樣本二氯甲烷的氯化吸收工藝設(shè)計(jì)

第一章總論題 目年產(chǎn)4000噸的氯甲烷氯化吸收工段的初步設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)：4kt/a二氯甲烷氯化吸收，年工作日330天，其余數(shù)據(jù)以工廠實(shí)際收集為準(zhǔn)。說(shuō)明書(shū)內(nèi)容：1．進(jìn)行工段工藝流程設(shè)計(jì)；2．進(jìn)行工段物料、熱量衡算，并編制物料平衡數(shù)據(jù)表；3．進(jìn)行工段設(shè)備設(shè)計(jì)或選型，編制設(shè)備一覽表；4．編制工段初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。圖紙要求：1．繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖；2．繪制主要設(shè)備的設(shè)備圖及設(shè)備布置圖；前言二氯甲烷具有溶解能力強(qiáng)和毒性低的優(yōu)點(diǎn)，大量用于制造安全電影膠片、聚碳酸酯，其余用作涂料溶劑、金屬脫脂劑，氣煙霧噴射劑、聚氨酯發(fā)泡劑、脫模劑、脫漆劑。第一章總論二氯甲烷為無(wú)色液體，在制藥工業(yè)中做反應(yīng)介質(zhì)，用于制備氨芐青霉素、羥芐青霉素和先鋒霉素等;還用作膠片生產(chǎn)中的溶劑、石油脫蠟溶劑、氣溶膠推進(jìn)劑、有機(jī)合成萃取劑、聚氨酯等泡沫塑料生產(chǎn)用發(fā)泡劑和金屬清洗劑等。目錄第一章總論1概述1.1.1產(chǎn)品的物理化學(xué)性質(zhì)1.1.2質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)1.1.3產(chǎn)品的主要用途1.1.4產(chǎn)品的市場(chǎng)需求1.2原材料的規(guī)格來(lái)源及凈化第二章生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述2.1二氯甲烷的生產(chǎn)原理及生產(chǎn)方法2.1.1生產(chǎn)原理2.1.2二氯甲烷的生產(chǎn)方法及特點(diǎn)2.2生產(chǎn)工藝與流程簡(jiǎn)述2.2.1甲烷氯化物生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述2.2.2二氯甲烷生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖第三章物料衡算和熱量衡算3.1計(jì)算基準(zhǔn)3.2物料衡算和熱量衡算3.2.1反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算3.2.2空冷器的物料衡算和熱量衡算3.2.3膜式吸收器的物料衡算和熱量衡算3.2.4填料塔第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型4.1空冷器4.2第一膜式吸收器4.3第二膜式吸收器4.4填料塔4.5硫酸干燥塔4.6熱交換器4.7冷凝器4.8鹽酸分離器4.9稀酸分離器4.10堿液泵4.11配堿槽4.12濃酸中間槽4.13濃酸泵4.14壓縮機(jī)4.15粗氯化液液儲(chǔ)槽第一章總論第五章綜合表 第六章設(shè)備一覽第七章管路設(shè)計(jì)評(píng)述參考文獻(xiàn)第一章總論概述1.1.1產(chǎn)品的物理化學(xué)性質(zhì)一.產(chǎn)品的物理性質(zhì)二氯甲烷是無(wú)色透明不分層液體，在氧氣中易爆炸，其具體物理性質(zhì)如下表：表1—1名稱(chēng)單位產(chǎn)品二氯甲烷分子量84.94外觀無(wú)色透明不分層液體分子式CH2Cl2沸點(diǎn)℃40.4液體比重D201.3264蒸汽比重2.93蒸汽密度g/l3.30汽化潛熱Cal/g78.7液體比熱Cal/g.℃0.288蒸汽比熱Cal/g.℃0.155在水中溶解度g/100g1.32水第一章總論臨界壓力Kg/cm260.9臨界溫度℃237臨界密度0.427冰點(diǎn)℃-96.7在空氣中爆炸范V%13.0~18.0圍在氧氣中爆炸范V%13.0~18.0圍二．產(chǎn)品的化學(xué)性質(zhì)二氯甲烷是無(wú)色、透明、比水重、易揮發(fā)的液體，有類(lèi)似醚的氣味和甜味，不燃燒，但與高濃度氧混合后形成爆炸的混合物。二氯甲烷微溶于水，與絕大多數(shù)常用的有機(jī)溶劑互溶，與其他含氯溶劑、乙醚、乙醇也可以任意比例混溶。室溫下二氯甲烷難溶于液氨中，能很快溶解在酚、醛、酮、冰醋酸、磷酸三乙酯、甲酰胺、環(huán)己胺、乙酰乙酸乙酯中。純二氯甲烷無(wú)閃點(diǎn)，含等體積的二氯甲烷和汽油、溶劑石腦油或甲苯的溶劑混合物是不易燃的，然而當(dāng)二氯甲烷與丙酮或甲醇液體以10：1比例混合時(shí)，其混合特具有閃點(diǎn)，蒸發(fā)后與空氣會(huì)形成易燃的混合物。二氯甲烷是甲烷氯化物中毒性最小的，其毒性?xún)H為四氯化碳毒性的0.11%。如果二氯甲烷直接濺入眼中，有疼痛感并有腐蝕作用。二氯甲烷的蒸汽有麻醉作用。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)懲的中毒危險(xiǎn)時(shí)應(yīng)立即脫離接觸并移至新鮮空氣處，一些中毒癥狀就會(huì)得到緩解或消失，不會(huì)引起持久性的損害。有麻醉作用，主要損害中樞神經(jīng)和呼吸系統(tǒng)。人類(lèi)接觸的主要途徑是吸入。已經(jīng)測(cè)得，在室內(nèi)的生產(chǎn)環(huán)境中，當(dāng)使用二氯甲烷作除漆劑時(shí)，有高濃度的二氯甲烷存在。一般人群通過(guò)周?chē)諝?、飲用水和食品的接觸，劑量要低得多。據(jù)估計(jì)，在二氯甲烷的世界產(chǎn)量中，大約80%被釋放到大氣中去，但是由于該化合物光解的速率很快，使之不可能在大氣中蓄積。其初始降解產(chǎn)物為光氣和一氧化碳，進(jìn)而再轉(zhuǎn)變成二氧化碳和鹽酸。當(dāng)二氯甲烷存在于第一章總論地表水中時(shí)，其大部分將蒸發(fā)。有氧存在時(shí)，則易于生物降解，因而生物蓄積似乎不大可能。呼吸系統(tǒng)防護(hù)：空氣中濃度超標(biāo)時(shí)，應(yīng)該柚戴直接式防毒面具(半面罩)。緊急事態(tài)搶救或撤離時(shí)，佩戴空氣呼吸器。1.1.2質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)二氯甲烷產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)（GB4117-92）表1—2指標(biāo)名稱(chēng)指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品純度(PC)%99.599.098.0t-O≥酸度（以HCl計(jì)）%0.00040.00080.0010≤水份%0.0400.0500.060≤色度101010≤蒸發(fā)殘?jiān)?0.00050.00100.0030≤1.1.3產(chǎn)品的主要用途二氯甲烷可作為氣溶膠溶劑包裝。二氯甲烷在工業(yè)清洗操作的應(yīng)用也是很多的。如金屬和塑料加工工業(yè)中用作氣相脫脂劑，尤其適合不耐三氯乙烯和四氯乙烯等其它高溫脫脂溶劑的產(chǎn)品清洗。亦可與石油和其它氯代烴混合在金屬制造工業(yè)中清凈劑。等重量的二氯甲烷、甲苯混合物已推薦用于清洗印刷鉛字。二氯甲烷具有溶解能力強(qiáng)和毒性低的優(yōu)點(diǎn)，大量用于制造安全電影膠片、聚碳酸酯，其余用作涂料溶劑、金屬脫脂劑，氣煙霧噴射劑、聚第一章總論氨酯發(fā)泡劑、脫模劑、脫漆劑。二氯甲烷為無(wú)色液體，在制藥工業(yè)中做反應(yīng)介質(zhì)，用于制備氨芐青霉素、羥芐青霉素和先鋒霉素等;還用作膠片生產(chǎn)中的溶劑、石油脫蠟溶劑、氣溶膠推進(jìn)劑、有機(jī)合成萃取劑、聚氨酯等泡沫塑料生產(chǎn)用發(fā)泡劑和金屬清洗劑等。二氯甲烷在中國(guó)主要用于膠片生產(chǎn)和醫(yī)藥領(lǐng)域。其中用于膠片生產(chǎn)的消費(fèi)量占總消費(fèi)量的50%，醫(yī)藥方面占總消費(fèi)量的20%，清洗劑及化工行業(yè)消費(fèi)量占總消費(fèi)量的20%，其他方面占10%。1.1．4產(chǎn)品的市場(chǎng)需求二氯甲烷又稱(chēng)甲叉二氯、氯化次甲基。二氯甲烷主要用作不燃性溶劑，如三乙酸纖維脂電影膠片的溶劑、金屬表面油漆層的清洗脫膜劑、氣溶膠的推動(dòng)劑、石油脫蠟溶劑、熱不穩(wěn)定性物質(zhì)的萃取劑。從羊皮提取羊肢和從椰中提取食用油的萃取劑、也用作低溫載體、礦物油的閃點(diǎn)升高劑、滅火劑、煙霧劑的推進(jìn)劑、脲泡沫的發(fā)泡劑目前，世界二氯甲烷供需基本平衡，但由于產(chǎn)品和國(guó)家地區(qū)之間發(fā)展不平衡，其未來(lái)產(chǎn)量的增減也因地區(qū)而異。由于美國(guó)、西歐、日本相繼出口一些環(huán)保法規(guī)，嚴(yán)格控制排放，盡可能回收，預(yù)計(jì)美國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)消費(fèi)將逐年遞減，而世界的其它國(guó)家和地區(qū)，如東歐、中東、亞洲和拉美等發(fā)展中國(guó)家對(duì)二氯甲烷的需求量將保持較快的增長(zhǎng)速度，預(yù)計(jì)世界范圍內(nèi)2021---2021年對(duì)二氯甲烷的需求量將以2%—3%左右的速度增加。1.2原材料的規(guī)格、來(lái)源及凈化一．原料規(guī)格：1．氯氣純度 Cl2≥95.0%(V)2．天然氣純度CH≥96.0%(V)

水份HO≤0.05%(wt)24第一章總論C和C以上組分C+≤0.6%(V)（凈化天然氣）2 2 2C+≤0.01%(V)（凈化天然氣）2二.原料來(lái)源1．氯氣：來(lái)自燒堿車(chē)間電解產(chǎn)生的氯氣天然氣：因?yàn)樽载曍S富的天然氣資源，因此就地取材第二章 生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述2．1二氯甲烷的生產(chǎn)原理及生產(chǎn)方法2．1．1生產(chǎn)原理甲烷熱氯化機(jī)理和其它烷烴氯化機(jī)理相似，都是自由基連鎖反應(yīng)。氯分子的活化是通過(guò)高溫來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其自由基連鎖反應(yīng)歷程，可分三步表示：1．鏈引發(fā)Cl2Cl.+Cl-57.8千卡/克分子2．增鏈CH+Cl.CH.+HCl+1.0千卡/克分子43CH.+ClCHCl+Cl.+25.7千卡/克分子323CHCl+Cl.CHCl.+HCl+4.6千卡/克分子32CHCl.+Cl2CHCl+Cl.+20.7千卡/克分子222CHCl+Cl.CHCl.+HCl+8.8千卡/克分子222CHCl.2+Cl2CHCl3+Cl.+15.7千卡/克分子CHCl+Cl.CCl.+HCl+13.0千卡/克分子33CCl.+ClCCl+Cl.+10.6千卡/克分子3243． 鏈終止下列情況存在都可能產(chǎn)生鏈終止（1）活化分子與器壁碰撞第一章總論Cl.+Cl.+MCl2+M（2）活化分子之間碰撞R．+Cl.不活潑產(chǎn)物R．+R。不活潑產(chǎn)物（3）原料氣中氧的存在能阻礙反應(yīng)。R.N.Pease等人曾研究了甲烷氯化反應(yīng)中對(duì)鏈終止的影響。在甲烷熱氯化反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)溫度不高時(shí)，反應(yīng)按自由基連鎖反應(yīng)進(jìn)行。當(dāng)反應(yīng)溫度升高到370。C時(shí)，連鎖反應(yīng)機(jī)理的相對(duì)作用隨之減低，反應(yīng)溫度超過(guò)430。C，甲烷氯化反應(yīng)實(shí)際上是一逐級(jí)取代不可逆的雙分子均相反應(yīng)。反應(yīng)過(guò)程中四種氯化物同時(shí)生成，所以甲烷直接氯化不可能得到單一的產(chǎn)品，其反應(yīng)方程式如下：CH4+Cl2CH3Cl+HCl+24.019千卡/克分子CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl+23.660千卡/克分子CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl+24.696千卡/克分子CHCl3+Cl2 CCl4+HCl+23.930千卡/克分子甲烷氯化反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)。在反應(yīng)開(kāi)始前供給熱量，當(dāng)反應(yīng)開(kāi)始后所需能量可由反應(yīng)熱供給。由于放熱量大，如不采取措施控制反應(yīng)熱并及時(shí)帶走溫度會(huì)急劇升高，這樣會(huì)產(chǎn)生劇烈的燃燒反應(yīng)或氯化物產(chǎn)生裂解反應(yīng)。CH4+2Cl2C+4HCl+70千卡/克分子2CHCl3C2Cl4+2HCl3CHCl3C2Cl6+CH2Cl2+HCl2CCl4 C2Cl4+Cl22CCl4 C2Cl6+Cl2同樣局部氯氣濃度過(guò)濃時(shí)，也會(huì)使反應(yīng)進(jìn)行極為猛烈，甚至產(chǎn)生爆炸。因此，要保證甲烷熱氯化反應(yīng)順利進(jìn)行的主要條件是：保證原料氣的正確配比；保證甲烷和氯氣充分均勻混合；第二章生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述有效和及時(shí)引出反應(yīng)熱。2.1.2二氯甲烷的生產(chǎn)方法及特點(diǎn)二氯甲烷的主要生產(chǎn)路線(xiàn)是甲烷和氯甲烷的氯化。其生產(chǎn)方法最早采用甲烷和氯甲烷的高溫氣相熱氯化法，后來(lái)發(fā)展了光氯化法。1972年美國(guó)C-Elummus 公司Arm-strong公司共同開(kāi)發(fā)了甲烷氧氯化法，1979年日本德山曹達(dá)化學(xué)公司開(kāi)發(fā)了氯甲烷低溫液相自由基引發(fā)氯化法制取氯甲烷的技術(shù)。目前廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)的是熱氯化法。最初的甲烷熱氯化以德國(guó)Hoechst公司為代表。反應(yīng)器形式有內(nèi)循環(huán)式、蓄熱式、列管式和沸騰床等多種形式。我國(guó)多采用內(nèi)循環(huán)式反應(yīng)器。1．（甲烷）天燃?xì)鉄崧然ㄌ烊細(xì)馀c氯氣反應(yīng)，經(jīng)水吸收氯化氫副產(chǎn)鹽酸后，用堿液除去殘余微量的氯化氫，再經(jīng)干燥、壓縮、冷凝、蒸餾得到產(chǎn)品。甲烷氯化機(jī)理是游離基連鎖反應(yīng)，通過(guò)升高溫度或用3000—5000A的光源輻射來(lái)實(shí)現(xiàn)氯分子的活化。在工業(yè)操作中，為保持一個(gè)穩(wěn)定的自由基連鎖反應(yīng)，需要將溫度維持在380—450℃。甲烷氯化是強(qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度的控制十分重要和困難。為解決這一問(wèn)題，在工業(yè)上已成功地采用了下列反應(yīng)裝置設(shè)計(jì)：1、大量循環(huán)甲烷或產(chǎn)生的氯代甲烷使用的多級(jí)反應(yīng)器，以保證足夠的進(jìn)料比；2、采用霧化四氯化碳或較低的氯甲烷為熱載體；3、采用流化床反應(yīng)器。2．氯甲烷氯化法將氯甲烷與氯氣氯化反應(yīng)，光氯化法在4000Kw光照下進(jìn)行，或采用熱氯化法工藝，熱氯化生產(chǎn)控制氯甲烷與氯氣之比為（2—2.5）:1，反應(yīng)溫度為420。C，反應(yīng)壓力 19Kpa，反應(yīng)冷卻吸收、堿液除去氯化氫、蒸餾、壓縮精餾，分別除去三氯甲烷，四氯甲烷在塔頂?shù)玫疆a(chǎn)品。氯甲烷生產(chǎn)二氯甲烷時(shí)，反應(yīng)成1mol氯化氫，此時(shí)氯化氫可返回甲醇?xì)浠b置作為制取氯甲烷原料，可以制造一個(gè)氯的閉路循環(huán)系統(tǒng)。這種氯化氫裝置與熱氯化系統(tǒng)結(jié)合生產(chǎn)甲烷氯代物的過(guò)程是一高效的過(guò)程。生產(chǎn)二氯甲烷時(shí)，通常產(chǎn)生出80%的二氯甲烷、15%的三氯甲烷、5%四氯化碳。第二章生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述2．2生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述2.2.1甲烷氯化物生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述分別來(lái)自燒堿車(chē)間、配氣站和反應(yīng)裝置的氯氣、天然氣和循環(huán)氣，按一定配比經(jīng)計(jì)量進(jìn)入混合器，混合均勻后進(jìn)入反應(yīng)器，進(jìn)行甲烷熱氯化反應(yīng)，反應(yīng)組成為：甲烷氯化物、氯化氫、過(guò)量的甲烷、惰性氣體和微量的游離氯。反應(yīng)氣經(jīng)空氣冷卻器冷卻后進(jìn)入碳黑分離器，除去反應(yīng)中產(chǎn)生的少量碳黑，進(jìn)入水洗系統(tǒng)除去氯化氫。從碳黑分離器出來(lái)的反應(yīng)氣（70—90。C），與稀酸分離器來(lái)的酸，進(jìn)入第一膜式吸收器頂部，順流而下，進(jìn)行降膜吸收氯化氫后，反應(yīng)氣與稀鹽酸入鹽酸分離器進(jìn)行氣液分離，大于16%濃度的副產(chǎn)鹽酸送至沉鈣車(chē)間。反應(yīng)氣與計(jì)量后的吸收水，入第二膜式吸收器頂部進(jìn)行第二次吸收，反應(yīng)氣與稀酸入稀酸分離器，稀酸入第一膜式吸收器，反應(yīng)氣則進(jìn)酸霧分離器除去酸霧，進(jìn)入中和塔。第一、第二膜式吸收器管間冷卻水逆流串聯(lián)使用。反應(yīng)氣經(jīng)兩次水洗，除去酸霧（氯化氫含量低于1%），再進(jìn)行中和，中和塔用10%—20%的氫氧化鈉溶液除去反應(yīng)中殘余的氯化氫、游離氯、二氧化碳等。燒堿車(chē)間送來(lái)的堿液，由貯槽放至堿液配制槽加入水配成規(guī)定的濃度，用泵送至堿液冷卻器冷卻，進(jìn)中和塔，當(dāng)堿液濃度降到規(guī)定值（3%—5%）后，送至廢堿處理裝置。從中和塔塔頂出來(lái)的反應(yīng)氣，進(jìn)入干燥系統(tǒng)；堿液分離器底部的液體定時(shí)排放。中和后的反應(yīng)氣進(jìn)入硫酸干燥塔，從硫酸干燥塔底部進(jìn)入進(jìn)行脫水干燥；98%的濃硫酸由濃硫酸大貯槽壓入濃硫酸中間槽，用泵送至濃硫酸高位槽，計(jì)量后進(jìn)入干燥塔頂部，由塔中段流出的硫酸入塔下段，稀硫酸（80%—90%）從塔釜排至稀硫酸中間槽，定時(shí)用稀硫酸泵送至稀硫酸大貯槽，以備出售。干燥后的反應(yīng)氣，從干燥塔頂部出來(lái)進(jìn)入固堿中和器，除去硫酸干燥過(guò)程中生成的硫酸酸霧，再經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至0.4—0.6Mpa（表壓）。壓縮后的反應(yīng)氣經(jīng)緩沖罐和機(jī)后冷卻器冷卻至40.C以下，進(jìn)入熱交換器，與冷凝器來(lái)的循環(huán)氣進(jìn)行換熱，使反應(yīng)氣溫度降至25.C左右，熱交換器中冷凝的少量甲烷氯化物進(jìn)粗氯化液貯槽。冷凝器管間所需的-25。C—-30。C的冷凍鹽水由冷凍崗位送給。冷凝器中未冷凝的氣體稱(chēng)為循環(huán)氣（其中大部分為甲烷、少量的甲烷氯化物第二章生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述和惰性氣體）。循環(huán)氣經(jīng)熱交換器后，匯同二氯甲烷蒸餾一塔頂部來(lái)的一氯甲烷（該一氯甲烷經(jīng)過(guò)了氣液分離器，液體流回粗氯化液貯槽）氣體，一部分作為生產(chǎn)四氯化碳原料氣，另一部分經(jīng)減壓至0.2—0.3Mpa（表壓）返回氯化反應(yīng)器和調(diào)節(jié)硫酸干燥塔氣量。粗氯化液作精餾二氯甲烷、三氯甲烷成品用。2．2．2二氯甲烷生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖水 15%的氫氧化鈉第二中膜式和天然氣混合器吸收塔器 稀循環(huán)氣 第一 酸反 空氯氣 膜式 鹽酸 分應(yīng) 冷吸收 分離 離器 器器 器 器98%的硫酸 循環(huán)氣 -25℃冷凍鹽水粗氯干 壓 緩 機(jī)后 熱交 冷化液燥 縮 沖 冷凝 換器 凝貯槽塔 機(jī) 罐 器 器第三章物料衡算和熱量衡算第三章物料衡算和熱量衡算3．1計(jì)算基準(zhǔn)以單位時(shí)間為基準(zhǔn)，按年工作330天，每天24小時(shí)，二氯甲烷小時(shí)生產(chǎn)量4000*103330*24505.05Kg/h3．2物料衡算和熱量衡算3.2.1反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算本反應(yīng)過(guò)程是強(qiáng)放熱反應(yīng)，由于放熱量大，如不采取措施控制反應(yīng)熱并及時(shí)移走，溫度會(huì)急劇升高，這樣會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的燃燒反應(yīng)，使反應(yīng)或使氯化物產(chǎn)生裂解反應(yīng)。因此利用加入過(guò)量甲烷得到的循環(huán)氣為稀釋劑而移走反應(yīng)熱量。1．計(jì)算依據(jù)（1） 二氯甲烷產(chǎn)量505.05Kg/h.即5.94Kmol/h.（2） 原料組成含Cl296%,CH495%.（3） 進(jìn)反應(yīng)器的原料配比（摩爾比）Cl2：CH4：循環(huán)氣=1：0.68：3.0（4） 出反應(yīng)器的比例CH2Cl2：CHCl3=1：0.5（質(zhì)量比）(CHCl3+CCl4)/CH2Cl3=0.38（摩爾比）（5） 操作壓力0.08MPa（表壓）（6） 反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度25oC,出口溫度420oC第三章物料衡算和熱量衡算2．物料衡算Cl2反CH3Cl應(yīng)CH2Cl2CH4器CHCl3CCl4HCl假設(shè)循環(huán)氣不參與反應(yīng)，只起帶走熱量的作用。設(shè)進(jìn)口甲烷Xkmol/h,出反應(yīng)器一氯甲烷Ykmol/h,氯化氫Zkmol/hCH2Cl2:CHCl3=1:0.5（質(zhì)量比）CHCl3時(shí)產(chǎn)量：505.05×0.5=252.5Kg/h=2.11kmol/h(CHCl3+CCl4)/CH2Cl2=0.38（質(zhì)量比）CCl4的量：0.147kmol/h由于反應(yīng)復(fù)雜，用元素守衡法：則Cl元素守衡2.96X=Y+5.94×2+2.11×3+0.147×4(1)H元素守衡4X=3Y+Z+5.94×2+2.11(2)C元素守衡X=Y+5.94+2.11+0.147(3)解方程（1）（2）（3）得 X=22.09kmol/hY=13.89kmol/hZ=32.68kmol/h（1） 所以反應(yīng)器進(jìn)口原料中各組分的流量Cl2:22.09×1.48=32.69kmol/h=732.26Nm3/h（純）32.69/0.96=34.06kmol/h=762.94Nm3/h（含雜）CH4:22.09kmol/h(純),22.09/0.95=23.25kmol/h=520.8Nm3/h（含雜）循環(huán)氣流量：3.0×34.06=102.19kmol/h=2289.06Nm3/h其中CH3Cl:13.89N2:34.06×4%+23.25×3%=2.058kmol/hCO2:23.25×2%=0.465kmol/hCH4:102.19-13.89-2.058-0.465=85.76kmol/h進(jìn)口氣體總量：32.68+24.25+(102.19-13.89)=143.07kmol/h（2）反應(yīng)器出口中各組分流量第三章物料衡算和熱量衡算CH3Cl: 13.89kmol/hCH2Cl2: 5.94kmol/hCHCl3: 2.11kmol/hCCl4: 0.147kmol/h循環(huán)氣：102.19kmol/h出口氣體總量：102.19+32.68+5.94+2.11+0.147=143.07kmol/h（3）出口氣體中各組分的含量CHCl3:13.89/143.07×100%=9.71%CH2Cl2:5.94/143.07×100%=4.15%CHCl3:2.11/143.07×100%=1.47%CCl4:0.147/143.07×100%=0.10%HCl:32.68/143.07×100%=33.84%N2:2.058/143.07×100%=1.46%CO2:0.465/143.07×100%=0.33%CH4:85.76/143.07×100%=59.94%（4） 反應(yīng)器物料平衡表表2—1組分反應(yīng)器進(jìn)口反應(yīng)器出口Kmol/h組成%(mol)Kg/hKmol/h組成%(mol)Kg/hCH4107.8575.31725.685.7659.941372.16Cl232.6922.852320.99CH3Cl13.899.71701.415CH2Cl25.944.15504.9CHCl32.111.47252.145CCl40.1470.1022.638CO20.4650.3320.460.4650.3320.46N22.0581.4657.6242.0581.4657.642HCl32.6822.841192.85總計(jì)143.071004124.674143.071004124.674第三章物料衡算和熱量衡算2.熱量衡算（以1h，25oC為基準(zhǔn)）參加反應(yīng)的各物料的 Hf?(KJ/kmol)輸入CH4Cl2CO2輸出CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HCl量(kmol)22.0932.690.46513.895.942.110.14732.68Hf?-74.850-393.51-81.92-87.86-100-106.76–92.3Hro=ΣUHf?-ΣUHf?（3—1）生成物l反應(yīng)物l=13.89×(-81.92)-5.94×87.86-2.11×100-0.147×106.76-32.68×92.3+22.09×74.85+0.465×393.51=-3.07×106KJ（J/mol.k）420℃各物質(zhì)的Cp物質(zhì)CHClCHClCHClCClHClCON322342245.97588.28798.88729.9652.2730.65C（J/mol.k）66.07p輸出焓：∑t（3—2）H=∑nC輸出p=(13.89×66.07+5.94×45.975+2.11×88.287+0.147×98.887+32.68×29.96+2.058×30.65+52.27×0.465)×(420-25)=9.8×10KJ5輸入焓：∑H=0輸入Q=H（3—3）放出=Hro+∑H+∑H輸出輸入=-3.07×106+9.8×105=-2.09×106KJ222.50℃各物質(zhì)的C（J/mol.k）p物質(zhì)CHClNCHCO324230.8149.6253.43C（J/mol.k）54.83p循環(huán)氣帶出的熱量為：第三章物料衡算和熱量衡算Q =C m t帶走 p=13.89×54.83+2.058×30.81+85.76×49.62+0.465×53.43)×420-25)=1.98×106KJ考慮5%熱損失，則2.09×106×(1-5%)=1.98×106KJQ放出=Q帶走循環(huán)氣能帶走的熱量恰好為反應(yīng)氣放出的熱量，使反應(yīng)溫度保持在420℃左右，維持反應(yīng)順利進(jìn)行。3.2.2空冷器的物料衡算和熱量衡算由于氣體溫度太高，直接進(jìn)入吸收器不利于氯化氫氣體吸收。因此，先用空冷器冷卻降溫，保證吸收的順利進(jìn)行。1．計(jì)算依據(jù)進(jìn)口氣體 420℃，組成和流量與反應(yīng)器出口相同；出口氣體 80℃，操作壓力0.06MPa（表壓）2．熱量衡算定性溫度t=(420+80)/2=250℃（J/mol.k）250℃各物質(zhì)的Cp物質(zhì)CHClCHClCHClCClCONHClCH32234224C （J/mol.k）56.36169.63981.92096.55845.0629.61129.29347.752p(T-T)（3—4）熱負(fù)荷Q=WCp21=(13.89×56.361+5.94×69.639+2.11×81.920+0.147×96.558+0.465×45.06+2.058×29.611+32.68×29.293+65.76×47.752)×(420-80)=2.37×106KJ/h第三章物料衡算和熱量衡算3.2.3膜式吸收器的物料衡算和熱量衡算Lx2Vy2Vy2Lx2本設(shè)計(jì)用兩個(gè)石墨降膜吸收器串聯(lián)吸收，氣體經(jīng)一膜吸收后再經(jīng)二膜吸收，吸收劑水先經(jīng)二膜吸收成稀酸一二再去一膜吸收成高濃度酸。兩膜吸收劑用量相同，惰氣膜膜流量也相同，因此液氣比l/V也相同。Lx1 Vy1 Lx1 Vy1第一膜式吸收器1.計(jì)算依據(jù)(1).一膜進(jìn)口氣體中氯化氫含量22.84%（摩爾）,出口氣體氯化氫含量8%,二膜出口氣體氯化氫含量0.6%(2)一膜進(jìn)口氣體溫度80℃, 出口氣體溫度70℃,二膜出口氣體溫度60℃(3).吸收水溫42℃(4).進(jìn)口氣體組成同反應(yīng)器出口(5).操作壓力0.6MP（表壓）a(6).出口酸濃度28%（質(zhì)量），即16%（摩爾）(7).冷卻水進(jìn)口溫度25℃2.物料衡算對(duì)并流高濃度氣體吸收，操作線(xiàn)方程為：xx)=V(y-y)（3—5）12211221Lyy21Vx2x11x1x1212解得：x2=0.051即一膜進(jìn)口酸，二膜出口酸濃度為0.051第三章物料衡算和熱量衡算yy)21需要的吸收劑用量：Lx2x11212(143.0732.68)(0.22840.08)=10.228410.080.160.05110.1610.051=167.2Kmol/h副產(chǎn)鹽酸的量：l0=V0（y2-y1）/(x1-x2)=143.07(0.2284-0.06)/0.16=198.9Kmol/h吸收劑的單位耗用量（氣體入口處） l=L/V=167.1/(143.07-32.68)=1.51被吸收的氯化氫氣體的量：wA=143.07(0.2284-0.08)=21.23Kmol/h剩余氣體總量：143.07-21.23=121.84Kmol/h各氣體的含量：CH3Cl 13.89/121.84×100%=11.4%CH2Cl2 5.94/121.84×100%=4.9%CHCl2 2.11/121.84×100%=1.7%CCl4 0.147/121.84×100%=0.12%HCl (32.68-21.23)/121.84×100%=9.4%N2 2.058/121.84×100%=1.69%CH4 85.76/121/84×100%=70.39%CO2 0.465/121.84×100%=0.38%3.熱量衡算42℃氯化氫溶解成16%的鹽酸的溶解熱Φ=9172.65KJ/Kmol=9172.65×194.8=1.7×106KJ/h溶解在定性溫度t=(80+70)/2=75℃下的等壓熱容C(KJ/Kmol.℃)PCHClCHClCHClCClHClCHNCO3223442244.5556.1171.2588.9328.8637.2128.7738.32Q=C.m.ΔtP=(44.5513.89+56.11×5.94+71.25×2.11+88.93×0.147+28.86×32.68+37.12×85.76+28.77×2.058+38.32×0.465)×(80-70)第三章物料衡算和熱量衡算=0.05×106KJ/hQ=1.7×106+0.05×106=1.75×106KJ/h總假設(shè)冷卻水溫升8℃，則冷卻水耗用量水的C=4.18KJ/Kg.K=75.42KJ/Kmol.kwW=1.75×106/75.42×8=2.95×103Kmol/hW第二膜式吸收器1．計(jì)算依據(jù)(1)進(jìn)口氣體組成同一膜出口氣體組成(2)進(jìn)口氣體溫度70℃，出口氣體溫度60℃(3)出口酸濃度5.1%(4)吸收水溫42℃，冷卻水溫33℃(5)操作壓力0.036MP(表壓)a2．物料衡算需要吸收劑的量同一膜l=167.2Kmol/h得到稀酸的量l=V(y-y)/(x-x)0 0 2 1 2 1=121.84(0.08-0.006)/(0.051-0)=176.8Kmol/h吸收劑的單位耗用量l=1.51被吸收的氯化氫氣體量：w=143.07(0.08-0.006)=10.59a剩余氣體總量：121.84-10.59=111.25各氣體含量：CHCl13.89/111.25×100%=12.49%3CHCl5.94/11.25×100%=5.34%2CHCl2.11/111.25×100%=1.90%3CCl 0.147/111.25×100%=0.13%4HCl 0.86/111.25×100%=0.77%N 2.058/111.25×100%=1.85%2CO 0.465/111.25×100%=0.42%2CH 85.76/111.25×100%=77.09%41.熱量衡算42℃氯化氫溶解成5.1%的鹽酸的溶解熱Φ=3303.18第三章物料衡算和熱量衡算=3303.18×176.8=6×105KJ/h溶解在定性溫度t=(70+60)/65℃下物質(zhì)的等壓熱容C(KJ/kmol.℃)pCH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HClCH4CO2N243.8755.4970.8187.9928.537.0538.2228.46Q=C.m.ΔtP=(43.78×13.89+55.49×5.94+70.81×2.11+87.99×0.147+28.51×10.59+37.04×85.76+38.22×0.465+28.46×2.058)×(70-60)=0.05×105Q=0.6×105+0.05×105=0.65×105總從一膜出來(lái)的冷卻水逆流進(jìn)入二膜，進(jìn)口溫度33℃其溫升：Δt=0.65×105/(75.42×2.95×103)=2.87出口水溫：33+2.87=35.87℃3．2．4 中和塔（填料塔）1．計(jì)算依據(jù)（1）進(jìn)塔氣體組成同二膜出口氣體組成（2）用20℃，15%的稀氫氧化鈉溶液吸收,出塔堿濃度4%（質(zhì)量）（3）出塔氣體溫度60℃（4）出口氣體中無(wú)氯化氫和二氧化碳?xì)怏w2.物料衡算入塔氣摩爾流量：WV=111.25Kmol/h惰氣流量：G0=111.25-0.86-0.465=109.925Kmol/h平均分子量：M=50.5×12.49%+85x5.34%+119,51.90%+154×0.13%+36.5×0.77%+44×0.42%+16×77.09%+28×1.85%=26.64則入塔氣質(zhì)量流量：111.25×26.64=296.37kg/h入塔氣密度：ρV=2963.7/(111.25×22.4)=1.19kg/m315%和4%的氫氧化鈉溶液化為摩爾濃度：0.15/4015%（質(zhì)量）=0.15/400.85/18×100%=7.35%（摩爾）第三章物料衡算和熱量衡算0.04/404%（質(zhì)量）=0.04/400.96/18×100%=1.84%（摩爾）氫氧化鈉溶液耗用量：Wl=(0.86+0.465×2)/(7.35%-1.84%)=32.49Kmol/h出塔氣中無(wú)氯化氫氣體和二氧化碳?xì)怏w，但帶出 3Kmol/h的水蒸氣，則總量為G0=112.925Kmol/h各氣體含量：CH3Cl 13.89/112.925×100%=12.3%CH2Cl2 5.94/112.925×100%=5.3%CHCl3 2.11/112.925×100%=1.9%CCl4 0.147/112.925×100%=0.13%N2 2.058/112.925×100%=1.82%CH4 85.76/112.925×100%=75.9%第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型4．1空冷器本過(guò)程傳熱量大，一般的換熱器不能達(dá)到換熱效果。空冷器換熱效果好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)約水資源，沒(méi)有水污染等問(wèn)題，比水冷更經(jīng)濟(jì)，故選用空冷器。1．計(jì)算依據(jù)（1）進(jìn)出空冷器的流量和組成：組分CHCHClCHClCHClCClCONHCl43223422Kmol/h85.7613.895.942.110.1470.4652.05832.68%(kmol/h)59.949.714.151.470.10.331.4622.84（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）進(jìn)出口壓力0.06MP（表壓）a（5）換熱量Q=2.37×106KJ/h2．設(shè)計(jì)計(jì)算第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型查《化工裝置的工藝設(shè)計(jì)》表9-31得輕有機(jī)物的傳熱系數(shù)為10英熱單位/英尺.h.o2 F換算為國(guó)際單位制：K=10×0.86×4.18=204.25KJ/m2.h.℃假設(shè)空氣溫升15.3℃按逆流：△t=420-55.3=364.7℃△t=80-40=40℃△t=146.91℃12m1取溫差校正系數(shù)Φ=0.8△t=△t.Φ=146.91×0.8=117.53℃mm1則所需普通光管的表面積：A=Q/K.△t（4—1）0m=2.37×10/(204.25×117.536=98.73m2由(T-T)/K=1.86查《化工裝置的工藝設(shè)計(jì)》圖9-120得：21最佳管排數(shù)為n=6又由n=6查表9-33得迎面風(fēng)速FV=165米/分表面積/迎風(fēng)面積=A/F=7.6002則：F=A/7.60=98.73/7.60=12.99m220由F=Q/(t-t)FV17.3（4—2）121式中Q—換熱量,Kcal/h(t-t)—空氣溫升21FV—迎面風(fēng)速，米/分代入數(shù)據(jù)F=2.37×106/(15.3×165×17.3=12.98m21取ξ=0.01F-F=12.99=12.98=0.01≤ξ2 1即空氣出口溫度假設(shè)合理以光管外表面為基準(zhǔn)的空冷器的換熱面積為98.73m2由于資料有限，無(wú)法查到標(biāo)準(zhǔn)空冷器系列及翅片規(guī)格。因此無(wú)法校核傳熱系數(shù)及確定翅片面積參考鴻化廠選φ377×12的換熱管管長(zhǎng)L=98.73×4/π×0.3532=1010米管內(nèi)流速u(mài)=143.07×22.4×4/π×0.3532=2762.5m/h=9.2m/su=9.2m/s符合換熱管內(nèi)流速范圍15—30米/秒，故換熱管選擇合理第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型空冷器規(guī)格及型號(hào)：φ377×1010F=98.73m24．2第一膜式吸收器降膜式吸收器在吸收過(guò)程中不斷的將反應(yīng)熱移走，其傳熱傳質(zhì)效果好，吸收效率高，在吸收系統(tǒng)內(nèi)壓力降低，所生產(chǎn)的酸溫度低，不需有后冷，且設(shè)備耐腐蝕，維修方便，使用壽命長(zhǎng)，可制成較大規(guī)格。用于處理量較大的吸收過(guò)程。因此選用降膜式石墨吸收器吸收氯化氫氣體。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）進(jìn)口酸濃度5.1%，出口酸濃度16%（5）操作壓力0.06MP（表壓）A（6）換熱量Q=1.75×106KJ/h（7）吸收氣體量21.23Kmol/h2．計(jì)算換熱面積（逆流）冷卻水由25℃升到33℃，氣體由80℃降到70△t=80-33=47℃ △t=70-25=45℃ △t=45℃1

2

m從《氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊(cè)》查得K=3000KJ/m2.h.℃S=Q/K.△t=1.75×106/3000×45=13.2m2m3．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(guò)程保持等溫，因此簡(jiǎn)化為等溫吸收，在42℃下查得HCl—HO平衡數(shù)據(jù)如下：2x00.009980.02020.04120.06310.0860.1040.1330.151y00.000020.000080.00030.00110.00410.020.040.06x0.1610.1720.1810.1830.1890.1920.1960.199y0.0080.100.140.160.180.200.220.24并流高濃度吸收操作的操作線(xiàn)方程由式（3—5）：第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型yLxyLx)2222即y1.51x0.3781y1x在y—y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：12x0.160.1530.1440.1350.1250.111y0.080.094840.109680.124520.139360.1542x0.1040.09180.07930.06580.051y0.160940.183880.198720.213560.2284在同一直角坐標(biāo)系中作出操作線(xiàn)和平衡線(xiàn)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)x(x=0.1055)處的濃度差c△y=0.006 △y=0.227 △y=0.1431 2 c算出△y/△y=0.143/0.006=23.8,△y/△y=0.143/0.227=0.63c 1 c 2查《化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)》圖3—18得：f=△y/△y=0.51即△y=0.073m c m第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型進(jìn)口端k的查?。篏t=80℃下查得各物質(zhì)μ(μp.S)ACHClCHClCHClCClHClCONCH3223422412.7912.1011.9011.1817.218.1019.512.35平均粘度：μ=12.79×9.71%+12.10×4.15%+11.90×1.47%+11.18×0.10%+181.10×0.33%+19.5×1.46%+12.35×59.94%+17.2×22.84%=13.57μP.SA=0.049Kg/m.h平均分子量：M=50×9.71%+85×4.15%+119.5×1.47%+154×0.10%+36.5×22.84%+44×0.33%+16×59.94%+28×1.46%=28.81由計(jì)算出的換熱面積13.2m2，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(chēng)直徑450mm，吸收管61根，φ22×3的吸收管入口氣體質(zhì)量流速：G=(143.07×28.81×4)/(π×0.0612×61)=3.36×105Kg/m2.h0則：DG/μM1.75=(0.016×3.36×105)/0.049×28.811.75)=306.2 （4—3）0D—管內(nèi)徑，mG—入口氣體質(zhì)量流速,kg/m2.h0μ—入口氣體粘度，Kg/m.hM—平均分子量查《氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊(cè)》圖15—6—1得：k=200×10-6Kmol/m2.h.PG a由于HCl氣體易溶于水，屬氣膜控制，總傳質(zhì)系數(shù)1/K=1/k+m/k中可忽略液膜阻y y x力m/k，即K=kxyy又因?yàn)闅庀嗫倝翰桓撸瑒tk=P.k（4—4）yG所以K=P.k=1.6×105×200×10-6=32.0Kmol/m2.hyG出口端k的查?。篏查得t=70℃的μ(μp.S)a第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型CHClCHClCHClCClHClCONCH3223422412.411.311.410.916.516.718.912.0平均分子量：μ=12.4×11.4%+11.3×4.9%+11.4×1.7%+10.9×0.12%+12.0×70.3%+16.7×0.38%+18.9×1.69%+16.4×9.4%=0.045Kg/m.h平均粘度：M=50.5×1.4%+85×4.9%+119.5×1.7%+154×0.12%+36.5×9.4%+44×0.38%+28×1.69%+16×70.39%=27.47出口氣體質(zhì)量流速：G=(121.84×27.47×4)/(π×0.0162×61)=2.73×105Kg/m2.h0DG/μM1.75=(0.016×2.73×105)/(0.045×27.471.75)=319.90k=205×10-6Kmol/m2.h.PG a出口端的壓力P=1.6×(1-21.23/143.07)=1.36atmK=k.P=205×10-6×1.36×105=27.9Kmol/hy GHCl被吸收一半時(shí)（即x處）的查取c氣體總量：143.07-21.23/2=132.455Kmol/h剩余HCl的量：32.68-231.23/2=22.065Kmol/h各氣體的含量：CHCl13.89/132.455×100%=10.5%3CHCl5.94/132.455×100%=4.48%22CHCl2.11/132.455×100%=1.59%3CCl0.147/132.455×100%=0.11%4HCl22.06/132.455×100%=16.66%CO0.465/132.455×100%=0.35%2N2.058/132.455×100%=1.55%2CH85.76/132.455×100%=64.75%4查得t=(80+70)/2=75℃下的μ(μp..S)aCHClCHClCHClCClHClCONCH3223422412.611.911.811.017.017.419.312.5第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型平均粘度：μ=12.6×10.5%+11.9×4.48%+11.8×1.59%+11.0×0.11+17.4×0.35%+19.3×1.55%+12.5×64.75%+17.0×16.66%=0.048Kg/m.h平均分子量：M=50.5×10.5%+85×4.48%+119.5×1.59%+154×0.11%+36.5×16.66%+44×0.35%+16×64.75%+28×1.55%=28.21氣體質(zhì)量流速：G=(132.455×28.21×4)/(π×0.0162×61)=3.05×105Kg/m2.h0DG/μM1.75=(0.016×3.05×105)/0.048×28.211.75)=294.40查得K=196×10-6Kmol/m2.h.PGaP=1.6×(1-10.615/143.07)=1.5atmKy=kP=196×10-6××1.5×105=29.4Kmol/m2.hG則對(duì)應(yīng)于y,y和y的K分別為：12cyK=32.0Kmol/m2.h,K=27.9Kmol/m2.h,K=29.4Kmol/m2.hy1y2ycK/K=29.4/32.0=0.919ycyK/K=29.4/27.9=1.05ycy2查《化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)》圖3—18f=K/K=0.96即K=K×0.96=28.2Kmol/m2.hymycymyc由《化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)》式（3—19）F=W/K△y（4—5）ymm式中F—吸收面積，W—單位時(shí)間內(nèi)吸收的溶質(zhì)的量，Kmol/h△y—吸收過(guò)程中的平均推動(dòng)力K—吸收系數(shù)，Kmol/m2.hym代入數(shù)據(jù)F=21.23/28.2×0.073=10.3m2所以由吸收面積10.3m2，換熱面積13.2m2，按《石墨制化工設(shè)備設(shè)計(jì)》3—26選換熱器公稱(chēng)直徑450mm，固定管板厚度140mm，吸收管數(shù)量61根，換熱面積15m2，吸收面積12.6m2，管程數(shù)1第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型換熱面積裕度：(15-13.2)/13.2×100%=13.6%吸收面積裕度：(12.6-10.3)/10.3×100%=22.3%4．3第二膜式吸收器1．計(jì)算依據(jù)（1）進(jìn)口氣體組成同一膜出口處（2）進(jìn)口溫度70℃，出口溫度60℃（3）吸收水溫42℃，冷卻水溫33，溫升2.87℃（4）操作壓力0.036MP（表壓）a（5）換熱量Q=0.65×106KJ/h（6）進(jìn)口清水，出口稀酸濃度5.1%（7）吸收氣體量10.59Kmol/h2．計(jì)算換熱面積冷卻水由33℃上升到35.87℃，氣體由70℃降到60℃則△t=70-35.87=34.13℃△t=60-33=27△t=28℃12mS=Q/K△t=0.65×10/3000×28=9m62m3.計(jì)算吸收面積操作線(xiàn)方程：yLxyLx)2222即y1.51x0.0871y1x在y-y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：12x0.0510.0460.0420.0370.0320.027y0.0060.01340.02080.02820.03560.043x0.0220.0170.0110.00570y0.05040.05780.06520.07260.08平衡線(xiàn)第一膜已作出，同一坐標(biāo)下作出操作線(xiàn)如圖一，同樣用諾曼法量得：△y=0.005△y=0.008△y=0.04712c第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型算出△y/△y=0.047/0.005=9.4,△y/△y=0.047/0.08=0.58c 1 c 2查得f=△y/△y=0.62,△y=0.03m c m進(jìn)口端的k查?。篏因二膜進(jìn)口端與一膜出口端的溫度和物質(zhì)組成相同，故粘度和平均分子量同一膜出口端μ=0.045Kf/m.h,M=27.47由換熱面積S=9m2，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(chēng)直500mm，吸收管數(shù)量85根，φ22×3的吸收管入口氣體質(zhì)量流速：G=(121.84×27.47×4)/(π×0.0162×85)=2.0×105Kg/m2.h0DG/μM1.75=(0.016×2.0×105)/(0.045×27.471.75)=215.70查得k=150×10Kmol/m.h.P-62GaK=kP=150×1.36×10×10=20.4Kmol/m.h-652yG出口端K的求?。簓查得t=60℃下的μ(μp.S)aCHClCHClCHClCClHClCONCH3223422411.810.910.49.215.115.418.010.9平均粘度：μ=11.8×12.49%+10.9×5.34%+10.4×1.90%+9.2×0.13%+15.1×0.77%+18.0×1.85%+10.9×77.09%+15.4×0.42%=0.04Kg/m.h平均分子量：M=50.5×12.49%+85×5.34%+119.5×1.90%+154×0.13%+36.5×0.77%+44×0.42%+16×77.09%+28×1.85%=26.64出口氣體質(zhì)量流速：G=(111.25×26.64×4)/(π×0.016285)=1.74×105Kg/m2.h0DG/μM1.75=(0.16×1.74×105)/(0.04×26.641.75)=222.80查得K=153×10-6Kmol/m2.h.PG aP=1.6×(1-31.82/143.07)=1.24atmK=kP=153×10-6×1.24×105=19.0Kmol/m2.hy G第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型HCl被吸收一半時(shí)K的求?。簓查得t=(70+60)/2=65℃下的μ(μP.S)aCHClCHClCHClCClHClCONCH3223422412.111.711.39.815.716.118.311.6平均粘度：μ=12.1×11.92%+11.1×5.1%+11.3×1.81%+9.8×0.13%+15.7×5.28%+18.3×1.77%+11.6×73.6%+16.1×0.40%=0.043Kg/m.h平均分子量：M=50.5×11.92%+85×5.11%+119.5×1.81%+154×0.13%+36.5×5.28%+28×1.77%+16×73.6%+28×0.40%+=27.03氣體質(zhì)量流速：G=(116.545×27.03×4)/(π×0.0162×85)=1.84×105Kg/m2.h0DG/μM1.75=(0.016×1.84×105)=(0.04327.031.73)=213.70查得K=148×10-6Kmol/m2.h.PG aP=1.6×(1-26.525/143.07)=1.32atmK=kP=148×10-6×1.32×105=19.6Kmol/m2.hy G即對(duì)應(yīng)于y,y和y的分別為：1 2 cK=20.4Kmol/m2.h,K=19.0Kmol/m2.h,K=19.5Kmol/m2.hy1 y2 yc算出K/K=0.95,K/K=1.02yc y1 yc y2查《化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)》圖3—18f=K/K=0.99即K=K×0.99=19.3Kmol/m2.hym yc

ym yc由吸收速率方程式（4—5）F=W/K△yym m=10.59/19.3×0.03=18.3m2所以由吸收面積18.3m2，換熱面積9m2，按《石墨制化工設(shè)備設(shè)計(jì)》3—26選換熱器公稱(chēng)直徑500mm，固定管板厚度150mm，吸收管數(shù)量85根，換熱面積20m2，吸收面積18.6m2，管程數(shù)1第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型換熱面積裕度：(20-9)/9×100%=122%吸收面積裕度：(18.6-18.3)/18.3×100%=1.6%換熱面積裕度大了點(diǎn)，但是要滿(mǎn)足吸收面積只能選這種規(guī)格。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。4.4 中和塔（填料塔）填料塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，阻力小，便于耐腐蝕材料制造，而且過(guò)程需要吸收的氣體量小，故選用填料塔。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(wú)氯化氫和二氧化碳?xì)怏w（3）進(jìn)口壓力1.24atm（4）25mm×25mm×2.5mm的亂堆陶瓷拉西環(huán)2．確定空塔其速查《氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊(cè)》20℃，15%的NOH溶液ρ=1169Kg/m3a l粘度μ=2.95mP.SL a則W/W(ρ/ρ)0.5=32.49/111.25(1.19/1169)0.5=0.01L V V L式中W,W—分別為液相和氣相的摩爾流量,Kmol/hL V

（4—6）,ρ—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(xiàn)，橫標(biāo)為0.01時(shí)的縱標(biāo)數(shù)值為0.23由表3—5知，25mm×25mm×2.5mm的亂堆陶瓷拉西環(huán)的填料因子φ=450m，-1Ψ=ρ/ρ=1000/1169=0.86水Lu=(0.23gρ/φΨρμ0.2)1/2（4—7）maxLVL=(0.23×9.8×1169/450×0.86×1.19×2.95)=2.15m/s0.21/2式中：u—泛點(diǎn)氣速，m/smaxg—重力加速度，m/s2,ρ—分別為液體和氣體的密度Kg/m3V Lφ—填料因子，m-1Ψ—液體密度校正吸收,Ψ=ρ/ρ水 l第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型Μ—液體粘度,mP.SL a取空塔氣速為泛點(diǎn)氣速的50%，即u=0.5 u=1.125m/smax3．計(jì)算填料塔直徑D=(4V/πu)1/2S=[(111.25×22.4×4)/(3.14×1.125×3600)]1/2=0.9m—塔徑，mV—體積流率m3/sSu—空塔氣速，m/s圓整塔徑為1m，即1000mm則空塔氣速u(mài)=4V/πD2S=(4×111.25×22.4)/π×12=0.88m/s空塔氣速安全系數(shù)：0.88/2.15×100%=40.9%4.計(jì)算噴淋密度因填料為25mm×25mm×2.5mm，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(L)=0.08m3/m.h,Wmln則U=(L).σ （4—8）mln Wmln=0.08×190=15.2m3/m2.hσ—填料的比表面積，m2/m3—最小噴淋密度，m3/m2.hmin(L)—最小潤(rùn)濕速率，0.08m3/m.hWminNOH溶液的平均分子量：100/(20/40+80/18)=20.22Kg/Kmola則操作條件下的噴淋密度為：U=(32.49×20.22×4)/(π×1169×12)=0.72m3/m2.h為滿(mǎn)足U≥U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min要使U≥U，即4W/(π×1169×12)≥15.2min lW≥1.4×104Kg/hL第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型W=1.5×104Kg/h=741.8Kmol/hL循環(huán)液的量1.5×104-32.49×22.4=1.43×104Kg/h5．校核塔徑及空塔氣速由式（4—6）得：W/W(ρ/ρ)0.5L V V L=741.8/111.25(1.19/1169)0.5=0.21查《化工原理》下冊(cè)圖3—24中亂堆填料泛點(diǎn)線(xiàn)，橫標(biāo)為0.21時(shí)的縱標(biāo)數(shù)值為0.08u=(0.08gρ/φΨρμ0.2)1/2max L V L=(0.08×9.8×1169/450×0.86×1.19×2.950.2)1/2=1.28m/s取空塔氣速為泛點(diǎn)氣速的70%U=0.7Umax=0.7×1.28=0.90m/sD=(4V/πu)1/2=[(111.25×22.4×4)/(3.14×0.90×3600)]1/2=0.98mS圓整塔徑為1m,即1000mm則空塔氣速u(mài)=4V/πD2=(4×111.25×22.4)/π×12=0.88m/sS空塔氣速安全系數(shù)：0.88/1.28×100%=69%則操作條件下的噴淋密度為：U=(1.5×104×4)/(π×1169×12)=16.53m3/m2≥Umin6.計(jì)算塔壓降縱標(biāo)u2φψρμ0.2/gρ=(0.882×4500.86×2.950.2)/9.8×1169=0.039L L橫標(biāo)W/W(ρ/ρ)0.5=741.8/111.25(1.19/1169)0.5=0.21L V V L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=30×9.8P/m的等壓線(xiàn)上，即每米填料層的壓降約為294P/ma a7．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NOH溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，溶液中不存在氯化氫和二a氧化碳,故Y*=O又由于二氧化碳與NOH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a碳與NOH溶液反應(yīng)比氯化氫與NOH溶液反應(yīng)速度慢。因此本設(shè)計(jì)以二氧化碳為依據(jù)a a進(jìn)行計(jì)算。第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型被吸收的氯化氫的量為：32.68-31.82=0.86Kmol/h相當(dāng)于0.86/2=0.43Kmol/h的二氧化碳。被吸收的二氧化碳總量0.43+0.465=0.895Kmol/hY=0.895/112.925×100%=0.79%1因?yàn)橐合嘀谢顫娊M分的濃度足夠大，而且發(fā)生的是快速不可逆反應(yīng)，溶質(zhì)組分進(jìn)入液相后立即反應(yīng)而被消耗掉，則界面上的溶質(zhì)組份分壓為0，吸收過(guò)程速率為氣膜中的擴(kuò)散阻力所控制，因此可按氣膜控制的物理吸收計(jì)算。2dYdY=4.8（4—9）Y0NOGYY*Y0Y10.0079由于無(wú)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。按一般經(jīng)驗(yàn)，對(duì)25mm的填料作吸收操作時(shí)傳質(zhì)單元高度取為Hor=0.5m則填料層高度H=NOG.Hor（4—10）=4.8×0.5=2.4m4．5硫酸干燥塔浮閥塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，節(jié)省材料，性能良好，因此選用浮閥塔。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3Kmol/h2．塔徑計(jì)算需要的硫酸的量：M=(M+3×18)×85%/98%=353.1Kg/h查得25℃下，98%的硫酸的密度ρ=1.833g/cm3=1833Kg/m3LV=M/ρ=353.1/1833=5.35×10-5m3/s=0.19m3/hL動(dòng)能參數(shù)(L/V)(ρ/ρ)1/2h N L V式中：L，V—分別為塔內(nèi)液氣兩相的體積流量，m3/hh Nρ，ρ分別為塔內(nèi)液氣兩相的密度，Kg/m3L V此時(shí)ρ=W/V

（4—11）V V第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型=(13.89×50.5+5.94×85+2.11×19.5+0.147×154+2.058×28+85.76×16+3×18)/(112.925×22.4)=1.18Kg/h動(dòng)能參數(shù)(L/V)(ρ/ρ)1/2h N L V=0.19/(112.925×22.4)(1833/1.18)1/2=0.03假設(shè)塔徑0.5—0.8m，取板間距310mm，板上液層高度0.08m所以H-h=230mmT L查史密斯關(guān)聯(lián)圖得C=0.04820查得硫酸的σ=52.38mN/mC=C(σ/20)（4—12）0.220=0.048(52.38/20)0.2由式（3—3）u=C[(ρ-ρ)/ρ]1/2（4—13）maxLVVρ—液相密度,Kg/m3ρ—?dú)庀嗝芏?Kg/m3—極限空塔氣速，m/smaxu=0.058[(833-1.18)/1.18]1/2max=2.28m/su=0.65umax=0.65×2.28=1.48m/s塔徑D=(4V/πU)1/2S=[(4×112.925×22.4)/(π×3.14×3600)]1/2=0.77圓整塔徑0.8m，即800mm空塔氣速：u=4V/πD2=(4×112.25×22.4)/(π×0.082×3600)=1.38m/sS由板上液層高度為0.08，則板上液層體積V=π/4D2.h=π/4×0.82×0.08=0.04m3理論塔板數(shù):N=0.19/0.04=4.75T第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型取總板效率70%，則實(shí)際板數(shù)為N/E=4.75/70%=6.8塊，取為7塊T T則有效高度為：E=N/E.H （4—14）T T T T=7×0.31=2.17m4．6 熱交換器1．計(jì)算依據(jù)（1）熱流體進(jìn)口溫度40℃，出口溫度20℃（2）冷流體為冷凝器出來(lái)的循環(huán)氣，進(jìn)口溫度-20℃2．計(jì)算傳熱量介質(zhì)均為粘度0.5cp以下的有機(jī)物查化學(xué)工業(yè)出版社《化工設(shè)計(jì)》得總傳熱系數(shù)在190—370Kcal/m2.h.℃K=220Kcal/m2.h.℃t=(40+20)/2=30℃定性溫度下的等壓熱容(Kcal/kg.℃)CHClCHClCHClCClCHN32234420.2170.1560.14450.13280.54850.2593Q=C.m.ΔtP=(13.89×0.217×50.5+5.94×0.156×85+2.11×0.1445119.5+0.147×0.1328×154+85.76×0.5485×16+2.058×0.2593×28)×4.18×(40-20)=8.64×104KJ/h3．算出口氣體溫度設(shè)出口溫度t，用公式C=a+bT求C2 p p查得C=a+bT中a,b的為：pa(J/mol.K)b(J/mol.K)2N27.326.226×10-32CO26.7542.258×10-32CH14.1575.496×10-34CHCl30.62149.75×10-33第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型Q=C.m.ΔtP=[13.89×(30.622+149.75×10-3T)+85.76×(14.15+75.49610-3T)+2.058×(27.32(1)+6.226×10T)+0.465×(26.75+42.258×10T)]×(t-t)-3-312T=(t+t)/2(2)12解(1),(2)得t=-3℃24.計(jì)算換熱面積Δt=42℃

Δt=40℃

則

Δt=41℃1

2

mS=Q/K.Δtm=8.64×104/(220×4.1841)=2.5m2選用F325-10-40-2型浮頭式換熱器A4.7冷凝器1．計(jì)算依據(jù)（1）熱流體進(jìn)口溫度20℃，出口溫度-20℃（2）冷凍鹽水進(jìn)口溫度-25℃出口溫度-20℃（3）將CHCl,CHCl冷凝成液體2 2

32．計(jì)算換熱面積CHCl,CHCl20℃的汽化熱336.4KJ/kg,267.9KJ/Kg2 2 3定性溫度t=(20-20)/2=0下的C(KJ/kg.k)pCHCl CHCl CHCl CCl CH N3

2 2

3

4

4

20.77 1.188 0.925 0.829 2.16

0.6191=1.68×105KJ/HQ=(13.89×0.77×50.5+2.058×0.619×28+85.76×2.16×16+5.94×1.188×85+2.112×0.925119.5)(20+20)=1.73×105KJ/hQ=1.68×105+1.73×105=3.41×105KJ/h總Δt=40℃ Δt=5℃則Δt=16.8℃1

2

m第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型查得冷凝器總傳熱系數(shù)K=500(kcal/m2.h.℃)S=Q/K.ΔTM=3.41×105/(500×4.18×105)=9.8m2選用FL-400-15-25-2浮頭式冷凝器B4．8鹽酸分離器旋風(fēng)分離器是利用慣性力的作用從氣體中分離出塵粒的設(shè)備。一般用來(lái)除去氣流中直徑在5μm以上的塵粒。其代表性結(jié)構(gòu)型式為標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器。本過(guò)程選用標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器分離顆粒。已知密度1137.8kg/m3，顆粒直徑8μm，氣體流量121.84Kmol/h，允許壓降1800P，粘度1.26×10-5P.Sa a蒸汽密度：28.81/22.4=1.28kg/m3標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器的阻力系數(shù)ζ=8.0，依《化工原理》式3-31ΔP=ζρu2/2 （4—15）l即1800=8.0×1.28(u2/2)l解得進(jìn)口氣速u(mài)=18.75l旋風(fēng)分離器進(jìn)口截面積為Hb=D2/8 Hb=V/uS l故設(shè)備直徑為d=(8V/u)1/2=[(8×121.84×22.4)/(3600×18.75)]1/2=0.57mS l標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器是以圓筒直徑為參數(shù)，其它尺寸都與直徑成一定比例。再依式《化工原理》3-29算出分割粒徑，即d=0.27[ud/u(ρ-ρ)]1/2 （4—16）50 l s=0.27[1.26×10-5×0.57/18.75×(1137.8-1.28)]1/2=4.9d/d=8/4.9=1.6350查《化工原理》圖3-11得η=70%4．9 稀酸分離器用標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器分離顆粒。已知密度1025.8kg/m3，顆粒直徑8μm，氣體流量第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型111.25Kmol/h，允許壓降1800P，粘度1.18×10-5P.Saa蒸汽密度：26.64/22.4=1.19kg/m3標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器的阻力系數(shù)ζ=8.0，依式（4—15）ΔP=ζρu2/2l即1800=8.0×1.19(u2/2)l解得進(jìn)口氣速u(mài)=19.45l2Hb=V/uSl1/21/2Sl再依式（4—16）算出分割粒徑，即d=0.27[ud/u(ρ-ρ)]1/250ls-51/2=0.27[1.18×10×0.54/19.45×(1025.5-1.19)]=4.8d/d=8/4.8=1.6750查《化工原理》圖3-11得η=71%4．10 堿液泵堿液流量15000kg/h，堿液密度1169kg/m3，則堿液體積流量：Q=15000/1169=12.83m/h壓頭H=ΔZ+ΔP/ρ+Δu2+∑hf取ΔZ=8 ∑hf=3其余兩項(xiàng)很小，忽略不計(jì)。H=8+3=11m液柱11×1.19=13.09m選用F-16型耐腐蝕泵兩臺(tái),正常使用一臺(tái)，備用一臺(tái)，F(xiàn)-16耐腐蝕泵的流量50 5014.4m3/h,揚(yáng)程15.7m。4．11配堿槽參照鴻化廠，1.5h換一次堿液，則配堿槽容積：15000/1169×1.5=19.2m3第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型假設(shè)D=3000,則H=27184．12 濃酸中間槽因?yàn)檫B續(xù)化生產(chǎn)，中間槽考慮1天的用量0.19×24=4.6m2假設(shè)D=2021，則H=14654．13 濃酸泵濃酸液流量353.1kg/h，濃酸液密度1833kg/m3，則濃酸液體積流量：Q=353.1/1833=0.19m3/h壓頭H=ΔZ+ΔP/ρ+Δu2+∑hf取ΔZ=10 ∑hf=4其余兩項(xiàng)很小，忽略不計(jì)。H=10+4=14m液柱13×1.833=25.66m選用F25-25型耐腐蝕泵兩臺(tái),正常使用一臺(tái)，備用一臺(tái)，F(xiàn)25-25耐腐蝕泵的流量2.02m3/h,揚(yáng)程27.8m4．14壓縮機(jī)在產(chǎn)品樣本上，活塞式空氣壓縮機(jī)的排氣量指最后一級(jí)排出的空氣，換算為第一級(jí)進(jìn)氣條件時(shí)氣體的體積流量，壓縮機(jī)進(jìn)口溫度按40℃，排出氣體的摩爾流量為109.925kmol/h，則換算為常溫下：Q=109.925×22.4(273+40)/273=47/min.1m因工藝要求排出壓力0.6MP,故選用排氣量60m3/min的L8-60/7型壓縮機(jī)兩臺(tái)，正常操a作1臺(tái)，備用1臺(tái)。第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型4．15粗氯化液液貯槽因?yàn)楫a(chǎn)品屬于粗產(chǎn)品，則考慮一周的存儲(chǔ)量。-20℃CHCl,CHCl液體的密度分別為1397kg/m3,1564kg/m3,則一周的體積量為：2 2 3[(5.94×85)/1397+(2.11×119.5)/1564]×24×7=88m3取裝載系數(shù)0.8，則堿液體積為88/0.8=110m3,故選用V=60m3,D=3200,L=8040的貯槽兩個(gè)。第五章綜合表表6—1原料消耗綜合表序物料單成分每噸產(chǎn)品每小時(shí)每年號(hào)名稱(chēng)位的消耗量100%工業(yè)100%工業(yè)100%工業(yè)1甲烷m395%979.61031.2494.8520.5391881641250692氯氣m396%1449.9