年產3萬噸氯苯的工藝設計.doc

I 設計總說明 本設計按設計任務書要求 遵循技術上先進 工藝上可靠 經濟上合理 系 統(tǒng)最優(yōu)的原則完成 本設計采用苯與氯氣在 FeCl3催化下連續(xù)氯化得氯化液 再經 水洗 中和 粗餾 精餾除去過量苯和多氯苯而得到成品氯化苯 反應放出的氯化 氫用水吸收制成鹽酸 多氯苯回收為鄰 對位二氯苯 本設計說明書的主要內容包 括 生產方法的論證 能量衡算 主體設備設計 主 要設備的選型和工藝尺寸的 計算 車間的設備布置 以及技術經濟指標分析 氯苯是化學工業(yè) 尤其是石油化學工業(yè)中重要的有機原料和產品之一 它被廣 泛用于醫(yī)藥中間體 食品添加劑 化妝品及化工產品 如苯酚 硝基氯苯 的工業(yè)生 產中 目前 氯苯在國內外的需求都比較大 我國氯化苯的快速發(fā)展實際上是與下 游產品硝基氯苯的不斷擴建和新建有關系 目前國內氯化苯消費量的80 用于合成 硝基氯苯 所有硝基氯苯生產企業(yè)都要配套建設氯化苯裝置 可以說硝基氯苯市場 及變化與氯化苯休戚相關 加上環(huán)境保護 可持續(xù)發(fā)展的倡導 對工藝生產提出了 更高的要求 氯苯的工業(yè)生產主要有兩種 工藝上主要有苯液相氯化法和苯氣相氯化法 苯 液相氯化法以脫水后的干苯和電解氯為原料 在路易斯型催化劑 如 FeCl3 MnCl2 或 SnCl4 存在下 經催化而得 本設計采用苯液相空氣氯化法的原因 其工藝生 產環(huán)境友好 是一種綠色環(huán)保工藝 三廢少 而且反應條件溫和 從經濟可行性上 面分析 生產工藝簡單 生產成本較低 價格更便宜 成本低 收率高 安全性好 等優(yōu)點 在國外內應用比較廣泛 已經實現(xiàn)了大規(guī)模的工業(yè)生產 是目前生產氯苯 的主要方法 所以 綜合考慮 采用苯液相氯化法作為本設計的最終設計方案 通過物料衡算計算出反應器各物質的流速 通過物料衡算計算出氣液分離器 精餾塔等塔釜各物質的流速 通過熱量衡算計算出各相階段的熱負荷以及產生的蒸 汽量 通過熱量衡算計算出廢熱鍋爐取出的熱量和產生的蒸汽的量 通過熱量衡算 計算出各物質的進出塔的熱量以及進出塔溫度 通過熱量衡算計算出各換熱器的熱 負荷以及冷凍水或者蒸汽的流速 最后對主要設備進行詳細地設計以及電子繪圖 本項目符合國家產業(yè)政策 符合地區(qū)發(fā)展規(guī)劃和環(huán)境規(guī)劃 符合清潔生產及 循環(huán)經濟要求 工程建設可采取有效的污染控制措施 建成后三廢可以實現(xiàn)達標 排放 可以滿足總量控制要求 實現(xiàn)地區(qū)環(huán)境質量不變 經濟上屬于附加值較高 的經濟性產業(yè) 從環(huán)境保護的角度看 本項目的建設是可行的 在設計過程中 我們查閱了大量的資料 對氯苯的生產工藝有了一定的了解 掌握工藝設計的方法和設備設計的要求并對其階段進行的一系列的詳細的設計 使 自己的理論知識得到更深刻的理解和更廣泛的應用 由于整個設計比較復雜 不但 可以培養(yǎng)我們自己動手的能力 還可以養(yǎng)成做事細心的好習慣 同時 養(yǎng)成了吃苦 II 耐勞的精神 對以后的工作和學習打下了一定的基礎 在設計過程中 使自己的各 項指示和能力都得到了培養(yǎng)和提高 為以后獨立的承擔類似的工作做準備打下了一 定的基礎 關鍵詞 氯苯 苯液相空氣氯化法 氯化器 精餾塔 設備設計 III DESIGN INSTRUCTION The design always explained this design according to design project description request in deference technology advanced in craft reliable in economy reasonable the principles of system optimization This design uses benzene and chlorine in FeCl3 catalysis under continuous chloride chloride liquid water washing neutralization distillation distillation removing excess benzene and chlorobenzene and refined benzene chloride Reaction to release hydrogen chloride water absorption into hydrochloric acid multiple chlorobenzene recovery for ortho two chlorobenzene and para two chlorobenzene This design instruction booklet primary coverage includes The production method proof the energy graduated arm calculate the main body equipment design the main equipment shaping and the craft size computation the workshop arrangement of equipment as well as technical economic indicator analysis Chlorobenzene is an important organic raw material and also one of the products in the chemical industry especially in the petrochemical industry it is widely used in pharmaceutical intermediates food additives cosmetics and chemical products such as phenol Nitrochlorobenzene industrial production At present the chlorobenzene is greatly demanded at home and abroad China s rapid development of chlorinated benzene is actually and downstream products of nitrochlorobenzene continues to extend and build a relationship the current domestic chlorinated benzene consumption 80 used in the synthesis of nitrochlorobenzene all nitrochlorobenzene production enterprises will be supporting the construction of chlorinated benzene device can say nitrochlorobenzene market and change and benzene chloride be bound together in a common cause Coupled with environmental protection advocacy for sustainable development a higher requirement on the production process is proposed There are mostly four ways to produce chlorobenzene in industry The process mainly benzene liquid phase chlorination of benzene gas chlorination Benzene liquid chloride in dry benzene dehydration and electrolytic chlorine as raw materials Lewis catalyst such as the presence of FeCl3 MnCl2 SnCl4 catalyticderived This design uses benzene liquid phase air chlorination method to produce chlorobenzene because the production process environment is good and is green technology Also it wastes less and it has mild reaction conditions analyze from the economic feasibility for instance simple production technology low production cost high yield good safety and so on and it is widely used in domestic and overseas and benzene liquid phase air chlorination method is current main method of producing chlorobenzene So after full considering we select benzene liquid phase air chlorination method as the final design scheme of the design IV Calculate the material flow velocity in the reactor by material balance calculation and calculate the material flow velocity in the gas liquid separator in the distillation column reactor as well as in other towers Calculate the heat load and the quantity of generated steam in various phases by heat balance calculation Calculate the removed heat from the waste heat boiler and the quantity of generated steam by heat balance calculation Calculate the heat and the temperature in and out of the tower by heat balance calculation Calculate the heat load of the heat exchanger and flow rate of chilled water or steam Finally we should design in detail for the major equipment and do the electronic drawing This project conforms to the country industrial policy conforms to the local development plan and the environment plan and also conforms to the clean production and the circulation economy request The engineering construction may take the effective contamination control measure after completes the three wastes to be possible to realize the standards emissions may satisfy the total quantity control request realize the area environment quality to be invariable in the economy belongs to the added value high efficient industry Looked from the environmental protection angle that this project construction is feasible In the design process we might through consult the massive materials had certain understanding to the chlorobenzene production craft the request and a series of detailed designs which the grasping technological design method and the equipment designed which carried on to its stage enable own theory knowledge to gain a more profound understanding and more widespread application because the entire design quite was complex not only might raise ability which we began but also might foster works the careful good custom simultaneously has fostered the spirit which bore hardships and stood hard work has built certain foundation to later work and the stud In the design process caused own each instruction and ability all obtained the raise and the enhancement for later independent undertook the similar work to prepare to build certain foundation Keywords chlorobenzene benzene liquid phase air chlorination method chlorinators distillation column equipment design V 目 錄 設計總說明 I DESIGN INSTRUCTION III 目錄 V 1 前言 1 1 1 概述 1 1 2 設計依據和設計要求 1 2 工藝流程的選擇 3 2 1 生產方法的選擇 3 2 1 1 苯氣相氯化化法 3 2 1 2 苯液相氯化法 間歇法 3 2 1 3 苯氣相氯化法 連續(xù)法 4 2 2 氯苯生產工藝流程 4 3 廠址的選擇 8 4 物料衡算和熱量衡算 9 4 1 小時生產能力 9 4 2 物料衡算 9 4 2 1 計算依據 9 4 2 2 苯干燥器的物料衡算 9 4 2 3 氯化器的物料衡算 9 4 2 4 粗餾塔物料衡算 10 4 2 5 副產物冷凝塔物料衡算 10 4 2 6 副產物吸收塔物料衡算 10 4 2 7 整個反應系統(tǒng)的物料衡算 10 4 3 熱量衡算 11 4 3 1 換熱器的熱量衡算 11 4 3 2 氯化反應器的熱量衡算 11 4 3 3 冷凝器的熱量衡算 13 4 3 4 第一精餾塔的熱量衡算 13 4 3 5 全冷凝器的熱量衡算 13 4 3 6 苯冷卻器的熱量衡算 14 VI 4 3 7 精餾塔的熱量衡算 14 5 主要設備的選型及工藝尺寸的計算 18 5 1 精餾塔的設計 18 5 1 1 全塔的物料衡算 18 5 1 2 塔板數的確定 18 5 1 3 塔的精餾段操作工藝條件及相關物性數據計算 21 5 1 4 精餾段氣液負荷計算 23 5 1 5 塔和塔板主要工藝結構尺寸計算 24 5 1 6 塔板上的流體力學驗算 26 5 1 7 塔板負荷性能 29 5 2 冷凝器的設計 32 5 3 反應釜的設計 33 5 3 1 反應釜釜體的工藝設計 34 5 3 2 其它部分的設計與選擇 36 6 管路設計與計算 37 6 1 廢熱鍋爐的管路設計與計算 37 6 1 1 進料管 37 6 1 2 熱載體 DM 進口 37 6 1 3 熱載體 DM 出口 38 6 2 氯化反應器的管路設計與計算 38 6 3 冷凝器器的管路設計與計算 38 6 3 1 冷凝器器料液進口 38 6 3 2 冷凝器出口 38 6 3 3 冷卻水進口 39 6 3 4 冷卻蒸汽出口 39 6 4 精餾塔的管路設計與計算 40 6 4 1 進料口 40 6 4 2 塔頂冷凝器 E102 進口 40 6 4 3 塔頂冷凝器 E102 出口 40 6 4 4 出料口 40 7 經濟核算 41 7 1 基本投資 41 7 2 生產成本的核算 41 7 2 1 原材料的消耗 41 7 2 2 公有工程的消耗 41 VII 7 2 3 維修費用 41 7 2 4 車間折舊費 43 7 2 5 車間管理費 43 7 2 6 車間成本費 43 7 2 7 工廠折舊費 43 7 2 8 企業(yè)管理費 43 7 2 9 工廠的成本 43 7 2 10 工廠的利潤 43 7 3 主要經濟指標 43 7 4 盈虧平衡點 43 7 4 1 盈虧平衡產量點 43 7 4 2 盈虧平衡銷售價格點 43 7 4 3 經營安全率 43 8 車間布置 45 8 1 設計依據 45 8 2 車間布置 45 8 3 車間布置的技術問題 45 8 4 各類設備布置 47 8 4 1 反應釜 47 8 4 2 貯罐 47 9 安全技術及三廢處理 48 9 1 建筑措施方面 48 9 2 工藝及設計操作方面 48 9 3 安全防范技術和措施 48 9 3 1 設計 48 9 3 2 生產操作要求 48 9 3 3 安全生產管理措施 49 9 4 三廢處理 49 9 4 1 廢氣的處理 49 9 4 2 廢水的處理 49 9 4 3 廢渣的處理 50 參考文獻 51 致謝 52 附錄 53 VIII 1 1 前言 1 1 概述 氯苯 Chlorobenzene 是無色透明易揮發(fā)的液體 有苦杏仁味 分子式 C6H5Cl 熔點 45 6 沸點 131 6 相對密度 1 107 20 4 折光率 1 5248 閃 點 23 自燃點 637 78 易燃 在空氣中爆炸極限為 1 83 9 23 體積 不溶 于水 易溶于醇 醚 苯和氯仿等 氯苯為無色透明液體 氣味有點像苯 2 常 溫下不受空氣 潮氣及光的影響 長時間沸騰則脫氯 蒸氣經過紅熱管子脫去氫和 氯化氫 生成二苯基化合物 易燃 遇明火 高熱或與氧化劑接觸 有引起燃燒爆 炸的危險 與過氯酸銀 二甲亞砜反應劇烈 5 氯苯對皮膚和上呼吸道有刺激作用 抑制中樞神經 具有麻醉作用 對肝臟 腎臟及造血系統(tǒng)有不良影響 慢性中毒引起頭痛 頭暈 精神不振 消化不良等癥 狀 工作場所最高容許濃度為 350mg m3 推薦通風設計濃度 50ppm 嗅覺閥濃度 0 21ppm 最大排放濃度為 150 mg m3 氯苯的應用氯苯的應用 氯化苯是一種重要的基本有機合成原料 用作染料 醫(yī)藥 農藥 有機合成中間 體 染料 醫(yī)藥工業(yè)用于制造苯酚 硝基氯苯 苯胺 硝基酚等有機中間體 橡膠 工業(yè)用于制造橡膠助劑 農藥工業(yè)用于制造 DDT 涂料工業(yè)用于制造油漆 輕工工 業(yè)用于制造干洗劑和快干油墨 化工生產中用作溶劑和傳熱介質 分析化學中用作 化學試劑 主要事項主要事項 健康危害 對中樞神經系統(tǒng)有抑制和麻醉作用 對皮膚和粘膜有刺激性 急性 中毒 接觸高濃度可引起麻醉癥狀 甚至昏迷 脫離現(xiàn)場 積極救治后 可較快恢 復 但數日內仍有頭痛 頭暈 無力 食欲減退等癥狀 9 液體對皮膚有輕度刺激 性 但反復接觸 則起紅斑或有輕度表淺性壞死 慢性中毒 常有眼痛 流淚 結 膜充血 早期有頭痛 失眠 記憶力減退等神經衰弱癥狀 重者引起中毒性肝炎 個別可發(fā)生腎臟損害 環(huán)境危害 對環(huán)境有嚴重危害 對水體 土壤和大氣可造成污染 燃爆危險 該品易燃 具刺激性 1 2 設計依據和設計要求 設計項目 年產 3 萬噸氯苯的生產車間 設計依據 廠址不限 但應建立在適合的地方 生產工藝不限 但應立足于國 內 其設備 原料 均應考慮國內實際情況 2 設計要求 在完成設計的過程中 要求在綜合研究各種已有工藝的基礎上 通 過比較 設計出一條更加合理的工藝生產路線 確定出具體的工藝操作 在嚴格計 算的基礎上 確定設備的選型及操作條件 在完成以上設計的基礎上 繪制出工藝 流程圖 主要設備圖 車間布置圖 并附有詳細的工藝操作說明圖書 最后對成本 進行估算 明確安全技術要求及工業(yè)三廢的處理 3 2 工藝流程的選擇 氯苯 1909 年由英國的 United Alkali 公司開始工業(yè)化生產 1915 年 Hooker 電化 公司的第一個 8200 t a 裝置在美國投入運行 同年 Dow 化學公司在美國也開始工業(yè) 化生產氯苯 因此可以說在主要有機化工產品中氯苯是第一個大規(guī)模生產的產品 氯苯的工業(yè)生產方法主要有 3 種 分別為氯苯氣相氯化法 氯苯液相氯化法 連續(xù) 法 氯苯液相氯化法 間歇法 2 1 生產方法的選擇 2 1 1 苯苯氣相氯化法 C6H6 HCl 1 2O2 C6H5Cl H2O 工藝過程為 將苯蒸氣 空氣 氯化氫氣體混合物加熱升溫至 210 通入氯化 反應器 在迪肯型催化劑 CuCl2 FeCl3負載在三氯化鋁上 存在下進行氯化 反 應溫度 300 苯單程轉化率為 10 15 氯化氫轉化率為 98 生成物含多氯苯 6 此過程是拉西法苯酚生產的一部分 成本高于液相法 因此 該法主要用于生 產苯酚 由于拉西法苯酚被淘汰 此法已不發(fā)展 2 1 2 苯液相氯化法 間歇法 苯液相氯化法以脫水后的干苯和電解氯為原料 在路易斯型催化劑 6 如 FeCl3 MnCl2或 SnCl4 存在下 經催化而得 其反應如下 Cl2 FeCl3 Cl HCl 把干燥的苯裝入氯化反應器中 再加入相當于苯量 1 的鐵屑作為催化劑 氯氣 的加入速度以能維持反應溫度在 40 60 為宜 溫度過高有利于多氯苯的生成 氯氣 鼓泡通入苯中至料液的相對密度達到 1 280 15 反應放出的氯化氫用苯或氯苯 洗除有機霧滴 再用水吸收得到鹽酸 氯化物料用 10 的 NaOH 中和 并經干燥 蒸餾 得到下列餾分 以 100 氯化料計 苯和水 3 苯和氯苯 10 此 二餾分返回系統(tǒng) 氯苯 75 作為產品 氯苯和二氯苯 10 高沸物 2 此二餾分用于分離鄰 對二氯苯 氯化產品的組成決定于氯化溫度 氯化速率 氯 化深度和采用的催化劑 一般氯化產品組成為氯苯 80 對二氯苯 15 鄰二氯苯 和多氯苯 5 4 2 1 3 苯氣相氯化法 連續(xù)法 氯化在苯的沸騰溫度下進行 氯化器裝有催化劑 鐵屑或無水氯化鐵 反應 熱由苯和少量氯苯氣化帶出 經過干燥的苯經轉子流量計計量后加入氯化器底部 與經過計量的干燥氯氣順 流進氯化反應器反應 反應副產的鹽酸氣及部分苯和氯苯蒸汽經石墨冷凝器冷凝 再經吸收塔用粗氯苯噴淋吸收 當吸收液含苯量到 32 36 時 混入酸性氯化液去中 和 而氣體吸收成 31 的副產鹽酸 1 氯化器流出的酸性氯化液經水洗后 用液堿中和除去殘余的酸及三氯化鐵 再 經鹽干燥器 預熱至一定溫度后加入粗餾塔 從塔頂取出苯 塔釜的粗氯苯連續(xù)加 入精餾塔 從塔頂得到氯苯 塔釜殘液間斷放出 回收其中的二氯苯 因為間歇法生產力小 連續(xù)法成本較低 積存的可燃物較小 生成的二氯苯較 少 所以本設計選用液相連續(xù)法作為生產方法 2 2 氯苯生產工藝流程 我們選用液相連續(xù)法作為生產方法 工藝條件 投料比 n 苯 n 氯氣 1 5 1 注 所用氯氣濃度為 65 反應溫度 液相 80 85 氣相 78 83 反應壓力 20Kpa 氯化器頂部 反應類型 放熱反應 副產物 主要有氯化氫 多氯苯等 下圖為氯苯的生產工藝流程圖 生產工藝 氯苯液相連續(xù)法的生產過程包括三個部分 反應 產品精制 氯苯和副產物回 收以及三廢治理 5 具體工藝流程為 原料的干燥 氯氣由氯干燥系統(tǒng) 或液氯液化后的廢氣 送來 經氯氣緩沖器 并跨過一定 的高度經閥門控制從下部進入氯化反應器 純苯首先進入原苯計量槽 經苯干燥器脫去其中水分進入干苯貯槽 由干苯泵 打入干苯高位槽 利用位差 經轉子流量計控制從下部進入氯化反應器 苯的干燥曾使用過兩種方法 共沸蒸餾法 食鹽 氯化鈣 固堿干燥法 共沸蒸 餾法 即利用苯中少量水可在沸騰同時汽化蒸出釜內存留物中含苯較低的原理進行 脫水干燥的 此法可加苯后進行間斷蒸餾 也可中部進料連續(xù)蒸餾 預餾出的苯水 混合物經過冷凝后進入苯水分離器沉降分離 苯返回原苯貯槽 干苯含水可達 0 02 以 下 此法所得干苯質量好 其特點是耗蒸汽 需一套設備 操作麻煩 而且回收苯 不能進行干燥 4 因此現(xiàn)同行均采用食鹽 氯化鈣 固堿干燥法 利用某些無機鹽 及金屬氧化物有從苯中回收水分的能力 它是根據干燥劑只溶于水不溶于苯的性質 將需要干燥的苯按序從充滿干燥劑的容器中通過 苯的含水被干燥劑表面吸附 干 燥劑溶解后聚積成鹽水顆粒 鹽水顆粒比重遠大于苯 沉降至容器底部被間斷排放 使經干燥后的苯中含水顯著降低 苯的氯化 苯的氯化為高溫沸騰連續(xù)氯化 自苯高位槽下來的干苯 經苯轉子流量計進入 氯化器之底部 通過緩沖器的氯氣 經 型管進入氯化器底部與苯并流而上 通過 鐵環(huán)層 進行氯化反應 氯化器內苯和氯氣有三氯化鐵催化劑 苯中的三氯化鐵濃 度達到 0 01 就可達到氯化反應的需要 的催化作用發(fā)生取代反應生成氯化液含 苯 氯苯 氯化氫和少量的多氯苯 保持苯過量以使氯化反應完全并抑制多氯苯的 生成 氯化器為鋼制 內襯瓷磚 裝帶鐵環(huán)作觸媒 7 約 7m 氯化為放熱反應 氯化器自下而上 溫度逐漸升高 液相溫度控制在 70 85 之間 反應溫度的調節(jié) 借助于干苯流量的調節(jié)而實現(xiàn) 熱量由蒸發(fā)出苯的汽化潛熱帶出 從而實現(xiàn)溫度的 控制 生成物氯化液由氯化器上部側面溢流出來 進入液封 此液封高度約 5m 其目的是阻止鹽酸氣體隨氯化液帶出 一般情況下 氯化液的密度控制在 0 03 0 95 15 范圍內 重量組成約含氯化苯 25 35 每班并定期從氯化器底部放 酸水至緩沖器 生成的氯化氫氣體連同蒸汽從氯化器頂部的升氣管引出 經過一段 二段 三段石墨冷凝器 冷凝下來的苯經酸苯分離器返回氯化器重新反應 為使苯 完全脫除 進一步使用深冷降膜吸收脫去氣相中的苯 最后尾氣中氯化氫氣體經水 吸收轉化為鹽酸 其余氣體經水流噴射泵抽吸放空 尾氣的吸收 氯化反應生成的氣相部分主要有未反應的大量苯 氯化氫等 所以氯化苯的尾 6 氣吸收包括兩部分 即尾氣中鹽酸氣的吸收 氣體吸收是根據氣體混合物各組分在某種溶劑中的溶解度的不同而達到分離的 目的 氣體在液體中的溶解度與溫度有關 溫度越低氣體溶解越大 由于液體吸收 氣體的速度較慢 為了提高吸收率 必須選擇適當的吸收劑 增加液體與氣體的接 觸面積 并選擇適宜的吸收流程和操作條件 氯苯生產中 經過三段冷凝的尾氣含苯量已大大減少 工藝上用低溫次氯苯吸 收的方法從鹽酸氣中最后分離出苯蒸汽 尾氣吸收塔一般采用降膜 填料或板式吸 收塔 可選其中的一種或各選一種組成一套 其原理基本都是利用氣體混合物中某 一組分在液體吸收劑中具有較大溶解度的特點 通過降溫和充分接觸 使溶解度較 大的物質不斷轉入溶劑中 氯化液的中和 氯化反應生成的氯化液中含有氯化氫 三氯化鐵等無機雜質 9 這些雜質影響下 道粗 精餾生產設備及管道 產生腐蝕及結焦 所以需要中和處理 溶解無機物 為進一步除去殘余的氯化氫及三氯化鐵 再加堿中和 確保氯化液中性或微堿性 即 PH 7 8 反應方程式為 HCl NaOH NaCl H2O FeCl3 3NaOH Fe OH 3 3NaCl 因為氯化氫和三氯化鐵在水中的溶解度很大 先進行水洗 可除去大量的氯化氫 減少生產過程中的堿用量 而且可以把氯化液中大量的三氯化鐵溶解于水中進行分 離 以免堿性過程中產生大量的氫氧化鐵絮狀物沉淀 在流動的液體中不能很好地 沉降分離 可隨氯化液進入蒸餾工序 影響生產 堿洗起把關作用 把水洗后氯化 液中的未能分離的氯化氫和三氯化鐵經堿洗中和除去 使氯化液中的氯化氫 三氯 化鐵含量達標 工藝為 首先通過加水來稀釋氯化液中的酸性 將酸性氯化液與稀 NaOH 溶液經泵充分混合 將可溶性鐵離子 氯離子等隨廢水排出 再將中性氯化 液用食鹽干燥為合格氯化液 氯化液的分離 通過中和干燥后的氯化液是由苯 氯苯 多氯苯三個組分組成 所以需采用兩 臺精餾塔 才能得到分離 前者分離出苯 習慣上稱為粗餾塔 后者分離出成品氯 化苯 習慣上稱為精餾塔 第一步精餾是將氯化液加熱至泡點狀態(tài) 進入粗餾塔 經過常壓精餾分離 由塔頂得到較純的苯蒸汽 經冷凝冷卻成為常溫液相苯 再供 氯化生產氯化液 塔釜中物料為氯苯 二氯苯及不到 0 1 的苯成為粗氯苯 從粗餾 塔釜直接連續(xù)進入第二步精餾塔 經過減壓精餾分離 由塔頂得到符合工藝要求的 較純的氯苯蒸汽 再經過冷凝得到液相氯化苯 塔釜液為氯苯和多氯苯的混合物 其出料量小 可間斷排放送二氯苯蒸餾 精餾是分離互溶液體混合物最常用的方法 可將液體混合物分離來達到提純或 7 回收有用組分 液體均具有揮發(fā)而成為蒸汽的能力 但各種液體的揮發(fā)性各不相同 因此液體混合物部分汽化所生成的汽相組成與液體組成就有區(qū)別 根據這一差別 采取適當的措施可將液體混合物加以分離 精餾操作是將液體混合物加熱沸騰 使 之部分汽化 所得的氣相中易揮發(fā)組分 A 輕組分 與難揮發(fā)組分 B 重組分 的 濃度之比必然大于原混合物中 A 與 B 濃度之比 由此可見 精餾操作是藉混合物中 各組分揮發(fā)性的差異而達到分離的目的 混合物從預熱器進入精餾塔內 一部分汽化 隨塔內氣相部分一起穿過塔板形 成上升氣流 未汽化部分則隨塔內液相部分一起經降液管下降形成板上滯留液體 上升氣體與下降液體在塔板上進行傳質和傳熱 由塔釜的加熱蒸汽提供熱量 由塔 頂的分凝器冷卻水提供冷量 實現(xiàn)輕重組分的分離 常壓精餾是指在一個大氣壓 常壓 下操作的精餾過程 10 當被分離的混合物 在常壓下有較大的相對揮發(fā)度 并且塔頂物料可用水冷凝冷卻 塔釜物料可用水蒸 汽加熱 而物料再此過程中化學性質穩(wěn)定 則可用常壓精餾 熱劑和冷劑都易獲得 減壓精餾是指在減壓 即低于一個大氣壓的壓力下進行操作的精餾過程 對真 空度較高的減壓蒸餾也稱真空蒸餾 減壓精餾適用于高沸點物質的混合物 以及在 高溫下物料易聚合或分解的混合物 因氯苯和二氯苯沸點較高 有機化合物又容易 產生熱分解和炭化結焦 為避免使用高熱深和防止炭化結焦 精餾塔采用真空減壓 操作 表 2 1 精餾塔粗餾塔設計指標 粗餾塔30 塊塔板86 個浮閥1m 塔徑 釜加熱 F 70m 2 頂分凝器 F 53m 2 精餾塔34 塊塔板37 個浮閥700mm 塔徑 釜加熱 F 35m 2 頂分凝器 F 17m 2 加熱器均采用虹吸式列管換熱器 精餾釜殘的回收 定期將精餾釜殘壓入多氯物受槽 再用真空將多氯物插入二氯苯填料塔釜加熱 一部分被汽化通過塔內填料 瓷環(huán) 間隙上升 并與分凝器流下的液體進行傳質傳 熱作用 此時低沸點組分一氯苯不斷汽化向上流動 而高沸點二氯苯則被冷凝向下 流動直到塔釜 其原理與精餾相反 由塔內上升的氣體進入分凝器中 一部分被冷 凝返回塔內 另一部分自塔頂進入全凝器而后流入次品貯槽 用于降膜吸收塔作吸 收液 二餾分倒入二氯苯受槽 包裝銷售 二氯苯蒸餾塔為碳鋼填料塔 采用瓷環(huán)填料 減壓操作 加熱形式為內加熱 釜內裝盤管 間斷蒸餾 因系統(tǒng)物料不含水 溫度和常壓相比也較低 故腐蝕性 也較小 對二氯苯分離較有利 但真空管道易被二氯苯堵塞 12 8 3 廠址的選擇 廠址的選擇是工業(yè)基本建設的一個重要環(huán)節(jié) 13 是一項政策性和技術性很強的工 作 合理的選擇廠區(qū)和廠址 對于工程項目建設的成功與否有很大的影響 在現(xiàn)在 條件下 選擇廠區(qū) 廠址 首先應該服從經濟布局規(guī)劃 在此基礎上 還應考慮如 何使生產費用最低 此外 還有以下因素要考慮 1 廠址選擇的位置必須符合國家工業(yè)布局 城市或地區(qū)的規(guī)劃要求 廠址選 擇應盡量接近原料產地 便于生產上協(xié)作 生活上方便 2 選廠應注意節(jié)約用地 不占耕地 廠區(qū)的大小 形狀和其他條件應滿足工 藝流程合理布置的需要 并應留有以后發(fā)展的可能性 3 能源供應要有充分保證 廠址宜選擇在原料 燃料供應和產品銷售便利的 地區(qū) 并在存儲 運輸 機修 公用工程和生活設施等方面有良好基礎的協(xié)作單位 條件地區(qū) 4 要交通運輸便利 即廠址盡可能靠近原有交通線 5 廠址盡可能靠近熱電供應站 一般地說 廠址應考慮電源的可靠性 并盡 可能利用熱電站的蒸汽供應 以便減少新建工廠的熱力和供電方面的投資 6 化工廠為大量用水的企業(yè) 故廠址應選擇在供應水充足 水質量好的水源 地 當有城市水 地下水和地面水三種供水條件時 應該進行經濟技術比較選用 7 選廠因注意當地自然環(huán)境條件 并對工廠投產后對環(huán)境可能造成的影響做 出預測 8 廠址選擇時還有考慮所選廠區(qū) 廠址是否有合適條件處理三廢 滿足環(huán)境 保護的要求 9 廠址應不妨礙或破壞農業(yè)水利工程 10 廠址應避離低于洪水位或采取措施后仍不能確保不被水淹的地段 廠址的 自然地形應有利于廠房和管線的布置 內外交通聯(lián)系和場地的排水 11 廠址應避免在地震烈度九級以上的地區(qū) 地形復雜 礦藏區(qū) 國家自然及 歷史文物保護區(qū)及自然疫區(qū)等 9 12 勞動力來源 各種法律的限制 地理特點 社會因素等也必須加以考慮 4 物料衡算和熱量衡算 4 1 小時生產能力 要求設計年產苯甲酸 3 萬噸 按年工作日 300 天計算 設計裕量 5 苯甲酸的 生產能力為 hkg 4375 24300 100005 1 30000 摩爾流量為 hkmol 86 35 122 4375 4 2 物料衡算 4 2 1 計算依據 1 反應方程式 Cl2 FeCl3 Cl HCl 2 氯苯的產量 4375kg h 約 35 86kmol h 3 投料比 n 苯 n 氯氣 1 5 1 注 所用氯氣濃度為 65 4 反應溫度 液相 80 85 氣相 78 83 5 反應壓力 20Kpa 氯化器頂部 4 2 2 干燥器的物料衡算 從苯庫來的原苯進入原苯計量罐 以標尺計量體積并測定原苯溫度 根據體積 和溫度計算出苯重量 記入原始數據中 原苯計量罐裝有保溫夾套 以備冬天通入 熱水進行保溫 防止苯凍結 啟動泵將原苯 回收苯從原苯計量罐 回收苯罐抽出 經原苯冷凝器 打入原苯干燥器 原苯干燥內裝食鹽 食鹽定期補加 經食鹽干燥 脫水成含水 0 06wt 的干苯 11 干苯進入干苯罐備用 10 原苯流量 1000 2500 L h 溫度 常溫 壓力 0 3MPa 4 2 3 反應器的物料衡算 1 反應器的原料各組分的流量 氯氣流量 200 375kg h 干苯流量 1000 2500L h 反應苯流量 250L h 600L h 循環(huán)苯流量 750 1800L h 因為苯氯化反應的單程收率約為 40 即甲苯的加入量與循環(huán)量之比為 4 6 氯化液組分 比 重 0 935 0 945 含量 氯氣 25 32 苯 64 74 多氯苯 1 2 干燥階段各組分的流量 酸性氯化液 1000 2500L h 加水量 100 250L h 10 加堿量 60 150L h 3 氯化液水洗中和后 pH 8 11 2 氯化液干燥后含水 0 06 4 2 4 精餾部分的物料衡算 1 料液及塔頂底產品含苯的摩爾分率 苯和氯苯的相對摩爾質量分別為 78 11 和 112 61kg kmol 702 0 61 112 3811 78 62 11 78 62 F x 986 0 61 112 211 78 98 11 78 98 D x 00288 0 61 112 8 9911 78 2 0 11 78 2 0 W x 2 平均摩爾質量 kg kmol39 8861 112702 0 1702 0 11 78 F M kg kmol59 7861 112986 01986 011 78 D M kg kmol 5 11261 11200288 0 100288 0 11 78 W M 11 3 料液及塔頂底產品的摩爾流率 依題給條件 一年以 300 天 一天以 24 小時計 有 t a 4166 7kg h 全塔物料衡算 30000 W WDF WDF 998 0 02 0 38 0 h8333 33kg kg h55 14305 kg h88 22638 W D F h74 07kmol 2 58333 33 11 kmol h03 18259 78 55 1430 kmol h12 25639 88 88 22638 W D F 4 3 熱量衡算 4 3 1 換熱器的熱量衡算 F 3 11 t1 5 t1 40 3 h m 苯 Cp 31 65 kcal kmol 10 Cp 35 77 kcal kmol 氯苯 Cp 35 42 kcal kmol 90 Cp 38 99kcal kmol 進口 苯 kgkJkmolkcalCp 806 1 2389 011 78 71 33 71 33 2 77 3565 31 氯苯 kgkJkmolkcalCp 384 1 2389 056 112 205 37 205 37 2 99 3842 35 589 05 0 1 384 1 56 112892 8 806 1 84 2111 78 21 TTcWQ phh kwhkJ 8 122 7 441910 m 89 25 t159 0 111 9 2 2 1020 455mwK 2 47 2 9 111455 1000 8 122 m tK Q S m 12 4 3 2 氯化反應器的熱量衡算 80 原 料 85 反應 后物料 78 原 料 83 反應后 物料 H2 H3 H2 H H1 圖 4 1 1 1 H tnCH pm1 76 8429 359 32 93 29 121 121 97 103 8 165 200 273 3778334 05KJ h 2 2 H 為反應放熱 此反應的熱效應為 2 H 35 86 326 1 1000 11693946KJ h 2 H 3 3 H Vpm HntnCH3 85 38 103 8 35 86 145 2 35 86 33 577 23 05 29 359 32 93 29 121 230 165 273 85 38 362 35 86 2295 5828470 8KJ h 4 H 3778334 05 11693946 5828470 8 2087141 2 KJ h 321 HHHH 5 熱損失 2 Q 按設計要求 熱損失為反應器向外放出總熱量的 5 0 05 2087141 2 104357 06KJ hHQ 05 0 2 6 1 Q 1982784 14KJ h 21 QHQ 為負值 說明需要熱載體從反應器中取走熱量 其值為 1982784 14KJ h 1 Q 選道熱姆為熱載體 夾套進口溫度為 100 出口溫度為 160 13 平均溫度為 100 2 160230 100230 m t 根據經驗傳熱系數 K 2000KJ m2 傳熱面積 A 見公式 m tK Q A 1 2 9 9 1002000 14 1982784 m 冷卻劑用量 W 4 1 12 1 ttC Q W pm 式中 冷卻劑用量 kg h W 冷卻劑比熱容 J K 1 mol 1 pm C 冷卻劑出口溫度 2 t 冷卻劑進口溫度 1 t h kg 3 11104 100160 976 2 14 1982784 W h m75 12 871 3 1110469 4927 3 V 4 3 3 再沸器的熱量衡算 蒸發(fā)量 V 44 38kmol h 在 130 左右 氯苯汽化熱 kmolkJkmolkcalr 35450 2389 0 8469 8469 熱損失按 5 計算 kwhkJ rV Q02 460 10656 1 95 0 3545038 44 51 6 158 7 131 5 27 2 總傳熱系數 k 取 600W m2 m t 2 2 28 2 27600 100002 460 m tK Q S m S 1 5S 42 3 m2 S 取 2 45mS 4 3 4 氯苯冷卻器的熱量衡算 冷卻量hkmolW 892 8 14 大約 131下 氯苯的汽化熱 kmolkJkmolkcalr 35450 2389 0 8469 8469 熱損失 5 kwhkJ Lr Q17 92 1031812 3 95 0 35450892 8 51 5 總傳熱系數 2 600mwK 4190131 m t 4 3 5 全冷凝器的熱量衡算 冷凝量hkmolV 38 44 大約 80 下 苯的汽化熱 kmolkJkmolkcalr 30778 2389 0 7353 7353 熱損失 5 kwhkJ Vr Q400 1044 1 95 0 3077838 44 51 6 總傳熱系數 2 1000mwK 325082 m t 取 2 5 12 321000 1000400 m tK Q S m 2 15mS 4 3 6 苯冷卻器的熱量衡算 冷卻量hkmolD 84 21 大約 80 下 苯的汽化熱 kmolkJkmolkcalr 30778 2389 0 7353 7353 熱損失 5 kwhkJ r Q54 196 100757 7 95 0 3077884 21 51 D 5 總傳熱系數 2 1000mwK 401050 m t 取 2 9135 4 401000 100054 196 m tK Q S m 2 5mS 4 3 7 精餾塔的熱量衡算 15 圖 4 2 精餾塔熱量示意圖 式中 進塔物料帶入熱 KJ h F Q 回流液帶入熱 KJ h R Q 塔釜液帶出熱 KJ h W Q 塔頂上升蒸汽帶出熱 KJ h V Q 熱損失 KJ h L Q 1 塔進料液帶入熱 塔進料為 165 的飽和液體 以 0 為基準計算 F Q 4 2 tnCQ pF 3