年产50万吨甲烷氯化物氯仿的工艺单元设计.doc

年产50万吨甲烷氯化物氯仿的工艺单元设计作 者 姓 名 专 业 指导教师姓名 专业技术职务 目 录摘 要1 第一章 项目背景简介31.1甲烷氯化物简介31.2甲烷氯化物生产方法简介31.3产品的市场需求状况41.3.1三氯甲烷的市场需求4第二章 生产方案的确定52.1生产规模52.2原料路线确定的原则和依据52.3氯甲烷的生产方法62.3.1生产原理62.3.2工艺流程62.4工艺技术方案的选择8第三章 生产工艺流程介绍93.1工艺流程说明93.1.1工艺原理93.1.2工艺流程简述10 第四章 工艺计算书114.1氯仿精制单元物料衡算114.2氯仿精制单元热量衡算15第五章 主要设备的工艺计算及选型215.1三氯甲烷塔的设计及选型215.1.1筒体厚度计算215.1.2封头厚度计算225.1.3塔体高度计算224.1.4塔体上各项载荷计算235.2粗产品储槽的设计275.3三氯甲烷塔回流罐的设计275.4三氯甲烷塔顶冷凝器的设计285.5三氯甲烷塔底冷凝器的设计295.6其他设备的选型305.7主要设备一览表30第六章 原材料、动力消耗定额及消耗量316.1原材料、辅助材料消耗定额及消耗量316.2公用工程消耗量32第七章 环境保护与安全措施327.1本装置的主要环境污染源及主要污染物327.1.1废水327.1.2废气337.1.3固体废物337.1.4噪声337.2环境污染及污染防治措施337.2.1水污染防治措施337.2.2大气污染防治措施方案347.2.3固体废弃物处置措施方案347.2.4噪声防治措施347.2.5其他环境保护措施34第八章 车间成本估算35第九章 设计体会和收获36参考文献37致谢38山东轻工业学院2008届本科生毕业设计摘 要 本设计主要是对50万吨甲烷氯化物氯仿工艺单元生产项目的设计。首先是对甲烷氯化物生产项目的简介，然后根据生产规模、原材料等条件，通过比较国内为生产现状和各种生产方法的优劣程度，确定了甲醇法生产合成路线。该工艺以甲醇和氯气以及中间产品一氯甲烷和氯化氢为原料生产甲烷氯化物，主要分：氢氯化反应单元、氯化反应单元、精制单元、盐酸吸收及解吸单元。在此设计中，对甲醇法生产合成路线：主要介绍了其生产工艺流程、工艺计算书（包括各工艺工段主要设备的物料衡算、热量衡算）并对主要设备的设计及选型作了粗略的计算。最后还对原材料及动力消耗情况以及车间成本的估算作了简单的介绍。同时还对环境保护与安全方面提出了些许建议和解决措施。 作者对甲烷氯化物生产装置的工艺设计进行了总结，对设计中的不完善处进行了分析并提出了解决方案，该方案能对今后的甲烷氯化物工艺设计及甲烷氯化物生产实践起到参考作用。关键词 甲烷氯化物 工艺设计 氯甲烷 二氯甲烷 氯仿 四氯化碳ABSTRACTThis design is production project design of 500 thousand tons methane chloride. At first, the methane chloride production project synopsis was introduced. Acccording to the basis condition, production scale, and raw material, and compared domestic for production present situation and each kind of production method fit or unfit quality degree, the methyl alcohol law production process of synthesis was determined. This design takes methyl alcohol and chlorine as well as between productmethyl chloride and hydrogen chloride as material to product methane chloride. The process includes: The hydrochloride responded unit, thechlorination response unit, purifies the unit, the hydrochloric acidabsorption and desorption the unit. In methyl alcohol law production process of synthesis of this design, its productiontechnical process, craft account book (including various craftsconstruction section main equipment bargain, thermal graduatedarm calculated) were introduced, and the sketchy computation to the mainequipment design and the lectotype has been advised. Finally the simple introduction to the raw material and the power consumption situationas well as the workshop cost estimate also has been recommend. Simultaneously the trifle proposal, the solution measure to the environmentalprotection and the security aspect was put forward. The author has carried on the summary to the methane chlorideproduction installment technological design, to designed not to beimperfect place carries on has analyzed and proposed the solution,this plan will be able to the next methane chloride technologicaldesign and the methane chloride production practice referencefunction. Key words: methyl chloride; process design chloromethane; dichloromethane; chloroform; carbon tetrachloride; hydrochlorination; chlorination第一章 项目背景简介1.1 甲烷氯化物简介甲烷氯化物是C1氯烃包括一氯甲烷、二氯甲烷、氯仿和四氯化碳的总称，是重要的化工原料和溶剂。除本身可用作溶剂、脱脂剂、萃取剂、气雾剂外，还是医药、农药、合成纤维、塑料、有机硅和有机氟系列产品的生产原料。其中：(1) 一氯甲烷除少部分用于生产农药(百草枯)、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和丁基橡胶外，大部分用于生产有机硅的基础单体(甲基氯硅烷)。(2)二氯甲烷主要用作三醋酸纤维电影胶片的溶剂，少量用于医药。近年二氯甲烷应用领域不断拓展，开始应用于金属清洗、油漆剥离、聚胺酯树脂发泡、化工及化妆品行业。其消费构成为：胶片3040，医药1020，金属清洗8，化工12，发泡及油漆剥离等2035。二氯甲烷目前国际上尚未正式列为受控物质，但其毒性已引起争论，对其是否有致癌作用也尚无定论。美国国家环保总署将二氯甲烷列入B2级管理，认为它是一种可疑的致癌物质。 (3) 氯仿主要用于生产HCFC22 ，其次是医药、农药、化工生产溶剂等。消费构成为：HCFC22 6870，医药1214，农药6.2，溶剂56，其他45。(4) 四氯化碳绝大部分用于生产CFC-11和CFC-12，少量用于溶剂和清洗剂。根据蒙特利尔议定书伦敦修正案，我国自2010年1月1日起完全停止四氯化碳的生产和消费。1.2 甲烷氯化物生产方法简介国际上拥有甲烷氯化物生产技术的有美国道化学、美国锻冶材料、日本信越化学、法国阿托化学、英国ICI、荷兰阿克苏、日本德山曹达公司等。原料路线以甲醇法为主，甲烷法为辅；生产方法有热氯化法、液相光氯化法、液相催化法。热氯化以美国道化学为代表、液相光氯化法为法国阿托公司专有技术、液相催化氯化法为日本德山曹达公司的专有技术。我国甲烷氯化物生产始于1965年，生产方法主要是甲烷热氯化法，甲醇法基本是空白。经过20多年发展，直至20世纪90年代初，二氯甲烷和四氯化碳大部分采用甲烷法，氯仿则以氯油法为主、甲烷法为辅，一氯甲烷除为农药副产品外，主要是几家有机硅厂采用甲醇液相催化氢氯化法生产。国内甲烷氯化物生产普遍存在着规模小、布点分散、原料路线不合理、生产技术落后、设备腐蚀严重、开工率低、产品质量差、消耗高等缺点，大大落后于国外先进水平。1993年后，浙江巨化引进日本德山技术的30kt/a甲醇法甲烷氯化物装置和上海氯碱总厂引进意大利TECNIMONT的以C1C3废氯烃为原料生产10kt/a四氯化碳(联产5kt/a四氯乙烯)装置相继投产，开创了我国甲烷氯化物生产水平向国际水平靠近的新纪元。此后，浙江巨化引进德山技术的第二套甲烷氯化物装置(规模为45kt/a)、江苏梅兰采用Stauffer技术的30kt/a和40kt/a两套甲烷氯化物装置相继投产；以四川鸿鹤化工厂为代表的甲烷法甲烷氯化物装置进行了改扩建并在技术上取得了长足的进步；泸州化工厂对以甲醇为原料采用液相催化氢氯化法及热氯化法生产氯仿和四氯化碳的国内工业化技术开发也取得了成功；江西星火化工厂采用甲醇液相催化氢氯化生产技术为有机硅配套的50kt/a氯甲烷装置于2001年底投产，单台反应器能力达到了25kt/a，其总体水平达到国际水平。到2003上半年，我国甲烷氯化物总能力已达到380.65kt/a，其中一氯甲烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳生产能力分别为112.5 kt/a、90.6 kt/a、107.6 kt/a、69.95kt/a。包括正在建设和决定建设的项目（不包括已停产、停建及规划的项目），预计到2005年我国甲烷氯化物总生产能力将达到889.15kt/a，其中一氯甲烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳分别为268.5kt/a、222.1kt/a、314.1kt/a、84.45kt/a。1.3 产品的市场需求1.3.1 三氯甲烷的需求状况 三氯甲烷为无色透明液体，是重要的有机合成原料，主要用于生产染料和药品、致冷剂等。目前在中国三氯甲烷主要用于生产HCFC_22（二氟一氯甲烷）其消费量占总消费量的75%以上。另外，在医药工业中主要用作萃取剂等。预计2005年致冷剂的三氯甲烷消费将超过10万t。由于世界至今尚未开发和生产出完全令人满意的CFC11，CFC12的替代物。所以HCFC22被为空调和超级市场致冷剂的替代品。国外三氯甲烷也主要用于制备HCFC22。几十年来，HCFC22被人们广泛用作致冷剂及用于制备有机氟高分子材料。20世纪90年代中期HCFC22生产发展迅猛，但是，HCFC22毕竟是破坏大气臭氧层的物质，只是作为家用空调和商业制冷剂CFC11和CFC12的过渡产品。目前发达国家消费量已逐年3减少，全球将于2040年停止HCFC22作为制冷剂和发泡剂使用。但其作为聚四氟乙烯等高分子有机氟材料则不受限制。由于世界范围内高分子有机含氟材料的需求增长非常快，因此基本抵消了制冷剂需求下降造成的影响，预计20002005年，世界对三氯甲烷的需求量将保持小幅增长，增长率不超过0.5%。三氯甲烷在2040年以前将以价格低廉而保持其应有的市场占有率。在2010年之前其在制冷剂方面的消费允许继续增长。即使2040年停止作为制冷剂和发泡剂使用，但其作为含氟合成材料的用量将大幅增长，抵消了禁用的影响，未来十年，三氯甲烷仍处于有利的发展期，国内企业应抓住机遇，规模化生产。第二章 生产方案的确定2.1 生产规模本甲烷氯化物装置的设计规模定为：年产氯仿500kt2.2 原料路线确定的原则和依据工业上生产甲烷氯化物的原料路线主要有甲醇法、甲烷法。甲醇法是以甲醇为原料与氯化氢反应生成一氯甲烷，一氯甲烷再进行氯化反应生成多氯甲烷，氯化反应副产的氯化氢再作为甲醇氢氯化的原料，其原料来源方便，可长距离运输。甲烷法是以甲烷为原料直接氯化生产甲烷氯化物，其原料主要就近依托天然气资源，长距离运输受到局限。目前国外甲烷氯化物生产装置以甲醇法为主，其次是甲烷法。从技术经济比较上看，甲醇法优于甲烷法，所以目前美国已全部采用甲醇法；在欧洲只有三个厂、日本有两个厂采用甲烷法，其生产能力分别占当地总生产能力的25%和30%，其余均采用甲醇法。本装置采用甲醇法生产甲烷氯化物。表3-1 甲醇法与甲烷法生产甲烷氯化物工艺技术经济比较表Table 3-1 The economy comparison of methano processl and methaneprocess序号内容甲烷法甲醇法1原料宜靠近天然气产地甲醇来源较方便2耗氯量多少3副产盐酸多少4碳利用率80%9598%5产品仅适于主产二氯甲烷和氯仿可联产四种甲烷氯化物6产品调节比例二氯甲烷/氯仿4060%二氯甲烷/氯仿2080%7吨产品投资607.26美元583.06美元8生产成本484.4美元/t378美元/t注：吨产品投资及生产成本数字来源于国外某咨询公司1983年对45400t/a甲烷氯化物装置两种原料路线的评价资料。甲烷法不包括天然气净化的投资；生产成本中未计副产品回收费用。2.3 氯甲烷的生产方法2.3.1、生产原理甲醇氢氯化制一氯甲烷有液相法和气相法。（1）液相法液相法是甲醇与盐酸反应，反应式如下CH3OH + HClCH3Cl + H2O反应过程中有少量二甲醚生成：CH3OH（CH3）2O + H2O一氯甲烷可制得二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳，即：CH3Cl + Cl2CH2Cl2 + HClCH2Cl2 + Cl2CHCl3 + HClCHCl3 + Cl2CCl4 + HCl（2）气相法气相法是气化后的甲醇与氢气在氯化器中反应，反应式为：CH3OH + Cl2 + H2CH3Cl + H2O + HCl一氯甲烷再与氯气反应制二氯甲烷、三氯甲烷及四氯化碳。采用液相法，其操作温度约为130150；而气相法的操作温度大约300350。气相法比液相法具有较高的设备生产能力。液相法通常是HCl和甲醇气态鼓泡通过液体催化剂，由于接触时间短，生产能力受到限制。工业生产中，液相法和气相法都被采用。这两种方法，除了反应器外，其它过程非常相似。液相法催化剂是以氯化铁、氧化锌一类的金属氯化物的水溶液。气相法的催化剂通常是氯化锌、氯化铜和铝，沉积在硅胶等载体上。2.3.2工艺流程甲醇氢氯化制甲烷流程如图10-5所示。图2-1 甲醇制甲烷氯化物流程图1-氯化器；2-骤冷塔；3-精制；4-汽提塔；5-氢氯化反应器；6-洗涤塔；7-干燥塔；8-压缩机；9-精馏塔注：表示四氯化碳；表示三氯甲烷表示二氯甲烷表示一氯甲烷液相法是将一定比例的甲醇和盐酸以氯化锌为催化剂在氢氯化反应器（5）中反应，生成一氯甲烷，未反应的甲醇和HCl在洗涤冷凝塔（6）中形成含甲醇的酸性溶液，经精馏后回收的甲醇循环使用，经水洗后的一氯甲烷在干燥塔（7）中用硫酸洗涤反应过程中的二甲醚，并干燥一氯甲烷，纯净的一氯甲烷经压缩到0.758MPa送氯化器（1）。一氯甲烷在氯化器中与氯气反应，生成二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。通过改变进料比，可得到不同产物产量分布。气体在骤冷塔（2）冷却，再分离出大部分HCl，未分离的HCl和Cl2在HCl气提塔中（4）分离，HCl去氢氯化段，未反应的Cl2返回氯化器。甲烷氯化物送入精馏塔（9），经精馏后得到一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳。2.4 工艺技术方案的选择 鉴于国内甲醇法生产甲烷氯化物的工艺技术尚不完备，与国外差距较大，国内正规引进的日本德山技术(浙江巨化)、法国ATOCHEM技术(宁夏大元)、西班牙阿拉贡技术(四川鸿鹤)虽然技术先进，但软件费较高、装置投资较大，故本工艺采用成熟的甲醇气相催化氢氯化/一氯甲烷热氯化工艺，由美国WEN公司提供技术和工艺包。39第三章 生产工艺流程介绍3.1 工艺流程说明3.1.1工艺原理（1）氢氯化反应气态甲醇和氯化氢在温度300、压力0.45MPa(G)条件下，以活性氧化铝为催化剂，反应生成一氯甲烷和水,其反应方程式如下：CH3OH+HClCH3Cl+H2O （HR=-7060kcal/kmol）反应为放热反应，反应热通过道生A移出，应特别要注意热点的产生，尤其是新更换催化剂时，反应温度超过330时，容易发生结焦反应，结焦的碳沉淀在催化剂上进而影响催化剂的活性，在极端情况下甚至会导致换热管破裂，为了避免热点的发生，应使道生A一直循环，且应保持其高液位，其液位应没过氢氯化反应器换热管。该反应还伴有以下副反应：2CH3OH CH3OCH3+H2O生成的二甲醚的量依赖于加入到反应器中的氯化氢和甲醇的比例，如果甲醇过量则会产生较多的二甲醚。为了减少副产物且提高甲醇利用率，本工艺使氯化氢过量约15。为了限制乙醇及高级醇与氯化氢反应而产生的高沸物的量，必须使用高纯度甲醇。原料的预热温度不可过低，以免氯化氢冷凝形成盐酸造成设备、管道腐蚀，设备和管道的腐蚀会使催化剂失活，反应效率降低。（2）氯化反应氯甲烷和氯气在温度430、压力0.73MPa(G)条件下直接进行热氯化反应生成甲烷氯化物的混合物,其反应方程式如下：CH3Cl+Cl2CH2Cl2+HCl （HR=-24.66kcal/mol）CH2Cl2+Cl2CHCl3+HCl （HR=-23.76kcal/mol）CHCl3+Cl2CCl4+HCl （HR=-21.06kcal/mol）反应是强放热反应，为了控制反应正常、平稳进行，一氯甲烷的进料比例要远远超过化学计量式比例，严格控制反应温度，同时还必须使大量的产物循环回流急冷。过量的氯甲烷也是为了防止反应产物进入爆炸范围（在相反条件下，氯气和氯甲烷会发生剧烈反应生成碳和氯化氢）。氯化氢也是防止爆炸的稀释剂。值得注意的是，重的碳氢化合物和氯乙烷杂质也会和氯气发生反应生成重的氯碳化合物，这些重组分杂质可以通过严格控制氢氯化反应原料甲醇的纯度而加以控制。 3.1.2工艺流程简述整个工艺主要由以下几部分组成：（1）氢氯化单元、（2）氯化单元、（3）甲烷氯化物精制单元（4）氯化氢吸收及盐酸解吸单元（5）废水处理和尾气洗涤单元。另外还配备酸碱贮存单元、冷冻单元、蒸汽及冷凝水回收单元等辅助设施。本设计主要是针对氯仿的精致单元进行，下面主要介绍一下：氯仿精制系统粗氯仿槽操作温度38，操作压力0.05MPa(G)，贮槽中的粗氯仿和四氯化碳由氯仿塔进料泵送到氯仿塔，氯仿塔是一常规的 筛板式分离塔，塔底排出液主要是四氯化碳和少量重组分、盐酸及水，温度111，压力0.165MPa(G)，经粗四氯化碳冷却器冷却至40，然后送往重组分检测槽。塔顶馏出物为含有微量氯化氢和水分的氯仿，温度65，压力0.015MPa(G)，经氯仿塔顶冷凝器冷却冷凝成50的液体，进入氯仿塔回流罐，回流罐中冷凝的氯仿，经氯仿冷却器进一步冷却至40，与常温10的氢氧化钠溶液一起用泵送入氯仿碱洗分层器，碱洗分层器在常温常压下操作。在分层器内，氯仿夹带的少量盐酸被氢氧化钠中和，水相和有机相分离，上层水相约含5的氢氧化钠及少量的氯化钠，依靠重力作用送往废水处理单元。下层有机相为含微量水分的氯仿，用泵送至氯仿共沸塔。共沸塔是一填料塔，塔顶操作温度68.2，操作压力0.03MPa（G），塔底操作温度71，操作压力0.04MPa（G），在共沸塔内，残留的水分和部分氯仿以共沸物形式从塔顶蒸出（为保证氯仿产品含水量足够的低，约须蒸出进料的35），经氯仿共沸塔顶冷凝器冷却至40，冷凝为液体，返回到氯仿碱洗分层器。塔底排出液(氯仿产品)经氯仿产品冷却器冷却至40冷却后进入氯仿成品检测槽。氯仿检测槽操作温度40，操作压力0.02MPa（G），为保证氯仿产品质量，减少氯仿的挥发，在氯仿检测槽内添加少量稳定剂。第四章 工艺计算书4.1 对氯仿精致单元进行物料衡算工艺过程主要进行的化学反应：CH3OH+HClCH3Cl+H2O 式4-1CH3Cl+Cl2CH2Cl2+ HCl式4-2CH2Cl2+ Cl2CHCl3+ HCl式4-3CHCl3+ Cl2CCl4+ HCl式4-4由设计要求所确定的已知条件：CH3Cl的出料量为：168kmol/h CH2Cl2的出料量为：148 kmol/hCHCl3的出料量为：316 kmol/h CCl4的出料量为：27 kmol/h设CH3OH的进料量为X，HCl的进料量为YCl2的进料量为Z,反应的转化率为：V=0.98由碳原子守恒得:X=168+148+316+27+0.02X 可解得 X=672.45 kmol/h由式4-1可得HCl的进料量为：Y=672.45 kmol/h由式4-2、式4-3、式4-4反应可得：Z=148+316+27+0.02Z 可解得 Z=501.02 kmol/h 所以：整个工艺流程的进料总量为：672.45+672.45+501.02=1845.92 kmol/h 各组分的进料量： CH3OH：672.45 kmol/hHCl： 672.45kmol/hCl2： 501.02kmol/h各组分的进料的百分含量： CH3OH：672.45/1845.92100%=36.43%HCl：672.45/1845.92100%=36.43%Cl2: 501.02/1845.92100%=27.14%各组分出料量：CH3Cl： 168kmol/hCH2Cl2：148kmol/hCHCl3：316kmol/hCCl4： 27 kmol/hH2O： 672.450.98=659.00kmol/h HCl：148+316+27+672.450.02=504.45 kmol/hCH3OH: 672.450.02=13.45kmol/hCl2: 501.020.02=10.02 kmol/h出料总量： 168+148+316+27+659.00+504.45+13.45+10.02=1845.92kmol/h各组分出料百分含量：CH3Cl：168/1845.92 100%=9.11%CH2Cl2：148/1845.92100%=8.09%CHCl3：316/1845.92 100%=17.09%CCl4：27/1845.92100%=1.48%H2O：659.00/1845.92100%=35.7%HCl：504.45/1845.92100%=27.32%CH3OH: 13.45/1845.92100%=0.73%Cl2: 10.02/1845.92100%=0.54%表4-1 整个工艺过程的物料平衡表组分进料口出料口百分含量kmol/h百分含量kmol/hCH3Cl1689.11%CH2Cl21488.03%CHCl331617.01%CCl4271.48%H2O659.0035.7%HCl672.4536.43%504.4527.32%CH3OH672.4536.43%13.450.73%Cl2501.0227.14%10.020.54%总计1845.921845.92该工艺过程中列管式固定床氢化反应器发生的反应CH3OH+HClCH3Cl+H2O式4-52CH3OHCH3OCH3+H2O式4-6根据设计要求，所确定的已知条件：CH3OH的出料量为：672.45 kmol/h 反应物的转化率为：V=0.98住反应发生的选择率为：0.95 由式4-5可得：CH3Cl的出料量为：672.450.980.95=626.05kmol/hH2O的出料量为： 672.450.980.95=626.05kmol/h由式4-6可得：CH3OCH3的出料量为：0.5（672.450.980.05）=16.48kmol/h此时H2O的出料量为：16.48 kmol/hH2O的出料总量为：626.05+16.48=642.53 kmol/h所以: 在氢氯化单元中：各组分进料量： CH3OH：672.45 kmol/hHCl：672.45 kmol/h进料总量：672.45+672.45=1344.9kmol/h各组分进料百分含量： CH3OH：672.45 /1344.9100%=0.5 HCl： 672.45/344.9100%=0.5各组分出料量： CH3Cl： 626.05 kmol/h H2O： 642.53 kmol/h CH3OCH3： 16.48 kmol/hCH3OH： 672.450.02=13.449 kmol/hHCl： 672.450.02=13.449 kmol/h出料总量:626.05+642.53+16.48+13.449+13.449=1311.96kmol/h各组分出料百分含量：Cl2: 626.05/1311.96100%=47.72%H2O： 642.53/1311.96100%=48.97%CH3OCH3：16.481311.96100%=1.26%CH3OH： 13.4491311.96100%=1.03%HCl： 13.4491311.96100%=1.03%氯化反应原料混合器进行物料衡算：主要发生的反应：CH3Cl+Cl2CH2Cl2+ HCl式4-7CH2Cl2+ Cl2CHCl3+ HCl式4-8CHCl3+ Cl2CCl4+ HCl式4-9由上面工艺计算知：Cl2的进料量：501.02 kmol/h CH3Cl的进料量：672.450.98=659.00 kmol/h所以：混合器进料总量：501.02+659.00=1160.02 kmol/h各组分进料百分含量：Cl2： 501.021160.02100%=43.18%CH3Cl：659.001160.02100%=56.82%出料各组分含量：CH3Cl： 168kmol/h CH2Cl2： 148kmol/hCHCl3： 316kmol/hCCl4： 27kmol/hHCl：501.020.98=491.00 kmol/hCl2： 501.020.02=10.02kmol/h出料总物料： 168+148+316+27+491.00+10.02=1160.02 kmol/h出料各组分百分含量：CH3Cl：1681160.02100%=14.5%CH2Cl2：1481160.02100%=12.78%CHCl3：3161160.02100%=27.19%CCl4：271160.02100%=2.35%HCl：491.001160.02100%=42.32%Cl2：10.021160.02100%=0.86%对二氯甲烷塔进行物料衡算所确定的已知条件有：塔顶CH2Cl2的摩尔分率为：0.95 塔底为：0.25塔顶CH2Cl2的摩尔流率为：148 kmol/h则塔顶产品的摩尔流率为：1480.95=155.79 kmol/h塔底产品的摩尔流率为：1480.25=592kmol/h所以：塔的进料量为：F=155.79+592.00=747.79kmol/h对氯仿塔进行物料衡算由二氯甲烷塔所确定的已知条件有：F=747.79 kmol/h, XD=0.95 D=316kmol/h XW=0.25则有：W=F-D=747.79-316=431.79 kmol/h所以：塔的进料总量为： 747.79 kmol/hCHCl3进料量为：D+W XW=316+431.790.25=423.95 kmol/h塔顶出料量为： 3160.95=332.63 kmol/h塔顶CHCl3的含量 0.95塔底出料量为：431.79 kmol/h塔底CHCl3的含量 0.25对塔顶冷凝器进行物料衡算由知塔顶出料量为332.63Kmol/h 而冷凝器的作用是降低物料温度而不发生物理或化学变化，所以物料量不会有变化，可知塔顶冷凝起出料量与进料量相同，为332.32kmol/h。4.2 氯仿精致单元热量衡算 对整个工艺过程进行热量衡算参加反应的各物料的Hf(KJ/kmol)输入 物质 CH3OH Cl2 HCl 量(kmol) 672.45 501.02 672.45 Hf -200.66 0 -92.3输出 物质 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl 量(kmol) 168 148 316 27 504.45Hf -81.92-87.86-100-106.76 -92.3Hro=生成物UlHf-反应物UlHf =-81.92168-87.86148-100316-106.7627-92.3504.45 +200.66672.45+92.3672.45+0500.02 =86492.98KJ420时各物质的(J/mol.k)物质 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl (J/mol.k) 66.07 45.975 88.287 98.887 29.96输出焓：输出H=nt =(16866.07+14845.975+88.287316+98.88727+ 504.4529.96)(420-25) =2.51107 KJ30时各物质的(J/mol.k)物质 HCl CH3OH(J/mol.k) 29.12 81.6 430时Cl2的：33.907 J/mol.k输入焓：输入H=nt =81.6672.45+33.907501.02+29.12672.45（420-25） =3.61107 KJQ放出=H= (3.61107-2.51107-86492.98) KJ=1.09107 KJ循环气带走的热量： Q带走=mt =504.4529.96(420-25)=5.97106 KJ 对氢氯化反应的列管式反应器进行热量衡算 输入物质 CH3OH HCl量(kmol) 672.45 672.45Hf-200.66 -92.3输出物质 CH3OH HCl CH3Cl H2O CH3OCH3量(kmol)13.449 13.449 626.05 642.53 16.48Hf-200.66 -92.3 -81.92 241.818 -161.25反应焓变：Hro=生成物UlHf-反应物UlHf =-200.6613.449-92.313.449-81.92626.05-241.818642.53-161.2516.48+200.66672.45+92.3672.45 = -1.626104 KJ 300时各物质的(J/mol.k) 物质 CH3OH HCl CH3Cl H2O CH3OCH3 (J/mol.k) 43.89 29.12 60.38 33.577 64.39输出焓： 输出H=nt=(43.8913.449+29.1213.449+642.4533.577+60.38626.05+64.3916.48)(300-220) =4.91106KJ输入焓：输入H=nt =(43.89672.45+29.12672.45)(300-220) = 3.93106 KJ Q放出=H =Hro+输出H-输入H= -1.626104 KJ+4.91106KJ-3.93106 KJ=9.7 105KJ 对氢化单元的氯化反应原料混合器进行热量衡算反应器主要进行的反应：CH3Cl+Cl2CH2Cl2+ HClCH2Cl2+ Cl2CHCl3+ HClCHCl3+ Cl2CCl4+ HCl反应初始温度为75，反应后温度为430输入 物质 CH3Cl Cl2 量(kmol) 659.00 501.02 Hf -81.92 0 输出物质 CH2Cl2 CHCl3 CCl4 CH3Cl Cl2 HCl 量(kmol)148 316 27 168 10.02 491.00Hf-87.86 -100 -106.76 -81.92 0 -92.3反应焓变：Hro=生成物UlHf-反应物UlHf = -87.86148-100316-106.7627-81.92168+92.3491.00+81.92659= -5.26104 KJ430时各物质的(J/mol.k)物质 CH2Cl2 CHCl3 CCl4 CH3Cl Cl2 HCl (J/mol.k) 50.32 92.43 103.18 72.39 85.63 29.96输出焓： 输出H=nt =(50.32148+92.43316+103.1827+72.39168+85.63 10.02)(430-75) =2.38107 KJ输入焓：输入H=nt =(72.39659+85.63501.02)(430-75) = 3.22107 KJQ放出=H =Hro+输出H-输入H = -5.26104 +2.38107-3.22107 = -8.4106 KJ 对精制单元的三氯甲烷塔进行热量衡算 所确定的已知条件有: 馏出液: 三氯甲烷的流量为: 316 釜底流出液: 四氯甲烷的流量为: 27来自塔顶的蒸汽冷凝液 三氯甲烷的沸点为62 ,气化潜热为 253.7kj/kg 蒸汽从65冷却到50,再由50冷却到40中间产生相变 设冷却水的出口温度为, 进口温度为 取 冷却水用量: 馏出液的冷却由111冷却到71,在冷却到40发生相变 设冷却水进口温度为, 出口温度为 取 冷却水用量: 蒸馏釜 取 设蒸汽进口温度为 消耗蒸汽量: 第五章 主要设备的工艺计算和核设备选型5.1三