年产30000吨氯乙烯车间精馏工段设计(6)

黄山学院本科毕业论文

组分

温度（℃）

24.7 28 39

氯乙烯 85.9608 86.5522 88.6522

乙炔 5.7955 5.846 6.0082

1,2-二氯乙烷 128.7207 129.1963 130.8055

?收入热：

a.QF??qn,Fi?TF?CP

?（24.7?273.15）?（60.6158?85.9608?3.2325?5.7955?0.8507?128.7207 ?14.0122?4.18）

?1607612.2KJ/hb.QR?TR??R?qnDi?CDi?(28?273.15)?2.7?(0.0013?86.5522?3.2079?5.846)?15338.9KJ/h

c.再沸器的热负荷QB，

由于釜残液中其他成分含量较少，为简化起见，其焓按纯氯乙烯计算，泡点进料时，则：

已知由机化学手册氯乙烯汽化热为547.12KJ/Kg

qn,v,?qn,v?qn,D(R?1)?3.2092?(2.7?1)?11.874Kmol/h

QB?qn,v,(HVW?HLW)?qn,v,MBrB?11.874?62.49?547.12?405966.5KJ/h ?支出热：

a.QV[10](塔顶蒸汽带出热)

QV?qn,Di?(R?1)?HV

?HV?7.08(1?Tr)0.354?10.95w(1?Tr)0.456 RTCHV??HV?CDTD已知查表[11]知：TD?28?273.15?301.15K

表3-7 所需数据如下表

组分

TC Tr

? ?Hv(J/mol)HV(J/mol) - 17 -

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氯乙烯 乙炔

432 308.3

0.6917 0.9369

0.101 0.187

20973.5 16361.24

47038.7 18121.8

即：

QV?(R?1)?qn,DiHvi

?(2.7?1)?(0.0013?47038.7?3.2079?18121.8) ?215317.5KJ/molb.Qw塔底流出液带出热

Qw?Tw?qn,wiCpi

?(39?273.15)?(60.6145?88.6522?0.0246?6.0082?0.8507?130.8055) ?1712150.8KJ/molc.QL(热损失): QL以入热5%计，即：

QL?0.05Q入?0.05(QF?QB?QR)?0.05?(1607612.2?15338.9?405966.5) ?101445.9KJ/hQ入?QF?QB?QR?1607612.2?15338.9?405966.5?2.0289?106KJ/h

Q出?QV?QL?QW?1712750.8?215317.5?15339.8?2.0289?106KJ/h

由上述计算可知：Q入?Q出，即进入低沸塔的热量=出低沸塔的热量 所以低沸塔能量守恒。 （3）再沸器消耗蒸汽量：

绝对压力为0.6MPa下，饱和蒸汽的汽化热为2091.1KJ/kg，则加热蒸汽消

?405966.5?耗量为： qm,h???kg/h?194kg/h

2091.1??（4）冷凝器热负荷：

QC?(R?1)?qn,Di?Hi

?(2.7?1)?(0.0013?20973.5?3.2079?16361.24) ?141783.7KJ/mol - 18 -

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冷凝器消耗冷却水量：

取冷却水进口温度5℃，出口温度15℃，则有：

qm,c?QC141783.7??3392Kg/hCr(t出-t进)4.18?（15-5）

3.2.4.2 高沸塔能量恒算

（1）粗氯乙烯入料温度39℃，塔顶氯乙烯蒸汽温度25.5℃，塔釜液温度

41℃，查表[7]知各组分比热容如下

表3-8 各组分比热容 单 位：J/mol?k

组分

温度（℃）

25.5 41

氯乙烯 82.1129 89.0561

乙炔 5.3926 6.0367

1,2-二氯乙烷 125.2672 131.1032

? 收入热：

,a.进料QF?Qw?1712150.8KJ/mol

b.回流带入热:(根据实际操作经验取R=0.4)

,QR?R?qn,DiTDCDi?0.4?(25.5?273.15)?(60.6137?82.1129?0.0246?5.3926?0.0361?125.2672)?595127KJ/mol, c.QB待定

? 支出热

,a.QV:

查表[11]所需数据如下表

组分

TC

432 308.3 561.15

Tr

0.6913 0.9687 0.5322

w

?Hv(J/mol

19097.6 6405.5 35832.9

Hv(J/mol43620.6 8016 73245

氯乙烯 乙炔 1,2-二氯乙烷

0.101 0.187 0.286

即：

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QV?(R?1)?qn,DiHvi?(0.4?1)?(60.6137?43620.6?0.0246?8016?73245?0.0361) ?3705581.5KJ/mol,,，b. QL(热损失):QL以入热5%计，即： Q,L?0.05Q入

c. Qw塔底流出液带出热

,Qw?Tw?qn,wiCpi?(41?273.15)?(0.0008?89.0561??0.8146?131.1032) ?33573.2KJ/mol，，Q入?Q出,,,,,,QF?QB?QR?QV?QL?QW,,,,,?QV?0.05(QF?QB?QR)?QW

,所以，QB?1628763.5KJ/mol

即再沸器的热负荷为1628763.5KJ/mol。 （2) 再沸器耗水蒸气量

绝对压力为0.4MPa下，饱和蒸汽的汽化热为2138.5KJ/kg，则加热蒸汽消

?1628763.5?耗量为： qm,h???kg/h?799kg/h

2038.5??（3）冷凝器的热负荷及耗冷却水量

QC?(R?1)?qn,DiHvi

?(0.4?1)?(60.6137?19097.6?0.0246?6405.5?35832.9?0.0361) ?1622636.1KJ/mol冷凝器消耗冷却水量：取冷却水进口温度5℃，出口温度15℃，则有：

qm,c?QC1622636.1??38819Kg/hCr(t出-t进)4.18?（15-5）

4 设备选型

4.1 换热器选型

（1）估算传热面积，初选换热器型号

对冷凝换热器进行选型设计任务的热流体为来自压缩机转化来的粗氯乙烯混合液，冷流体为冷冻水，其中冷冻水的进口温度为5℃，出口温度为15℃。

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为了使混合液通过壳壁面向空气中散热，提高冷却效果，令混合液走壳程，冷冻水走管程。

? 基本物性的查取

粗氯乙烯混合液在全凝器中的定性温度为(42?24.7)?2?33.35℃，其物性数据如下：?c?911.4kg/m3，cpc?1.913KJ/(mol·℃)，?c?0.204w/(m·℃)，

?c?0.000134 Pa?s

冷冻水定性温度为(5?15)?2?10℃，其物性数据如下：?c?999.7kg/m3，

cpc?4.191 kJ/(kg·℃)，?c?0.575w/(m?℃)，?c?0.0013Pa?s

? 由上述热量衡算知：

冷凝器的热负荷QT?87626.7KJ/h?24.34KW 冷却水的耗量qm,c?G1?2096.8Kg/h?0.58Kg/s ? 计算平均温差

逆流时热流体温度 T/℃ 42℃ → 24.7℃ 冷流体温度 t/℃ 15℃ ?5℃ △t/℃ 27℃ 19.7℃

所以 ?tm??t2??t127?19.7?℃?23.2℃ ?t227lnln19.7?t1 R?T1?T242?24.7??1.7 t2?t115?5t2?t115?5??0.27 T1?t142?5 P?查得???0.93，取K=400W/（m2·℃） 所以?t????tm?0.93?23.2?21.5℃

QT 24.34?103??2.82m2 故估算换热面积S?K?t400?21.5 - 21 -

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