南昌大學制藥工藝設計課設

1、南昌大學化學工藝學課程設計 課程設計說明書題 目： 3.6萬噸/年氯苯車間分離工段工藝設計 學 院： 環(huán)境與化學工程 系： 化學工程 專業(yè)班級： 制 藥 071班 學 號： 5 8 0 1 3 0 7 0 3 0 學生姓名： 晏 金 華 指導教師： 杜 軍 職稱： 副教授 起訖日期： 2011-01-03 2011-01-14 目錄第一章 總論31.1 設計依據(jù)31.2 產(chǎn)品及原、輔材料概述31.2.1 產(chǎn)品規(guī)格及用途31.2.2 產(chǎn)品的市場發(fā)展概況31.2.3 主要原、輔材料的規(guī)格及來源4第二章 生產(chǎn)流程和方案的確定52.1 生產(chǎn)方法簡述和方案論證52.1.1 一般方法簡介52.1.2 生產(chǎn)

2、工藝改進52.2 生產(chǎn)工藝流程確定52.2.1 生產(chǎn)工藝流程的確定62.2.2 工藝流程簡圖6第三章 生產(chǎn)流程簡述73.1 原料預處理部分83.1.1 原料苯的冷凝83.1.2 原料苯的干燥83.1.3 氯氣的預處理93.2 氯化反應部分93.2.1 氯化塔反應過程93.2.2 尾氣中苯的回收過程93.3 氯化液預處理部分113.3.1 氯化液水洗過程113.3.2 氯化液堿洗過程123.3.3 氯化液干燥過程123.4 氯苯精制部分123.4.1 氯苯初餾過程133.4.2 氯苯精餾過程14第四章 物料衡算144.1 計算框圖164.2 始算基準的確定164.3 精餾過程物料衡算164.4

3、初餾過程物料衡算174.5 干燥過程物料衡算184.6 堿洗過程物料衡算184.7 水洗過程物料衡算194.8 反應系統(tǒng)物料衡算22第五章 附圖表28附表1:生產(chǎn)控制一覽表28附表2：工藝條件一覽表29附圖1 反應工段帶控制點工藝流程30附圖2 精餾工段帶控制點工藝流程31主要參考資料32第一章 總論1.1 設計依據(jù)南昌市東北郊xx廠，廠內(nèi)現(xiàn)有氯堿車間，可提供Cl2；且具備完善的公用工程系統(tǒng)。即可供最低-15冷凍鹽水，20(平均)工業(yè)上水及0.6MPa的蒸汽。 試設計30000t/年氯苯的生產(chǎn)工藝，年工作有效時間為每年300天算，每小時產(chǎn)量為5000kg/h，產(chǎn)品的純度（質(zhì)量分數(shù)）為99.5%

4、，產(chǎn)品的回收率為93.44%。1.2 產(chǎn)品及原、輔材料概述表11 主要的產(chǎn)品及原輔材料規(guī)格表材料名稱分子式相對分子量相對密度沸點/規(guī)格氯 苯C6H5Cl112.561.1004132.299.5%苯C6H678.110.878680.195.5%氯氣Cl271.01（空氣）3.17g/L -34.699%催化劑鐵Fe55.857.862750鐵環(huán)1030mm氫氧化鈉NaOH40.012.130139030%水溶液1.2.1 產(chǎn)品規(guī)格及用途氯化苯，簡稱氯苯，分子式C6H5Cl，分子結(jié)構如右圖所示，分子量為112.56。為無色透明油狀易揮發(fā)的有機液體，有杏仁味。沸點 132.2；凝固點 -45.6

5、 ；相對密度 1.1004；折射率 1.5248；溶解性：可溶于甲醇、乙醇、乙醚、氯仿、苯等大多數(shù)有機溶劑，不溶于水。 圖11 氯苯的結(jié)構式氯化苯的用途很廣泛，主要用作染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、有機合成的中間體及溶劑，在我國生物化工，精細化工，制藥等眾多行業(yè)都發(fā)揮著很重要的作用。1.2.2 產(chǎn)品的市場發(fā)展概況氯化苯是平衡氯堿裝置氯、堿、氫的一個重要基礎有機中間體，在國內(nèi)主要用于合成硝基氯苯。目前我國氯化苯生產(chǎn)規(guī)模、技術水平、質(zhì)量指標均達到國際先進水平，其中生產(chǎn)能力約占全球總產(chǎn)能的70左右，因此不僅滿足國內(nèi)市場需求，近年來還有一定數(shù)量的出口，特別是其下游衍生物的大量出口尤其明顯，如硝基氯苯及其下游對氨基

6、苯酚、撲熱息痛、鄰苯二胺、鄰甲醚、香蘭素等產(chǎn)品。國內(nèi)氯化苯生產(chǎn)廠家目前有18家，其中產(chǎn)能超過1萬噸/年的就有15家，年產(chǎn)能超過萬噸的有4家，分別是中石化南京化工廠(10萬噸)、蚌埠八一化工有限公司(9萬噸)、揚農(nóng)股份有限公司(6萬噸)、武漢祥龍(7萬噸)。2009年我國氯化苯生產(chǎn)能力已達60萬噸/年，由于氯化苯的擴產(chǎn)主要體現(xiàn)在2009年下半年，因此2009年實際生產(chǎn)量約為50萬噸左右，其中80左右產(chǎn)品用于合成硝基氯苯，其余用于二氯苯、農(nóng)藥等有機合成工業(yè)。目前純苯市場企穩(wěn)，并已出現(xiàn)回暖，氯化苯市場也將逐漸走穩(wěn)。不過，國內(nèi)氯化苯雖然已經(jīng)能夠滿足市場需求，但是國內(nèi)企業(yè)為了競爭需要，仍在繼續(xù)擴大生產(chǎn)規(guī)

7、模，如2009年揚農(nóng)集團在儀征新區(qū)新建的一期5萬噸/年(共計10萬噸/年)氯化苯裝置及其配套的8萬噸/年氯堿裝置已于2006年3月20日試車成功，于近期將陸續(xù)投產(chǎn)，屆時國內(nèi)氯化苯產(chǎn)量進一步增加至70萬-85萬噸，國內(nèi)氯化苯市場將進入飽和狀態(tài)。盡管遼寧世星二期工程45萬噸/年硝基氯苯建成(計劃今年5月份投產(chǎn)試車)可重新達到新的氯化苯產(chǎn)銷平衡點，但在硝基氯苯這個產(chǎn)品上，國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)過剩局面。1.2.3 主要原、輔材料的規(guī)格及來源苯有機化合物，是組成結(jié)構最簡單的芳香烴，在常溫下為一種無色、有甜味的透明液體，并具有強烈的芳香氣味。苯可燃，有毒，為IARC第一類致癌物。苯難溶于水，易溶于有機溶劑，本身也

8、可作為有機溶劑。苯是一種石油化工基本原料。苯的產(chǎn)量和生產(chǎn)的技術水平是一個國家石油化工發(fā)展水平的標志之一。苯具有的環(huán)系叫苯環(huán)，是最簡單的芳環(huán)。摩爾質(zhì)量 78.11 g/mol ；密度 0.8786 g/mL ；相對蒸氣密度(空氣=1)2.77。 蒸汽壓13.33kPa；臨界壓力：4.92MPa；熔點278.65K(5.51 ) 。沸點353.25 K (80.1 ) 。在水中的溶解度0.18 g/ 100 ml水 。最小點火能：0.20mJ；爆炸上限（體積分數(shù)）：8%。 爆炸下限（體積分數(shù)）：1.2%。 燃燒熱：3264.4kJ/mol。 溶解性：微溶于水，可與乙醇、乙醚、乙酸、汽油、丙酮、四氯

9、化碳和二硫化碳等有機溶劑互溶。苯的主要來源為生產(chǎn)企業(yè)為一些國內(nèi)大型石化企業(yè)，如中國石油化工集團、中國海洋石油化工公司等。氯氣常溫常壓下為黃綠色氣體,經(jīng)壓縮可液化為金黃色液態(tài)氯，是氯堿工業(yè)的主要產(chǎn)品之一，用作為強氧化劑與氯化劑。氯混合 5（體積）以上氫氣時有爆炸危險。氯能與有機物和無機物進行取代或加成反應生成多種氯化物。氯在早期作為造紙、紡織工業(yè)的漂白劑。催化劑鐵用的是直徑為10mm30mm的環(huán)狀鐵環(huán)，是很常見的原料，的來源比較方便，不再贅述。第二章 生產(chǎn)流程和方案的確定2.1 生產(chǎn)方法簡述和方案論證2.1.1 一般方法簡介目前氯苯的生產(chǎn)大多采用直接氯化生產(chǎn)氯苯:即苯與氯氣在三氯化鐵的催化作用下

10、生生成氯苯和氯化氫。該辦法具有生產(chǎn)流程短、生產(chǎn)工成熟等特點,國內(nèi)外生產(chǎn)廠家大多采用此法生產(chǎn)。其生產(chǎn)流程簡圖如圖21所示。雖然該生產(chǎn)方法具有生產(chǎn)流程短、生產(chǎn)工成熟等特點，但是隨著社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，國際社會對低耗能，低排放的工業(yè)生的要求日益增大，企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)對節(jié)能減排的相關措施更應該重視，應該把節(jié)能減排作為企業(yè)今后發(fā)展的重中之重，把節(jié)能減排作為一種企業(yè)文化，讓其深入到每一位員工工作中去，培養(yǎng)他們的節(jié)能減排意識。所以該工藝也有可改進的地方，應從節(jié)能減排的方向入手。所以針對于這一發(fā)展趨勢，本設計就對部分工藝做了一些改進和優(yōu)化。圖21 氯苯生產(chǎn)方法流程簡圖2.1.2 生產(chǎn)工藝改進本工藝對原有工藝做了以

11、下改進：(1) 氯化槽前增加苯冷卻器。苯在進入氯化槽溫度約為40,在夏季最高達到50,而常壓的沸點是80,因此,在氯化反應過程中,有大連量苯揮發(fā)掉而未參加反應,使苯的轉(zhuǎn)化率低,造成液中氯苯含量低,副產(chǎn)物增多,致使后續(xù)蒸餾系負擔加重,能耗上升,產(chǎn)量降低。針對這一問題,氯化槽前增加1臺苯冷卻器(用5水冷卻),降低溫度,增加氯化液中的氯苯含量,提高生產(chǎn)能達到降低苯消耗定額、提高經(jīng)濟效益的目的。(2) 增加苯干燥塔。在苯進氯化槽前增加干燥塔,苯中含水質(zhì)量分數(shù)降到1. 0×10-4以下,減少副反應,避免反應液呈酸性對設備的腐蝕。(3) 增加氯化液冷卻器。氯化液中60% (質(zhì)量)以上是苯,流出溫

12、度約為80,直接流入靜止槽后,體積突然增大,苯大量揮發(fā),使槽內(nèi)壓力增大影響氯化液下料,有時因壓力過大而造成靜止槽液位計爆炸,影響了生產(chǎn)的穩(wěn)定運行。針對這一問題,增加了1臺冷卻器(用地下水冷卻),降低流出氯化溫度,保證氯化液下料通暢,減少苯的流失,提高了生產(chǎn)的均衡穩(wěn)定性。(4) 氯化尾氣系統(tǒng)充入氮氣保護。氯化尾氣經(jīng)尾氣系統(tǒng)的兩段石墨冷卻器和噴淋塔回收苯后,用水降膜吸收生成鹽酸,尾氣中氫氣、氧氣、苯等不凝性氣體富集,易發(fā)生爆鳴,嚴重威脅生產(chǎn)的正常進行。為了防止事故的發(fā)生,在尾氣進入吸收塔前充入氮氣,改變尾氣中各組分的含量,并且使尾氣迅速排出系統(tǒng)。實踐證明,效果非常明顯,沒再發(fā)生此類事故。在實際生產(chǎn)

13、中要充入適量氮氣,防止充入過量氮氣造成生產(chǎn)負荷波動;還要加強工藝控制,降低苯中的水含量。(5) 回收精餾尾氣中的氯苯和苯。精餾尾氣中含有一定量的苯和氯苯及不凝性氣體,用冷凝方法不能加以回收,排入大氣非?？上?。為了降低消耗定額,減少環(huán)境污染,采用活性炭吸附精餾尾氣中的苯和氯苯,為企業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟效益和社會效益。(6) 蒸餾系統(tǒng)冷卻水改用循環(huán)水。氯苯生產(chǎn)中蒸餾系統(tǒng)冷凝器需要大量冷卻水,原來使用地下水,大量水白白流失,水資源利用率低,造成水資源嚴重浪費。改用循環(huán)水冷卻后,水消耗大幅降低,為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。(7) 蒸汽冷凝液回收利用。在氯苯生產(chǎn)中,蒸餾蒸汽尾氣及冷凝水再利用,冬季用于取暖,夏季

14、供其他裝置使用,每年可節(jié)約大量的能源。(8) 副產(chǎn)物二氯苯的回收分離。在氯苯生產(chǎn)中,副產(chǎn)品質(zhì)量分數(shù)約為2. 5%的二氯苯,回收二氯苯不僅是一個環(huán)保問題,也是一個降低苯消耗定額的途徑。利用水蒸氣蒸餾、結(jié)晶、蒸餾等工藝回收提純對二氯苯和鄰二氯苯。2.2 生產(chǎn)工藝流程確定2.2.1 生產(chǎn)工藝流程的確定通過以上對氯苯生產(chǎn)工藝的一般方法和工藝的改進的討論，可以確定其工藝流程，本工藝流程就是在原有生產(chǎn)方法的基礎上部分改進，即可得到比較理想的生產(chǎn)工藝流程。氯苯生產(chǎn)的大致流程是經(jīng)過氯化反應、水洗、堿洗、干燥、初餾和精餾等六個主單元操作。本工藝不是采用直接氯化生產(chǎn)氯苯:即苯與氯氣在三氯化鐵的催化作用下生生成氯苯

15、和氯化氫。而是通過對其關鍵的操作單元進行改進，以提高氯苯的產(chǎn)率、簡化操作工藝、降低耗能和減少三廢的排放而提高經(jīng)濟效益和社會效益為設計出發(fā)點，得到在技術先進性高、可靠性好、經(jīng)濟合理性優(yōu)的產(chǎn)品生產(chǎn)方法和工藝流程。所以本工藝對原工藝進行了一下幾點改進：氯化槽前增加苯冷卻器；增加苯干燥塔；增加氯化液冷卻器；氯化尾氣系統(tǒng)充入氮氣保護；回收精餾尾氣中的氯苯和苯；蒸餾系統(tǒng)冷卻水改用循環(huán)水；蒸汽冷凝液回收利用；副產(chǎn)物二氯苯的回收分離。改進后的工藝流程圖如圖22所示。2.2.2 工藝流程簡圖本設計的工藝流程圖見下圖：圖22 氯苯生產(chǎn)工藝流程簡圖（1） 原料苯先進入冷凝器進行冷凝，到達規(guī)定溫度后進入苯干燥器干燥，

16、除去苯中的少量水；（2） 干燥后的苯再進入氯化塔氯化，氯氣從塔底進入與苯在氯化塔內(nèi)鐵環(huán)的催化作用下進行反應，生成的氯苯和多氯笨以及大量未參加反應的苯在進入下一道工序，由于在反應過程中放出大量的熱量使部分苯和氯化氫氣體一起揮發(fā)掉，因此需要對混合蒸汽進行冷凝回收苯，回收的苯再次進入氯化塔中參加反應；（3） 氯化塔中生成的氯化液，需進入水洗塔中進行水洗，除去大部分的氯化氫氣體及未反應的氯氣；（4） 從水洗塔中出來的氯化液中還含有少量水洗不能完全除去的氯化氫氣體，因此還需到達堿洗塔處理，以除去微量的氯化氫；（5） 洗去氯化氫的氯化液中還含有大量水，需對其干燥除去大部分的水，以到達蒸餾的要求；（6） 干

17、燥的氯化液中含有苯、氯苯、多氯苯和少量水，根據(jù)沸點高低不同，應先除去低沸點的苯和水，所以先進入初餾塔蒸去大量苯；（7） 初餾塔中的塔釜液再進行精餾處理，得到的餾出液即是高純的氯化苯產(chǎn)品。本工藝的突出優(yōu)點是：苯的轉(zhuǎn)化率高，回收率也高；工藝流程簡單，設備數(shù)量少；能量利用率高，耗能少；三廢排放少；有利于環(huán)境的保護等第三章 生產(chǎn)流程簡述氯苯生產(chǎn)工藝系統(tǒng)包括原料預處理部分、氯化反應部分、氯化液預處理部分、氯苯精制部分等四個部分。3.1 原料預處理部分原料處理部分主要包括原料苯的冷凝和干燥以及氯氣的純化三個操作單元。3.1.1 原料苯的冷凝從石油化工廠運來的粗苯往往含有少量的水和其他固體雜質(zhì)，所以需要對其

18、進行預處理才能進入氯化塔進行反應，否則會造成氯化產(chǎn)物雜質(zhì)的的增加，也會造成催化劑的破壞而失活。原料苯的冷凝和干燥工藝見圖31。圖31 原料苯的冷凝干燥工藝粗苯中由于含有少量的不溶性固體雜質(zhì)，所以在進行冷凝之前，需經(jīng)過固體雜質(zhì)的沉降方能冷凝，因此原料苯要進入原苯罐中靠固體雜質(zhì)自身的重力沉降除去。由于在生產(chǎn)過程中，特別是夏季，氣溫太高，有時候苯的溫度可到達50，苯又容易揮發(fā)，因此原苯罐中的的苯在進行反應之前需進行冷到規(guī)定溫度才行，靠原料泵打入冷凝器中，進出冷凝器的苯需靠自動控制系統(tǒng)控制其操作條件如下表31所示。表31 冷凝操作的工藝參數(shù)操作條件進口溫度（)出口溫度（）壓力(kPa)流量(kg/h)

19、苯4010常壓3700冷卻水010常壓150025003.1.2 原料苯的干燥在經(jīng)過固體除雜和冷凝之后，可能帶來了一定量的水分，苯在進入氯化前還需除去其中含有的少量水，這些水分如若不進行除掉，將對下一步的氯化反應有很大的影響，其中最嚴重的是會使催化劑失活而喪失催化能力，從而使氯苯的產(chǎn)量帶來很大的影響。同時使苯中含水質(zhì)量分數(shù)降到1. 0×10-4以下,減少副反應,避免反應液呈酸性對設備的腐蝕。因此，苯須進行干燥，本工藝采用的干燥方法是利用干燥樹脂對苯進行干躁的，為了能使充分的干燥以除去其水分，本方法是采用三級是干燥工藝，本方法的優(yōu)點是干燥樹脂可通過回收處理，反復利用，達到了節(jié)約材料，降

20、低生產(chǎn)成本的目的。其操作控制條件如下表32所示。表32 干燥過程的工藝參數(shù)操作條件溫度（)進口含水量%出口含水量%壓力(kPa)流量(kg/h)苯101.000.06常壓37003.1.3 氯氣的預處理從氯堿工廠出來的氯氣常常含有氯化氫等雜質(zhì)氣體，這些雜質(zhì)的存在會影響氯化反應的進行，因此須將這些雜質(zhì)氣體除去。本工藝主要采用飽和食鹽水將其中的氯化氫氣體除掉，將氯氣通入到飽和食鹽水中即可除去氯化氫氣體，本法是工業(yè)生產(chǎn)除去氯氣中水溶性氣體的常用方法，優(yōu)點是經(jīng)濟實用，方便可靠。其操作控制條件見下表33所示。表33 氯氣預處理的工藝參數(shù)操作條件溫度（)初始濃度%純化濃度%含氫量%流量(L/h)氯氣257

21、0803.51000飽和食鹽水253737-50003.2 氯化反應部分氯化反應部分主要包括氯化塔內(nèi)的反應和尾氣的冷凝回收處理兩個操作單元，是本工藝最關鍵的工藝環(huán)節(jié)，該階段的設計成功與否關系到整個操作工藝的成敗得失，使產(chǎn)品產(chǎn)量高低的最關鍵的部分，因此本階段的操作條件的控制也就至關重要了。氯化反應工藝見圖32所示。3.2.1 氯化塔反應過程（1） 氯苯生產(chǎn)的反應原理和方法氯苯生產(chǎn)中的關鍵設備是氯化反應器,它通常叫做氯化塔。參加反應的是苯和氯氣。氯化塔是立式的,底部通入苯和氯氣,反應生成的氯化氫氣體(含有苯蒸氣)和氯化液(含有氯苯、二氯苯、苯)由反應器上部的氣液分離器流出。反應器內(nèi)填充鐵環(huán),鐵環(huán)不

22、僅起催化作用,而且增加苯和氯氣的接觸面積。氯氣與苯的反應比是11，但實際上是要求苯過量3倍進行反應，主要反應過程是:2Fe+3Cl22FeCl3,C6H6+Cl2 FeCl3 C6H5Cl+HC,C6H5Cl+Cl2 C6H4Cl2+HCl。圖32 氯化反應部分的工藝過程圖如果不能向反應器連續(xù)供苯,出現(xiàn)反應器斷苯的情況,則反應熱不能及時排出,反應器內(nèi)溫度急劇升高,繼續(xù)通入的氯氣在高溫情況下劇烈反應,苯被多次氯化,直至炭化。高溫的鐵環(huán)與氯氣反應生成三氯化鐵。這時反應器的溫度已經(jīng)高到可以熔化鐵環(huán),并使反應器內(nèi)襯瓷板脫落。多氯化物、炭化物、三氯化鐵在管路的尾部及塊孔式石墨冷凝器內(nèi)凝聚下來,堵塞管路及

23、塊孔式石墨冷凝器,這時氯化槽內(nèi)的壓力大于氯氣壓力,氯氣不能通入,反應停止,即使管路及塊孔式石墨冷凝器沒堵死,也會因為鐵和苯反應結(jié)束而停止氯化反應。可見,氯化反應器斷苯、氯氣繼續(xù)通入反應器是氯化反應器內(nèi)出現(xiàn)高溫的兩個必不可少的條件,缺一個條件都不能出現(xiàn)高溫。（2） 根據(jù)氯苯生產(chǎn)反應的原理可知，在反應過程中會產(chǎn)生氯化氫氣體和放出大量的熱量，產(chǎn)生的氯化氫不僅對催化劑有一定的影響，更重要的是它有很強的腐蝕性，對設備的要求相當高，因此在反應過程中，及時將產(chǎn)生的氯化氫氣體除去是很有必要的。反應放出的大量熱會使反應塔內(nèi)的溫度迅速升高，溫度的升高會使反應的副反應增加，因此反應溫度的控制也是本工藝的重點和難點之

24、一。本操作單元的條件控制如下表34所示。表34 干燥過程的工藝參數(shù)工藝參數(shù)控制范圍工藝參數(shù)控制范圍進塔苯含水%0.06氯化氣相溫度7585進塔氯氣純度%80氯化液密度g/m³進塔氯氣含氫%3.5氯化液含氯苯%25氯化反應溫度8087氯化液含多氯苯%1塔內(nèi)壓力MPa常壓氯化液流量kg/h180003.2.2 尾氣中苯的回收過程氯化塔中反應會產(chǎn)生大量的氣體，生成的氯化氫氣體(含有苯蒸氣)和氯化液(含有氯苯、二氯苯、苯)由反應器上部的氣液分離器流出。尾氣中含有的苯蒸汽需進行回收利用，將混合氣體通過冷凝器和吸收塔將液體苯和氯化氫氣體分開，本法可以充分的將混合氣體中的苯進行回收，提高苯的利用率

25、，回收的苯再進入原苯罐，從而得到利用。由于苯蒸汽是可燃性物質(zhì)，為了操作人員的安全考慮，所以在氯化尾氣系統(tǒng)充入氮氣保護。氯化尾氣經(jīng)尾氣系統(tǒng)的兩段石墨冷卻器和噴淋塔回收苯后,用水降膜吸收生成鹽酸,尾氣中氫氣、氧氣、苯等不凝性氣體富集,易發(fā)生爆鳴,嚴重威脅生產(chǎn)的正常進行。為了防止事故的發(fā)生,在尾氣進入吸收塔前充入氮氣,改變尾氣中各組分的含量,并且使尾氣迅速排出系統(tǒng)。實踐證明,效果非常明顯,沒再發(fā)生此類事故。在實際生產(chǎn)中要充入適量氮氣,防止充入過量氮氣造成生產(chǎn)負荷波動;還要加強工藝控制,降低苯中的水含量。本操作過程的工藝參數(shù)見下表35所示。表35 尾氣苯的回收的工藝參數(shù)操作條件溫度（)氯化尾氣濃度%尾

26、氣濃度%回收液體%壓力苯8040298常壓氯化氫805060-常壓氮氣25035-常壓冷凍鹽水進口溫度-5；出口溫度5；吸收液溫度-103.3 氯化液預處理部分氯化反應得到的氯化液（含有氯苯、二氯苯、苯）中還含有氯化氫、氯氣水的成分，為了避免這些成分對蒸餾塔腐蝕破壞而影響蒸餾過程，因此需對這些成分進行處理，盡量降低其含量。氯化液的預處理主要包括水洗、堿洗和干燥三個操作過程。氯化液預處理工藝過程見圖33所示。圖33 氯化液預處理過程工藝流程圖3.3.1 氯化液水洗過程從氯化塔得到的氯化液中含有大量氯化氫氣體，利用氯化氫以易溶于水的性質(zhì)，利用水洗除去大部分的氯化氫，這樣可以為下一步的堿洗節(jié)約氫氧化

27、鈉的用量，達到降低成本目的。該過程可得到大量鹽酸水溶液，可通過回收加以利用。水洗過程和一般的氯苯生產(chǎn)工藝所用的方法相同，不再贅述。該工段的工藝條件控制指標見下表36。表36 水洗過程工藝參數(shù)工藝參數(shù)控制范圍工藝參數(shù)控制范圍進塔流量kg/h18000氯化液含HCl%0.01出塔流量kg/h18000副產(chǎn)鹽酸濃度%50水用量kg/h900副產(chǎn)鹽酸含鐵mg/L50廢酸水量kg/h20副產(chǎn)鹽酸含本苯%0.05塔內(nèi)壓力MPa常壓塔內(nèi)溫度403.3.2 氯化液堿洗過程氯化液在水洗過程中，由于氯化氫在水中的溶解度有限，而且在有機相中也有部分溶解，因此堿洗過程不能除去所有的氯化氫，為此還要進行堿洗才能充分除掉

28、全部的雜質(zhì)。堿洗用堿根據(jù)資料介紹，本工藝采用采用比重為1.081.098（20）含堿為810g/100ml的稀堿溶液。系統(tǒng)加堿量為氯化液體積流量的58%左右。該工段的工藝條件控制指標見下表37。表37 堿洗過程工藝參數(shù)工藝參數(shù)控制范圍工藝參數(shù)控制范圍進塔流量kg/h18000氯化液含HCl%極微出塔流量kg/h18000氯化液含水%20稀堿用量kg/h1000廢堿含氯化液%0.1廢堿量kg/h700塔內(nèi)溫度40塔內(nèi)壓力MPa常壓3.3.3 氯化液干燥過程在經(jīng)過水洗和堿洗之后，可能帶來了大量的水分，苯在進入蒸餾分離前還需除去其中含有的大部分水，如若水分過多，則將對下一步的蒸餾有很大的影響，使蒸餾

29、過程復雜化，從而使氯苯的產(chǎn)量帶來很大的影響。因此，氯化液須進行干燥。本工藝采用的干燥方法和苯干燥相似，采用內(nèi)裝結(jié)晶食鹽顆粒進行干燥。根據(jù)資料介紹，經(jīng)內(nèi)裝結(jié)晶食鹽顆粒的反應器干燥后，氯PH=7.5，含水量W%0.04%。由于系統(tǒng)水量少，忽略有機組分在鹽水中的溶解量。也是為了能使充分的干燥以除去其水分，本方法是采用三級是干燥工藝，本方法的優(yōu)點是干燥樹脂可通過回收處理，反復利用，達到了節(jié)約材料，降低生產(chǎn)成本的目的。該工段的工藝條件控制指標見表38。表38 氯化液干燥過程工藝參數(shù)工藝參數(shù)控制范圍工藝參數(shù)控制范圍進塔流量kg/h18000干燥氯化液PH值7.5出塔流量kg/h18000氯化液含苯%68食

30、鹽結(jié)晶量L3000氯化液含水%0.1廢水量kg/h700氯化液含氯苯%30塔內(nèi)壓力MPa常壓塔內(nèi)溫度253.4 氯苯精制部分氯苯的精制分為初餾和精餾兩個階段。干燥的氯化液中含有苯、氯苯、多氯苯和少量水，根據(jù)沸點高低不同，應先除去低沸點的苯和水，所以先進入初餾塔蒸去大量苯；初餾塔中的塔釜液再進行精餾處理，得到的餾出液即是高純的氯化苯產(chǎn)品。蒸餾系統(tǒng)冷卻水改用循環(huán)水。氯苯生產(chǎn)中蒸餾系統(tǒng)冷凝器需要大量冷卻水,原來使用地下水,大量水白白流失,水資源利用率低,造成水資源嚴重浪費。改用循環(huán)水冷卻后,水消耗大幅降低,為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。氯苯精制過程工藝流程圖見圖34所示。圖34 氯苯精制過程工藝流程圖

31、3.4.1 氯苯初餾過程干燥的氯化液中含有氯苯、二氯苯以及大量的未參加反應的苯，要得到高純度的氯苯，需采用先分離低沸點的后分離高沸點的分離步驟進行分離。初餾采用普通回流蒸餾方法，在一定的條件下先將低沸點的苯蒸出，蒸汽苯再回到氯化塔重新參與反應，提高的苯的利用率，餾出液中的重組分再到精餾塔進行分離。在進入初餾塔之前，氯化液需先進行預熱，以降低蒸餾塔的塔板數(shù)，提高苯的濃度。塔頂要求有回流冷凝器，控制一定的回流比，塔釜設置再沸器。本工段的操做工藝相對較復雜，應嚴格控制其工藝參數(shù)，因為要求塔釜的濃度更高，因此采用塔釜自動控制系統(tǒng)。工藝控制指標見下表39所示。表39 初餾過程工藝參數(shù)工藝參數(shù)控制范圍工藝

32、參數(shù)控制范圍進料流量kg/h18000餾出氣相溫度60110塔釜流量kg/h12000粗餾釜氣相壓力MPa0.1（表壓）塔頂流量kg/h5000粗餾加熱蒸汽壓力MPa0.8（表壓）回流比31粗餾預熱蒸汽壓力MPa0.6（表壓）塔預熱溫度7120粗餾分凝器出水溫度95.0塔頂溫度70120回收苯密度g/m³0.8800.920塔釜溫度130150回收苯含氯苯量%8.03.4.2 氯苯精餾過程初餾得到的塔釜氯化液中主要含有氯苯和多氯苯，需通過進一步的精餾才能得到高純度的氯苯。本工藝采用的氯苯精餾工藝，其特點是采用減壓蒸餾除高沸點提純工藝。所述減壓蒸餾提純系統(tǒng)由減壓蒸餾釜、減壓蒸餾塔、抽真

33、空系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)等組成。氯化液被泵送入減壓蒸餾釜，減壓蒸餾釜由熱載體導熱油爐系統(tǒng)或遠紅外電熱系統(tǒng)提供熱源，可滿足于100的溫度要求。減壓蒸餾塔由液環(huán)式真空泵提供真空，可滿足350450mmHg的真空度要求。所述減壓蒸餾塔具有8一12塊理論板的分餾精確度。本工段的操作是該工藝最復雜工藝過程，應嚴格控制其工藝參數(shù)，因為要求塔釜的濃度更高，因此采用塔釜自動控制系統(tǒng)。工藝控制指標見下表310所示。表310 精餾過程工藝參數(shù)工藝參數(shù)控制范圍工藝參數(shù)控制范圍進料流量kg/h5000精餾釜氣相壓力MPa0.04（絕壓）塔釜流量kg/h400精餾加熱蒸汽壓力MPa0.06（絕壓）塔頂流量kg/h5000精餾預

34、熱蒸汽壓力MPa0.8（表壓）回流比41精餾分凝器出水溫度90塔預熱溫度60110（120）進料液中苯含量%0.15塔頂溫度95140（150）塔頂餾出液苯的含量%99.5塔釜溫度65110（120）塔釜餾出液苯的含量%極微成品氯化苯純度%99.5成品含苯量%0.15回收精餾尾氣中的氯苯和苯。精餾尾氣中含有一定量的苯和氯苯及不凝性氣體,用冷凝方法不能加以回收,排入大氣非?？上?。為了降低消耗定額,減少環(huán)境污染,采用活性炭吸附精餾尾氣中的苯和氯苯,為企業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟效益和社會效益。蒸汽冷凝液回收利用。在氯苯生產(chǎn)中,蒸餾蒸汽尾氣及冷凝水再利用,冬季用于取暖,夏季供其他裝置使用,每年可節(jié)約大量的能源。副

35、產(chǎn)物二氯苯的回收分離。在氯苯生產(chǎn)中,副產(chǎn)品質(zhì)量分數(shù)約為2. 5%的二氯苯,回收二氯苯不僅是一個環(huán)保問題,也是一個降低苯消耗定額的途徑。利用水蒸氣蒸餾、結(jié)晶、蒸餾等工藝回收提純對二氯苯和鄰二氯苯。第四章 物料衡算氯苯生產(chǎn)的大致流程是經(jīng)過氯化反應、水洗、堿洗、干燥、初餾和精餾等六個主單元操作（見計算框圖4-1）。本設計采用逆算法進行物料衡算。4.1 計算框圖計算框圖見圖4-1圖4-1計算框圖系統(tǒng)衡算組分編碼如下表4-1所示：表4-1 系統(tǒng)衡算組分編碼表組分名稱苯氯苯二氯苯水HClNaOHNaClCl2編碼123456784.2 始算基準的確定以3.6萬噸/年為例，取年工作日300天，則小時產(chǎn)量根據(jù)

36、廠方資料介紹，氯苯產(chǎn)品廠控質(zhì)量指標如下表4-2所示：表4-2 氯苯產(chǎn)品廠控質(zhì)量指標編 碼組 分 名 稱一 級 品 w%二 級 品 W%1苯0.15000.30002氯 苯99.500099.00003二 氯 苯游 動0.7000 則產(chǎn)品組分流量如下表4-3所示表4-3 產(chǎn)品組分流量表編 碼組 分 名 稱F13，j（kg/h）X13，j1苯7.50000.00152氯 苯4977.50000.99553二 氯 苯4.16670.00305000.00001.00004.3 精餾過程物料衡算過程如右圖4-2所示精餾系統(tǒng)為減壓操作，塔頂真空度一般為350450mmHg，塔頂溫度約為90110。根據(jù)廠

37、方資料介紹，氯苯產(chǎn)品廠方控質(zhì)量指標如上表所示：設定：塔頂流量與進料之比約為 塔釜氯苯重量組成約為60% 則 f=8-4+(3+1)=0 圖4-2 精餾過程示意圖 將計算結(jié)果列下表表4-4表4-4 精餾過程計算結(jié)果表組分名稱進料F11，j kg/h進料組成x11，j塔釜F12，1kg/h塔釜組成x12，j苯7.50000.1410-氯 苯6168.989397.1770191.489360.0000二氯苯142.65962.5820127.659640.00005319.1489100.0000319.1489100.00004.4 初餾過程物料衡算初餾過程如右圖4-3所示。根據(jù)資料介紹。在初餾

38、過程中：塔釜：溫度135150；壓力0.30.7kg/²組成 氯苯95%；二氯苯5%；塔頂：溫度70120；組成 苯95%； 氯苯5%；根據(jù)HGZ81075規(guī)定，一級品苯含量W%0.15%；設定：塔頂含氯苯（W%） x10，2=4%；含水x10,4=0.056%塔釜含純氯苯與進料純氯苯之比約為： 圖4-3 初餾過程示意圖 按清晰分割理論：水形成恒沸物從塔頂蒸出，二氯苯從塔釜餾出。則有： f=10-5+(4+1)=0將計算結(jié)果列下表4-5：表4-5 初餾過程計算結(jié)果表組分名稱F9，j kg/hW%F10，jkg/hW%F11，jkg/hW%苯11970.807767.296311963

39、.307795.94407.50000.1410氯 苯5667.751431.8624498.76214.00005168.989397.1770二氯苯142.65960.80200.00000.0000142.65962.6820水6.98270.03936.98270.05600.00000.000017788.2014100.000012469.525100.00005319.1489100.00004.5 干燥過程物料衡算根據(jù)資料介紹，經(jīng)內(nèi)裝結(jié)晶食鹽顆粒的反應器干燥后，氯PH=7.5，含水量W%0.04%。由于系統(tǒng)水量少，忽略有機組分在鹽水中的溶解量。假設：二氯苯由于含量少等原因溶解于

40、水中的量忽略不計，則堿洗氯化液與干燥氯化液中有機物量： 系統(tǒng)操作如下圖4-4所示。則 f=5-(3=2)=0總平衡： 水平衡：0.00102F7-F8=6.9827 解得： F7=17799.3740kg/h； F8=11.1927kg/h將計算結(jié)果列下表4-6： 圖4-4 干燥過程示意圖表4-6 干燥過程計算結(jié)果表組分名稱F7，jkg/hX7j%F8，jkg/hX8j%F9，j kg/h苯11970.807767.25410.00000.000011970.8077氯 苯5667.751431.84240.00000.00005667.7514二氯苯142.65960.80150.00000

41、.0000142.6596水18.15530.102011.1727100.00006.982717799.3740100.000011.1727100.000017788.20144.6 堿洗過程物料衡算過程如圖4-5所示。 圖1-5 堿洗過程示意圖 堿洗用堿根據(jù)資料介紹，一般采用比重為1.081.098（20）含堿為810g/100ml的稀堿溶液。系統(tǒng)加堿量為氯化液體積流量的58%左右。操作過程如右圖所示：（1） 加堿量計算取氯化液比重d=0.935，系統(tǒng)加堿量為氯化液體積流量的5%；則加堿體積流量： 圖4-6 堿洗過程示意圖 系統(tǒng)擬采用重量濃度c=8%、比重d=1.087的稀堿，則系統(tǒng)稀

42、堿重量流量 則含純堿： 含水： （2） 中和反應物料橫算取堿洗操作溫度40，由于水量小，且苯系物在水相中溶解量小，（即F4F7），取水洗氯化液F4中HCl質(zhì)量約為堿洗氯化液F4的0.01%。則進料液中HCl流量： 反應式： HCl + NaOH = NaCl + H2O 56.5 40 58.5 18 1.7801 X F67 Y 耗堿 X=1.7801×40÷36.5=1.9508kg/h 生成水 Y=1.7801×18÷36.5=0.8779kg/h F67=1.7801×58.5÷36.5=2.8530kg/h 系統(tǒng)含水總量 G

43、=F44+F54+Y=F44+951.8763+2.8530=F44+954.7293kg/h 水相中含堿量 F66=F56-X=82.7718-1.9508=80.8210kg/h（3） 系統(tǒng)物料衡算假定：堿洗分離溫度為40；水相中NaOH、NaCl對苯系物在水中溶解度影響可忽略不計；過程估計算作以下處理，如右圖4-6所示。有機相組分同屬苯系列物質(zhì)，物性相近，干燥過程近似，干燥過程近似作苯水相互微溶系統(tǒng)處理。劇有關資料介紹苯水互溶情況如下表4-7：表4-7 苯水互溶情況表溫度010203040507080水在苯中濃度W%0.0250.0360.0500.0720.1020.1470.2790

44、.366苯在水中濃度W%0.1050.1600.1750.1900.2050.2150.2750.326在堿洗溫度40條件下，出料有機相中的組成X74=0.00102水相中的有機物組成X6B=0.00205。 f=7-3+(2+2)=0 即 F4B=979.39125F44 即 F64=486.80488F6B 解 得： F44=18.1461； F6B=1.9622苯 系 物：F4B=F6B+F7B=1.9622+17799.3740-18.1553=1.9622+17781.2187=17783.1809kg/h水： F64=F44+F54+Y-F74=18.1461+951.8763+0

45、.8779-18.1553=852.7450kg/h（4） 苯系物分配計算 即 F41=（F4B/F7B）F74=（17783.1809/17781.2187）F71 = 1.00011035F71=1.0001101×11970.8071=11972.1287kg/h同理： F42=1.0001101F72=1.0001101×5667.7514=5668.3768kg/h F43=1.0001101F73=1.0001101×142.6596=142.6753kg/h則有： F61=F41-F71=11972.1287-11970.8077=1.3210kg/

46、h F62=F42-F72=5668.3768-5667.7514=0.6254kg/h F63=F43-F73=142.6783-142.6596=0.0157kg/h堿洗過程計算結(jié)果列下表4-8：表4-8 堿洗過程計算結(jié)果表組分名稱F4jkg/hX4j%F5jkg/hX5j%F6jkg/hX6j%F7jkg/h苯11972.528767.2474-0.36630.126911970.8077氯 苯5668.376831.8393-0.62540.06015667.7514二氯苯142.67530.8013-0.01570.0015142.6596水18.14610.1020264.5190

47、92.0000955.308591.753418.1553HCl1.78010.0100-NaOH-82.77188.000080.82107.7833-NaCl-2.85300.2748-17803.1070100.00001034.6481100.00001040.8446100.000017799.37404.7 水洗過程物料衡算（1） 進水量的計算：氯化液比重為0.9350.950/15。因氯化液溫度大于15，取比重d=0.935；進水量在一般情況下控制為氯化液體積流量10%，由于常溫下苯系物水中溶解度小，即氯化液流量與水洗氯化液流量變化不大。則過程加水量： （2） HCl平衡計算假設

48、：二氯苯由于含量少等原因溶解于水中的量忽略不計；有機相組分同屬苯系列物質(zhì)，物性相近，水洗過程近似作苯水相互微溶系統(tǒng)處理。根據(jù)資料介紹經(jīng)水洗后將除去90%以上HCl，則水中含HCl量，則有： F15=10F45=10×1.7801=17.801kg/h F35=9F45=9×17801=16.0209kg/h（3） 過程物料衡算根據(jù)有關資料接撒苯水互溶情況如下表4-9所示：表4-9 苯水互溶情況表溫度010203040507080水在苯中濃度W%0.0250.0360.0500.0720.1020.1470.2790.366苯在水中濃度W%0.1050.1600.1750.1

49、900.2050.2150.2750.326水洗過程如下圖4-7所示。設水洗分離溫度為40； 則 f=8-5+（2+1）=0水平衡：F34=F2-F44=1904.0756-18.1461=1885.9295kg/h 約束式： 解得 F3B=3.8741kg/h苯系物：F1B=F3B+F4B=3.8741+17783.1808 =17787.0549kg/h （4） 苯系物分配計算按比例分配進行計算： 圖4-7 水洗過程示意圖 可得： F3j=（F3B/F4B）F4j=（3.8741/17783.1808）F4j=0.0002179F4j即 F31=0.0002179F41=0.0002179

50、×11972.1287=2.6082kg/h F32=0.0002179F42=0.0002179×5668.3768=1.2349kg/h F33=0.0002179F43=0.0002179×142.6753=0.0311kg/h則有： F11=F31+F41=2.6082+11972.1287=11974.7368kg/h F12=F32+F42=1.2349+5668.3768=5669.6117kg/h F13=F33+F43=0.0311+142.6753=142.7064kg/h計算結(jié)果如下表4-10所示表4-10 水洗過程計算結(jié)果表組分名稱F1jkg/hX1j%F2jkg/hF3jkg/hX3j%F4jkg/hX4j%苯11974.73686