年产50万吨甲烷氯化物的二氯甲烷精制单元工艺设计.doc

年产50万吨甲烷氯化物的二氯甲烷精制单元工艺设计作 者 姓 名 专 业 指导教师姓名 专业技术职务 山东轻工业学院2008届本科生毕业设计37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41.3.1二氯甲烷的市场需求41.3.2 二氯甲烷的市场需求 5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72.4工艺技术方案的选择7第三章 生产工艺流程介绍83.1工艺流程说明83.1.1工艺原理83.1.2工艺流程简述9 第四章 工艺计算书94.1物料衡算94.1.1对整个工艺流程进行物料计算94.1.2精制单元物料衡算114.2热量衡算134.2.1对整个工艺过程进行热量衡算134.2.2对精制单元的二氯甲烷塔进行热量衡算14第五章 主要设备的工艺计算及选型165.1二氯甲烷塔的设计及选型165.1.1筒体厚度计算165.1.2封头厚度计算175.1.3塔体高度计算175.1.4塔体上各项载荷计算185.2粗产品储槽的设计245.3二氯甲烷塔的设计255.4二氯甲烷塔顶冷凝器的设计255.5二氯甲烷塔底冷凝器的设计265.6其他设备的选型275.7主要设备一览表27第六章 原材料、动力消耗定额及消耗量296.1原材料、辅助材料消耗定额及消耗量296.2公用工程消耗量29第七章 环境保护与安全措施307.1本装置的主要环境污染源及主要污染物307.1.1废水307.1.2废气317.1.3固体废物317.1.4噪声317.2环境污染及污染防治措施327.2.1水污染防治措施327.2.2大气污染防治措施方案327.2.3固体废弃物处置措施方案327.2.4噪声防治措施327.2.5其他环境保护措施32第八章 车间成本估算33 第九章设计体会和收获35参考文献36致谢37摘要 本设计主要是对50万吨二氯甲烷生产项目的设计。首先是对二氯甲烷生产项目的简介，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。 作者对二氯甲烷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，该方案能对今后的二氯甲烷工艺设计及二氯甲烷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 0.5 million tons Dichloromethane. At first, the Dichloromethane 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 Dichloromethane 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 Dichloromethane technological design and the Dichloromethane 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1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2-6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1.3.1二氯甲烷的用途和作用二氯甲烷具有良好的溶解力, 是常用工业溶剂中毒性小、不燃性的低沸点溶剂,对很多树脂、石蜡和脂肪都具有良好的溶解能力,是一种用途广泛的工业溶剂。目前，全球二氯甲烷的供需基本平衡，但由于产品和国家地区之间的发展不平衡。其未来产量的增减也因地区而异。由于美国、西欧、日本相继出台一系列比较严格的环保法规，严格控制排放，尽可能回收，预计美国等发达工业国家和地区的消费将逐年减少。而世界的其他国家和地区如东欧、中、亚洲和拉丁美洲等发展中国家对二氯甲烷的市场需求量将会保持较快的增长速率，预计在世界范围内在20032007年间对二氯甲烷的市场需求量将会以2%3%的速度增加我国二氯甲烷的消费主要用于胶片生产,占总消费量的74% ,其次用于医药,占15% ,作为溶剂用占8% ,其它占3%。但近几年来,二氯甲烷的应用领域不断扩大, 在聚氨酯发泡剂及胶片方面有较大增长,在油漆脱除、金属脱脂清洗剂方面的用量也有较大幅度的增加。由于我国二氯甲烷的应用领域不断扩大,消费量不断增加(19921995 年分别为1.53 2.65 2.50 2.60万t ) ,而我国的二氯甲烷的产量增长缓慢, 年产量在万吨左右, 缺口较大, 使得二氯甲烷的消费长期依赖进口进行弥补。同时，随着二氯甲烷应用的领域的不断扩大，市场需求将会不断增加，目前国内在新建和扩建甲烷氯化物的生产装置是需注重产品质量的提高。因此加大二氯甲烷的生产量，不论对国家还是对国际有着很重要的意义。1.3.2二氯甲烷的市场需求 二氯甲烷又称甲叉二氯、氯化次甲基。二氯甲烷可以用作不燃性溶剂，如金属表面油漆层的清洗脱膜剂、三乙酸纤维脂电影胶片的溶剂、石油脱蜡溶剂、气溶胶的推动剂、热不稳定性物质的萃取剂。从从椰中提取食用油和羊皮提取羊脂的萃取剂、也用作低温载体、矿物油的闪点升高剂、灭火剂、烟雾剂的推进剂、脲泡沫的发泡剂。目前，世界二氯甲烷供需基本平衡，但由于产品和国家地区之间发展不平衡，其未来产量的增减也因地区而异。由于美国、西欧、日本相继出口一些环保法规，严格控制排放，尽可能回收，预计美国等工业发达国家和地区消费将逐年递减，而世界的其它国家和地区，如东欧、中东、亚洲和拉美等发展中国家对二氯甲烷的需求量将保持较快的增长速度，预计世界范围内2000-2005年对二氯甲烷的需求量将以2%3%左右的速度增加。目前，我国二氯甲烷生产厂家主要为巨化集团，北京农药二厂，天津大沽化工厂，河南南阳化工厂，四川自贡鸿鹤化工厂等。1998年我国二氯甲烷生产能力约为1.8万t。而国内表现消费量为5万t。从目前国内市场来看，二氯甲烷有很大的缺口。从二氯甲烷的国内应用前景分析，随着人民生活水平不断提高，加之国产胶卷的不断发展，必将推动胶片行业的发展。1993年我国进口二氯甲烷22431t，出口131t；1994年进口17946t，出口206t；1995年进口20718t，出口67t；1996年进口25119t，出口294t；1997年进口32565t，出口1425t；预计2005年消费二氯甲烷10万t。自1995年以来，国内市场二氯甲烷价格比较稳定，不象其它化工产品经历了大起大落的过程。1995年1月，国内市场二氯甲烷价格为8500-9800元/t；1995年7月，价格为9500元/t；1996年3月，为8600-9800元/t，与1995年初基本一致。1997年12月为8600元/t；1998年3月为8100-8700元/t，价格有所下滑，主要是受整个化工市场行情回落的影响。估计近期国内市场二氯甲烷价格不会有大的波动，将以平稳为主。第二章 生产方案的确定2.1 生产规模本甲烷氯化物的二氯甲烷精制装置的设计规模定为：年产二氯甲烷30kt，氯仿90kt、一氯甲烷10kt，副产盐酸31%(wt)142kt/a稀硫酸88%(wt)6.3kt/a2.2 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。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。在此主要研究（3）精制单元二氯甲烷精制系统由再循环塔来的粗甲烷氯化物储存于粗产品贮槽，贮槽操作温度40，操作压力0.2MPa(G)，粗产品贮槽中的粗甲烷氯化物由二氯甲烷泵送到二氯甲烷塔，二氯甲烷塔是一常规的 浮阀式分离塔，塔底排出液主要是氯仿、四氯化碳和少量重组分。盐酸及水，温度130，压力0.54MPa(G)，经二氯甲烷塔底出料冷却器冷却至38，然后送往粗氯仿槽。塔顶馏出物为含有微量氯化氢和水分的二氯甲烷，温度93.1，压力0.41MPa(G)，经二氯甲烷塔顶冷凝器冷却冷凝成66.5的液体，进入二氯甲烷塔回流罐，回流罐中冷凝的二氯甲烷，经二氯甲烷冷却器进一步冷却至35，与常温10的氢氧化钠溶液一起用泵送入二氯甲烷碱洗分层器，碱洗分层器在常温常压下操作。在分层器内，二氯甲烷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二氯甲烷，用泵送至二氯甲烷共沸塔。共沸塔是一填料塔，塔顶操作温度45.5，操作压力0.03MPa（G），塔底操作温度48.4，操作压力0.04MPa（G），在共沸塔内，残留的水分和部分二氯甲烷以共沸物形式从塔顶蒸出（为保证二氯甲烷产品含水量足够的低，约须蒸出进料的35），经二氯甲烷共沸塔顶冷凝器冷却至34，冷凝为液体，返回到二氯甲烷碱洗分层器。塔底排出液(二氯甲烷产品)经二氯甲烷共沸塔底出料冷却器冷却至35冷却后进入二氯甲烷成品检测槽。二氯甲烷检测槽操作温度35，操作压力0.03MPa（G），为保证二氯甲烷产品质量，减少二氯甲烷的挥发，在二氯甲烷检测槽内添加少量稳定剂。第四章 工艺计算书4.1 物料衡算4.1.1对整个工艺过程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：168.33kmol/h CH2Cl2的出料量为：148.33 kmol/hCHCl3的出料量为：315.67 kmol/h CCl4的出料量为：27.33 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=168.33+148.33+315.67+27.33+0.02X 可解得 X=673.12kmol/h由式4-1可得HCl的进料量为：Y=673.12 kmol/h由式4-2、式4-3、式4-4反应可得：Z=148.33+315.67+27.33+0.02Z 可解得 Z=501.36 kmol/h 所以：整个工艺流程的进料总量为：673.12+673.12+501.36=1847.7各组分的进料量： CH3OH： 673.12kmol/hHCl： 673.12 kmol/hCl2： 501.36 kmol/h各组分的进料的百分含量： CH3OH： 673.121847.7100%=36.43%HCl： 673.121847.7100%=36.43%Cl2: 501.361847.7100%=27.14%各组分出料量：CH3Cl：168.33kmol/hCH2Cl2：148.33 kmol/hCHCl3：315.67 kmol/hCCl4： 27.33 kmol/hH2O： 673.120.98=659.67kmol/h HCl： 148.33+315.67+27.33+673.120.02=504.79 kmol/hCH3OH: 673.120.02=13.46 kmol/hCl2: 501.360.02=10.03 kmol/h出料总量： 168.33+148.33+315.67+27.33+659.67+504.79+13.46+10.03=1847.7kmol/h各组分出料百分含量：CH3Cl： 168.331847.7100%=9.11%CH2Cl2：148.331847.7100%=8.03%CHCl3： 315.671847.7100%=17.09%CCl4： 27.331847.7100%=1.48%H2O： 659.671847.7100%=35.7%HCl： 504.791847.7100%=27.32%CH3OH: 13.461847.7100%=0.73%Cl2: 10.031847.7100%=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/hCH3Cl168.339.11%CH2Cl2148.338.03%CHCl3315.6717.01%CCl427.331.48%H2O659.6735.7%HCl673.1236.43%504.7927.32%CH3OH673.1236.43%13.460.73%Cl2501.3627.14%10.030.54%总计1847.61847.74.1.2 精制单元物料衡算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塔的进料量为：148.33+315.67+27.33=491.33 kmol/h 设塔顶出料量为D，塔釜出料量为W，由物料衡算式：F=D+WFxf=Dxd+Wxw 即： 491.33=D+W 148.33=D95%+W25%解得： D=36.43 kmol/h W=454.9 kmol/h塔顶CH2Cl2的摩尔流率为：36.430.95=34.61 kmol/h塔底产品的摩尔流率为：454.9 kmol/hCH2Cl2的进料量为：148.33 kmol/hCH2Cl2的进料百分含量：148.33491.33100%=30.19%塔顶出料总量为：36.43 kmol/h塔顶CH2Cl2的出料百分含量：0.95塔顶CH2Cl2的出料量：34.61 kmol/h塔底出料总量为：454.9 kmol/h塔底CH2Cl2的出料百分含量：0.25塔底CH2Cl2的出料量：113.73 kmol/h对回流罐进行物料衡算由对二氯甲烷塔进行物料衡算可知：回流罐的总摩尔流率为36.43 kmol/hCH2Cl2 的进料量为34.61 kmol/h所以：回流罐的进料量为：36.43kmol/hCH2Cl2 的进料百分含量： 0.95回流罐的出料量为：36.43kmol/hCH2Cl2 的出料百分含量： 0.95对二氯甲烷共沸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： 0.998塔底CH2Cl2 的摩尔分率为： 0.86塔顶产品的摩尔分率：0.35二氯甲烷共沸塔的进料量为：36.43 kmol/hCH2Cl2 的进料量为：34.61kmol/hCH2Cl2 的进料百分含量：0.95塔顶产品的摩尔流率：36.430.35=12.75 kmol/h塔底产品的摩尔流率：36.43-12.75=23.68 kmol/h所以：塔顶出料总量为：12.75 kmol/h塔顶CH2Cl2的出料量：10.97 kmol/h塔顶CH2Cl2 的出料百分含量：0.86塔底出料总量为：23.68 kmol/h塔底CH2Cl2的出料量：23.64kmol/h塔底CH2Cl2的出料百分含量：0.9984.2热量衡算4.2.1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)反应物 物质 CH3OH Cl2 HCl 量(kmol) 673.12 501.36 673.12 Hf -200.66 0 -92.3生成物物质 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl H2O 量(kmol) 168.33148.33315.6727.33491.33 659.67Hf -81.92-87.86-100-106.76 -92.3 -241.818Hro=生成物UlHf-反应物UlHf =-81.92168.33-87.86148.33-100315.67-106.7627.33-92.3491.33+241.818659.67 +200.66659.67+92.3659.67 =-8.9104KJ420时各物质的(J/mol.k)物质 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl H2O (J/mol.k) 66.07 45.975 88.287 98.887 29.96 -241.818输出焓：输出H=nt =(168.3366.07+148.3345.975+88.287315.67+98.88727.33+ 491.3329.96-659.67241.818)(420-25) =2.5107 KJ输入焓：输入H=nt =(81.6673.12+33.907501.36+29.12673.12)(25-420) =-3.46 107 KJQ放出=H= -8.9104+2.5107-3.46107=-0.96107 KJ循环气(HCL)带走的热量： Q带走=mt =491.3329.96(420-25)=5.8106KJ4.2.2对精制单元的二氯甲烷塔进行热量衡算 所确定的已知条件有: 馏出液: 二氯甲烷的流量为: 34.61 釜底流出液: 二氯甲烷的流量为：113.73 kmol/h 三氯甲烷的流量为: 315.67 四氯甲烷的流量为: 27.33来自塔顶的蒸汽冷凝液 二氯甲烷的沸点为40,气化潜热为293KJ/Kg 馏出液从93.1冷却到66.5 Q顶=nt=34.6145.975(93.1-66.5)=4.2104KJ/h 设冷却水的出口温度为35, 进口温度为20 tm=(93.1-20)-(93.1-35)/Ln(93.1-20)/(93.1-35)=65.35取 所以： A= Q顶/(Ktm )= 4.2104/(200865.3)=0.32 m2 冷却水用量： W=Q/ (Cp(水)t )= 4.2104/4.184（35-20）=669.22 Kg/h 塔底流出液的冷却由冷却到 Q底 =nt +w =(113.7345.975+315.6788.287+27.3398.887)(130-38)+113.7386293+315.67119253.7+27.33153195 =1.7107 KJ/h设冷却水进口温度为, 出口温度为取 A= Q/( K tm) =1.7107 /(50236.4) = 930m2 冷却水用量: W=Q/(Cp(水) t)= 1.7107/4.184(30-20)=4.1105 Kg/h 来自回流罐的二氯甲烷的温度为66.5 ，经冷却器进一步冷却至35 . Q=nt+w =34.6120.32 (66.5-35)+34.6186293 =8.9105 KJ/h 公用循环水冷却水的进口温度为33，出口温度为43.则：Q= W(水)Cp(水) (t终-t始)得：W(水)=Q/ Cp(水) (t终-t始) =8.9105/4.174 (43-33) =2.1104Kg/h对二氯甲烷共沸塔进行热量衡算 二氯甲烷共沸塔塔顶冷凝器待处理物料进入冷凝器的温度为45.5 ，出口温度为34.则：Q=nt+w =10.9720.32(45.5-34)+10.97293 =5.8103 KJ/h公用循环水冷却水的进口温度为33，出口温度为43.则：Q= W(水)Cp(水) (t终-t始)得：W(水)=Q/ Cp(水) (t终-t始) =5.8103 /4.174 (43-33) =138.96 Kg/h二氯甲烷共沸塔塔底冷却器 待处理物料进入冷却器的温度为48.4，离开冷却器的温度为35则：Q=nt =23.6420.32(48.4-35) =6.4103 KJ/h公用循环水冷却水的进口温度为33，出口温度为43则：Q= W(水)Cp(水) (t终-t始)得：W(水)=Q/ Cp(水) (t终-t始) =6.4103/4.174 (43-33) =153.3 Kg/h第五章 主要设备的工艺计算和核设备选型5.1二氯甲烷塔的设计及选型设计条件：流体的流量： Vs=0.02247m3/s蒸汽流量： Ls=0.62 m3/s操作压力： 0.54Mpa 蒸气密度： Pv=1.55kg/ m3液体密度： Pl=1354 kg/ m3液体的表面张力：35.1710-5材料的选择： 设计压力P=0.59Mpa,属于低压分离设备一类容器，介质腐蚀性未有特殊的要求，设计要求为130，故考虑选取16MnR作为塔体的材料。5.1.1筒体厚度计算塔径估算取塔板间距H=350mm=0.35m ,塔板上层深度hl=50mm=0.05m故分离空间有： H-hl=0.35-0.05=0.30m动能参数： （Ls/Vs）(Pl/Pv)=0.06741/1.871354/1.55=1.065由图查得：负荷系数：C=0.062液体表面张力=35mN/mC= C35(/3510-5) =0.062(35.1710-5/3510-5) 0.2=0.0635最大允许空速： Umax=C(Pl-Pv)/Pv1/2=0.635(1354-1.55)/1.55 1/2=1.876m/s适宜的空塔速度U一般为最大允许气速的0.6-0.8倍取U=0.6Umax=0.61.876=1.126 m/s则塔径： DT=(VS/0.785U)1/2 =(0.62/0.7851.126)1/2=0.943 m按强度条件：筒体所需要的厚度： Sd=PDi/(2t-P)+C1+C2 =0.59(943-24)/(21700.85-0.59)+2.6=4.48mm按刚度要求，筒体所需要的最小厚度： Smin=2Di/1000=2919/1000=1.838mm故按刚度条件，厚筒体的厚度为2 mm现在假设塔体的厚度为：Sn=12mm则