二氯甲烷的氯化吸收工藝設(shè)計模板

四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)說明書題目二氯甲烷氯化吸收工藝設(shè)計作者系別材料和化學(xué)工程系專業(yè)有機化工99.1班指導(dǎo)教師接受任務(wù)日期2月24日完成任務(wù)日期6月10日論文評閱教師論文答辯教師

畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)有機班級九九級一班指導(dǎo)老師（署名）題目年產(chǎn)4000噸氯甲烷氯化吸收工段初步設(shè)計原始數(shù)據(jù)：4kt/a二氯甲烷氯化吸收，年工作日330天，其它數(shù)據(jù)以工廠實際搜集為準。說明書內(nèi)容：1．進行工段工藝步驟設(shè)計；2．進行工段物料、熱量衡算，并編制物料平衡數(shù)據(jù)表；3．進行工段設(shè)備設(shè)計或選型，編制設(shè)備一覽表；4．編制工段初步設(shè)計說明書。圖紙要求：1．繪制帶控制點工藝步驟圖；2．繪制關(guān)鍵設(shè)備設(shè)備圖及設(shè)備部署圖；學(xué)生綜合訓(xùn)練方面要求：完成期限：2月24日至5月23日教研室主任：（署名）6月2日

第一章總論1概述1.1.1產(chǎn)品物理化學(xué)性質(zhì)一.產(chǎn)品物理性質(zhì)二，三氯甲烷全部是無色透明不分層液體，在氧氣中易爆炸，其具體物理性質(zhì)以下表：表1—1名稱單位產(chǎn)品二氯甲烷三氯甲烷分子量84.94119.39外觀無色透明不分層液體無色透明不分層液體分子式CH2Cl2CHCl3沸點℃40.461.3液體比重D4201.3261.489蒸汽比重2.934.13蒸汽密度g/l3.304.36汽化潛熱Cal/g78.759.3液體比熱Cal/g.℃0.2880.234蒸汽比熱Cal/g.℃0.1550.142在水中溶解度g/100g水1.320.79臨界壓力Kg/cm260.953.8臨界溫度℃237263.4臨界密度0.4270.500冰點℃-96.7-61.3在空氣中爆炸范圍V%13.0~18.0在氧氣中爆炸范圍V%13.0~18.0二．產(chǎn)品化學(xué)性質(zhì)二氯甲烷二氯甲烷在四種甲烷氯化物中對熱分解和水解穩(wěn)定性僅次于一氯甲烷。在干燥空氣中最低熱解溫度是120OC，熱解溫度隨水含量增加而降低，熱解關(guān)鍵生成氯化氫和微量光氣。在300—450oC，有鐵和金屬氯化物存在時，在氣相中二氯甲烷有焦化傾向，會生成黑色固體聚合物。二氯甲烷深入氯化得到三氯甲烷和四氯化碳外，還含有下面部分化學(xué)性質(zhì)。氧化銅觸媒存在下，和空氣作用生成光氣觸媒CH2Cl2+O2COCl2+H2O450OC在一定條件下和水蒸氣作用生成甲醇、甲酸和氯化氫2CH2Cl2+3H2O(汽)CH3OH+HCOOH+4HCl在觸媒存在條件下，450OC時和水蒸氣作用生成甲醛硫酸鋅CH2Cl2+H2O(汽)HCHO+2HCl450OC（4）在堿水溶液中加壓可皂化成甲醛CH2+2NaOHHCHO+H2O+2NaCl鋁存在下，和溴反應(yīng)生成氯溴甲烷和二溴甲烷4CH2Cl2+3Br22CH2Br2+2Cl2100~125OC下，和乙醇溶液中氨反應(yīng)生成六甲撐四胺（即烏洛托品）乙酸溶液6CH2Cl2+16NH3(CH2)6N4+12NH4Cl100~125OC三氯甲烷三氯甲烷在四種氯化物中最輕易水解，水解產(chǎn)物是甲酸和氯化氫。升高溫度會大大加緊水解反應(yīng)，有氯化鐵等金屬氯化物存在回催化水解反應(yīng)。三氯甲烷在290OC以下不會熱分解，但在四種甲烷氯化物中對熱穩(wěn)定性比二氯甲烷差。在室溫下若受長時間光照會慢慢分解，有空氣存在時即使在暗處也回引發(fā)分解，生成光氣、氯化氫、氯氣等。2CHCl3+O22COCl2+2HCl4CHCl3+5O24CO2+6Cl2+2H2O氯仿除可氯化生成四氯化碳外，還含有下面部分化學(xué)性質(zhì)。和稀堿溶液加熱，生成甲酸鹽和氯化鈉CHCl3+4NaOHHCOONa+3NaCl+2H2O濃堿溶液加熱，生成一氧化碳和氯化鈉CHCl2+3NaOHCO+3NaCl+2H2O（3）和赤熱銅或鈉汞接觸生成乙炔2CHCl2+3CuC2H2+3CuCl2（4）有催化劑存在，和氟化氫反應(yīng)生成氟里昂CHCl3+HFHCl+CHCl2F(F_11)CHCl3+2HF3HCl+CHClF2(F_12)CHCl3+3HF3HCl+CHF3(F_13)（5）三氯甲烷加熱到450OC以上產(chǎn)生熱解，生成四氯乙烯，六氯乙烷，氯化氫和少許其它氯代烴2CHCl2C2Cl6+2HCl3CHCl3C2Cl6+3HCl1.1.2質(zhì)量標準1．工業(yè)二氯甲烷產(chǎn)品技術(shù)指標（GB4117-92）表1—2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%≤0.00050.00100.00302.工業(yè)三氯甲烷產(chǎn)品標準技術(shù)指標（GB4118-92）表1—3指標名稱指標優(yōu)等品一等品合格品純度%≥99.599.098.0色度(Pt-CO)≤101525四氯化碳%≤0.050.21．1一二氯乙烷%≤0.040.1酸度%≤0.0010.0010.003水份（以HCl計）%≤0.030.030.051.1.3產(chǎn)品關(guān)鍵用途一.二氯甲烷二氯甲烷是優(yōu)良有機溶劑，含有很高溶解能力，沸點低，不燃和毒性很低等特點。廣泛用作溶劑，大量二氯甲烷在安全膠片制造中用作醋酸纖維素溶劑；三醋酸纖維素抽絲溶劑和雙酚A制造聚碳酸中用作溶劑。二氯甲烷亦用于天然存在熱敏物質(zhì)萃取，如除去咖啡、啤酒蛇麻子中咖啡因；二氯甲烷還用于制藥工業(yè)，在淄族化合物、抗菌素和維生素制造中溶劑。二氯甲烷廣泛用作油漆和凡立水脫膜劑。以二氯甲烷為關(guān)鍵成份經(jīng)典油漆脫膜劑可含有石蠟、有機胺、低級脂肪酸和醇、丙酮和磺化洗滌劑等。它亦可用于配制快干油漆。對金屬表面漆層除去，二氯甲烷蒸汽噴霧是有效方法。二氯甲烷和F—12一起，可作為低壓推進劑煙霧劑。二氯甲烷亦大量用作聚醚型尿烷泡沫輔助發(fā)泡劑，在尿烷泡沫塑料工業(yè)中，二氯甲烷還用于生產(chǎn)過程結(jié)束后澆口和管道立即清洗。二氯甲烷可作為氣溶膠溶劑包裝。二氯甲烷在工業(yè)清洗操作應(yīng)用也是很多。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產(chǎn)品清洗。亦可和石油和其它氯代烴混合在金屬制造工業(yè)中清凈劑。等重量二氯甲烷、甲苯混合物已推薦用于清洗印刷鉛字。二．三氯甲烷三氯甲烷關(guān)鍵用于制造氟里昂（F—22）原料。三氯甲烷是優(yōu)良有機氯溶劑，能快速溶解脂肪、油脂和蠟，常見于干洗和工業(yè)品脫脂溶劑配制。在粘結(jié)劑、食品包裝塑料和樹脂調(diào)和中用作溶劑。三氯甲烷在染料、殺蠕蟲藥、殺真菌劑和煙草苗防霉劑生產(chǎn)中用作中間體。三氯甲烷作為麻醉劑應(yīng)用已停止，但在部分獸藥品中仍用作麻醉劑。在醫(yī)藥工業(yè)上應(yīng)用有：青霉素，生物堿，淄族化合物，維生素，調(diào)味品及葡萄糖等萃取和提純中用作溶劑。它亦可用于痛軟膏、祛痰劑、牙膏和排除腸胃劑配制。還可用于配制熏蒸清毒劑。1.1．4產(chǎn)品市場需求二氯甲烷市場需求二氯甲烷又稱甲叉二氯、氯化次甲基。二氯甲烷關(guān)鍵用作不燃性溶劑，如三乙酸纖維脂電影膠片溶劑、金屬表面油漆層清洗脫膜劑、氣溶膠推進劑、石油脫蠟溶劑、熱不穩(wěn)定性物質(zhì)萃取劑。從羊皮提取羊肢和從椰中提取食用油萃取劑、也用作低溫載體、礦物油閃點升高劑、滅火劑、煙霧劑推進劑、脲泡沫發(fā)泡劑現(xiàn)在，中國二氯甲烷生產(chǎn)廠家關(guān)鍵為巨化集團，北京農(nóng)藥二廠，天津大沽化工廠，河南男陽化工廠，四川自貢鴻鶴化工廠等。1998年中國二氯甲烷生產(chǎn)能力約為1.8萬t。而中國表現(xiàn)消費量為5萬t。從現(xiàn)在中國市場來看，二氯甲烷有很大缺口。從二氯甲烷中國應(yīng)用前景分析，伴隨人民生活水平不停提升，加之國產(chǎn)膠卷不停發(fā)展，必將推進膠片行業(yè)發(fā)展。1993年中國進口二氯甲烷22431t，出口131t；1994年進口17946t，出口206t；1995年進口20718t，出口67t；1996年進口25119t，出口294t；1997年進口32565t，出口1425t；估計消費二氯甲烷10萬t。自1995年以來，中國市場二氯甲烷價格比較穩(wěn)定，不象其它化工產(chǎn)品經(jīng)歷了大起大落過程。1995年1月，中國市場二氯甲烷價格為8500---9800元/t；1995年7月，價格為9500元/t；1996年3月，為8600---9800元/t，和1995年初基礎(chǔ)一致。1997年12月為8600元/t；1998年3月為8100---8700元/t，價格有所下滑，關(guān)鍵是受整個化工市場行情回落影響。估量近期中國市場二氯甲烷價格不會有大波動，將以平穩(wěn)為主?，F(xiàn)在，世界二氯甲烷供需基礎(chǔ)平衡，但因為產(chǎn)品和國家地域之間發(fā)展不平衡，其未來產(chǎn)量增減也因地域而異。因為美國、西歐、日本相繼出口部分環(huán)境保護法規(guī)，嚴格控制排放，盡可能回收，估計美國等工業(yè)發(fā)達國家和地域消費將逐年遞減，而世界其它國家和地域，如東歐、中東、亞洲和拉美等發(fā)展中國家對二氯甲烷需求量將保持較快增加速度，估計世界范圍內(nèi)---對二氯甲烷需求量將以2%—3%左右速度增加。二．三氯甲烷需求情況三氯甲烷為無色透明液體，是關(guān)鍵有機合成原料，關(guān)鍵用于生產(chǎn)致冷劑、染料和藥品等。現(xiàn)在在中國三氯甲烷關(guān)鍵用于生產(chǎn)HCFC__22（二氟一氯甲烷）其消費量占總消費量75%以上。另外，在醫(yī)藥工業(yè)中關(guān)鍵用作萃取劑等。估計致冷劑三氯甲烷消費將超出10萬t。國外三氯甲烷也關(guān)鍵用于制備HCFC—22。幾十年來，HCFC——22被大家廣泛用作致冷劑及用于制備有機氟高分子材料。因為世界至今還未開發(fā)和生產(chǎn)出完全令人滿意CFC—11，CFC—12替換物。所以HCFC—22被為空調(diào)和超級市場致冷劑替換品。20世紀90年代中期HCFC—22生產(chǎn)發(fā)展迅猛，不過，HCFC——22畢竟是破壞大氣臭氧層物質(zhì)，只是作為家用空調(diào)和商業(yè)制冷劑CFC—11和CFC—12過渡產(chǎn)品。現(xiàn)在發(fā)達國家消費量已逐年3降低，全球?qū)⒂?040年停止HCFC—22作為制冷劑和發(fā)泡劑使用。但其作為聚四氟乙烯等高分子有機氟材料則不受限制。因為世界范圍內(nèi)高分子有機含氟材料需求增加很快，所以基礎(chǔ)抵消了制冷劑需求下降造成影響，估計~，世界對三氯甲烷需求量將保持小幅增加，增加率不超出0.5%。三氯甲烷在2040年以前將以價格低廉而保持其應(yīng)有市場擁有率。在只、之前其在制冷劑方面消費許可繼續(xù)增加。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用量將大幅增加，抵消了禁用影響，未來十年，三氯甲烷仍處于有利發(fā)展期，中國企業(yè)應(yīng)抓住機遇，規(guī)?；a(chǎn)。1.1.5其它因為本過程產(chǎn)生大量鹽酸，可出售。另外，中和塔排出廢堿需進行處理后才能排放，以免污染環(huán)境。1.2原材料規(guī)格、起源及凈化原料規(guī)格：氯氣純度Cl2≥95.0%(V)水份H2O≤0.05%(wt)天然氣純度CH4≥96.0%(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.原料起源1．氯氣：來自燒堿車間電解產(chǎn)生氯氣2.天然氣：因為自貢豐富天然氣資源，所以就地取材三.天燃氣凈化采取變壓吸附技術(shù)(PressureSwlngAdsorptlon.簡稱PSA)脫出天然氣中C2+以上自分，關(guān)鍵利用吸附劑對不一樣氣體自分吸附容量隨壓力改變而展現(xiàn)差異特征，在吸附劑選擇吸附條件下，加壓吸附原料起中C2+以上烴類組分難吸附CH4作為產(chǎn)品起由吸附塔出口排出，減壓時吸附C2+組分脫附，同時吸附劑取得再生，整個過程是在環(huán)境溫度下進行。1.3生產(chǎn)方案確實定因為自貢地域鹽化工發(fā)達，氯化鈉電解法制燒堿規(guī)模較大，為合理利用電解過程中產(chǎn)生大量氯氣，再結(jié)合自貢豐富天然氣資源，故選擇甲烷熱氯化法生產(chǎn)二、三氯甲烷。

第二章生產(chǎn)工藝步驟簡述2．1二、三氯甲烷生產(chǎn)原理及生產(chǎn)方法2．1．1生產(chǎn)原理甲烷熱氯化機理和其它烷烴氯化機理相同，全部是自由基連鎖反應(yīng)。氯分子活化是經(jīng)過高溫來實現(xiàn)，其自由基連鎖反應(yīng)歷程，可分三步表示：1．鏈引發(fā)Cl2 Cl.+Cl-57.8千卡/克分子2．增鏈CH4+Cl. CH3.+HCl+1.0千卡/克分子 CH3.+Cl2 CH3Cl+Cl.+25.7千卡/克分子 CH3Cl+Cl.CH2Cl.+HCl+4.6千卡/克分子 CH2Cl.+Cl2 CH2Cl2+Cl.+20.7千卡/克分子 CH2Cl2+Cl. CHCl.2+HCl+8.8千卡/克分子 CHCl.2+Cl2 CHCl3+Cl.+15.7千卡/克分子 CHCl3+Cl. CCl3.+HCl+13.0千卡/克分子 CCl3.+Cl2 CCl4+Cl.+10.6千卡/克分子3．鏈終止 下列情況存在全部可能產(chǎn)生鏈終止（1）活化分子和器壁碰撞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)中對鏈終止影響。 在甲烷熱氯化反應(yīng)過程中，反應(yīng)溫度不高時，反應(yīng)按自由基連鎖反應(yīng)進行。當(dāng)反應(yīng)溫度升高到370。C時，連鎖反應(yīng)機理相對作用隨之減低，反應(yīng)溫度超出430。C，甲烷氯化反應(yīng)實際上是一逐層替換不可逆雙分子均相反應(yīng)。反應(yīng)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產(chǎn)品，其反應(yīng)方程式以下： 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)是強放熱反應(yīng)。在反應(yīng)開始前供給熱量，當(dāng)反應(yīng)開始后所需能量可由反應(yīng)熱供給。因為放熱量大，如不采取方法控制反應(yīng)熱并立即帶走溫度會急劇升高，這么會產(chǎn)生猛烈燃燒反應(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+Cl2一樣局部氯氣濃度過濃時，也會使反應(yīng)進行極為猛烈，甚至產(chǎn)生爆炸。所以，要確保甲烷熱氯化反應(yīng)順利進行關(guān)鍵條件是：確保原料氣正確配比；確保甲烷和氯氣充足均勻混合；有效和立即引出反應(yīng)熱。2.1.2二、三氯甲烷生產(chǎn)方法及特點二、三氯甲烷關(guān)鍵生產(chǎn)路線是甲烷和氯甲烷氯化。其生產(chǎn)方法最早采取甲烷和氯甲烷高溫氣相熱氯化法，以后發(fā)展了光氯化法。1972年美國C-Elummus企業(yè)和Arm-strong企業(yè)共同開發(fā)了甲烷氧氯化法，1979年日本德山曹達化學(xué)企業(yè)開發(fā)了氯甲烷低溫液相自由基引發(fā)氯化法制取氯甲烷技術(shù)。現(xiàn)在廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)是熱氯化法。最初甲烷熱氯化以德國Hoechst企業(yè)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個形式。中國多采取內(nèi)循環(huán)式反應(yīng)器。1．（甲烷）天燃氣熱氯化法天燃氣和氯氣反應(yīng)，經(jīng)水吸收氯化氫副產(chǎn)鹽酸后，用堿液除去殘余微量氯化氫，再經(jīng)干燥、壓縮、冷凝、蒸餾得到產(chǎn)品。甲烷氯化機理是游離基連鎖反應(yīng)，經(jīng)過升高溫度或用3000—5000A光源輻射來實現(xiàn)氯分子活化。在工業(yè)操作中，為保持一個穩(wěn)定自由基連鎖反應(yīng)，需要將溫度維持在380—450℃。甲烷氯化是強放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制十分關(guān)鍵和困難。為處理這一問題，在工業(yè)上已成功地采取了下列反應(yīng)裝置設(shè)計：1、大量循環(huán)甲烷或產(chǎn)生氯代甲烷使用多級反應(yīng)器，以確保足夠進料比；2、采取霧化四氯化碳或較低氯甲烷為熱載體；3、采取流化床反應(yīng)器。2．氯甲烷氯化法將氯甲烷和氯氣氯化反應(yīng)，光氯化法在4000Kw光照下進行，或采取熱氯化法工藝，熱氯化生產(chǎn)控制氯甲烷和氯氣之比為（2—2.5）: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，反應(yīng)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，能夠制造一個氯閉路循環(huán)系統(tǒng)。這種氯化氫裝置和熱氯化系統(tǒng)結(jié)合生產(chǎn)甲烷氯代物過程是一高效過程。生產(chǎn)二氯甲烷時，通常產(chǎn)生出80%二氯甲烷、15%三氯甲烷、5%四氯化碳。2．2生產(chǎn)工藝步驟簡述2.2.1甲烷氯化物生產(chǎn)工藝步驟簡述分別來自燒堿車間、配氣站和反應(yīng)裝置氯氣、天然氣和循環(huán)氣，按一定配比經(jīng)計量進入混合器，混合均勻后進入反應(yīng)器，進行甲烷熱氯化反應(yīng)，反應(yīng)組成為：甲烷氯化物、氯化氫、過量甲烷、惰性氣體和微量游離氯。反應(yīng)氣經(jīng)空氣冷卻器冷卻后進入碳黑分離器，除去反應(yīng)中產(chǎn)生少許碳黑，進入水洗系統(tǒng)除去氯化氫。從碳黑分離器出來反應(yīng)氣（70—90。C），和稀酸分離器來酸，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(yīng)氣和稀鹽酸入鹽酸分離器進行氣液分離，大于16%濃度副產(chǎn)鹽酸送至沉鈣車間。反應(yīng)氣和計量后吸收水，入第二膜式吸收器頂部進行第二次吸收，反應(yīng)氣和稀酸入稀酸分離器，稀酸入第一膜式吸收器，反應(yīng)氣則進酸霧分離器除去酸霧，進入中和塔。第一、第二膜式吸收器管間冷卻水逆流串聯(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%），再進行中和，中和塔用10%—20%氫氧化鈉溶液除去反應(yīng)中殘余氯化氫、游離氯、二氧化碳等。燒堿車間送來堿液，由貯槽放至堿液配制槽加入水配成要求濃度，用泵送至堿液冷卻器冷卻，進中和塔，當(dāng)堿液濃度降到要求值（3%—5%）后，送至廢堿處理裝置。從中和塔塔頂出來反應(yīng)氣，進入干燥系統(tǒng)；堿液分離器底部液體定時排放。中和后反應(yīng)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%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，由塔中段流出硫酸入塔下段，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。干燥后反應(yīng)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硫酸酸霧，再經(jīng)壓縮機壓縮至0.4—0.6Mpa（表壓）。壓縮后反應(yīng)氣經(jīng)緩沖罐和機后冷卻器冷卻至40.C以下，進入熱交換器，和冷凝器來循環(huán)氣進行換熱，使反應(yīng)氣溫度降至25.C左右，熱交換器中冷凝少許甲烷氯化物進粗氯化液貯槽。冷凝器管間所需-25。C—-30。C冷凍鹽水由冷凍崗位送給。冷凝器中未冷凝氣體稱為循環(huán)氣（其中大部分為甲烷、少許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一氯甲烷（該一氯甲烷經(jīng)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(chǎn)四氯化碳原料氣，另一部分經(jīng)減壓至0.2—0.3Mpa（表壓）返回氯化反應(yīng)器和調(diào)整硫酸干燥塔氣量。粗氯化液作精餾二氯甲烷、三氯甲烷成品用。

2．2．2二、三氯甲烷生產(chǎn)工藝步驟簡圖水15%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(yīng)器鹽酸分離器循環(huán)氣反應(yīng)器鹽酸分離器氯氣98%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3．1計算基準以單位時間為基準，按年工作330天，天天二十四小時，二氯甲烷小時生產(chǎn)量 Kg/h3．2物料衡算和熱量衡算3.2.1反應(yīng)器物料衡算和熱量衡算本反應(yīng)過程是強放熱反應(yīng)，因為放熱量大，如不采取方法控制反應(yīng)熱并立即移走，溫度會急劇升高，這么會產(chǎn)生強烈燃燒反應(yīng)，使反應(yīng)或使氯化物產(chǎn)生裂解反應(yīng)。所以利用加入過量甲烷得到循環(huán)氣為稀釋劑而移走反應(yīng)熱量。計算依據(jù)二氯甲烷產(chǎn)量505.05Kg/h.即5.94Kmol/h.原料組成含Cl296%,CH495%.進反應(yīng)器原料配比（摩爾比）Cl2：CH4：循環(huán)氣=1：0.68：3.0出反應(yīng)器百分比CH2Cl2：CHCl3=1：0.5（質(zhì)量比）(CHCl3+CCl4)/CH2Cl3=0.38（摩爾比）操作壓力0.08MPa（表壓）反應(yīng)器進口氣體溫度25oC,出口溫度420oC2．物料衡算Cl2 反 CH3Cl應(yīng)CH2Cl2CH4器CHCl3CCl4HCl假設(shè)循環(huán)氣不參與反應(yīng)，只起帶走熱量作用。設(shè)進口甲烷Xkmol/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時產(chǎn)量：505.05×0.5=252.5Kg/h=2.11kmol/h(CHCl3+CCl4)/CH2Cl2=0.38（質(zhì)量比）CCl4量：0.147kmol/h因為反應(yīng)復(fù)雜，用元素守衡法：則Cl元素守衡2.96X=Y+5.94×2+2.11×3+0.147×4(1)H元素守衡4X=3Y+Z+5.94×2+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=22.09kmol/hY=13.89kmol/hZ=32.68kmol/h所以反應(yīng)器進口原料中各組分流量Cl2:22.09×1.48=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=23.25kmol/h=520.8Nm3/h（含雜）循環(huán)氣流量：3.0×34.06=102.19kmol/h=2289.06Nm3/h其中CH3Cl:13.89N2:34.06×4%+23.25×3%=2.058kmol/hCO2:23.25×2%=0.465kmol/hCH4:102.19-13.89-2.058-0.465=85.76kmol/h進口氣體總量：32.68+24.25+(102.19-13.89)=143.07kmol/h反應(yīng)器出口中各組分流量CH3Cl:13.89kmol/hCH2Cl2:5.94kmol/hCHCl3:2.11kmol/hCCl4:0.147kmol/h循環(huán)氣：102.19kmol/h出口氣體總量：102.19+32.68+5.94+2.11+0.147=143.07kmol/h出口氣體中各組分含量CHCl3:13.89/143.07×100%=9.71%CH2Cl2:5.94/143.07×100%=4.15%CHCl3:2.11/143.07×100%=1.47%CCl4:0.147/143.07×100%=0.10%HCl:32.68/143.07×100%=33.84%N2:2.058/143.07×100%=1.46%CO2:0.465/143.07×100%=0.33%CH4:85.76/143.07×100%=59.94%反應(yīng)器物料平衡表表2—1組分反應(yīng)器進口反應(yīng)器出口Kmol/h組成%(mol)Kg/hKmol/h組成%(mol)Kg/hCH4107.8575.31725.685.7659.941372.16Cl232.6922.852320.99CH3Cl13.899.71701.415CH2Cl25.944.15504.9CHCl32.111.47252.145CCl40.1470.1022.638CO20.4650.3320.460.4650.3320.46N22.0581.4657.6242.0581.4657.642HCl32.6822.841192.85總計143.071004124.674143.071004124.6742.熱量衡算（以1h，25oC為基準）參與反應(yīng)各物料ΔHf?(KJ/kmol)輸入CH4Cl2CO2輸出CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HCl量(kmol)22.0932.690.46513.895.942.110.14732.68ΔHf?-74.850-393.51-81.92-87.86-100-106.76–92.3ΔHro=Σ生成物UlΔHf?-Σ反應(yīng)物UlΔHf?（3—1）=13.89×(-81.92)-5.94×87.86-2.11×100-0.147×106.76-32.68×92.3+22.09×74.85+0.465×393.51=-3.07×106KJ420℃各物質(zhì)（J/mol.k）物質(zhì)CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HClCO2N2（J/mol.k）66.0745.97588.28798.88729.9652.2730.65輸出焓：∑輸出H=∑nΔt（3—2）=(13.89×66.07+5.94×45.975+2.11×88.287+0.147×98.887+32.68×29.96+2.058×30.65+52.27×0.465)×(420-25)=9.8×105KJ輸入焓：∑輸入H=0Q放出=ΔH（3—3）=ΔHro+∑輸出H+∑輸入H=-3.07×106+9.8×105=-2.09×106KJ222.50℃各物質(zhì)（J/mol.k）物質(zhì)CH3ClN2CH4CO2（J/mol.k）54.8330.8149.6253.43循環(huán)氣帶出熱量為：Q帶走=mΔt=13.89×54.83+2.058×30.81+85.76×49.62+0.465×53.43)×420-25)=1.98×106KJ考慮5%熱損失，則2.09×106×(1-5%)=1.98×106KJ即Q放出=Q帶走循環(huán)氣能帶走熱量恰好為反應(yīng)氣放出熱量，使反應(yīng)溫度保持在420℃左右，維持反應(yīng)順利進行。3.2.2空冷器物料衡算和熱量衡算因為氣體溫度太高，直接進入吸收器不利于氯化氫氣體吸收。所以，先用空冷器冷卻降溫，確保吸收順利進行。計算依據(jù)進口氣體420℃，組成和流量和反應(yīng)器出口相同；出口氣體80℃，操作壓力0.06MPa（表壓）熱量衡算定性溫度t=(420+80)/2=250℃250℃各物質(zhì)（J/mol.k）物質(zhì)CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4CO2N2HClCH4（J/mol.k）56.36169.63981.92096.55845.0629.61129.29347.752熱負荷Q=W(T2-T1)（3—4）=(13.89×56.361+5.94×69.639+2.11×81.920+0.147×96.558+0.465×45.06+2.058×29.611+32.68×29.293+65.76×47.752)×(420-80)=2.37×106KJ/h3.2.3膜式吸收器物料衡算和熱量衡算Lx2Vy2Vy2Lx2本設(shè)計用兩個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，惰氣 膜 膜 流量也相同，所以液氣比l/V也相同。 Lx1Vy1Lx1Vy1第一膜式吸收器1.計算依據(jù)(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(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).冷卻水進口溫度25℃2.物料衡算對并流高濃度氣體吸收，操作線方程為：L()=V(-)（3—5）解得：x2=0.051即一膜進口酸，二膜出口酸濃度為0.051需要吸收劑用量：==167.2Kmol/h副產(chǎn)鹽酸量：l0=V0（y2-y1）/(x1-x2)=143.07(0.2284-0.06)/0.16=198.9Kmol/h吸收劑單位耗用量（氣體入口處）l=L/V=167.1/(143.07-32.68)=1.51被吸收氯化氫氣體量：wA=143.07(0.2284-0.08)=21.23Kmol/h剩下氣體總量：143.07-21.23=121.84Kmol/h各氣體含量：CH3Cl13.89/121.84×100%=11.4%CH2Cl25.94/121.84×100%=4.9%CHCl22.11/121.84×100%=1.7%CCl40.147/121.84×100%=0.12%HCl(32.68-21.23)/121.84×100%=9.4%N22.058/121.84×100%=1.69%CH485.76/121/84×100%=70.39%CO20.465/121.84×100%=0.38%3.熱量衡算42℃氯化氫溶解成16%鹽酸溶解熱Φ=9172.65KJ/KmolQ溶解=9172.65×194.8=1.7×106KJ/h在定性溫度t=(80+70)/2=75℃下等壓熱容CP(KJ/Kmol.℃)CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HClCH4N2CO2 44.5556.1171.2588.9328.8637.2128.7738.32Q=CP.m.Δt=(44.5513.89+56.11×5.94+71.25×2.11+88.93×0.147+28.86×32.68+37.12×85.76+28.77×2.058+38.32×0.465)×(80-70)=0.05×106KJ/hQ總=1.7×106+0.05×106=1.75×106KJ/h假設(shè)冷卻水溫升8℃，則冷卻水耗用量水Cw=4.18KJ/Kg.K=75.42KJ/Kmol.kWW=1.75×106/75.42×8=2.95×103Kmol/h第二膜式吸收器計算依據(jù)(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量同一膜l=167.2Kmol/h得到稀酸量l0=V0(y2-y1)/(x2-x1)=121.84(0.08-0.006)/(0.051-0)=176.8Kmol/h吸收劑單位耗用量l=1.51被吸收氯化氫氣體量：wa=143.07(0.08-0.006)=10.59剩下氣體總量：121.84-10.59=111.25各氣體含量：CH3Cl13.89/111.25×100%=12.49%CH2Cl5.94/11.25×100%=5.34%CHCl32.11/111.25×100%=1.90%CCl40.147/111.25×100%=0.13%HCl0.86/111.25×100%=0.77%N22.058/111.25×100%=1.85%CO20.465/111.25×100%=0.42%CH485.76/111.25×100%=77.09%熱量衡算42℃氯化氫溶解成5.1%鹽酸溶解熱Φ=3303.18Q溶解=3303.18×176.8=6×105KJ/h在定性溫度t=(70+60)/65℃下物質(zhì)等壓熱容Cp(KJ/kmol.℃)CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HClCH4CO2N243.8755.4970.8187.9928.537.0538.2228.46Q=CP.m.Δt=(43.78×13.89+55.49×5.94+70.81×2.11+87.99×0.147+28.51×10.59+37.04×85.76+38.22×0.465+28.46×2.058)×(70-60)=0.05×105Q總=0.6×105+0.05×105=0.65×105從一膜出來冷卻水逆流進入二膜，進口溫度33℃其溫升：Δt=0.65×105/(75.42×2.95×103)=2.87出口水溫：33+2.87=35.87℃3．2．4中和塔（填料塔）1．計算依據(jù)（1）進塔氣體組成同二膜出口氣體組成（2）用20℃，15%稀氫氧化鈉溶液吸收,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=50.5×12.49%+85x5.34%+119,51.90%+154×0.13%+36.5×0.77%+44×0.42%+16×77.09%+28×1.85%=26.64則入塔氣質(zhì)量流量：111.25×26.64=296.37kg/h入塔氣密度：ρV=2963.7/(111.25×22.4)=1.19kg/m315%和4%氫氧化鈉溶液化為摩爾濃度：15%（質(zhì)量）=×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+0.465×2)/(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水蒸氣，則總量為G0=112.925Kmol/h各氣體含量：CH3Cl13.89/112.925×100%=12.3%CH2Cl25.94/112.925×100%=5.3%CHCl32.11/112.925×100%=1.9%CCl40.147/112.925×100%=0.13%N22.058/112.925×100%=1.82%CH485.76/112.925×100%=75.9%H2O3/112.925×100%=2.66%

第四章關(guān)鍵設(shè)備工藝計算及選型4．1空冷器本過程傳熱量大，通常換熱器不能達成換熱效果?？绽淦鲹Q熱效果好，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省水資源，沒有水污染等問題，比水冷更經(jīng)濟，故選擇空冷器。計算依據(jù)（1）進出空冷器流量和組成：組分CH4CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4CO2N2HClKmol/h85.7613.895.942.110.1470.4652.05832.68%(kmol/h)59.949.714.151.470.10.331.4622.84（2）設(shè)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=2.37×106KJ/h設(shè)計計算查《化工裝置工藝設(shè)計》表9-31得輕有機物傳熱系數(shù)為10英熱單位/英尺2.h.換算為國際單位制：K=10×0.86×4.18=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)Φ=0.8△tm=△tm1.Φ=146.91×0.8=117.53℃則所需一般光管表面積：A0=Q/K.△tm（4—1）=2.37×106/(204.25×117.53=98.73m2由(T2-T1)/K=1.86查《化工裝置工藝設(shè)計》圖9-120得：最好管排數(shù)為n=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（4—2）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=2.37×106/(15.3×165×17.3=12.98m2取ξ=0.01F2-F1=12.99=12.98=0.01≤ξ即空氣出口溫度假設(shè)合理以光管外表面為基準空冷器換熱面積為98.73m2因為資料有限，無法查到標準空冷器系列及翅片規(guī)格。所以無法校核傳熱系數(shù)及確定翅片面積參考鴻化廠選φ377×12換熱管管長L=98.73×4/π×0.3532=1010米管內(nèi)流速u=143.07×22.4×4/π×0.3532=2762.5m/h=9.2m/su=9.2m/s符合換熱管內(nèi)流速范圍15—30米/秒，故換熱管選擇合理空冷器規(guī)格及型號：φ377×1010F=98.73m24．2第一膜式吸收器降膜式吸收器在吸收過程中不停將反應(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)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，可制成較大規(guī)格。用于處理量較大吸收過程。所以選擇降膜式石墨吸收器吸收氯化氫氣體。計算依據(jù)（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=1.75×106KJ/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70△t1=80-33=47℃△t2=70-25=45℃△tm=45℃從《氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊》查得K=3000KJ/m2.h.℃S=Q/K.△tm=1.75×106/3000×45=13.2m2計算吸收面積（并流）因為有大量冷卻水帶走熔解熱，將此過程保持等溫，所以簡化為等溫吸收，在42℃下查得HCl—H2O平衡數(shù)據(jù)以下：x00.009980.02020.04120.06310.0860.1040.1330.151y00.000020.000080.00030.00110.00410.020.040.06x0.1610.1720.1810.1830.1890.1920.1960.199y0.0080.100.140.160.180.200.220.24并流高濃度吸收操作操作線方程由式（3—5）：即在y1—y2之間分為10個相等小區(qū)間，對應(yīng)一個y求出一個x，所得x，y以下：x0.160.1530.1440.1350.1250.111y0.080.094840.109680.124520.139360.1542x0.1040.09180.07930.06580.051y0.160940.183880.198720.213560.2284在同一直角坐標系中作出操作線和平衡線圖一：圖一對高濃度吸收通常見諾曼法：從圖上量出塔兩端和操作范圍中點xc(x=0.1055)處濃度差△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《化工過程及設(shè)備設(shè)計》圖3—18得：f=△ym/△yc=0.51即△ym=0.073進口端kG查?。涸趖=80℃下查得各物質(zhì)μ(μpA.S)CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HClCO2N2CH412.7912.1011.9011.1817.218.1019.512.35平均粘度：μ=12.79×9.71%+12.10×4.15%+11.90×1.47%+11.18×0.10%+181.10×0.33%+19.5×1.46%+12.35×59.94%+17.2×22.84%=13.57μPA.S=0.049Kg/m.h平均分子量：M=50×9.71%+85×4.15%+119.5×1.47%+154×0.10%+36.5×22.84%+44×0.33%+16×59.94%+28×1.46%=28.81由計算出換熱面積13.2m2，按《石墨制化工設(shè)備設(shè)計》表3—26初選換熱器規(guī)格：公稱直徑450mm，吸收管61根，φ22×3吸收管入口氣體質(zhì)量流速：G0=(143.07×28.81×4)/(π×0.0612×61)=3.36×105Kg/m2.h則：DG0/μM1.75=(0.016×3.36×105)/0.049×28.811.75)=306.2（4—3）D—管內(nèi)徑，mG0—入口氣體質(zhì)量流速,kg/m2.hμ—入口氣體粘度，Kg/m.hM—平均分子量查《氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊》圖15—6—1得：kG=200×10-6Kmol/m2.h.Pa因為HCl氣體易溶于水，屬氣膜控制，總傳質(zhì)系數(shù)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（4—4）所以Ky=P.kG=1.6×105×200×10-6=32.0Kmol/m2.h出口端kG查?。翰榈胻=70℃μ(μpa.S)CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HClCO2N2CH412.411.311.410.916.516.718.912.0平均分子量：μ=12.4×11.4%+11.3×4.9%+11.4×1.7%+10.9×0.12%+12.0×70.3%+16.7×0.38%+18.9×1.69%+16.4×9.4%=0.045Kg/m.h平均粘度：M=50.5×1.4%+85×4.9%+119.5×1.7%+154×0.12%+36.5×9.4%+44×0.38%+28×1.69%+16×70.39%=27.47出口氣體質(zhì)量流速：G0=(121.84×27.47×4)/(π×0.0162×61)=2.73×105Kg/m2.hDG0/μM1.75=(0.016×2.73×105)/(0.045×27.471.75)=319.9kG=205×10-6Kmol/m2.h.Pa出口端壓力P=1.6×(1-21.23/143.07)=1.36atmKy=kG.P=205×10-6×1.36×105=27.9Kmol/hHCl被吸收二分之一時（即xc處）查取氣體總量：143.07-21.23/2=132.455Kmol/h剩下HCl量：32.68-231.23/2=22.065Kmol/h各氣體含量：CH3Cl13.89/132.455×100%=10.5%CH2Cl25.94/132.455×100%=4.48%CHCl32.11/132.455×100%=1.59%CCl40.147/132.455×100%=0.11%HCl22.06/132.455×100%=16.66%CO20.465/132.455×100%=0.35%N22.058/132.455×100%=1.55%CH485.76/132.455×100%=64.75%查得t=(80+70)/2=75℃下μ(μpa..S)CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HClCO2N2CH412.611.911.811.017.017.419.312.5平均粘度：μ=12.6×10.5%+11.9×4.48%+11.8×1.59%+11.0×0.11+17.4×0.35%+19.3×1.55%+12.5×64.75%+17.0×16.66%=0.048Kg/m.h平均分子量：M=50.5×10.5%+85×4.48%+119.5×1.59%+154×0.11%+36.5×16.66%+44×0.35%+16×64.75%+28×1.55%=28.21氣體質(zhì)量流速：G0=(132.455×28.21×4)/(π×0.0162×61)=3.05×105Kg/m2.hDG0/μM1.75=(0.016×3.05×105)/0.048×28.211.75)=294.4查得KG=196×10-6Kmol/m2.h.PaP=1.6×(1-10.615/143.07)=1.5atmKy=kGP=196×10-6××1.5×105=29.4Kmol/m2.h則對應(yīng)于y1,y2和ycKy分別為：Ky1=32.0Kmol/m2.h,Ky2=27.9Kmol/m2.h,Kyc=29.4Kmol/m2.hKyc/Ky=29.4/32.0=0.919Kyc/Ky2=29.4/27.9=1.05查《化工過程及設(shè)備設(shè)計》圖3—18f=Kym/Kyc=0.96即Kym=Kyc×0.96=28.2Kmol/m2.h由《化工過程及設(shè)備設(shè)計》式（3—19）F=W/Kym△ym（4—5）式中F—吸收面積，W—單位時間內(nèi)吸收溶質(zhì)量，Kmol/h△y—吸收過程中平均推進力Kym—吸收系數(shù)，Kmol/m2.h代入數(shù)據(jù)F=21.23/28.2×0.073=10.3m2所以由吸收面積10.3m2，換熱面積13.2m2，按《石墨制化工設(shè)備設(shè)計》3—26選換熱器公稱直徑450mm，固定管板厚度140mm，吸收管數(shù)量61根，換熱面積15m2，吸收面積12.6m2，管程數(shù)1換熱面積裕度：(15-13.2)/13.2×100%=13.6%吸收面積裕度：(12.6-10.3)/10.3×100%=22.3%4．3第二膜式吸收器計算依據(jù)（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=0.65×106KJ/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=28℃S=Q/K△tm=0.65×106/3000×28=9m23.計算吸收面積操作線方程：即在y1-y2之間分為10個相等小區(qū)間,對應(yīng)一個y求出一個x,所得x,y以下：x0.0510.0460.0420.0370.0320.027y0.0060.01340.02080.02820.03560.043x0.0220.0170.0110.00570y0.05040.05780.06520.07260.08平衡線第一膜已作出，同一坐標下作出操作線圖一，一樣用諾曼法量得：△y1=0.005△y2=0.008△yc=0.047算出△yc/△y1=0.047/0.005=9.4,△yc/△y2=0.047/0.08=0.58查得f=△ym/△yc=0.62,△ym=0.03進口端kG查?。阂蚨みM口端和一膜出口端溫度和物質(zhì)組成相同，故粘度和平均分子量同一膜出口端μ=0.045Kf/m.h,M=27.47由換熱面積S=9m2，按《石墨制化工設(shè)備設(shè)計》表3—26初選換熱器規(guī)格：公稱直徑500mm，吸收管數(shù)量85根，φ22×3吸收管入口氣體質(zhì)量流速：G0=(121.84×27.47×4)/(π×0.0162×85)=2.0×105Kg/m2.hDG0/μM1.75=(0.016×2.0×105)/(0.045×27.471.75)=215.7查得kG=150×10-6Kmol/m2.h.PaKy=kGP=150×1.36×10-6×105=20.4Kmol/m2.h出口端Ky求取：查得t=60℃下μ(μpa.S)CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HClCO2N2CH411.810.910.49.215.115.418.010.9平均粘度：μ=11.8×12.49%+10.9×5.34%+10.4×1.90%+9.2×0.13%+15.1×0.77%+18.0×1.85%+10.9×77.09%+15.4×0.42%=0.04Kg/m.h平均分子量：M=50.5×12.49%+85×5.34%+119.5×1.90%+154×0.13%+36.5×0.77%+44×0.42%+16×77.09%+28×1.85%=26.64出口氣體質(zhì)量流速：G0=(111.25×26.64×4)/(π×0.016285)=1.74×105Kg/m2.hDG0/μM1.75=(0.16×1.74×105)/(0.04×26.641.75)=222.8查得KG=153×10-6Kmol/m2.h.PaP=1.6×(1-31.82/143.07)=1.24atmKy=kGP=153×10-6×1.24×105=19.0Kmol/m2.hHCl被吸收二分之一時Ky求?。翰榈胻=(70+60)/2=65℃下μ(μPa.S)CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4HClCO2N2CH412.111.711.39.815.716.118.311.6平均粘度：μ=12.1×11.92%+11.1×5.1%+11.3×1.81%+9.8×0.13%+15.7×5.28%+18.3×1.77%+11.6×73.6%+16.1×0.40%=0.043Kg/m.h平均分子量：M=50.5×11.92%+85×5.11%+119.5×1.81%+154×0.13%+36.5×5.28%+28×1.77%+16×73.6%+28×0.40%+=27.03氣體質(zhì)量流速：G0=(116.545×27.03×4)/(π×0.0162×85)=1.84×105Kg/m2.hDG0/μM1.75=(0.016×1.84×105)=(0.04327.031.73)=213.7查得KG=148×10-6Kmol/m2.h.PaP=1.6×(1-26.525/143.07)=1.32atmKy=kGP=148×10-6×1.32×105=19.6Kmol/m2.h即對應(yīng)于y1,y2和yc分別為：Ky1=20.4Kmol/m2.h,Ky2=19.0Kmol/m2.h,Kyc=19.5Kmol/m2.h算出Kyc/Ky1=0.95,Kyc/Ky2=1.02查《化工過程及設(shè)備設(shè)計》圖3—18f=Kym/Kyc=0.99即Kym=Kyc×0.99=19.3Kmol/m2.h由吸收速率方程式（4—5）F=W/Kym△ym=10.59/19.3×0.03=18.3m2所以由吸收面積18.3m2，換熱面積9m2，按《石墨制化工設(shè)備設(shè)計》3—26選換熱器公稱直徑500mm，固定管板厚度150mm，吸收管數(shù)量85根，換熱面積20m2，吸收面積18.6m2，管程數(shù)1換熱面積裕度：(20-9)/9×100%=122%吸收面積裕度：(18.6-18.3)/18.3×100%=1.6%換熱面積裕度大了點，不過要滿足吸收面積只能選這種規(guī)格。實際上換熱面積大點更能維持等溫，假設(shè)為等溫更合理。4.4中和塔（填料塔）填料塔結(jié)構(gòu)簡單，阻力小，便于耐腐蝕材料制造，而且過程需要吸收氣體量小，故選擇填料塔。計算依據(jù)（1）氣體組成同一膜出口處組成（2）出塔氣體中無氯化氫和二氧化碳氣體（3）進口壓力1.24atm（4）25mm×25mm×2.5mm亂堆陶瓷拉西環(huán)確定空塔其速查《氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊》20℃，15%NaOH溶液ρl=1169Kg/m3粘度μL=2.95mPa.S則WL/WV(ρV/ρL)0.5=32.49/111.25(1.19/1169)0.5=0.01（4—6）式中WL,WV—分別為液相和氣相摩爾流量,Kmol/hρV,ρL—分別為液體和氣體密度Kg/m3查《化工原理》下冊圖3—24中亂堆填料泛點線，橫標為0.01時縱標數(shù)值為0.23由表3—5知，25mm×25mm×2.5mm亂堆陶瓷拉西環(huán)填料因子φ=450m-1，Ψ=ρ水/ρL=1000/1169=0.86umax=(0.23gρL/φΨρVμL0.2)1/2（4—7）=(0.23×9.8×1169/450×0.86×1.19×2.950.2)1/2=2.15m/s式中：umax—泛點氣速，m/sg—重力加速度，m/s2ρV,ρL—分別為液體和氣體密度Kg/m3φ—填料因子，m-1Ψ—液體密度校正吸收,Ψ=ρ水/ρlΜL—液體粘度,mPa.S取空塔氣速為泛點氣速50%，即u=0.5umax=1.125m/s計算填料塔直徑D=(4VS/πu)1/2=[(111.25×22.4×4)/(3.14×1.125×3600)]1/2=0.9mD—塔徑，mVS—體積流率m3/su—空塔氣速，m/s圓整塔徑為1m，即1000mm則空塔氣速u=4VS/πD2=(4×111.25×22.4)/π×12=0.88m/s空塔氣速安全系數(shù)：0.88/2.15×100%=40.9%4.計算噴淋密度因填料為25mm×25mm×2.5mm，σ=190，塔徑和填料尺寸之比大于8，依《化工原理》下冊式(3—37)算最小噴淋密度，因填料尺寸小于75mm，故取(LW)mln=0.08m3/m.h,則Umln=(LW)mln.σ（4—8）=0.08×190=15.2m3/m2.hσ—填料比表面積，m2/m3Umin—最小噴淋密度，m3/m2.h(LW)min—最小潤濕速率，0.08m3/m.hNaOH溶液平均分子量：100/(20/40+80/18)=20.22Kg/Kmol則操作條件下噴淋密度為：U=(32.49×20.22×4)/(π×1169×12)=0.72m3/m2.h為滿足U≥Umin則使出塔廢堿液循環(huán)，以增大液體流量，從而增大噴淋密度要使U≥Umin，即4Wl/(π×1169×12)≥15.2WL≥1.4×104Kg/h取WL=1.5×104Kg/h=741.8Kmol/h循環(huán)液量1.5×104-32.49×22.4=1.43×104Kg/h5．校核塔徑及空塔氣速由式（4—6）得：WL/WV(ρV/ρL)0.5=741.8/111.25(1.19/1169)0.5=0.21查《化工原理》下冊圖3—24中亂堆填料泛點線，橫標為0.21時縱標數(shù)值為0.08umax=(0.08gρL/φΨρVμL0.2)1/2=(0.08×9.8×1169/450×0.86×1.19×2.950.2)1/2=1.28m/s取空塔氣速為泛點氣速70%U=0.7Umax=0.7×1.28=0.90m/sD=(4VS/πu)1/2=[(111.25×22.4×4)/(3.14×0.90×3600)]1/2=0.98m圓整塔徑為1m,即1000mm則空塔氣速u=4VS/πD2=(4×111.25×22.4)/π×12=0.88m/s空塔氣速安全系數(shù)：0.88/1.28×100%=69%則操作條件下噴淋密度為：U=(1.5×104×4)/(π×1169×12)=16.53m3/m2≥Umin6.計算塔壓降縱標u2φψρμL0.2/gρL=(0.882×4500.86×2.950.2)/9.8×1169=0.039橫標WL/WV(ρV/ρL)0.5=741.8/111.25(1.19/1169)0.5=0.21據(jù)以上兩數(shù)值在圖3—24中確定塔操作點此點在△P=30×9.8Pa/m等壓線上，即每米填料層壓降約為294Pa/m7．計算填料層高度計算傳質(zhì)單元數(shù)因為氯化氫和二氧化碳氣體和NaOH溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，溶液中不存在氯化氫和二氧化碳,故Y*=O又因為二氧化碳和NaOH溶液反應(yīng)生成碳酸鈉堿性，抑制反應(yīng)進行，所以二氧化碳和NaOH溶液反應(yīng)比氯化氫和NaOH溶液反應(yīng)速度慢。所以本設(shè)計以二氧化碳為依據(jù)進行計算。被吸收氯化氫量為：32.68-31.82=0.86Kmol/h相當(dāng)于0.86/2=0.43Kmol/h二氧化碳。被吸收二氧化碳總量0.43+0.465=0.895Kmol/h即Y1=0.895/112.925×100%=0.79%因為液相中活潑組分濃度足夠大，而且發(fā)生是快速不可逆反應(yīng)，溶質(zhì)組分進入液相后立即反應(yīng)而被消耗掉，則界面上溶質(zhì)組份分壓為0，吸收過程速率為氣膜中擴散阻力所控制，所以可按氣膜控制物理吸收計算。=4.8（4—9）因為無法查到二氧化碳被NaOH吸收時KG，計算不出具體傳質(zhì)單元高度。按通常經(jīng)驗，對25mm填料作吸收操作時傳質(zhì)單元高度取為Hor=0.5m則填料層高度H=NOG.Hor（4—10）=4.8×0.5=2.4m4．5硫酸干燥塔浮閥塔結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，節(jié)省材料，性能良好，所以選擇浮閥塔。計算依據(jù)（1）進塔酸濃度98%（質(zhì)量），出塔酸濃度85%（質(zhì)量）（2）進口酸溫度25℃（3）硫酸量為3Kmol/h塔徑計算需要硫酸量：M=(M+3×18)×85%/98%=353.1Kg/h查得25℃下，98%硫酸密度ρL=1.833g/cm3=1833Kg/m3V=M/ρL=353.1/1833=5.35×10-5m3/s=0.19m3/h動能參數(shù)(Lh/VN)(ρL/ρV)1/2（4—11）式中：Lh，VN—分別為塔內(nèi)液氣兩相體積流量，m3/hρL，ρV分別為塔內(nèi)液氣兩相密度，Kg/m3此時ρV=WV/V=(13.89×50.5+5.94×85+2.11×19.5+0.147×154+2.058×28+85.76×16+3×18)/(112.925×22.4)=1.18Kg/h動能參數(shù)(Lh/VN)(ρL/ρV)1/2=0.19