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文檔簡介
1、 年產(chǎn)50萬噸甲烷氯化物的HCl吸收及鹽酸解吸單元工藝設(shè)計(jì)作 者 姓 名 李樹杰 專 業(yè) 化學(xué)工程與工藝 指導(dǎo)教師姓名 郭 寧 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 副教授 目 錄摘 要1 第一章 項(xiàng)目背景簡介31.1甲烷氯化物簡介31.2甲烷氯化物生產(chǎn)方法簡介31.3產(chǎn)品的市場需求狀況41.3.1一氯甲烷的市場需求41.3.2 二氯甲烷的市場需求51.3.2三氯甲烷的市場需求5第二章 生產(chǎn)方案的確定62.1生產(chǎn)規(guī)模62.2原料路線確定的原則和依據(jù)72.3氯甲烷的生產(chǎn)方法72.3.1生產(chǎn)原理72.3.2工藝流程72.4工藝技術(shù)方案的選擇9第三章 生產(chǎn)工藝流程介紹103.1工藝流程說明103.1.1工藝原理及工藝流程簡
2、述10 第四章 工藝計(jì)算書114.1物料衡算114.1.1對(duì)整個(gè)工藝流程進(jìn)行物料計(jì)算114.1.2對(duì)HCl吸收及鹽酸解吸單元物料衡算134.2熱量衡算154.2.1對(duì)HCl吸收及鹽酸解吸單元能量衡算17第五章 主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型185.1汽提塔的設(shè)計(jì)及選型185.1.1筒體厚度計(jì)算185.1.2封頭厚度計(jì)算195.1.3塔體高度計(jì)算195.1.4塔體上各項(xiàng)載荷計(jì)算205.2主要設(shè)備一覽表22第六章 原材料、動(dòng)力消耗定額及消耗量246.1原材料、輔助材料消耗定額及消耗量246.2公用工程消耗量25第七章 環(huán)境保護(hù)與安全措施257.1本裝置的主要環(huán)境污染源及主要污染物257.1.1廢水257
3、.1.2廢氣267.1.3固體廢物267.1.4噪聲277.2環(huán)境污染及污染防治措施277.2.1水污染防治措施277.2.2大氣污染防治措施方案277.2.3固體廢棄物處置措施方案287.2.4噪聲防治措施287.2.5其他環(huán)境保護(hù)措施28第八章 車間成本估算29第九章 設(shè)計(jì)體會(huì)和收獲29參考文獻(xiàn)30致謝31山東輕工業(yè)學(xué)院2008屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要 本設(shè)計(jì)主要是對(duì)50萬噸甲烷氯化物生產(chǎn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。首先是對(duì)甲烷氯化物生產(chǎn)項(xiàng)目的簡介,然后根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、原材料等條件,通過比較國內(nèi)為生產(chǎn)現(xiàn)狀和各種生產(chǎn)方法的優(yōu)劣程度,確定了甲醇法生產(chǎn)合成路線。該工藝主要分:氫氯化反應(yīng)單元、氯化反應(yīng)單元、精制單元、
4、HCl吸收及鹽酸解吸單元。在此設(shè)計(jì)中,對(duì)HCl吸收及鹽酸解吸單元:主要介紹了其生產(chǎn)工藝流程、工藝計(jì)算書(包括各工藝工段主要設(shè)備的的物料衡算、熱量衡算)并對(duì)主要設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型作了粗略的計(jì)算。最后還對(duì)原材料及動(dòng)力消耗情況以及車間成本的估算作了簡單的介紹。同時(shí)還對(duì)環(huán)境保護(hù)與安全方面提出了些許建議和解決措施。作者對(duì)HCl吸收及鹽酸解吸單元進(jìn)行了設(shè)計(jì)。對(duì)設(shè)計(jì)中的不完善處進(jìn)行了分析并提出了解決方案,我希望該方案能對(duì)今后的甲烷氯化物工藝設(shè)計(jì)及甲烷氯化物生產(chǎn)實(shí)踐起到參考作用。關(guān)鍵詞 甲烷氯化物 工藝設(shè)計(jì) 解析 吸收ABSTRACTThis design is production project desig
5、n of 0.5 million tons methane chloride. At first, the methane chloride production project synopsis was introduced. Acccording to the basis condition, production scale, and raw material, and compared domestic for production present situation and each kind of production method fit or unfit quality deg
6、ree, the methyl alcohol law production process of synthesis was determined. The process of this design includes: The hydrochloride responded unit, thechlorination response unit, purifies the unit, the hydrochloric acidabsorption and desorption the unit. In methyl alcohol law production process of sy
7、nthesis of this design, (the hydrochloric acidabsorption and desorption the unit)its productiontechnical process, craft account book (including various craftsconstruction section main equipment bargain, thermal graduatedarm calculated) were introduced, and the sketchy computation to the mainequipmen
8、t design and the lectotype has been advised. Finally the simple introduction to the raw material and the power consumption situationas well as the workshop cost estimate also has been recommend. I hope that simultaneously the trifle proposal, the solution measure to the environmentalprotection and t
9、he security aspect was put forward. The author has carried on the summary to the hydrochloric acidabsorption and desorption the unit design, to designed not to beimperfect place carries on has analyzed and proposed the solution,this plan will be able to the next methane chloride technologicaldesign
10、and the methane chloride production practice referencefunction. Key words: methyl chloride; process design chloromethane; absorption;desorption. 第一章 項(xiàng)目背景簡介1.1 甲烷氯化物簡介甲烷氯化物是包括一氯甲烷(氯甲烷)、二氯甲烷、三氯甲烷(也稱氯仿)、四氯化碳四種產(chǎn)品的總稱,簡稱CMS。是有機(jī)產(chǎn)品中僅次于氯乙烯的大宗氯系產(chǎn)品,為重要的化工原料和有機(jī)溶劑。甲烷氯化物包含一氯甲烷,二氯甲烷,三氯甲烷和四氯化碳,是重要的有機(jī)化工原料和溶劑。自20世紀(jì)30
11、年代工業(yè)化生產(chǎn)以來,已成為國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一,是氯堿企業(yè)平衡氯氣的一類重要產(chǎn)品。近年來,隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和甲烷氯化物應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步拓展,國內(nèi)甲烷氯化物的生產(chǎn)和消費(fèi)已得到高速發(fā)展。其中:(1)一氯甲烷,俗稱氯甲烷,也叫甲基氯。主要用于生產(chǎn)甲基氯硅烷、四甲基鉛、甲基纖維素。少量用于生產(chǎn)季胺化合物、農(nóng)藥,在異丁橡膠生產(chǎn)過程中做溶劑。四氯化碳轉(zhuǎn)化一氯甲烷工程是以熱氯化車間的副產(chǎn)物四氯化碳和氯化氫為主要原料,與甲醇反應(yīng)生成一氯甲烷。實(shí)現(xiàn)有害物四氯化碳的有效轉(zhuǎn)化利用。(2)二氯甲烷與氫氧化鈉作用生成甲醛。工業(yè)中,二氯甲烷由天然氣與氯氣反應(yīng)制得,經(jīng)過精餾得到純品,是優(yōu)良的有機(jī)溶劑,常用來代替易燃的
12、石油醚、乙醚等,并可用作牙科局部麻醉劑、制冷劑和滅火劑等。對(duì)皮膚和粘膜的刺激性比氯仿稍強(qiáng),使用高濃度二氯甲烷時(shí)應(yīng)注意。(3)三氯甲烷是四種甲烷氯化物的一種,是重要的有機(jī)氯產(chǎn)品,可廣泛應(yīng)用于制冷劑,氟塑料,醫(yī)藥,染料,防火劑等生產(chǎn),也是良好的溶劑和萃取劑,為了保護(hù)大氣臭氧層,(4)四氯化碳絕大部分用于生產(chǎn)CFC-11和CFC-12,少量用于溶劑和清洗劑。根據(jù)蒙特利爾議定書倫敦修正案,我國自2010年1月1日起完全停止四氯化碳的生產(chǎn)和消費(fèi)。1.2 甲烷氯化物生產(chǎn)方法簡介國際上擁有甲烷氯化物生產(chǎn)技術(shù)的有美國道化學(xué)、美國鍛冶材料、日本信越化學(xué)、法國阿托化學(xué)、英國ICI、荷蘭阿克蘇、日本德山曹達(dá)公司等。
13、原料路線以甲醇法為主,甲烷法為輔;生產(chǎn)方法有熱氯化法、液相光氯化法、液相催化法。熱氯化以美國道化學(xué)為代表、液相光氯化法為法國阿托公司專有技術(shù)、液相催化氯化法為日本德山曹達(dá)公司的專有技術(shù)。我國甲烷氯化物生產(chǎn)始于1965年,主要方法是甲烷氯化法。甲烷氯化法是將甲烷在高溫下通氯氣進(jìn)行氯化,氯化產(chǎn)物經(jīng)水吸收除去氯化氫,再經(jīng)壓縮、冷凝分離出未反應(yīng)的甲烷后,分餾即得成品氯甲烷和多氯化物1 。敵百蟲副產(chǎn)回收法是回收氯甲烷或作商品或再甲醇?xì)渎然ㄉa(chǎn)一氯甲烷是使甲醇?xì)饣笈c來自氯化工序的尾氣含HCl 80 %(體積分?jǐn)?shù)) 按一定的比例混合進(jìn)入氯甲烷反應(yīng)器,在75 %氧化鋅水溶液的催化作用下,反應(yīng)生成一氯甲烷。
14、生產(chǎn)物以水洗、堿洗、干燥、壓縮、液化,得成品3 。俄專利RU 2070188 介紹:在106110 、00. 3 MPa 下,甲醇和氯化氫進(jìn)行脫氫氯化,隨后將反應(yīng)混合物蒸餾為氯甲烷及釜底產(chǎn)物( HCl 的甲醇液) 。本法中HCl 過量3 mol/ L ,并使母液甲醇形成飽和液,回收釜底產(chǎn)品用于反應(yīng)。俄期刊中介紹了以銅- 鉻尖晶石為催化劑,在含氧混合物中甲烷氯化制取氯甲烷的有效方法。由于副產(chǎn)物HCl 被氯化成與甲烷反應(yīng)的Cl2 ,Cl2 的利用率很高5 。俄專利介紹了在微球面 - 三氧化二鋁存在時(shí), 以氯化氫氣相氯化甲醇制取一氯甲烷的方法6 。生產(chǎn)方法主要是甲烷熱氯化法,甲醇法基本是空白。經(jīng)過2
15、0多年發(fā)展,直至20世紀(jì)90年代初,二氯甲烷和四氯化碳大部分采用甲烷法,氯仿則以氯油法為主、甲烷法為輔,一氯甲烷除為農(nóng)藥副產(chǎn)品外,主要是幾家有機(jī)硅廠采用甲醇液相催化氫氯化法生產(chǎn)。國內(nèi)甲烷氯化物生產(chǎn)普遍存在著規(guī)模小、布點(diǎn)分散、原料路線不合理、生產(chǎn)技術(shù)落后、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、開工率低、產(chǎn)品質(zhì)量差、消耗高等缺點(diǎn),大大落后于國外先進(jìn)水平。1993年后,浙江巨化引進(jìn)日本德山技術(shù)的30kt/a甲醇法甲烷氯化物裝置和上海氯堿總廠引進(jìn)意大利TECNIMONT的以C1C3廢氯烴為原料生產(chǎn)10kt/a四氯化碳(聯(lián)產(chǎn)5kt/a四氯乙烯)裝置相繼投產(chǎn),開創(chuàng)了我國甲烷氯化物生產(chǎn)水平向國際水平靠近的新紀(jì)元。此后,浙江巨化引進(jìn)
16、德山技術(shù)的第二套甲烷氯化物裝置(規(guī)模為45kt/a)、江蘇梅蘭采用Stauffer技術(shù)的30kt/a和40kt/a兩套甲烷氯化物裝置相繼投產(chǎn);以四川鴻鶴化工廠為代表的甲烷法甲烷氯化物裝置進(jìn)行了改擴(kuò)建并在技術(shù)上取得了長足的進(jìn)步;瀘州化工廠對(duì)以甲醇為原料采用液相催化氫氯化法及熱氯化法生產(chǎn)氯仿和四氯化碳的國內(nèi)工業(yè)化技術(shù)開發(fā)也取得了成功;江西星火化工廠采用甲醇液相催化氫氯化生產(chǎn)技術(shù)為有機(jī)硅配套的50kt/a氯甲烷裝置于2001年底投產(chǎn),單臺(tái)反應(yīng)器能力達(dá)到了25kt/a,其總體水平達(dá)到國際水平。到2003上半年,我國甲烷氯化物總能力已達(dá)到380.65kt/a,其中一氯甲烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳生產(chǎn)能
17、力分別為112.5 kt/a、90.6 kt/a、107.6 kt/a、69.95kt/a。包括正在建設(shè)和決定建設(shè)的項(xiàng)目(不包括已停產(chǎn)、停建及規(guī)劃的項(xiàng)目),預(yù)計(jì)到2005年我國甲烷氯化物總生產(chǎn)能力將達(dá)到889.15kt/a,其中一氯甲烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳分別為268.5kt/a、222.1kt/a、314.1kt/a、84.45kt/a。1.3 產(chǎn)品的市場需求1.3.1一氯甲烷的市場需求 目前世界一氯甲烷年產(chǎn)量約為120萬t ,主要用于生產(chǎn)有機(jī)硅單體甲基氯硅烷及甲基纖維素等。有機(jī)硅材料是一類性能優(yōu)異的合成材料,它具有耐高低溫、優(yōu)良的電絕緣性能等,因此被廣泛地應(yīng)用于尖端科學(xué)、國防和國民經(jīng)
18、濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。近10 年來,國際市場對(duì)有機(jī)硅產(chǎn)品的需求量逐年增長,西方國家市場增長率為3 %4 %/ a ,亞洲(日本除外) 增長率達(dá)12 %15 %/ a。目前全世界有機(jī)硅單體生產(chǎn)能力約為100 萬t/ a 。1.3.2二氧甲烷的市場需求二氯甲烷又稱甲叉二氯、氯化次甲基。二氯甲烷可以用作不燃性溶劑,如金屬表面油漆層的清洗脫膜劑、三乙酸纖維脂電影膠片的溶劑、石油脫蠟溶劑、氣溶膠的推動(dòng)劑、熱不穩(wěn)定性物質(zhì)的萃取劑。從從椰中提取食用油和羊皮提取羊脂的萃取劑、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。目前世界二氯甲烷總生產(chǎn)能力為92 萬t/ a ,美國、日本和西歐占9
19、0 % ,總產(chǎn)量約為70 萬t/ a ,消費(fèi)量約70 萬t/ a 。二氯甲烷消費(fèi)領(lǐng)域較其它甲烷氯化物廣泛。目前,我國二氯甲烷生產(chǎn)廠家主要為巨化集團(tuán),北京農(nóng)藥二廠,天津大沽化工廠,河南南陽化工廠,四川自貢鴻鶴化工廠等。1998年我國二氯甲烷生產(chǎn)能力約為1.8萬t。而國內(nèi)表現(xiàn)消費(fèi)量為5萬t。從目前國內(nèi)市場來看,二氯甲烷有很大的缺口。從二氯甲烷的國內(nèi)應(yīng)用前景分析,隨著人民生活水平不斷提高,加之國產(chǎn)膠卷的不斷發(fā)展,必將推動(dòng)膠片行業(yè)的發(fā)展。1993年我國進(jìn)口二氯甲烷22431t,出口131t;1994年進(jìn)口17946t,出口206t;1995年進(jìn)口20718t,出口67t;1996年進(jìn)口25119t,出
20、口294t;1997年進(jìn)口32565t,出口1425t;預(yù)計(jì)2005年消費(fèi)二氯甲烷10萬t。1.3.2 三氯甲烷的需求狀況 三氯甲烷為無色透明液體,是重要的有機(jī)合成原料,主要用于生產(chǎn)染料和藥品、致冷劑等。目前在中國三氯甲烷主要用于生產(chǎn)HCFC_22(二氟一氯甲烷)其消費(fèi)量占總消費(fèi)量的75%以上。另外,在醫(yī)藥工業(yè)中主要用作萃取劑等。預(yù)計(jì)2005年致冷劑的三氯甲烷消費(fèi)將超過10萬t。近年來,世界三氯甲烷總產(chǎn)量達(dá)到60 萬t/ a 以上, 國外三氯甲烷主要用于生產(chǎn)HCFC - 22 。HCFC - 22的90 %以上用于生產(chǎn)聚四氟乙烯。美國、西歐和日本的三氯甲烷消費(fèi)構(gòu)成情況見表6 。世界199620
21、01 年對(duì)三氯甲烷的需求以0. 5 %/ a的速率增長, 2003 年之后由于發(fā)達(dá)國家限制使HCFC - 22 ,盡管對(duì)聚四氟乙烯的需求增長,但總的趨勢是遞減的,預(yù)計(jì)20022007 年三氯甲烷需求量將以0. 2 %/ a 的速率遞減。三氯甲烷在2040年以前將以價(jià)格低廉而保持其應(yīng)有的市場占有率。在2010年之前其在制冷劑方面的消費(fèi)允許繼續(xù)增長。即使2040年停止作為制冷劑和發(fā)泡劑使用,但其作為含氟合成材料的用量將大幅增長,抵消了禁用的影響,未來十年,三氯甲烷仍處于有利的發(fā)展期,國內(nèi)企業(yè)應(yīng)抓住機(jī)遇,規(guī)?;a(chǎn)。第二章 生產(chǎn)方案的確定2.1 生產(chǎn)規(guī)模本甲烷氯化物裝置的設(shè)計(jì)規(guī)模定為:年產(chǎn)二氯甲烷1
22、3萬噸,氯仿12萬噸、一氯甲烷13萬噸,四氯化碳12萬噸。2.2 原料路線確定的原則和依據(jù)工業(yè)上生產(chǎn)甲烷氯化物的原料路線主要有甲醇法、甲烷法。甲醇法是以甲醇為原料與氯化氫反應(yīng)生成一氯甲烷,一氯甲烷再進(jìn)行氯化反應(yīng)生成多氯甲烷,氯化反應(yīng)副產(chǎn)的氯化氫再作為甲醇?xì)渎然脑?,其原料來源方便,可長距離運(yùn)輸。甲烷法是以甲烷為原料直接氯化生產(chǎn)甲烷氯化物,其原料主要就近依托天然氣資源,長距離運(yùn)輸受到局限。目前國外甲烷氯化物生產(chǎn)裝置以甲醇法為主,其次是甲烷法。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較上看,甲醇法優(yōu)于甲烷法,所以目前美國已全部采用甲醇法;在歐洲只有三個(gè)廠、日本有兩個(gè)廠采用甲烷法,其生產(chǎn)能力分別占當(dāng)?shù)乜偵a(chǎn)能力的25%和30
23、%,其余均采用甲醇法。本裝置采用甲醇法生產(chǎn)甲烷氯化物。表3-1 甲醇法與甲烷法生產(chǎn)甲烷氯化物工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表Table 3-1 The economy comparison of methano processl and methaneprocess序號(hào)內(nèi)容甲烷法甲醇法1原料宜靠近天然氣產(chǎn)地甲醇來源較方便2耗氯量多少3副產(chǎn)鹽酸多少4碳利用率80%9598%5產(chǎn)品僅適于主產(chǎn)二氯甲烷和氯仿可聯(lián)產(chǎn)四種甲烷氯化物6產(chǎn)品調(diào)節(jié)比例二氯甲烷/氯仿4060%二氯甲烷/氯仿2080%7噸產(chǎn)品投資607.26美元583.06美元8生產(chǎn)成本484.4美元/t378美元/t注:噸產(chǎn)品投資及生產(chǎn)成本數(shù)字來源于國外某咨
24、詢公司1983年對(duì)45400t/a甲烷氯化物裝置兩種原料路線的評(píng)價(jià)資料。甲烷法不包括天然氣凈化的投資;生產(chǎn)成本中未計(jì)副產(chǎn)品回收費(fèi)用。2.3 氯甲烷的生產(chǎn)方法2.3.1、生產(chǎn)原理甲醇?xì)渎然埔宦燃淄橛幸合喾ê蜌庀喾?。?)液相法液相法是甲醇與鹽酸反應(yīng),反應(yīng)式如下CH3OH + HClCH3Cl + H2O反應(yīng)過程中有少量二甲醚生成:CH3OH(CH3)2O + H2O一氯甲烷可制得二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳,即:CH3Cl + Cl2CH2Cl2 + HClCH2Cl2 + Cl2CHCl3 + HClCHCl3 + Cl2CCl4 + HCl(2)氣相法氣相法是氣化后的甲醇與氫氣在氯化器中反
25、應(yīng),反應(yīng)式為:CH3OH + Cl2 + H2CH3Cl + H2O + HCl一氯甲烷再與氯氣反應(yīng)制二氯甲烷、三氯甲烷及四氯化碳。采用液相法,其操作溫度約為130150;而氣相法的操作溫度大約300350。氣相法比液相法具有較高的設(shè)備生產(chǎn)能力。液相法通常是HCl和甲醇?xì)鈶B(tài)鼓泡通過液體催化劑,由于接觸時(shí)間短,生產(chǎn)能力受到限制。工業(yè)生產(chǎn)中,液相法和氣相法都被采用。這兩種方法,除了反應(yīng)器外,其它過程非常相似。液相法催化劑是以氯化鐵、氧化鋅一類的金屬氯化物的水溶液。氣相法的催化劑通常是氯化鋅、氯化銅和鋁,沉積在硅膠等載體上。2.3.2工藝流程甲醇?xì)渎然萍淄榱鞒倘鐖D10-5所示。圖2-1 甲醇制甲烷
26、氯化物流程圖1-氯化器;2-驟冷塔;3-精制;4-汽提塔;5-氫氯化反應(yīng)器;6-洗滌塔;7-干燥塔;8-壓縮機(jī);9-精餾塔注:表示四氯化碳;表示三氯甲烷表示二氯甲烷表示一氯甲烷HCl吸收及煙酸解析單元工藝流程液相法是將一定比例的甲醇和鹽酸以氯化鋅為催化劑在氫氯化反應(yīng)器(5)中反應(yīng),生成一氯甲烷,未反應(yīng)的甲醇和HCl在洗滌冷凝塔(6)中形成含甲醇的酸性溶液,經(jīng)精餾后回收的甲醇循環(huán)使用,經(jīng)水洗后的一氯甲烷在干燥塔(7)中用硫酸洗滌反應(yīng)過程中的二甲醚,并干燥一氯甲烷,純凈的一氯甲烷經(jīng)壓縮到0.758MPa送氯化器(1)。一氯甲烷在氯化器中與氯氣反應(yīng),生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。通過改變進(jìn)料比,
27、可得到不同產(chǎn)物產(chǎn)量分布。氣體在驟冷塔(2)冷卻,再分離出大部分HCl,未分離的HCl和Cl2在HCl氣提塔中(4)分離,HCl去氫氯化段,未反應(yīng)的Cl2返回氯化器。甲烷氯化物送入精餾塔(9),經(jīng)精餾后得到一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。2.4 工藝技術(shù)方案的選擇鑒于國內(nèi)甲醇法生產(chǎn)甲烷氯化物的工藝技術(shù)尚不完備,與國外差距較大,國內(nèi)正規(guī)引進(jìn)的日本德山技術(shù)(浙江巨化)、法國ATOCHEM技術(shù)(寧夏大元)、西班牙阿拉貢技術(shù)(四川鴻鶴)雖然技術(shù)先進(jìn),但軟件費(fèi)較高、裝置投資較大,故本工藝采用成熟的甲醇?xì)庀啻呋瘹渎然?一氯甲烷熱氯化工藝,由美國WEN公司提供技術(shù)和工藝包。第三章 生產(chǎn)工藝流程介紹3.
28、1 工藝流程說明3.1.1工藝原理及工藝流程簡述整個(gè)工藝主要由以下幾部分組成:(1)氫氯化單元、(2)氯化單元、(3)甲烷氯化物精制單元(4)氯化氫吸收及鹽酸解吸單元(5)廢水處理和尾氣洗滌單元。另外還配備酸堿貯存單元、冷凍單元、蒸汽及冷凝水回收單元等輔助設(shè)施。我只介紹第四個(gè)單元的工藝流程。氯化氫吸收及鹽酸解吸單元氯化氫吸收氯化單元副產(chǎn)的HCl(含少量氯甲烷)溫度28,壓力0.643MPa(G)的,其中大部分返回氫氯化單元作為氫氯化反應(yīng)的原料,多余部分送入氯化氫吸收和鹽酸解吸單元的鹽酸降膜吸收器,用來自鹽酸尾氣吸收塔的15%的稀鹽酸吸收,吸收器操作溫度45,壓力0.07MPa(G)。在吸收器底
29、部,31的鹽酸與尾氣氣液分離。31的鹽酸進(jìn)入相分離罐,分離出夾帶的尾氣,然后在進(jìn)入氣提塔進(jìn)料罐,用氣提塔進(jìn)料泵送入有機(jī)物氣提塔,去除殘留的微量有機(jī)物。氣提塔是一板式塔,塔頂操作溫度87,操作壓力0.07MPa(G),塔底操作溫度98,操作壓力0.08MPa(G),塔頂氣相主要為氯化氫、水及微量有機(jī)組分,返回降膜吸收器。塔底排出液經(jīng)31鹽酸冷卻器冷卻至37,用泵送往31鹽酸貯槽,作為副產(chǎn)品出售。31鹽酸貯槽與22鹽酸貯槽散發(fā)的酸霧在除酸霧塔用生產(chǎn)廢水噴淋吸收,吸收后的廢水送往廢水處理單元。降膜吸收器底部分離出的尾氣(含有氯甲烷、氯化氫、氮?dú)饧把鯕猓┡c相分離罐和氣提塔進(jìn)料罐的放空氣一起送入尾氣塔。
30、尾氣塔是一填料塔,用來自氫氯化單元的22的鹽酸,與補(bǔ)充的工藝水噴淋吸收尾氣中殘留的氯化氫,得到濃度約15的稀鹽酸,返回降膜吸收器。未被吸收的尾氣。經(jīng)過除霧器除去夾帶的水分和少量氯化氫,然后進(jìn)入硫酸干燥塔,用98的硫酸除去氣體中殘留的水分,98硫酸稀釋成88送往88硫酸貯槽,干燥后的氣體溫度40,壓力0.04MPa(G),送壓縮機(jī)壓縮,壓縮后的氣體由壓縮機(jī)自帶的冷卻器冷卻至溫度36,壓力0.93MPa(G)用氟利昂冷凝器進(jìn)一步冷卻至33,大部分氯甲烷氣體冷凝為液體送回氯化單元再循環(huán)塔進(jìn)料槽,未冷凝的氣體為氮?dú)?、氧氣及微量的氯甲烷氣體,送往廢氣處理單元處理后排放。鹽酸解吸 考慮到氯化單元停車時(shí)氫氯
31、化單元能獨(dú)立開車,設(shè)一套鹽酸解吸系統(tǒng)。來自31鹽酸貯槽的31(wt)鹽酸用泵送入高壓HCl汽提塔,汽提塔是一板式塔,塔頂操作溫度128,操作壓力0.4MPa(G),塔底操作溫度160,操作壓力0.43MPa(G),塔底排出液為19的鹽酸,用19鹽酸冷卻器冷卻至40后用泵送往22鹽酸貯槽。塔頂氣相為氯化氫氣體及水分,經(jīng)鹽酸汽提塔冷凝器冷卻至60,再經(jīng)鹽酸冷凝器冷卻至5,水分及少量鹽酸冷凝為液體,回流至高壓鹽酸汽提塔,為冷凝的氯化氫送往氫氯化單元。第四章 工藝計(jì)算書4.1 物料衡算4.1.1對(duì)整個(gè)工藝過程進(jìn)行物料衡算工藝過程主要進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng):CH3OH+HClCH3Cl+H2O 式4-1CH3C
32、l+Cl2CH2Cl2+ HCl式4-2CH2Cl2+ Cl2CHCl3+ HCl式4-3CHCl3+ Cl2CCl4+ HCl式4-4由設(shè)計(jì)要求所確定的已知條件:CH3Cl的出料量為:277kmol/h CH2Cl2的出料量為:153kmol/hCHCl3的出料量為:96 kmol/h CCl4的出料量為:81kmol/h設(shè)CH3OH的進(jìn)料量為X,HCl的進(jìn)料量為YCl2的進(jìn)料量Z,反為應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為:V=0.98由碳原子守恒得:X=277+153+96+81+0.02X 可解得 X=619.39kmol/h由式4-1可得HCl的進(jìn)料量為:Y=619.39kmol/h由式4-2、式4-3、式4
33、-4反應(yīng)可得:Z=153+96+81+0.02Z 可解得 Z=343.88 kmol/h 所以:整個(gè)工藝流程的進(jìn)料總量為:619.39+619.39+343.88=1582.66 kmol/h各組分的進(jìn)料量: CH3OH: 619.39kmol/hHCl: 619.39 kmol/hCl2: 343.88 kmol/h各組分的進(jìn)料的百分含量: CH3OH:619.391582.66100%=39.13%HCl: 619.39 1582.66100%=39.13%Cl2: 1504.081582.66100%=21.74%各組分出料量:CH3Cl:277kmol/hCH2Cl2:153 kmol
34、/hCHCl3:96kmol/hCCl4: 81 kmol/hH2O:619.390.98=607 kmol/h HCl:153+96+81+619.390.02=342.39kmol/hCH3OH: 619.390.02=12.39 kmol/hCl2: 343.880.02=6.88 kmol/h出料總量: 277+153+96+81+607+342.39+12.39+6.88=1575.66 kmol/h各組分出料百分含量:CH3Cl: 2771575.66100%=17.58%CH2Cl2:1531575.66100%=9.71%CHCl3: 961575.66100%=6.09%CC
35、l4: 811575.66100%=5.14%H2O: 6071575.66100%=38.52%HCl: 342.391575.66100%=21.73%CH3OH: 12.391575.66100%=0.79%Cl2: 6.881575.66100%=0.44%表4-1 整個(gè)工藝過程的物料平衡表組分進(jìn)料口出料口百分含量kmol/h百分含量kmol/hCH3Cl27717.58%CH2Cl21539.71%CHCl3966.09%CCl4815.14%H2O60738.52%HCl619.3939.13%342.3921.73%CH3OH619.3939.13%12.390.79%Cl215
36、04.0821.74%6.880.44%總計(jì)1582.661575.664.1.2 對(duì)HCl吸收及鹽酸解析單元進(jìn)行物料衡算 1.對(duì)氯化氫吸收進(jìn)行物料衡算 a.對(duì)鹽酸降膜吸收器進(jìn)行物料衡算設(shè)氯化單元副產(chǎn)的HCl的85%返回氫氯化單元作為氫氯化反應(yīng)的原料15%的HCl送入氯化氫吸收和鹽酸解吸單元。 對(duì)降膜吸收器進(jìn)行物料衡算:HCl進(jìn)料量(153+96+81)(15/36.5)/(15/36.5+85/18)=26.4kmolh16/36.5/(31/36.5+69/18)=0.0936來自尾氣吸收塔的15%的HCl的量為26.4/0.9360.08=22.56 kmolh進(jìn)料總量:26.4+22.
37、56=48.96 kmolh出料的HCl總量26.4/0.0936(31/36.5)/(31/36.5+69/18)=51.16 kmolh吸收器底部分離出的尾氣中的HCl可忽略不計(jì)。 b.對(duì)汽提塔進(jìn)料管進(jìn)行物料衡算因?yàn)檫M(jìn)料前相分離罐中分離出的尾氣中的HCl可忽略不計(jì)。所以HCl進(jìn)料量為51.16 kmolh HCl出料量為51.16 kmolhc.對(duì)汽提塔進(jìn)行物料衡算設(shè)水做為重關(guān)鍵組分,HCl設(shè)為非關(guān)鍵組分,微量有機(jī)物為氯甲烷設(shè)為輕關(guān)鍵組分。設(shè)塔頂氣相中水的摩爾含量不超過1%塔底液相中氯甲烷的摩爾含量不超過0.02%Xf=0.18 F=51.16/0.18=284.2 kmolh設(shè)塔頂塔釜料
38、液的摩爾比為1:49則D=284.20.02=5.684 kmolh W=284.20.98=278.516 kmolhXw=0.18則FXf=DXd+WXw51.16=5.684Xd+278.5160.18Xd=0.182.對(duì)鹽酸解吸進(jìn)行物料衡算設(shè)水作為重關(guān)鍵組分,HCl為輕關(guān)鍵組分,塔頂氣相中水的摩爾含量不超過2%塔底液相中HCl的摩爾含量為Xw=19/36.5(19/36.5+81/18)=0.104Xf=0.18 FXf=DXd+WXw 所以51.16=0.98D+0.104W因?yàn)镕=D+W解之得:D=24.66 kmolh W=259.54 kmolh4.2熱量衡算4.2.1對(duì)HCl
39、吸收及鹽酸解吸單元進(jìn)行熱量衡算1.對(duì)HCl吸收單元進(jìn)行熱量衡算塔底排出液溫度為98,經(jīng)31%鹽酸冷卻器冷卻至37。Cp=2.7585kJ(kg.K)=2.758536.5 J(mol.K)Q=nCpt=278.516 kmolh2.758536.5 Jmol.K(3798)=-1.71106 kJh2.對(duì)鹽酸解吸單元進(jìn)行熱量衡算塔底操作溫度160,冷卻至4019%的鹽酸溶液的Cp=3.0868 kJ(kg.K)=3.086836.5 J(mol.K)Q放=nCpt=259.54 kmolh (3.086836.5) J(mol.K) =-3.51106 kJh塔頂操作溫度128冷卻至60水的C
40、p1=(4.271+4.180)2=4.2255 kJ(kg.K) =4.225518 J(mol.K)=76.0591 J(mol.K)HCl的Cp2=(29.31+29.224)2=29.267 J(mol.K)Q放=nCpt=24.66 kmolh2%76.059 J(mol.K) (60128)+24.66 kmolh98%29.267 J(mol.K) (60128)=-50646.54 kJ再經(jīng)鹽酸冷凝器冷卻至-50下水的汽化潛熱為H=44870 Jmol600Cp1=(4.180+4.185) /20-5 Cp2=2.060 kJ(kg.K)=2.06018 J(mol.K)Q1
41、=nCpt+H=-2297.11 kJh6025 氣態(tài)氯化氫Cp1= 29.18J(mol.K)25-5Cp2=77.96 J(mol.K)Q2=nCpt=-81202.86 kJhQ放= Q2+ Q1=83499.97 kJh第五章 主要設(shè)備的工藝計(jì)算和核設(shè)備選型5.1汽提塔的設(shè)計(jì)及選型設(shè)計(jì)條件:流體的流量: Ls =0.414m3/s蒸汽流量: Vs=0.0025 m3/s操作壓力: 0.08Mpa 蒸氣密度: Pv=287kg/ m3液體密度: Pl=1137.6 kg/ m3液體的表面張力:67.63mN/ m材料的選擇: 設(shè)計(jì)壓力P=0.1Mpa,屬于低壓分離設(shè)備一類容器,介質(zhì)腐蝕性
42、未有特殊的要求,設(shè)計(jì)要求為98,故考慮選取16MnR作為塔體的材料。5.1.1筒體厚度計(jì)算塔徑估算取塔板間距H=350mm=0.35m ,塔板上層深度hl=50mm=0.05m故分離空間有: H-hl=0.35-0.05=0.30m動(dòng)能參數(shù): (Ls/Vs)(Pl/Pv)=(0.0025/0.414)(1137.6/287)=0.024由圖查得:負(fù)荷系數(shù):C20=0.06液體表面張力=67.37mN/mC= C20(/2010-5) 0.2=0.06(67.3710-5/2010-5) 0.2=0.0635最大允許空速: Umax=C(Pl-Pv)/Pv1/2=0.0766(1137.6-28
43、7)/287 1/2=0.132m/s適宜的空塔速度U一般為最大允許氣速的0.6-0.8倍取U=0.6Umax=0.60.132=0.0792 m/s則塔徑: DT=(VS/0.785U)1/2 =(0.414/0.7850.0792)1/2=2.58m按強(qiáng)度條件:筒體所需要的厚度: Sd=PDi/(2t-P)+C1+C2 =0.12580/(21700.85-0.1)+2.6=3.94mm按剛度要求,筒體所需要的最小厚度: Smin=2Di/1000=22580/1000=5.16mm且Smin不小于3mm故按剛度條件,厚筒體的厚度為5.16 mm現(xiàn)在假設(shè)塔體的厚度為:Sn=12mm則假設(shè)塔
44、體的有效厚度為: Se=Sn-C=12-2.6=9.4mm5.1.2封頭厚度計(jì)算采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭,則 Sd= PDi/(2t-0.5P)+ C1+C2=0.12580/(21700.85-0.50.1)+2.6=3.49mm為了便于焊接,取封頭與筒體的厚度 Sn=12mm5.1.3塔體高度的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的K=1,由即1=1/2+(258024)/2hi)解得: hi=639mm由壁厚12mm查得直邊高度所以,風(fēng)頭高度為:639mm+40mm=679mm塔筒體高度: 370.35=12.95m底座高度為:1m所以塔的總高度為:1+12.95+0.679=14.629m5.1.4塔體上各項(xiàng)
45、載荷計(jì)算 塔重塔體重量: Q1=6652kg塔盤等內(nèi)件重量: Q2=2259kg保溫層重量: Q3=3500kg操作平臺(tái)及斜槽重量:Q4=2800kg料液重量: Q5=1570kg裙座重量: Q6=789kg充水質(zhì)量: Q7=19400kg塔體操作時(shí)的重量: Q1-1= Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5 =17543kg塔體與裙座操作時(shí)的中量:Q0-0= Q1-1+ Q6=18332kg全塔最大重量: Q0-0max= Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q6+ Q7 =35400 kg全塔最小重量: Qmin= Q1+ Q4+ Q6=10241 kg 標(biāo)準(zhǔn)塔盤的選擇取動(dòng)力因素F0=12,則:
46、 U0=F0/Pv1/2=12/2871/2=0.71m/s塔盤上的閥孔直徑:d0=0.039m故閥門數(shù)為: N=4Vs/(0.039)29.57=36.23(個(gè))按N=37來計(jì)算所以,校核動(dòng)能因數(shù)F0即: U0=4Vs/d02 N =40.414/(0.039)237 =9.37m/s F0= U0Pv1/2 =9.372871/2塔截面積與溢流裝置 塔的截面積 AT AT=(/4)DT2 =(/4)2.582=5.225m2 溢流管的截面積Af及溢流管的寬度Wd Lw/DT=1807/2580=0.7004查得: Af/At=0.1430及Wd/DT=0.0878所以; Af=0.1430
47、At=0.14305.225=0.747m2 Wd=0.0878Dt=0.08782.58=0.227m 溢流堰高度:hw因?yàn)槭且话愕奈锵?,故取液流收縮系數(shù)E近似等于1,則堰上的液層高度:h0w=2.84/1000E(3600Ls/Lw) =2.84/10001(36000.0025/1.807) =0.008hw=hl- h0w =0.05-0.008=0.042m 溢流管底與塔盤間距離h0取液封高度hw- h0為3mm 故 h0=hw-0.003=0.042-0.003=0.039m校核降液出口速度UD1=Ls/Lw h0 =0.0025/(1.8070.039) =0.035m/sUD1
48、之值低于0.07故認(rèn)為可以 驗(yàn)算液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間=AfHt/Ls =0.14300.35/0.0025 =20.02s由以上計(jì)算認(rèn)為溢流管尺寸合適。流體力學(xué)驗(yàn)算單板流體力學(xué)阻力hp浮閥由部分全開轉(zhuǎn)變?yōu)槿咳_時(shí)的臨界速度 UocUoc=10.5/Pv1/1.825 =10.5/2871/1.825 =0.479.605此時(shí): hc=5.34=5.340.472287(29.181137.6)=0.016 m 氣體通過板上清液層的壓力降 對(duì)于甲烷氯化物的物系:取故 m 由表面張力引起的壓力降 因?yàn)橛杀砻鎻埩σ鸬膲毫抵递^小,一般略去不計(jì)。 所以: hp+hl+=0.016+0.025=0.041m即: hp=0.0411137.69.18=428.17Pa 泄漏驗(yàn)算取動(dòng)力因數(shù)的下限值,即?。?,算出相應(yīng)的氣相最小負(fù)荷即: Us,min=(3.14/4)d02N U0,min=(3.14/4) 0.0392379.37=0.414m/s所以不會(huì)泄漏。 液泛的驗(yàn)算為了避
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