过程装备与控制工程综合课设设计说明书

过程装备与控制工程综合课设设计说明书内容摘要：

ACN ACL CO2 pC 表 6 各组分在 0～ 76℃ 的平均比热容 25=( 108 .70 15+ 144 .58 66+ 329 .92 414 +4 511 .43 46+ 193 6 83+ 591 .97 74+ 80. 16 06+ 98. 03 93+ 0 43+294 .94 21) ( 76 0) =5 .73 10 kJ /Qh        (b) 蒸汽在塔内冷凝放热 3Q 蒸 汽 在 塔 内 的 冷 凝 量 = 进 塔 气 体 带 入 蒸 汽 出 口 气 带 出 蒸 汽==蒸汽的冷凝热为 /kJ kg 53 4 0 0 . 0 4 2 2 4 6 . 6 8 . 9 8 1 0 /Q k J h    (d)有机物冷凝放热 4Q AN 的 冷 凝量 /kg h ．其 冷 凝热为 615 /kJ kg ACN 的冷凝量 /kg h ．其冷凝热为 728 /kJ kg HCN 的冷凝量 /kg h ，其冷凝热为 /kJ kg 4 0 . 1 7 9 4 6 1 5 0 . 1 1 9 6 7 2 8 0 . 0 9 5 7 8 7 8 . 6 2 8 1 . 4 8 /Q k J h       (e)氨中和放热 5Q ； 每生成 1mol 硫酸铵放热 55 18 4. 80 10 00 27 3. 8 3. 83 10 /132Q k J h    (f)硫酸稀释放热 6Q 硫酸的稀释热为 749kJ／ kg 46 0 . 9 3 1 4 0 . 1 9 7 4 9 9 . 7 7 1 0 /Q k J h     (g)塔釜排放的废液带出热量 7Q 塔釜排放的废液中， 2HO与 4 2 4(NH ) SO 的摩尔比为 ,查氮肥设计手册得此组 成的硫酸铵水溶液比热容为 / ( )kJ kg K。 57 5 9 8 . 0 6 3 . 3 4 7 ( 8 0 0 ) 1 . 6 0 1 0 /Q k J h     (h)新鲜吸收 剂 带 入 热 8Q 2430 93%C H SO 、 的比热容为 / ( )kJ kg K。 8 1 4 0 . 1 9 1 . 6 0 3 ( 3 0 0 ) 6 7 4 1 . 7 4 /Q k J h    (i)求循环冷却器热负荷 9Q 因 操作温度不高，忽略热损失。 把有关数据代 入 热平衡方程： 6 5 5 455 92 . 5 3 1 0 8 . 9 8 1 0 2 8 1 . 4 8 3 . 8 3 1 0 9 . 7 7 1 0 6 7 4 1 . 7 45 . 7 3 1 0 1 . 6 0 1 0 Q             解得 69 3 .1 8 1 0 /Q kJ h (J)循环冷却器的冷却水用量 W 设循环冷却器循环水上水温度 32℃ ，排水温度 36℃ ， 则冷却水量为 6 53 . 1 8 1 0 1 . 9 0 1 0 / 1 9 0 . 2 /4 . 1 8 4 ( 3 6 3 2 )W k g h t h    E． 求循环液量 m 循环液流量受 入 塔 喷 淋液温度的限制。 70℃ 循环液的比热容为 / ( )kJ kg K，循环 液 与新鲜吸收液混合后的 喷 淋液比热容 / ( )kJ kg K。 设循环 液 流量为 m kg/h，循环冷却器出口循环液温度 t℃。 对新鲜暖收剂与循环 液 汇合处 (附图中 A 点 )列热平衡方程得： 3 . 3 6 8 9 2 6 7 ( 1 9 2 . 7 ) 3 . 3 6 4 7 0m t m      (1) 对循环冷却器列热平衡得： 693 .3 4 7 8 1 3 .3 6 8 3 .1 8 1 0m m t Q       (2) 联解式 (1)和 (2)得 90272 / kg htC 换热器物料衡算和热量衡算 ………………………………………… 15 (1)计算依据 进口气体 76℃ ，组成和流量与氨中和塔出口气相同 出口气体温度 40℃ ，操作压力。 (2)物料衡算 出口气体温度 40℃ ， 40℃ 饱和蒸汽压力为 2 5 5 .3 2 7 .3 7 5HOp m m H g kP a  设出口气体中含有 X kmol/h 的蒸汽，根据分压定律有 : 1 1 5 .5 7 .3 7 52 8 6 .0 4 8 5 .1 5x x  解得 1 3 . 7 0 / 2 4 6 . 5 6 /x k m o l h k g h  蒸汽的冷凝量为 1 5 3 2 .6 2 2 4 6 .5 6 1 2 8 6 .0 6 /k g h 因此得到换热器气体方 (壳方 )的物料平衡如下 组分 流 量 C3H6 C3H8 H2O O2 N2 AN ACN HCN ACL CO2 合计 表 7 换热器气体方 (壳方 )的物料平衡 (3)热衡算 A．换热器入口气体带入热 1Q (等于 氨 中和塔出口气体带出热 ) 51 5. 73 10 /Q kJ h B． 蒸汽冷凝放出热 2Q ： 40℃ 水汽化热为 ／ kg 62 1 2 8 6 . 0 6 2 4 0 1 . 1 4 . 0 5 1 0 /Q k J h    C．冷凝 液 带出热 3Q 53 1 2 8 6 . 0 6 4 . 1 8 4 ( 4 0 0 ) 2 . 1 5 1 0 /Q k J h     D．出口气体带出热 4Q ； 出口气体各组分在 0～ 40℃ 的平均摩尔热容为 组分 C3H6 C3H8 O2 N2 H2O AN ACN HCN ACL CO2 pC 表 8 出口气体各组分在 0～ 40℃ 的平均摩尔热容 45( 2 .5 9 6 1 .9 2 3 .2 9 7 2 .3 8 1 0 .3 1 2 9 .4 6 1 6 1 .1 2 2 9 .2 9 1 3 .7 0 3 6 .7 5 1 1 .1 76 3 .3 5 1 .9 5 3 5 2 .0 9 3 .6 3 6 2 .7 6 0 .1 3 6 5 .6 1 6 .7 0 3 8 . 6 6 ) ( 4 0 0 )2 .8 9 1 0 /Qk J h                    E．热 衡算求换热器热负荷 5Q 平衡方程： 1 2 3 4 5Q Q Q Q Q    代入数据求得： 65 10 /Q kJ h 水吸收塔物料衡算和热量衡算 ……………………………………… 17 (1)计算依据 （见图 4） 图 4 水吸收塔的局部流程 A．入塔气流量和组成与换热器出口相同。 B．入塔器温度 40℃ ，压力 112Kpa。 出塔气温度 10℃ ，压力 101Kpa C．入塔吸收液温度 5℃ D．出塔 AN 溶液中含 %（ wt） (2)物料衡算 A．进塔物料（包括气体和凝水）的组成和流量与换热器出口相同 B．出塔气的组成和量 出塔干气含有 36CH 2 .5 9 / (1 0 8 .7 0 / )km ol h kg h、 38CH 3 .2 9 / (1 4 4 .5 8 / )km ol h kg h、 2O 1 0 .3 1 / ( 3 2 9 .9 2 / )km o l h kg h、 2N 1 6 1 .1 2 / ( 4 5 1 1 .4 3 / )km o l h kg h、 2CO 6 .7 0 / ( 2 9 4 .9 4 / )km o l h kg h 10℃ 水的饱和蒸汽压2 1228 ,HOp Pa ，总压为 101325Pa 出塔器中干气总量 =++++=出塔气中含有蒸汽的量按分压定律求得，计算如下： 1228 1 8 4 .0 1 2 .2 6 / 4 0 .8 0 /1 0 1 3 2 5 1 2 2 8 k m o l h k g h   出塔气总量为： 1 0 8 . 7 0 1 4 4 . 5 8 3 2 9 . 9 2 4 5 1 1 . 4 3 2 9 4 . 9 4 5 3 8 9 . 5 7 /k g h     C．塔顶加入的吸收水量 （ a）出塔 AN 溶液总量 出塔 AN 溶液中， AN为 %（ wt）， AN 的量为 ，因此，出塔 AN 溶液总量为 （ b）塔顶加入的吸收水量 作水吸收塔的总质量衡算得： AN3 2 8 8 7 . 2 5 3 8 9 . 5 7 6 0 8 2 . 3 6 1 2 8 6 . 0 6 3 0 9 0 8 . 3 5 /k g h       入 塔 吸 收 液 量 塔 底 溶 液 量 出 塔 气 体 总 量 入 塔 气 量 凝 水 量 D．塔底 AN 溶液的组成和量 AN、 ACN、 HCN、 ACL 全部被水吸收，因为塔底 AN 溶液中的AN、 CAN、 HCN、 ACL 的量与进塔气、液混合物相同， AN 溶液中的水量按全塔水平衡求出。 A N = + = 3 9 4 5 9 . 9 6 + 1 0 1 4 . 5 5 2 6 . 9 0 = 4 0 4 4 7 . 6 1 k g /h溶 液 中 的 水 塔 顶 加 入 水 进 塔 气 液 混 合 物 中 的 水 出 塔 气 带 出 的 水 E．水吸收塔平衡如下： 组 分 流 量 C3H6 C3H8 H2O O2 N2 AN ACN HCN ACL CO2 合计 表 9 水吸收塔的物料平衡 AN、 ACN、 ACL、 HCN 全部溶于水的假设的正确性 因 系统压力 小于 1Mpa， 气相可视为理想气体， AN、 ACN、 ACL、 HCN 的量相对于水 很 小，故溶液为稀溶 液．系统服从亨利定律和分压定律。 压力和含量的关系为 l l lp Ex 或 i i ip Ex 塔底排出液的温度为 15℃( 见后面的热衡算 ) 查得 l5 ℃ 时 ACN、 HCN、 ACl．和 AN 的亨利系数 E 值为 4 18 18243333 8 810ACN E at m k PaH C N E at m k PaACL E m H g k PaAN E at m k Pa (a)AN 塔底 0 .0 5 2 1 1 2 5 .8 2ANp kP a   * 5 .8 1 7 0 .0 0 7 1 8810ANAN ANpx E   从以上计算可看出， 0. 00 62 03AN ANxx，可见溶液未达饱和。 (b)丙烯醛 ACL 0 . 0 0 0 6 0 6 1 1 2 0 . 0 6 8A C Lp k P a   * ACLpx E   塔底 ACL。 含量 *0 .0 0 0 0 7 2 3A C L A C Lxx，溶液未达饱和。 (c)乙腈 ACN 0 .0 0 9 1 1 2 1 .0 1 6A C Np kP a   * ACNpx E   塔底 ACN 含量 *0 .0 0 1 0 8AC N AC Nxx，溶液未达饱和。 (d)氢 氰酸 HCN 0 .0 1 7 1 1 2 1 .8 9 2H C Np kP a   * 1824H C NH C N H C Npx E   塔底 HCN 含量 * C N H C Nxx 从计算结果可知，在吸收塔的下部，对 HCN 的吸收推动力为负值，但若吸收塔足够高，仍可 使塔顶出口 气体中 HCN 的含量达到要求。 (3)热量衡算 A．入 塔气带 入 热 1Q。 各组分在 0～ 40℃ 的平均摩尔热容如下 组分 C3H6 C3H8 O2 N2 H2O AN ACN HCN ACL CO2 pC 表 10 各组分在 0～ 40℃ 的平均摩尔热容 15( 9 61. 92 9 72. 38 10. 31 29. 46 161 .12 29. 29 12. 23 36. 75 11. 1763. 35 55 52. 09 3 62.。