年产4200吨环氧氯丙烷车间氯丙烯合成工段工艺的设计说明

1、 PAGE47 / NUMPAGES52题 目：年产4200吨环氧氯丙烷车间氯丙烯合成工段工艺设计容摘要设计对年产4200吨环氧氯丙烷车间氯丙烯合成工段进行了工艺设计。并对环氧氯丙烯的生产方法、生产原理、流程路线，物料衡算，能量衡算以与主要设备等进行了论述和计算。关键词：环氧氯丙烯AbstractThis design synthesizes the production method of the work segment and produce to 42,00ton EC/year principle, process route and main equipments etc. pro

2、ceeded the treatise.Keywords:3-chloro-1- propene、3-chloropropene、引言环氧氯丙烯是一种重要的有机化工原料和精细化工产品，用途十分广泛。以它为原料制得的环氧树脂具有粘结性强，耐化学介质腐蚀、收缩率低、化学稳定性好、抗冲击强度高以与介电性能优异等特点，在涂料、胶粘剂、增强材料、浇铸材料和电子层压制品等行业具有广泛的应用。此外，环氧氯丙烷还可用于合成甘油、硝化甘油炸药、玻璃钢、电绝缘品、表面活性剂、医药、农药、涂料、胶料、离子交换树脂、增塑剂、（缩）水甘油衍生物、氯醇橡胶等多种产品，用作纤维素酯、树脂、纤维素醚的溶剂，用于生产化学稳定剂

3、、化工染料和水处理剂等。目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc183523864容摘要 PAGEREF _Toc183523864 h iHYPERLINK l _Toc183523866引言 PAGEREF _Toc183523866 h iHYPERLINK l _Toc183523867目录 PAGEREF _Toc183523867 h iHYPERLINK l _Toc1835238681 文献综述 PAGEREF _Toc183523868 h 1HYPERLINK l _Toc1835238691.1环氧氯丙烯在国民经济中的重要作用 PAGEREF

4、 _Toc183523869 h 1HYPERLINK l _Toc1835238701.2环氧氯丙烯的生产原料与主要产品 PAGEREF _Toc183523870 h 1HYPERLINK l _Toc1835238711.3环氧氯丙烯的工业生产方法与选择 PAGEREF _Toc183523871 h 11.4环氧氯丙烯的用途1.5环氧氯丙烯的物理化学性质HYPERLINK l _Toc1835238752 生产流程和设备 PAGEREF _Toc183523875 h 1HYPERLINK l _Toc1835238762.1 理论生产流程简述 PAGEREF _Toc18352387

5、6 h 1HYPERLINK l _Toc1835238772.2 设备生产流程建树 PAGEREF _Toc183523877 h 1HYPERLINK l _Toc1835238802.3 设备论述与其选择 PAGEREF _Toc183523880 h 12.3.1 氯化反应器HYPERLINK l _Toc1835238812.3.2 冷蒸塔 PAGEREF _Toc183523881 h 1HYPERLINK l _Toc1835238822.4 小结 PAGEREF _Toc183523882 h 1HYPERLINK l _Toc1835238833 计算 PAGEREF _To

6、c183523883 h 1HYPERLINK l _Toc1835238843.1 反应器的物料衡算 PAGEREF _Toc183523884 h 1HYPERLINK l _Toc1835238853.1.1 管式反应器 PAGEREF _Toc183523885 h 1HYPERLINK l _Toc1835238863.1.2 塔前换热器 PAGEREF _Toc183523886 h 1HYPERLINK l _Toc1835238873.1.3 冷蒸塔 PAGEREF _Toc183523887 h 1HYPERLINK l _Toc1835238873.1.4 精馏塔 PAGE

7、REF _Toc183523887 h 1HYPERLINK l _Toc1835238873.1.5水洗塔 PAGEREF _Toc183523887 h 1HYPERLINK l _Toc1835238873.1.6碱洗塔 PAGEREF _Toc183523887 h 1HYPERLINK l _Toc1835238883.2反应器热量计算 PAGEREF _Toc183523888 h 1HYPERLINK l _Toc1835238893.2.1反应焓的计算 PAGEREF _Toc183523889 h 1HYPERLINK l _Toc1835238903.2.2部分产物由355

8、k773 k焓值的变化 PAGEREF _Toc183523890 h 1HYPERLINK l _Toc1835238893.2.3 1,2-Da, 1,3-De由355k773 k焓值的变化 PAGEREF _Toc183523889 h 1HYPERLINK l _Toc1835238893.2.4计算丙烯预热温度 PAGEREF _Toc183523889 h 1HYPERLINK l _Toc1835238913.3 设备衡算 PAGEREF _Toc183523891 h 1HYPERLINK l _Toc1835238893.3.1反应器 PAGEREF _Toc18352388

9、9 h 13.3.2HYPERLINK l _Toc183523889氯精二塔 PAGEREF _Toc183523889 h 1HYPERLINK l _Toc1835238964附录 PAGEREF _Toc183523896 h 1HYPERLINK l _Toc183523897参考文献 PAGEREF _Toc183523897 h 1文献综述环氧氯丙烯在国民经济中的重要作用环氧氯丙烯是一种重要的有机化工原料和精细化工产品，用途十分广泛。以它为原料制得的环氧树脂具有粘结性强，耐化学介质腐蚀、收缩率低、化学稳定性好、抗冲击强度高以与介电性能优异等特点，在涂料、胶粘剂、增强材料、浇铸材料

10、和电子层压制品等行业具有广泛的应用。此外，环氧氯丙烷还可用于合成甘油、硝化甘油炸药、玻璃钢、电绝缘品、表面活性剂、医药、农药、涂料、胶料、离子交换树脂、增塑剂、（缩）水甘油衍生物、氯醇橡胶等多种产品，用作纤维素酯、树脂、纤维素醚的溶剂，用于生产化学稳定剂、化工染料和水处理剂等。环氧氯丙烯的生产原料与主要产品环氧氯丙烯是一种重要的有机化工原料和精细化工产品，用途十分广泛。以它为原料制得的环氧树脂具有粘结性强，耐化学介质腐蚀、收缩率低、化学稳定性好、抗冲击强度高以与介电性能优异等特点，在涂料、胶粘剂、增强材料、浇铸材料和电子层压制品等行业具有广泛的应用。此外，环氧氯丙烷还可用于合成甘油、硝化甘油炸

11、药、玻璃钢、电绝缘品、表面活性剂、医药、农药、涂料、胶料、离子交换树脂、增塑剂、（缩）水甘油衍生物、氯醇橡胶等多种产品，用作纤维素酯、树脂、纤维素醚的溶剂，用于生产化学稳定剂、化工染料和水处理剂等。环氧氯丙烯的工业生产方法与选择目前，工业上环氧氯丙烯的生产方法主要有丙烯高温氯化法和乙酸丙烯酯法两种。丙烯高温氯化法是工业上生产环氧氯丙烷的经典方法，由美国Shell公司于1948年首次开发成功并应用于工业化生产。目前，世界上90%以上的环氧氯丙烷采用此法进行生产。其工艺过程主要包括丙烯高温氯化制氯丙烯，氯丙烯与次氯酸化合成二氯丙醇，二氯丙醇皂化合成环氧氯丙烷3个反应单元。环氧氯丙烯的用途氯丙烯作为

12、一种重要的石油化工中间产品，一般不直接作为商品出售，主要是 用于生产环氧氯丙烷、丙烯醇、甘油、烯丙胺、烯丙酯等下游产品。由于氯丙烯是含氯 的烯烃化合物,具有氯有机化合物和烯烃的重要特征。能与乙醇、氯仿、乙醚、丙酮、苯、 甲苯、四氯化碳和石油醚混溶。可发生氧化、加成、取代、烷基化等多种反应,使其在医 药、农药、香料、塑料阻燃、有机合成等方面具有广泛的应用。二战期间得到迅速发展, 成为有机合成的重要中间体,其消耗量逐年增加。氯丙烯一般不直接作市场商品出售, 而是广泛用于合成树脂、医药、香料、农药和有机合成原料。其主要用途是生产环氧氯 丙烷;用作合成甘油和合成树脂的原料,其余用来生产丙烯 醇、丙烯胺

13、和药物等环氧氯丙烯的物理化学性质氯丙烯中文名称有3-氯-1-丙烯、3-氯丙烯、烯丙基氯；英文名称有3-chloro-1- propene、3-chloropropene、chloride、。化学式：CH2=CHCH2Cl；分子质量：76.50； 性状：常温下为无色液体，有辛辣味，易挥发。性活泼，能发生加合反应与聚合反 应，水解成丙烯醇，易燃。沸点：44.6；熔点：-136.4；相对密度：液态 0.9382g/c （20/4） 蒸气压：49.05KPa(25)；溶解度：水中：20时 0.36g/100ml闪点：-31.67自然温度：390爆炸极限：下限2.9%，上限11.2%；油 水分配系数：辛

14、醇/水分配系数的对数值：-0.24；遇热或明火有着火危险，遇明火 可爆炸，危险程度中等，能与HNO3、H2SO4、哌嗪、乙二胺、氯磺酸，NaOH发生激 烈反应。生产流程和设备理论生产流程简述1. 丙烯高温氯化制氯丙烯丙烯与氯气经干燥、预热后以摩尔比45:1混合进入高温氯化反应器，短时间(约3 s)进行反应，生成氯丙烯和氯化氢气体。精制后得氯丙烯产品，同时副产D-D混剂(1,2-二氯丙烷和1,3-二氯丙烯)，氯化氢气体经水吸收后得到工业盐酸。CH2=CHCH2 + Cl2 CH2=CHCH2Cl +HCl2.氯丙烯次氯酸化合成二氯丙醇氯气在水中生成次氯酸(或采用介质叔丁醇和氯气在NaOH溶液中反

15、应生成叔丁基次氯酸盐，该盐水解生成次氯酸，叔丁醇循环使用)，次氯酸与氯丙烯反应生成二氯丙醇(过程中二氯丙醇浓度一般控制在4%左右)。2CH2=CHCH2Cl +2HOCl ClCH2CHClCH2OH + ClCH2CHOHCH2Cl(2,3-二氯丙醇，70%) (1,3-二氯丙醇，30%)3.二氯丙醇皂化合成环氧氯丙烷二氯丙醇水溶液与Ca(OH)2或NaOH反应生成环氧氯丙烷。ClCH2CHClCH2OH + ClCH2CHOHCH2Cl + 1/2 Ca（OH）2ClCH2CHClCH2OH + ClCH2CHOHCH2Cl + 1/2 Ca（OH）2丙烯高温氯化法的特点是生产过程灵活，工

16、艺成熟，操作稳定，除了生产环氧氯丙烷外，还可生产甘油、氯丙烯等重要的有机合成中间体，副产D-D混剂（1，3-二氯丙烯和1，2-二氯丙烷）也是合成农药的重要中间体。缺点是原料氯气引起的设备腐蚀严重，对丙烯纯度和反应器的材质要求高，能耗大，氯耗量高，副产物多，产品收率低。生产过程产生的含氯化钙和有机氯化物污水量大，处理费用高，清焦周期短。数据生产流程简述1.丙烯：经各部热交换后与反应器的氯化物逆向进行热交换，使丙烯预热至360380，进入氯化反应器，与氯气按配比为5：1的比例在反应器中反应，生成氯丙烯的的混合物，反应温度控制在500，但不能超过510。氯化物进入换热器与丙烯间直接进行热交换后进入冷

17、蒸塔，以丙烯液体进入喷淋；丙烯液体汽化吸收热量进入冷却器除去高氯化物；从塔顶蒸出丙烯与氯化氢；然后经过水洗塔，碱洗塔，除去HCl气体后进入压缩机，除水，除油，干燥，再压缩，全凝器后进入丙烯贮罐。从塔釜出来的高氯化物进入粗氯化物贮罐，再抽入精馏一塔进行精馏除去轻组分，从塔釜的高沸物进入精馏尔塔，除1,2Da，1,3De。从塔顶得到99.5%的氯丙烯。2.氯化氢（HCl）：从反应出来的气体中，与氯丙烯有相当量的HCl气体，在冷蒸塔塔顶和丙烯一同蒸出；在水洗塔中，通入不同浓度的盐酸溶液在水洗塔的不同位置进行喷淋，使得在塔釜出来的盐酸质量浓度达到25%，进入盐酸贮罐，作为氯丙烯的副产物而销售。其余的少

18、量HCl气体在碱洗塔中除去，用质量百分比浓度为1315%的NaOH溶液进行喷淋，在塔底时的碱浓度不能超过6%，并且直接进行排放，除HCl气体。3.少量的氮气：在Cl2中有少量的N2，N2是不活泼的气体，不与原料或生成的产物进行反应，所以N2的量没有变，也没有给反应带来危险和造成分离上的困难。N2由于K平衡很大，也同样从冷蒸塔顶出来，并且随丙烯进入一段压缩，在水冷却器河沿冷却器上直接排空出去。4.其他的高沸物在精馏二塔塔釜直接进入“DD混合剂”贮罐。设备论述与其选择氯化反应器因反应温度控制在500，反应物和生成物绝大部分属于易燃，易爆物品，要求设备能耐高温，密封好。结构上要求能使氯气和进料丙烯快

19、速的混合；不能存死角，清碳方便。现有设备采用绝热反应的型式，必须严格控制反应温度，又要求反应完全，则在反应器的长度上有严格的计算要求。按照化工厂的型式选择长管式反应器，这里有反应的生产能力和快速混合所决定，采用喷射式混合器；在喉管与混合器连接的角度为32o，在椎体与反应器连接的椎角度为300。具有的计算在设备计算中。 冷蒸塔据物料平衡计算塔顶要求的工艺温度为-40，塔釜要求的工艺温度为56。由于反应的生成物中有大量的HCl气体，对各种金属设备的腐蚀性很大，所以在冷蒸塔壁采用石墨砖防腐。并且该塔分为蒸出和冷凝两部分，在冷凝部分用丙烯蒸化气体吸收热来冷却，温度很低。而塔釜温度要求为50，则用列管加

20、热器。并且用高压的热水进行加热。小结要对工业装置进行设计，必须要对工业流程中各种设备与单元操作进行分析，了解物料衡算，能量衡算以与设备衡算的方法。计算设计任务：年产量4200吨环氧氯丙烷/年设计依据：1.年工作日按300天计，每天24小时连续生产，即7200小时/年2.消耗定额：1.6吨液氯/1吨环氧氯丙烷3.各段收率： 氯化氯精环化总收率75%98%64%47%4.原料纯度：新鲜丙烯：丙烯 98%，丙烷2% ； 循环丙烯100%（mol%）液氯：氯气99.5%，氮气2%5. 中间产品规格：3-氯丙烯（AC）98%( CH2=CHCH3mol)6. 原料配比： 氯气：丙烯=1：4.57. 氯化

21、反应方程式与粗氯化物（反应产物中除C3=，HCl,N2外）组成Xi(mol) CH2=CHCH3+Cl2CH3CCl=CH2 +HCl 4.1% CH2=CHCH3+HClCH3CHClCH3 0.6% CH3CH2CH3+Cl2CH3CHClCH3 +HCl 2.0% CH2=CHCH3+Cl2CH2=CHCH2Cl+HCl 79.9% CH2=CHCH3+Cl2CH3CHClCH2Cl 7.6%CH2=CHCH3+2Cl2CH2ClCH=CHCl+2HCl 5.8%忽略C3=在氯气中的燃烧 8进料Cl2和C3=全部反应掉（=100%）物料衡算管式反应器1. 液氯进料量：W液氯=420010

22、31.67200=933.3333kg/h液氯的平均分子量：M平=710.995=280.005=70.8kg/hG液氯=W液率M=933.333370.8=13.1827kmol/h其中 氯气量：g氯气=G液氯0.995=13.18270.995=13.1168kmol/hg氮气= G液氯0.005=13.18270.005=0.0392kmol/h2.丙烯总进料量：G丙烯=4.5g氯气=4.513.1168=59.0255kmol/h3.粗氯化物的生成量g氯气=G粗（4.1+2.0+79.9+7.6+5.82）%=1.052G粗G粗=g氯气1.052=13.11681.052=12.468

23、4kmol/h其中各组分：g粗 I=G粗4Ig粗2-e=12.46844.1%=0.5112kmol/h g粗2-a=12.46842.%=0.2494kmol/h g粗AC=12.468479.9%=9.9622kmol/h g粗1，2-dc=12.46847.6%=0.9468kmol/h g粗1，3-de=12.46845.8%=0.7232kmol/h4.HCl生成量：gHCl=G粗（4.1-0.6+2.0+79.9+0+5.82）=0.97G粗=0.9712.4684=12.0943kmol/h5.新鲜丙烯进料量：G新鲜C3= = G粗=12.4684kmol/h其中g新鲜中的纯C3

24、= = G新鲜C3= 98%=12.46840.98=7.2733kmol/hG新鲜C3= 2% =12.46842%=0.2492kmol/hG循还C3= =G总C3= - g新鲜C3=59.0255-12.3170=46.7085kmol/h表3.1反应器物料衡算表序号组分分子量进料出料Kmol/hMol%Kg/hWt%Kmol%Mol%Kg/hWt%12345678910N2 HClC3= b丙烯C30 丙烷Cl22-e2-aAC1,3-Da1,3-De/2836.4642.0174470.90676.52978.54176.526112.98110.97/0.701060.200.28

25、113.91000O075.900.094081.460.3418.10000O0/1.880102899.9011,9987987.09000O0/0.00049072.45720.3227.17000O01.00.071067.109949.4409000.5010.35911.90871.10981.1474.80.000916.9365.52000.720.4513.941.331.011.01.90227.10992109.980041.901729.0989897.94120.6787.353594.800.063614.0164.94001.200.8125.973.592.49

26、=塔前换热器反应气体塔前换热器气（A）+ 液（B）混合物 F ,Zi t=-10, P=150KPa安托因公式:InPSi=A-B/(T+C)式中: PSi 饱和蒸气压A,B,C 常数根据上式计算结果见下表表3.2 塔前换热器物料计算1组分iAn公式中lnPiS=AB/(T+C)PiS(mmHg)Ki=PiS/P=PiS/750.11.5 A B CDC2-e2-a3-De12-Da13-De15.702715.929816.038415.977216.038518.07531807.532395.1492490.482531.922985.074311.962-26.1538.1543.15

27、-47.15-52.16-0.14558.07125.27764.71034.2472 1.8805 1.69973200.940738.15111.088569.9094 6.55685.30882.84490.17410.09870.0620.00580.004718由式: xi = Zi/Ki+(1-Ki)e 通过试差法得 e= 0.19计算结果见下表表3.3塔前换热器物料计算2组分i组成ZiKixi=Zi/Ki+(1-Ki)eKmol/hyi=ai/aifi=FZibi=Fexiai=fi-bi N2HClC3=2-e2-aAC12-Da13-De0.092316.9365.520.7

28、20.4513.941.331.01100.02.84500.19840.09910.68980.005890.004718/ 0 00.26290.2170.1660.57050.06790.05411.00.07412.98748.98470.5190.34710.4090.9810.70275.9474002.9873.1080.2398.2090.9210.69916.1630.07413.98753.0980.2490.0811.8020.0180.01168.1980.0011840.20110.78940.0034980.0032980.039080.003310.002211.

29、0表3.4 塔前换热器物料平衡表组分i进料Kmol/h出料气体A液体BKmol/hMol%Kg/hWt%Kmol/hMol%Kg/hWt%NHClC3=2-e2-aAC12Da13De0.07412.98748.98470.5190.34710.4090.9810.70275.94740.07412.98750.12090.2280.0981.8810.180.01265.68890.12220.1079.910,3180.1013.1010.0370.021100.01.9801460.21091980.9814.900929.9807169.09892.90871,90892719.908

30、30.082418.1272.010.7111.0987.1090.00990.0701100003.8980.3100.2408.3010.9910.70114.3110028.22.911.88156.015.914.901100.000189.0925.09818.908608.09109.9087.0981028.0940016.402.3551.72962.66510.716.082100.0冷蒸塔Pi气PD=140Kpa,tD=-40液态C3= 回收段，Cu ,i 回收度Fi=(ai+bi)P=150Kpa,t=-10蒸出段，Si=VKi/L蒸汽Pw=160KpaTw残液（粗氯化物

31、）计算结果见下图表3.5冷蒸汽塔换热器物料计算1组分i进料F(Kmol）tD, PD,下KD,i进料下KiT冷，均P冷，均K冷,iT蒸，均P蒸，均K蒸,iTW, PW,下的KW,iCu,iC0,ixi= Cu,i C0,i1/(1- x i)气相ai液相biNHClC3=2-e2-aAC12Da13De0.07413.98753.0980.2490.0811.8020.0180.01168.198003.8980.3100.2408.3010.9910.70114.3111.01510.03690.01810.01120.0070.007/2.9091.8210.1080.0710.0060.

32、004/1.89020.9710.6010.02820.00220.021/8.0210.7810.4600.3310.0440.022/15.012.0310.6910.9810.1840.143/000.01590.32290.64540.98111.01.0/1.01.00.960.0970.0650.0440.0060.005/000.1510.2990.03930.01620.00620.0046/1.01.01.0241.1381.0411.0061.00661.004/由公式得上升气体量 总i=(ai+biC0,i)回收液体 l总,i,=V总.i C u,I(Kmol/h)残余气

33、体VD.i=Vi-Vl(Kmol/h)YD.i=V D,i/VD,iXD,i= YD,i/ KD,i根据上面的程序 计算结果见下表表3.6冷蒸汽塔换热器物料计算2组分iai+biC0 ,i(Kmol/h)i(iV总L总VD,iyD,ixD,iNHClC3=2-e2-aAC12Da13De0.07413.98753.0980.26810.12092.60910.031920.0188868.28300.07413.98754.10980.27210.12512.80910.021990.0189770.8911000.068690.079810.070112.69010.028190.01904

34、3.40910.07413.98753.0980.17010.048010.056710069.98010.0011150.20500.79970.0030120.006970.000901oo1.0000.77880.080820.44670.09580001.0由公式 总和液体量 ：总i=(ai+biCU,i)蒸出气体： l总,i,=(bi+ aiCU,i)残余液体： LW.i= l总,i总iYD.i=V D,i/VD,iXD,i= YD,i/ KD,i根据上面的程序 计算结果见下表表3.7冷蒸汽塔换热器物料计算3组分iai+biC0 ,i(Kmol/h)i(iV总L总VD,iyD,ixD

35、,iNHClC3=2-e2-aAC12-Da13-De004.09120.38710.27999.49800.90880.709116.1009004.01190.37210.22519.30910.90810.699815.7891003.88690.049810.018110.38910.0050910.0029894.0190000.78780.37010.28018.89010.92010.699015.2097000.0072970.027990.022620.79800.81900.062511.0000.10670.060820.034670.79900.14980.009311

36、.0精馏塔1.氯精一塔（低沸塔）(1)按清晰分割计算(2)由工艺要求给出两个关键组分 选l为2-a ，xW,2-a1%(mol%) 选h为Ac ，xD,AC5% (mol%) (3)泡点进料根据以上条件 计算 结算结果见下图表3.8氯精一塔物料衡算表组分i进料F (kmol/h)塔顶di塔釜wiC3=2-e2-aAC12-Da13-De0.080910.33010.26019.89010.90910.709811.99810.80910.33010.2459-0.01W0.05D00000.01W9.8901-0.05D0.89900.6843由上表得,D=0.4460 W=117844 于是

37、计算结果如下表3.9氯精一塔物料平衡表组分i相对挥发度a(mol)进料Fi(mol)进料组成xiF(mol%)塔顶di(mol)塔釜wi(mol)塔顶组成Xi,d(mol%)C3=2-e2-aAC12-Da13-De45.78702.82211.601310.094740.07594/0.080910.33010.26019.89010.90910.709811.99810.0072720.027900.022490.79790.081880.62681.00.080910.30010.15010.02866000.4460000.10489.99810.91080.701011.74880.

38、14350.55040.25630.0500001.0回流比的计算:其中:ai 组分i的相对挥发度 XiF 进料组分的摩尔组成q 进料的液相分率;此处q=1;Rm最小回流比(XiD)最小回流比流出液体组分I的摩尔分率;方程的根;对于有c个组分的系数有c个根,只取aLKaHK于是解得.取 R=1.3得 R=1.315.742=20.4646理论塔板数计算最小理论板数公式: 于是 查吉兰特图得 Y=0.40解 得 N=22.1373取塔板效率=0.75 得 N实际=N/0.75=29.5164所以 取N实际=30 (块)进料位置的计算精流段的最小理论塔板数为NR=11.4901/0.40=28.7

39、252NR实际=28.7272/0.75=38.30(块)所以 取NR实际=39(块)2.氯精二塔（高沸塔） 选l为Ac , xW,AC 3% (mol%) h为1,2-Da, xD,1,2-Da0.5% (mol%) 最终xD,AC98%(1)按照清晰分割计算(2)按照非清晰分割根据上述条件 计算 计算结果见下图表3.10氯精二塔物料衡算表组分i进料Fi(mol)塔顶di(mol)塔釜wi(mol)2-aAC12-Da13-De0.26019.89010.90910.709810.69020.26019.8901-0.05D0.004D000.03W0.9091-0.005D0.7098由以

40、上表3.10 得 D=11.7490 W=1.84 于是 计算 计算结果见下表表3.11氯精二塔物料衡算结果表组分i相对挥发度a(mol)进料Fi(mol)进料组成xiF(mol%)塔顶di(mol)塔釜wi(mol)塔顶组成Xi.d(mol)2-aAC12-Da13-De16.902410.555210.8016/0.26019.89010.90910.709810.69020.01010.83900.86890.66511.00.26019.40810.0043708.749000.00440.89010.70981.530.11810.98230.004901.0回流比的计算因为2 根据

41、要求 取=2 取R=1.3 R=1.32=2.6水洗塔依据：1.冷蒸塔顶喷淋丙烯量（为进料丙烯的1/2）。2.采用15井水吸收剂。3.设HCl的吸收率为95-99%（粗氯化物全部溶解在盐酸中）。4.忽略丙烯，氮气溶解水中，塔顶蒸汽中水蒸汽饱和。计算：(1）塔底进口气体量与组成：VD=VD(冷蒸塔)+1/2G总C3= 48.17198+1/248.1342=99.7908kmol/h；(2）塔顶出口干气量：VN,干=VD-0.95VD，HCL-VD，粗氯= 99.7908-0.957.199-0.201877=78.749873kmol/hkmol/h(3)塔顶出气带水量：yN,H2O=vN,H

42、2O/vN=vN,H2O/(vN,干+vN,H2O)= 78.7498730.018171/(1.3-0.018171)=0.67851kmol/h PH2Os/PN,总 经推：vN,H2O= VN,干PH2Os/（PN,总- PN，H2Os）(4）15%盐酸量： W盐酸=0.95vD,HClMHCl/0.15=2296.9876 kg/h(5）进塔吸收剂（井水）量： W井水=WH2O+ vN,H2O18= 1747.9081 kg/h根据以上计算塔顶出口气体组成表3.12 水洗塔塔底出口气体组成组分摩尔流量(kmol/h)摩尔含量(%)摩尔流量(kg/h)N2 HClC2=H2OAC0.09

43、2313.98765.520.66240.550.0916.8498.160.2550.721.799023.87693209.98094.01014.890计算得塔顶出口干气量25下水的饱和蒸汽压:塔顶出气带水量15%的盐酸量: 进塔吸收剂量: 根据以上公式,计算塔顶出口气体组成 表3.13水洗塔塔顶出口气体组成组分摩尔流量(kmol/h)摩尔含量(%)摩尔流量(kg/h)N2 HClC2=H2O0.09230.609365.520.66240.090.8498.160.951.799023.87693209.980912.0101碱洗塔1.设HCl全部被NaOH液中和掉。2.新碱液浓度为1

44、5%（wt%），降至5%排出。3.忽略C3=,N2的溶解损失，出塔尾气中水蒸汽达到饱和。计算：(1)塔顶出口干气量: VN，干,=vD-vD,粗氯-vD,HCl=99.7908-0.201877-7.199=79.389923kmol/h塔顶出气带水量塔顶出气带水量 25水PH2O2.45atm 3)耗碱量：根据以上公式 计算物料衡算表表3.14 碱洗塔的物料衡算表组分入塔尾气(kmol/h)喷淋液体(kmol/h)塔顶排气(kmol/h)塔釜排气(kmol/h)N2 C3=HClH2ONaOHNaCl0.092365.520.60930.662400000399.9232.908700.09

45、2365.5201.399800000.5989399.9232.97090.5989 反应器热量计算氯化物50025氯气丙烯产物355K原料355KC3=+Cl22-e+HCl -29.0 C3=+Cl22-a -16.7=C3=+Cl22-a+HCl -16.7C3=+Cl2 AC+HCl -26.7C3=+Cl21,2Da -44.07C3=+Cl21,3De -51.0Cl2293.15K Cp=6.432+8.082x10-3x293.15-9.241x10-6x293.15+3.695x10-9x293.15=8.09966 355K CP=6.432+8.082x10-3x355

46、-90241x10-6x3552=8.30172CP-=(8.09966+8.30172)/2=8.20C=3355K CP=0.886+5.602x10-3x355-2.771x10-5x3552+5.266x10-9x3553=17.514542-e355K CP=5.12x39.81x10-3x355-9.44x10-6x3552=18.0627773K CP=5.12x39.81x10-3x773-9.44x10-6x773=30.25246 CP-=（18.06287+30.25246）/2=24.157672-a355K CP=0.2885426+8.338043x10-2x355

47、-54.24319x10-6x3552+14.22245x10-9x3553=23.68889773K CP=38.89794 CP-=（23.68889+38.89794）/2=31.293415AC355K CP=5.27+49.46x10-3x355-17.61x10-6x3552=20.60899773K CP=32.98009 CP-=（20.60899+32.98009）/2=26.794051，2-Da 355KCP=34.49+0.07724x355=41.27368（液体）773K CP=34.94+0.07724x97.37=42.46186CP液-=（41.27368+4

48、2.46186）/2=41.86727（气体）370.37K CP=7.55+64.96x10-3x370.37-24.8x10-6x370.372=28.20732 773K， CP=42.94636 CP-=（28.20732+42.94636）/2=35.576341，3-De355K CP=7.41+45.08x10-3x355-13.87x10-6x3552=21.66443773K CP=33.96911 CP-=（21.66443+33.96911 ）/2=27.81727C3O355K CP=-1.009+7.315x10-2x355-3.789x10-5x3552+7.687

49、8x10-9x3553=20.52667HCl355K CP=6.7+0.000847x355=7.000785773K CP=5.7+0.000847x773=7.354831CP-=（7.000785+7.354831）/2=7.177308：(25+273.15)355k =56.85K =326.575=9.3691x8.20 x62=4763.25kcal:（25+273.15）k773 k =474.85K =535.575K=0.0564957.112474.85=190.79 kal/h:设预热温度为=(355-T)K=0.886+5.602-2.771+5.266=50.59

50、4(355-T)反应焓的计算3-e:+HCL (-26.7kcal/h)6.9924(-26.7) =-199950.09 kcal/h2-a:-+ +HCl (-16.7kcal/h)0.2275(-16.7) =-3089.3 kcal/h2-e:+HCL(-29.0kcal/h)0.3501(-29.0) =-10643.0 kcal/h1,2-Da:=CH-+ (-44.0kcal/h)0.6651(-44.0) =-29933.2 kcal/h1,3-De:=CH-+ 2+2HCl(-51.0kcal/h)0.5076(-51.0) =-26474.1 kcal/h综上所得之和=-2

51、60989.99 kcal/h部分产物由355k773 k焓值的变化=418K =564KHCL:=7.235-0.172T+2.976-0.931 =7.1773 kcal/kmolk=10.3668.7515418=37620.3 kcal/kmolk:=0.886+5.602T-2.771+5.266 =17.5145 kcal/kmolk=17.514532.8532418=82805.9 kcal/kmolk2-e:=3.2574+6.2412T-1.1431+0.008775=24.1577 kcal/kmolk=24.15770.3501418=3705.9 kcal/kmol.

52、k2-a:=0.440+8.330T-5.539+1.4=31.2934 kcal/kmolk=0.227531.2934418=2341.4 kcal/kmolk3-e:=0.604+7.277T-5.442+1.742=30.2941 kcal/kmolk=6.992420.2941418=100098.6kcal/kmolk=296572.1 1,2-Da, 1,3-De由355k773 k焓值的变化1,2-Da：沸点为369.5K, 355k369.5k773 k变化过程是由液体（）变气体(g)的变化。气体(g)：1,2-Da:=2.496+8.729T-6.219+1.849 =35

53、.57634 kcal/kmol.k=0.24 =577 k在355k369.5k的变化过程中：=14.5K =362.25K R=1.987=0.6278=2.56+0.436+w2.91+4.28+0.296 =5.7963代入数据后得出=45.08405 kcal/kmol.k=45.084050.665114.5=444.7248 kcal/h=0.6651403.533.5668=9214.1218 kcal/h=0.66517500=5102.25 kcal/h=+=14761.0966kcal/h1,3-De：沸点377.5K,355k369.5k773 k变化过程是由液体（）变

54、气体(g)的变化气体:=3.4055+6.3667T-0.3812+0.008652 =27.8173 kcal/kmol.k=0.648625=0.294=0.829296=2.56+0.436+w2.91+4.28+0.296代入数据后得出=6.2628441.987+29.0954=41.4958=0.507641.495822.5=484.6606kcal/h=0.507629.0954395.5=6800.7733kcal/h=0.5076(8.11.10962) =4665.6303 kcal/h=+=19951.0642 kcal/h计算和丙烯预热温度+0.95+=04763.2

55、5+159.06+35.57634(355-T)+（-260989.99）0.95+206572.1+14761.0966+11951.0642=0试差法：得T=606-273.15=336热损失为20所以T=360设备衡算反应器 1选型：管式绝热反应器 2.选材：ICr-I8Ni-9Ti 3. 操作条件:(1)反应器操作压力0.40.8atm(2) 丙烯入口压力大于反应器压力0.3 0.6atm表压(3）氯气入口芽率大于丙烯入口压力0.30.6atm表压4.混合器的计算(1)喷嘴气速WL=2gP1v21-(P2/P1)(-1)/(-1)0.5其中绝热指数=CP/CV，Cl2=1.36, V进

56、料比容m3/kg,gm/s2P1进口压力kg/cm2,P1反应器压力kg/cm2,Wm/s (2) 喷嘴截面积 G进口气体流量kg/s,p1入口压力，P2反应器压力 F2=554.3396/3600/29.811.36/0.362.51.033104/0.13544(1.4/2.5)2/1.36-(1.4/2.5)2.36/1.360.5=1.931710-4m2(3) 喷嘴直径d=（4F2/）0。5=（41。9631710-4/3.14）0。5=16.5557mm 经园整大约 15mm,不锈钢耐酸无缝钢管（YB804-70） 径 17mm 外径 20mm 壁厚 3mm5.喉管尺寸的计算(1)

57、环隙处丙烯线速度计算：CP=0.866+5.602607-2.77110-56072+5.26610-93553=24.943932CV=CP-R=24。943932-1。987=22.956932 =CP/CV=24.943932/22.956932=1.087 v=RT/MP=8.314607/(42.0781.013251.6105)=0.739788m3/kgWL=2gP1v21-(P2/P1)(-1)/(-1)0.5=29.811.61.0330.7397881.0871-(1.4/1.6)(0.087/1.087)/0.0870.5=228.50305m/s (2) 丙烯进料环隙线

58、速度的计算F2=（d丙2-d氯外2）/4d丙=（4F2/+ d氯外2）0。5=（41.66317/+182）0.5=28.248径29mm 外径 36mm 壁厚 3.5mm6.氯气丙烯进料口管径的计算：v=nRT/Pd=18.8(v/)0.5=18.8(75.082/80)0.5=57.5946mm 公称直径65mm 外径 76mm 壁厚 4mm v=35.31428.3146071000/1.6/101325=136.7106d丙=18.8(136.7106/0.054)0.5=219.81582mm公称直径225mm 外径 245mm 壁厚 7mm7.反应器尺寸的确定：v=Q/3600,

59、=2s,Q总体积流量（标准态下）m3/h,Q总=N总RT/P=8。31429842。94181000/101325=1050。00149V=21050.00149/3600=0.5833342 v=d2/4=5d3, d=0.333687m l=6.67337396m 公称直径350 mm 外径 377 mm 壁厚 9mm 8.实际安装尺寸的计算(1)喉管长度：l=2D丙烯外=231=84mm(2)混合器与反应器连接椎体角300故反应器椎体高度=（反应器径-后管径）/2tg150=（359-25）/2/tg15=823.2525mm(3)喷嘴椎体角度为 320故喷嘴椎体高度=（d进外径-d喷外

60、经）=(76-18)/2/tg18=101.2528mm(4)丙烯环隙入口椎体角度为 320，故反应丙烯环隙入口椎体高度=（丙烯入口管径-后管径）/2/tg16=(231-25)/2/tg16=499.2037mm氯精二塔：塔计算有前物料得进料F=12.9189kmol/h=865.0496kg/h塔顶出料：D=8.9518 kmol/h=456.7165kg/h,塔釜出料：W=0.96764kmol/h=188.36799kg/h回流比R=20，进料状态q=1.、则塔径计算：V=L+D ， V=26.8554kmol/h=19701495kg/hL =11.9036kmol/h=1313.4