物料衡算和熱量衡算

1、3物料衡算和熱量衡算 3.1計(jì)算基準(zhǔn)年產(chǎn)4500噸的二氯甲烷氯化吸收，年工作日 330天，每天工作24小時(shí),每小時(shí)產(chǎn)二氯甲烷：4500 X 10 =568.18kg/h330 X 243.2物料衡算和熱量衡算 反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算本反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，如不控制反應(yīng)熱并移走，溫度會(huì)急劇升高，產(chǎn)生強(qiáng)烈的燃燒反應(yīng)， 是氯化物發(fā)生裂解反應(yīng)。 由此可以通過加入過量的甲烷得到循環(huán)氣，以之作為稀釋劑移走反應(yīng)熱。(一) 計(jì)算依據(jù)(1) 二氯甲烷產(chǎn)量為：568.18 kg/h ，即：6.69 kmol/h ;(2) 原料組成含：C12 96%，CH495% ;(3) 進(jìn)反應(yīng)器的原料配比(摩爾比)：Cl2:

2、CH4:循環(huán)氣=1 : 0.68 : 3.0(4) 出反應(yīng)器的比例：CH2CI2: CHCl3=1 : 0.5 (質(zhì)量比)(CHCl3+CCl4)/CH 2Cl2=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。(二)物料衡算CH3CICl2CH2CI2CHCI3CH4CCI4HCI假設(shè)循環(huán)氣不參與反應(yīng)，只起到帶走熱量的作用。則設(shè)進(jìn)口甲烷為X kmol/h , 出反應(yīng)器的一氯甲烷 Y kmol/h，氯化氫Z kmol/h 。由進(jìn)反應(yīng)器的原料配比（摩爾比）CI2 : CH4:循環(huán)氣=1 : 0.68 : 3.0原料組成含

3、：CI2 96%，CH495%。CI2。1可知：乂96%= 得進(jìn)口 CI2為 1.48X kmol/hX?95%.68由 CH2CI2: CHCl3=1 : 0.5 （質(zhì)量比）可得 CHCI3 每小時(shí)產(chǎn)量為：568.18 X0.5/119.5=2.38kmoI/h由（CHCl3+CCl4）/CH 2Cb=0.38 （摩爾比）可得 CCI4 的量為 0.38 X6.69 2.38=0.162kmol/h用元素守衡法則：CI元素守衡2.96X=Y+6.69X2+2.38 X3+0.162 X4+ZH元素守衡4X=3Y+6.69X2+2.38+ZC元素守衡X=Y+6.69+2.38+0.162解方程

4、得X=24.87kmol/hY=15.64kmol/hZ=36.81kmol/h（1）所以反應(yīng)器進(jìn)口原料中各組分的流量:3/h（含雜質(zhì)）36.81/0.96=38.34kmol/h=865.82NmCH4： 24.87kmol/h=557.09Nm3/h(純)3/h（含雜質(zhì)）24.87/0.95=26.18kmol/h=585.79Nm循環(huán)氣流量：3 X38.34=115.02 kmol/h=2576.45 Nm 3/h其中：CH3CI: 15.64 kmol/hN2: 38.34 X4% + 26.18 X3%=2.319 kmol/hCO2: 26.18 X2%=0.524 kmol/hC

5、H4： 115.02 15.64 2.319 0.524=96.54 kmol/h進(jìn)口氣體總量：38.34 + 26.18 + 96.54=161.06 kmol/h(2) 反應(yīng)器出口中各組分流量：CH3CI: 15.64 kmol/hCH2CI2: 6.69 kmol/hCHCI3 : 2.38 kmol/hCCl4:0.162 kmol/hHCl:36.81 kmol/h循環(huán)氣：115.02 kmol/h出口氣體總量：115.02 + 36.81 + 0.162 + 2.38 + 6.69=161.06 kmol/h(3) 出口氣體中各組分的含量：CH3CI:15.64/161.06 X1

6、00%=9.65%CH2CI2: 6.69/161.06 X100%=4.15%CHCI3:2.38/161.06 X100%=1.48%CCI4:0.162/161.06X100%=0.10%HCI :36.81/161.06X100%=22.85%N2：2.319/161.06X100%=1.44%CO2:0.524/161.06X100%=0.33%CH4:96.54/161.06X100%=59.94%表31反應(yīng)器物料平衡組分kmol/h反應(yīng)器進(jìn)口反應(yīng)器出口組成 %組成 %moI )kg/hkmol/hmol )kg/hCH4121.4175.381942.5696.5459.9415

7、44.64Cl236.8122.852513.51CH3CI15.649.65789.82CH2CI26.694.15568.65CHCI32.381.48284.41CCI40.1620.1024.95HCI36.8122.851343.57N22.3191.44106.672.3191.44106.67CO20.5240.3323.070.5240.3323.06總計(jì)161.061004685.80161.061004685.80（三）熱量衡算以25 C為基準(zhǔn)溫度由氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊(cè)查得如下數(shù)據(jù):g表3 2反應(yīng)物料標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓 fHm/ (kJ/mol )物質(zhì)CH4輸入輸出Cl2CO2

8、CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HCln (kmol24.8736.80.52415.646.692.380.16236.8)11g-74.80-393.5-81.9-87.8-100-106.7-92.112663gfH m =工生成物n AfH m g 反應(yīng)物n AfH mg= - 3.455 X106 kJ420 C時(shí)，由氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊(cè)查得如下數(shù)據(jù)：g表3 3生成物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾定壓熱容Cp,m /(J - K-1 mol-1)物質(zhì)CH3ClCH2CI2CHCl3CCl4HClN2CO2n (kmol15.646.692.380.16236.812.3190.524)gCp,m

9、66.0745.9788.2898.8829.9630.6552.27577At = 420 - 25=395 Cg輸出焓：刀輸出 H = Zn Cp,m At = 1.093 X106 kJ輸入焓：刀輸入H = 0g則放出的熱量：Q放出=AfHm + !輸出H+刀輸入H= 2.362 X106 kJ222.5 C時(shí)，由氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊(cè)查得如下數(shù)據(jù)：g表34循環(huán)氣各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾定壓熱容 Cp,m/（J K-1 mol-1）物質(zhì)CH 4CH3CIN2CO 2n( kmol)g96.5415.642.3190.524Cp,m49.6254.8330.8153.43循環(huán)氣帶出熱量：Q帶出=g:

10、Di Cp,m At=2.27X106kJ考慮 4%熱損失，則 2.362 X106X（1-4% ） =2.27貝U Q放出=Q帶出循環(huán)氣能帶走的熱量恰好為反應(yīng)氣放出的熱量，是反應(yīng)溫度保持在420 C左右可以維持反應(yīng)順利進(jìn)行?？绽淦鞯奈锪虾馑愫蜔崃亢馑阌捎跉怏w溫度太高，直接進(jìn)入吸收器不利于氯化氫氣體的吸收。因此，先用空冷器冷卻降溫，以保證吸收的順利進(jìn)行。（一）計(jì)算依據(jù)：進(jìn)口氣體溫度為420 C,組成和流量與反應(yīng)器出口相同。出口氣體溫度為80 C,操作壓力為0.06MPa （表壓）。（二）熱量衡算：定性溫度 t=(420+80)/2=250 C 250 C時(shí)，由氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊(cè)查得如下數(shù)據(jù)：

11、g表3 5生成物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾定壓熱容Cp,m/(J K-1 mol-1)物質(zhì)CH3CICH2CI2CHCI3CCl4HClN2CO 2CH4n (kmo15.646.692.380.16236.812.3190.5296.54l)4gCp,m56.3669.6381.9296.5529.2929.6145.047.7519083162g熱負(fù)荷 Q= Zn Cp,m At=2.50 X106 kJ模式吸收器的物料衡算和熱量衡算本次設(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)二膜吸收成稀酸再去一膜吸收成高濃度酸。兩膜吸收劑用量相同，惰性氣體流量也相同，因此液氣比L/V

12、也相同。(一)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22.85% (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 C,出口氣體溫度70 C,二膜出口氣體溫度60 C； 3、吸收水溫度42 C；4、進(jìn)口氣體組成同反應(yīng)器出口；5、操作壓力0.6MPa （表壓）;6、一膜出口酸濃度28% （質(zhì)量），即16% （摩爾）;7、冷卻水進(jìn)口溫度25 C。（2）物料衡算由一膜出口氣體氯化氫含量8%可知一膜出口氣體總量為 135.05 kmol/h，含氯化氫10.80 kmol/h由二膜出口氣體氯化氫含量0.6%可知二膜出口氣體總量為 125.

13、00 kmol/h，含氯化氫0.75 kmol/h總共反應(yīng)掉氯化氫量為36.06 kmol/h由一膜出口酸濃度16% （摩爾）則二膜出口酸濃度為 5.04%對(duì)并流高濃度氣體吸收操作線方程為:V(Y1 丫2)= L(X1 X2)X1撫）=L（1-x 1X21-x 2)y1_ y2L = 1 _ y _ 1 _ y2 V = X1X21 - X1 _ 1 - X2已知：V=161.06_36.81=124.25 kmol/hX1=0.16X2=0.0504y1=0.2285y 2=0.08則，需要的吸收劑用量：L=189.19kmol/h吸收劑的單位耗用量：l=L/V=189.19/(161.06

14、 36.81 ) =1.52kmol/h第一膜式吸收器吸收氯化氫氣體量：36.81 - 10.80 = 26.01 kmol/h剩余氣體總量：161.06 - 26.01 = 135.05kmol/h出口氣體中各組分的含量：CH3CI:15.64/135.05 X100%=11.58%CH2CI2 : 6.69/ 135.05 X100%=4.95%CHCI3：2.38/ 135.05 X100%=1.76%CCI4:0.162/ 135.05 X100%=0.12%HCl :10.80/ 135.05 X100%=8.00%N 2 :2.319/ 135.05 X100%=1.72%CO2

15、:0.524/ 135.05 X100%=0.39%CH4：96.54/ 135.05 X100%=71.48%表36第一膜式吸收器出口物料平衡組分第一模式吸收器出口kmol/h組成% (mol )CH496.5471.48CH 3CI15.6411.58CH2CI26.694.95CHCI 32.381.76CCl40.1620.12HCl10.808.00N22.3191.72CO 20.5240.39總計(jì)135.05100(3) 熱量衡算定性溫度 t=(70+80)/2=75 C75 C時(shí)，由氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊(cè)查得如下數(shù)據(jù):A表3 7第一膜式吸收器出口氣體的標(biāo)準(zhǔn)摩爾定壓熱容Cp,m/(

16、J K-1mol -1)物質(zhì)CH3CICH2CI2CHCl3CCl4HClN2CO2CH4n (kmo15.646.692.380.16210.802.310.5296.54l)94eCp,m44.5556.1171.2588.9328.8628.738.337.2172Q=口 C；mAt=0.05X106 kJ42 C時(shí)，氯化氫溶解成16%的鹽酸溶解熱 H=9172.65kJ/kmolQ 溶解=L0 AH=2.05 X106kJQ 總=Q + Q 溶解=2.10 X106kJ假設(shè)冷卻水溫升8 C,則冷卻水耗用量:eC = 75.291kJ/ ( kmol K) p,m,水e。W 水=Q 總/

17、C /8 = 3.49 X103 kmol p,m,水(二)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 C,出口氣體溫度60 C；3、出口酸濃度5.04% ;4、吸收水溫42 C,冷卻水溫度33 C；5、操作壓力0.036MPa(表壓)。(2) 物料衡算需要吸收劑的量與一膜相同L=189.19kmol/h)/0.0504=198.29得到稀酸的量 Lo=Vo(y1-y2)/(x 1-x2)= 135.05( 0.08-0.006kmol/h吸收劑單位耗用量l=L/V=1.52被吸收的氯化氫氣體量：10. 80 0.75=10.05 kmol/h剩余氣

18、體總量：135.05 10.05=125.00 kmol/h出口氣體中各組分的含量：CH3CI:15.64/125.00 X100%=12.51%CH2CI2 : 6.69/ 125.00 X100%=5.35%CHCI3：2.38/ 125.00 X100%=1.90%CCI4:0.162/ 125.00 X1OO%=O.13%HCl:0.75/ 125.00 X100%=0.60%N 2 :2.319/ 125.00 X100%=1.86%CO2 :0.524/ 125.00 X100%=0.42%CH4：96.54/ 125.00 X100%=77.23%表38第二膜式吸收器出口物料平衡

19、組分第二膜式吸收器吸收器出口組成% (mol )kmol/hCH496.5477.23CH 3CI15.6412.51CH2CI26.695.35CHCl 32.381.90CCI40.1620.13HCl0.750.60N22.3191.86CO 20.5240.42總計(jì)125.00100(3) 熱量衡算定性溫度 t=(70+60)/2=65C65 C時(shí)，由氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊(cè)查得如下數(shù)據(jù)：A表3 9第二膜式吸收器出口氣體的標(biāo)準(zhǔn)摩爾定壓熱容Cp,m/(J K-1mol -1)物質(zhì)CH3ClCH2CI2CHCl3CCl4HClN2CO2CH4n (kmo15.646.692.380.1620.

20、752.310.5296.54l)94eCp,m43.8755.4970.8187.9928.5028.438.237.0562Q=e口 Cp,mAt=0.05X106 kJ42 C時(shí)，氯化氫溶解成5.04%的鹽酸溶解熱 H=3303.18kJ/kmolQ 溶解=Lo AH=0.65 Xl06kJQ 總=Q + Q 溶解=0.7 X106kj從一膜出來的冷卻水逆流進(jìn)入二膜，進(jìn)口溫度33 C其升溫 At= 0.7 X106/ ( 75.291 X3.49 X103) =2.66 C出口水溫：33+2.66=35.66 C中和塔(填料塔)(一)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 C、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 C；(4) 出口氣體中無氯化氫和二氧化碳?xì)怏w。（二）物料衡算入塔氣體摩爾流量： Wv= 125.00 kmol/h惰性氣體摩爾流量：Go=125.OO 0.75 0.524=123.73 kmol/h平均分子量 M=50.5 X12.51% + 85 X5.35% + 119.5 X1.90% + 154 XQ.13%36.5 XQ.60% + 28 X1.86% + 44 XQ.42% +