樣本二氯甲烷的氯化吸收工藝設(shè)計(jì)

1、題 目 年產(chǎn)4000噸的氯甲烷氯化吸收工段的初步設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)：4kt/a二氯甲烷氯化吸收，年工作日330天，其余數(shù)據(jù)以工廠實(shí)際收集為準(zhǔn)。說(shuō)明書(shū)內(nèi)容：1進(jìn)行工段工藝流程設(shè)計(jì)；2進(jìn)行工段物料、熱量衡算，并編制物料平衡數(shù)據(jù)表；3進(jìn)行工段設(shè)備設(shè)計(jì)或選型，編制設(shè)備一覽表；4編制工段初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。圖紙要求：1繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖；2繪制主要設(shè)備的設(shè)備圖及設(shè)備布置圖；前言二氯甲烷具有溶解能力強(qiáng)和毒性低的優(yōu)點(diǎn)，大量用于制造安全電影膠片、聚碳酸酯，其余用作涂料溶劑、金屬脫脂劑，氣煙霧噴射劑、聚氨酯發(fā)泡劑、脫模劑、脫漆劑。二氯甲烷為無(wú)色液體，在制藥工業(yè)中做反應(yīng)介質(zhì)，用于制備氨芐青霉素、羥芐青霉素和先鋒霉素等

2、;還用作膠片生產(chǎn)中的溶劑、石油脫蠟溶劑、氣溶膠推進(jìn)劑、有機(jī)合成萃取劑、聚氨酯等泡沫塑料生產(chǎn)用發(fā)泡劑和金屬清洗劑等。目錄第一章總論1概述1.1.1產(chǎn)品的物理化學(xué)性質(zhì)1.1.2質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)1.1.3產(chǎn)品的主要用途1.1.4產(chǎn)品的市場(chǎng)需求1.2原材料的規(guī)格來(lái)源及凈化第二章生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述2.1二氯甲烷的生產(chǎn)原理及生產(chǎn)方法2.1.1生產(chǎn)原理2.1.2二氯甲烷的生產(chǎn)方法及特點(diǎn)2.2生產(chǎn)工藝與流程簡(jiǎn)述2.2.1甲烷氯化物生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述2.2.2二氯甲烷生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖第三章物料衡算和熱量衡算3.1計(jì)算基準(zhǔn)3.2物料衡算和熱量衡算3.2.1反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算3.2.2空冷器的物料衡算和熱量衡算3.2.

3、3膜式吸收器的物料衡算和熱量衡算3.2.4填料塔第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型4.1空冷器4.2第一膜式吸收器4.3第二膜式吸收器 4.4填料塔4.5硫酸干燥塔4.6熱交換器4.7冷凝器4.8鹽酸分離器 4.9稀酸分離器4.10堿液泵4.11配堿槽4.12濃酸中間槽4.13濃酸泵4.14壓縮機(jī)4.15粗氯化液液儲(chǔ)槽第五章綜合表 第六章設(shè)備一覽第七章管路設(shè)計(jì) 評(píng)述 參考文獻(xiàn)第一章 總論1概述1.1.1產(chǎn)品的物理化學(xué)性質(zhì)一.產(chǎn)品的物理性質(zhì)二氯甲烷是無(wú)色透明不分層液體，在氧氣中易爆炸，其具體物理性質(zhì)如下表： 表11名稱(chēng)單位 產(chǎn) 品二氯甲烷分子量84.94外觀無(wú)色透明不分層液體分子式CH2Cl2沸點(diǎn)4

4、0.4液體比重D4201.326蒸汽比重2.93蒸汽密度g/l3.30汽化潛熱Cal/g78.7液體比熱Cal/g.0.288蒸汽比熱Cal/g.0.155在水中溶解度g/100g水1.32臨界壓力Kg/cm260.9臨界溫度237臨界密度0.427冰點(diǎn)-96.7在空氣中爆炸范圍V%13.018.0在氧氣中爆炸范圍V%13.018.0二產(chǎn)品的化學(xué)性質(zhì)二氯甲烷是無(wú)色、透明、比水重、易揮發(fā)的液體，有類(lèi)似醚的氣味和甜味，不燃燒，但與高濃度氧混合后形成爆炸的混合物。二氯甲烷微溶于水，與絕大多數(shù)常用的有機(jī)溶劑互溶，與其他含氯溶劑、乙醚、乙醇也可以任意比例混溶。室溫下二氯甲烷難溶于液氨中，能很快溶解在酚、

5、醛、酮、冰醋酸、磷酸三乙酯、甲酰胺、環(huán)己胺、乙酰乙酸乙酯中。純二氯甲烷無(wú)閃點(diǎn)，含等體積的二氯甲烷和汽油、溶劑石腦油或甲苯的溶劑混合物是不易燃的，然而當(dāng)二氯甲烷與丙酮或甲醇液體以10：1比例混合時(shí)，其混合特具有閃點(diǎn)，蒸發(fā)后與空氣會(huì)形成易燃的混合物。 二氯甲烷是甲烷氯化物中毒性最小的，其毒性僅為四氯化碳毒性的0.11%。如果二氯甲烷直接濺入眼中，有疼痛感并有腐蝕作用。二氯甲烷的蒸汽有麻醉作用。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)懲的中毒危險(xiǎn)時(shí)應(yīng)立即脫離接觸并移至新鮮空氣處，一些中毒癥狀就會(huì)得到緩解或消失，不會(huì)引起持久性的損害。有麻醉作用，主要損害中樞神經(jīng)和呼吸系統(tǒng)。人類(lèi)接觸的主要途徑是吸入。已經(jīng)測(cè)得，在室內(nèi)的生產(chǎn)環(huán)境中，當(dāng)使

6、用二氯甲烷作除漆劑時(shí)，有高濃度的二氯甲烷存在。一般人群通過(guò)周?chē)諝?、飲用水和食品的接觸，劑量要低得多。據(jù)估計(jì)，在二氯甲烷的世界產(chǎn)量中，大約80%被釋放到大氣中去，但是由于該化合物光解的速率很快，使之不可能在大氣中蓄積。其初始降解產(chǎn)物為光氣和一氧化碳，進(jìn)而再轉(zhuǎn)變成二氧化碳和鹽酸。當(dāng)二氯甲烷存在于地表水中時(shí)，其大部分將蒸發(fā)。有氧存在時(shí)，則易于生物降解，因而生物蓄積似乎不大可能。呼吸系統(tǒng)防護(hù)：空氣中濃度超標(biāo)時(shí)，應(yīng)該柚戴直接式防毒面具(半面罩)。緊急事態(tài)搶救或撤離時(shí)，佩戴空氣呼吸器。1.1.2質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)二氯甲烷產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)（GB4117-92）表12指標(biāo)名稱(chēng)指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品純度(Pt-CO)

7、 %99.599.098.0酸度（以HCl計(jì)）%0.00040.00080.0010水份 %0.0400.0500.060色度 101010蒸發(fā)殘?jiān)?%0.00050.00100.00301.1.3產(chǎn)品的主要用途 二氯甲烷可作為氣溶膠溶劑包裝。二氯甲烷在工業(yè)清洗操作的應(yīng)用也是很多的。如金屬和塑料加工工業(yè)中用作氣相脫脂劑，尤其適合不耐三氯乙烯和四氯乙烯等其它高溫脫脂溶劑的產(chǎn)品清洗。亦可與石油和其它氯代烴混合在金屬制造工業(yè)中清凈劑。等重量的二氯甲烷、甲苯混合物已推薦用于清洗印刷鉛字。二氯甲烷具有溶解能力強(qiáng)和毒性低的優(yōu)點(diǎn)，大量用于制造安全電影膠片、聚碳酸酯，其余用作涂料溶劑、金屬脫脂劑，氣煙霧噴射劑

8、、聚氨酯發(fā)泡劑、脫模劑、脫漆劑。二氯甲烷為無(wú)色液體，在制藥工業(yè)中做反應(yīng)介質(zhì)，用于制備氨芐青霉素、羥芐青霉素和先鋒霉素等;還用作膠片生產(chǎn)中的溶劑、石油脫蠟溶劑、氣溶膠推進(jìn)劑、有機(jī)合成萃取劑、聚氨酯等泡沫塑料生產(chǎn)用發(fā)泡劑和金屬清洗劑等。二氯甲烷在中國(guó)主要用于膠片生產(chǎn)和醫(yī)藥領(lǐng)域。其中用于膠片生產(chǎn)的消費(fèi)量占總消費(fèi)量的50%，醫(yī)藥方面占總消費(fèi)量的20%，清洗劑及化工行業(yè)消費(fèi)量占總消費(fèi)量的20%，其他方面占10%。1.14產(chǎn)品的市場(chǎng)需求二氯甲烷又稱(chēng)甲叉二氯、氯化次甲基。二氯甲烷主要用作不燃性溶劑，如三乙酸纖維脂電影膠片的溶劑、金屬表面油漆層的清洗脫膜劑、氣溶膠的推動(dòng)劑、石油脫蠟溶劑、熱不穩(wěn)定性物質(zhì)的萃取劑

9、。從羊皮提取羊肢和從椰中提取食用油的萃取劑、也用作低溫載體、礦物油的閃點(diǎn)升高劑、滅火劑、煙霧劑的推進(jìn)劑、脲泡沫的發(fā)泡劑目前，世界二氯甲烷供需基本平衡，但由于產(chǎn)品和國(guó)家地區(qū)之間發(fā)展不平衡，其未來(lái)產(chǎn)量的增減也因地區(qū)而異。由于美國(guó)、西歐、日本相繼出口一些環(huán)保法規(guī)，嚴(yán)格控制排放，盡可能回收，預(yù)計(jì)美國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)消費(fèi)將逐年遞減，而世界的其它國(guó)家和地區(qū)，如東歐、中東、亞洲和拉美等發(fā)展中國(guó)家對(duì)二氯甲烷的需求量將保持較快的增長(zhǎng)速度，預(yù)計(jì)世界范圍內(nèi)2000-2005年對(duì)二氯甲烷的需求量將以2%3%左右的速度增加。1.2原材料的規(guī)格、來(lái)源及凈化一 原料規(guī)格：1 氯氣純度 Cl295.0%(V) 水份H2O

10、0.05%(wt)2 天然氣純度 CH496.0%(V)C2和C2以上組分C2+0.6%(V)（凈化天然氣）C2+0.01%(V)（凈化天然氣）二.原料來(lái)源1氯氣：來(lái)自燒堿車(chē)間電解產(chǎn)生的氯氣 2. 天然氣：因?yàn)樽载曍S富的天然氣資源，因此就地取材第二章 生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述21二氯甲烷的生產(chǎn)原理及生產(chǎn)方法211生產(chǎn)原理甲烷熱氯化機(jī)理和其它烷烴氯化機(jī)理相似，都是自由基連鎖反應(yīng)。氯分子的活化是通過(guò)高溫來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其自由基連鎖反應(yīng)歷程，可分三步表示：1鏈引發(fā)Cl2Cl.+Cl-57.8千卡/克分子2增鏈 CH4+Cl.CH3.+HCl+1.0千卡/克分子CH3.+Cl2CH3Cl+Cl.+25.7千卡/克分

11、子CH3Cl+Cl. CH2Cl.+HCl+4.6千卡/克分子CH2Cl.+Cl2CH2Cl2+Cl.+20.7千卡/克分子CH2Cl2+Cl.CHCl.2+HCl+8.8千卡/克分子CHCl.2+Cl2CHCl3+Cl.+15.7千卡/克分子CHCl3+Cl. CCl3.+HCl+13.0千卡/克分子CCl3.+Cl2CCl4+Cl.+10.6千卡/克分子3 鏈終止下列情況存在都可能產(chǎn)生鏈終止（1）活化分子與器壁碰撞 Cl.+Cl.+M Cl2+M（2）活化分子之間碰撞R+Cl.不活潑產(chǎn)物R+R。不活潑產(chǎn)物（3）原料氣中氧的存在能阻礙反應(yīng)。R.N.Pease等人曾研究了甲烷氯化反應(yīng)中對(duì)鏈終止

12、的影響。 在甲烷熱氯化反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)溫度不高時(shí)，反應(yīng)按自由基連鎖反應(yīng)進(jìn)行。當(dāng)反應(yīng)溫度升高到370。C時(shí)，連鎖反應(yīng)機(jī)理的相對(duì)作用隨之減低，反應(yīng)溫度超過(guò)430。C，甲烷氯化反應(yīng)實(shí)際上是一逐級(jí)取代不可逆的雙分子均相反應(yīng)。反應(yīng)過(guò)程中四種氯化物同時(shí)生成，所以甲烷直接氯化不可能得到單一的產(chǎn)品，其反應(yīng)方程式如下： CH4+Cl2 CH3Cl+HCl+24.019千卡/克分子 CH3Cl+Cl2 CH2Cl2+HCl+23.660千卡/克分子 CH2Cl2+Cl2 CHCl3+HCl+24.696千卡/克分子 CHCl3+Cl2 CCl4+HCl+23.930千卡/克分子 甲烷氯化反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)。在反應(yīng)開(kāi)

13、始前供給熱量，當(dāng)反應(yīng)開(kāi)始后所需能量可由反應(yīng)熱供給。由于放熱量大，如不采取措施控制反應(yīng)熱并及時(shí)帶走溫度會(huì)急劇升高，這樣會(huì)產(chǎn)生劇烈的燃燒反應(yīng)或氯化物產(chǎn)生裂解反應(yīng)。 CH4+2Cl2 C+4HCl+70千卡/克分子 2CHCl3 C2Cl4+2HCl 3CHCl3 C2Cl6+CH2Cl2+HCl 2CCl4 C2Cl4+Cl2 2CCl4 C2Cl6+Cl2 同樣局部氯氣濃度過(guò)濃時(shí)，也會(huì)使反應(yīng)進(jìn)行極為猛烈，甚至產(chǎn)生爆炸。因此，要保證甲烷熱氯化反應(yīng)順利進(jìn)行的主要條件是：a. 保證原料氣的正確配比；b. 保證甲烷和氯氣充分均勻混合；c. 有效和及時(shí)引出反應(yīng)熱。 2.1 .2二氯甲烷的生產(chǎn)方法及特點(diǎn) 二

14、氯甲烷的主要生產(chǎn)路線是甲烷和氯甲烷的氯化。其生產(chǎn)方法最早采用甲烷和氯甲烷的高溫氣相熱氯化法，后來(lái)發(fā)展了光氯化法。1972年美國(guó)C-E lummus 公司和Arm-strong公司共同開(kāi)發(fā)了甲烷氧氯化法，1979年日本德山曹達(dá)化學(xué)公司開(kāi)發(fā)了氯甲烷低溫液相自由基引發(fā)氯化法制取氯甲烷的技術(shù)。目前廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)的是熱氯化法。最初的甲烷熱氯化以德國(guó)Hoechst公司為代表。反應(yīng)器形式有內(nèi)循環(huán)式、蓄熱式、列管式和沸騰床等多種形式。我國(guó)多采用內(nèi)循環(huán)式反應(yīng)器。1（甲烷）天燃?xì)鉄崧然ㄌ烊細(xì)馀c氯氣反應(yīng)，經(jīng)水吸收氯化氫副產(chǎn)鹽酸后，用堿液除去殘余微量的氯化氫，再經(jīng)干燥、壓縮、冷凝、蒸餾得到產(chǎn)品。甲烷氯化機(jī)理是游離

15、基連鎖反應(yīng)，通過(guò)升高溫度或用30005000A的光源輻射來(lái)實(shí)現(xiàn)氯分子的活化。在工業(yè)操作中，為保持一個(gè)穩(wěn)定的自由基連鎖反應(yīng)，需要將溫度維持在380450。甲烷氯化是強(qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度的控制十分重要和困難。為解決這一問(wèn)題，在工業(yè)上已成功地采用了下列反應(yīng)裝置設(shè)計(jì)：1、大量循環(huán)甲烷或產(chǎn)生的氯代甲烷使用的多級(jí)反應(yīng)器，以保證足夠的進(jìn)料比；2、采用霧化四氯化碳或較低的氯甲烷為熱載體；3、采用流化床反應(yīng)器。2氯甲烷氯化法將氯甲烷與氯氣氯化反應(yīng)，光氯化法在4000Kw光照下進(jìn)行，或采用熱氯化法工藝，熱氯化生產(chǎn)控制氯甲烷與氯氣之比為（22.5）:1，反應(yīng)溫度為420。C，反應(yīng)壓力19Kpa，反應(yīng)冷卻吸收、堿液除

16、去氯化氫、蒸餾、壓縮精餾，分別除去三氯甲烷，四氯甲烷在塔頂?shù)玫疆a(chǎn)品。氯甲烷生產(chǎn)二氯甲烷時(shí)，反應(yīng)成1mol氯化氫，此時(shí)氯化氫可返回甲醇?xì)浠b置作為制取氯甲烷原料，可以制造一個(gè)氯的閉路循環(huán)系統(tǒng)。這種氯化氫裝置與熱氯化系統(tǒng)結(jié)合生產(chǎn)甲烷氯代物的過(guò)程是一高效的過(guò)程。生產(chǎn)二氯甲烷時(shí)，通常產(chǎn)生出80%的二氯甲烷、15%的三氯甲烷、5%四氯化碳。22生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述2.2.1甲烷氯化物生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述 分別來(lái)自燒堿車(chē)間、配氣站和反應(yīng)裝置的氯氣、天然氣和循環(huán)氣，按一定配比經(jīng)計(jì)量進(jìn)入混合器，混合均勻后進(jìn)入反應(yīng)器，進(jìn)行甲烷熱氯化反應(yīng)，反應(yīng)組成為：甲烷氯化物、氯化氫、過(guò)量的甲烷、惰性氣體和微量的游離氯。反應(yīng)氣經(jīng)空氣冷

17、卻器冷卻后進(jìn)入碳黑分離器，除去反應(yīng)中產(chǎn)生的少量碳黑，進(jìn)入水洗系統(tǒng)除去氯化氫。從碳黑分離器出來(lái)的反應(yīng)氣（7090。C），與稀酸分離器來(lái)的酸，進(jìn)入第一膜式吸收器頂部，順流而下，進(jìn)行降膜吸收氯化氫后，反應(yīng)氣與稀鹽酸入鹽酸分離器進(jìn)行氣液分離，大于16%濃度的副產(chǎn)鹽酸送至沉鈣車(chē)間。反應(yīng)氣與計(jì)量后的吸收水，入第二膜式吸收器頂部進(jìn)行第二次吸收，反應(yīng)氣與稀酸入稀酸分離器，稀酸入第一膜式吸收器，反應(yīng)氣則進(jìn)酸霧分離器除去酸霧，進(jìn)入中和塔。第一、第二膜式吸收器管間冷卻水逆流串聯(lián)使用。反應(yīng)氣經(jīng)兩次水洗，除去酸霧（氯化氫含量低于1%），再進(jìn)行中和，中和塔用10%20%的氫氧化鈉溶液除去反應(yīng)中殘余的氯化氫、游離氯、二氧化

18、碳等。燒堿車(chē)間送來(lái)的堿液，由貯槽放至堿液配制槽加入水配成規(guī)定的濃度，用泵送至堿液冷卻器冷卻，進(jìn)中和塔，當(dāng)堿液濃度降到規(guī)定值（3%5%）后，送至廢堿處理裝置。從中和塔塔頂出來(lái)的反應(yīng)氣，進(jìn)入干燥系統(tǒng)；堿液分離器底部的液體定時(shí)排放。中和后的反應(yīng)氣進(jìn)入硫酸干燥塔，從硫酸干燥塔底部進(jìn)入進(jìn)行脫水干燥；98%的濃硫酸由濃硫酸大貯槽壓入濃硫酸中間槽，用泵送至濃硫酸高位槽，計(jì)量后進(jìn)入干燥塔頂部，由塔中段流出的硫酸入塔下段，稀硫酸（80%90%）從塔釜排至稀硫酸中間槽，定時(shí)用稀硫酸泵送至稀硫酸大貯槽，以備出售。干燥后的反應(yīng)氣，從干燥塔頂部出來(lái)進(jìn)入固堿中和器，除去硫酸干燥過(guò)程中生成的硫酸酸霧，再經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至0.4

19、0.6Mpa（表壓）。壓縮后的反應(yīng)氣經(jīng)緩沖罐和機(jī)后冷卻器冷卻至40.C以下，進(jìn)入熱交換器，與冷凝器來(lái)的循環(huán)氣進(jìn)行換熱，使反應(yīng)氣溫度降至25.C左右，熱交換器中冷凝的少量甲烷氯化物進(jìn)粗氯化液貯槽。冷凝器管間所需的-25。C-30。C的冷凍鹽水由冷凍崗位送給。冷凝器中未冷凝的氣體稱(chēng)為循環(huán)氣（其中大部分為甲烷、少量的甲烷氯化物和惰性氣體）。循環(huán)氣經(jīng)熱交換器后，匯同二氯甲烷蒸餾一塔頂部來(lái)的一氯甲烷（該一氯甲烷經(jīng)過(guò)了氣液分離器，液體流回粗氯化液貯槽）氣體，一部分作為生產(chǎn)四氯化碳原料氣，另一部分經(jīng)減壓至0.20.3Mpa（表壓）返回氯化反應(yīng)器和調(diào)節(jié)硫酸干燥塔氣量。粗氯化液作精餾二氯甲烷、三氯甲烷成品用。

20、222二氯甲烷生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖 水 15%的氫氧化鈉 第二膜式吸收器空冷器第一膜式吸收器中和塔稀酸分離器 天然氣 混合器 反應(yīng)器鹽酸分離器循環(huán)氣氯氣 98%的硫酸 循環(huán)氣 -25冷凍鹽水粗氯化液貯槽冷凝器熱交換 器機(jī)后冷凝器緩沖罐壓縮機(jī)干燥塔 第三章 物料衡算和熱量衡算31 計(jì)算基準(zhǔn)以單位時(shí)間為基準(zhǔn)，按年工作330天，每天24小時(shí)，二氯甲烷小時(shí)生產(chǎn)量Kg/h32 物料衡算和熱量衡算3.2.1反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算本反應(yīng)過(guò)程是強(qiáng)放熱反應(yīng)，由于放熱量大，如不采取措施控制反應(yīng)熱并及時(shí)移走，溫度會(huì)急劇升高，這樣會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的燃燒反應(yīng)，使反應(yīng)或使氯化物產(chǎn)生裂解反應(yīng)。因此利用加入過(guò)量甲烷得到的循環(huán)氣為稀

21、釋劑而移走反應(yīng)熱量。1 計(jì)算依據(jù)（1） 二氯甲烷產(chǎn)量505.05Kg/h. 即5.94Kmol/h.（2） 原料組成 含Cl2 96%, CH495%.（3） 進(jìn)反應(yīng)器的原料配比（摩爾比） Cl2：CH4：循環(huán)氣=1：0.68：3.0（4） 出反應(yīng)器的比例CH2Cl2：CHCl3=1：0.5（質(zhì)量比）(CHCl3+CCl4)/CH2Cl3=0.38（摩爾比）（5） 操作壓力 0.08MPa（表壓）（6） 反應(yīng)器進(jìn)口氣體溫度 25oC,出口溫度420oC2物料衡算 Cl2 反CH3Cl 應(yīng) CH2Cl2CH4 器 CHCl3 CCl4HCl 假設(shè)循環(huán)氣不參與反應(yīng)，只起帶走熱量的作用。設(shè)進(jìn)口甲烷X

22、 kmol/h,出反應(yīng)器一氯甲烷Ykmol/h,氯化氫Zkmol/h 由CH2Cl2:CHCl3=1:0.5（質(zhì)量比）CHCl3時(shí)產(chǎn)量：505.050.5=252.5Kg/h=2.11kmol/h(CHCl3+CCl4)/CH2Cl2=0.38（質(zhì)量比）CCl4的量：0.147kmol/h由于反應(yīng)復(fù)雜，用元素守衡法：則 Cl元素守衡 2.96X=Y+5.942+2.113+0.1474 (1) H元素守衡 4X=3Y+Z+5.942+2.11 (2) C 元素守衡 X=Y+5.94+2.11+0.147 (3)解方程（1）（2）（3）得 X=22.09 kmol/h Y=13.89 kmol/

23、h Z=32.68kmol/h（1） 所以反應(yīng)器進(jìn)口原料中各組分的流量 Cl2: 22.091.48=32.69kmol/h=732.26Nm3/h（純）32.69/0.96=34.06kmol/h= 762.94Nm3/h（含雜）CH4:22.09kmol/h(純), 22.09/0.95=23.25 kmol/h =520.8 Nm3/h（含雜）循環(huán)氣流量：3.034.06=102.19kmol/h=2289.06Nm3/h其中CH3Cl:13.89 N2:34.064%+23.253%=2.058kmol/h CO2:23.252%=0.465kmol/h CH4:102.19-13.8

24、9-2.058-0.465=85.76kmol/h進(jìn)口氣體總量：32.68+24.25+(102.19-13.89)=143.07kmol/h（2） 反應(yīng)器出口中各組分流量CH3Cl: 13.89kmol/hCH2Cl2: 5.94 kmol/hCHCl3: 2.11 kmol/hCCl4: 0.147 kmol/h循環(huán)氣：102.19 kmol/h出口氣體總量：102.19+32.68+5.94+2.11+0.147=143.07 kmol/h（3） 出口氣體中各組分的含量CHCl3:13.89/143.07100%=9.71%CH2Cl2:5.94/143.07100%=4.15%CHCl

25、3:2.11/143.07100%=1.47%CCl4:0.147/143.07100%=0.10%HCl:32.68/143.07100%=33.84%N2:2.058/143.07100%=1.46%CO2:0.465/143.07100%=0.33%CH4:85.76/143.07100%=59.94%（4） 反應(yīng)器物料平衡表 表21組分反應(yīng)器進(jìn)口反應(yīng)器出口Kmol/h組成%(mol)Kg/hKmol/h組成%(mol)Kg/hCH4107.8575.31725.685.7659.941372.16Cl232.6922.852320.99CH3Cl13.899.71701.415CH2C

26、l25.944.15504.9CHCl32.111.47252.145CCl40.1470.1022.638CO20.4650.3320.460.4650.3320.46N22.0581.4657.6242.0581.4657.642HCl32.6822.841192.85總計(jì)143.071004124.674143.071004124.6742.熱量衡算（以1h，25oC為基準(zhǔn)）參加反應(yīng)的各物料的Hf(KJ/kmol)輸入 CH4 Cl2 CO2 輸出 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl 量(kmol)22.09 32.69 0.465 13.89 5.94 2.11 0

27、.147 32.68 Hf -74.85 0 -393.51 -81.92 -87.86 -100 -106.76 92.3Hro=生成物UlHf-反應(yīng)物UlHf （31）=13.89(-81.92)-5.9487.86-2.11100-0.147106.76-32.6892.3+22.0974.85+0.465393.51 =-3.07106KJ420各物質(zhì)的（J/mol.k）物質(zhì) CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl CO2 N2（J/mol.k）66.07 45.975 88.287 98.887 29.96 52.27 30.65輸出焓：輸出H=nt （32）=(13

28、.8966.07+5.9445.975+2.1188.287+0.14798.887+32.6829.96+2.05830.65+52.270.465)(420-25) =9.8105KJ輸入焓：輸入H=0 Q放出=H （33） =Hro+輸出H+輸入H =-3.07106+9.8105 =-2.09106KJ222.50各物質(zhì)的（J/mol.k）物質(zhì) CH3Cl N2 CH4 CO2（J/mol.k） 54.83 30.81 49.62 53.43循環(huán)氣帶出的熱量為：Q帶走=mt=13.8954.83+2.05830.81+85.7649.62+0.46553.43)420-25) =1.9

29、8106KJ考慮5%熱損失，則2.09106(1-5%)=1.98106KJ即 Q放出= Q帶走 循環(huán)氣能帶走的熱量恰好為反應(yīng)氣放出的熱量，使反應(yīng)溫度保持在420左右，維持反應(yīng)順利進(jìn)行。3.2.2空冷器的物料衡算和熱量衡算 由于氣體溫度太高，直接進(jìn)入吸收器不利于氯化氫氣體吸收。因此，先用空冷器冷卻降溫，保證吸收的順利進(jìn)行。1 計(jì)算依據(jù) 進(jìn)口氣體420，組成和流量與反應(yīng)器出口相同；出口氣體80，操作壓力0.06MPa（表壓）2 熱量衡算定性溫度t=(420+80)/2=250250各物質(zhì)的（J/mol.k）物質(zhì) CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 CO2 N2 HCl CH4（J/m

30、ol.k）56.361 69.639 81.920 96.558 45.06 29.611 29.293 47.752 熱負(fù)荷Q=W(T2-T1) （34）=(13.8956.361+5.9469.639+2.1181.920+0.14796.558+0.46545.06+2.05829.611+32.6829.293+65.7647.752)(420-80) =2.37106KJ/h3.2.3膜式吸收器的物料衡算和熱量衡算Lx2 Vy2 Vy2 Lx2 本設(shè)計(jì)用兩個(gè)石墨降膜吸收器串聯(lián)吸收，氣體經(jīng)一膜吸收后再經(jīng)二膜吸收，吸收劑水先經(jīng)二膜吸收成稀酸一二 再去一膜吸收成高濃度酸。兩膜吸收劑用量相同

31、，惰氣膜膜流量也相同，因此液氣比l/V也相同。 Lx1 Vy1 Lx1 Vy1第一膜式吸收器1.計(jì)算依據(jù)(1).一膜進(jìn)口氣體中氯化氫含量22.84%（摩爾）,出口氣體氯化氫含量8%,二膜出口氣體氯化氫含量0.6% (2)一膜進(jìn)口氣體溫度80, 出口氣體溫度70, 二膜出口氣體溫度60(3).吸收水溫42(4).進(jìn)口氣體組成同反應(yīng)器出口(5).操作壓力0.6MPa（表壓）(6).出口酸濃度28%（質(zhì)量），即16%（摩爾）(7).冷卻水進(jìn)口溫度252.物料衡算 對(duì)并流高濃度氣體吸收，操作線方程為： L()=V(-) （35）解得：x2=0.051即一膜進(jìn)口酸，二膜出口酸濃度為0.051需要的吸收劑

32、用量： = =167.2Kmol/h副產(chǎn)鹽酸的量：l0=V0（y2-y1）/(x1-x2 ) =143.07(0.2284-0.06)/0.16 =198.9Kmol/h吸收劑的單位耗用量（氣體入口處） l=L/V=167.1/(143.07-32.68)=1.51被吸收的氯化氫氣體的量：wA=143.07(0.2284-0.08)=21.23Kmol/h剩余氣體總量：143.07-21.23=121.84Kmol/h各氣體的含量：CH3Cl 13.89/121.84100%=11.4%CH2Cl2 5.94/121.84100%=4.9%CHCl2 2.11/121.84100%=1.7%C

33、Cl4 0.147/121.84100%=0.12%HCl (32.68-21.23)/121.84100%=9.4%N2 2.058/121.84100%=1.69%CH4 85.76/121/84100%=70.39%CO2 0.465/121.84100%=0.38%3.熱量衡算 42氯化氫溶解成16%的鹽酸的溶解熱=9172.65KJ/KmolQ溶解=9172.65194.8=1.7106KJ/h 在定性溫度t=(80+70)/2=75下的等壓熱容CP(KJ/Kmol.)CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl CH4 N2 CO244.55 56.11 71.25 88

34、.93 28.86 37.21 28.77 38.32 Q=CP.m.t =(44.5513.89+56.115.94+71.252.11+88.930.147+28.8632.68+37.1285.76+28.772.058+38.320.465)(80-70) =0.05106KJ/h Q總=1.7106+0.05106=1.75106KJ/h 假設(shè)冷卻水溫升8，則冷卻水耗用量 水的Cw=4.18KJ/Kg.K=75.42KJ/Kmol.k WW=1.75106/75.428=2.95103Kmol/h 第二膜式吸收器1 計(jì)算依據(jù) (1)進(jìn)口氣體組成同一膜出口氣體組成 (2)進(jìn)口氣體溫度7

35、0，出口氣體溫度60 (3)出口酸濃度5.1% (4)吸收水溫42，冷卻水溫33 (5)操作壓力0.036MPa(表壓)2 物料衡算 需要吸收劑的量同一膜l=167.2Kmol/h 得到稀酸的量 l0=V0(y2-y1)/(x2-x1) =121.84(0.08-0.006)/(0.051-0) =176.8Kmol/h吸收劑的單位耗用量l=1.51被吸收的氯化氫氣體量：wa=143.07(0.08-0.006)=10.59剩余氣體總量：121.84-10.59=111.25各氣體含量：CH3Cl 13.89/111.25100%=12.49%CH2Cl 5.94/11.25100%=5.34

36、%CHCl3 2.11/111.25100%=1.90%CCl4 0.147/111.25100%=0.13%HCl 0.86/111.25100%=0.77%N2 2.058/111.25100%=1.85%CO2 0.465/111.25100%=0.42%CH4 85.76/111.25100%=77.09%1. 熱量衡算42氯化氫溶解成5.1%的鹽酸的溶解熱=3303.18Q溶解=3303.18176.8=6105KJ/h在定性溫度t=(70+60)/65下物質(zhì)的等壓熱容Cp(KJ/kmol.)CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl CH4 CO2 N243.87 55

37、.49 70.81 87.99 28.5 37.05 38.22 28.46 Q=CP.m.t =(43.7813.89+55.495.94+70.812.11+87.990.147+28.5110.59+37.0485.76+38.220.465+28.462.058)(70-60) =0.05105Q總=0.6105+0.05105=0.65105從一膜出來(lái)的冷卻水逆流進(jìn)入二膜，進(jìn)口溫度33其溫升：t=0.65105/(75.422.95103)=2.87出口水溫：33+2.87=35.87324 中和塔（填料塔）1計(jì)算依據(jù)（1）進(jìn)塔氣體組成同二膜出口氣體組成（2）用20，15%的稀氫氧化

38、鈉溶液吸收,出塔堿濃度4%（質(zhì)量）（3）出塔氣體溫度60（4）出口氣體中無(wú)氯化氫和二氧化碳?xì)怏w2.物料衡算入塔氣摩爾流量：WV=111.25Kmol/h惰氣流量：G0=111.25-0.86-0.465=109.925Kmol/h平均分子量：M=50.512.49%+85x5.34%+119,51.90%+1540.13%+36.50.77%+440.42%+1677.09%+281.85% =26.64則入塔氣質(zhì)量流量：111.2526.64=296.37kg/h入塔氣密度：V=2963.7/(111.2522.4)=1.19kg/m315%和4%的氫氧化鈉溶液化為摩爾濃度：15%（質(zhì)量）=

39、100%=7.35%（摩爾）4%（質(zhì)量）=100%=1.84%（摩爾）氫氧化鈉溶液耗用量：Wl=(0.86+0.4652)/(7.35%-1.84%)=32.49Kmol/h出塔氣中無(wú)氯化氫氣體和二氧化碳?xì)怏w，但帶出3Kmol/h的水蒸氣，則總量為G0=112.925Kmol/h各氣體含量：CH3Cl 13.89/112.925100%=12.3%CH2Cl2 5.94/112.925100%=5.3%CHCl3 2.11/112.925100%=1.9%CCl4 0.147/112.925100%=0.13%N2 2.058/112.925100%=1.82%CH4 85.76/112.92

40、5100%=75.9%第四章 主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型41 空冷器 本過(guò)程傳熱量大，一般的換熱器不能達(dá)到換熱效果。空冷器換熱效果好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)約水資源，沒(méi)有水污染等問(wèn)題，比水冷更經(jīng)濟(jì)，故選用空冷器。1 計(jì)算依據(jù)（1）進(jìn)出空冷器的流量和組成：組分 CH4 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 CO2 N2 HClKmol/h 85.76 13.89 5.94 2.11 0.147 0.465 2.058 32.68%(kmol/h)59.94 9.71 4.15 1.47 0.1 0.33 1.46 22.84（2）設(shè)計(jì)溫度 40（3）進(jìn)空冷器溫度420，出空冷器溫度80（4）進(jìn)出口

41、壓力0.06MPa（表壓）（5）換熱量Q=2.37106KJ/h2 設(shè)計(jì)計(jì)算 查化工裝置的工藝設(shè)計(jì)表9-31得輕有機(jī)物的傳熱系數(shù)為10英熱單位/英尺2.h. 換算為國(guó)際單位制：K=100.864.18=204.25KJ/m2.h.假設(shè)空氣溫升15.3按逆流：t1=420-55.3=364.7 t2=80-40=40 tm1=146.91取溫差校正系數(shù)=0.8tm=tm1.=146.910.8=117.53則所需普通光管的表面積：A0=Q/K.tm （41）=2.37106/(204.25117.53=98.73m2由(T2-T1)/K=1.86查化工裝置的工藝設(shè)計(jì)圖9-120得：最佳管排數(shù)為n

42、=6又由n=6查表9-33得迎面風(fēng)速FV=165米/分表面積/迎風(fēng)面積=A0/F2=7.60則：F2=A0/7.60=98.73/7.60=12.99m2由F1= Q/(t2-t1)FV17.3 （42）式中Q換熱量,Kcal/h (t2-t1)空氣溫升 FV迎面風(fēng)速，米/分代入數(shù)據(jù) F1=2.37106/(15.316517.3=12.98m2取=0.01F2-F1=12.99=12.98=0.01即空氣出口溫度假設(shè)合理以光管外表面為基準(zhǔn)的空冷器的換熱面積為98.73m2由于資料有限，無(wú)法查到標(biāo)準(zhǔn)空冷器系列及翅片規(guī)格。因此無(wú)法校核傳熱系數(shù)及確定翅片面積參考鴻化廠選37712的換熱管管長(zhǎng)L=9

43、8.734/0.3532=1010米管內(nèi)流速u(mài)=143.0722.44/0.3532=2762.5m/h=9.2m/su=9.2m/s符合換熱管內(nèi)流速范圍1530米/秒，故換熱管選擇合理空冷器規(guī)格及型號(hào)：3771010 F=98.73m242第一膜式吸收器 降膜式吸收器在吸收過(guò)程中不斷的將反應(yīng)熱移走，其傳熱傳質(zhì)效果好，吸收效率高，在吸收系統(tǒng)內(nèi)壓力降低，所生產(chǎn)的酸溫度低，不需有后冷，且設(shè)備耐腐蝕，維修方便，使用壽命長(zhǎng)，可制成較大規(guī)格。用于處理量較大的吸收過(guò)程。因此選用降膜式石墨吸收器吸收氯化氫氣體。1 計(jì)算依據(jù)（1）進(jìn)出口組成同空冷器出口組成（2）進(jìn)口溫度80，出口溫度70（3）吸收水溫42，冷

44、卻水溫25,溫升8（4）進(jìn)口酸濃度5.1%，出口酸濃度16%（5）操作壓力0.06MPA（表壓）（6）換熱量Q=1.75106KJ/h（7）吸收氣體量21.23Kmol/h2 計(jì)算換熱面積（逆流）冷卻水由25升到33，氣體由80降到70t1=80-33=47 t2=70-25=45 tm=45從氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊(cè)查得K=3000KJ/m2.h.S=Q/K.tm=1.75106/300045=13.2m23 計(jì)算吸收面積（并流） 由于有大量的冷卻水帶走熔解熱，將此過(guò)程保持等溫，因此簡(jiǎn)化為等溫吸收，在42下查得HClH2O平衡數(shù)據(jù)如下：x 0 0.00998 0.0202 0.0412 0.06

45、31 0.086 0.104 0.133 0.151y 0 0.00002 0.00008 0.0003 0.0011 0.0041 0.02 0.04 0.06x 0.161 0.172 0.181 0.183 0.189 0.192 0.196 0.199y 0.008 0.10 0.14 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24并流高濃度吸收操作的操作線方程由式（35）：即在y1y2之間分為10個(gè)相等的小區(qū)間，對(duì)應(yīng)一個(gè)y求出一個(gè)x ，所得x，y如下：x 0.16 0.153 0.144 0.135 0.125 0.111 y 0.08 0.09484 0.10968 0.1245

46、2 0.13936 0.1542x 0.104 0.0918 0.0793 0.0658 0.051y 0.16094 0.18388 0.19872 0.21356 0.2284 在同一直角坐標(biāo)系中作出操作線和平衡線如圖一： 圖一對(duì)高濃度吸收一般用諾曼法：從圖上量出塔兩端和操作范圍的中點(diǎn)xc(x=0.1055)處的濃度差y1=0.006 y2=0.227 yc=0.143算出yc/y1=0.143/0.006=23.8, yc/y2=0.143/0.227=0.63 查化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)圖318得：f=ym/yc=0.51 即ym=0.073 進(jìn)口端kG的查?。涸趖=80下查得各物質(zhì)(pA.

47、S ) CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl CO2 N2 CH412.79 12.10 11.90 11.18 17.2 18.10 19.5 12.35平均粘度：=12.799.71%+12.104.15%+11.901.47%+11.180.10%+181.100.33%+19.51.46%+12.3559.94%+17.222.84% =13.57PA.S =0.049Kg/m.h平均分子量： M=509.71%+854.15%+119.51.47%+1540.10%+36.522.84%+440.33%+1659.94%+281.46% =28.81 由計(jì)算出的換熱面積13.2m2，按石墨制化工設(shè)備設(shè)計(jì)表326初選換熱器規(guī)格：公稱(chēng)直徑450mm，吸收管61根，223的吸收管 入口氣體質(zhì)量流速： G0=(143.0728.814)/(0.061261)=3.36105Kg/m2.h則：DG0/M1.75=(0.0163.36105)/0.04928.811.75)=306.2 （43）D