氯乙烯的生产工艺

进 料: MHCL+MC2H2

=600.521×26+636.55×36.5=3.76×104 kg

出 料: MHCL+MC2H2+ M+MC2H4CL2

=6×26+30.9×36.5+62×583.058+11.642×99 =3.76×104 kg 综 上: 出料质量=进料质量 即 整个系统的物料守衡. 2.5 热量衡算

2.5.1 反应器的热量衡算

C2H2 C2H HCL F 25℃ → 反 应 器 → 170℃

HCL C2H3CL C2H4CL2

查手册[1]可知物质热容值如下：

表5 物质的热容 kJ/kmol?K 焓kJ/kmol

物质的热容 kJ/kmol?K 温 度 25℃

相 态 液 态 气 态

170℃

液 态 气 态

由于进料为: C2H2, HCL,其物质的量分别为600.521kmol/h, 636.55kmol/h

13

焓kJ/kmol

C2H4CI2 HCI 152.6

11806.746

15189.74

C2H2 45 52

C2H3CI 54.97

则 QC2H2=n×T×CP=600.521×(273+25)×45=8.1×106 kJ QHCL= n×ΔH=636.55×11806.746=7.52×106 kJ 总进入热量QC2H2+QHCL=1.56×107 kJ

出 料: 由于出料为C2H2 ,HCL,C2H3CL, C2H4CL2其物质的量为6kmol/h,

30.9kmol/h,11.642kmol/h,583.058kmol/h

则 QC2H2=n×T×CP=443×6×52=1.3×105

QC2H3CL=n×T×CP=583.058×443×54.97=1.42×107kJ QC2H4CL2=n×T×CP=11.642×443×152.6=7.9×105kJ

QHCL=n×ΔH=30.9×15189.74=4.9×105 KJ

总共出来的热量为:Q总=QC2H3CL+QC2H4CL2+QHCL +QC2H2

=1.3×105 +1.42×107+7.9×105+4.9×105

=1.561×107kJ

综 上: 进入的热量=出来的热量 即反应器热量守衡 2.5.2 精馏塔的热量衡算

此时的情况相当于下面一个题目：

一个连续的精馏塔，氯乙烯，二氯乙烷分别为583.058kmol/h，11.642kmol/h进料，泡点进料温度为10℃，馏出液含氯乙烯为99%，釜液含量不大于1%，设定再沸器的进水温度为97℃，出水温度为30℃，冷凝器的进口温度为-40℃，出口温度为-10℃，（采用过冷水冷凝）再沸器流量为72t/h,冷凝器的流量为160 t/h,(实际才用10个精馏塔)此时计算就把他们等效为一个来看。 近似认为塔顶馏出液为纯的氯乙烯，则塔顶的温度为-13℃，。 塔底釜液为纯的二氯乙烷，则塔底的温度为58℃。 由前面的计算可知：塔顶流量为588.9kmol/h 釜液流量为5.744kmol/h 查表可知以下数据：

表6 物质在不同温度下的热容 KJ/Kmol·K

物质/温度 -13℃ 10 ℃

58℃

氯乙烯热容 52 50.1

14

[9]

二氯乙烷热容

126 58

过冷水的热容为：4.187KJ/Kmol·K 进料物质的热量：

进料氯乙烯的含量为 583.058/(583.058+11.642)=0.98 则二氯乙烷的含量为 (1-0.98)=0.02

原料液的平均摩尔热容 CP=0.98×50.1+0.02×126=51.5298 原料液的焓为 HF=T×CP=10×51.5298 =515.298 原料带入的热量为 QF=F×HF=594.7×515.298=3.06×105 KJ 再沸器带入的热量 QB=CP水×ΔT×GC =4.187×67×7.2×107

=2.0278×107 KJ

总 计: Q总入= QF+QB =2.0584×107 KJ QD: 塔顶产品带走的热量为

QD=n顶×t顶× CP=52×13×588.9=4.0×105 KJ QW: 塔底产品带走的热量为

QW=n底× t底×CP=58×130.9×5.744=4.4×104KJ QC: 塔顶冷却水带走的热量为

QB =CP水×ΔT×GC=30×4.184×1.6×105=2.014×107KJ 精馏塔出去的热量Q总出为

Q总出=QD+QW+QB=4.0×105+4.4×104+2.014×107 =2.058×107KJ

综 上 ： 进入的热量Q总入=出去的热量Q总出 即精馏塔热量守衡。 2.5.3 换热器的热量衡算

进料温度为170℃，出料温度为10℃。 冷却水进口温度5℃，出口温度为95℃。

查表[2]可知以下数据：

表7 物质在不同温度下的热容

物 质 的 热 容 温 度

氯乙烯

二氯乙烷

15

乙炔

170℃ 10℃

54.97 50.1

152.6 126

52 26

则物料的热交换的量为：

Q=Q进-Q出=（52×6+54.97×583.058+152.6×11.642）×170- （26×6+50.1×583.058+126×11.642）×10 =5501940KJ

由热量衡算可知： G水= Q /ΔT × CP水=5501940/90×4.0187=14t/h 2.6 主要设备尺寸计算 2.6.1. 精馏塔尺寸计算

（1） 塔板数和进料板数 由于进料流量为氯乙烯为583.058kmol/h，

二氯乙烷为11.642kmol/h。

则 XF=583.058/（583.058+11.642）=0.98

前面已提到XD=0.99 XW=0.1

查的氯乙烯在在标态下的饱和蒸气压为329.5KPa 二氯乙烷在标态下的饱和蒸气压为24.49KPa 在进出温度下都变化不大,就可以近似是在标态下之比：

а=329.5/24.49=13

由Nmin+1=㏒{(XD/(1-XD)（1-XW/XW）)/㏒а =㏒{(0.99/(1-0.99)（1-0.1/0.1）)/㏒13=4 Nmin=3 由于是泡点进料，故

Rmin=1/（а-1）{ XD/XF –а(1-XD)/1- XF}

带入数据得 Rmin=0.55

而实际的回流比为0.66，则

R- Rmin/R+1 = 0.66-0.55/1.66=0.07

N—Nmin/N+2=0.6

则 N=10.5 （不包括釜） 最后取整为11， 包括釜即为12层。 同理对于釜液

16