【《1,1,2-三氯乙烷生产工艺的物料及能量计算过程案例》5800字】

，此时氯乙烯氯化反应的选择性最好。（2）中和、水洗过程这个中和、水洗顾名思义就是使用一定浓度的碱液和水来中和溶液的酸碱性和除去杂质，使得到的产物更纯净，首先是将第一个步骤中得到的混合料液转入中和釜，这一步是加入的一定浓度的碱液进行洗涤操作，在中和完成后再完成水洗步骤，静置一段时间等待混合液分层后，将混合液完成脱水干燥过程，杂质也大致去除，最终就会得到粗产品1,1,2-三氯乙烷，以备下一步进行使用。（3）精馏过程将通过之前两个步骤得到的粗产品1,1,2-三氯乙烷送入到到精馏塔中，开始进行多次的蒸馏从而达到蒸馏的目的，然后塔底流出其他组份，经过这一系列的流程操作最后得到纯度很高的的1,1,2-三氯乙烷产品。3物料及能量计算[10]2.1物料衡算2.1.1衡算依据（1）本设计的基础条件及相关衡算条件：1.产品纯度：规格产率≥95%2.折算为130000t/a100%（）1,1,2-三氯乙烷生产工艺2.一年工作日300d。（2）本此设计的主要流程及其收率如下：1.反应过程流程：该反应过程中，主要发生氯化反应，因为氯气和氯乙烯物质的量含量均很高，所以均按照纯物质计算，按照任务数的生产能力折算100%的生产能力，但氯乙烯的主反应消耗过多转化率按照99%计算，生成的产物大致有4%-6%会发生副反应，所以该过程的收率按照96%计算结果。。2.中和过程流程：低浓度碱液会吸收未进行反应部分的氯气以及副反应而产生的氯化氢气体，所以该部分的产品产率按照99%计算。2.精馏过程流程：本过程的精馏工艺过程将对生产的粗1,1,2-三氯乙烷多次蒸馏进行精馏提纯，来获得高纯度的1,1,2-三氯乙烷产品，所以按照任务书该部分的产率按照95%计算。（3）计算过程基准：按照每小时生产产品质量为计算过程基准，单位是。2.1.2衡算过程（1）氯化反应阶段①发生的主反应方程式：根据任务书的产量可计算的产量为：根据氯化过程中原料氯乙烯和氯气的投料比为时可得：1805.556×62.5/132.5×1.08=782.683即的投料量为782.683，根据任务书该反应的的转化率为。则可以根据氯化反应方程式计算产品生成的量为：782.683×99%×132.5÷62.5=1655.093未参加反应的的量：（尾气处理）本设计流程中，为使生产更加完全经济，考虑到原料中的成本低，为了使原料反应更完全，所以原料氯气过量，从而反应过程向正向进行，有利于反应的进行和产物的获得。所以将氯乙烯与氯气的投料比设定为。则计算结果如下：的投料量为：的反应量为：的剩余量为：②副反应主要方程式在第一步骤氯化反应过程时，反应产生的可与发生副反应（深度氯化反应副反应），生成，副反应过程的化学方程式为：在第一步骤氯化反应过程时，约有5%的发生了深度氯化副反应，生成，则的反应量为：反应里生成的量：消耗的量：的生成量：氯化过程的产量：由上述计算过程可知原料物料投放过量，经过第一步骤主反应和第二步骤副反应后，的剩余量为：表2.1氯化反应过程物料衡算一览表序号物料进料量（）出料量()1氯气2氯乙烯782.6837.82731572.3384四氯乙烷104.1415氯化氢22.626合计1760.7241760.724（2）中和阶段过程本中和阶段过程中还有部分并没有反应的原料和副反应所产生的杂质（氯化氢气体）在尾气处理塔进行尾气回收处理，将剩余的约的和的混合气在本中和阶段过程被低浓度碱液吸收处理。中和的的量为：去尾气塔的的量为：中和阶段吸收的量为：去尾气塔氯气的量为：①中和阶段过程碱液中和氯化氢的过程：消耗的量：反应生成氯化钠的量：反应生成水的量：②低浓度碱液与反应的过程阶段：氯气反应所使用的量：反应生成氯化钠的量：反应生成次氯酸钠的量：反应生成水的量：③中和过程阶段消耗低浓度氢氧化钠的总量为：为了使中和阶段过程反应进行完全，低浓度碱液的进料量需要过量，则的进料量为：未反应的量为：本项目将选用含的低浓度碱液处理反应液，则中和反应阶段需要低浓度碱液的总进料量为：碱液中的水量为：④中和阶段过程产品的实际产率为，剩余的的产物去进行污水处理，然后将经过中和过程阶段后：TCE的损失量：TCE的产量：的损失量：的剩余量：⑤本中和反应过程阶段需要加入大量的工业水对得到的反应产物液体进行洗涤操作流程。假设工业水占工业水和液体总量的十分之一，则加入工业水水的量为：⑥中和过程阶段所产生杂质的量为：168.672（工业水）＋84.559（低浓度碱液中所含的水）＋（反应所产生的水）＋（反应所产生的水）＋2.627（氯化钠）＋（氯化钠）＋5.644（次氯酸钠）＋（未反应的氢氧化钠）＝270.265本反应过程中会产生约含有的杂质会随着随产品进入粗产品反应储罐：剩余杂质的质量为：中和反应阶段产生废液的总量：189.185（杂质）＋15.723（TCE的损失量）＋1.041（损失量）＝205.949表2.2中和过程物料衡算一览表序号物料进料量（）出料量（）11572.3381556.6152四氯乙烷104.141102.13碱液92.95104氯化氢2.26305氯气5.37906洗涤剂水168.67207杂质081.0808废液0205.949合计1946.7441946.744（3)精馏过程该工艺是将之前工艺流程所获得的粗产品近似得看做TCE与这两个组分。要求精馏塔顶得到产品的纯度≥，而塔釜的含量≤。具体计算过程如下：原料液的质量为：原料液的质量分数为：原料液的平均摩尔质量：而反应阶段原料液的流率为： 原料液中轻组分（）质量分数为，其组分摩尔分率为：塔顶轻组分（）质量分数为,其摩尔分率为：塔底轻组分（）质量分数为，其摩尔分率为：根据全塔物料衡算，得：将已知数据带入上式，得：12.697=12.697×0.914=解得:由上述计算可得精馏塔顶获得的产品（馏出液）的流率为：。塔顶的出料量为：塔底馏分的质量为：产品的质量为：2.3精馏工序物料衡算一览表序号物料进料量（）出料量（）11556.6151542.7622四氯乙烷184.903塔底馏分0198.753合计1741.5151741.5152.1.3衡算结果物料衡算的结果见表：序号物料进料量（）出料量（）1氯气978.04148.4132氯乙烯782.6837.8273氯化氢020.3634液氯74.3505工业水168.6720601542.7627废液0205.9498塔底馏分0198.753合计2022.3462022.346表物料衡算一览表2.2能量衡算2.2.1衡算依据本设计阶段是对反应过程中所设计的设备进行的能量衡算，可以使用热平衡方程式来表示该衡算过程，如下式：其中反应阶段原料进入设备时所携带的热量，；吸热剂或散热剂所发生作用进行吸热或放热时传递给反应器所得出的热量，；反应过程中产生的热效应，；反应物料离开反应设备时所带走的热量，；外部因素加热或冷却设备时所小号的外部因素热量，；反应设备向外环境所散出的热量，。以下为能量衡算过程：（1）与的计算方法如下：其中，输出或输入反应设备的原料的质量，；投入反应设备的原料温度，；物料平均比热容，。上面以、为标准条件为本过程能量衡算的基准。相关热量衡算中，物质的比热容是与温度呈相关的函数，所以所代表的比热容是设备进出时平均的一个比热容数值，为定压状态的比热容。（2）的计算：是整个反应过程阶段的热效应的总和，包括所有过程物料相态变化而产生的热量和反应过程化学反应热。而化学反应过程热可以按照化学反应生成热计算；所以相变化产生的热用以下情况计算：式中的，进入的单元设备物料质量，；物料平均汽化容，。（3）与的计算方法：在本阶段计算方式中，假设整个反应系统所损失掉的总热量是物料输入或输出时的热量的。得：（4）的计算：按照以上步骤计算出、、、和后，通过热量方程平衡式，便可求出反应设备的热负荷。在计算出的数值后，要对该值进行分析，当该值大于0与小于0时，分别需要对反应设备进行加热或冷却。2.2.2衡算过程（1）氯乙烯汽化器单元设备中原料氯乙烯与氯气的反应温度是，但是氯化反应为一个常见的强放热反应，所以氯乙烯的汽化温度不能过高，否则进入单元设备后副反应过多影响产率，所以常温条件下最好，故该设计以常温状态计算。物料进入所带入的热量：原料氯乙烯的进料量为，比热容为。②物料自身状态变化热：汽化的氯乙烯汽化热为。该阶段为汽化过程，所以计算所得为负值。③物料自身带走的热量：汽化的氯乙烯出料量为，比热容为④整个反应过程系统所损失热量和：⑤由上结果得数值为负，则外界加热传导给设备和原料的热量：⑥加热介质热水的用量：因为水的比热容较高而且经济性高，所以氯乙烯的汽化使用热水加热。其中，为热水的平均比热容，；加热剂的初始温度，40℃；加热剂的结束温度，28℃。循环水＝液氯汽化器液氯汽化过程与汽化过程大体相同。物料进入所带入的热量：原料液氯的进料量为，比热容为。物料自身状态变化热:反应物（被汽化的液氯）汽化热为。由于汽化过程吸收，故为负值。物料自身带走的热量：氯气的出料量为，比热容为。整个反应过程系统所损失热量和：由上结果得数值为负，则外界加热传导给设备和原料的热量：⑥加热介质热水的用量：因为水的比热容较高而且经济性高，所以液氯的汽化使用热水加热。其中，为热水的平均比热容，；加热剂的初始温度,；加热剂的结束温度，。循环水3）氯化塔物料进入所带入的热量：原料氯气的进料量为，比热容为。原料氯乙烯气体的进料量为，比热容为。②原料反应的反应热：主要单元设备内发生的主反应化学方程式为：查阅文献得：的液相标准生成焓为：该过程的副反应化学方程式为：查文献数据得：的液相标准生成焓为：因为该反应过程是放热反应，给单元设备供热量，所以为正值。③物料自身带走的热量：氯气的出料量为，其比热容为。氯乙烯气体的出料量为，其比热容为。的出料量为，其比热容为。的出料量为，其比热容为。整个反应过程系统所损失热量和：冷却剂冷却物料和设备的热量：冷却盐水的消耗量：在该反应过程中，由于氯化反应是一个强放热反应，在反应工段中会产生大量热量，为了不使设备内的温度过高，在这一反应过程中使用冷冻盐水将设备中的热量转移出去。冷冻盐水的消耗量：冷冻盐水上式中的为冷冻盐水在该温度下的平均比热容，；冷冻盐水的初始温度,；加热剂的结束温度，。冷冻盐水该反应过程大致需要个氯化反应塔，选择塔径为，选择塔高。塔体选用不锈钢材质，查阅氯化塔的传热系数为。传递热量的温度差：热水（放热介质）：冷冻盐水（吸热介质）：：传递热量的面积为：因为故吸热介质采用冷冻盐水可以将反应热吸收完全，设计方案可行。（4）精馏塔冷凝器本反应反应过程通过冷冻盐水将精馏塔塔顶精馏出的蒸汽冷凝，气体在沸点状态下从气态冷凝为，为冷却水初温，；为冷却水末温。物料进入所带入的热量：（液态）的进料量为，而比热容为。原料状态变化热：（液态）的液化潜热大致为。则（气态）变为（液态）的冷凝热为：由于汽化过程吸收热量，故为负值。物料自身带走的热量：（气态）的出料量为，比热容为。整个反应过程系统所损失热量和：冷却剂冷却物料和设备的热量：冷却循环水的消耗量：冷却循环水用量如下：循环水（5）冷却器本反应过程设备内主要是循环冷却水将（液态）冷却。为冷却水的初始温度，；为冷却水最终温度；将由沸点冷却到。物料进入所带入的热量：（液态）的进料量为，比热容为。原料状态变化热：=0物料自身带走的热量：（液态）的输出量为，比热容为。整个反应过程系统所损失热量和：冷却剂冷却物料和设备的热量：冷却循环水的消耗量：冷却循环水用量如下：循环水2.2.3衡