年产3万吨氯苯的工艺设计.doc

I 设计总说明 本设计按设计任务书要求 遵循技术上先进 工艺上可靠 经济上合理 系 统最优的原则完成 本设计采用苯与氯气在 FeCl3催化下连续氯化得氯化液 再经 水洗 中和 粗馏 精馏除去过量苯和多氯苯而得到成品氯化苯 反应放出的氯化 氢用水吸收制成盐酸 多氯苯回收为邻 对位二氯苯 本设计说明书的主要内容包 括 生产方法的论证 能量衡算 主体设备设计 主 要设备的选型和工艺尺寸的 计算 车间的设备布置 以及技术经济指标分析 氯苯是化学工业 尤其是石油化学工业中重要的有机原料和产品之一 它被广 泛用于医药中间体 食品添加剂 化妆品及化工产品 如苯酚 硝基氯苯 的工业生 产中 目前 氯苯在国内外的需求都比较大 我国氯化苯的快速发展实际上是与下 游产品硝基氯苯的不断扩建和新建有关系 目前国内氯化苯消费量的80 用于合成 硝基氯苯 所有硝基氯苯生产企业都要配套建设氯化苯装置 可以说硝基氯苯市场 及变化与氯化苯休戚相关 加上环境保护 可持续发展的倡导 对工艺生产提出了 更高的要求 氯苯的工业生产主要有两种 工艺上主要有苯液相氯化法和苯气相氯化法 苯 液相氯化法以脱水后的干苯和电解氯为原料 在路易斯型催化剂 如 FeCl3 MnCl2 或 SnCl4 存在下 经催化而得 本设计采用苯液相空气氯化法的原因 其工艺生 产环境友好 是一种绿色环保工艺 三废少 而且反应条件温和 从经济可行性上 面分析 生产工艺简单 生产成本较低 价格更便宜 成本低 收率高 安全性好 等优点 在国外内应用比较广泛 已经实现了大规模的工业生产 是目前生产氯苯 的主要方法 所以 综合考虑 采用苯液相氯化法作为本设计的最终设计方案 通过物料衡算计算出反应器各物质的流速 通过物料衡算计算出气液分离器 精馏塔等塔釜各物质的流速 通过热量衡算计算出各相阶段的热负荷以及产生的蒸 汽量 通过热量衡算计算出废热锅炉取出的热量和产生的蒸汽的量 通过热量衡算 计算出各物质的进出塔的热量以及进出塔温度 通过热量衡算计算出各换热器的热 负荷以及冷冻水或者蒸汽的流速 最后对主要设备进行详细地设计以及电子绘图 本项目符合国家产业政策 符合地区发展规划和环境规划 符合清洁生产及 循环经济要求 工程建设可采取有效的污染控制措施 建成后三废可以实现达标 排放 可以满足总量控制要求 实现地区环境质量不变 经济上属于附加值较高 的经济性产业 从环境保护的角度看 本项目的建设是可行的 在设计过程中 我们查阅了大量的资料 对氯苯的生产工艺有了一定的了解 掌握工艺设计的方法和设备设计的要求并对其阶段进行的一系列的详细的设计 使 自己的理论知识得到更深刻的理解和更广泛的应用 由于整个设计比较复杂 不但 可以培养我们自己动手的能力 还可以养成做事细心的好习惯 同时 养成了吃苦 II 耐劳的精神 对以后的工作和学习打下了一定的基础 在设计过程中 使自己的各 项指示和能力都得到了培养和提高 为以后独立的承担类似的工作做准备打下了一 定的基础 关键词 氯苯 苯液相空气氯化法 氯化器 精馏塔 设备设计 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 录 设计总说明 I DESIGN INSTRUCTION III 目录 V 1 前言 1 1 1 概述 1 1 2 设计依据和设计要求 1 2 工艺流程的选择 3 2 1 生产方法的选择 3 2 1 1 苯气相氯化化法 3 2 1 2 苯液相氯化法 间歇法 3 2 1 3 苯气相氯化法 连续法 4 2 2 氯苯生产工艺流程 4 3 厂址的选择 8 4 物料衡算和热量衡算 9 4 1 小时生产能力 9 4 2 物料衡算 9 4 2 1 计算依据 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 粗馏塔物料衡算 10 4 2 5 副产物冷凝塔物料衡算 10 4 2 6 副产物吸收塔物料衡算 10 4 2 7 整个反应系统的物料衡算 10 4 3 热量衡算 11 4 3 1 换热器的热量衡算 11 4 3 2 氯化反应器的热量衡算 11 4 3 3 冷凝器的热量衡算 13 4 3 4 第一精馏塔的热量衡算 13 4 3 5 全冷凝器的热量衡算 13 4 3 6 苯冷却器的热量衡算 14 VI 4 3 7 精馏塔的热量衡算 14 5 主要设备的选型及工艺尺寸的计算 18 5 1 精馏塔的设计 18 5 1 1 全塔的物料衡算 18 5 1 2 塔板数的确定 18 5 1 3 塔的精馏段操作工艺条件及相关物性数据计算 21 5 1 4 精馏段气液负荷计算 23 5 1 5 塔和塔板主要工艺结构尺寸计算 24 5 1 6 塔板上的流体力学验算 26 5 1 7 塔板负荷性能 29 5 2 冷凝器的设计 32 5 3 反应釜的设计 33 5 3 1 反应釜釜体的工艺设计 34 5 3 2 其它部分的设计与选择 36 6 管路设计与计算 37 6 1 废热锅炉的管路设计与计算 37 6 1 1 进料管 37 6 1 2 热载体 DM 进口 37 6 1 3 热载体 DM 出口 38 6 2 氯化反应器的管路设计与计算 38 6 3 冷凝器器的管路设计与计算 38 6 3 1 冷凝器器料液进口 38 6 3 2 冷凝器出口 38 6 3 3 冷却水进口 39 6 3 4 冷却蒸汽出口 39 6 4 精馏塔的管路设计与计算 40 6 4 1 进料口 40 6 4 2 塔顶冷凝器 E102 进口 40 6 4 3 塔顶冷凝器 E102 出口 40 6 4 4 出料口 40 7 经济核算 41 7 1 基本投资 41 7 2 生产成本的核算 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 维修费用 41 7 2 4 车间折旧费 43 7 2 5 车间管理费 43 7 2 6 车间成本费 43 7 2 7 工厂折旧费 43 7 2 8 企业管理费 43 7 2 9 工厂的成本 43 7 2 10 工厂的利润 43 7 3 主要经济指标 43 7 4 盈亏平衡点 43 7 4 1 盈亏平衡产量点 43 7 4 2 盈亏平衡销售价格点 43 7 4 3 经营安全率 43 8 车间布置 45 8 1 设计依据 45 8 2 车间布置 45 8 3 车间布置的技术问题 45 8 4 各类设备布置 47 8 4 1 反应釜 47 8 4 2 贮罐 47 9 安全技术及三废处理 48 9 1 建筑措施方面 48 9 2 工艺及设计操作方面 48 9 3 安全防范技术和措施 48 9 3 1 设计 48 9 3 2 生产操作要求 48 9 3 3 安全生产管理措施 49 9 4 三废处理 49 9 4 1 废气的处理 49 9 4 2 废水的处理 49 9 4 3 废渣的处理 50 参考文献 51 致谢 52 附录 53 VIII 1 1 前言 1 1 概述 氯苯 Chlorobenzene 是无色透明易挥发的液体 有苦杏仁味 分子式 C6H5Cl 熔点 45 6 沸点 131 6 相对密度 1 107 20 4 折光率 1 5248 闪 点 23 自燃点 637 78 易燃 在空气中爆炸极限为 1 83 9 23 体积 不溶 于水 易溶于醇 醚 苯和氯仿等 氯苯为无色透明液体 气味有点像苯 2 常 温下不受空气 潮气及光的影响 长时间沸腾则脱氯 蒸气经过红热管子脱去氢和 氯化氢 生成二苯基化合物 易燃 遇明火 高热或与氧化剂接触 有引起燃烧爆 炸的危险 与过氯酸银 二甲亚砜反应剧烈 5 氯苯对皮肤和上呼吸道有刺激作用 抑制中枢神经 具有麻醉作用 对肝脏 肾脏及造血系统有不良影响 慢性中毒引起头痛 头晕 精神不振 消化不良等症 状 工作场所最高容许浓度为 350mg m3 推荐通风设计浓度 50ppm 嗅觉阀浓度 0 21ppm 最大排放浓度为 150 mg m3 氯苯的应用氯苯的应用 氯化苯是一种重要的基本有机合成原料 用作染料 医药 农药 有机合成中间 体 染料 医药工业用于制造苯酚 硝基氯苯 苯胺 硝基酚等有机中间体 橡胶 工业用于制造橡胶助剂 农药工业用于制造 DDT 涂料工业用于制造油漆 轻工工 业用于制造干洗剂和快干油墨 化工生产中用作溶剂和传热介质 分析化学中用作 化学试剂 主要事项主要事项 健康危害 对中枢神经系统有抑制和麻醉作用 对皮肤和粘膜有刺激性 急性 中毒 接触高浓度可引起麻醉症状 甚至昏迷 脱离现场 积极救治后 可较快恢 复 但数日内仍有头痛 头晕 无力 食欲减退等症状 9 液体对皮肤有轻度刺激 性 但反复接触 则起红斑或有轻度表浅性坏死 慢性中毒 常有眼痛 流泪 结 膜充血 早期有头痛 失眠 记忆力减退等神经衰弱症状 重者引起中毒性肝炎 个别可发生肾脏损害 环境危害 对环境有严重危害 对水体 土壤和大气可造成污染 燃爆危险 该品易燃 具刺激性 1 2 设计依据和设计要求 设计项目 年产 3 万吨氯苯的生产车间 设计依据 厂址不限 但应建立在适合的地方 生产工艺不限 但应立足于国 内 其设备 原料 均应考虑国内实际情况 2 设计要求 在完成设计的过程中 要求在综合研究各种已有工艺的基础上 通 过比较 设计出一条更加合理的工艺生产路线 确定出具体的工艺操作 在严格计 算的基础上 确定设备的选型及操作条件 在完成以上设计的基础上 绘制出工艺 流程图 主要设备图 车间布置图 并附有详细的工艺操作说明图书 最后对成本 进行估算 明确安全技术要求及工业三废的处理 3 2 工艺流程的选择 氯苯 1909 年由英国的 United Alkali 公司开始工业化生产 1915 年 Hooker 电化 公司的第一个 8200 t a 装置在美国投入运行 同年 Dow 化学公司在美国也开始工业 化生产氯苯 因此可以说在主要有机化工产品中氯苯是第一个大规模生产的产品 氯苯的工业生产方法主要有 3 种 分别为氯苯气相氯化法 氯苯液相氯化法 连续 法 氯苯液相氯化法 间歇法 2 1 生产方法的选择 2 1 1 苯苯气相氯化法 C6H6 HCl 1 2O2 C6H5Cl H2O 工艺过程为 将苯蒸气 空气 氯化氢气体混合物加热升温至 210 通入氯化 反应器 在迪肯型催化剂 CuCl2 FeCl3负载在三氯化铝上 存在下进行氯化 反 应温度 300 苯单程转化率为 10 15 氯化氢转化率为 98 生成物含多氯苯 6 此过程是拉西法苯酚生产的一部分 成本高于液相法 因此 该法主要用于生 产苯酚 由于拉西法苯酚被淘汰 此法已不发展 2 1 2 苯液相氯化法 间歇法 苯液相氯化法以脱水后的干苯和电解氯为原料 在路易斯型催化剂 6 如 FeCl3 MnCl2或 SnCl4 存在下 经催化而得 其反应如下 Cl2 FeCl3 Cl HCl 把干燥的苯装入氯化反应器中 再加入相当于苯量 1 的铁屑作为催化剂 氯气 的加入速度以能维持反应温度在 40 60 为宜 温度过高有利于多氯苯的生成 氯气 鼓泡通入苯中至料液的相对密度达到 1 280 15 反应放出的氯化氢用苯或氯苯 洗除有机雾滴 再用水吸收得到盐酸 氯化物料用 10 的 NaOH 中和 并经干燥 蒸馏 得到下列馏分 以 100 氯化料计 苯和水 3 苯和氯苯 10 此 二馏分返回系统 氯苯 75 作为产品 氯苯和二氯苯 10 高沸物 2 此二馏分用于分离邻 对二氯苯 氯化产品的组成决定于氯化温度 氯化速率 氯 化深度和采用的催化剂 一般氯化产品组成为氯苯 80 对二氯苯 15 邻二氯苯 和多氯苯 5 4 2 1 3 苯气相氯化法 连续法 氯化在苯的沸腾温度下进行 氯化器装有催化剂 铁屑或无水氯化铁 反应 热由苯和少量氯苯气化带出 经过干燥的苯经转子流量计计量后加入氯化器底部 与经过计量的干燥氯气顺 流进氯化反应器反应 反应副产的盐酸气及部分苯和氯苯蒸汽经石墨冷凝器冷凝 再经吸收塔用粗氯苯喷淋吸收 当吸收液含苯量到 32 36 时 混入酸性氯化液去中 和 而气体吸收成 31 的副产盐酸 1 氯化器流出的酸性氯化液经水洗后 用液碱中和除去残余的酸及三氯化铁 再 经盐干燥器 预热至一定温度后加入粗馏塔 从塔顶取出苯 塔釜的粗氯苯连续加 入精馏塔 从塔顶得到氯苯 塔釜残液间断放出 回收其中的二氯苯 因为间歇法生产力小 连续法成本较低 积存的可燃物较小 生成的二氯苯较 少 所以本设计选用液相连续法作为生产方法 2 2 氯苯生产工艺流程 我们选用液相连续法作为生产方法 工艺条件 投料比 n 苯 n 氯气 1 5 1 注 所用氯气浓度为 65 反应温度 液相 80 85 气相 78 83 反应压力 20Kpa 氯化器顶部 反应类型 放热反应 副产物 主要有氯化氢 多氯苯等 下图为氯苯的生产工艺流程图 生产工艺 氯苯液相连续法的生产过程包括三个部分 反应 产品精制 氯苯和副产物回 收以及三废治理 5 具体工艺流程为 原料的干燥 氯气由氯干燥系统 或液氯液化后的废气 送来 经氯气缓冲器 并跨过一定 的高度经阀门控制从下部进入氯化反应器 纯苯首先进入原苯计量槽 经苯干燥器脱去其中水分进入干苯贮槽 由干苯泵 打入干苯高位槽 利用位差 经转子流量计控制从下部进入氯化反应器 苯的干燥曾使用过两种方法 共沸蒸馏法 食盐 氯化钙 固碱干燥法 共沸蒸 馏法 即利用苯中少量水可在沸腾同时汽化蒸出釜内存留物中含苯较低的原理进行 脱水干燥的 此法可加苯后进行间断蒸馏 也可中部进料连续蒸馏 预馏出的苯水 混合物经过冷凝后进入苯水分离器沉降分离 苯返回原苯贮槽 干苯含水可达 0 02 以 下 此法所得干苯质量好 其特点是耗蒸汽 需一套设备 操作麻烦 而且回收苯 不能进行干燥 4 因此现同行均采用食盐 氯化钙 固碱干燥法 利用某些无机盐 及金属氧化物有从苯中回收水分的能力 它是根据干燥剂只溶于水不溶于苯的性质 将需要干燥的苯按序从充满干燥剂的容器中通过 苯的含水被干燥剂表面吸附 干 燥剂溶解后聚积成盐水颗粒 盐水颗粒比重远大于苯 沉降至容器底部被间断排放 使经干燥后的苯中含水显著降低 苯的氯化 苯的氯化为高温沸腾连续氯化 自苯高位槽下来的干苯 经苯转子流量计进入 氯化器之底部 通过缓冲器的氯气 经 型管进入氯化器底部与苯并流而上 通过 铁环层 进行氯化反应 氯化器内苯和氯气有三氯化铁催化剂 苯中的三氯化铁浓 度达到 0 01 就可达到氯化反应的需要 的催化作用发生取代反应生成氯化液含 苯 氯苯 氯化氢和少量的多氯苯 保持苯过量以使氯化反应完全并抑制多氯苯的 生成 氯化器为钢制 内衬瓷砖 装带铁环作触媒 7 约 7m 氯化为放热反应 氯化器自下而上 温度逐渐升高 液相温度控制在 70 85 之间 反应温度的调节 借助于干苯流量的调节而实现 热量由蒸发出苯的汽化潜热带出 从而实现温度的 控制 生成物氯化液由氯化器上部侧面溢流出来 进入液封 此液封高度约 5m 其目的是阻止盐酸气体随氯化液带出 一般情况下 氯化液的密度控制在 0 03 0 95 15 范围内 重量组成约含氯化苯 25 35 每班并定期从氯化器底部放 酸水至缓冲器 生成的氯化氢气体连同蒸汽从氯化器顶部的升气管引出 经过一段 二段 三段石墨冷凝器 冷凝下来的苯经酸苯分离器返回氯化器重新反应 为使苯 完全脱除 进一步使用深冷降膜吸收脱去气相中的苯 最后尾气中氯化氢气体经水 吸收转化为盐酸 其余气体经水流喷射泵抽吸放空 尾气的吸收 氯化反应生成的气相部分主要有未反应的大量苯 氯化氢等 所以氯化苯的尾 6 气吸收包括两部分 即尾气中盐酸气的吸收 气体吸收是根据气体混合物各组分在某种溶剂中的溶解度的不同而达到分离的 目的 气体在液体中的溶解度与温度有关 温度越低气体溶解越大 由于液体吸收 气体的速度较慢 为了提高吸收率 必须选择适当的吸收剂 增加液体与气体的接 触面积 并选择适宜的吸收流程和操作条件 氯苯生产中 经过三段冷凝的尾气含苯量已大大减少 工艺上用低温次氯苯吸 收的方法从盐酸气中最后分离出苯蒸汽 尾气吸收塔一般采用降膜 填料或板式吸 收塔 可选其中的一种或各选一种组成一套 其原理基本都是利用气体混合物中某 一组分在液体吸收剂中具有较大溶解度的特点 通过降温和充分接触 使溶解度较 大的物质不断转入溶剂中 氯化液的中和 氯化反应生成的氯化液中含有氯化氢 三氯化铁等无机杂质 9 这些杂质影响下 道粗 精馏生产设备及管道 产生腐蚀及结焦 所以需要中和处理 溶解无机物 为进一步除去残余的氯化氢及三氯化铁 再加碱中和 确保氯化液中性或微碱性 即 PH 7 8 反应方程式为 HCl NaOH NaCl H2O FeCl3 3NaOH Fe OH 3 3NaCl 因为氯化氢和三氯化铁在水中的溶解度很大 先进行水洗 可除去大量的氯化氢 减少生产过程中的碱用量 而且可以把氯化液中大量的三氯化铁溶解于水中进行分 离 以免碱性过程中产生大量的氢氧化铁絮状物沉淀 在流动的液体中不能很好地 沉降分离 可随氯化液进入蒸馏工序 影响生产 碱洗起把关作用 把水洗后氯化 液中的未能分离的氯化氢和三氯化铁经碱洗中和除去 使氯化液中的氯化氢 三氯 化铁含量达标 工艺为 首先通过加水来稀释氯化液中的酸性 将酸性氯化液与稀 NaOH 溶液经泵充分混合 将可溶性铁离子 氯离子等随废水排出 再将中性氯化 液用食盐干燥为合格氯化液 氯化液的分离 通过中和干燥后的氯化液是由苯 氯苯 多氯苯三个组分组成 所以需采用两 台精馏塔 才能得到分离 前者分离出苯 习惯上称为粗馏塔 后者分离出成品氯 化苯 习惯上称为精馏塔 第一步精馏是将氯化液加热至泡点状态 进入粗馏塔 经过常压精馏分离 由塔顶得到较纯的苯蒸汽 经冷凝冷却成为常温液相苯 再供 氯化生产氯化液 塔釜中物料为氯苯 二氯苯及不到 0 1 的苯成为粗氯苯 从粗馏 塔釜直接连续进入第二步精馏塔 经过减压精馏分离 由塔顶得到符合工艺要求的 较纯的氯苯蒸汽 再经过冷凝得到液相氯化苯 塔釜液为氯苯和多氯苯的混合物 其出料量小 可间断排放送二氯苯蒸馏 精馏是分离互溶液体混合物最常用的方法 可将液体混合物分离来达到提纯或 7 回收有用组分 液体均具有挥发而成为蒸汽的能力 但各种液体的挥发性各不相同 因此液体混合物部分汽化所生成的汽相组成与液体组成就有区别 根据这一差别 采取适当的措施可将液体混合物加以分离 精馏操作是将液体混合物加热沸腾 使 之部分汽化 所得的气相中易挥发组分 A 轻组分 与难挥发组分 B 重组分 的 浓度之比必然大于原混合物中 A 与 B 浓度之比 由此可见 精馏操作是藉混合物中 各组分挥发性的差异而达到分离的目的 混合物从预热器进入精馏塔内 一部分汽化 随塔内气相部分一起穿过塔板形 成上升气流 未汽化部分则随塔内液相部分一起经降液管下降形成板上滞留液体 上升气体与下降液体在塔板上进行传质和传热 由塔釜的加热蒸汽提供热量 由塔 顶的分凝器冷却水提供冷量 实现轻重组分的分离 常压精馏是指在一个大气压 常压 下操作的精馏过程 10 当被分离的混合物 在常压下有较大的相对挥发度 并且塔顶物料可用水冷凝冷却 塔釜物料可用水蒸 汽加热 而物料再此过程中化学性质稳定 则可用常压精馏 热剂和冷剂都易获得 减压精馏是指在减压 即低于一个大气压的压力下进行操作的精馏过程 对真 空度较高的减压蒸馏也称真空蒸馏 减压精馏适用于高沸点物质的混合物 以及在 高温下物料易聚合或分解的混合物 因氯苯和二氯苯沸点较高 有机化合物又容易 产生热分解和炭化结焦 为避免使用高热深和防止炭化结焦 精馏塔采用真空减压 操作 表 2 1 精馏塔粗馏塔设计指标 粗馏塔30 块塔板86 个浮阀1m 塔径 釜加热 F 70m 2 顶分凝器 F 53m 2 精馏塔34 块塔板37 个浮阀700mm 塔径 釜加热 F 35m 2 顶分凝器 F 17m 2 加热器均采用虹吸式列管换热器 精馏釜残的回收 定期将精馏釜残压入多氯物受槽 再用真空将多氯物插入二氯苯填料塔釜加热 一部分被汽化通过塔内填料 瓷环 间隙上升 并与分凝器流下的液体进行传质传 热作用 此时低沸点组分一氯苯不断汽化向上流动 而高沸点二氯苯则被冷凝向下 流动直到塔釜 其原理与精馏相反 由塔内上升的气体进入分凝器中 一部分被冷 凝返回塔内 另一部分自塔顶进入全凝器而后流入次品贮槽 用于降膜吸收塔作吸 收液 二馏分倒入二氯苯受槽 包装销售 二氯苯蒸馏塔为碳钢填料塔 采用瓷环填料 减压操作 加热形式为内加热 釜内装盘管 间断蒸馏 因系统物料不含水 温度和常压相比也较低 故腐蚀性 也较小 对二氯苯分离较有利 但真空管道易被二氯苯堵塞 12 8 3 厂址的选择 厂址的选择是工业基本建设的一个重要环节 13 是一项政策性和技术性很强的工 作 合理的选择厂区和厂址 对于工程项目建设的成功与否有很大的影响 在现在 条件下 选择厂区 厂址 首先应该服从经济布局规划 在此基础上 还应考虑如 何使生产费用最低 此外 还有以下因素要考虑 1 厂址选择的位置必须符合国家工业布局 城市或地区的规划要求 厂址选 择应尽量接近原料产地 便于生产上协作 生活上方便 2 选厂应注意节约用地 不占耕地 厂区的大小 形状和其他条件应满足工 艺流程合理布置的需要 并应留有以后发展的可能性 3 能源供应要有充分保证 厂址宜选择在原料 燃料供应和产品销售便利的 地区 并在存储 运输 机修 公用工程和生活设施等方面有良好基础的协作单位 条件地区 4 要交通运输便利 即厂址尽可能靠近原有交通线 5 厂址尽可能靠近热电供应站 一般地说 厂址应考虑电源的可靠性 并尽 可能利用热电站的蒸汽供应 以便减少新建工厂的热力和供电方面的投资 6 化工厂为大量用水的企业 故厂址应选择在供应水充足 水质量好的水源 地 当有城市水 地下水和地面水三种供水条件时 应该进行经济技术比较选用 7 选厂因注意当地自然环境条件 并对工厂投产后对环境可能造成的影响做 出预测 8 厂址选择时还有考虑所选厂区 厂址是否有合适条件处理三废 满足环境 保护的要求 9 厂址应不妨碍或破坏农业水利工程 10 厂址应避离低于洪水位或采取措施后仍不能确保不被水淹的地段 厂址的 自然地形应有利于厂房和管线的布置 内外交通联系和场地的排水 11 厂址应避免在地震烈度九级以上的地区 地形复杂 矿藏区 国家自然及 历史文物保护区及自然疫区等 9 12 劳动力来源 各种法律的限制 地理特点 社会因素等也必须加以考虑 4 物料衡算和热量衡算 4 1 小时生产能力 要求设计年产苯甲酸 3 万吨 按年工作日 300 天计算 设计裕量 5 苯甲酸的 生产能力为 hkg 4375 24300 100005 1 30000 摩尔流量为 hkmol 86 35 122 4375 4 2 物料衡算 4 2 1 计算依据 1 反应方程式 Cl2 FeCl3 Cl HCl 2 氯苯的产量 4375kg h 约 35 86kmol h 3 投料比 n 苯 n 氯气 1 5 1 注 所用氯气浓度为 65 4 反应温度 液相 80 85 气相 78 83 5 反应压力 20Kpa 氯化器顶部 4 2 2 干燥器的物料衡算 从苯库来的原苯进入原苯计量罐 以标尺计量体积并测定原苯温度 根据体积 和温度计算出苯重量 记入原始数据中 原苯计量罐装有保温夹套 以备冬天通入 热水进行保温 防止苯冻结 启动泵将原苯 回收苯从原苯计量罐 回收苯罐抽出 经原苯冷凝器 打入原苯干燥器 原苯干燥内装食盐 食盐定期补加 经食盐干燥 脱水成含水 0 06wt 的干苯 11 干苯进入干苯罐备用 10 原苯流量 1000 2500 L h 温度 常温 压力 0 3MPa 4 2 3 反应器的物料衡算 1 反应器的原料各组分的流量 氯气流量 200 375kg h 干苯流量 1000 2500L h 反应苯流量 250L h 600L h 循环苯流量 750 1800L h 因为苯氯化反应的单程收率约为 40 即甲苯的加入量与循环量之比为 4 6 氯化液组分 比 重 0 935 0 945 含量 氯气 25 32 苯 64 74 多氯苯 1 2 干燥阶段各组分的流量 酸性氯化液 1000 2500L h 加水量 100 250L h 10 加碱量 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 精馏部分的物料衡算 1 料液及塔顶底产品含苯的摩尔分率 苯和氯苯的相对摩尔质量分别为 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 平均摩尔质量 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 料液及塔顶底产品的摩尔流率 依题给条件 一年以 300 天 一天以 24 小时计 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 热量衡算 4 3 1 换热器的热量衡算 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 进口 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 氯化反应器的热量衡算 80 原 料 85 反应 后物料 78 原 料 83 反应后 物料 H2 H3 H2 H H1 图 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 为反应放热 此反应的热效应为 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 热损失 2 Q 按设计要求 热损失为反应器向外放出总热量的 5 0 05 2087141 2 104357 06KJ hHQ 05 0 2 6 1 Q 1982784 14KJ h 21 QHQ 为负值 说明需要热载体从反应器中取走热量 其值为 1982784 14KJ h 1 Q 选道热姆为热载体 夹套进口温度为 100 出口温度为 160 13 平均温度为 100 2 160230 100230 m t 根据经验传热系数 K 2000KJ m2 传热面积 A 见公式 m tK Q A 1 2 9 9 1002000 14 1982784 m 冷却剂用量 W 4 1 12 1 ttC Q W pm 式中 冷却剂用量 kg h W 冷却剂比热容 J K 1 mol 1 pm C 冷却剂出口温度 2 t 冷却剂进口温度 1 t h kg 3 11104 100160 976 2 14 1982784 W h m75 12 871 3 1110469 4927 3 V 4 3 3 再沸器的热量衡算 蒸发量 V 44 38kmol h 在 130 左右 氯苯汽化热 kmolkJkmolkcalr 35450 2389 0 8469 8469 热损失按 5 计算 kwhkJ rV Q02 460 10656 1 95 0 3545038 44 51 6 158 7 131 5 27 2 总传热系数 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 氯苯冷却器的热量衡算 冷却量hkmolW 892 8 14 大约 131下 氯苯的汽化热 kmolkJkmolkcalr 35450 2389 0 8469 8469 热损失 5 kwhkJ Lr Q17 92 1031812 3 95 0 35450892 8 51 5 总传热系数 2 600mwK 4190131 m t 4 3 5 全冷凝器的热量衡算 冷凝量hkmolV 38 44 大约 80 下 苯的汽化热 kmolkJkmolkcalr 30778 2389 0 7353 7353 热损失 5 kwhkJ Vr Q400 1044 1 95 0 3077838 44 51 6 总传热系数 2 1000mwK 325082 m t 取 2 5 12 321000 1000400 m tK Q S m 2 15mS 4 3 6 苯冷却器的热量衡算 冷却量hkmolD 84 21 大约 80 下 苯的汽化热 kmolkJkmolkcalr 30778 2389 0 7353 7353 热损失 5 kwhkJ r Q54 196 100757 7 95 0 3077884 21 51 D 5 总传热系数 2 1000mwK 401050 m t 取 2 9135 4 401000 100054 196 m tK Q S m 2 5mS 4 3 7 精馏塔的热量衡算 15 图 4 2 精馏塔热量示意图 式中 进塔物料带入热 KJ h F Q 回流液带入热 KJ h R Q 塔釜液带出热 KJ h W Q 塔顶上升蒸汽带出热 KJ h V Q 热损失 KJ h L Q 1 塔进料液带入热 塔进料为 165 的饱和液体 以 0 为基准计算 F Q 4 2 tnCQ pF 3