丙烯腈工艺车间设计（课程设计）(4)

燕山大学里仁学院化工专业课程设计

平衡方程：Q1?Q2?Q3?Q4?Q5 代入数据求得：Q5?4.07?106kJ/h 2.6 水吸收塔物料衡算和热量衡算

(1)计算依据

A．入塔气流量和组成与换热器出口相同。

B．入塔器温度40℃，压力112Kpa。出塔气温度10℃，压力101Kpa C．入塔吸收液温度5℃

D．出塔AN溶液中含AN1.8%（wt）

(2)物料衡算

A．进塔物料（包括气体和凝水）的组成和流量与换热器出口相同

B．出塔干气含有C3H63.09kmol/h(129.78kg/h)、C3H83.96kmol/h(174.16kg/h)、

O2 12.41kmol/h(396.96kg/h)、N2 194.08kmol/h(5434.15kg/h)、

CO2 8.07kmol/h(355.25kg/h)

10℃水的饱和蒸汽压pH2O?1228Pa,，总压为101325Pa 出塔器中干气总量=3.09+3.96+12.41+194.08+8.07=221.61kmol/h 出塔气中含有蒸汽的量按分压定律求得，计算如下：

?1228?221.61?2.72kmol/h?48.94kg/h

101325?1228出塔气总量为：

129.78?174.16?396.96?5434.15?355.25?6490.90kg/h

C．塔顶加入的吸收水量

（a）出塔AN溶液总量 出塔AN溶液中，AN为1.8%（wt），AN的量为758.8kg/h，因此，出塔AN溶液总量为713.39/0.018=39632.78kg/h

（b）塔顶加入的吸收水量 作水吸收塔的总质量衡算得：

入塔吸收液量?塔底AN溶液量?出塔气体总量?入塔气量?凝水量

?39632.78?6490.90?8173.99?1578.05?36371.64kg/hD．塔底AN溶液的组成和量 AN、ACN、HCN、ACL全部被水吸收，因为塔底AN溶液中的AN、CAN、HCN、ACL的量与进塔气、液混合物相同，AN溶液中的水量按全塔水平衡求出。

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AN溶液中的水=塔顶加入水+进塔气液混合物中的水-出塔气带出的水=36371.64+271.99+1578.05-48.94=38270.62kg/h

E水吸收塔平衡如下：

F． 检验前面关于AN、ACN、ACL、HCN全部溶于水的假设的正确性

因系统压力小于1Mpa，气相可视为理想气体，AN、ACN、ACL、HCN的量相对于水很小，故溶液为稀溶液．系统服从亨利定律和分压定律。压力和含量的关系为 pl??Elxl 或pi?Eixi?

塔底排出液的温度为15℃(见后面的热衡算)

查得l5 ℃时ACN、HCN、ACl．和AN的亨利系数E值为

ACNHCNACLANE?4atm?405.3kPaE?18atm?1824kPaE?3333mHg?444.4kPaE?8atm?810kPa

(a)AN

塔底 pAN?0.052?112?5.82kPa xAN?*pAN5.82??0.0072 EAN810?从以上计算可看出，xAN?0.006203?xAN，可见溶液未达饱和。

(b)丙烯醛ACL

pACL?0.000606?112?0.068kPa

x*ACL?pACL0.068??0.0002 EACL444.4*塔底ACL。含量xACL?0.0000723?xACL，溶液未达饱和。 (c)乙腈ACN

pACN?0.009?112?1.016kPa

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x*ACN?pACN1.016??0.0025 EACN405.3塔底ACN含量xACN?0.00108?x*ACN，溶液未达饱和。 (d)氢氰酸HCN

pHCN?0.017?112?1.892kPa xHCN?*pHCN1.892??0.001 0EHCN1824* 塔底HCN含量xHCN?0.00202?xHCN

从计算结果可知，在吸收塔的下部，对HCN的吸收推动力为负值，但若吸收塔足够高，仍可使塔顶出口气体中HCN的含量达到要求。

(3)热量衡算

A．入塔气带入热Q1。

各组分在0～40℃的平均摩尔热容如下 组分 C3H6 C3H8 O2 N2 H2O AN ACN HCN ACL CO2 Cp 61.92 72.38 29.46 29.29 36.75 63.35 52.09 62.76 65.61 38.66 Q1?(3.09?61.92?3.96?72.38?12.41?29.46?194.08?29.29?15.11?36.75?13.46?63.35?2.36?52.09?4.37?62.76?0.16?65.61?8.07?38.66)(40?0)?3.47?105kJ/hB．入塔凝水带人热Q2：

Q2?1578.05?4.184(40?0)?2.64?105kJ/h C．出塔气带出热Q3。

Q3?(3.09?61.92?3.96?72.38?12.41?29.46?194.08?29.29?2.72?36.75?8.07?38.66)(10?0)?6.94?10kJ/h

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D．吸收水带入热Q4

Q4?36371.64?4.184(5?0)?7.61?105kJ/h E．出塔AN溶液带出热Q5

AN溶液中各组分的液体摩尔热容如下 组分 H2O 75.3 AN 121.1 ACN 107.3 HCN 71.55 ACL 123.8 Cp Q5?(2126.15?75.3?13.46?121.1?2.35?107.3?4.37?71.55?0.16?123.8)t?162313.7tF. 水冷凝放热Q6

水冷凝量?271.99?48.94?223.05kg/h

水的冷凝热为2256kJ/kg 故Q6?225.36?2256?5.03?105kJ/h G．AN、ACN、ACL、HCN等气体的溶解放热Q7

溶解热=冷凝放热+液-液互溶放热=冷凝热 AN、ACN、ACL、HCN的冷凝热数据如下 AN ACN 组分 ACL 493.7 HCN 937.2 Cp 610.9 765.7 Q7?713.19?610.9?96.43?765.7?9.20?493.7?117.98?937.2?6.25?10kJ/hH．热衡算求出塔液温度t

热平衡方程 Q1?Q2?Q4?Q6?Q7?Q3?Q5： 代人数据得：

5

3.47?105?2.64?105?7.61?105?5.03?105?6.25?105?6.94?10?162313.7t4

解得 t?15.0?C

2.7 空气水饱和塔釜液槽

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(1)计算依据

进、出口物料关系和各股物料的流量和温度如图10.4所示。图中，空气饱和塔液体进、出口流量和出口液体的温度由空气饱和塔物料和热衡算确定；去水吸收塔的液体流量由水吸收塔物料衡算的确定，见本文相关部分计算；排污量按乙腈解吸塔来的塔釜液量的l5%考虑；乙腈解吸塔塔釜液量和去萃取解吸塔的液体量由精制系统的物料衡算确定。

(2)物料衡算

进料：

A．乙腈解吸塔釜液入槽量=56650-21620.78=35029.02kg/h B. 空气饱和塔塔底液入槽量=20564.91-8500=12064.91kg/h C. 入槽软水量x kg/h 出料；

A. 去水吸收塔液体量36371.64kg/h B. 去萃取解吸塔液体量l5000kg/h 作釜液槽的总质量平衡得

35029.02?12064.91?x?36371.64?15000 解得 x?4277.71kg/h

(3)热量衡算

A．入槽乙腈解吸塔釜液带入热Q1。

Q1?35029.01?4.184(105?0)?1.54?107kJ/h

B. 入槽软水带入热Q2。

Q2?4277.71?4.184(30?0)?5.369?105kJ/h

C．空气饱和塔塔底液带入热Q3，

Q3?12064.91?4.184(93.94?0)?4.74?106kJ/h D．去吸收塔液体带出热Q4

Q4?36371.64?4.184(t?0)?152178.94tkJ/h E．去萃取解吸塔液体带出热Q5

Q5?15000?4.184(t?0)?62760tkJ/h F．热衡算求槽出口液体温度t

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