表4-10 水洗塔的热量衡算表
各热量名称?????????乙炔气降温时放出的热量????????????????Q1?????????????氮气降温时放出的热量????????????????????Q2?????????????????空气降温时放出的热量????????????????????Q3?
???氯化氢?气体降温时放出的热量?????? Q4??????????????氯化氢气体溶于水放出的热量 Q5? VC降温时放出的热量???????????????????Q6?
需热量?kJ/h)
6250 1225 316.396 3.2478×104 2.4289×104 6.2559×105 7.273×103 282.52 -2.447×105 4.53×105
? EDC??降温时放出的热量
????????????????Q7?
水蒸气降温时放出的热量 Q8?水蒸气吸收的热量 Q9???????????????????总???????计????????????????????????????????Q?
水洗的出口温度t出:
Wh=
Q (4-4) ??Cpt2?t1得: t出=
Q+ t入
Cpwh4.53?105=+20 = 93.6℃ 4.1023?1500所以水洗塔的出品温度为93.6 ℃。
4.6高沸塔的热量衡算
精馏操作压力的选择，是与氯乙烯及被分离的杂质的性质分不开，氯乙烯及其混合物沸点较低，常温常压下多是气体，所以，若在常压下精馏得在低温下进行，这样不但需消耗相当数量的冷冻剂，增加生产成本，而且也影响正常操作。因此氯乙烯的精馏操作宜在加压下进行，生产中一般为5个大气压，这样可使混合物沸点提高到常温或较高的温度，使精馏在常温下进行。
参考《聚氯乙烯生产原理》知高沸塔的操作条件为：塔的平均操作压力为0.5MPa(绝对压力)，塔顶温度tD＝34℃，塔釜温度tW＝51.5℃；沸点进料，进料液的沸点tF＝34.5℃。
4.6.1回流比的确定
回流比是精馏操作的重要条件，选择适宜的回流比R在精馏计算中占有重要的地位。一般情况下适宜的回流比R由最小回流比Rmin来决定。
高沸塔的进料可近似各由氯乙烯与二氯乙烷组成的二元体系。已知xD=0.99999，xf=0.9948，由《聚氯乙烯生产原理》一书的163页表3.14可得yf＝0.99949，则：
Rmin＝
xD?yF0.99999?0.99949= = 0.11
yF?xF0.99949?0.9948可见高沸塔取R＝0.2，约为Rmin的1.8倍，是在R＝1.3～2.0Rmin的范围内，是适宜的，所以取回流比R＝0.2。
4.6.2热量衡算
在精馏操作中，塔底再沸器(或塔釜)所需的热量以及塔顶冷凝器和冷却器所需冷却水或冷冻剂的量，均可通过热量衡算来确定。现将该塔的物料衡算，有关物性数据和必要的符号记于表4-11所示。
4-11高沸塔物料衡算及有关物性数据表
组成 名称 kg/h 质量分数 gf，i
VC 8252.7108 99.2 132.0434 99.48 1.4235 8189.9681 ～100.00 131.0395
EDC 67.9018 0.8 0.6861 0.52 1.2979 0.1297 ～0. 0.001310
合计 GF =8320.6471
100.00 132.7298 100.00 —— GD=8190.0978
100.00 131.0408
进料 tF＝34.5℃
kmol/h 摩尔分数 比热kJ/kg℃ CFi
kg/h
塔顶 tD＝34℃
质量分数 gDi kmol/h
摩尔分数 比热kJ/kg℃ Cvi 蒸发潜热kJ/kg℃ ri
kg/h 质量分数 gwi
塔釜 tW＝51.5℃
kmol/h 摩尔分数 比热kJ/kg℃ Cwi
kg/h 质量分数 gL，i
回流进料 tL＝34℃
kmol/h 摩尔分数 比热kJ/kg℃ CL，i
热量衡算：
1、进料带入热量QF：
QF = GF ·(gF,1·CF,1 + gF,2·CF,2) ·tF
99.999 0.8792 293.076 63.3375 48.65 1.0134 60.00 1.5072 1637.9936 ～100.00 9.9974 ～100.00 1.4235
0.001 —— —— 66.8641 51.35 0.6756 40.00 1.3188 0.0259 ～0. 微量 ～0. ——
100.00 —— —— Gw =130.2016
100.00 1.6891 100.00 —— GL=1638.0195
100.00 —— 100.00 ——
=8320.6471×(0.992×1.4235+0.0064×0.008)×34.5 =4.0652×105 kJ/h
2、回流液带入的热量QL：
QL = GL·CL·tL
=8320.6471× 0.2× 1.4235×34 = 8.0542×104 kJ/h
3、塔顶蒸汽带出热量QV
由于塔顶蒸气量：
GV = GD + GL故
QV = (GD + GL)·(CV,1·tD + ri)
=(8252.7108 + 8320.6471×0.2)×(0.8792×34+293.076) = 3.2028×106 kJ/h
4、塔釜残液带出热量QW：
QW = GW·(gW.1·CW.1 + gW.2·CW.2)·tW
=130.2016×(0.4865×1.5072+0.5135×1.3188)×51.5 =9.061×103 kJ/h
5、塔釜加热水带入热量QH：
QH1=(QV + QW)－(QF + QL)
=(3.2028×106+9.061×103)－(4.0652×105+8.0542×104) =2.7253×106kJ/h
设热损失为10％，即
Q损=QH1×10% = 2.7253×106×10%
= 2.7253 × 105 kJ/h
QH=QH1×1.1=2.7253×106×1.1
= 2.9979×106 kJ/h
由以上计算结果得高沸塔热量衡算如表4-12所示。
表4-12 高沸塔热量衡算
入 塔 热 量 出 塔 热 量
名称 进料带入热量QF 回流带入热量QL 加热水带入热QH
合计
塔顶蒸汽带出热量QV 塔釜残液带出热量QW
热损失Q损
合计
热量Q，kJ/h 4.0652×105 8.0542×104 2.9979×106 3.4850×106 3.2028×106 9.6010×103 2.7253×105 3.4849×106
4.6.3再沸器所需热水量GH及冷凝器所需冷冻盐水量GC的计算
根据前面提供的高沸塔情况，塔的再沸器和冷凝器进出口温度大致如下图4.1和4.2所示。
图4.1 高沸塔再沸器温度分布 图4.2 高沸塔冷凝器温度分布
34℃氯乙烯蒸汽51.5℃混合液85℃热水-5℃氯化钙盐水90℃热水51.5℃混合液-8℃氯化钙盐水34℃氯乙烯再沸器所需加热用水量为： GH=
Q
Cp?t2?t1?2.9979
4.1868??90?85?=
=1.4323×105 kJ/h
冷凝器所需25êCl2盐水量为：
GC=
(GD?GL)ri
Cp1?t2?t1?=
?8252.7108?1650.5422??293.076
2.8889???5?8?
=3.3489×105kJ/h
式中：
CP——水的平均比热，CP=4.1868kJ/kg·℃
CP1——25êCl2比热(－10～－5℃时)，CP1=2.8889kJ/kg·℃
4.6.4再沸器和冷凝器所需传热面积的计算