(论文)年产7万吨氯乙烯单体工艺设计本科毕业设计

1、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(HgCl2)作为催化剂进行气固相催化反应，然后经过水洗，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

2、的校核。关键词 ： 氯乙烯；生产工艺；升汞；精馏；衡算AbstractVinyl 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， it s

3、the main method to product vinyl chloride by usicnaglcium for the gas-solid catalytic reaction,then the vinyl chloride monomer can be obtained by water washing,alkaline washing and distillation.carbide in the industry at present.Its known that thecatalyst oHfgCl 2 isnecessaryAcetylene method is the

4、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

5、, size of the various processes and the check of heat transfer area can be mixed through the equipment computing.Keywords : vinyl chloride; production technology ； HgCl 2 ; distillation; computing摘 要 IABSTRACT I I第一章文献综述 11.1 化学品名称 11.2 理化性质 11.3 主要生产方法 21.4 危险性概述 21.5 泄漏应急处理 31.6 操作处置与储存 31.7 我国聚氯乙

6、烯工业的发展 3第二章设计方案论述 42.1 电石法工艺概述 42.2 原料气的制备 42.3 氯乙烯的合成及精馏 42.4 设计要点 52.4.1 乙炔制备的设计要点 52.4.2 氯化氢制备的设计要点 52.4.3 合成的设计要点 52.4.4 精馏的设计要点 5第三章 工艺计算 73.1 物料衡算 73.1.1 原料计算 73.1.2 原料气组成 73.1.3 原料气进入量 83.1.4 石墨冷凝器计算 83.1.5 反应器计算 103.1.6 水洗塔计算 123.1.7 碱洗塔计算 143.1.8 全凝器计算 153.1.9 低沸塔计算 163.1.10 高沸塔计算 183.2 热量衡

7、算 193.2.1 各组分的Cp 错误! 未定义书签。p3.2.2 各组分的 H F 错误! 未定义书签。3.2.3 热量衡算方法 213.2.4 石墨冷凝器热量衡算 213.2.5 合成塔热量衡算 233.2.6 全凝器热量衡算 273.3 设备计算 293.3.1 转化器的设备计算 293.3.2 高沸塔的设备计算 34第四章 总结 58参考文献 59致谢 60第一章 文献综述1.1 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 chlorideCAS No.： 75-01-4分子式：CH 2CHCl结构式：

8、CH 2CHCl分子量：62.501.2 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。1.3主要生产方法50年代以前，聚

9、氯乙烯的原料主要是乙快，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勺原料的转换，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快法。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快再合成氯乙烯， 两种粗氯乙烯精制得到聚合用的单体。烯快法即是以石脑油裂解得出乙烯乙快 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（V。所用原料及成本生产方法乙快主要原料消耗氯气原料成本乙烯乙烷氯化氢乙快法0.440.594.7联合法0.210.230.594.1乙烯氧氯0.490.673.3化法乙烷氧氯

10、0.600.582.3化法1.4 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、水月中或坏死。慢性 中毒：表现为神经衰弱综合征、肝月中大、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、饿裂、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。1.5 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

11、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。1.6 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

12、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。1.7 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

13、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。第二章 设计方案论述2.1 电石法工艺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

14、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。2.2 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。2.3 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

15、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。2.4 设计要点2.4.1 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燃烧炉的压力：燃

16、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

17、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

18、以应控制水分在100PPM 至 200PPM。第三章工艺计算3.1物料衡算 3.1.1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 C 2 H 2 : HCl1:1.1 （摩尔分数）各物质的起始量:纯的氯乙烯产量437-0- 8981.47kg/h 8000 99% 99% 99.7% 99.7%即 143.7035kmol/h由 C2 H 2 HC lCH 2CHC l 知纯的乙烘起始量为143.703598.4% 98.6%148.1137kmol/h即 3850.9

19、57kg/h取 C 2 H 2 : HCl1:1.1所以名所勺HCl的起始量为148.1137 1.1 162.9251kmol /h即 5946.765kg/h3.1.2原料气组成3.1.2.1 乙快气表3.1.1乙快气组成C2H2N2H2O质量分数990.970.03100(wt%)摩尔分数 99.05540.90120.04341003.1.2.2 HCl 气表3.1.2 HCl气组成HClN2H2O质量分数990.970.03100(wt%)摩尔分数98.67901.26040.0606100(mol%)3.1.3原料气进入量乙快气 148.1137 149.5261kmol/h0.9

20、90554具体乙快气各物质进料量（kmol/h）乙快气C2H2N2H2O149.5261148.11371.34750.0649162 9251HCl 气165.1062kmol/h0.986790具体乙快气各物质进料量（kmol/h）HCl气HClN2H2O165.1062162.92512.08100.10013.1.4石墨冷凝器计算3.1.4.1衡算依据原料气进口温度10 C,出口温度-15 C,冷凝盐酸浓度40wt%3.1.4.2盐酸中HCl与H2O的比例由盐酸浓度知其中3 0.4/36.46 0.3295h2o0.6/18.023.1.4.3 计算PhS2OP出口含水量XXG 进，干

21、X(GH2O,inX) 0.3295因为盐酸水蒸气分压由安托因方程log PH52o9.33923 2647,其中压力单位为mmHg覆DS行 PH2O0.1201mmHg代入数据314.4673 X (0.165 X) 0.32950.1201 得 X=0.0356kmol/h 1060冷凝盐酸量冷凝的水量=0.165 0.0356 0.1294kmol /h ,即 2.3292kg/h2 3292一冷凝的 HCl 量=23292 0.4 1.5528kg/h,即 0.0426kmol/h 0.6所以冷凝的40%盐酸量为0.172kmol/h3.1.4.4物料衡算表进口kmol/h出口kmol

22、/hC2H2148.1137148.1137HCl162.9251162.8825表3.1.3冷凝器物料衡算N23.42853.4285H2O0.1650.0356凝酸HCl00.0426凝酸H2O00.1294总计314.6323314.63233.1.5反应器计算3.1.5.1 前台转化器物料衡算主副反应主反应：C2H2 HClCH2cHel副反应：C2H2 2HClC2H 4CI2C2H2 H2OCH3CHO计算由设计任务知第一次转化率为70%,所以转化的 C2H2 量 148.1137 0.7 103.6796kmol/h剩余的 C2H2 量=148.1137 103.6796 44.

23、4341kmol / h生成的CH3CHO量=原料气含水量=0.0356kmol/h生成的VC量=转化的C2H 2的量 生成VC的选择性= 103.6796 98.4% 102.0207 kmol / h生成的EDC的量二转化的C2H 2量一生成的VC量量一原料气含水量= 103.6796 102.0207 0.0356 1.6233kmol/h物料衡算表表3.1.4前台转化器物料衡算kmol /hkg / hkmol /hkg / hC2H2148.11373850.956244.43411155.2866N23.428595.9983.428595.998HCl162.88255945.2

24、11357.61522102.9548H2O0.03560.640800VC(CHzCHCl)00102.02076376.2938EDCGH4CI2)001.6233160.7067CH3CHO000.03561.5664合计9892.80639892.80633.1.5.2 后台转化器物料衡算主副反应主反应：C2H2 HCl CH2cHel副反应：C2H2 2HClC2H4C12计算由总转化率知第二次转化的转化率为95.3%转化的 C2H2 量 44.4341 95.3% 42.3065kmol / h剩余的 C2H 2 量=44.4341 42.3065 2.0736kmol/h生成的V

25、C量=转化的C2H 2的量 生成VC的选择性= 42.3065 98.4% 41.6827kmol / h生成的EDC的量二转化的C2H 2量一生成的VC的量= 42.3065 41.6827 0.6778kmol/h物料衡算表表3.1.5后台转化器物料衡算kmol / hkg/hkmol /hkg/hC2H244.43411155.28662.073653.9136N23.428595.9983.428595.998HCl57.61522102.954814.5769532.0569VC(CH2cHel)102.02076376.2938143.70348981.4625EDCGH4cL)1

26、.6233160.70672.3011227.8089CH3CHO0.03561.56640.03561.5664总计9892.80639892.8063组分进口出口3.1.6水洗塔计算3.1.6.1 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 C2H2,EDC(C2H4c%)的损失，VC(CH2CHCl)的溶解损失不能忽略。水洗塔压力为850mmHg,温度为 35 c3.1.6.2 计算由已知条件知98%的HCl被洗掉，所以被吸收的 HC114 .576998%14 .2854 kmol

27、/ h ,即 521.4157kg/h因此出口气体中 HCl 的含量 14.5769 14.2854 0.2915kmol/h因为CH3CHO全部被吸收，所以出口气体中不含 CH3CHO因为VC损失1%,所以出口气体中VC 的量 143.7034 (1 1%) 142.2664kmol /h形成2%的盐酸所需的水的量521 4157水的量 521.4157 25549.3693kg/h ,即 1419.4094kmol/h2%出口气体含水量XXP H 2 O '曰由 行G 进料 G HCI ,酸G VC ,损G ch 3CHO XPX 0.056267166.1191 14.2854

28、1.437 0.0356 X 1.133240算得 X 73.8557 kmol/h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1419.4094 7.8557 1427.2651kmol / h3.1.6.3物料衡算表表3.1.6水洗塔物料衡算kmol / h出口kmol / hC2H22.07362.0736N23.42853.4285HCl14.57690.2915VC(CHzCHCl)143.7034142.2664EDC(C2H4cl2)2.30112.3011CH3CHO0.03560h2o07.85573.1.7碱洗塔计算3.1.7.1 衡算依据碱洗塔压力为795m

29、mHg,温度为30 C, VC损失1wt%,不计其他损失。水洗 液为10%勺NaOH，循环至5%寸放掉。所以HCl全部被吸收，C2H 2和EDC的 损失忽略不计，而VC得损失不可忽略。3.1.7.2 计算由已知VC损失1%,所以出口气体中VC 的量 142.2664 (1 1%) 140.8437kmol/h所以损失的量为1.4277kmol/hHCl全部被吸收，所以由HCl NaOH NaCl H2O知需要 NaOH 的量也为 0.2915kmol/h ,即 11.66kg /h10%NaOH溶液的用量由以下公式WNaOH10% 5%/日W碱液行11.66W碱液c / c CL0.1 0.0

30、5出口气体含水量233.2kg/h事X由G 进 GHCl,进GVC,损X0.042455150.3611 0.2915 1.4227 X1.0599133.1.7.3物料衡算表X 6.2737kmol/h表3.1.7碱洗塔物料衡算kmol / hkmol / hC2H22.07362.0736N23.42853.4285HCl0.29150VC(CH2CHCl)142.2664140.8437EDC(C2H4cI2)2.30112.3011H2O7.85776.27373.1.8全凝器计算3.1.8.1衡算依据粗油中乙快溶解度为0.02%以下，山，C2H2不冷凝，VC损失0.3wt%;因此混合

31、气体经全凝器后大部分 VC气体成为液体，H 2。和EDC全部被冷凝，而心和部分C2H2不冷凝，仍以气体存在。3.1.8.2 计算损失的VC的量损失的 VC 量 140.8437 0.3% 0.4225kmol/h因此冷凝得到的 VC(l)的量为 140.8437 0.4225 140.4212kmol / h溶解的C2 H 2的量nC2 H2由已知nC2H2nVC(l )nEDCnH2。0.02%得溶解的C2 H 2的量nC2H20.0298kmol/h3.1.8.3物料衡算表表3.1.8全凝器物料衡算kmol / h出口kmol / hC2H2(g)2.07362.0438N2(g)3.42

32、853.4285VC(g)140.84370.4215EDC(g)2.30110H2O(g)6.27370VC(l)0140.4212EDC(l)02.3011H2O(l)06.2737C2H2(溶解)00.0298总计154.9206154.92063.1.9低沸塔计算3.1.9.1 衡算依据粗单体中含C2H 2在0.001%以下，VC损失0.3wt % 0因此可知经过精储塔顶储出物中不含EDC , EDC全部进入塔釜液中。3.1.9.2 计算VC的含量由已知得损失的 VC量为140.4212 0.3% 0.4213kmol/h所以塔顶VC的量为0.4213kmol/h塔釜 VC 的量为 1

33、40.4212 -0.4213 139.9999km ol/hC2H 2的含量由已知可得nC2 H2nc2 H2nVCn EDC0.001%所以塔釜中乙快的含量 %2H20.0014kmol/h因此塔顶储出物中 C2H2的含量为0.0298 0.0014 0.0284kmol/hEDC的含量因为EDC全部进入塔釜，所以塔釜储出物中 EDC的含量为2.3011kmol/h全塔衡算进料F F1 F2 F3 0.0298 1404212 2.3011 142752kmo/h塔顶 D D D2 0.0284 0.4213 0.4497kmol/h塔釜W W1 W2 W3 0.0014 139.9999

34、 2.3011 142.3024kmol/h3.1.9.3 物料衡算表表3.1.9低沸塔物料衡算储出物mol组成Mol组成mol组成C2H20.02980.00020.02840.06320.00140.00001VC140.42120.98370.42130.9368139.99990.983823.1.10.3物料衡算表合计 142.75211.00000.44971.0000142.3024 1.00003.1.10高沸塔计算3.1.10.1 衡算依据塔顶产品中VC的纯度为99.9%,二氯乙烷的含量为0.099%。因此可知经过精微塔釜液中不含C2H2, C2H2全部进入塔釜液中。3.1.

35、10.2 计算VC的含量由已知得塔顶储出物的总量 D0.00141 99.9% 0.099%140.0000kmol /h因此塔顶储出物中 VC量为140.0000 99.9% 139.8600kmol / h所以塔釜 VC 的量为 139.9999 139.8600 0.1399kmol/hEDC的含量塔顶储出物中 EDC 的量为 140.0000 0.099% 0.1386kmol/h塔釜液中 EDC 的量为 2.3011 0.1386 2.1625kmol/hC2H 2的含量经过高沸塔的精储，C2 H 2全部从塔顶储出，釜液中不含有 C2H 2。全塔衡算进料F F1 F2 区 0.001

36、4 1399999 2.3011 1423024cmo/h塔顶 D D1 D2 D3 00014 1399999 0.1386 140000kmo/h塔釜 W W2 W3 0.1399 2.1625 2.3024kmol/h表3.1.10高沸塔物料衡算mol组成mol组成Mol组成C2H20.00140.000010.00140.001%VC139.99990.98382139.860099.9%0.13996.0763%EDC2.30110.016170.13860.099%2.162593.9237%合计142.30241.00000140.00001.00002.30241.00003.

37、2热量衡算3.2.1各组分的Cpp在规定温度范围内Cp采用下式计算 pCna0a1Ta2T2a3T 3a4T 4, R的单包为 J mol 1 k 1R各气体组分的温度关联式系数列表如下表3.2.1各组分热容系数aoaa2a3a4C2H22.410 _ 310.926 10一一一 50.255 10 50.79010 8 0.524 10 11N23.53850.2611 10350.0074 100.1574811100.09887 10HCl3.827-32.936 1050.879 101.031811100.439 10H2O4.39534.186 10一一 51.405 101.56

38、4 10 80.632 10 11VC1.930315.469 10一一一 50.341 101.69210 8 0.833 10 11EDC2.990323.197 10一 一一 50.404 101.13310 8 0.617 10 11CH3CHO4.37930.074 10一一一 53.740 104.47710 8 1.641 10 113.2.2各组分的 Hf查得各气体组分在298K时的标准摩尔生成始H f列表如下表3.2.2各组分的 H f组分1H f (kJ kmol )228200N2HClH2OVC09230024200028500EDC132840ch3cho166190

39、3.2.3 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Q n Hf(298K) nCp(T 296n Hf(298K) nCp(T 296outin其中Hf为298K时各组分的标准摩尔生成始，Cp为进出口温度范围内的平均摩尔定压。3.2.4 石墨冷凝器热量衡算3.2.4.1 衡算依据原料气进口温度10C,出口温度 15C,压力300mmH流压)，盐水温度35 C。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气体相比可以忽略，因此可不参与热量衡算。1.1.1.2 进出口温度下的Cp表3.2.3进出口各组分的CD pCp(J mol k 1)C2H2N2H2OHCl2

40、83K42.8429.1033.4429.05258K41.1329.0933.3429.051.1.1.3 输入端和输出端的总始表3.2.4输入端的总烙输入组 n/kmol n HF(298K)/kJ T( 283 298)/K nCP(283K) T/kJ 分C2H2148.113733799546.341595177.86362HCl162.925115037986.731570994.61233N23.42850151496.54025H2O0.165399301582.764合计314.632318721629.61167751.7802H入18721629.61 167751.78

41、0218553877.83kJ表3.2.5输出端的总烙输入组 n/kmol n HF(298K)/kJ T( 258 298) / K nCp(258K) T / kJ分C2 H 2148.1137 33799546.3440243676.6592HCl 162.882515034054.7540189464.9243989.402647.47616437178.46196N23.4285040H2O 0.03568615.240合计314.4603 18756876.39H 出 1875687639 437178.46196 18319697.93kJ所以 QH 出H 入 18319697.

42、93 18553877.83234179.90kJQ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2.342 105kJ 的热量。3.2.5 合成塔热量衡算3.2.5.1 衡算依据串联转化，一次转化率为70%,温度150 C,进料温度80C,转化后温度 110C;二次转化率95.3%,温度140C,进料和出料温度设为110C;进口水 温97C,出口水温102C,不计热损失。3.2.5.2 第一次转化热量衡算进出口温度下各气体组分的Cp表3.2.6各组分进出口的Cn pCpC2H2N2HClH2OVCEDCCH3CHO(J mol k 1)353K47.2529.1829.1133.9

43、1383K48.9729.2429.1663.0589.6264.28第一次转化输入端和输出端的总始n/kmol nHf(298K)/JT( 353 298) / KnCp(353K) T/kJ分C2H2148.1137 33799546.3455384910.4779N23.42850555502.39965HCl162.882515034054.7555260783.0266H2O0.03568615.25566.39758合计314.4603 18756876.39651262.3H入1875687639651262.3 19408138.69kJ表3.2.8 A次转化输出端的总烙n/k

44、moln Hf(298K)/J T( 353 298)/KnCp(353K) T/kJC2H244.434110139861.6285184954.7195N23.42850858521.1939HCl57.61525317882.9685142805.0347VC102.02072907589.9585546754.4365EDC1.6233215639.1728512365.81241CH3CHO0.03565916.36485194.51128合计209074895595.7083H出7508013.074895595.70838403608.782kJ所以Q1

45、H 出 H 入 8403608782 194081386911004529.91kJQi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1.1 107 kJ的热量。由 qm1Cp,H2O tQi (冷却水的Cp为4.2kJ kg k 1)得每小时冷却水的用量qm1Q1CP,H2。t110045299155.241 105 kg4.2 (102 97)3.2.5.3 第二次转化热量衡算进出口温度下各气体组分的Cp p表3.2.9各组分进出口的Cn pCpC2H2N2HClVCEDCCH3CHO(J molk 1)383K48.9729.2429.1663.0589.6264.28表3.

46、2.10第二次转化输入端总烙输入组分n /kmoln HF(298K)/kJ T(353 298)/KnCp(353K) T/kJC2H244.434110139861.6285184954.7195N23.42850858521.1939HCl57.61525317882.9685142805.0347VC102.02072907589.9585546754.4365EDC1.6233215639.1728512365.81241CH3CHO0.03565916.36485194.51128合计209074895595.7083H入7508013.074895595

47、.7083 8403608782kJ表3.2.11第二次转化输出端总烙输出组分n /kmoln HF(298K)/kJT( 353 298)/KnCp(353K) T/kJC2H22.0736473195.52858631.25632N23.42850858521.1939HCl14.57691345447.878536130.30434VC143.70344095546.985770142.4465EDC2.3011305678.1248517529.08947CH3CHO0.03565916.36485194.51128合计166.11912911700.062841148.8018H出2

48、911700.062 841148.80183752848 .864kJ所以Q2 H出H入3752848864 84036087824650759918kJQ2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4.65 106kJ 的热量。由 qmzCpjc t Q2 (冷却水的 Cp 为 4.2kJ kg k 1)得 , H 2O每小时冷却水的用量qm2Q2CP,H2。t4650759.9184.2 (102 97)2.215 105 kg3.2.5.4合成塔总换热量Q和冷却水总用量qm由以上衡算过程知每小J总换热量 Q Qi Q21100452991 46

49、50759918冷却水总用量 qm qm1 qm2 5.241 105 2.2 1 5 1 057.456 1 05 kg3.2.6 全凝器热量衡算3.2.6.1 衡算依据全凝器冷凝效率为99.5%,物料进口温度45C,出口温度25C,冷冻水 进口温度5C,出口温度8C03.2.6.2 进口温度下各气体组分的Cp表3.2.12各组分进出口的Cd pCp,1、(J mol k )C2H2N2VCEDCH2O318K45.1229.1355.99980.2933.653.2.6.3 各液体组分标准摩尔生成始H F表3.2.13各液体组分的标准摩尔生成始HF组分H F (kJkmol 1)VC(l)4493EDC(l)167990H2O(l)2858303.2.6.4 输入端和输出端的总始表3.2.14输入端的总烙输 n/kmol n HF(298K)/kJ T( 318 298)/ K nCp(318K) T/kJ分C2H22.0736473195.52201871.21664N23.42850201997.4441VC140.84374014045.4520157742.1271EDC2.3011305678.124203695.10638H2O6.27371516980.66204221