年產(chǎn)4000噸的氯甲烷氯化吸收工段設(shè)計說明

1、題 目年產(chǎn)4000噸的氯甲烷氯化吸收工段的初步設(shè)計原始數(shù)據(jù):4kt/a二氯甲烷氯化吸收，年工作日330天，其余數(shù)據(jù)以工廠實際收集 為準。說明書內(nèi)容：1 進行工段工藝流程設(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和毒性低的優(yōu)點，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。二氯甲烷為無色液體，在制藥工業(yè)中做反應介質(zhì)，用于制備 氨芐青霉素、羥芐青霉素

2、和先鋒霉素等 ;還用作膠片生產(chǎn)中的溶劑、 石油脫蠟溶劑、氣溶膠推進劑、有機合成萃取劑、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 產(chǎn)品的物理化學性質(zhì) 質(zhì)量標準 產(chǎn)品的主要用途 產(chǎn)品的市場需求1.2 原材料的規(guī)格來源及凈化第二章生產(chǎn)工藝流程簡述2.1 二氯甲烷的生產(chǎn)原理及生產(chǎn)方法 生產(chǎn)原理2.1.2 二氯甲烷的生產(chǎn)方法及特點2.2 生產(chǎn)工藝與流程簡述 甲烷氯化物生產(chǎn)工藝流程簡 述2.2.2 二氯甲烷生產(chǎn)工藝流程簡圖第三章物料衡算和熱量衡算3.1 計算基準3.2 物料衡算和熱量衡算 反應器的物料衡算和 熱量衡算3.2.2 空冷器的物料衡算和熱量衡算 膜式吸收 器的物料衡算

3、和熱量衡算 填料塔第四章主要設(shè)備的工藝計算及選型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4.15粗氯化液液儲槽第五章綜合表第六章設(shè)備一覽第七章管路設(shè)計 評述參考文獻第一章總論1概述產(chǎn)品的物理化學性質(zhì)一.產(chǎn)品的物理性質(zhì)二氯甲烷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)品二氯甲烷分子量84.94外觀無色透明不分層液體分子式CH2CI2沸點40.4液

4、體比重D4201.326蒸汽比重2.93蒸汽密度g/i3.30汽化潛熱Cal/g78.7液體比熱Cal/g.C0.288蒸汽比熱Cal/g.0.155C在水中溶解度g/100g1.32水臨界壓力Kg/cm260.9臨界溫度C237臨界密度0.427冰點C-96.7在空氣中爆炸范V%13.018.0圍在氧氣中爆炸范V%13.018.0圍二產(chǎn)品的化學性質(zhì)二氯甲烷是無色、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

5、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。純二氯甲烷無閃點， 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， 然而當二氯甲烷與丙酮或甲醇液體以10: 1比例混合時，其混合特具有閃點， 蒸發(fā)后與空氣會形成易燃的混合物。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。當發(fā)生嚴懲的中毒危險時應立 即脫離接觸并移至新鮮空氣處，一些中毒癥狀就會得到緩解或消失，不會引 起持久性的損害。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)測得，在室

6、內(nèi)的生產(chǎn)環(huán)境中，當使用二氯甲烷作除漆劑時，有高濃 度的二氯甲烷存在。一般人群通過周圍空氣、飲用水和食品的接觸，劑量要低得多。據(jù)估計，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，進而再轉(zhuǎn)變成二氧化碳和鹽酸。當二氯甲烷存在于 地表水中時，其大部分將蒸發(fā)。有氧存在時，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：空氣中濃度超標時，應該柚戴直接式防毒面具（半面罩）緊急事態(tài)搶救或撤離時，佩戴空氣呼吸器。質(zhì)量標準工業(yè)二氯甲烷產(chǎn)品的技術(shù)指標（GB4117-92 ）表1 2指標名稱指標優(yōu)等品一等品合格

7、品純度(Pt-Co)%99.599.098.0>酸度（以HCI計）%0.00040.00080.0010水0.0400.0500.060份%色度101010蒸發(fā)殘0.00050.00100.0030渣% <1.1.3 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 烷具有溶解能力強和毒性低的優(yōu)點， 大量用于制造安全電影膠片、 聚碳酸

8、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。 二氯甲烷為無色液體，在制藥工業(yè)中做反應介質(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 進劑、有機合成萃取劑、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 費量占總消費量的 50% ，醫(yī)藥方面占總消費量的 20% ，清洗劑及化工行業(yè) 消費量占總消費量的 20% ，其他方面占 10% 。1.1 4 產(chǎn)品的市場需求二氯甲烷又稱甲叉二氯、 氯化次甲基。二氯甲烷主要用作不燃性溶劑， 如三乙酸纖維脂電影膠片

9、的溶劑、 金屬表面油漆層的清洗脫膜劑、 氣溶膠 的推動劑、 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、 礦物油的閃點升高劑、 滅 火劑、煙霧劑的推進劑、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)， 嚴格控制排放， 盡可能回收， 預計美國等工業(yè)發(fā)達國 家和地區(qū)消費將逐年遞減，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)展中國家對二氯甲烷的需求量將保持較快的增長速度， 預計 世界范圍內(nèi) 2000-2005 年對二氯

10、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、來源及凈化原料規(guī)格：1. 氯氣純度 Cl2> 95.0%(V) 水份 H2O< 0.05%(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+< 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：因為自貢豐富的天然氣資源，因此就地取材第二章生產(chǎn)工藝流程簡述2 . 1二氯甲烷的生產(chǎn)原理及生產(chǎn)方法2. 1 . 1生產(chǎn)原理甲烷熱氯化機理和其它烷烴氯化機理相似，都是自由基連鎖反應。氯分 子的活化是通過高溫來

11、實現(xiàn)的，其自由基連鎖反應歷程，可分三步表示：1 .鏈引發(fā)C12 Cl.+CI-57.8 千卡 / 克分子2 .增鏈CH4+CI' CH3.+HCI+1.0 千卡/ 克分子CH3'+Cl2* CH3CI+CI '+25.7 千卡/ 克分子CH3CI+C|. CH2Cl.+HCI+4.6 千卡 / 克分子CH2CI+CI2 > CH2CI2+CI .+20.7 千卡/ 克分子CH 2CI2+CI. CHCI .2+HCI+8.8 千卡/ 克分子CHCI .2+CI 2 > CHCI 3+CI .+15.7 千卡/ 克分子CHCI 3+C CCl3.+HCI+13

12、.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CI.+CI.+M CI2+M(2) 活化分子之間碰撞R - +C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。等人曾研究了甲烷 氯化反應中對鏈終止的影響。在甲烷熱氯化反應過程中，反應溫度不高時，反應按自由基連鎖反應進行。 當反應溫度升高到370。C時，連鎖反應機理的相對作用隨之減低，反應溫度超 過430。C,甲烷氯化反應實際上是一逐級取代不可逆的雙分子均相反應。反應 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

13、的產(chǎn)品，其反應方 程式如下：CH 4+CI2 CH 3CI+HCI+24.019 千卡/ 克分子CH3CI+CI 2CH2CI2+HCI+23.660 千卡/ 克分子CH2CI2+CI2CHCI 3+HCI+24.696 千卡/克分子CHCI 3+CI CCI4+HCI+23.930 千卡/ 克分子甲烷氯化反應是強放熱反應。在反應開始前供給熱量，當反應開始后所需能量可由反應熱供給。由于放熱量大，如不采取措施控制反應熱并及時帶走溫度會急劇升高，這樣會產(chǎn)生劇烈的燃燒反應或氯化物產(chǎn)生裂解反應CH 4+2CI 2 C+4HCI+70 千卡/ 克分子2CHCI 3 C2CI4+2HCI3CHCI 3 2

14、CI6+CH 2CI2+HCI2CCI 4 2CI4+CI22CCI7C2CI6+CI2同樣局部氯氣濃度過濃時，也會使反應進行極為猛烈，甚至產(chǎn)生爆炸。因此, 要保證甲烷熱氯化反應順利進行的主要條件是：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. 有效和及時引出反應熱。2.1 .2二氯甲烷的生產(chǎn)方法及特點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，后來發(fā)展了光氯化法。1972年美國C-E Iummus 公 司和Arm-strong 公司共同開發(fā)了甲烷氧氯化法，1979年日本德山曹達化學公司開 發(fā)了氯甲烷低溫液相自由基引發(fā)氯

15、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。反應器形式有內(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)式反應器。1 .（甲烷）天燃氣熱氯化法天燃氣與氯氣反應，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。甲烷氯化機理是游離基連鎖反應，通過升高溫度或用3000 5000A的光源輻射來實現(xiàn)氯分子的活化。在工業(yè)操作中，為保持一個穩(wěn)定的自由基連鎖反應，需要 將溫度維持在380 450 C。甲烷氯化是強放熱反應，反應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

16、了下列反應裝置設(shè)計：1、大量循環(huán)甲烷或產(chǎn)生的氯代甲烷使 用的多級反應器，以保證足夠的進料比；2、采用霧化四氯化碳或較低的氯甲烷為熱 載體；3、采用流化床反應器。2 氯甲烷氯化法將氯甲烷與氯氣氯化反應， 光氯化法在 4000Kw 光照下進行， 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，反應溫度為420。C,反 應壓力 19Kpa ，反應冷卻吸收、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，可以制造一個氯的閉路循環(huán)系統(tǒng)。這種氯化氫裝置與

17、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，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、配氣站和反應裝置的氯氣、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器，進行甲烷熱氯化反應，反應組成為： 甲烷氯化物、氯化氫、過量的甲烷、惰性氣體和微量的游離氯。反應氣經(jīng)空氣冷卻 器冷卻后進入碳黑分離器，除去反應中產(chǎn)生的少量碳黑，進入水洗系統(tǒng)除去氯化氫。從碳黑分離器出來的反應氣（70 90 °C），與稀酸分離器來的酸，進入第一膜 式吸收器頂部，順流

18、而下，進行降膜吸收氯化氫后，反應氣與稀鹽酸入鹽酸分離器 進行氣液分離， 大于 16% 濃度的副產(chǎn)鹽酸送至沉鈣車間。 反應氣與計量后的吸收水， 入第二膜式吸收器頂部進行第二次吸收，反應氣與稀酸入稀酸分離器，稀酸入第一 膜式吸收器，反應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% 的氫氧化鈉溶液除去反應中殘余的氯化氫、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，進中和塔，當堿液濃度降到規(guī)定值（ 3% 5%

19、）后，送至廢堿處理裝置。 從中和塔塔頂出來的反應氣，進入干燥系統(tǒng)；堿液分離器底部的液體定時排放。中和后的反應氣進入硫酸干燥塔，從硫酸干燥塔底部進入進行脫水干燥；98%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，計量后進入干燥塔頂部，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，定時用稀硫酸泵送至稀硫酸大貯槽，以備出售。干燥后的反應氣，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的硫酸酸霧，再經(jīng)壓縮 機壓縮至0.4 0.6Mpa （表壓）。壓縮后的反應氣經(jīng)緩沖罐和機后冷卻器冷卻至4O.C以下，進入熱交換器，與冷凝器來的循環(huán)氣進行換熱

20、，使反應氣溫度降至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)熱交換器后，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)工藝流程簡圖98%的硫酸循環(huán)氣-25 C冷凍鹽水第三章物料衡算和熱

21、量衡算以單位時間為基準，按年工作 330天，每天24小時，二氯甲烷小時生產(chǎn)量34000* 10330* 24505.05 Kg/h3 . 2物料衡算和熱量衡算反應器的物料衡算和熱量衡算本反應過程是強放熱反應，由于放熱量大，如不采取措施控制反應熱并及時移走，溫 度會急劇升高，這樣會產(chǎn)生強烈的燃燒反應，使反應或使氯化物產(chǎn)生裂解反應。因此利用 加入過量甲烷得到的循環(huán)氣為稀釋劑而移走反應熱量。1.計算依據(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) 進反應器的原料配比(摩爾比)Cl2: CH4:循環(huán)氣=1 :

22、0.68 : 3.0(4) 出反應器的比例CH2CI2: CHCl 3=1 : 0.5 (質(zhì)量比)(CHCl 3+CCl 4)/CH 2Cl3=0.38 (摩爾比)(5) 操作壓力 0.08MP a (表壓)(6) 反應器進口氣體溫度 25 oC,出口溫度420 oC2 物料衡算CH3CICH2CI2HCICHCI 3假設(shè)循環(huán)氣不參與反應，只起帶走熱量的作用。設(shè)進口甲烷X kmol/h,出反應器氯甲烷Ykmol/h, 氯化氫Zkmol/h由 CH2Cl2：CHci3=1:0.5 （質(zhì)量比）CHCI 3 時產(chǎn)量：505 .05 x 0.5=252.5Kg/h=2.11kmol/h（CHCl 3+

23、CCl 4）/CH 2Cl2=0.38 （質(zhì)量比）CCI4 的量：0.147kmol/h由于反應復雜，用元素守衡法:則 CI元素守衡2.96X=Y+5.94 X 2+2.11 x 3+0.147 x 4H 元素守衡4X=3Y+Z+5.94 X 2+2.11C 元素守衡X=Y+5.94+2.11+0.147解方程（1） （2） （3 ）得 X=22.09 kmol/hY=13.89 kmol/hZ=32.68kmol/h(1) 所以反應器進口原料中各組分的流量CJ： 22.09 x 1.48=32.69kmoI/h=732.26Nm3/h (純)32.69/0.96=34.06kmoI/h= 7

24、62.94Nm3/h （含雜）kmol/h =520.8CH 4：22.09kmol/h（純）,22.09/0.95=23.25Nm 3/h （含雜）循環(huán)氣流量：3.0 x 34.06=102.19kmoI/h=2289.06Nm3/h其中 CH3CI:13.892:34.06 x 4%+23.25 x 3%=2.05 8kmol/hCO2：23.25 x 2%=0.465kmol/hCH 4：102.19-13.89-2.058-0.465=85.76kmol/h進口氣體總量：32.68+24.25+（102.19-13.89）=143.07kmoI/h(2)反應器出口中各組分流量CHaCl

25、：13.89kmol/hCH2CI2：5.94 kmol/hCHCl 3：2.11 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/hCHCI 3：13.89/143.07CH2Cl2：5.94/143.07CHCI 3:2.11/143.07CCl4：0.147/143.07HCI:32.68/143.07X 100%=9.71%X 100%=4.15%X 100%=1.47%X 100%=0.10%X 100%=33.84%(3)出口氣體中各組分的含量X 100%

26、=1.46%X 100%=0.33%X 100%=59.94%N2：2.058/143.07CO2：0.465/143.07CH 4:85.76/143.07(4)反應器物料平衡表Kmol/h組成%(mol)Kg/hKmol/h組成 %(mol)Kg/hCH 4107.8575.31725.685.7659.941372.16CI232.6922.852320.99CH3CI13.899.71701.415CH2CI25.944.15504.9CHCI 32.111.47252.145CCI40.1470.1022.638CO20.4650.3320.460.4650.3320.46組分反應器

27、進口反應器出口N22.0581.4657.6242.0581.4657.642HCl32.6822.841192.85總計143.071004124.674143.071004124.6742.熱量衡算(以1h , 25 °C為基準)參加反應的各物料的 Hf?(KJ/kmol)輸入 CH 4Cl 2CO 2輸出 CHaCl CH2CI2 CHCl 3 CCI4HCl量(kmol)22.0932.690.46513.895.942.110.14732.68AHf?-74.850-393.51-81.92-87.86-100-106.76-92.3(3 1)AHr °= 2生成

28、物 U i AHf ' - 2反應物 U i AHf= 13.89 X(-81.92)- 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 106KJ420 C各物質(zhì)的 Cp (J/mol.k )物質(zhì)CH3CICH2CI2CHCl 3 CCI4 HClCO 2N 2Cp (J/mol.k ) 66.0745.97588.28798.887 29.96 52.27 30.65(3 2)輸出焓：刀輸出H=刀n C p At=(13.89 X 66.07+5.94

29、 X 45.975+2.11 X 88.287+0.147 X 98.887+32.68 X 29.96+2.058 X 30.65+52.27 X 0.465) X (4205)=9.8 X 1(fKJ輸入焓：刀輸入H=0Q 放出=AH(33)=AHr0+刀輸出H+刀輸入H=-3.07 X 106+9.8 X 105=-2.09 X 106KJ222.50 C各物質(zhì)的 Cp (J/mol.k )物質(zhì)CH 3ClN2 CH4 CO2Cp(J/mol.k ) 54.8330.8149.62 53.43循環(huán)氣帶出的熱量為：Q 帶走=C p m At=13.89 X 54.83+2.058 X 30

30、.81+85.76 X 49.62+0.465 X 53.43) X 4-20 25)=1.98 X 106KJ考慮 5%熱損失，則 2.09 X 106X (1-5%)=1.98 X 106KJ即Q 放出 = Q 帶走循環(huán)氣能帶走的熱量恰好為反應氣放出的熱量，使反應溫度保持在420 °C左右，維持反應順利進行。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，保證吸收的順利進行。1 計算依據(jù)進口氣體420 C,組成和流量與反應器出口相同；出口氣體 80 C,操作壓力0.06MP a (表壓)2 熱量衡算定性溫度

31、t=(420+80)/2=250 C250 C各物質(zhì)的 Cp (J/mol.k )物質(zhì)CH3ClCH2Cl2 CHCl 3 CCl4 CO2N2HClCH4Cp (J/mol.k ) 56.361 69.639 81.920 96.558 45.06 29.611 29.293 47.752(3熱負荷 Q=W Cp(T2-Td=(13.89 X 56.361+5.94X 69.639+2.11 X 81.920+0.147 X 96.558+0.465 X 45.06+2.058X 29.611+32.68 X 29.293+65.76 X 47.752)X (420 -80)=2.37 X

32、106KJ/h膜式吸收器的物料衡算和熱量衡算II膜膜V1!Lx 2Vy 2 Vy 2 Lx 2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 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l/V也相同。Lx 1 Vy 1 Lx 1 Vy 1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%, 膜出口氣體氯化氫含量0.6%(2) 一膜進口氣體溫度80 C ,出口氣體溫度70 C,二膜出口氣體溫度60 C(3) .吸收水溫42 C(4) .進口氣體組成同反應器出口(

33、5) .操作壓力0.6MP a (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 C2. 物料衡算對并流高濃度氣體吸收，操作線方程為:L( 二)=V(-11 x21y2yi 、y2 i yi(35)y2yiL 1 y21yiV % x21 x11x2解得：X2=0.051即一膜進口酸，二膜出口酸濃度為 0.051V(旦亠需要的吸收劑用量：L 1 y21 yix1x21 x11 x2(143.0732.68)(彳0.22840.22840.08 )1 0.08)0.160.0511 0.16 1 0.051=167.2Kmol/h副產(chǎn)鹽酸的量：lo=V

34、o (y2-yi)/(x 1-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(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：CH3CI13.89/121.84X 100%=11.4%CH2CI25.94/121.84X 100%=4.9%CHCl 22.11/121.84X 100%=1.7%CCl40.147/121.84X 100%=0.12

35、%HCl(32.68-21.23)/121.84 X 100%=9.4%N22.058/121.84X 100%=1.69%CH485.76/121/84X 100%=70.39%CO20.465/121.84X 100%=0.38%3. 熱量衡算42 C氯化氫溶解成16%的鹽酸的溶解熱=9172.65KJ/KmolQ 溶解=9172.65 X 194.8=1.7 X 106KJ/h在定性溫度t=(80+70)/2=75C下的等壓熱容Cp(KJ/Kmol. C)CH3Cl CH2Cl2 CHCl 3 CCl4 HCl CH4 N2 CO244.5556.1171.2588.9328.8637.

36、2128.7738.32Q=Cp.m. AtX 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 X 0.465) X (8-700) =0.05 X 106KJ/hQ 總=1.7 X 106+0.05 X 106=1.75 X 106KJ/h假設(shè)冷卻水溫升8 C,則冷卻水耗用量水的 Cw=4.18KJ/Kg.K=75.42KJ/Kmol.kWW=1.75 X 106/75.42 X 8=2.95 X 103Kmol/h第二膜式吸收器1 計算依據(jù)(1)進口氣體組成同一膜出口氣體組成進口

37、氣體溫度70 C,出口氣體溫度60 C(3) 出口酸濃度 5.1%(4) 吸收水溫42 C,冷卻水溫33 C(5) 操作壓力0.036MP a(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l0=V0(y2-y1)/(x 2-x1)=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 X 100%=12.49%CH2Cl5.

38、94/11.25X 100%=5.34%CHCl 32.11/111.25X 100%=1.90%CCl 40.147/111.25X100%=0.13%HCl0.86/111.25X 100%=0.77%N22.058/111.25X100%=1.85%CO20.465/111.25X 100%=0.42%CH485.76/111.25X 100%=77.09%1. 熱量衡算42 C氯化氫溶解成5.1%的鹽酸的溶解熱=3303.18Q 溶解=3303.18 X 176.8=6 X 105KJ/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

39、2Cl2CHCl 3 CCl4 HCl CH4 CO2 N243.8755.4970.8187.9928.537.0538.2228.46Q=C P.m. At=(43.78 X13.89+55.49 X5.94+70.81 X2.11+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 105Q 總=0.6 X 105+0.05 X105=0.65 X105從一膜出來的冷卻水逆流進入二膜，進口溫度33 C其溫升：At=0.65 X 105/(75.42 X 2.95

40、X 103)=2.87出口水溫：33+2.87=35.87 C3 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 C, 15%的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 C(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：Go=111.25-0.86-0.465=109.925Kmol/h平均分子量:M=50.5 X 12.49%+85x5.34%+119,51.90%+154X 0.13%+36.5 X0.77%+44 X 0.42%+16 X 77.09%+2

41、8 X 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/（111.25X 22.4）=1.19kg/m15%和4%的氫氧化鈉溶液化為摩爾濃度：15% （質(zhì)量）=0.15/400.15/400.85/18X 100%=7.35%（摩爾）4% （質(zhì)量）=0.04/40X 100%=1.84%0.04/40 0.96/18（摩爾）氫氧化鈉溶液耗用量： Wi=（0.86+0.465出塔氣中無氯化氫氣體和二氧化碳氣體，但帶出G°=112.925Kmol/h各氣體含量：CHaCl13.89/112.925CH2CI25.

42、94/112.925CHCI 32.11/112.925CCI40.147/112.925N22.058/112.925CH 485.76/112.925X 2）/（7.35%-1.84%）=32.49Kmol/h3Kmol/h的水蒸氣，則總量為X 100%=12.3%X 100%=5.3%X 100%=1.9%X 100%=0.13%X 100%=1.82%X 100%=75.9%第四章 主要設(shè)備的工藝計算及選型4. 1空冷器本過程傳熱量大，一般的換熱器不能達到換熱效果?？绽淦鲹Q熱效果好，結(jié)構(gòu)簡單,節(jié)約水資源，沒有水污染等問題，比水冷更經(jīng)濟，故選用空冷器1計算依據(jù)(1)進出空冷器的流量和組成

43、：組分CH 4CH 3ClCH 2Cl2CHCl3CCl4CO2N2HClKmol/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 C(3) 進空冷器溫度420 C,出空冷器溫度80 C(4) 進出口壓力0.06MP a (表壓)(5) 換熱量 Q=2.37 X 106KJ/h2設(shè)計計算查化工裝置的工藝設(shè)計表 9-31 得輕有機物的傳熱系數(shù)為 10 英熱單位/英尺o2.h. F換算為國際單位制：K=10 X 0.86 X 4.18=204.25KJ/m2.h.

44、 C假設(shè)空氣溫升15.3 C按逆流： ti=420- 55.3=364.7 Ct2=80- 40=40 Ctmi =146.91 C取溫差校正系數(shù)=0.8 tm = Atmi =146.91 X 0.8=117.53 C則所需普通光管的表面積：A0=Q/K. tm(41)=2.37 X106/(204.25X117.53=98.73m 2由(T2-TJ/K=1.86 查化工裝置的工藝設(shè)計圖 9-120得：最佳管排數(shù)為 n=6又由 n=6 查表 9-33 得迎面風速 FV=165 米/ 分表面積/迎風面積=A°/F 2=7.60則： F2=A0/7.60=98.73/7.60=12.9

45、9m由 F1= Q/(t 2-t1)FV17.32)式中 Q 換熱量 ,Kcal/h(t2-t 1)空氣溫升FV 迎面風速，米 / 分代入數(shù)據(jù) Fi=2.37 X 106/(15.3X 165 X 17.3=12.98m取宇0.01F2-Fi=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的空冷器的換熱面積為 98.73m 2 由于資料有限，無法查到標準空冷器系列及翅片規(guī)格。因此無法校核傳熱系數(shù)及確定翅 片面積 參考鴻化廠選© 377 X 12的換熱管管長 L=98.7 3 X 4/ nX 0.353=1010 米管內(nèi)流速 u=143.07 X 22.4 X

46、 4/ nX 0.353=2762.5m/h=9.2m/su=9.2m/s 符合換熱管內(nèi)流速范圍 1530 米/秒，故換熱管選擇合理空冷器規(guī)格及型號：© 377 X 1010F=98.73m 24 2 第一膜式吸收器降膜式吸收器在吸收過程中不斷的將反應熱移走， 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)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。用于處理量較大的吸收過程。因此選用降膜式石墨吸收 器吸收氯化氫氣體。1 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 C,出口溫度70 C(3 )吸收水溫42 C,冷卻水

47、溫25 C,溫升8 C(4) 進口酸濃度 5.1%,出口酸濃度 16%(5) 操作壓力0.06MP a (表壓)(6) 換熱量 Q=1.75 X 1 06KJ/h(7) 吸收氣體量 21.23Kmol/h2 .計算換熱面積(逆流)冷卻水由25 C升到33 C,氣體由80 C降到70 11 =80- 33=47 C t2=70- 25=45 Ctm =45 C從氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊查得 K=3000KJ/m2.h. CS=Q/K. t=1.75 X 106/3000 X 45=13.2m 2計算吸收面積（并流）由于有大量的冷卻水帶走熔解熱，將此過程保持等溫，因此簡化為等溫吸收，在L x ( y2

48、V 1 x (1y2L X2 )V 1 X2)42 C下查得HCI H2O平衡數(shù)據(jù)如下:x 00.009980.02020.04120.06310.0860.1040.1330.151y 00.000020.000080.00030.00110.00410.020.040.06x 0.161 0.1720.1810.1830.1890.1920.1960.199y 0.0080.100.140.160.180.200.220.24并流高濃度吸收操作的操作線方程由式（35）:即15迭 0.3781 y 1 x在y1 y2之間分為10個相等的小區(qū)間，對應一個y求出一個x，所得x, y如下:x 0.

49、160.1530.1440.1350.1250.111y 0.080.094840.109680.124520.139360.1542x 0.1040.09180.07930.06580.051y 0.160940.183880.198720.213560.2284在同一直角坐標系中作出操作線和平衡線如圖一:圖一 對高濃度吸收一般用諾曼法： 從圖上量出塔兩端和操作范圍的中點 x c(x=0.1055) 處的濃度差 y1=0.006y2 =0.227yc=0.143算出c/1=0.143/0.006=23.8,/ y 2=0.143/0.227=0.63查化工過程及設(shè)備設(shè)計圖 3 18得：f=

50、y/ yc=0.51 即Pym=0.073 進口端 kG 的查?。涸趖=80 C下查得各物質(zhì)卩(ja.S)CH 3ClCH 2Cl2CHCl 3CCl 4HClCO 2N2CH412.7912.1011.9011.1817.218.1019.512.35平均粘度：p=12 .79 X 9.71%+12.10X 4.15%+11.90X 1.47%+11.18X 0.10%+181.10 X0.33%+19.5 X 1.46%+12.35X 59.94%+17.2X 22.84%=13.57 yP.S=0.049Kg/m.h平均分子量：M=50 X 9.71%+85 X 4.15%+119.5

51、X 1.47%+154 X 0.10%+36.5 X 22.84%+44X 0.33%+16X 59.94%+28 X 1.46%=28.81由計算出的換熱面積 13.2m 2，按石墨制化工設(shè)備設(shè)計表 326 初選換熱器規(guī) 格：公稱直徑450mm，吸收管61根，©22 X 3的吸收管入口氣體質(zhì)量流速：Go=(143.O7 X 28.81 X 4)/( nX 0.0X161)=3.36 X l0Kg/m 2.h則：DG 0/ yM1.75 =(0.016 X 3.36 X 1/0.049 X 28.811.75 )=306.2(43)D 管內(nèi)徑， mG 0 入口氣體質(zhì)量流速 ,kg/m

52、 2.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)手冊圖 15 61 得：kG=200X 10-6Kmol/m 2.h.P a由于 HCl 氣體易溶于水，屬氣膜控制，總傳質(zhì)系數(shù) 1/K y=1/k y+m/k x 中可忽略液 膜阻力 m/k x ，即 Ky=ky又 因 為 氣 相 總 壓 不 高 ， 則ky=P.kG(44)所以 Ky=P.kG=1.6 X 105X 200X 10-6=32.0Kmol/m2.h出口端 kG 的查取：查得t=70 C的卩(aSPCH3ClCH2Cl2CHCl 3CCl4 HCl CO2N2 CH412.411.311.410.916.516.718.912.0平均分子量：卩=12.4 X 11.4%+11.3 X 4.9%+11.4 X 1.7%+10.9 X 0.12%+12.0 X 70.3%+16.7 X 0.38%+18.9 X 1.69%+16.4 X 9.4%=0.045Kg/m.h平均粘度：M=50.5 X 1.4%+85 X 4.9%+119.5 X 1.7%+154 X 0.12%+36.5 X 9.4%+44 X0 .38%+28X 1.69%+16 X 70.39%=27.47出口氣體質(zhì)量流速：Go=(121.84 X 27.