再沸器的設(shè)計(jì)

北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位設(shè)計(jì)論文題目:3萬(wàn)噸乙酸催化氯化合成氯乙酸項(xiàng)目母液處理工段的工藝設(shè)計(jì)及精餾再沸器的設(shè)計(jì)院(部)名稱:化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院學(xué)生姓名:**專(zhuān)業(yè):過(guò)程裝備與控制工程學(xué)號(hào):********指導(dǎo)教師姓名:論文提交時(shí)間:論文答辯時(shí)間:學(xué)位授予時(shí)間:高海濤北方民族大學(xué)教務(wù)處制摘要本文是對(duì)年產(chǎn)3萬(wàn)噸氯乙酸的母液工段進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)單介紹了氯乙酸工段的生產(chǎn)方法、原理、工藝流程、對(duì)主要參數(shù)等進(jìn)行了設(shè)計(jì)及計(jì)算。通過(guò)對(duì)原料、母液的性質(zhì)分析以及生產(chǎn)原理的掌握和了解，制定出合理的生產(chǎn)方案和工藝流程。根據(jù)3萬(wàn)噸乙酸原料，乙酸合成氯乙酸的反應(yīng)中母液含量只有乙酸的10%-12%，得到母液的年處理量只有2400噸。得出進(jìn)料量的流量5.597kg/h,通過(guò)查《化學(xué)物性手冊(cè)》得到各個(gè)物質(zhì)的物性參數(shù)，經(jīng)過(guò)各工段的物料衡算得到各工段的進(jìn)口和出口氣體的流量和組成，完成工藝段的設(shè)計(jì)。精餾再沸器進(jìn)口氣體流量為5.597kg/h,混合氣體中CH3COOH含量為10%-20%,一氯乙酸的含量在25%-40，二氯乙酸的含量在30%-40%，進(jìn)而根據(jù)精餾再沸器的物料衡算和吸收過(guò)程的物料衡算得到精餾再沸器相關(guān)數(shù)據(jù)，然后通過(guò)查國(guó)標(biāo)確定了再沸器附件的尺寸，而且根據(jù)國(guó)標(biāo)中的相關(guān)規(guī)定確定了結(jié)構(gòu)之間的焊接形式。最后根據(jù)國(guó)標(biāo)中的相關(guān)規(guī)定，在寧夏地區(qū)使用時(shí)，確定地震載荷、風(fēng)載荷作用下地震和風(fēng)的各項(xiàng)參數(shù)，并且按照國(guó)標(biāo)進(jìn)行塔材料和厚度的確定以及強(qiáng)度的校核計(jì)算，得到合適的結(jié)果。關(guān)鍵詞：乙酸，氯乙酸，再沸器，物料衡算，國(guó)標(biāo)前言氯乙酸又名一氯醋酸，分子式C2H3ClO2，其是雙官能團(tuán)化合物，為無(wú)色或淡黃色結(jié)晶，有刺激性氣味，沸點(diǎn)（760mmHg）-188℃，折射率1.4330(60℃)，熔點(diǎn)：61～63℃，有腐蝕性，水溶液呈酸性反應(yīng)。氯乙酸易潮解，易溶于水、醇、苯、氯仿和醚等。在25℃水100g時(shí)溶解度為510g，在100g甲醇中溶解度為350g。氯乙酸有刺激性臭味，為二級(jí)酸性腐蝕物品，大鼠經(jīng)口LD50為76mg/Hg，豚鼠經(jīng)口LD為80mg/Hg。生產(chǎn)企業(yè)：目前中國(guó)和西歐已經(jīng)成為全球最主要的氯乙酸生產(chǎn)地區(qū)和國(guó)家。國(guó)內(nèi)主要氯乙酸生產(chǎn)企業(yè)有阿克蘇諾貝爾氯乙酸化工（泰興）有限公司、江蘇無(wú)錫格林艾普化工股份有限公司、河南開(kāi)封東大化工集團(tuán)有限公司、河北省石家莊合成化工廠、山東華陽(yáng)集團(tuán)、大連朗迪森化學(xué)有限公司等。有業(yè)內(nèi)人士指出，目前我國(guó)已成為全球氯乙酸主要生產(chǎn)與消費(fèi)國(guó)，氯乙酸裝置規(guī)模、產(chǎn)能和技術(shù)水平取得長(zhǎng)足進(jìn)展，但是與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)相比，與國(guó)內(nèi)精細(xì)化工發(fā)展要求相比仍存在較大差距，行業(yè)矛盾的存在也是客觀現(xiàn)象。我國(guó)的氯乙酸生產(chǎn)法大都是將冰乙酸進(jìn)行氯化反應(yīng),再經(jīng)結(jié)晶分離后,得到的白色晶體產(chǎn)物為氯乙酸產(chǎn)品,得到的液體就是氯乙酸母液(本文簡(jiǎn)稱為母液)。母液呈黃褐色,相對(duì)密度1.30,在空氣中冒少量白煙,有強(qiáng)烈的刺激氣味,有極強(qiáng)的腐蝕性及一定的毒性。氯乙酸生產(chǎn)過(guò)程中不可避免的產(chǎn)生二氯乙酸,在結(jié)晶過(guò)程中,二氯乙酸與未反應(yīng)的乙酸溶解一部分氯乙酸形成母液,母液成分隨其結(jié)晶溫度和含水量的不同成分也不盡相同。從一般氯乙酸生產(chǎn)廠家來(lái)看,二氯乙酸生產(chǎn)量占氯乙酸產(chǎn)量的5%一6%,母液量約為10%一12%,國(guó)內(nèi)氯乙酸的產(chǎn)量10t,母液量約為10000一12000t,二氯乙酸的量約5000t一6000t。母液如果不加以處理而直接排入環(huán)境中,不但會(huì)浪費(fèi)寶貴的化工資源,而且會(huì)對(duì)環(huán)境和水質(zhì)造成極大的污染和破壞。本文集中介紹氯乙酸母液的工業(yè)利用途徑和處理工藝，以及所得到的各種化學(xué)產(chǎn)品。本文是對(duì)年產(chǎn)3萬(wàn)噸氯乙酸的母液工段進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)單介紹了氯乙酸工段的生產(chǎn)方法、原理、工藝流程、對(duì)主要參數(shù)等進(jìn)行了設(shè)計(jì)及計(jì)算。通過(guò)對(duì)原料、母液的性質(zhì)分析以及生產(chǎn)原理的掌握和了解，制定出合理的生產(chǎn)方案和工藝流程。同時(shí)設(shè)計(jì)任務(wù)以計(jì)算機(jī)為輔助，對(duì)氯乙烯精制工段中的精餾再沸器進(jìn)行物料衡算，熱量衡算，再沸器及其附屬設(shè)備的計(jì)算。最終完成再沸器設(shè)備尺寸型號(hào)的確定及對(duì)設(shè)備材質(zhì)的選擇等工作，并繪制相應(yīng)的工藝流程圖和設(shè)備圖。第一章文獻(xiàn)綜述1.1氯乙酸生產(chǎn)工藝技術(shù)介紹氯乙酸最早于1841年首次發(fā)現(xiàn)，1857年在實(shí)驗(yàn)中使乙酸在陽(yáng)光直接照射下進(jìn)行氯化反應(yīng)制得氯乙酸。目前，氯乙酸的生產(chǎn)方法有氯乙烯、氯乙酰氯水解法、三氯乙烯水解法、氯乙炔法、四氯乙烯法、丙三醇法、二氯乙酸法、三氯乙醛法、氯乙醇氧化法、乙烯酮氧化法和乙酸催化氯化法等十多種，工業(yè)生產(chǎn)方法主要有三氯乙烯水解法、氯乙酰氯法以及乙酸催化氯化法三種。三氯乙烯水解法是三氯乙烯在以93%的硫酸為催化劑，反應(yīng)溫度為160-180℃的條件下，通過(guò)控制三氯乙烯和水的比例，進(jìn)行水解反應(yīng)生成氯乙酸。該法可以達(dá)到高純度的氯乙酸，產(chǎn)率可以達(dá)到90%，不足之處是副產(chǎn)鹽酸較多（每噸產(chǎn)品可以副產(chǎn)30%的鹽酸2.57噸），生產(chǎn)消耗定額偏高，工藝流程長(zhǎng)，生產(chǎn)成本高。目前該法主要被歐洲的一些氯乙酸生產(chǎn)廠家所采用。氯乙酰氯法是氯乙酰氯在堿性條件下水解得到氯乙酸，由于受到原料的限制，目前該法已經(jīng)很少有生產(chǎn)廠家采用。乙酸催化氯化法是目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)氯乙酸最主要的方法。它又可分為間歇式生產(chǎn)工藝和連續(xù)式生產(chǎn)工藝倆種。間歇式生產(chǎn)工藝是一般以硫磺粉為催化劑，控制其用量約為乙酸總量的3%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)），反應(yīng)采用二級(jí)串聯(lián)氯化，主鍋在90℃下通氯氣，控制反應(yīng)溫度為96-100℃，副鍋反應(yīng)溫度為85-90℃，當(dāng)反應(yīng)終點(diǎn)密度為1.35時(shí)即為反應(yīng)終點(diǎn)。保溫反應(yīng)1小時(shí)后加入循環(huán)母液冷卻結(jié)晶，在凝固點(diǎn)以上1-2℃加入晶種，緩慢冷卻至25℃左右，經(jīng)抽濾或離心分離制得產(chǎn)品。尾氣氯化氫送填料吸收塔回收副產(chǎn)鹽酸。目前，國(guó)外該法已經(jīng)被淘汰，而我國(guó)的生產(chǎn)廠家主要采用該法進(jìn)行生產(chǎn)，該法生產(chǎn)工藝雖然比較簡(jiǎn)單，但消耗高，產(chǎn)量低，所得產(chǎn)品質(zhì)量差，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)成本高、三廢污染嚴(yán)重，催化劑硫磺粉不僅污染主產(chǎn)品，也污染副產(chǎn)品鹽酸，有時(shí)還造成管道設(shè)備的堵塞，使生產(chǎn)不正常，使得產(chǎn)品的應(yīng)用范圍受到一定的限制。氯乙酸在農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料、日化、表面活性劑、化學(xué)試劑以及造紙化學(xué)品、油田化學(xué)、紡織助劑橡膠助劑、電鍍、香料香精等方面具有廣泛的應(yīng)用。全球氯乙酸主要用于生產(chǎn)羧甲基纖維素（CMC）、PVC熱穩(wěn)定劑巰基乙酸、2，4-氯苯氧基乙酸（2，4-D）等。我國(guó)氯乙酸的主要消費(fèi)領(lǐng)域是農(nóng)藥、農(nóng)藥工業(yè)，氯乙酸可以合成20余種常用的殺蟲(chóng)、除草和植物生產(chǎn)調(diào)節(jié)劑，其中消耗氯乙酸量最大的品種為全球范圍內(nèi)使用的主流除草劑草甘磷。。近幾年來(lái)，我國(guó)氯乙酸消費(fèi)量不斷增加。2000年全國(guó)表觀消費(fèi)量為13萬(wàn)噸，2003年增長(zhǎng)到17.4萬(wàn)噸，2004年進(jìn)一步增加到20萬(wàn)噸。預(yù)計(jì)2008年，全國(guó)氯乙酸總消費(fèi)量將達(dá)到30萬(wàn)噸，其中農(nóng)藥、羧甲基纖維素和羧甲基淀粉是其主要消費(fèi)領(lǐng)域。2004年，農(nóng)藥領(lǐng)域氯乙酸的消費(fèi)量占總消費(fèi)量的35%左右。在農(nóng)藥領(lǐng)域，氯乙酸可用于生產(chǎn)殺蟲(chóng)劑樂(lè)果、氧化樂(lè)果等，除草劑2，4-滴丁酯、乙草胺、丁草胺、甲草胺、克草胺、硫氰乙酸、萘乙酸、萘乙酸甲酯、稻瘟靈、草甘膦、對(duì)氯苯氧乙酸等。2000年國(guó)內(nèi)農(nóng)藥行業(yè)對(duì)氯乙酸的需求量約4.5萬(wàn)噸，2003年約6.2萬(wàn)噸，2004年約7萬(wàn)噸。隨著農(nóng)藥生產(chǎn)和多種經(jīng)營(yíng)發(fā)展，大農(nóng)場(chǎng)等機(jī)械化使用除草劑代替了人工除草，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)除草劑生產(chǎn)。另外，近年農(nóng)村對(duì)殺蟲(chóng)劑的需求量也日益增加。預(yù)計(jì)2005~2008年，我國(guó)農(nóng)藥行業(yè)對(duì)氯乙酸的需求量將以年均約10%的速度增長(zhǎng)，到2008年對(duì)氯乙酸的需求量將達(dá)到10萬(wàn)噸。預(yù)計(jì)2005~2008年，我國(guó)有機(jī)合成及其他方面對(duì)氯乙酸的需求量將以年均約11.9%的速度增長(zhǎng)，2008年需求量將達(dá)到8.4萬(wàn)噸。（信息來(lái)源：中國(guó)化工報(bào)）1.2氯乙酸工業(yè)的發(fā)展及前景染料工業(yè)用于生產(chǎn)靛藍(lán)、萘氨基乙酸類(lèi)染料；在制藥工業(yè)用于合成咖啡因、巴比妥、腎上腺素、維生素B6、氨基乙酸、丙二酸酯等藥物和中間體；在農(nóng)藥工業(yè)用于生產(chǎn)除草劑2,4-D、丁酯、2,4,5-T、硫氰乙酸、α-萘乙酸、草甘磷、甲草胺、乙草胺、丁草胺及殺蟲(chóng)劑樂(lè)果等20多種農(nóng)藥；在合成纖維工業(yè)用于生產(chǎn)羧甲基纖維素（CMC）和有色金屬浮選劑Z-200＃，還可用作色層分析試劑等，也可用于食品添加劑、洗滌劑、冷燙精等產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)氯乙酸產(chǎn)能分布（2009）區(qū)域現(xiàn)有年產(chǎn)（萬(wàn)噸/年）合計(jì)（萬(wàn)噸/所占比例年）硫磺法華東華南華北華中西南東北醋酐法1.715.40.65416.21.2533.59.723.8%1.80%49.20%14.20%8.10%2.90%0.629.53.7632.51.55.50.52小計(jì)3929.1568.15100%?氯乙酸大國(guó)地位已確立：我國(guó)已成為氯乙酸生產(chǎn)與消費(fèi)大國(guó)，以及未來(lái)的氯乙酸出口大國(guó)。?氯乙酸行業(yè)大而不強(qiáng)：全國(guó)總生產(chǎn)能力大，但生產(chǎn)技術(shù)落后，產(chǎn)品質(zhì)量差，單套生產(chǎn)能力?。簧a(chǎn)廠家分散、無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)。?挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存：氯乙酸國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)前景看好，但對(duì)氯乙酸產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，要求盡快提高氯乙酸生產(chǎn)技術(shù)水平及行業(yè)的整體實(shí)力。中國(guó)氯乙酸未來(lái)擴(kuò)能情況單位：萬(wàn)噸1.3氯乙酸的生產(chǎn)方法將外購(gòu)醋酸泵入醋酸罐中，使用時(shí)用泵打入醋酸計(jì)量槽計(jì)量后，送入醋酸循環(huán)槽。將醋酸循環(huán)槽中的料液倒入氯化釜，加入催化劑醋酐后，開(kāi)始對(duì)釜料升溫，將主氯化釜料液升溫至80~100℃、副氯化釜升溫至60~90℃時(shí)，開(kāi)始通入氯氣，經(jīng)氯氣緩沖罐調(diào)節(jié)壓力、氯氣分配臺(tái)計(jì)量后進(jìn)入各套主氯化釜。氯乙酸的氯氣和醋酸反應(yīng)生成氯乙酸方程式如下:主反應(yīng)：CH3COOH+Cl2→ClCH2COOH+HCl副反應(yīng)：CH3COOH+Cl2→Cl2CHCOOH+HClCH3COOH+Cl2→Cl3CCOOH+HCl在主氯化釜中生成的氯化氫氣體及過(guò)量的氯氣進(jìn)入副氯化釜，副氯化釜中生成的氯化氫氣體及揮發(fā)的醋酸、低沸物等氣體組成的尾氣經(jīng)氯化冷凝器、尾氣冷凝器冷卻，使氯化反應(yīng)產(chǎn)生的氯化氫進(jìn)一步凈化。尾氣先后進(jìn)入水解塔和降膜塔，經(jīng)過(guò)水洗、水吸收后，徹底除去氯化氫，達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)風(fēng)機(jī)后放空。主氯化釜生成的成品料液進(jìn)入結(jié)晶釜，用50~60℃的循環(huán)水在夾套間接冷卻，使成品料液中的氯乙酸結(jié)晶析出，由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣?液體混合狀態(tài)，后經(jīng)過(guò)離心機(jī)分離包裝出售。1.4氯乙酸的性質(zhì)1.4.1物理性質(zhì)氯乙酸又稱一氯醋酸、氯代乙酸，結(jié)構(gòu)式為C1CH2COOH，分子量94.50。無(wú)色或淡黃色結(jié)晶，有刺激性氣味，有潮解性。相對(duì)密度(60℃／4℃)1．3764。有α、β、γ三種晶體，熔點(diǎn)分別為62．53℃、56．3℃、50．2℃。沸點(diǎn)186～191℃，折射率1．4330，粘度(65℃)2．25mPa·s，表面張力31．56×l0-3N／m。有強(qiáng)烈的腐蝕性，能破壞所有非貴重金屬、橡膠和木材等。溶于水、乙醇、乙醚、氯仿和二硫化碳?？扇迹O限(下限)8％(vol)。中等毒性，受熱分解產(chǎn)生有毒的光氣和氯化物氣體。能腐蝕皮膚，有強(qiáng)烈的刺激性，LD5076mg／kg。1.4.2危害吸入高濃度本品蒸氣或皮膚接觸其溶液后，可迅速大量吸收，造成急性中毒。吸入初期為上呼吸道刺激癥狀。中毒后數(shù)小時(shí)即可出現(xiàn)心、肺、肝、腎及中樞神經(jīng)損害，重者呈現(xiàn)嚴(yán)重酸中毒?；颊呖捎谐榇ぁ⒒杳?、休克、血尿和腎功能衰竭。酸霧可致眼部刺激癥狀和角膜灼傷。皮膚灼傷可出現(xiàn)水皰，1～2周后水皰吸收。慢性影響：經(jīng)常接觸低濃度本品酸霧，可有頭痛、頭暈現(xiàn)象。1.5.1氯乙酸母液的產(chǎn)生與性質(zhì)我國(guó)的氯乙酸生產(chǎn)法大都是將冰乙酸進(jìn)行氯化反應(yīng),再經(jīng)結(jié)晶分離后,得到的白色晶體產(chǎn)物為氯乙酸產(chǎn)品,得到的液體就是氯乙酸母液(本文簡(jiǎn)稱為母液)。母液呈黃褐色,相對(duì)密度1.30,在空氣中冒少量白煙,有強(qiáng)烈的刺激氣味,有極強(qiáng)的腐蝕性及一定的毒性。氯乙酸生產(chǎn)過(guò)程中不可避免的產(chǎn)生二氯乙酸,在結(jié)晶過(guò)程中,二氯乙酸與未反應(yīng)的乙酸溶解一部分氯乙酸形成母液,母液成分隨其結(jié)晶溫度和含水量的不同成分也不盡相同。從一般氯乙酸生產(chǎn)廠家來(lái)看,二氯乙酸生產(chǎn)量占氯乙酸產(chǎn)量的5%一6%,母液量約為10%一12%,國(guó)內(nèi)氯乙酸的產(chǎn)量10t,母液量約為10000一12000t,二氯乙酸的量約5000t一6000t?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式主反應(yīng)：CH3COOH+C12→C1CH2COOH+HC1副反應(yīng)：C1CH2COOH+C12→C12CHCOOH+HC1C12CHCOOH+C12→C13CCOOH+HC12.2產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)格產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（ZBG17024-90）項(xiàng)目?jī)?yōu)級(jí)品一級(jí)品合格品氯乙酸含量%≥9897.596.5二氯乙酸%≤乙酸含量%≤1.01.01.51.02.51.0結(jié)晶點(diǎn)℃601.6氯乙酸母液的處理母液如果不加以處理而直接排入環(huán)境中,不但會(huì)浪費(fèi)寶貴的化工資源,而且會(huì)對(duì)環(huán)境和水質(zhì)造成極大的污染和破壞。本文集中介紹氯乙酸母液的工業(yè)利用途徑和處理工藝，以及所得到的各種化學(xué)產(chǎn)品。氯乙酸母液的成分含量三氯乙酸乙酰氯氯化硫等母液成分乙酸一氯乙酸二氯乙酸游離氯含量（%）15-2530-505-15約0.55-101.6.1母液處理方法一、減少二氯乙酸的產(chǎn)生從而減少母液的量要減少母液的產(chǎn)生量其實(shí)質(zhì)是減少二氯乙酸的生成,要減少二氯乙酸的產(chǎn)生主要取決以下兩個(gè)方面:1、加強(qiáng)反應(yīng)過(guò)程的控制對(duì)乙酸催化氯化制備氯乙酸的研究歷來(lái)都是著眼于提高反應(yīng)選擇性,控制二氯乙酸的生成量。早期的研究在乙