3.4 混合器的物料衡算
从乙炔冷却器出来的乙炔气与从氯化氢冷却器出来的氯化氢气体在混合器中继续混合脱水。氯化氢可以与水反应生成盐酸从而将水蒸气除去。
混合器即是利用这个原理除去乙炔气中的水蒸气。
鉴于混合器查不到任何数据，而且物料变化不大，所以认为混合器中没有物料变化直接进入石墨冷凝器。
气体进入混合器时，HCl的入口温度 40℃，C2H2入口温度5℃，HCl气体的量多于C2H2气体的量，所以出口温度应接近HCl 的温度。取出口温度为 28℃.
混合器的物料衡算见表 3-8。
表3-8 混合器的物料衡算
名 称
kg/h 3721.4183 5549.1664 37.3158 3.6891 19.3514 9235.6727
kmol/h 142.9665 152.1988 2.0708 0.1272 0.6911 294.3945
Nm3/h 3202.4496 3409.2531 46.3859 2.8495 15.4811 6594.4372
C2H2 HCl
H2O
空气 N2
总 计
3.5 石墨冷凝器的物料衡算
混合气体沿中央排出管进入石墨冷凝器以进一步脱水。
混合气体进入两个串联的石墨冷凝器，并用－35℃的冷冻盐水冷却，冷却后盐水升温到－33℃。而气体则由进口处28℃被冷却到－15℃。（见《聚氯乙烯生产原理》 P86）
表3-9 混合冷冻脱水的效果
由上表知，在1.5大气压下, －15℃时冷凝出盐酸的浓度为47.2% , 水蒸气的分压为0.046mmHg。
水蒸气的摩尔分数含量:
0.046 × 100% = 0.0040 % 1140则冷凝出的盐酸中HCl与H2O的物质的量之比为：
nHCl0.4720/36.46 = 0.4418 ?nH2O0.5820/18.02设：冷却后凝结的H2O的物质的量为nH2O，脱除的HCl的物质的量为nHCl， 则有：
2.0708?nH2O294.3945?nH2O?nHCl = 0.0040 %
解得: nH2O= 2.0591 kmol/h = 37.1058 kg/h = 46.1238 Nm3/h
3
nHC= 0.9097 kmol/h = 33.1677 kg/h = 20.3773 Nm/h l混合气体中剩余H2O的量:
2.0708 – 2.0591 = 0.0117 kmol/h = 0.2108 kg/h = 0.2621 Nm3/h 混合气体中剩余的HCl的量:
152.1988-0.9097 = 151.2891 kmol = 5516.0006 kg/h = 3388.8758 Nm3/h
石墨冷凝器的物料衡算如表3-5所示:
表3-5 石墨冷凝器的物料衡算
名 称
输入物料 输出物料
C2H2 HCl N2 空气 H2O HCl（l） H2O（l） 总 计
kg/h 3626.1500 5549.1664 19.3514 3.6891 37.3158 —— —— 9235.6727
kmol/h 139.3066 152.1988 0.6911 0.1272 2.0708 —— —— 294.3945
Nm3/h
kg/h kmol/h 139.3066 151.2891 0.6911 0.1272 0.0117 0.9097 2.0591 294.3945
Nm3/h 3120.4678 3388.8758 15.4811 2.8495 0.2621 20.3773 46.1238 6593.9374
3120.4678 3626.1500 3409.2531 5516.0006 15.4811 2.8495 46.3859 —— ——
19.3514 3.6891 0.2108 33.1677 37.1058
6594.4374 9235.6754
3.6 转化器的物料衡算
从石墨冷凝器物料得知,被冷凝下来的水蒸气量为37.1058 kg/h，但在实际生产中酸雾总不能除得那么彻底，所以进入转化器的水蒸气含量不能按未冷凝的量0.2108 kg/h来计算。现以进入转化器的混合气中水蒸气的重量百分数为0.02%(脱水指标是小于0.03%)来估计，即得进入转化器的水蒸气的量gH2O，则为：
gH2O3626.1500?19.3514?5516.0006?3.6891?gH2O解得：
= 0.0002
gH2O＝1.8334 kg/h ＝ 0.1017 kmol/h ＝ 2.2790 Nm3/h
由于HCl已溶解了一部分，使分子比变为nC2H2：151.2891=1：nHCl＝139.3066：1.0860，从合成反应来看，HCl依然过量，因此有关反应的计算要以C2H2为基准。已知C2H2的转化率为98.5%和已转化的C2H2有0.5%转化为以二氯乙烷为主要成分的高沸物。 则，生成VC的量为：
3626.1500×0.985×(1－0.005)×62.50/26.03 = 8533.1804 kg/h
= 136.5309 kmol/h
= 3058.2922 Nm3/h
生成1,1-CHCl2CH3的量为：
3626.1500×0.985×0.005×98.97/26.03 = 67.9018 kg/h = 0.6861 kmol/h = 15.3683 Nm3/h
未反应的C2H2量为：
3626.1500×0.005 = 54.3923 kg/h =2.0896 kmol/h = 46.8070 Nm3/h
用于生成VC所消耗的HCl的量为：
8533.1806×36.46/62.50 =4977.9162 kg/h = 136.5309 kmol/h =3058.2919
Nm3/h
用于生成1,1-CHCl2CH3所消耗的HCl的量为：
67.9018×36.46×2/98.97 = 50.0293 kg/h
反应所消耗的HCl总量为：
4977.9162+50.0293 = 5027.9455 kg/h 未反应的HCl的量为：
5516.006-5027.9455=488.0551 kg/h = 13.3860 kmol/h = 299.8473 Nm3/h
转化器的物料如表3-6所示。
表3-6?转化器物料平衡表
名 称 输入物料 输出物料 kg/h 3626.1500 5516.0006 1.8334 3.6891 19.3514 —— ——
kmol/h 139.3066 151.2891 0.1017 0.1272 0.6911 —— ——
Nm3/h 3120.4678 3388.8758 2.2790 2.8495 15.4811 —— ——
kg/h 54.3923 488.0551 1.8334 3.6891 19.3514 8533.1806 67.9018
kmol/h 2.0896 13.3860 0.1017 0.1272 0.6911 136.5309 0.6861
Nm3/h 46.8070 299.8473 2.2790 2.8495 15.4811 3058.2922 15.3683
C2H2 HCl H2O 空气 N2 VC EDC
总 计
9168.0425 291.5157 6527.9432 9167.4077 153.6126 3440.9144
3.7 水洗塔物料衡算
查《聚氯乙烯生产与操作》,按某厂测定的结果,在年产6000吨PVC情况下,水洗塔操作温度为35℃时，洗涤水用量为8.2 m3/h，水溶解损失为6.3 kg/h，氯乙烯夹带损失为8.64 kg/h。
由以上经验值结合现今实际生产情况，得生产条件如下：
年产60 000 t PVC 水洗塔操作温度35℃ 洗涤水用量1500 kg/h
洗涤水浓度4% 塔底排出稀酸浓度为25%
查《化工流体流动与传热》水的密度 30℃ 时为995.7 kg/m3，
40℃ 时为992.2 kg/m
3
则由内差法得35℃时水的密度?H2O为： ?H2O?35??30?HO?995.7???993.95 kg/m3 ?40??35992.2??HO22解得: ?H2O = 993.95 kg/m3 则洗涤水的用量为:
1500 = 1.5091 m3/h 993.95氯乙烯的水溶解损失为：
1.5091×6.3/8.2 = 1.1595 kg/h
氯乙烯的夹带损失为：
1.5091×8.64/8.2 = 1.5901 kg/h
氯乙烯的总损失为：
1.1595 + 1.5901= 2.7496 kg/h = 0.0440 kmol/h 根据塔底排出液的浓度，设排出液中HCl的量gHCl： 则
gHClgHCl= 0.25
?1500?1500?4%?1.1595解得： gHCl= 480.3865 kg/h 则洗液吸收气体中HCl的量为：
480.3865-1500×4% = 420.3865 kg/h =11.5301 kmol/h
气体中剩余的HCl的量为：