二氯甲烷的氯化吸收工藝設(shè)計(jì)

四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說明書題目二氯甲烷的氯化吸取工藝設(shè)計(jì)作者系別材料與化學(xué)工程系專業(yè)有機(jī)化工99.1班指導(dǎo)教師接受任務(wù)日期2023年2月24日完成任務(wù)日期2023年6月10日論文評(píng)閱教師論文答辯教師

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)有機(jī)班級(jí)九九級(jí)一班指導(dǎo)教師（署名）題目年產(chǎn)4000噸的氯甲烷氯化吸取工段的初步設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)：4kt/a二氯甲烷氯化吸取，年工作日330天，其余數(shù)據(jù)以工廠實(shí)際收集為準(zhǔn)。說明書內(nèi)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)說明書。圖紙規(guī)定：1．繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖；2．繪制重要設(shè)備的設(shè)備圖及設(shè)備布置圖；學(xué)生綜合訓(xùn)練方面的規(guī)定：完畢期限：2023年2月24日至2023年5月23日教研室主任：（署名）2023年6月2日

第一章總論1概述1.1.1產(chǎn)品的物理化學(xué)性質(zhì)一.產(chǎn)品的物理性質(zhì)二，三氯甲烷都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)如下表：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(diǎn)℃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(diǎn)℃-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)品的化學(xué)性質(zhì)二氯甲烷二氯甲烷在四種甲烷氯化物中對(duì)熱分解和水解的穩(wěn)定性僅次于一氯甲烷。在干燥空氣中最低的熱解溫度是120OC，熱解溫度隨水含量增長而減少，熱解重要生成氯化氫和微量光氣。在300—450oC，有鐵和金屬氯化物存在時(shí)，在氣相中二氯甲烷有焦化傾向，會(huì)生成黑色的固體聚合物。二氯甲烷進(jìn)一步氯化得到三氯甲烷和四氯化碳外，還具有下面一些化學(xué)性質(zhì)。氧化銅觸媒存在下，與空氣作用生成光氣觸媒CH2Cl2+O2COCl2+H2O450OC在一定條件下與水蒸氣作用生成甲醇、甲酸和氯化氫2CH2Cl2+3H2O(汽)CH3OH+HCOOH+4HCl在觸媒存在的條件下，450OC時(shí)與水蒸氣作用生成甲醛硫酸鋅CH2Cl2+H2O(汽)HCHO+2HCl450OC（4）在堿的水溶液中加壓可皂化成甲醛CH2+2NaOHHCHO+H2O+2NaCl鋁的存在下，與溴反映生成氯溴甲烷和二溴甲烷4CH2Cl2+3Br22CH2Br2+2Cl2100~125OC下，與乙醇溶液中的氨反映生成六甲撐四胺（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容易水解，水解產(chǎn)物是甲酸和氯化氫。升高溫度會(huì)大大加快水解反映，有氯化鐵等金屬氯化物存在回催化水解反映。三氯甲烷在290OC以下不會(huì)熱分解，但在四種甲烷氯化物中對(duì)熱的穩(wěn)定性比二氯甲烷差。在室溫下若受長時(shí)間光照會(huì)慢慢分解，有空氣存在時(shí)即使在暗處也回引起分解，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，還具有下面一些化學(xué)性質(zhì)。與稀堿溶液加熱，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）與赤熱的銅或鈉汞接觸生成乙炔2CHCl2+3CuC2H2+3CuCl2（4）有催化劑存在，與氟化氫反映生成氟里昂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，氯化氫和少量其他氯代烴2CHCl2C2Cl6+2HCl3CHCl3C2Cl6+3HCl1.1.2質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)1．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HCl計(jì)）%≤0.00040.00080.0010水份%≤0.0400.0500.060色度≤101010蒸發(fā)殘?jiān)?≤0.00050.00100.00302.工業(yè)三氯甲烷產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)（GB4118-92）表1—3指標(biāo)名稱指標(biāo)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(jì)）%≤0.030.030.051.1.3產(chǎn)品的重要用途一.二氯甲烷二氯甲烷是優(yōu)良的有機(jī)溶劑，具有很高的溶解能力，沸點(diǎn)低，不燃和毒性很低等特點(diǎn)。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的溶劑；三醋酸纖維素抽絲的溶劑和雙酚A制造聚碳酸中用作溶劑。二氯甲烷亦用于天然存在的熱敏物質(zhì)的萃取，如除去咖啡、啤酒蛇麻子中的咖啡因；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的溶劑。二氯甲烷廣泛用作油漆和凡立水的脫膜劑。以二氯甲烷為重要成分的典型油漆脫膜劑可具有石蠟、有機(jī)胺、低檔脂肪酸和醇、丙酮和磺化洗滌劑等。它亦可用于配制快干油漆。對(duì)金屬表面漆層的除去，二氯甲烷蒸汽噴霧是有效的方法。二氯甲烷與F—12一起，可作為低壓推動(dòng)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)束后澆口和管道的立即清洗。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，特別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。二．三氯甲烷三氯甲烷重要用于制造氟里昂（F—22）的原料。三氯甲烷是優(yōu)良的有機(jī)氯溶劑，能迅速溶解脂肪、油脂和蠟，常用于干洗和工業(yè)品的脫脂溶劑的配制。在粘結(jié)劑、食品包裝塑料和樹脂的調(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的應(yīng)用已停止，但在一些獸藥品中仍用作麻醉劑。在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用有：青霉素，生物堿，淄族化合物，維生素，調(diào)味品及葡萄糖等的萃取和提純中用作溶劑。它亦可用于痛軟膏、祛痰劑、牙膏和排除腸胃劑的配制。還可用于配制熏蒸清毒劑。1.1．4產(chǎn)品的市場(chǎng)需求二氯甲烷的市場(chǎng)需求二氯甲烷又稱甲叉二氯、氯化次甲基。二氯甲烷重要用作不燃性溶劑，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、煙霧劑的推動(dòng)劑、脲泡沫的發(fā)泡劑目前，我國二氯甲烷生產(chǎn)廠家重要為巨化集團(tuán)，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(chǎng)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，出口294t；1997年進(jìn)口32565t，出口1425t；預(yù)計(jì)2023年消費(fèi)二氯甲烷10萬t。自1995年以來，國內(nèi)市場(chǎng)二氯甲烷價(jià)格比較穩(wěn)定，不象其它化工產(chǎn)品經(jīng)歷了大起大落的過程。1995年1月，國內(nèi)市場(chǎng)二氯甲烷價(jià)格為8500---9800元/t；1995年7月，價(jià)格為9500元/t；1996年3月，為8600---9800元/t，與1995年初基本一致。1997年12月為8600元/t；1998年3月為8100---8700元/t，價(jià)格有所下滑，重要是受整個(gè)化工市場(chǎng)行情回落的影響。估計(jì)近期國內(nèi)市場(chǎng)二氯甲烷價(jià)格不會(huì)有大的波動(dòng)，將以平穩(wěn)為主。目前，世界二氯甲烷供需基本平衡，但由于產(chǎn)品和國家地區(qū)之間發(fā)展不平衡，其未來產(chǎn)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(yán)格控制排放，盡也許回收，預(yù)計(jì)美國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)消費(fèi)將逐年遞減，而世界的其它國家和地區(qū)，如東歐、中東、亞洲和拉美等發(fā)展中國家對(duì)二氯甲烷的需求量將保持較快的增長速度，預(yù)計(jì)世界范圍內(nèi)2023---2023年對(duì)二氯甲烷的需求量將以2%—3%左右的速度增長。二．三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，重要用于生產(chǎn)致冷劑、染料和藥品等。目前在中國三氯甲烷重要用于生產(chǎn)HCFC__22（二氟一氯甲烷）其消費(fèi)量占總消費(fèi)量的75%以上。此外，在醫(yī)藥工業(yè)中重要用作萃取劑等。預(yù)計(jì)2023年致冷劑的三氯甲烷消費(fèi)將超過10萬t。國外三氯甲烷也重要用于制備HCFC—22。幾十年來，HCFC——22被人們廣泛用作致冷劑及用于制備有機(jī)氟高分子材料。由于世界至今尚未開發(fā)和生產(chǎn)出完全令人滿意的CFC—11，CFC—12的替代物。所以HCFC—22被為空調(diào)和超級(jí)市場(chǎng)致冷劑的替代品。20世紀(jì)90年代中期HCFC—22生產(chǎn)發(fā)展迅猛，但是，HCFC——22畢竟是破壞大氣臭氧層的物質(zhì)，只是作為家用空調(diào)和商業(yè)制冷劑CFC—11和CFC—12的過渡產(chǎn)品。目前發(fā)達(dá)國家消費(fèi)量已逐年3減少，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(jī)氟材料則不受限制。由于世界范圍內(nèi)高分子有機(jī)含氟材料的需求增長非常快，因此基本抵消了制冷劑需求下降導(dǎo)致的影響，預(yù)計(jì)2023~2023年，世界對(duì)三氯甲烷的需求量將保持小幅增長，增長率不超過0.5%。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(chǎng)占有率。在2023年只、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，三氯甲烷仍處在有利的發(fā)展期，國內(nèi)公司應(yīng)抓住機(jī)遇，規(guī)?；a(chǎn)。1.1.5其它由于本過程產(chǎn)生大量的鹽酸，可出售。此外，中和塔排出的廢堿需進(jìn)行解決后才干排放，以免污染環(huán)境。1.2原材料的規(guī)格、來源及凈化原料規(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.原料來源1．氯氣：來自燒堿車間電解產(chǎn)生的氯氣2.天然氣：由于自貢豐富的天然氣資源，因此就地取材三.天燃?xì)鈨艋捎米儔何郊夹g(shù)(PressureSwlngAdsorptlon.簡稱PSA)脫出天然氣中C2+以上自分，重要運(yùn)用吸附劑對(duì)不同氣體自分的吸附容量隨壓力變化而呈現(xiàn)差異的特性，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的CH4作為產(chǎn)品起由吸附塔出口排出，減壓時(shí)吸附的C2+組分脫附，同時(shí)吸附劑獲得再生，整個(gè)過程是在環(huán)境溫度下進(jìn)行的。1.3生產(chǎn)方案的擬定由于自貢地區(qū)鹽化工發(fā)達(dá)，氯化鈉電解法制燒堿規(guī)模較大，為合理運(yùn)用電解過程中產(chǎn)生的大量氯氣，再結(jié)合自貢豐富的天然氣資源，故選用甲烷熱氯化法生產(chǎn)二、三氯甲烷。

第二章生產(chǎn)工藝流程簡述2．1二、三氯甲烷的生產(chǎn)原理及生產(chǎn)方法2．1．1生產(chǎn)原理甲烷熱氯化機(jī)理和其它烷烴氯化機(jī)理相似，都是自由基連鎖反映。氯分子的活化是通過高溫來實(shí)現(xiàn)的，其自由基連鎖反映歷程，可分三步表達(dá)：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 下列情況存在都也許產(chǎn)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(chǎn)物R．+R。 不活潑產(chǎn)物（3）原料氣中氧的存在能阻礙反映。R.N.Pease等人曾研究了甲烷氯化反映中對(duì)鏈終止的影響。 在甲烷熱氯化反映過程中，反映溫度不高時(shí)，反映按自由基連鎖反映進(jìn)行。當(dāng)反映溫度升高到370。C時(shí)，連鎖反映機(jī)理的相對(duì)作用隨之減低，反映溫度超過430。C，甲烷氯化反映事實(shí)上是一逐級(jí)取代不可逆的雙分子均相反映。反映過程中四種氯化物同時(shí)生成，所以甲烷直接氯化不也許得到單一的產(chǎn)品，其反映方程式如下： 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 甲烷氯化反映是強(qiáng)放熱反映。在反映開始前供應(yīng)熱量，當(dāng)反映開始后所需能量可由反映熱供應(yīng)。由于放熱量大，如不采用措施控制反映熱并及時(shí)帶走溫度會(huì)急劇升高，這樣會(huì)產(chǎn)生劇烈的燃燒反映或氯化物產(chǎn)生裂解反映。 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(shí)，也會(huì)使反映進(jìn)行極為劇烈，甚至產(chǎn)生爆炸。因此，要保證甲烷熱氯化反映順利進(jìn)行的重要條件是：保證原料氣的對(duì)的配比；保證甲烷和氯氣充足均勻混合；有效和及時(shí)引出反映熱。2.1.2二、三氯甲烷的生產(chǎn)方法及特點(diǎn)二、三氯甲烷的重要生產(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，后來發(fā)展了光氯化法。1972年美國C-Elummus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(dá)化學(xué)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(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Hoechst公司為代表。反映器形式有內(nèi)循環(huán)式、蓄熱式、列管式和沸騰床等多種形式。我國多采用內(nèi)循環(huán)式反映器。1．（甲烷）天燃?xì)鉄崧然ㄌ烊細(xì)馀c氯氣反映，經(jīng)水吸取氯化氫副產(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)理是游離基連鎖反映，通過升高溫度或用3000—5000A的光源輻射來實(shí)現(xiàn)氯分子的活化。在工業(yè)操作中，為保持一個(gè)穩(wěn)定的自由基連鎖反映，需要將溫度維持在380—450℃。甲烷氯化是強(qiáng)放熱反映，反映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映裝置設(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)反映器，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、采用流化床反映器。2．氯甲烷氯化法將氯甲烷與氯氣氯化反映，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，反映溫度為420。C，反映壓力19Kpa，反映冷卻吸取、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)，反映成1mol氯化氫，此時(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)甲烷氯代物的過程是一高效的過程。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。2．2生產(chǎn)工藝流程簡述2.2.1甲烷氯化物生產(chǎn)工藝流程簡述分別來自燒堿車間、配氣站和反映裝置的氯氣、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)入反映器，進(jìn)行甲烷熱氯化反映，反映組成為：甲烷氯化物、氯化氫、過量的甲烷、惰性氣體和微量的游離氯。反映氣經(jīng)空氣冷卻器冷卻后進(jìn)入碳黑分離器，除去反映中產(chǎn)生的少量碳黑，進(jìn)入水洗系統(tǒng)除去氯化氫。從碳黑分離器出來的反映氣（70—90。C），與稀酸分離器來的酸，進(jìn)入第一膜式吸取器頂部，順流而下，進(jìn)行降膜吸取氯化氫后，反映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。反映氣與計(jì)量后的吸取水，入第二膜式吸取器頂部進(jìn)行第二次吸取，反映氣與稀酸入稀酸分離器，稀酸入第一膜式吸取器，反映氣則進(jìn)酸霧分離器除去酸霧，進(jìn)入中和塔。第一、第二膜式吸取器管間冷卻水逆流串聯(lián)使用。反映氣經(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映中殘余的氯化氫、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(jìn)中和塔，當(dāng)堿液濃度降到規(guī)定值（3%—5%）后，送至廢堿解決裝置。從中和塔塔頂出來的反映氣，進(jìn)入干燥系統(tǒng)；堿液分離器底部的液體定期排放。中和后的反映氣進(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，定期用稀硫酸泵送至稀硫酸大貯槽，以備出售。干燥后的反映氣，從干燥塔頂部出來進(jìn)入固堿中和器，除去硫酸干燥過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）。壓縮后的反映氣經(jīng)緩沖罐和機(jī)后冷卻器冷卻至40.C以下，進(jìn)入熱互換器，與冷凝器來的循環(huán)氣進(jìn)行換熱，使反映氣溫度降至25.C左右，熱互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(jīng)熱互換器后，匯同二氯甲烷蒸餾一塔頂部來的一氯甲烷（該一氯甲烷通過了氣液分離器，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）返回氯化反映器和調(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、三氯甲烷生產(chǎn)工藝流程簡圖水15%的氫氧化鈉 第二膜式吸取器空冷器第一膜式吸取器中和塔第二膜式吸取器空冷器第一膜式吸取器中和塔稀酸分離器天然氣混合器稀酸分離器反映器鹽酸分離器循環(huán)氣反映器鹽酸分離器氯氣98%的硫酸循環(huán)氣-25℃冷凍鹽水粗氯化液貯槽冷凝器熱互換粗氯化液貯槽冷凝器熱互換器機(jī)后冷凝器緩沖罐壓縮機(jī)干燥塔

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，天天24小時(shí)，二氯甲烷小時(shí)生產(chǎn)量 Kg/h3．2物料衡算和熱量衡算3.2.1反映器的物料衡算和熱量衡算本反映過程是強(qiáng)放熱反映，由于放熱量大，如不采用措施控制反映熱并及時(shí)移走，溫度會(huì)急劇升高，這樣會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的燃燒反映，使反映或使氯化物產(chǎn)生裂解反映。因此運(yùn)用加入過量甲烷得到的循環(huán)氣為稀釋劑而移走反映熱量。計(jì)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(jìn)反映器的原料配比（摩爾比）Cl2：CH4：循環(huán)氣=1：0.68：3.0出反映器的比例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）反映器進(jìn)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)氣不參與反映，只起帶走熱量的作用。設(shè)進(jìn)口甲烷Xkmol/h,出反映器一氯甲烷Ykmol/h,氯化氫Zkmol/h由CH2Cl2:CHCl3=1:0.5（質(zhì)量比）CHCl3時(shí)產(chǎn)量：505.05×0.5=252.5Kg/h=2.11kmol/h(CHCl3+CCl4)/CH2Cl2=0.38（質(zhì)量比）CCl4的量：0.147kmol/h由于反映復(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所以反映器進(jìn)口原料中各組分的流量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(jìn)口氣體總量：32.68+24.25+(102.19-13.89)=143.07kmol/h反映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出口氣體中各組分的含量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%反映器物料平衡表表2—1組分反映器進(jìn)口反映器出口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(jì)143.071004124.674143.071004124.6742.熱量衡算（以1h，25oC為基準(zhǔn)）參與反映的各物料的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反映物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)的（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)的（J/mol.k）物質(zhì)CH3ClN2CH4CO2（J/mol.k）54.8330.8149.6253.43循環(huán)氣帶出的熱量為：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)氣能帶走的熱量恰好為反映氣放出的熱量，使反映溫度保持在420℃左右，維持反映順利進(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)入吸取器不利于氯化氫氣體吸取。因此，先用空冷器冷卻降溫，保證吸取的順利進(jìn)行。計(jì)算依據(jù)進(jìn)口氣體420℃，組成和流量與反映器出口相同；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)的（J/mol.k）物質(zhì)CH3ClCH2Cl2CHCl3CCl4CO2N2HClCH4（J/mol.k）56.36169.63981.92096.55845.0629.61129.29347.752熱負(fù)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膜式吸取器的物料衡算和熱量衡算Lx2Vy2Vy2Lx2本設(shè)計(jì)用兩個(gè)石墨降膜吸取器串聯(lián)吸取，氣體經(jīng)一 膜吸取后再經(jīng)二膜吸取，吸取劑水先經(jīng)二膜吸取成稀酸 一 二 再去一膜吸取成高濃度酸。兩膜吸取劑用量相同，惰氣 膜 膜 流量也相同，因此液氣比l/V也相同。 Lx1Vy1Lx1Vy1第一膜式吸取器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80℃,出口氣體溫度70℃,二膜出口氣體溫度60℃(3).吸取水溫42℃(4).進(jìn)口氣體組成同反映器出口(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(jìn)口溫度25℃2.物料衡算對(duì)并流高濃度氣體吸取，操作線方程為：L()=V(-)（3—5）解得：x2=0.051即一膜進(jìn)口酸，二膜出口酸濃度為0.051需要的吸取劑用量：==167.2Kmol/h副產(chǎn)鹽酸的量：l0=V0（y2-y1）/(x1-x2)=143.07(0.2284-0.06)/0.16=198.9Kmol/h吸取劑的單位耗用量（氣體入口處）l=L/V=167.1/(143.07-32.68)=1.51被吸取的氯化氫氣體的量：wA=143.07(0.2284-0.08)=21.23Kmol/h剩余氣體總量：143.07-21.23=121.84Kmol/h各氣體的含量：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%的鹽酸的溶解熱Φ=9172.65KJ/KmolQ溶解=9172.65×194.8=1.7×106KJ/h在定性溫度t=(80+70)/2=75℃下的等壓熱容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℃，則冷卻水耗用量水的Cw=4.18KJ/Kg.K=75.42KJ/Kmol.kWW=1.75×106/75.42×8=2.95×103Kmol/h第二膜式吸取器計(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70℃，出口氣體溫度60℃(3)出口酸濃度5.1%(4)吸取水溫42℃，冷卻水溫33℃(5)操作壓力0.036MPa(表壓)物料衡算需要吸取劑的量同一膜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吸取劑的單位耗用量l=1.51被吸取的氯化氫氣體量：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：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%的鹽酸的溶解熱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)的等壓熱容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從一膜出來的冷卻水逆流進(jìn)入二膜，進(jìn)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(jì)算依據(jù)（1）進(jìn)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取,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?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=50.5×12.49%+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%的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?xì)怏w，但帶出3Kmol/h的水蒸氣，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%

第四章重要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型4．1空冷器本過程傳熱量大，一般的換熱器不能達(dá)成換熱效果?？绽淦鲹Q熱效果好，結(jié)構(gòu)簡樸，節(jié)約水資源，沒有水污染等問題，比水冷更經(jīng)濟(jì)，故選用空冷器。計(jì)算依據(jù)（1）進(jìn)出空冷器的流量和組成：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(jì)溫度40℃（3）進(jìn)空冷器溫度420℃，出空冷器溫度80℃（4）進(jìn)出口壓力0.06MPa（表壓）（5）換熱量Q=2.37×106KJ/h設(shè)計(jì)計(jì)算查《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.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℃則所需普通光管的表面積：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=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(zhǔn)的空冷器的換熱面積為98.73m2由于資料有限，無法查到標(biāo)準(zhǔn)空冷器系列及翅片規(guī)格。因此無法校核傳熱系數(shù)及擬定翅片面積參考鴻化廠選φ377×12的換熱管管長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(hào)：φ377×1010F=98.73m24．2第一膜式吸取器降膜式吸取器在吸取過程中不斷的將反映熱移走，其傳熱傳質(zhì)效果好，吸取效率高，在吸取系統(tǒng)內(nèi)壓力減少，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，可制成較大規(guī)格。用于解決量較大的吸取過程。因此選用降膜式石墨吸取器吸取氯化氫氣體。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80℃，出口溫度70℃（3）吸取水溫42℃，冷卻水溫25℃,溫升8℃（4）進(jìn)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）吸取氣體量21.23Kmol/h計(jì)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(cè)》查得K=3000KJ/m2.h.℃S=Q/K.△tm=1.75×106/3000×45=13.2m2計(jì)算吸取面積（并流）由于有大量的冷卻水帶走熔解熱，將此過程保持等溫，因此簡化為等溫吸取，在42℃下查得HCl—H2O平衡數(shù)據(jù)如下：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并流高濃度吸取操作的操作線方程由式（3—5）：即在y1—y2之間分為10個(gè)相等的社區(qū)間，相應(yīng)一個(gè)y求出一個(gè)x，所得x，y如下：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(biāo)系中作出操作線和平衡線如圖一：圖一對(duì)高濃度吸取一般用諾曼法：從圖上量出塔兩端和操作范圍的中點(diǎn)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/△y2=0.143/0.227=0.63查《化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)》圖3—18得：f=△ym/△yc=0.51即△ym=0.073進(jìn)口端kG的查?。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(jì)算出的換熱面積13.2m2，按《石墨制化工設(shè)備設(shè)計(jì)》表3—26初選換熱器規(guī)格：公稱直徑450mm，吸取管61根，φ22×3的吸取管入口氣體質(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(cè)》圖15—6—1得：kG=200×10-6Kmol/m2.h.Pa由于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又由于氣相總壓不高，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的查?。翰榈胻=70℃的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出口端的壓力P=1.6×(1-21.23/143.07)=1.36atmKy=kG.P=205×10-6×1.36×105=27.9Kmol/hHCl被吸取一半時(shí)（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：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℃下的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則相應(yīng)于y1,y2和yc的Ky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(jì)》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(jì)》式（3—19）F=W/Kym△ym（4—5）式中F—吸取面積，W—單位時(shí)間內(nèi)吸取的溶質(zhì)的量，Kmol/h△y—吸取過程中的平均推動(dòng)力Kym—吸取系數(shù)，Kmol/m2.h代入數(shù)據(jù)F=21.23/28.2×0.073=10.3m2所以由吸取面積10.3m2，換熱面積13.2m2，按《石墨制化工設(shè)備設(shè)計(jì)》3—26選換熱器公稱直徑450mm，固定管板厚度140mm，吸取管數(shù)量61根，換熱面積15m2，吸取面積12.6m2，管程數(shù)1換熱面積裕度：(15-13.2)/13.2×100%=13.6%吸取面積裕度：(12.6-10.3)/10.3×100%=22.3%4．3第二膜式吸取器計(jì)算依據(jù)（1）進(jìn)口氣體組成同一膜出口處（2）進(jìn)口溫度70℃，出口溫度60℃（3）吸取水溫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(jìn)口清水，出口稀酸濃度5.1%（7）吸取氣體量10.59Kmol/h計(jì)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(jì)算吸取面積操作線方程：即在y1-y2之間分為10個(gè)相等的社區(qū)間,相應(yīng)一個(gè)y求出一個(gè)x,所得x,y如下：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(biāo)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=0.047/0.08=0.58查得f=△ym/△yc=0.62,△ym=0.03進(jìn)口端的kG查取：因二膜進(jìn)口端與一膜出口端的溫度和物質(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(jì)》表3—26初選換熱器規(guī)格：公稱直徑500mm，吸取管數(shù)量85根，φ22×3的吸取管入口氣體質(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的求?。翰榈胻=60℃下的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被吸取一半時(shí)Ky的求?。翰榈胻=(70+60)/2=65℃下的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即相應(yīng)于y1,y2和yc的分別為：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(jì)》圖3—18f=Kym/Kyc=0.99即Kym=Kyc×0.99=19.3Kmol/m2.h由吸取速率方程式（4—5）F=W/Kym△ym=10.59/19.3×0.03=18.3m2所以由吸取面積18.3m2，換熱面積9m2，按《石墨制化工設(shè)備設(shè)計(jì)》3—26選換熱器公稱直徑500mm，固定管板厚度150mm，吸取管數(shù)量85根，換熱面積20m2，吸取面積18.6m2，管程數(shù)1換熱面積裕度：(20-9)/9×100%=122%吸取面積裕度：(18.6-18.3)/18.3×100%=1.6%換熱面積裕度大了點(diǎn)，但是要滿足吸取面積只能選這種規(guī)格。事實(shí)上換熱面積大點(diǎn)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)簡樸，阻力小，便于耐腐蝕材料制造，并且過程需要吸取的氣體量小，故選用填料塔。計(jì)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?xì)怏w（3）進(jìn)口壓力1.24atm（4）25mm×25mm×2.5mm的亂堆陶瓷拉西環(huán)擬定空塔其速查《氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊(cè)》20℃，15%的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—分別為液相和氣相的摩爾流量,Kmol/hρV,ρL—分別為液體和氣體的密度Kg/m3查《化工原理》下冊(cè)圖3—24中亂堆填料泛點(diǎn)線，橫標(biāo)為0.01時(shí)的縱標(biāo)數(shù)值為0.23由表3—5知，25mm×25mm×2.5mm的亂堆陶瓷拉西環(huán)的填料因子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(diǎn)氣速，m/sg—重力加速度，m/s2ρV,ρL—分別為液體和氣體的密度Kg/m3φ—填料因子，m-1Ψ—液體密度校正吸取,Ψ=ρ水/ρlΜL—液體粘度,mPa.S取空塔氣速為泛點(diǎn)氣速的50%，即u=0.5umax=1.125m/s計(jì)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(jì)算噴淋密度因填料為25mm×25mm×2.5mm，σ=190，塔徑與填料尺寸之比大于8，依《化工原理》下冊(cè)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—填料的比表面積，m2/m3Umin—最小噴淋密度，m3/m2.h(LW)min—最小潤濕速率，0.08m3/m.hNaOH溶液的平均分子量：100/(20/40+80/18)=20.22Kg/Kmol則操作條件下的噴淋密度為：U=(32.49×20.22×4)/(π×1169×12)=0.72m3/m2.h為滿足U≥Umin則使出塔的廢堿液循環(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)液的量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(cè)圖3—24中亂堆填料泛點(diǎn)線，橫標(biāo)為0.21時(shí)的縱標(biāo)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(diǎn)氣速的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%則操作條件下的噴淋密度為：U=(1.5×104×4)/(π×1169×12)=16.53m3/m2≥Umin6.計(jì)算塔壓降縱標(biāo)u2φψρμL0.2/gρL=(0.882×4500.86×2.950.2)/9.8×1169=0.039橫標(biāo)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中擬定塔的操作點(diǎn)此點(diǎn)位于△P=30×9.8Pa/m的等壓線上，即每米填料層的壓降約為294Pa/m7．計(jì)算填料層高度計(jì)算傳質(zhì)單元數(shù)由于氯化氫和二氧化碳?xì)怏w與NaOH溶液發(fā)生化學(xué)反映，溶液中不存在氯化氫和二氧化碳,故Y*=O又由于二氧化碳與NaOH溶液反映生成的碳酸鈉堿性，克制反映進(jìn)行，所以二氧化碳與NaOH溶液反映比氯化氫與NaOH溶液反映速度慢。因此本設(shè)計(jì)以二氧化碳為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算。被吸取的氯化氫的量為：32.68-31.82=0.86Kmol/h相稱于0.86/2=0.43Kmol/h的二氧化碳。被吸取的二氧化碳總量0.43+0.465=0.895Kmol/h即Y1=0.895/112.925×100%=0.79%由于液相中活潑組分的濃度足夠大，并且發(fā)生的是快速不可逆反映，溶質(zhì)組分進(jìn)入液相后立即反映而被消耗掉，則界面上的溶質(zhì)組份分壓為0，吸取過程速率為氣膜中的擴(kuò)散阻力所控制，因此可按氣膜控制的物理吸取計(jì)算。=4.8（4—9）由于無法查到二氧化碳被NaOH吸取時(shí)的KG，計(jì)算不出具體的傳質(zhì)單元高度。按一般經(jīng)驗(yàn)，對(duì)25mm的填料作吸取操作時(shí)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)簡樸，制造方便，節(jié)省材料，性能良好，因此選用浮閥塔。計(jì)算依據(jù)（1）進(jìn)塔酸濃度98%（質(zhì)量），出塔酸濃度85%（質(zhì)量）（2）進(jìn)口酸溫度25℃（3）硫酸的量為3Kmol/h塔徑計(jì)算需要的硫酸的量：M=(M+3×18)×85%/98%=353.1Kg/h查得25℃下，98%的硫酸的密度ρL=1.833g/cm3=1833Kg/m3V=M/ρL