等高沸点物质的精馏塔。其进料基本是由氯乙烯和二氯乙烷组成，其中氯乙烯约占摩尔分数为：99.48%，即XF=0.9948。分离要求是氯乙烯在塔顶馏出液中的纯度为99.999%，即XD=0.99999，在塔底釜液中的纯度为60%，即Xw=0.60。
设进料液为F kmol/h，塔顶馏出物为D kmol/h，塔底釜液为W kmol/h，则根据物料平衡可得：
D+W=F (3-6)
XD+W·XW=F1·XF1+F2·XF2 D·
(3-7) 代入数据解得：
D = 131.0408 kmol/h W = 1.6890 kmol/h
则塔顶馏出液中氯乙烯的含量为：
131.0408 × 0.99999 = 131.0395 kmol/h = 8189.9681 kg/h 塔顶馏出液中氯乙烯的含量为：
131.0408 × 0.00001 = 0.001310 kmol/h = 0.1297 kg/h 塔底釜液中二氯乙烷的含量为：
1.6890 × 0.4 = 0.6756 kmol/h = 66.8641 kg/h 塔底釜液中氯乙烯的含量为：
1.6891 × 0.6 = 1.0134 kmol/h = 63.3375 kg/h 由以上计算可得高沸塔物料衡算结果如表3-17所示。
表3-17?高沸塔物料衡算?
进料?F?
名称?塔顶馏出物?D? 塔底釜残液?W?
kg/h
VC?
kmol/h mol% 99.48 0.52 100
kg/h kmol/h mol% kg/h kmol/h mol% 60 40 100
8252.72 132.043 8189.97 131.039 99.999 63.3375 1.0134 0.1297 0.00131 8190.10 131.041
0.001 100
66.8641 0.6756 130.202 1.6890
EDC?67.9018 0.6861
总计?8320.65
132.73
第四章 热量衡算
物料衡算结束后需进行热量衡算。
4.1 氯化氢冷却器的热量衡算
氯化氢原料气进入预冷器的进口温度为150℃，出口温度为40℃，冷冻盐水进口温度为－35℃，出口温度为－33℃。
物料的热量衡算可按下式计算：
Wh=
其中：
Q— 物质由温度t1到t2时放出的热量，kJ； Wh— 物质的质量流量，kg/h；
Q (4-1)
Cp?t2?t1?
Cp— 物质的比热，kJ/kg·℃
查《聚氯乙烯生产原理》得气体中各组分的有关数据如表4-1所示。
表4-1??气体的有关数据?
名称 HCl C2H2 H2O??? H2O???
氮 空气 冷冻盐水
比热kJ/kg×℃
0.7829 1.352 4.183 1.8129 0.745 1.009 2.67
溶解热kJ/kg 57.7778 —— —— —— —— —— ——
冷凝热kJ/kg
—— —— —— 2491.146 —— —— ——
将数据带入上式即可得： 水蒸气的冷凝热Q1为：
Q1=61.7731×2491.146=1.5389×105 kJ/h HCl气体溶解热Q2为：
Q2=37.8619×57.7778=2.1876×103 kJ/h HCl气体降温时放出的热Q3为：
Q3=5587.0293×0.7829×(150-40)=4.8115×105 kJ/h 空气降温时放出的热Q4为：
Q4=3.6891×1.009×(150-40)=409.4532kJ/h 水蒸气由150℃降至40℃时放出的热Q5为：
Q5=61.7731×1.8123×(150-40)=1.2314×104kJ/h 则整个冷却过程中总热量Q为:
Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5 =6.4995×105kJ/h 所需冷冻盐水量为:
Q6.4995?105 Wh= = =1.2171×105kg/h
Cp?t2?t1?2.67???33?35?由以上计算可得气体各组分放热量如表4-2所示。
4-2气体各组分放热量
各组分名称?放热量??kJ/h)?
水蒸汽冷凝热?????????????????????????????????????????????Q1?氯化氢气体溶解热???????????????????????????????????? Q2?氯化氢气体降温时放热??????????? Q3?空气降温时放热????????????????? Q4?水蒸汽降至5℃时放热????????????????????????????? Q5?
总??????????????????计??????????????????????????????????Q?
1.5389×105 2.1876×103 4.8115×105 409.4532 1.2314×104 6.4995×105
4.2乙炔冷却器热量衡算
乙炔气进口温度为40℃,出口温度为5℃,冷冻盐水进口温度为-35℃,出口温度为-33℃,则物料的热量衡算可按公式(4-1)计算,气体中各组分有关数据如表4-1所示.
C2H2气体降温时放出的热Q1为：
Q1=3626.1500×1.352×(40-5)=17159×105 kJ/h N2降温时放出的热Q2为：
Q2=19.3514×0.745×(40-5)=504.5878×103kJ/h 水蒸气的冷凝热Q3为：
Q3=75.9169×2491.146=1.8912×105kJ/h 水蒸气由40℃降至5℃时放出的热Q4为：
Q4=75.9169×1.8129×(40-5)=4.8170×103kJ/h 则整个冷却过程中总热量Q为:
Q=Q1+Q2+Q3+Q4 =3.6603×105kJ/h 所需冷冻盐水量为:
Q3.6603?105 Wh = == 6.8545×104kg/h
Cp?t2?t1?2.67???33?35?表4-3乙炔气各组分放热量
各组分名称?乙炔气隆温时放热??????????????????????????????????????????Q1?氮气降温时放热?? Q2?
放热量? kJ/h??
17159×105 504.5878×103
水蒸汽冷凝热? Q3?水蒸气由40℃降至5℃放热 Q4
总?????????????????计?????????????????????????????????????Q?
1.8912×105 4.8170×103 3.6603×105
4.3石墨冷凝器的热量衡算
原料混合气体进入石墨冷凝器的进口温度为28℃，出口温度为－15℃，用－35℃的冷冻盐水冷却，冷却后盐水升温到－33℃。各组分有关数据如表4-1所示， 水蒸气的冷凝热Q1为：
Q1=37.3158×2491.146=9.2959×104kJ/h HCl气体溶解热Q2为：
Q2=33.1677×57.7778=1.9163×103kJ/h C2H2气体降温时放出的热Q3为：
Q3=3626.1500×1.352×[28－(－15)]=2.1081×105kJ/h 氮气降温时放出的热Q4为：
Q4=19.3514+0.745×(28+15)=619.9221kJ/h 空气降温时放出的热Q5为：
Q5=3.6891×1.009×(28+15)=160.0590 kJ/h 水蒸气由28℃降至0℃时放出的热Q6为：
Q6=37.3158×1.8129×(28－0)=1894.1948kJ/h 不凝水蒸气由0℃下降至－15℃时放出的热Q7为：
Q7=1.8334×1.8129×(0+15)=49.8566kJ/h 冷凝下的水由0℃下降至－15℃时放出的热为Q8：
Q8=37.1058×4.1838×(0+15)=2.330×103kJ/h 冷凝下来的HCl气体降温时放出的热Q9为：
Q9=5516.0006×0.7829×[28+15)]=1.8569×105kJ/h 把Q1至Q9值相加即得整个冷却过程中的总热量Q为：
Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8+Q9=4.9463×105kJ/h 所需冷冻盐水量为:
Q4.94673?105 Wh = == 9.2635×104kg/h
Cp?t2?t1?2.67???33?35?