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2.3.1洗涤塔及氯水箱的能量衡算

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表2-4 水的标准焓值、氯气标准焓值

温度℃ 物质 H2O kJ/kg Cl2 kCal/kg

l g

15 62.80 2520.50 164.70

83.74 2530.10 165.04

167.47 2568.60 166.23

20 40 45 65 80 188.41 2577.80 166.48

272.40 2615.50 167.24

334.94 2642.30 167.47

因为其他组分的含量较少，引起微小的热量变化可忽略不计，需要水和氯气的物性参数即可.假设此系统可忽略热量损失.

1 kCal/kg =4.1868 kJ/kg

系统的能量衡算： △H=∑H出-∑H入 即 △H=△H4+△H1-△H0-△H6 （1）ΔH0=∑mo,i×h0,i≈mo,a×h0,a+mo,b×h0,b

=167.47×4.1868×150.0625×70.91+2642.30×18.02×133.8024 =13831932.32 kJ/h

（2）ΔH6=∑m6,i×h6,i=m6,a×h6,a+m6,b×h6,b

=164.70×4.1868×70.91×0.0101+62.80×18.02×13.3043 =15549.7518 kJ/h.

（3）ΔH1=∑m1,i×h1,i=m1,a×h1,a+m1,b×h1,b

=167.24×4.1868×70.91×0.0996+272.14×18.02×131.1992 =648341.257 kJ/h.

（4）ΔH4=∑m4,i×h4,i≈m4,a×h4,a+m4,b×h4,b

=166.48×4.1868×70.91×149.9730+2577.8×18.02×15.9075 =8151436.8921 kJ/h.

则该系统与洗涤塔换热器进行的能量交换为:

Q=△H=△H4+△H1-△H0-△H6

=8151436.8921+648341.257-13831932.32-15549.7581 =-5047703.9227 kJ/h.

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表2-5 洗涤塔及氯水箱的能量衡算数

输入 kJ/h

ΔH0： 13831932.32 ΔH6： 15549.7518 总计： 13847482.0718

输出 kJ/h ΔH1： 648341.257 ΔH4： 8151436.8921 总计： 8799778.1491

该系统与洗涤塔换热器进行的能量交换Q=ΔH=ΔH1+ΔH4-ΔH0-ΔH6=5047703.9227

2.3.2 洗涤塔循环氯水量的计算

氯水中氯的含量较少，对于大量的水来说，其可忽略不计，平均热容用水代替. 查表得水的Cp=4.176 kJ/kg[8]

由公式：Q=∑mi×Cp×Δt≈ m3,b×Cp,b×Δt

得 n3,b=

Q5047703.9227 =

M3,b?Cp,b??t18.02?4.176?(65?40) =2684.3963 kmol/h.

由表4-1可知：T=65℃时，氯气的溶解度S=0.299g/100gH2O

则

n3,a0.299/70.91n3,a==，可求得n3,a=2.0397 kmol/h.

100/18.02.3963n3,b26842.3.3 氯水箱的物料衡算

F2 F3

氯水箱 F6 F1 图2-6 氯水箱系统

对该系统混合物各组分进行物料衡算：∑ni入=∑ni出

Cl2: n2,a+n6,a =n1,a+n3,a 即 n2,a +0.0101= 2.0397+0.0966 ……………① H2O: n2,b+n6,b =n1,b+n3,b即n2,b +13.3043= 131.1992+2684.3963 ……………② 由①～②方程得： n2,a=2.1292 ；n2,b=2802.2912

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表2-6 氯水箱的物料衡算数据

输入 （F2、F6）

组分 物质的量/（kmol/h） Cl2: 2.1292+0.0101=2.1393 H2O: 2802.2912+13.3043=2815.5955 总计： 2817.7348

输出 (F1、F3)

组分 物质的量/（kmol/h） Cl2: 0.0996+2.0397=2.1393

H2O: 131.1992+2684.3963=2815.5955 总计： 2817.7348

2.3.4 洗涤塔的物料衡算

在以上的计算过程中进、出洗涤塔的各物料的数据都已求得，由下表可知，洗涤塔各物料守衡.

表2-7 洗涤塔的物料衡算数据

输入 （F0、F3） 组分 物质的量/（kmol/h） Cl2: 150.0625+2.0397=152.1022 H2O: 133.8024+2684.3963=2818.1987 O2 : 1.0664 H2 : 0.0457 其它： 1.1731 总计： 2972.5861

输出 (F4、F2)

组分 物质的量/（kmol/h） Cl2: 2.1292+149.9730=152.1022 H2O: 2802.2912+15.9075=2818.1987 O2 : 1.0664 H2 : 0.0457 其它： 1.1731 总计： 2972.5861

2.4 干燥塔的物料衡算和能量衡算

干燥塔是氯气处理工序的重要设备，干燥效果的好坏直接影响氯气的指标。在这主要计算干燥塔上顶的出口物料组成F11，浓硫酸的质量消耗流量L1，稀硫酸的质量排放流量L2以及循环酸冷却水吸收的热量Q.单位：(kmol/h、 kJ/h、kg/h)

20℃

F11 干F10 14℃ 燥

塔 F9 20℃ 15℃ F8

图2-7 干燥塔系统

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工业数据F11中水的含量可降到20～30ppm.本设计取30ppm.忽略Cl2在98%的浓硫酸中微量的溶解，即n8,a=n11,a=149.9629 kmol/h.

则

Mb?n11,b?Mi?n11,i≈

Mb?n11,bMa?n11,a

即

=30ppm

70.91?149.962918.02?n11,b 解得：n11,b=0.0177 koml/h.

2.4.1 干燥塔的物料衡算

忽略氯气在浓硫酸中的溶解，各物料的衡算式 ∑ni，入=∑ni，出， Cl2: n8,a=n11,a=149.9629

H2O: n8,b+n10,b=n9,b+n11,b 即2.6032+n10,b=0.0177+n9,b ……………① O2: n8,c=n11,c=1.0664 H2: n8,d=n11,d=0.0457 杂质（M）： n8,m=n11,m=1.1731

在实际生产中，用98%浓硫酸作为干燥剂，对湿氯气进行干燥，当硫酸降为75%时进行外排.设98%、75%的硫酸中纯硫酸物质的量为 N kmol/h.（分子量M=98.07）

则： 98.07N=98%×（98.07×N+18.02×n10,b） ……………② 98.07N=75%×（98.07×N+18.02×n9,b） ……………③ 解①～③方程可得： N=1.5180, n10,b=0.1686, n9,b=2.7541

则 98%硫酸的质量流量为：

L1=N×M(HSO)+M(H2O)×n10,b=1.5180×98.07+18.02×0.1686=151.9085 kg/h.

75%硫酸的质量流量为：

L2=N×M(HSO)+M(H2O)×n9,b=1.5180×98.07+18.02×2.7541=198.4992 kg/h.

2

42

4

14