气相含水的v%=0.0977/1.169=8.36%
气相出料的干物料量可由计算得出
根据工厂实际操作情况,取洗出的盐酸质量百分比为22%
生成酸量=170.7/22*100=775.90kg/h
其中含水=775.9-170.7=605.21kg/h=33.6225kmol/h
氯乙烯在水中的溶解度为0.075g/100g水
因其在酸中溶解而损失的量为:605.21×0.075/100=0.4539kg/h=0.0073kmol/h
气相出料的干物料量为:104.3664-0.0073-4.6767-0.0574=99.6250kmol/h
气相出料的含水量=8.36/(100-8.36)×99.625=9.0856kmol/h=163.5402kg/h
各组分物料组成见表3.8
表 3.8 水洗塔出料表
组成 气相 液相
W% V% Kg/h Kmol/h W% V% Kg/h Kmol/h
C2H3Cl 95.1427 89.183 6109.3027 97.295 0.0582 0.0189 0.0073 0.4539
C2H4Cl2 1.5226 0.901 97.7373 0.9872
C2H4O 0.3164 0.146 2.5256 0.0574
C3H5Cl 0.0683 0.0523 5.3474 0.0699
HCl 21.9196 12.192 170.7 4.6767
C2H2 0.2823 0.636 18.1072 0.6964
N2 0.4349 0.91 2.7972 0.0999
CO2 0.0205 0.0273 1.3187 0.03
H2O 2.5474 8.291 163.5402 9.0856 77.7058 87.643 605.21 33.6225
总和 100 100 6398.1507 108.264 100 100 778.4429 38.8105
3.8碱洗塔物料衡算
1）气体中的CO2全部被洗净
2）NaOH溶液初始浓度10%,循环至5%排除
3）操作条件T=30℃.P=80mmHg(表)
反应式:2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O
反应能耗NaOH=2×0.03=0.06kmol/h=2.4kg/h
生成Na2CO3=0.03kmol/h=3.18kg/h
生成水的量=0.03kmol/h=0.54kg/h
30℃下,P*H2O=31.82mmHg
出口含水=31.82/(760+80)=3.788%
出口干物料量=108.264-9.0856-0.03=99.1484kmol/h
气相出料含水=3.788/(100-3.788)*99.1484=3.9037kmol/h=70.2668kg/h
气体凝出水量=9.0856-3.9037=5.1819kmol/h=93.2734kg/h
设每小时耗碱溶液w kg。列方程得
（0.1w-2.4)/(w+1.3187+93.2734)=5%
解得w=142.5921kg/h
其中NaOH含量=142.5921×10%=14.2592kg/h
排出废液中含有NaOH=14.2592-2.4=11.8592kg/h=0.2965kmol/h
废液含水=142.5921-14.2592+93.2734+0.54=222.1462kg/h=12.3415kmol/h
30℃时,氯乙烯在水中溶解度=0.075g/100g水
氯乙烯溶解损失的量为:222.1462×0.075/100=0.1666kg/h=0.00266kmol/h
气相出料中所含氯乙烯量:6109.3027-0.1666=6109.1361kg/h=97.7462kmol/h
物料中各组分含量见表3.9
表 3.9 碱洗塔出料表
组分 气相 液相
W% V% Kg/h Kmol/h W% V% Kg/h Kmol/h
C2H3Cl 96.5508 93.583 6109.1361 97.7462 0.0636 0.021 0.1666 0.00267
C2H4Cl2 1.5460 0.946 97.7373 0.9872
C3H5Cl 0.0693 0.0549 5.3474 0.0699
C2H2 0.2863 0.667 18.1072 0.6964
N2 0.4414 0.955 2.7972 0.0999
H2O 1.1062 3.723 70.2668 3.9037 83.1630 95.403 222.1462 12.3415
NaOH 4.5406 2.344 11.8592 0.2965
Na2CO3 12.2328 2.383 3.18 0.03
总和 100 100 6303.392 103.5033 100 100 237.352 12.6707
3.9机前预冷器物料衡算
作用: 1）降低合成气中水的含量
2）降低进入压缩机的气体的温度
聚合回收气量的计算
每天产树脂40000/7200×24=133.33吨
每釜产树脂5939.833千克
每小时平均釜数133.33×1000/(5969.833×24)=0.9353
每釜投入单体量6300kg
回收VC 6300×8.3%=522.9kg/h=8.3664kg/h
每小时回收VC 8.366×0.9353=7.8251kmol/h=489.0710kg/h
每釜回收过程中有40m3N2进入气柜
设PN2=0.1kg/cm2(表) t=20℃
每釜进入气柜的量
n=PV/RT= (1.033+0.1)×40/[0.0848×(273+20)]=1.8240kmol/釜=51.0722kg/釜
每小时循环回收N2 1.824×0.9353=1.7060kmol/h=30.7080kg/h
20℃下P*H2O=17.54mmHg=0.02386kg/cm2
总压P=1.133kg/cm2
回气体的含水量=0.02386/1.133=2.11%
回收气体的干物料量 7.8251+1.706=9.5311kmol/h
回收气体含水量=2.11%/(1-2.11%)×9.5311=0.2050kmol/h=3.6906kg/h
物料在预冷器以5℃冷冻水冷至10℃
10℃下P*H2O=9.20mmHg=0.01252kg/cm2
总压P=1.133kg/cm2
气体出口含水率=0.01252/1.133=1.11%kg/cm2
出口干物料量=103.5033-3.9037+9.5311=109.1307kmol/h
气相出料含水量:1.11%/(1-1.11%)×109.1307=1.2061kmol/h=21.7091kg/h
凝水量=3.9037+0.205-1.2061=2.9027kmol/h=52.2481kg/h
表 3.10 机前预冷器进料汇总表
组分 进料量 循环量
W% V% Kg/h Kmol/h W% V% Kg/h Kmol/h
VC 96.5508 93.583 6109.1361 97.7462 90.4820 80.378 489.071 7.8251
EDC 1.5460 0.946 97.7373 0.9872
C3H5Cl 0.0693 0.0549 5.3474 0.0699
C2H2 0.2863 0.667 18.1072 0.6964
N2 0.4414 0.955 2.7972 0.0999 8.8391 17.527 30.708 1.706
H2O 1.1062 3.723 70.2668 3.9037 0.6789 2.094 3.6906 0.205
总和 100 100 6303.392 103.5033 100 100 523.4696 9.7361
表 3.11 机前预冷器出料表
组分 进料量 循环量
W% V% Kg/h Kmol/h W% V% Kg/h Kmol/h
VC 96.8330 94.982 6598.2071 105.5713
EDC 1.4421 0.893 97.7373 0.9872
C3H5Cl 0.0646 0.0518 5.3474 0.0699
C2H2 0.2672 0.63 18.1072 0.6964
N2 1.0701 2.343 33.5052 1.8059
H2O 0.3230 1.1 21.7091 1.2061 100 100 52.2481 2.9027
总和 100 100 6774.6133 103.5033 100 100 52.2481 2.9027
3.10全凝器物料衡算
压力6kg/cm2(绝) 进口温度45℃,出口温度25℃
采用卧式冷凝器按顺流冷凝计算
由于压力不高,故相平衡均按理想气体,理想溶液系统计算,即气相服从道尔顿定律,液相服从拉乌尔定律。
25℃下各组分的饱和蒸汽压
P*VC=2980mmHg P*EDC=226mmHg P*C3H5Cl=535mmHg P*C2H2=486mmHg P*N2→∞
由于液相粗VC(油相)与水相分层,故油相应为系统总压扣除水的分压
计算液相组成时除掉凝水,气相组成扣除水蒸气
总压6kg/cm2=4410.36mmHg
25℃下P*H2O=23.76mmHg
油相蒸汽压P=4410.36-23.76=4386.6mmHg
计算25℃下各组分的相平衡常数
相平衡常数ki=P*i/P
高沸物EDC等全部冷凝,而N2全部在气相中
kC2H2=8.144 kVC=0.6788
设冷凝量为L,其中C2H2为x,VC占(1-x)
列方程组: 8.144x=(0.6964-Lx)/(110.3368-L)
0.6788(1-x)=[105.5713-L(1-x)]/(110.3368-L)
解得L=90.675 ，x=0.00671
液相中nC2H2=0.6084 , nvc=90.0666
则气相中含VC为105.5713-90.06=15.5047kmol/h
气相中含C2H2为0.6964-0.6084=0.0880kmol/h
综上可知全凝器中冷凝器油部分有VC,EDC,C2H2组成共90.0666+0.6084+0.9872=91.6622
而末凝部分由VC,C2H2,N2,H2O组成,其中油相蒸汽为
nVC+nC2H2+nN2=15.5047+0.088+1.8059=17.3986kmol/h
已知25℃下油相蒸汽压为P=4386.6mmHg P*He=23.76mmHg
水蒸气量为23.76/4386.6×17.3986=0.0942kmol/h=1.6963kg/h
凝水量为1.2061-0.0942=1.1119kmol/h=20.0135kg/h
表 3.12 全凝器出料表
组分 气相 液相
W% V% Kg/h Kmol/h W% V% Kg/h Kmol/h
VC 94.1193 87.586 969.0438 15.5047 97.4622 96.813 5629.125 90.066
EDC 1.7764 1.114 97.7373 0.9872
C3H5Cl 0.0796 0.0646 5.3474 0.0699
C2H2 0.0272 0.0609 2.288 0.088 0.3229 0.771 15.8184 0.6084
N2 5.6870 11.813 33.5052 1.8059
H2O 0.1665 0.538 1.6963 0.0942 0.3589 1.238 20.0135 1.1119
总和 100 100 6303.392 103.5033 100 100 5768.042 92.8434
3.11低沸塔,尾凝器物料衡算
尾凝器操作条件P=6kg/cm2(绝),出口T=-25℃
低沸塔操作条件P=6kg/cm2(绝)
塔顶15℃ 塔底39.5℃
3.11.1放空尾气量的计算
1)高沸塔釜排放VC量估算
塔底39.5℃
P*VC=4530mmHg , kVC=1.232
P*EDC=407mmHg , kEDC=0.1107
P*C3 H5Cl =911mmHg , kC3H5Cl=0.2477
因为成品带走的高沸物极微可认为高沸物均从塔底排走,其中
WEDC=0.9872kmol/h WC3H5Cl=0.0699kmol/h
WC3H5Cl/WEDC=0.0699/0.9872=0.0708
∑Xi=1 即XEDC+XWVC+XWC3H5Cl=1 ①
∑Yi=1 即KVCXWVC+KEDCXWEDC+KC3H5ClXC3H5Cl=1 ②
按物料比XWC3H5Cl=0.058XWEDC ③
将③代入①得,XWVC=1-1.058XWEDC ④
将④代入②得,XWEDC=0.183 XWC3H5Cl=0.02696 XWVC=0.79
残液含VC量WVC=0.79/0.02696×0.0699=2.0483kmol/h
2)尾气放空估算
-25℃时 P*C2H2=13.33kg/cm2 kC2H2=2.222
P*VC=0.639kg/cm2 kVC=0.1065
P*N2→∞ kN2→∞
∑Yi=1 YVC+YC2H2+YN2=1 ①
∑Xi=1 YVC/KVC+YC2H2/KC2H2+0=1 ②
因成品中带走的C2H2极少,可认为C2H2全部由尾凝器放空,其中VN2=1.8059 VC2H2=0.6964
VN2/VC2H2=2.5932 ③
方程①②③联立解得
YVC=0.0944 YC2H2=0.252 YN2=0.6535
放空气体含VC量
VVC=0.0944/0.252×0.6964=0.2609kmol/h
3)粗估成品VC量
D=FVC-WVC-VVC=90.0666-2.0483-0.2609=87.7574kmol/h
4)尾气放空组成
由高沸塔塔顶产品含乙炔XDC2H2≤0.0001%
成品带走C2H2的量
DC2H2=87.8574×0.0001%=0.000088kmol/h=0.0023kg/h
表 3.13 尾气放空组成
组成 W% V% Kg/h Kmol/h
VC 19.6979 9.766 16.3063 0.2609
C2H2 16.0426 19.1196 18.1072 0.6964
N2 64.2594 71.114 33.5052 1.8059
总和 100 100 67.9187 2.7632
3.11.2低沸塔顶气量求解
15℃下,P*VC=2.92kg/cm2 kVC=0.487
P*C2H2=39.8kg/cm2 kC2H2=6.63
∑Yi=1 YVC+YC2H2=1 ①
∑Xi=1 YVC/KVC+YC2H2/KC2H2=1 ②
方程①②联立解得
YVC=0.446 YC2H2=0.554
设低沸塔顶气量为x mol/h
则其中VC量为0.446x,C2H2量为0.554x
对尾凝器的VC进行衡算。
进料中的VC进行衡算
进料中的VC=15.5047+0.446x
凝液中的VC=15.5047+0.446x-0.2609=15.2438+0.446x
VC的回收度￡VC=（15.2438+0.446x)/(15.5047+0.446x)
对C2H2进行衡算
进料中的C2H2=0.088+0.554x
凝液中的C2H2=0.088+0.554x-0.6964=0.554x-0.6084
C2H2的回收度￡C2H2=（0.554x-0.6084)/(0.088+0.554x)
尾凝器为一逆流冷凝器，可假定其相当于无限多块塔板，则各组分的回收度与其相平衡常数成反比，即￡VC/￡C2H2=KC2H2/KVC
设尾凝器气相进料温度为22℃，尾凝器出口温度为-25℃
尾凝气平均温度t=(-25+22)/2=-1.5℃
-1.5℃下,P*VC=1240mmHg KVC=0.281
P*C2H2=25.40atm KC2H2=4.370
带入上式得
([15.2438+0.446x)/(15.5047+0.446x)]/[（0.554x-0.6084)/(0.088+0.554x)]
=4.37/0.281
解得x=1.67kmol/h
XVC=1.67×0.446=0.7448kmol/h
XC2H2=1.67×0.554=0.9252kmol/h
3.11.3低沸塔釜液量求解
WVC=90.0666+15.9886-0.7448=105.3104kmol/h=6581.90kg/h
WEDC=0.9872kmol/h=97.7373kg/h
WC3H5Cl=0.0669kmol/h=5.3474kg/h
WC2H2的量极微可以忽略
表 3.14 尾凝器物料平衡表
组分 总进料 放空气 尾凝液
Kg/h Kmol/h Kg/h Kmol/h Kg/h Kmol/h
VC 1015.5938 16.2495 16.3063 0.2609 999.2875 15.9886
EDC
C3H5Cl
N2 50.5652 1.8059 50.5652 1.8059
H2O 1.6956 0.0942 1.6956 0.0942
C2H2 26.3427 1.0132 18.1064 0.6964 8.2363 0.3168
总和 1094.1972 19.1628 84.9779 2.7632 1009.2194 16.3996
表 3.15 低沸塔物料平衡表
组分 总进料 釜液 塔顶气
Kg/h Kmol/h Kg/h Kmol/h Kg/h Kmol/h
VC 6628.45 106.0552 6581.9 105.3104 46.55 0.7448
EDC 97.7328 0.9872 97.7328 0.9872
C3H5Cl 5.3474 0.0699 5.3474 0.0699
C2H2 18.1064 0.6964 18.1064 0.6964
总和 6749.6366 107.8087 6684.9802 106.3675 64.6564 1.4412
3.12高沸塔物料衡算
高沸塔操作条件 P=5kg/cm2(绝)
塔顶32.5℃,塔底39.5℃
成品中XD.VC≥99.99%(单体杂质含量0-0.015%)
乙炔全部由成品带出,因其量甚微.故本塔按三元系统计算.
为避免塔釜因操作温度太好而结焦,设釜液中XW.VC≤80%
表 3.16 高沸塔进料表
组成 W% V% Kg/h Kmol/h
VC 98.4628 99.0120 6581.9000 105.3104
C3H5Cl 0.0660 0.0542 5.3474 0.0699
EDC 1.4712 0.9340 97.7328 0.9872
总和 100 100 67.9187 106.3675
3.12.1求全塔物料衡算
对全塔的VC进行衡算得
FXFVC=DXDVC+WXWVC
F=D+W
D=F(XFVC-XWVC)/(XDVC-XWVC)=106.3675×(99.012-80)/(99.99-80)=101.1635kmol/h
W=F-D=106.3675-101.1635=5.2040kmol/h
3.12.2用芬斯克方程以试差法求塔顶塔底物料分割
1)设塔顶产品含EDC,XD.EDC=0.0028%
已知XD.VC=99.99%
则XD.C3H5Cl=1-(99.99%+0.0028%)=0.0072%
按所设塔顶组成求塔底组成
XWEDC=(FXEDC-DXEDC)/W=(0.9872-101.1635×0.0028%)/5.2040=18.9157%
XWVC=80%,XWC3H5Cl=1.2032%
2)由所设计的塔顶,塔底组成及给定的操作压力试差,求塔釜,塔底温度.
设塔顶温度为t=32.5℃
查得P*VC=3680.81mmHg KVC=1.000076
P*EDC=304mmHg KEDC=0.08265
P*C3H5Cl=696mmHg KC3H5Cl=0.18923
求和1.000076*0.9999+0.08265*0.000028+0.18923*0.000072=1.00
所以可以认为所设计温度正确
设塔底温度t=39.5℃
查得P*VC=4470mmHg KVC=1.2153
P*EDC=200mmHg KEDC=0.1088
P*C3H5Cl=895mmHg KC3H5Cl=0.2433
∑kiyi= 1.2153×80%+0.1088×18.9157%+0.2433×1.2032%=1.00
所以可以认为所设温度正确
3)利用芬斯克方程检验所设组分是否正确,全回流所需理论板数(最少理论板数)
Nm=lg(XA/XB)D*(XB/XA)W/lgаW
利用VC及EDC求最少塔板数
Nm+1=lg((XVC/XEDC)W*(XEDC/XVC)W)/lgSQRT((KVC/KEDC)D*(KVC/KEDC)W)
=lg((99.99/0.0028)*(18.9157/80))/lgSQRT((1.000076/0.08265)*(1.2153/0.1088))
=3.6854
对C3H5Cl进行衡算
lg((99.99/XC3H5Cl)D*(XC3H5Cl/80)W)/lg(SQRT((1.000076/0.18923)*(1.2153/0.2433)))=3.6854
lgXWC3H5Cl/XDC3H5Cl=2.5227, XWC3H5Cl/XDC3H5Cl=333.1981
XWC3H5Cl= 333.1981XDC3H5Cl ①
对全塔C3H5Cl进行衡算
FXFC3H5Cl=DXC3H5Cl+WXWC3H5Cl ②
将①代入②得
FXFC3H5Cl=DXDC3H5Cl+W*333.1981XDC3H5Cl
=XDC3H5Cl(D+333.1981W)
XDC3H5Cl=FXFC3H5Cl(D+333.1981W)
=0.0699/(101.1635+333.1981×5.204)
=0.0000381
由给定的XDVC,假设的XD.EDC及求得的XC3H5Cl验算
∑XDi=0.9999+0.000028+0.0000381=1.0000
所以所设正确
3.12.3.全塔物料衡算
由前述及物料总量分配塔顶及塔低物料
D=101.1635kmol/h
DVC= 0.9999×101.1635=101.1534kmol/h
DEDC= 0.000028×101.1635=0.0028kmol/h
DC3H5Cl= 0.0000381*101.1635=0.0039kmol/h
W=5.204kmol/h
WVC= 0.8W=4.1632kmol/h
WEDC= 0.189157W=0.9844kmol/h
WC3H5Cl= 0.012032w=0.0626kmol/h
表 3.17 高沸塔出料表
组分 塔顶产品 釜液
W% V% Kg/h Kmol/h W% V% Kg/h Kmol/h
VC 99.999905 99.9999 6322.0875 101.1534 71.7906 80 260.2 4.1632
EDC 0.000060 0.0000381 0.2772 0.0028 26.8878 18.9157 97.4556 0.9844
C3H5Cl 0.000034 0.000028 0.29835 0.0039 1.3216 1.2032 4.7889 0.0626
总和 100 100 6322.6630 101.1601 100 100 362.4445 5.2102
第四章 热量衡算
热量计算说明
1）.C2H2,HCl,VC,H2O,等物料比热近似取温度为0℃的平均温度下的比热
2）.因计算中温度变化不太大,对含量甚微的物料,为简便起见,比热取20℃下之值,而对结果影响甚小。
3）.计算基准
（1）计算中水以0℃液体为基准(即焓值为0)
（2）全部热量计算中CO2,N2以0℃气体为基准
（3）其余组分在全凝器前的热量计算中均以0℃气体为基准, 全凝器后(包括全凝器)以0℃液体为基准
4.1混合器冷却器热量衡算
工艺条件
物料进口HCl 10℃ C2H2 10℃
出口 -15℃
冷冻盐水 进口 -35℃ 出口 -33℃
查得 5℃下HCl Cp=0.1909kcal/kg℃
10℃下饱和水蒸气热含量I=599.6kcal/kg
-7.5℃下,HCl Cp=0.1909kcal/kg℃
C2H2 Cp=0.38kcal/kg℃
44%盐酸比热 Cp=0.05497
水蒸汽热含量I=591.7kcal/kg
年产4万吨的聚氯乙烯氯乙烯车间工艺设计物料衡算/热量衡算/设备计算/经济核算(二)由毕业论文网（www.huoyuandh.com）会员上传。
