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)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；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

2、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。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

3、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 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

4、下表：表1 1名稱單位產(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CHCI2沸點(diǎn)40.4液體比重D4201.326蒸汽比重2.93蒸汽密度g/13.30汽化潛熱Cal/g78.7液體比熱Cal/g.0.288C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c237臨界密度0.427冰點(diǎn)c-96.7在空氣中爆炸圍V%13.018.0在氧氣中爆炸圍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)

5、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、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

6、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)。人類接觸的主要途徑是吸 入。已經(jīng)測(cè)得，在室的生產(chǎn)環(huán)境中，當(dāng)使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)周圍空氣、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

7、吸器。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1 2指標(biāo)名稱指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品純度(Pt- CO)%99.599.098.0酸度（以HCI計(jì)）%0.00040.00080.0010水份%0.0400.0500.060色度101010蒸發(fā)殘?jiān)?0.00050.00100.0030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

8、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 ; 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%。1.1 4 產(chǎn)品的市場(chǎng)需求二氯甲烷又稱甲叉二氯、 氯

9、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。 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

10、快的增長(zhǎng)速度， 預(yù)計(jì) 世界圍 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 Cl 295.0%(V)水份 FfeOK0.05%(wt)2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+ Cl+CI-57.8千卡/克分子2. 增鏈CH 4+C * CH+HCI+1.0 千卡/ 克分子CH+CL CHCI+Cl.+25.7 千卡/克分子CHCI+CCH 2CI+HCI+4.6 千卡/ 克分子 CHCI.+Cl2 CHCl2+Cl.+20.7 千卡/克分子CHCl2+C

11、CHCL+HCI+8.8 千卡/克分子CHCI2+CI2 CHC3+C+15.7 千卡/ 克分子CHCJ+CI CCIa+HCI+13.0 千卡/ 克分子CCI3+CI2 CCI4+CI+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 +CI +M* Cl 2+M(2) 活化分子之間碰撞R +CI. 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)。等人曾研究了甲烷 氯化反應(yīng)中對(duì)鏈終止的影響。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)4

12、30。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+CI2 CHCI+HCI+24.019 千卡/克分子CH3CI+CI2 H 2CI2+HCI+23.66O 千卡/克分子CH2CI2+CI2 CI3+HCI+24.696 千卡/ 克分子CHCI3+CI2 CCk+HCI+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)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

13、解反應(yīng)。CH4+2CI2 +4HCI+70千 卡 / 克分子2CHCI3 C2CI4+2HCI3CHCI 3 Ch+CHCb+HCI2CCI 4 CI4+CI22CCI 4 CI6+CI2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

14、-strong 公司共同開(kāi)發(fā)了甲烷氧氯化法， 1979 年日本德山達(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)多采用循環(huán)式反應(yīng)器。1（甲烷）天燃?xì)鉄崧然?天燃?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)理是游離基連鎖反應(yīng)，通過(guò)升高溫度或用3000 5000A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3

15、80450 Eo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 （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(shí)，反應(yīng)成1mol氯化氫，此

16、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

17、來(lái)的反應(yīng)氣（70 90。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、二氧化碳等。燒堿車 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，

18、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 0.6Mpa （表壓） 。壓縮后的反應(yīng)氣經(jīng)緩沖罐

19、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為循環(huán)氣（其部分為甲烷、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0.2 0.3Mpa（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。2. 2. 2二氯甲烷生產(chǎn)工藝

20、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)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4000*103330* 24505.05 Kg/h3. 2物料衡算和熱量衡算反應(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%, CH 495%.(3) 進(jìn)反應(yīng)器的原料配比(摩爾比)

21、Cl 2: CH:循環(huán)氣=1: 0.68 : 3.0(4) 出反應(yīng)器的比例CHCI2： CHC3=1: 0.5 (質(zhì)量比)(CHCb+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25 oC,出口溫度420C2 物料衡算CH3CI2CI 23HCI出反應(yīng)器3/h (含假設(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 kmol/h,氯甲烷Ykmol/h,氯化氫Zkmol/h由 CHCI2：CHci3=1:0.5 (質(zhì)量比)CHC3 時(shí)產(chǎn)量：505.05 X 0.5=252.5Kg/h=2.11kmol/h(CHCl3+CCk

22、)/CH2Cl2=0.38 (質(zhì)量比)CCI4 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+5.94X 2+2.11 X 3+0.147 X 4(1)H元素守衡4X=3Y+Z+5.94X 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=22.09 kmol/hY=13.89 kmol/hZ=32.68kmol/h(1)所以反應(yīng)器進(jìn)口原料中各組分的流量CI 2： 22.09 X 1.48=32.69kmol/h=732.26Nm3/h (純)32.69/0.96=34.06kmol/h= 762.

23、94Nm 3/h (含雜)CHt22.09kmol/h(純),22.09/0.95=23.25 kmol/h =520.8 Nm雜)循環(huán)氣流量：3.0 X 34.06=102.19kmol/h=2289.06Nm 3/h其中 CHCI:13.89N 2：34.06 X 4%+23.25X 3%=2.058kmoI/hCO 2：23.25 X 2%=0.465kmol/hCH 4：102.19-13.89-2.058-0.465=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CHCI: 13.89k

24、mol/hCHCI2： 5.94 kmol/hCHC3: 2.11 kmol/hCCI4：0.147 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CHC3:13.89/143.07 X 100%=9.71%CHCb:5.94/143.07X 100%=4.15%CHC3211/143.07X 100%=1.47%CCb:0.147/143.07X 100%=0.10%HCl:32.68/143.07X 100%=33.84%2:2.058/143.07 X 100%

25、=1.46%CQ0.465/143.07X 100%=0.33%CH:85.76/143.07 X 100%=59.94%(4)反應(yīng)器物料平衡表表2 1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/hCH107.8575.31725.685.7659.941372.16Cl232.6922.852320.99CHCI13.899.71701.415CHCI25.944.15504.9CHC32.111.47252.145CCI40.1470.1022.638CQ0.4650.3320.460.4650.3320.46NN2.0581.4657.62

26、42.0581.4657.642HCI32.6822.841192.85總計(jì) 143.071004124.674143.071004124.6742.熱量衡算(以1h, 25C為基準(zhǔn))參加反應(yīng)的各物料的 Hf?(KJ/kmol)輸入 CH 4 Cl 2 CO2輸出 CH3CI CH2CI2 CHCI3 CCl4 HCl量(kmol)22.09 32.69 0.46513.89 5.94 2.110.147 32.68? Hf-74.85 0-393.51-81.92-87.86-100-106.76-92.3 Hr=工生成物U Hf -工反應(yīng)物U HF(3 1)=13.89 X(-81.92)

27、- 5.94 X 87.86-2.11 X 100-0.147 X 106.76-32.68 X 92.3+22.09 X 74.85+0.465 X 393.51=-3.07 X 106KJ420C各物質(zhì)的 Cp (J/mol.k )物質(zhì)CHaCl CH 2CI2 CHCl 3 CCl 4 HCl CO 2 N 2Cp (J/mol.k ) 66.0745.975 88.287 98.887 29.96 52.27 30.65輸出焓：刀輸出H=EnCp t(32)=(13.89 X 66.07+5.94 X 45.975+2.11 X 88.287+0.147 X 98.887+32.68X

28、 29.96+2.058 X 30.65+52.27 X 0.465) X (420 -25)=9.8 X 10 KJ輸入焓：刀輸入H=0Q 放出= H(3 3) Hro+E 輸岀 H+E 輸入H653.07 X 10+9.8 X 102.09 X 106KJ222.50 C各物質(zhì)的 Cp (J/mol.k )物質(zhì)CH3Cl NCH 4 CO 2C p (J/mol.k ) 54.83 30.81 49.62 53.43循環(huán)氣帶出的熱量為：Q帶走=Cp miA t=13.89 X 54.83+2.058 X 30.81+85.76 X 49.62+0.465 X 53.43) X 420-25

29、) =1.98 X 106KJ考慮 5%熱損失，則 2.09X106X(1-5%)=1.98X106KJ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420C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420C，組成和流量與反應(yīng)器出口相同；出口氣體 80C，操作壓力0.06MR (表壓)2熱量衡算定性溫度 t=(420+80)/2=250 C250C各物質(zhì)的 Cp (J/mol.k )物質(zhì) CH3Cl CH 2Cl2

30、CHCl3 CCl 4 CO2 N 2 HCl CH434)Cp (J/mol.k ) 56.361 69.639 81.920 96.558 45.06 29.611 29.293 47.752熱負(fù)荷 Q=WCp(T2-T1)=(13.89X56.361+5.94X69.639+2.11 X81.920+0.147X96.558+0.465 X 45.06+2.058 X 29.611+32.68 X 29.293+65.76 X 47.752) X (420 -80)=2.37 X 106KJ/h膜式吸收器的物料衡算和熱量衡算本設(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

31、收，吸收劑水先經(jīng)二膜吸收成稀酸 再去一膜吸收成高濃度酸。兩膜吸收劑用量相同，惰氣 流量也相同，因此液氣比I/V也相同。Lxi Vy i Lx i Vy i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80r ,出口氣體溫度70C,二膜出口氣體溫度60r(3) .吸收水溫42 r(4) .進(jìn)口氣體組成同反應(yīng)器出口(5) .操作壓力0.6MFa (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25 r2. 物料衡算對(duì)并流高濃度氣體吸收，操作

32、線方程為：(3乙)S尢-尢)y2yiL 1 y2 i % V X x21 x11 x2解得：X2=0.051即一膜進(jìn)口酸，二膜出口酸濃度為0.051需要的吸收劑用量:1 X11 x2(143.0732.68)(彳0.22840.22840.08 )1 0.08)=167.2Kmol/h0.160.0511 0.16 1 0.051副產(chǎn)鹽酸的量：10=0 (y2-y 1)/(x仁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(

33、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:CHCI13.89/121.84X 100%=11.4%CHCI25.94/121.84X 100%=4.9%CHC22.11/121.84X 100%=1.7%CCl40.147/121.84X 100%=0.12%X 100%=9.4%2.058/121.84X 100%=1.69%CH85.76/121/84X 100%=70.39%CO0.465/121.84X 100%=0.38%HCl(32.68-21.23)/121.843. 熱量衡算42 C氯化氫溶解成

34、16%勺鹽酸的溶解熱=9172.65KJ/KmolQ溶解=9172.65 X 194.8=1.7 X 106KJ/h在定性溫度t=(80+70)/2=75 C下的等壓熱容 C(KJ/Kmol. C)CH3Cl CH 2Cl2 CHCl 3 CCl 4 HCl CH 4 N 2 CO 244.55 56.11 71.25 88.93 28.86 37.21 28.77 38.32Q=C p.m. t=(44.5513.89+56.11 X 5.94+71.25 X 2.11+88.93 X 0.147+28.86 X 32.68+37.12X 85.76+28.77 X 2.058+38.32

35、X 0.465) X (80 -70)=0.05X106KJ/hQ 總=1.7 X 106+0.05 X 106=1.75 X 106KJ/h假設(shè)冷卻水溫升8C,則冷卻水耗用量水的 Cw=4.18KJ/Kg.K=75.42KJ/Kmol.kWW=1.75X106/75.4 2X8=2.95X103Kmol/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70C，出口氣體溫度60C(3) 出口酸濃度 5.1%(4) 吸收水溫42 C，冷卻水溫33 C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 l 0

36、=V0(y 2-y 1)/(x 2-x 1)=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 13.89/111.25 X100%=12.49%CH2Cl 5.94/11.25 X100%=5.34%CHCl3 2.11/111.25 X 100%=1.90%CCl4 0.147/111.25 X100%=0.13%HCl 0.86/111.25 X100%=0.77%1.

37、 熱量衡算N2 2.058/111.25CO2 0.465/111.25CH4 85.76/111.25X 100%=1.85%X 100%=0.42%X 100%=77.09%42 C氯化氫溶解成5.1%的鹽酸的溶解熱=3303.185Q溶解=3303.18 X 176.8=6 X 10KJ/h在定性溫度t=（70+60）/65 C下物質(zhì)的等壓熱容Cp（KJ/kmol. C）CH3ClCH 2Cl2 CHCl3 CCl 4 HCl CH 4 CO 2 N 243.8755.49 70.81 87.99 28.5 37.05 38.22 28.46Q=C.m. t=（43.78 X 13.89

38、+55.49 X 5.94+70.81 X 2.11+87.99 X 0.147+28.51 X 10.59+37.04 X 85.76+38.22 X 0.465+28.46 X 2.058） X （70-60）=0.05 X 105555Q總=0.6 X 10 +0.05 X 10 =0.65 X 10從一膜出來(lái)的冷卻水逆流進(jìn)入二膜，進(jìn)口溫度33 r其溫升： t=0.65 X 105/（75.42 X 2.95 X 10）=2.87出口水溫： 33+2.87=35.87 r3 24 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 20r， 15%的稀氫氧化鈉溶液

39、吸收 , 出塔堿濃度 4%（質(zhì)量）（3）出塔氣體溫度 60r（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=50.5X 12.49%+85x5.34%+119,51.90%+154X 0.13%+36.5X 0.77%+44X0.42%+16X 77.09%+28X 1.85%=26.64則入塔氣質(zhì)量流量： 111.25 X 26.64=296.37kg/h入塔氣密度：P v=2963.7心11.25 X 22.4)=1.19kg/m15%和4%

40、勺氫氧化鈉溶液化為摩爾濃度：15%(質(zhì)量)X 100%=7.35%(摩爾)0.15/400.85/184%(質(zhì)量)X 100%=1.84% (摩爾)0.04/40 0.96/18氫氧化鈉溶液耗用量： W=(0.86+0.465 X 2)/(7.35% -1.84%)=32.49Kmol/h3Kmol/h的水蒸氣，則總量為各氣體含量：CHCI13.89/112.925 X 100%=12.3%CHCI25.94/112.925 X 100%=5.3%CHCI2.11/112.925 X 100%=1.9%CCI40.147/112.925 X 100%=0.13%N2.058/112.925 X

41、 100%=1.82%CH85.76/112.925 X 100%=75.9%出塔氣中無(wú)氯化氫氣體和二氧化碳?xì)怏w，但帶出G=112.925Kmol/h第四章 主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型4. 1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?？绽淦鲹Q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 CH 4 CH 3CI CH 2CI2 CHCI 3 CCl 4 CO 2 N 2 HClKmol/h 85.76 13.895.94 2.11 0.147 0.465 2.058 32.68%(kmol/h)59.94

42、9.714.151.47 0.10.33 1.46 22.84(2) 設(shè)計(jì)溫度40 C(3) 進(jìn)空冷器溫度420 C，出空冷器溫度80 T(4) 進(jìn)出口壓力0.06MR (表壓)(5) 換熱量 Q=2.37 X 106KJ/h2設(shè)計(jì)計(jì)算o 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. F換算為國(guó)際單位制：K=10X 0.86 X 4.18=204.25KJ/m2.h. C假設(shè)空氣溫升15.3 C按逆流： 11=420-55.3=364.7 Ct 2=80-40=40Ctm=146.91 C取溫差校正系數(shù)=0.8 tn=tmi.=146.91 X 0.8

43、=117.53 C則所需普通光管的表面積：A0=Q/K. tm(41)=2.37X106/(204.25 X117.532=98.73n2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=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=A/F2=7.60則： F2=A0/7.60=98.73/7.60=12.99n 2由 F1= Q/(t 2-t 1)FV17.3(42)式中Q-換熱量,Kcal/h(t 2-t 1)空氣溫升FV 迎面風(fēng)速，米 /分代入數(shù)據(jù) F1=2.37X106/(15.3 X165X17.3=12.98n2取E =0

44、.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98.73n2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 377X 12的換熱管管長(zhǎng) L=98.73X 4/ nX 0.353 2=1010米管流速 u=143.07 X 22.4 X 4/ nX 0.353 2=2762.5m/h=9.2m/su=9.2m/s 符合換熱管流速圍 1530 米/ 秒，故換熱管選擇合理空冷器規(guī)格及型號(hào)： 377 X 1010 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

45、走， 其傳熱傳質(zhì)效果好， 吸收效率高， 在吸收系統(tǒng)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80r，出口溫度70r（3）吸收水溫42C，冷卻水溫25E ,溫升8E（ 4）進(jìn)口酸濃度 5.1%，出口酸濃度 16%（5）操作壓力0.06MR （表壓）（ 6）換熱量 Q=1.75 X 106KJ/h（ 7）吸收氣體量 21.23Kmol/h 2計(jì)算換熱面積（逆流） 冷卻水由25C升到33r，氣體由80r降到70t 1=80-

46、33=47rt2=70-25=45rtm=45r從氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊(cè)查得 K=3000KJ/m2.h. rS=Q/K. tm=1 .75 X 106/3000 X 45=13.2m2 3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 r下查得HC HO平衡數(shù)據(jù)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 0.1720.181 0.1830.189 0

47、.192 0.196 0.199y 0.008 0.100.140.160.180.200.22 0.24并流高濃度吸收操作的操作線方程由式(3 5):y Lxy2L x2(- -)1 y V 1 x 1 y2 V 1 X2即 _0.3781 y 1 xy如下:在y1 y2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,x 0.160.1530.1440.1350.1250.111y 0.080.094840.109680.124520.139360.1542x 0.1040.09180.07930.06580.051y 0.16094 0.183880.198720.213560.

48、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圍的中點(diǎn) xc(x=0.1055)處的濃度差 y 1=0.006y 2=0.227y c=0.143算出c/ y 1=0.143/0.006=23.8,yc/ y 2=0.143/0.227=0.63查化工過(guò)程及設(shè)備設(shè)計(jì)圖 318得：f= yV yc=0.51即厶y n=0.073 進(jìn)口端kG的查?。涸趖=80 C下查得各物質(zhì) 譏 gA.S )CH3Cl CH 2Cl2 CHCl 3 CCl 4 HCl CO 2 N 2 CH 412.79 12.10 11.90 11.18 17.2 18

49、.10 19.5 12.35 平均粘度：卩=12.79 X 9.71%+12.10X 4.15%+11.90X 1.47%+11.18X 0.10%+181.10X 0.33%+19.5 X 1.46%+12.35X 59.94%+17.2X 22.84%=13.57 yP a.S=0.049Kg/m.h平均分子量：M=50X9.71%+85X4.15%+119.5X1.47%+154X0.10%+36.5X22.84%+44X0.33%+16X59.94%+28X1.46%=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： 公稱直徑450mm吸收管61根

50、， 22X 3的吸收管入口氣體質(zhì)量流速：252G 0=(143.07 X 28.81 X 4)/( nX 0.061 X 61)=3.36 X 10Kg/m.h則： DG0/yM1.75=(0.016X3.36X105)/0.049 X28.81 1.75)=306.2(43)D管徑，mG入口氣體質(zhì)量流速，kg/m2.h卩一入口氣體粘度，Kg/m.hM平均分子量查氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊(cè)圖 1561 得：kG=200X 10-6Kmol/m2.h.P a由于HCI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?yàn)闅庀嗫倝翰桓?，則 ky

51、=P.kG(44)5-62所以 Ky=P.kG=1 .6 X 105X 200X 10-6=32.0KmoI/m2.h出口端kG的查取：查得t=70 C的卩(g a.S)CH3ClCH 2Cl 2 CHCl 3 CCl 4 HCl CO 2 N 2 CH 412.4 11.3 11.4 10.9 16.5 16.7 18.9 12.0 平均分子量：卩=12.4 X 11.4%+11.3X 4.9%+11.4X 1.7%+10.9X 0.12%+12.0X 70.3%+16.7X 0.38% +18.9 X 1.69%+16.4X 9.4%=0.045Kg/m.h平均粘度：M=50.5X 1.4

52、%+85X 4.9%+119.5X 1.7%+154X 0.12%+36.5X 9.4%+44X 0.38%+28X 1.69%+16X 70.39%=27.47出口氣體質(zhì)量流速：G 0=(121.84 X 27.47 X 4)/( nX 0.016 2 X 61)=2.73 X 105Kg/mhDG 0/ 卩 M.75=(0.016 X 2.73 X 10)/(0.045 X 27.47 1.75)=319.9-6 2k G=205X 10-6Kmol/m2.h.P a 出口端的壓力 P=1.6X (1-21.23/143.07)=1.36atm-65K y=kG.P=205X 10-6X 1.36 X 105=27.9Kmol/hHCI被吸收一半時(shí)(即xc處)的查取氣體總量： 剩余 HCI 的量 ：32.68-231 .23/2=22.065KmoI/h各氣體的含量：CH3CI13.89/132.455X 10