碱洗塔的热量物料衡算
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表4-2各物质热容计算公式及数据
Cp＝a＋bT＋cT2＋dT3单位：J/Kg•K
组分
a
b×103
Fra Baidu bibliotekc×106
d×109
VC
34.043
－49.656
590.19
－680.11
EDC
10.695
175.61
－111.46
27.201
C2H2
26.728
7.0300
－35.752
7.1419
N2
29.104
＝－135293KJ/h
ΔH＝ΔH1＋ΔHR＋ΔH2＝－49649.8273-135293＋449805.76
＝264862.9327KJ/h
即体系吸收的热量为264862.9327KJ/h。
3.2.1
物料衡算示意图
图3.2水洗塔平衡关系图
出口盐酸的浓度为20％，设塔底酸中氯化氢含量为WHCl，含水量为WH2O。
＝(2.85y－7093.384)kg/h
废液中含水量＝碱液带入水量＋反应生成水量＋气体带入水量－气体带出水量
＝0.85y＋(0.9154＋4.209×2)×18＋44.6274×18－x
＝(0.85y－x＋971.2944)kg/h
即
2.85y－7093.384＝0.85y－x＋971.2944
又由废液中含水量求得
HCl+ NaOH→ NaCl + H2O
设出口气中含水量为x(kg/h)，15%碱液的进量为y(kg/h)。
消耗NaOH量＝(0.9154＋4.209×2)×40＝373.336kg/h
剩余NaOH量＝(0.15y－373.336)kg/h
废液中含水量＝剩余NaOH量/5％－剩余NaOH量
＝(0.15y－373.336)/0.05－(0.15y－373.336)
0.0012844
－0.24558
1.5441
以298.15K为基准：
此过程中体系吸收的热量为：ΔH＝ΔH1＋ΔHR＋ΔH2
＝－49649.8273KJ/h
＝449805.76J/h
查表得氯化氢、氢氧化钠、氯化钠、水、二氧化碳、碳酸钠的标准生成热分别为：
ΔfHHCl＝－92.307KJ/mol
ΔfHNaOH＝－469.6KJ/mol
表3-4碱洗塔塔顶出料和塔底物料组成列表
物质
出料/kmol•h-1
塔底物料/kmol•h-1
VCM
568.1186
0.0459
EDC
11.2737
0.1639
C2H2
11.5955
0
N2
63.158
0
NaOH
0
4.2228
NaCl
0
0.9154
Na2CO3
0
4.209
∑
654.1458
9.557
查40℃时，水的饱和蒸汽压为7.38Kpa，则
yH2O＝PH2O/P总＝(n原水＋n增水)/(n原水＋n增水＋nHCl＋nVC＋nEDC＋nCO2＋nC2H2＋nN2)
求得：n增水＝44.2274kmol
表3-3水洗塔顶出料和塔底物料组成列表
物质
出料/kmol•h-1
塔底物料/kmol•h-1
VCM
VCM损失量＝(0.077＋0.01)×(2.85y－7093.384)/100＝(0.0025y－6.1712)kg/h
EDC损失量＝0.5×(2.85y－7093.384)/100＝(0.0143y－35.4669)kg/h
则
VCM出量＝进量－损失量
＝568.1645×62.5－(0.0025y－6.1712)＝(35516.4525－0.0025y)kg/h
568.1645
0.0173
EDC
11.4367
0.0633
C2H2
11.5955
0
HCl
0.9154
17.3934
N2
63.158
0
H2O
44.6274
69.5736
CO2
4.209
0
∑
704.1065
87.0476
3.2.2
物料衡算示意图
图3.3碱洗塔平衡关系图
碱洗塔中发生的反应为：
CO2+2NaOH → Na2CO3+ 2H2O
WHCl＝进量×吸收率＝18.3088×0.95＝17.3934kmol/h
WHCl／(WHCl＋WH2O)＝20％得WH2O＝69.5736kmol/h
VCM在水中的溶解度＝0.077kg/100kg水＝0.022kmol/100kmol水
VCM机械夹带＝0.01kg/100kg水＝0.0029kmol/100kmol水
4.2
表4-1碱洗塔塔顶出料和塔底物料组成列表
物质
出料/kmol•h-1
塔底物料/kmol•h-1
VCM
568.1186
0.0459
EDC
11.2737
0.1639
C2H2
11.5955
0
N2
63.158
0
NaOH
0
4.2228
NaCl
0
0.9154
Na2CO3
0
4.209
∑
654.1458
9.557
EDC出量＝进量－损失量
＝11.4367×99－(0.0143y－35.4669)＝(1167.7002－0.0143y)kg/h
yH2O＝PH2O/P总＝x/(x＋nVC＋nEDC＋nC2H2＋nN2)
即
化简得
103.995x+0.0245y＝86985.1851
解得
x＝835.5847kg/h＝46.4214kmol/h，y＝3614.9796kg/h。
EDC在水中的溶解及夹带＝0.5kg/100kg水＝0.091kmol/100kmol水
VC损失量＝(0.022＋0.0029)×69.5736/100＝0.0173kmol/h
EDC损失量＝0.091×69.5736/100＝0.0633kmol/h
水在塔出口处达到饱和，水分压等于气体出口温度下的饱和蒸汽压。
ΔfHNaCl＝－411.12KJ/mol
ΔfHH2O＝－286KJ/mol
ΔfHCO2＝－393.8KJ/mol
ΔfHNa2CO3＝－1131KJ/mol
ΔHR＝nNaCl×(ΔfHNaCl+ΔfHH2O－ΔfHHCl－ΔfHNaOH)
＝0.9154×(－411.2×103－286×103＋92.307×103+469.6×103)
Cp＝a＋bT＋cT2＋dT3单位：J/Kg•K
组分
a
b×103
Fra Baidu bibliotekc×106
d×109
VC
34.043
－49.656
590.19
－680.11
EDC
10.695
175.61
－111.46
27.201
C2H2
26.728
7.0300
－35.752
7.1419
N2
29.104
＝－135293KJ/h
ΔH＝ΔH1＋ΔHR＋ΔH2＝－49649.8273-135293＋449805.76
＝264862.9327KJ/h
即体系吸收的热量为264862.9327KJ/h。
3.2.1
物料衡算示意图
图3.2水洗塔平衡关系图
出口盐酸的浓度为20％，设塔底酸中氯化氢含量为WHCl，含水量为WH2O。
＝(2.85y－7093.384)kg/h
废液中含水量＝碱液带入水量＋反应生成水量＋气体带入水量－气体带出水量
＝0.85y＋(0.9154＋4.209×2)×18＋44.6274×18－x
＝(0.85y－x＋971.2944)kg/h
即
2.85y－7093.384＝0.85y－x＋971.2944
又由废液中含水量求得
HCl+ NaOH→ NaCl + H2O
设出口气中含水量为x(kg/h)，15%碱液的进量为y(kg/h)。
消耗NaOH量＝(0.9154＋4.209×2)×40＝373.336kg/h
剩余NaOH量＝(0.15y－373.336)kg/h
废液中含水量＝剩余NaOH量/5％－剩余NaOH量
＝(0.15y－373.336)/0.05－(0.15y－373.336)
0.0012844
－0.24558
1.5441
以298.15K为基准：
此过程中体系吸收的热量为：ΔH＝ΔH1＋ΔHR＋ΔH2
＝－49649.8273KJ/h
＝449805.76J/h
查表得氯化氢、氢氧化钠、氯化钠、水、二氧化碳、碳酸钠的标准生成热分别为：
ΔfHHCl＝－92.307KJ/mol
ΔfHNaOH＝－469.6KJ/mol
表3-4碱洗塔塔顶出料和塔底物料组成列表
物质
出料/kmol•h-1
塔底物料/kmol•h-1
VCM
568.1186
0.0459
EDC
11.2737
0.1639
C2H2
11.5955
0
N2
63.158
0
NaOH
0
4.2228
NaCl
0
0.9154
Na2CO3
0
4.209
∑
654.1458
9.557
查40℃时，水的饱和蒸汽压为7.38Kpa，则
yH2O＝PH2O/P总＝(n原水＋n增水)/(n原水＋n增水＋nHCl＋nVC＋nEDC＋nCO2＋nC2H2＋nN2)
求得：n增水＝44.2274kmol
表3-3水洗塔顶出料和塔底物料组成列表
物质
出料/kmol•h-1
塔底物料/kmol•h-1
VCM
VCM损失量＝(0.077＋0.01)×(2.85y－7093.384)/100＝(0.0025y－6.1712)kg/h
EDC损失量＝0.5×(2.85y－7093.384)/100＝(0.0143y－35.4669)kg/h
则
VCM出量＝进量－损失量
＝568.1645×62.5－(0.0025y－6.1712)＝(35516.4525－0.0025y)kg/h
568.1645
0.0173
EDC
11.4367
0.0633
C2H2
11.5955
0
HCl
0.9154
17.3934
N2
63.158
0
H2O
44.6274
69.5736
CO2
4.209
0
∑
704.1065
87.0476
3.2.2
物料衡算示意图
图3.3碱洗塔平衡关系图
碱洗塔中发生的反应为：
CO2+2NaOH → Na2CO3+ 2H2O
WHCl＝进量×吸收率＝18.3088×0.95＝17.3934kmol/h
WHCl／(WHCl＋WH2O)＝20％得WH2O＝69.5736kmol/h
VCM在水中的溶解度＝0.077kg/100kg水＝0.022kmol/100kmol水
VCM机械夹带＝0.01kg/100kg水＝0.0029kmol/100kmol水
4.2
表4-1碱洗塔塔顶出料和塔底物料组成列表
物质
出料/kmol•h-1
塔底物料/kmol•h-1
VCM
568.1186
0.0459
EDC
11.2737
0.1639
C2H2
11.5955
0
N2
63.158
0
NaOH
0
4.2228
NaCl
0
0.9154
Na2CO3
0
4.209
∑
654.1458
9.557
EDC出量＝进量－损失量
＝11.4367×99－(0.0143y－35.4669)＝(1167.7002－0.0143y)kg/h
yH2O＝PH2O/P总＝x/(x＋nVC＋nEDC＋nC2H2＋nN2)
即
化简得
103.995x+0.0245y＝86985.1851
解得
x＝835.5847kg/h＝46.4214kmol/h，y＝3614.9796kg/h。
EDC在水中的溶解及夹带＝0.5kg/100kg水＝0.091kmol/100kmol水
VC损失量＝(0.022＋0.0029)×69.5736/100＝0.0173kmol/h
EDC损失量＝0.091×69.5736/100＝0.0633kmol/h
水在塔出口处达到饱和，水分压等于气体出口温度下的饱和蒸汽压。
ΔfHNaCl＝－411.12KJ/mol
ΔfHH2O＝－286KJ/mol
ΔfHCO2＝－393.8KJ/mol
ΔfHNa2CO3＝－1131KJ/mol
ΔHR＝nNaCl×(ΔfHNaCl+ΔfHH2O－ΔfHHCl－ΔfHNaOH)
＝0.9154×(－411.2×103－286×103＋92.307×103+469.6×103)