸收剂用量： L=189.19kmol/h吸收剂的单位耗用

14、量：l=L/V=189.19/(161.06 36.81 ) =1.52副产物盐酸的量：Lo=V)(y 1-y 2)/(x 1-x 2)=161.06 X( 0.2285 0.006 )心16=223.97kmol/h第一膜式吸收器吸收氯化氢气体量：36.81 10.80 = 26.01 kmol/h剩余气体总量：161.06 26.01 = 135.05kmol/h出口气体中各组分的含量：CHCI:15.64/135.05 X 100%=11.58%CHCI2：6.69/135.05 X 100%=4.95%CHC3：2.38/135.05 X 100%=1.76%CCI4：0.162/13

15、5.05 X 100%=0.12%HCl：10.80/135.05 X 100%=8.00%2.319/135.05 X 100%=1.72%CO:0.524/135.05 X 100%=0.39%CH:96.54/135.05 X100%=71.48%表3 6第一膜式吸收器出口物料平衡组分第一模式吸收器出口kmol/h组成% (mol)CH96.5471.48CHCI15.6411.58CHCI26.694.95CHC32.381.76CCI40.1620.12HCI10.808.00Nb2.3191.72CQ0.5240.39总计135.05100(3) 热量衡算定性温度 t=(70+80

16、)/2=75 C75 r时，由氯碱工业理化常数手册查得如下数据：表37第一膜式吸收器出口气体的标准摩尔定压热容 C；m/(J K1mol-1)物质CHCICHCI2CHC3CCl4HClN2COCHn( kmol)15.646.692.380.16210.802.3190.52496.540Cp,m44.5556.1171.2588.9328.8628.7738.3237.210 6Q=£ n Cp,m t=0.05 x 10 kJ42C时，氯化氢溶解成16%勺盐酸溶解热 H=9172.65kJ/kmolQ溶解=L oA H=2.05X 106kJ0总=Q+ Q溶解=2.10 x 1

17、06kJ假设冷却水温升8C,则冷却水耗用量：0C I = 75.291kJ/ ( kmol K)p,m,水03W/k= Q 总/C. /8 = 3.49 x 10 kmolp,m,水(二)第二膜式吸收器(1) 计算依据1、进口气体组成同一膜出口气体组成；2、进口气体温度70r，出口气体温度60C；3、出口酸浓度5.04%;4、吸收水温42 C，冷却水温度33C；5、操作压力0.036MPa(表压)。(2) 物料衡算需要吸收剂的量与一膜相同L=189.19kmol/h得到稀酸的量 L0=V0(y 1-y 2)/(x 1-x 2)= 135.05(0.08-0.006 ) /0.0504=198.

18、29 kmol/h吸收剂单位耗用量l=L/V=1.52被吸收的氯化氢气体量：10. 80 0.75=10.05 kmol/h剩余气体总量：135.05 10.05=125.00 kmol/h出口气体中各组分的含量：CHCI:15.64/125.00 X 100%=12.51%CHCI2：6.69/125.00 X 100%=5.35%CHC3:2.38/125.00 X 100%=1.90%CCb：0.162/125.00 X 100%=0.13%HCl：0.75/125.00 X 100%=0.60%N:2.319/125.00 X 100%=1.86%CO:0.524/125.00 X 1

19、00%=0.42%CH:96.54/125.00 X100%=77.23%表3 8第二膜式吸收器出口物料平衡组分第二膜式吸收器吸收器出口kmol/h组成% (mol)CH96.5477.23CHCI15.6412.51CHCI 26.695.35CHC32.381.90CCI40.1620.13HCl0.750.60Nb2.3191.86CQ0.5240.42总计125.00100(3) 热量衡算定性温度 t=(70+60)/2=65 C65 C时，由氯碱工业理化常数手册查得如下数据：表39第二膜式吸收器出口气体的标准摩尔定压热容Cp爲/(J K1mol-1)物质CHCICHCI2CHC3CC

20、bHClN2CQCHin( kmol)15.646.692.380.1620.752.3190.52496.54eCp,m43.8755.4970.8187.9928.5028.4638.2237.05Q=E n C爲 t=0.05 x 106 kJ42C时，氯化氢溶解成5.04%的盐酸溶解热 H=3303.18kJ/kmolQ溶解=L 0 H=0.65 x 10 kJQ总=Q+ Q溶解=0.7 x 106kJ从一膜出来的冷却水逆流进入二膜，进口温度33 r其升温 t= 0.7 x 106/ (75.291 x 3.49 x 103) =2.66 C出口水温：33+2.66=35.66 C3.2.4中和塔(填料塔)(一) 计算依据(1) 进塔气体组成同二膜出口气体组成；(2) 用20C、15%勺稀氢氧化钠溶液吸收，出塔碱浓度4% (质量)；(3) 出塔气体温度60C；(4) 出口气体中无氯化氢和二氧化碳气体。(二) 物料衡算入塔气体摩尔流量：W=125.00 kmol/h惰性气体摩尔流量： G=125.00 0.75 0.524=123.73 kmol/h平均分子量 M=50.5 x 12.51%+ 85x 5.35%+ 119.5 x 1.90%+ 154x 0.13%+36.5 x 0.60%+ 28x 1.