樣本二氯甲烷的氯化吸收工藝設計

1、題 目 年產4000噸的氯甲烷氯化吸收工段的初步設計原始數據：4kt/a二氯甲烷氯化吸收，年工作日330天，其余數據以工廠實際收集為準。說明書內容：1進行工段工藝流程設計；2進行工段物料、熱量衡算，并編制物料平衡數據表；3進行工段設備設計或選型，編制設備一覽表；4編制工段初步設計說明書。圖紙要求：1繪制帶控制點的工藝流程圖；2繪制主要設備的設備圖及設備布置圖；前言二氯甲烷具有溶解能力強和毒性低的優(yōu)點，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。二氯甲烷為無色液體，在制藥工業(yè)中做反應介質，用于制備氨芐青霉素、羥芐青霉素和先鋒霉素等

2、;還用作膠片生產中的溶劑、石油脫蠟溶劑、氣溶膠推進劑、有機合成萃取劑、聚氨酯等泡沫塑料生產用發(fā)泡劑和金屬清洗劑等。目錄第一章總論1概述1.1.1產品的物理化學性質1.1.2質量標準1.1.3產品的主要用途1.1.4產品的市場需求1.2原材料的規(guī)格來源及凈化第二章生產工藝流程簡述2.1二氯甲烷的生產原理及生產方法2.1.1生產原理2.1.2二氯甲烷的生產方法及特點2.2生產工藝與流程簡述2.2.1甲烷氯化物生產工藝流程簡述2.2.2二氯甲烷生產工藝流程簡圖第三章物料衡算和熱量衡算3.1計算基準3.2物料衡算和熱量衡算3.2.1反應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備的工藝計算及選型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4.15粗氯化液液儲槽第五章綜合表 第六章設備一覽第七章管路設計 評述 參考文獻第一章 總論1概述1.1.1產品的物理化學性質一.產品的物理性質二氯甲烷是無色透明不分層液體，在氧氣中易爆炸，其具體物理性質如下表： 表11名稱單位 產 品二氯甲烷分子量84.94外觀無色透明不分層液體分子式CH2Cl2沸點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-96.7在空氣中爆炸范圍V%13.018.0在氧氣中爆炸范圍V%13.018.0二產品的化學性質二氯甲烷是無色、透明、比水重、易揮發(fā)的液體，有類似醚的氣味和甜味，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，與絕大多數常用的有機溶劑互溶，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、 HYPERLINK /selloffer/k-%B1%F9%B4%D7%CB%E1_n-y.html t _blank 冰醋酸、磷酸三乙酯、甲酰胺、環(huán)己胺、乙酰乙酸乙酯中。純二氯甲烷無閃點，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，然而當二氯甲烷與丙酮或甲醇液體以10：1比例混合時，其混合特具有閃點，蒸發(fā)后與空氣會形成易燃的混合物。 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。當發(fā)生嚴懲的中毒危險時應立即脫離接觸并移至新鮮空氣處，一些中毒癥狀就會得到緩解或消失，

6、不會引起持久性的損害。有麻醉作用，主要損害中樞神經和呼吸系統(tǒng)。人類接觸的主要途徑是吸入。已經測得，在室內的生產環(huán)境中，當使用二氯甲烷作除漆劑時，有高濃度的二氯甲烷存在。一般人群通過周圍空氣、飲用水和 HYPERLINK /doc/list_category_2-84-.html t _blank 食品的接觸，劑量要低得多。據估計，在二氯甲烷的世界產量中，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。其初始降解產物為光氣和一氧化碳，進而再轉變成二氧化碳和鹽酸。當二氯甲烷存在于地表水中時，其大部分將蒸發(fā)。有氧存在時，則易于生物降解，因而生物蓄積似乎不大可能。呼

7、吸系統(tǒng)防護：空氣中濃度超標時，應該柚戴直接式防毒面具(半面罩)。緊急事態(tài)搶救或撤離時，佩戴空氣呼吸器。1.1.2質量標準工業(yè)二氯甲烷產品的技術指標（GB4117-92）表12指標名稱指標優(yōu)等品一等品合格品純度(Pt-CO) %99.599.098.0酸度（以HCl計）%0.00040.00080.0010水份 %0.0400.0500.060色度 101010蒸發(fā)殘渣 %0.00050.00100.00301.1.3產品的主要用途 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品清

8、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和毒性低的優(yōu)點，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。二氯甲烷為無色液體，在制藥工業(yè)中做反應介質，用于制備氨芐青霉素、羥芐青霉素和先鋒霉素等;還用作膠片生產中的溶劑、石油脫蠟溶劑、氣溶膠推進劑、有機合成萃取劑、聚氨酯等泡沫塑料生產用發(fā)泡劑和金屬清洗劑等。二氯甲烷在中國主要用于膠片生產和醫(yī)藥領域。其中用于膠片生產的消費量占總消費量的50%，醫(yī)藥方面占總消費量的20%，清洗劑及化工行業(yè)消費量占總消費量

9、的20%，其他方面占10%。1.14產品的市場需求二氯甲烷又稱甲叉二氯、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、氣溶膠的推動劑、石油脫蠟溶劑、熱不穩(wěn)定性物質的萃取劑。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、礦物油的閃點升高劑、滅火劑、煙霧劑的推進劑、脲泡沫的發(fā)泡劑目前，世界二氯甲烷供需基本平衡，但由于產品和國家地區(qū)之間發(fā)展不平衡，其未來產量的增減也因地區(qū)而異。由于美國、西歐、日本相繼出口一些環(huán)保法規(guī)，嚴格控制排放，盡可能回收，預計美國等工業(yè)發(fā)達國家和地區(qū)消費將逐年遞減，而世界的其它國家和地區(qū)，如東歐、中東、亞洲和拉美等

10、發(fā)展中國家對二氯甲烷的需求量將保持較快的增長速度，預計世界范圍內2000-2005年對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、來源及凈化原料規(guī)格：氯氣純度 Cl295.0%(V) 水份H2O0.05%(wt)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.原料來源1氯氣：來自燒堿車間電解產生的氯氣 2. 天然氣：因為自貢豐富的天然氣資源，因此就地取材第二章 生產工藝流程簡述21二氯甲烷的生產原理及生產方法211生產原理甲烷熱氯化機理和其它烷烴氯化機理相似，都是自由基連鎖反應。氯分子的活化是通過

11、高溫來實現的，其自由基連鎖反應歷程，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

12、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.不活潑產物R+R。不活潑產物（3）原料氣中氧的存在能阻礙反應。R.N.Pease等人曾研究了甲烷氯化反應中對鏈終止的影響。 在甲烷熱氯化反應過程中，反應溫度不高時，反應按自由基連鎖反應進行。當反應溫度升高到370。C時，連鎖反應機理的相對作用隨之減低，反應溫度超過430。C，甲烷氯化反應實際上是一逐級取代不可逆的雙分子均相反應。反應過程中四種氯化物同時生成，所以甲烷直接氯化不可能得到單一的產品，其反應方程式如下： CH4+Cl2 CH3Cl+HCl+24.019千卡/克分子 CH3Cl+Cl2 CH

13、2Cl2+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 甲烷氯化反應是強放熱反應。在反應開始前供給熱量，當反應開始后所需能量可由反應熱供給。由于放熱量大，如不采取措施控制反應熱并及時帶走溫度會急劇升高，這樣會產生劇烈的燃燒反應或氯化物產生裂解反應。 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濃時，也會使反

14、應進行極為猛烈，甚至產生爆炸。因此，要保證甲烷熱氯化反應順利進行的主要條件是：保證原料氣的正確配比； 保證甲烷和氯氣充分均勻混合； 有效和及時引出反應熱。 2.1 .2二氯甲烷的生產方法及特點 二氯甲烷的主要生產路線是甲烷和氯甲烷的氯化。其生產方法最早采用甲烷和氯甲烷的高溫氣相熱氯化法，后來發(fā)展了光氯化法。1972年美國C-E lummus 公司和Arm-strong公司共同開發(fā)了甲烷氧氯化法，1979年日本德山曹達化學公司開發(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。目前廣泛用于工業(yè)生產的是熱氯化法。最初的甲烷熱氯化以德國Hoechst公司為代表。反應器形式有內循環(huán)式、蓄熱式、列管式

15、和沸騰床等多種形式。我國多采用內循環(huán)式反應器。1（甲烷）天燃氣熱氯化法天燃氣與氯氣反應，經水吸收氯化氫副產鹽酸后，用堿液除去殘余微量的氯化氫，再經干燥、壓縮、冷凝、蒸餾得到產品。甲烷氯化機理是游離基連鎖反應，通過升高溫度或用30005000A的光源輻射來實現氯分子的活化。在工業(yè)操作中，為保持一個穩(wěn)定的自由基連鎖反應，需要將溫度維持在380450。甲烷氯化是強放熱反應，反應溫度的控制十分重要和困難。為解決這一問題，在工業(yè)上已成功地采用了下列反應裝置設計：1、大量循環(huán)甲烷或產生的氯代甲烷使用的多級反應器，以保證足夠的進料比；2、采用霧化四氯化碳或較低的氯甲烷為熱載體；3、采用流化床反應器。2氯甲烷

16、氯化法將氯甲烷與氯氣氯化反應，光氯化法在4000Kw光照下進行，或采用熱氯化法工藝，熱氯化生產控制氯甲烷與氯氣之比為（22.5）:1，反應溫度為420。C，反應壓力19Kpa，反應冷卻吸收、堿液除去氯化氫、蒸餾、壓縮精餾，分別除去三氯甲烷，四氯甲烷在塔頂得到產品。氯甲烷生產二氯甲烷時，反應成1mol氯化氫，此時氯化氫可返回甲醇氫化裝置作為制取氯甲烷原料，可以制造一個氯的閉路循環(huán)系統(tǒng)。這種氯化氫裝置與熱氯化系統(tǒng)結合生產甲烷氯代物的過程是一高效的過程。生產二氯甲烷時，通常產生出80%的二氯甲烷、15%的三氯甲烷、5%四氯化碳。22生產工藝流程簡述2.2.1甲烷氯化物生產工藝流程簡述 分別來自燒堿車

17、間、配氣站和反應裝置的氯氣、天然氣和循環(huán)氣，按一定配比經計量進入混合器，混合均勻后進入反應器，進行甲烷熱氯化反應，反應組成為：甲烷氯化物、氯化氫、過量的甲烷、惰性氣體和微量的游離氯。反應氣經空氣冷卻器冷卻后進入碳黑分離器，除去反應中產生的少量碳黑，進入水洗系統(tǒng)除去氯化氫。從碳黑分離器出來的反應氣（7090。C），與稀酸分離器來的酸，進入第一膜式吸收器頂部，順流而下，進行降膜吸收氯化氫后，反應氣與稀鹽酸入鹽酸分離器進行氣液分離，大于16%濃度的副產鹽酸送至沉鈣車間。反應氣與計量后的吸收水，入第二膜式吸收器頂部進行第二次吸收，反應氣與稀酸入稀酸分離器，稀酸入第一膜式吸收器，反應氣則進酸霧分離器除去

18、酸霧，進入中和塔。第一、第二膜式吸收器管間冷卻水逆流串聯使用。反應氣經兩次水洗，除去酸霧（氯化氫含量低于1%），再進行中和，中和塔用10%20%的氫氧化鈉溶液除去反應中殘余的氯化氫、游離氯、二氧化碳等。燒堿車間送來的堿液，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，進中和塔，當堿液濃度降到規(guī)定值（3%5%）后，送至廢堿處理裝置。從中和塔塔頂出來的反應氣，進入干燥系統(tǒng)；堿液分離器底部的液體定時排放。中和后的反應氣進入硫酸干燥塔，從硫酸干燥塔底部進入進行脫水干燥；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，計量后進入干燥塔頂部，由塔中段流出的硫酸入塔下

19、段，稀硫酸（80%90%）從塔釜排至稀硫酸中間槽，定時用稀硫酸泵送至稀硫酸大貯槽，以備出售。干燥后的反應氣，從干燥塔頂部出來進入固堿中和器，除去硫酸干燥過程中生成的硫酸酸霧，再經壓縮機壓縮至0.40.6Mpa（表壓）。壓縮后的反應氣經緩沖罐和機后冷卻器冷卻至40.C以下，進入熱交換器，與冷凝器來的循環(huán)氣進行換熱，使反應氣溫度降至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)氣經熱交換器后，匯同二氯甲烷蒸餾一塔頂部來的一氯甲烷（該一氯甲烷

20、經過了氣液分離器，液體流回粗氯化液貯槽）氣體，一部分作為生產四氯化碳原料氣，另一部分經減壓至0.20.3Mpa（表壓）返回氯化反應器和調節(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。 222二氯甲烷生產工藝流程簡圖 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 混合器稀酸分離器 反應器鹽酸分離器循環(huán)氣反應器鹽酸分離器氯氣 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 粗氯化液貯槽冷凝器熱交換 器機后冷凝器緩沖罐壓縮機干燥塔 第三章 物料衡算和熱量衡算31 計算基準以單位時間為基準，按年工作3

21、30天，每天24小時，二氯甲烷小時生產量Kg/h32 物料衡算和熱量衡算3.2.1反應器的物料衡算和熱量衡算本反應過程是強放熱反應，由于放熱量大，如不采取措施控制反應熱并及時移走，溫度會急劇升高，這樣會產生強烈的燃燒反應，使反應或使氯化物產生裂解反應。因此利用加入過量甲烷得到的循環(huán)氣為稀釋劑而移走反應熱量。計算依據二氯甲烷產量505.05Kg/h. 即5.94Kmol/h.原料組成 含Cl2 96%, CH495%.進反應器的原料配比（摩爾比） Cl2：CH4：循環(huán)氣=1：0.68：3.0出反應器的比例CH2Cl2：CHCl3=1：0.5（質量比）(CHCl3+CCl4)/CH2Cl3=0.3

22、8（摩爾比）操作壓力 0.08MPa（表壓）反應器進口氣體溫度 25oC,出口溫度420oC2物料衡算 Cl2 反CH3Cl 應 CH2Cl2CH4 器 CHCl3 CCl4HCl 假設循環(huán)氣不參與反應，只起帶走熱量的作用。設進口甲烷X kmol/h,出反應器一氯甲烷Ykmol/h,氯化氫Zkmol/h 由CH2Cl2:CHCl3=1:0.5（質量比）CHCl3時產量：505.050.5=252.5Kg/h=2.11kmol/h(CHCl3+CCl4)/CH2Cl2=0.38（質量比）CCl4的量：0.147kmol/h由于反應復雜，用元素守衡法：則 Cl元素守衡 2.96X=Y+5.942+

23、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/h Z=32.68kmol/h所以反應器進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：3.03

24、4.06=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 CH4:102.19-13.89-2.058-0.465=85.76kmol/h進口氣體總量：32.68+24.25+(102.19-13.89)=143.07kmol/h反應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+

25、32.68+5.94+2.11+0.147=143.07 kmol/h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%CHCl3:2.11/143.07100%=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%反應器物料平衡表 表21組分反應器進口反應器出口Kmol/h組成%(mol)K

26、g/hKmol/h組成%(mol)Kg/hCH4107.8575.31725.685.7659.941372.16Cl232.6922.852320.99CH3Cl13.899.71701.415CH2Cl25.944.15504.9CHCl32.111.47252.145CCl40.1470.1022.638CO20.4650.3320.460.4650.3320.46N22.0581.4657.6242.0581.4657.642HCl32.6822.841192.85總計143.071004124.674143.071004124.6742.熱量衡算（以1h，25oC為基準）參加反應的各

27、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 0.147 32.68 Hf -74.85 0 -393.51 -81.92 -87.86 -100 -106.76 92.3Hro=生成物UlHf-反應物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各物質的（J/mol.k）物質 CH3C

28、l 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）=(13.8966.07+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各物質的（J/mol.k）物質 CH3Cl N2 CH4 CO2（J/m

29、ol.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) =1.98106KJ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氣放出的熱量，使反應溫度保持在420左右，維持反應順利進行。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，保證吸收的順利進行。計算依據 進口氣體420，組成和流量與反應器出口相同；出口氣體80，操作

30、壓力0.06MPa（表壓）熱量衡算定性溫度t=(420+80)/2=250250各物質的（J/mol.k）物質 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 CO2 N2 HCl CH4（J/mol.k）56.361 69.639 81.920 96.558 45.06 29.611 29.293 47.752 熱負荷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

31、收器的物料衡算和熱量衡算Lx2 Vy2 Vy2 Lx2 本設計用兩個石墨降膜吸收器串聯吸收，氣體經一膜吸收后再經二膜吸收，吸收劑水先經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，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.計算依據(1).一膜進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).進口氣體組成同反應器出口(5).操作壓力0.6MPa（表壓）(6).出口酸濃度28%（質量）

32、，即16%（摩爾）(7).冷卻水進口溫度252.物料衡算 對并流高濃度氣體吸收，操作線方程為： L()=V(-) （35）解得：x2=0.051即一膜進口酸，二膜出口酸濃度為0.051需要的吸收劑用量： = =167.2Kmol/h副產鹽酸的量：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

33、.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%CCl4 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

34、/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 88.93 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 假設冷卻水溫升8，則冷卻水耗用量 水的Cw=4.18

35、KJ/Kg.K=75.42KJ/Kmol.k WW=1.75106/75.428=2.95103Kmol/h 第二膜式吸收器 計算依據 (1)進口氣體組成同一膜出口氣體組成 (2)進口氣體溫度70，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)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(0.08-0.0

36、06)=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%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%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

37、=6105KJ/h在定性溫度t=(70+60)/65下物質的等壓熱容Cp(KJ/kmol.)CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl CH4 CO2 N243.87 55.49 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從一膜出來的冷卻水逆流進入二膜，進口溫度33其溫升：t=0.6

38、5105/(75.422.95103)=2.87出口水溫：33+2.87=35.87324 中和塔（填料塔）1計算依據（1）進塔氣體組成同二膜出口氣體組成（2）用20，15%的稀氫氧化鈉溶液吸收,出塔堿濃度4%（質量）（3）出塔氣體溫度60（4）出口氣體中無氯化氫和二氧化碳氣體2.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

39、質量流量：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%（質量）=100%=7.35%（摩爾）4%（質量）=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出塔氣中無氯化氫氣體和二氧化碳氣體，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

40、 2.11/112.925100%=1.9%CCl4 0.147/112.925100%=0.13%N2 2.058/112.925100%=1.82%CH4 85.76/112.925100%=75.9%第四章 主要設備的工藝計算及選型41 空冷器 本過程傳熱量大，一般的換熱器不能達到換熱效果。空冷器換熱效果好，結構簡單，節(jié)約水資源，沒有水污染等問題，比水冷更經濟，故選用空冷器。計算依據（1）進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 3

41、2.68%(kmol/h)59.94 9.71 4.15 1.47 0.1 0.33 1.46 22.84（2）設計溫度 40（3）進空冷器溫度420，出空冷器溫度80（4）進出口壓力0.06MPa（表壓）（5）換熱量Q=2.37106KJ/h設計計算 查化工裝置的工藝設計表9-31得輕有機物的傳熱系數為10英熱單位/英尺2.h. 換算為國際單位制：K=100.864.18=204.25KJ/m2.h.假設空氣溫升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=0.8tm=tm1.=146.910.8=117.53則所需普通光管的

42、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計圖9-120得：最佳管排數為n=6又由n=6查表9-33得迎面風速FV=165米/分表面積/迎風面積=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迎面風速，米/分代入數據 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合

43、理以光管外表面為基準的空冷器的換熱面積為98.73m2由于資料有限，無法查到標準空冷器系列及翅片規(guī)格。因此無法校核傳熱系數及確定翅片面積參考鴻化廠選37712的換熱管管長L=98.734/0.3532=1010米管內流速u=143.0722.44/0.3532=2762.5m/h=9.2m/su=9.2m/s符合換熱管內流速范圍1530米/秒，故換熱管選擇合理空冷器規(guī)格及型號：3771010 F=98.73m242第一膜式吸收器 降膜式吸收器在吸收過程中不斷的將反應熱移走，其傳熱傳質效果好，吸收效率高，在吸收系統(tǒng)內壓力降低，所生產的酸溫度低，不需有后冷，且設備耐腐蝕，維修方便，使用壽命長，可制

44、成較大規(guī)格。用于處理量較大的吸收過程。因此選用降膜式石墨吸收器吸收氯化氫氣體。計算依據（1）進出口組成同空冷器出口組成（2）進口溫度80，出口溫度70（3）吸收水溫42，冷卻水溫25,溫升8（4）進口酸濃度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/h計算換熱面積（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)理化常數手冊查得K=3000KJ/m2.h.S=Q/K.tm=1.75106/300045=13.2m2計算吸收面積（并流） 由

45、于有大量的冷卻水帶走熔解熱，將此過程保持等溫，因此簡化為等溫吸收，在42下查得HClH2O平衡數據如下：x 0 0.00998 0.0202 0.0412 0.0631 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個相等的小區(qū)間，對應一個

46、y求出一個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 0.12452 0.13936 0.1542x 0.104 0.0918 0.0793 0.0658 0.051y 0.16094 0.18388 0.19872 0.21356 0.2284 在同一直角坐標系中作出操作線和平衡線如圖一： 圖一對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/y

47、2=0.143/0.227=0.63 查化工過程及設備設計圖318得：f=ym/yc=0.51 即ym=0.073 進口端kG的查?。涸趖=80下查得各物質(pA.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.

48、71%+854.15%+119.51.47%+1540.10%+36.522.84%+440.33%+1659.94%+281.46% =28.81 由計算出的換熱面積13.2m2，按石墨制化工設備設計表326初選換熱器規(guī)格：公稱直徑450mm，吸收管61根，223的吸收管 入口氣體質量流速： 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管內徑，mG0入口氣體質量流速,kg/m2.h入口氣體粘度，Kg/m.hM平均分子量查氯堿工業(yè)理化常數手冊圖1

49、561得：kG=20010-6Kmol/m2.h.Pa由于HCl氣體易溶于水，屬氣膜控制，總傳質系數1/Ky=1/ky+m/kx中可忽略液膜阻力m/kx ，即Ky=ky又因為氣相總壓不高，則ky=P.kG （44）所以Ky=P.kG=1.610520010-6=32.0Kmol/m2.h出口端kG的查?。翰榈胻=70的(pa.S)CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl CO2 N2 CH412.4 11.3 11.4 10.9 16.5 16.7 18.9 12.0平均分子量： =12.411.4%+11.34.9%+11.41.7%+10.90.12%+12.070.3%+1

50、6.70.38%+18.91.69%+16.49.4% =0.045Kg/m.h平均粘度：M=50.51.4%+854.9%+119.51.7%+1540.12%+36.59.4%+440.38%+281.69%+1670.39% =27.47出口氣體質量流速： G0=(121.8427.474)/(0.016261)=2.73105Kg/m2.h DG0/M1.75=(0.0162.73105)/(0.04527.471.75)=319.9 kG=20510-6Kmol/m2.h.Pa出口端的壓力P=1.6(1-21.23/143.07)=1.36atm Ky=kG.P=20510-61.3

51、6105=27.9Kmol/hHCl被吸收一半時（即xc處）的查取 氣體總量：143.07-21.23/2=132.455Kmol/h剩余HCl的量 ：32.68-231.23/2=22.065Kmol/h各氣體的含量：CH3Cl 13.89/132.455100%=10.5% CH2Cl2 5.94/132.455100%=4.48% CHCl3 2.11/132.455100%=1.59% CCl4 0.147/132.455100%=0.11% HCl 22.06/132.455100%=16.66% CO2 0.465/132.455100%=0.35% N2 2.058/132.45

52、5100%=1.55% CH4 85.76/132.455100%=64.75%查得t=(80+70)/2=75下的(pa.S)CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl CO2 N2 CH412.6 11.9 11.8 11.0 17.0 17.4 19.3 12.5平均粘度： =12.610.5%+11.94.48%+11.81.59%+11.00.11+17.40.35%+19.31.55% +12.564.75%+17.016.66% =0.048Kg/m.h平均分子量：M=50.510.5%+854.48%+119.51.59%+1540.11%+36.516.66%+4

53、40.35%+1664.75%+281.55% =28.21氣體質量流速： G0=(132.45528.214)/(0.016261)=3.05105Kg/m2.h DG0/M1.75=(0.0163.05105)/0.04828.211.75)=294.4查得KG=19610-6Kmol/m2.h.Pa P=1.6(1-10.615/143.07)=1.5atm Ky=kGP=19610-61.5105=29.4 Kmol/m2.h則對應于y1,y2和yc的Ky分別為： Ky1=32.0 Kmol/m2.h ,Ky2=27.9 Kmol/m2.h ,Kyc=29.4 Kmol/m2.h Ky

54、c/Ky=29.4/32.0=0.919 Kyc/Ky2=29.4/27.9=1.05查化工過程及設備設計圖318 f=Kym/Kyc=0.96 即Kym=Kyc0.96=28.2Kmol/m2.h由化工過程及設備設計式（319）F=W/Kymym （45）式中F吸收面積，W單位時間內吸收的溶質的量，Kmol/hy吸收過程中的平均推動力Kym吸收系數，Kmol/m2.h代入數據F=21.23/28.20.073=10.3m2所以由吸收面積10.3m2，換熱面積13.2m2，按石墨制化工設備設計326選換熱器公稱直徑450mm，固定管 板厚度140mm，吸收管數量61根，換熱面積15m2，吸收面

55、積12.6m2，管程數1換熱面積裕度：(15-13.2)/13.2100%=13.6%吸收面積裕度：(12.6-10.3)/10.3100%=22.3%43第二膜式吸收器計算依據（1）進口氣體組成同一膜出口處 （2）進口溫度70，出口溫度60（3）吸收水溫42，冷卻水溫33，溫升2.87（4）操作壓力0.036MPa（表壓）（5）換熱量Q=0.65106KJ/h（6）進口清水，出口稀酸濃度5.1%（7）吸收氣體量10.59Kmol/h計算換熱面積冷卻水由33上升到35.87，氣體由70降到60則t1=70-35.87=34.13 t2=60-33=27 tm=28S=Q/Ktm=0.65106

56、/300028=9m23.計算吸收面積操作線方程：即在y1-y2之間分為10個相等的小區(qū)間,對應一個y求出一個x,所得x,y如下：x 0.051 0.046 0.042 0.037 0.032 0.027y 0.006 0.0134 0.0208 0.0282 0.0356 0.043x 0.022 0.017 0.011 0.0057 0y 0.0504 0.0578 0.0652 0.0726 0.08平衡線第一膜已作出，同一坐標下作出操作線如圖一，同樣用諾曼法量得：y1=0.005 y2=0.008 yc=0.047算出yc/y1=0.047/0.005=9.4,yc/y2=0.047/

57、0.08=0.58查得 f=ym/yc=0.62,ym=0.03進口端的kG查?。阂蚨?膜進口端與一膜出口端的溫度和物質組成相同，故粘度和平均分子量同一膜出口端 =0.045Kf/m.h,M=27.47由換熱面積S=9m2，按石墨制化工設備設計表326初選換熱器規(guī)格：公稱直徑500mm，吸收管數量85根，223的吸收管入口氣體質量流速：G0=(121.8427.474)/(0.016285)=2.0105Kg/m2.hDG0/M1.75=(0.0162.0105)/(0.04527.471.75)=215.7查得kG=15010-6Kmol/m2.h.PaKy=kGP=1501.3610-61

58、05=20.4Kmol/m2.h出口端Ky的求?。翰榈胻=60下的(pa.S)CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl CO2 N2 CH411.8 10.9 10.4 9.2 15.1 15.4 18.0 10.9平均粘度：=11.812.49%+10.95.34%+10.41.90%+9.20.13%+15.10.77%+18.01.85%+10.977.09%+15.40.42% =0.04Kg/m.h平均分子量：M=50.512.49%+855.34%+119.51.90%+1540.13%+36.50.77%+440.42%+1677.09%+281.85%=26.64

59、出口氣體質量流速：G0=(111.2526.644)/(0.016285)=1.74105Kg/m2.hDG0/M1.75=(0.161.74105)/(0.0426.641.75)=222.8查得KG=15310-6Kmol/m2.h.PaP=1.6(1-31.82/143.07)=1.24atmKy=kGP=15310-61.24105=19.0Kmol/m2.hHCl被吸收一半時Ky的求?。翰榈胻=(70+60)/2=65下的(Pa.S)CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl CO2 N2 CH412.1 11.7 11.3 9.8 15.7 16.1 18.3 11.6

60、平均粘度：=12.111.92%+11.15.1%+11.31.81%+9.80.13%+15.75.28%+18.31.77%+11.673.6%+16.10.40% =0.043Kg/m.h平均分子量：M=50.511.92%+855.11%+119.51.81%+1540.13%+36.55.28%+281.77%+1673.6%+280.40%+=27.03氣體質量流速：G0=(116.54527.034)/(0.016285)=1.84105Kg/m2.hDG0/M1.75=(0.0161.84105)=(0.04327.031.73)=213.7查得KG=14810-6Kmol/m