内容发布更新时间 : 2024/12/23 11:33:33星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
由以上计算可得混合气体各组分的放热量如表4-4所示。
表4-4??混合气体各组分放热量?
各组分名称?水蒸汽冷凝热??????????????????????????????Q1?氯化氢气体溶解热??????????????????????? Q2?乙炔气体降温时放热??????????????????? Q3?氮气降温时放热???????????????????? Q4?水蒸气降温时放热???????????????????? Q5?水蒸汽降至0℃时放热???????????????? Q6????不凝水蒸汽降至???℃放热?????????? Q7????冷凝下的水蒸气降至???℃放热??????????? Q8?
氯化氢气体降温时放热??????????????? Q9?????????????????????????????总???????????????计
?????????????????????????Q?
放热量? kJ/h??
9.2959×104 1.9163×103 2.1081×105 619.9221 160.0590 1894.1948 49.8566 2.330×103 1.8569×105 4.9463×105
4.4 转化器的热量衡算
在反应器中,根据热量平衡有：
Q入+Q反=Q冷+Q出+Q损 (4-2) 其中：
Q入—— 原料混合气体带入转化器的热量，kJ； Q反——反应热(以放热为正数)，kJ；
Q冷——传给热载体带走的热量，kJ；
Q出——产物和未反应原料的混合气带出转化器的热量，kJ； Q损——转化器散失的热量，kJ
若Q入、Q反、Q出和Q损已分别求得，便可确定热载体的消耗量和作传热面积的计算。
4.4.1反应热Q反
Q反为转化器内的主反应热与副反应热之和。作反应器设计时以0℃为基准进行热量衡算，此时所用的反应热数据就是0℃时的。
在合成氯乙烯时，有若干中副反应发生，其中氯乙烯与氯化氢发生加成反应为最主要。这种副反应与主反应一样都是放热反应。一般来说，0℃时的反应热与25℃时的反应热相差不大，在热量衡算时就拿25℃时的反应热当作0℃时的反应热来计算，所引起的误差实际上可以忽略不计。
现查得25℃时下列各物质的生成热如表4-6所示。
表4-6?各组分生成热?
组分?生成热kJ/mol
乙炔?226.899
氯化氢?-92.373
氯乙烯?37.263
二氯乙烷?-131.047
则由乙炔和氯化氢合成1mol氯乙烯的反应热为：
37.263－(226.899－92.373)=－97.263kJ
由氯乙烯和氯化氢合成1mol二氯乙烷的反应热为：
－131.05－(37.263－92.373)=－75.94kJ
若其他副反应不计，则转化器中的总反应热即上述主、副反应之和。Q反取 放热为正数，得：
Q主=156.5309×1000×97.263=1.3279×107kJ/h ??????????Q副=0.6861×1000×75.94=5.210×104kJ/h? Q反=Q主+Q副 = 1.333×107kJ/h?
4.4.2原料气带入热Q入
原料气带入或带出的热量都可按下式来计算
Wh =
Q (4-3)
Cp?t2?t1?式中：Wh——物料流量，kg/h； CP ——比热，kcal/kg·℃；
Q ——物料由t1到t2时所需要(或放出)的热量，kJ。 如果物料在改变温度下发生相变，则相变热亦要计算。 现查得各种物料的平均比热如表4-7所示
表4-7各种物料的平均比热
名称 C2H2 HCl N2 H2O(l) H2O(g) VC EDC 空气
比热(kJ/kg℃) 1.352 0.7829 0.745 4.183 1.8129 0.862 1.260 1.009 气体入口温度取80℃，则： C2H2带入热：
Q1=3629.1500×1.352×(80－0)= 3.922×105kJ/h HCl带入热：
Q2=5516.0006×0.783×(80－0)=3.455×105kJ/h N2带入热：
Q3=19.3514×0.745×(80－0)=1.153×103kJ/h 空气带入热
Q4=3.6891×1.009×(80－0)=297.784 kJ/h 水蒸汽带入热：
Q5=1.8334×1.813×(80－0)=265.961kJ/h 总带入热Q入：
Q入=Q1+Q2+Q3+Q4+ Q5=7.464×105kJ/h
4.4.3出料带出热Q出
气体流出温度为120℃，则各物料带出的热量分别为： C2H2带出热：
Q1=54.3923×1.352×(120－0)= 8.825×103kJ/h HCl带出热：
Q2=488.0551×0.783×(120－0)=4.586×104kJ/h N2带出热：
Q3=19.3514×0.745×(120－0)=1730×103kJ/h 空气带出热
Q4=3.6891×1.009×(120－0)=446.676 kJ/h 水蒸汽带出热：
Q5=0.6756×1.813×(120－0)=146.9835kJ/h 氯乙烯带出热：
Q6=8533.1860×1.831×(120－0)= 398.875×105kJ/h CH2ClCH2Cl带出热：
Q7=67.9018×1.260×(120－0)=1.260×104kJ/h 则总带出热量为：
Q出=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+ Q7=7.6589×105kJ/h
4.4.4热损失Q损
由于热损失Q损很小，一般经验地估计为Q冷的5％(即Q损=0.05Q冷)，或把它忽略不计。
计算结果表明Q反＋Q入=1.4076×107 kJ/h >>Q出=7.6589×105须从转化器内导出的热量为：
Q冷=Q反+Q入－Q出－0.05Q冷 解得：
Q冷=1.331×107kJ/h 则热损失:
Q损=0.05×Q冷=0.05×1.331×107 = 6.655×105kJ/h 由以上计算得转化器中的热量衡算如表4-8所示。
表4-8 转化器热量衡算
热量名称
反应热 Q反 原料带入热 Q入 出料带出热 Q出 热损失 Q损 热载体带走热 Q冷
热量 (kJ/h) 1.333×107 7.464×105 7.6589×105 6.655×105 1.331×107
4.4.5热载体所需量
上述热量Q冷的导出依靠热载体来完成，选择水作热载体是比较理想的。从热交换公式Q＝G·CP·△t可知，当传热量Q一定时，冷却水进出口温度差越大，所耗水量就越少。但合成VC反应为催化反应，温度在130～180℃范围内最有利。因此冷却水温度不能过低，进出口温差不宜太大。若取水进口温度为97℃，出口温度为105℃，查《化工原理》知，100℃ 时ρCp=4.220kJ/kg·℃。则所需冷却水量计算式为：
水
=958.4 kg/m3，
Q1.331?107G = ρ水·V水== = 3.942×105 kg/h
Cp?t2?t1?4.220??105?97?所以水的体积流量V水为： V水 = Q/ρ水
= 3.942×105/958.4
=411.3 m3/h
4.5水洗塔热量衡算
水洗塔中洗涤水入口温度为20℃,混合气体入口温度为120℃,出口温度为35℃,现查得各组分中有关数据如表4-9
表4-9各组分有关数据表
名称 VC??
EDC 水洗液
C2H2气体降温时放出的热Q1为：
Q1 = 54.3923 × 1.352 ×(120-35)= 6250 kJ/h 氮气降温时放出的热Q2为：
Q2 = 19.3514×0.745 ×(120-35) =1225 kJ/h 空气降温时放出的热Q3为：
Q3 = 3.6891×1.009 ×(120-35) = 316.396 kJ/h HCl气体降温时放热Q4为：
Q4 = 488.0551×0.7829×(120-35) = 3.2478×104kJ/h HCl气体溶于水放出的热量Q5为：
Q5=420.3865×57.7778=2.4289×104kJ/h 氯乙烯降温时放热Q6为：
比热kJ/kg×℃
0.8625 1.2602 4.183
Q6=8533.1806×0.8625×(120-35) = 6.2559×105kJ/h 二氯乙烷降温时放热Q7为：
Q7=67.9018×1.2602×(120-35) =7.273×103 kJ/h 水蒸气降温时放热Q8为：
Q8=1.8334×1.8129×(120-35) =282.52 kJ/h 水蒸发吸收的热量Q9为：
Q9=98.2110×( - 2491.146)= - 2.447×105 kJ/h 整个水洗过程的总热量Q总为：
Q总=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8=4.53×105kJ/h 由以上计算可得水洗塔的热量衡算如表4-10所示。