年产3600吨环氧氯丙烷车间氯丙烯合成工段工艺设计

年产3600吨环氧氯丙烷车间氯丙烯合成工段工艺设计内容摘要本设计是年产3600吨的环氧氯丙烷的氯丙烯工段设计。环氧氯丙烷的主要应用是生产环氧树脂，用于制造涂料、粘合剂、塑料。它同样用于人工合成甘油，纺织品，造纸，油墨和染料，溶剂，表面活性剂和医药品。它还能作为一种惰性成分用于农药。目前，较常用的生产氯丙烯的方法仍然是高温氯化法，也是合成环氧氯丙烷的经典方法，此法对丙烯的选择性可以达到75%-80%,对氯气的选择性可达到75%。此反应的副产物1，3-二氯丙烯为有效的杀虫剂能够创造出很高的经济价值。此法也存在着一定的缺点，如副产物多，有1，2-二氯丙烷，2-氯丙烯，2-氯丙烷等。本设计采用丙烯高温氯化法，要求丙烯和氯气的摩尔比为5:1,因为整个反应是放热反应，伴随着反应的进行，温度是升高的，反应温度不超过510℃，本设计控制温度在500本设计着重于以下六个部分的设计：氯化反应器，冷凝器蒸出塔，氯丙烯精馏一塔，氯丙烯精馏二塔、水洗塔、碱洗塔。氯丙烯通过采用两步蒸馏的方法被回收。氯化氢通过水洗塔和碱洗塔被吸收。本文主要阐述了氯丙烯在国民经济中的地位和作用、工业生产方法、生产原理、工艺流程。采用Aspenplus对主要设备如：混合器、反应器、环氧氯丙烷吸收塔、环氧氯丙烷解吸塔，冷凝器，脱轻组分塔等进行物料衡算和热量横算，对氯丙烯反应器，进料-产品第一换热器，冷却器等几个设备进行热量衡算，并对氯丙烯反应器和换热器进行设备计算。确定了操作参数、设备类型和材质，使用CAD绘制相应的工艺流程图。最后对此工艺过程可能存在的安全隐患及相应措施做了简要说明。关键词:氯丙烯;环氧氯丙烷;高温氯化反应器;精馏塔AbstractThedesignwasdonebasedonannualoutputof3600tonsoftheallylchlorideofepichlorohydrindesignsection.Theprimaryuseofepichlorohydrinwasintheproductionofepoxyresinsusedincoatings,adhesives,andplastics,Whichisalsousedinthemanufactureofsyntheticglycerine,textiles,paper,inksanddyes,solvents,surfactantsandpharmaceuticals.Epichlorohydrinisalsolistedasaninertingredientincommercialpesticides.Thedirecthightemperaturechlorinationofpropylenecontinuestobetheprimaryrouteforthecommercialproductionofallylchloride.Thereactionresultsinallylchlorideselectivityof75-80%frompropyleneandabout75%fromchlorine.Additionally,asignificantby-productofthisreaction,1,3-dichloropropene,whichusedasaneffectiveinsecticidesforthecreationofaveryhigheconomicvalue.Thismethodalsohascertainshortcomings,suchasremainingby-productinclude1,2-dichloropropane,2-chloropropeneand2-chloropropane.Inthisdesign,thedirecthightemperaturechlorinationofpropylenewasused.Themoleratioofchlorineandpropylenewas1:5.Becausethewholereactionwasexothermicreaction,accompaniedbyreaction,thetemperaturewaselevated.Optimallythereactiontemperatureshouldnotexceed510℃.Thetemperatureofreactioninthisdesignwasabout500Thedesignfocusedonthefollowingparts:chlorizationreactor;thecondensationevaporationtower;twotowersofdistillationofallylchloride;washingtowers,alkalinewashtower.Allylchloridewasrecoveriedbyusingtwo-stepdistillationmethod.HClcanbeaccomplishedbyadsorptioninwaterandalkali.Inthispaper,thepositionandthefunctioninthenationaleconomy,theproducemethodsinindustry,theprincipleofproduce,processwereinterpred.Forthemainequipmentssuchas:mixtor,reactor,theabsorbtowerofepichlorohydrin,thestripperofepichlorohydrin,condenser,thedehydrogenationcomponentsofthetoweretc.calculatingofmaterialbalanceweredonebyusingaspenplus,calculationofenergybalancewerecarriedonforthechloropropylenereactor,heatexchanger,andcondenseretcsixequipmentsinall.Andequipmentcalculationsforreactor,heatexchangeretc.TheyuseCADcorrespondingtechnicsprocesschartforthehighpurityepoxyethanerectifierwasdraw.Finally,abriefexplanationtothemostpossibleexisteddangersandcorrespondmeasuresfortheproductionprocessweregivenKeywords:allylchloride；epichlorohydrin；hightemperaturechlorinereactor;allylchloridedistillationcolum目录一、引言 11.1环氧氯丙烷在国民经济中的地位和作用 11.1.1历史上生产技术 11.1.2未来生产技术发展动向 21.2环氧氯丙烷的市场需求状况 3二、工艺叙述 42.1环氧氯丙烷(ECH)的性质 42.1.1ECH的物理性质 42.1.2ECH的化学性质 42.2生产方法的评述及选择 42.2.1丙烯高温氯化法 52.2.2醋酸丙烯酯法 52.2.3生产方法的评述及选择 52.3环氧氯丙烷的生产原理及流程 52.4工艺流程图 62.4.1氯丙烯工段工艺流程图 62.4.2氯丙烯工段AspenPlus模型流程图 82.5设备模型说明表 8三.物料衡算和热量衡算 103.1物料衡算 103.1.1设计任务： 103.1.2 设计依据： 103.1.3氯丙烯工段工艺计算 113.1.4管式反应器物料衡算 113.1.5塔前换热器物料衡算 123.1.6冷凝蒸出塔物料衡算 133.1.7氯精一塔物料衡算 133.1.8氯精二塔物料衡算 143.1.9物料衡算总表（见附录1） 143.2热量衡算 153.2.1反应器热量衡算 153.2.2塔前换热器热量衡算 153.2.3冷凝蒸出塔热量衡算 163.2.4氯精一塔热量衡算 163.2.5氯精二塔热量衡算 17四、设备计算 184.1管式反应器设备计算 184.1.1操作条件 184.1.2混合气计算 184.1.3喉管尺寸计算 194.1.4反应器的长与内径 204.1.5安装尺寸的计算 214.2氯精一塔设计的主要物性参数 224.3氯精一塔塔顶冷凝器 264.4换热器设备的选型 26五、能量利用、安全和环保 285.1能量的合理利用 285.2安全和环保 28致谢 31附录 32一、引言1.1环氧氯丙烷在国民经济中的地位和作用环氧氯丙烷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、抗冲击强度高以及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、化工染料和水处理剂等。近年来，由于环氧树脂等需求量的不断增加，国内环氧氯丙烷发展前景看好，有许多厂家先后新建或扩建环氧氯丙烷生产装置。随着生产能力的不断增加，我国环氧氯丙烷的产量也不断增加。1.1.1历史上生产技术生产环氧氯丙烷的工艺技术有很多。丙烯高温氯化法是工业上生产环氧氯丙烷的经典方法，其工艺过程主要包括丙烯高温氯化制氯丙烯，氯丙烯与次氯酸合成二氯丙烯，二氯丙烯皂化合成环氧氯丙烷3个反应过程。醋酸丙烯酯法是利用醋酸丙烯酯为原料生产环氧氯丙烷的生产工艺。前苏联是采用先氯化后水解工艺，昭和电工则采用先水解后氯化工艺。

历史上环氧氯丙烷最早于1854年由Berthelot用盐酸处理粒甘油，然后用碱液水解时首先发现的。20世纪60年代前后，为适应环氧树脂生产发展的需求，环氧氯丙烷开始以氯丙烯为原料作为主要产品进行生产。【1】目前，工业上环氧氯丙烷的生产方法主要有丙烯高温氯化法和醋酸丙烯酯法两种。前者由美国Shell公司于1948年首次开发成功并应用于工业化生产，当前世界上90%以上的环氧氯丙烷采用该方法进行生产。后者由前苏联科学院以及日本昭和电工公司于20世纪80年代分别开发成功。1.1.2未来生产技术发展动向传统技术的改进和新技术开发是ECH重要发展方向。传统氯丙烯法合成ECH的过程存在着设备腐蚀较严重，能耗大，耗氯量高，副产物多，并且产生大量含氯化钙和有机氯化物的废水(每生产1吨ECH约产生50～60m3废水)等弊端。许多厂商对氯丙烯法进行了改进，如环化反应由采用Ca(OH)2改为CaO，以回收热量；环化塔由常压改为减压操作，以节省50%的蒸汽消耗；用叔丁基次氯酸盐法合成二氯丙醇，以降低蒸汽消耗、提高收率、减少废水排放量；而减少废水排放量对降低生产成本具有关键作用。Dow开发了丙烯醛制ECH的工艺，首先将丙烯醛氯化生成2，3二氯丙醛，然后将2，3二氯丙醛加氢生成2，3二氯丙醇，最后2，3二氯丙醇可脱去氯化氢生成ECH。该工艺的原料丙烯醛是由丙烯催化氧化制取的。【2】一份专利的例子表明，丙烯醛生成2，3二氯丙醛的摩尔选择性为755%，2，3二氯丙醛加氢成2，3二氯丙醇的摩尔选择性为95%。在新技术的开发方面，主要是基于TS1（硅钛分子筛）为催化剂的新工艺开发。TS1催化体系的特点是：钛硅分子筛催化剂活性高，反应条件温和，氯丙烯环氧化反应温度一般是40～50℃，是所有报道中氯丙烯环氧化反应温度最低的；同时反应时间短；催化剂选择性高；反应结果好，H2O2的转化率(90%)及ECH的产率(相对于H2O2)都较高(80%)，即环氧氯丙烷的选择性(相对于H2O2)一般都在90%以上，远远高于其他氯丙烯环氧化体系。【3】Solvay公司使用挤条型钛沸石基颗粒催化剂，将氯丙烯和H2O2作用，合成环氧氯丙烷，催化剂的制备方法为：将钛沸石粉末、水、硅粘结剂、成孔物质、其他添加剂混合成糊状物，挤条、干燥、焙烧。研制的钛沸石，除TS1，还包括ZSM5、ZSM11和MCM41等。成孔物质的量为钛沸石粉末的量的5%～35%，硅粘结剂的量为钛沸石粉末的量的5%～20%。当氯丙烯、甲醇、35%H2O2水溶液三者摩尔比为2∶156∶1，催化剂用量又占反应介质总量2%时，在25℃下反应25h，H2O2中国科学院成都化学研究所采用气固同晶取代法制备的TiZSM5催化剂，进行了氯丙烯/H2O2的环氧化研究。当氯丙烯/H2O2摩尔比为3或189，甲醇/氯丙烯体积比为25～4，在50℃收率可达100%。1.2环氧氯丙烷的市场需求状况目前，世界环氧氯丙烷的总消费量约为120万吨/年，产品主要用于生产环氧树脂、合成甘油、氯醇橡胶以及缩水甘油醚等，其中环氧树脂的消费量约占消费量的75%。环氧氯丙烷主要出口国为日本和美国，主要进口车为亚洲和东欧，预计今后几年环氧氯丙烷的需求量将以年均约5%~6%的速度增长。环氧树脂是环氧氯丙烷最大的下游消费产品，其主要消费领域包括：涂料、复合材料、电子电器、胶粘剂。2000年涂料领域消耗环氧树脂约为6.2万吨。随着市场需求不断增加，尤其是汽车工业快速发展，对环氧树脂涂料需求增长较快，预计2005年涂料领域消费环氧树脂约为10万吨。2000年复合材料领域消耗环氧树脂约为4.8万吨。该领域亦是我国进口环氧树脂的主要领域，随着我国西部大开发战略的实施，大规模基础设施投入建设，将使复合材料有较大的需求增长。预计2005年我国复合材料领域消耗环氧树脂将达8.5万吨。2000年我国电子电气行业消耗环氧树脂约为1.5万吨，预计2005年将需求环氧树脂2.5万吨。2000年胶粘剂行业消耗环氧树脂约为0.4万吨。随着我国人民生活水平的不断提高，城市住宅建设将进一步加快，对环氧树脂胶粘剂需求将高速增加，预计2005年将消耗环氧树脂1.0万吨。其它领域消耗环氧树脂0.1万吨，预计2005年为0.3万吨左右。因此，我国2005年将消耗环氧树脂22.3万吨，仅环氧树脂一项就消耗环氧氯丙烷15万吨以上。另外，我国合成甘油和氯醇橡胶需求增长也较快，目前国内均不能满足需求，需进口相当数量。据有关资料预计，合成甘油和氯醇橡胶在2005年将消耗环氧氯丙烷4万吨左右。其它如缩水甘油醚、纸张增湿添加剂、阻燃剂、离子交换树脂、表面活性剂等2005年将消耗环氧氯丙烷1.0万吨。2005年我国环氧氯丙烷的需求量将达到20余万吨。基于我国目前生产能力，我国环氧氯丙烷将处于严重供不应求局面，因此大力发展我国环氧氯丙烷非常迫切。二、工艺叙述2.1环氧氯丙烷(ECH)的性质2.1.1ECH的物理性质环氧氯丙烷的英文名称：3-Chloro-1,2-epoxypropane；Epichlorohydrin等。英文简称：ECH。分子式：C3H5ClO；CH2OCHCH2Cl。外观与性状为无色油状液体，有氯仿刺激气味。分子量：92.52，蒸汽压1.8kPa/20℃，闪点：34℃，熔点：-25.6℃，沸点：117.9℃，溶解性为微溶于水，可混溶于醇、醚、四氯化碳、苯。密度：相对密度(水=1)1.18(20℃)；相对密度(空气=1)3.29，稳定性较好但有毒，危险标记：14(有毒品)。主要用途用于制环氧树脂，也是一种含氧物质的稳定剂和化学中间体。挥发性高，不稳定液体。像氯仿臭，可与大部分有机溶剂混合，稍溶于水。2.1.2ECH的化学性质环氧氯丙烷能微溶于水,它与多种有机溶剂混溶，可与多种有机液体形成共沸物。

环氧氯丙烷也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、抗冲击强度高以及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、化工染料和水处理剂等。2.2生产方法的评述及选择工业上环氧氯丙烷的生产方法主要有丙烯高温氯化法和醋酸丙烯酯法。根据厂址的实际情况和生产环境及条件可以选择不同的方法，但是各有利弊，视实际情况而定。2.2.1丙烯高温氯化法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该方法进行生产。其工艺过程主要包括丙烯高温氯化制取氯丙烯，氯丙烯次氯酸化合成二氯丙醇，二氯丙醇皂化合成环氧氯丙烷三个反应单元。本次设计的主要内容是合成氯丙烯工段，对其进行相应的物料、热量计算和设备的选择。2.2.2醋酸丙烯酯法其工艺过程主要包括合成醋酸丙烯酯，醋酸丙烯酯水解成烯丙醇，合成二氯丙醇以及二氯丙醇皂化生成环氧氯丙烷4个反应单元。2.2.3生产方法的评述及选择与传统的丙烯高温氯化法相比较，醋酸丙烯酯法具有以下优点：（1）避免了高温氯化反应，反应条件温和，易于控制，不结焦、操作稳定，丙烯、氢氧化钙和氯气的用量大大减少，反应副产物和含氯化钙废水的排放量也大大减少。（2）开发了丙烯醇的氯化加成反应系统，成功地将氧引入环氧化物中，首次实现了由氧氧化代替氯氧化的技术，减少了醚化副反应，提高了系统的收率。（3）工艺过程无副产盐酸产生。（4）可以较容易获得目前技术还不能得到的高纯度烯丙醇。主要缺点是工艺流程长，催化剂寿命短，投资费用相对较高。丙烯高温氯化法有着悠久的应用历史以及丰富的实际生产经验，就现在的情况来看，我国对传统生产方法的应用比较多。丙烯高温氯化法和醋酸丙烯酯法各有优缺点，根据实际情况以及生产需求，本设计采用丙烯高温氯化法。2.3环氧氯丙烷的生产原理及流程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4～5:1混合进入高温氯化反应器，短时间(约3s)内进行反应，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+1/2Ca（OH）2→ClCH2CHClCH2OH+ClCH2CHOHCH2Cl+1/2Ca（OH）2→丙烯高温氯化法的特点是生产过程灵活，工艺成熟，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。2.4工艺流程图2.4.1氯丙烯工段工艺流程图旋风分离器旋风分离器粗氯化物贮罐2粗氯化物贮罐1塔前换热器大换热器丙烯贮罐精馏一塔丙烯分配台冷蒸塔套管换热器压缩机氯化换热器精馏二塔水洗塔碱洗塔干燥器立式丙烯贮罐卧式丙烯贮罐冷凝器电感炉氯化反应器氯丙烯DD混合剂氯气图2-1高温氯化法合成氯丙烯工艺流程图2.4.2氯丙烯工段AspenPlus模型流程图本设计应用AspenPlus计算软件进行计算，模拟流程图见下：图2-2氯丙烯工段AspenPlus模型流程图2.5设备模型说明表表2.1设备名称模型参数反应器R001BRstoic入口温度339℃出口温度500℃冷蒸塔T101Radfrac入口温度-10℃压力0.22出口温度58℃精馏一塔B1DSTWU回流比40冷凝器压力0.15MPa再沸器压力0.17MPa轻关键组分2-a回收度0.99重关键组分AC回收度0.05精馏二塔B12DSTWU回流比2冷凝器压力0.16MPa再沸器压力0.23MPa轻关键组分AC回收度0.97重关键组分1,2-Da回收度0.005混合器B5Mixer混合器R001AMixer换热器H003AHeater温度-10℃压力温度-10℃压力0.27换热器H004Heater温度20℃压力温度20℃压力0.26换热器H005A1Heater温度230℃压力温度230℃压力0.27换热器H005A2Heater温度350℃压力温度350℃压力0.275换热器H006AHeater温度360℃压力温度360℃压力0.28换热器H006BHeater温度427℃压力0.温度427℃换热器H005BHeater温度250℃压力温度250℃换热器H003BHeater温度100℃压力温度100℃换热器H007Heater温度-10℃压力温度-10℃换热器B4Heater温度25℃压力温度25℃换热器B9Heater温度25℃压力温度25℃泵B7Pump压力0.06MPa压力0.06MPa泵B8Pump压力0.07MPa压力0.07MPa三.物料衡算和热量衡算3.1物料衡算3.1.1设计任务：年产3600吨环氧氯丙烷工段工艺设计设计依据：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/1kg环氧氯丙烷3． 各段收率：氯化75%,氯精98%,环化64%,总收率47.8%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0.5%5． 中间产品规格：3-氯丙烯（AC）≥98%(mol%)6． 原料配比：氯气:丙烯=1:5(mol)（管式反应器）7． 氯化反应方程式及粗氯化物（反应产物中除C3=,HCl,N2外）组成хi(mol)：1) CH2=CH-CH3+Cl2→CH3CCl=CH2+HCl4.1%2) CH2=CH-CH3+HCl→CH3CHCl-CH30.6%3) CH3-CH2-CH3+Cl2→CH3CHCl-CH3+HCl2.0%4) CH2=CH-CH3+Cl2→CH2=CH-CH2Cl+HCl79.9%5) CH2=CH-CH3+Cl2→CH3-CHCl-CH2Cl7.6%6) CH2=CH-CH3+2Cl2→CH2Cl-CH=CHCl+2HCl5.8%(忽略C3=在Cl2中燃烧)进料Cl2和C30全部反应掉（α=100%）本次设计使用的是AspenPlus软件的简单模型来计算相关的衡算过程，通过模拟实际，绘画出流程图，进而使用模型进行设定和试运行，最终使用最优结果作为下一步设计的材料来完成本次设计。3.1.3氯丙烯工段工艺计算该工段的物料衡算结果是由AspenPlus软件模型计算得出，因此一下列出的为该工段的各部分物料衡算表。3.1.4管式反应器物料衡算⑴液氯进料量：W液氯=（3600×103/7200）×1.6=800kg液氯混合物的平均分子量：M平=71×0.995+28×0.005=70.785G液氯=W液氯/70.785=11.302kmol/h其中:g氯气=G液氯×0.995=11.302×0.995=11.245kmol/hg氮气=G液氯×0.005=11.302×0.005=0.05651kmol/hG丙烯=5×g氯气=5×11.245=56.225kmol/h⑵粗氯化物的生成量设粗氯化物的生成量为G粗（kmol/h），由反应方程式得：g氯气=G粗（4.1+2.0+79.9+7.6+5.8×2）/100=1.052*G粗所以：G粗=g氯气/1.052=11.245/1.052=10.689kmol/h其中各组分：g粗i=G粗×xig粗2-e=10.689×4.1%=0.4382kmol/hg粗2-a=10.689×2.0%=0.2138kmol/hg粗AC=10.689×79.9%=8.5405kmol/hg粗1,2-Da=10.689×7.6%=0.8124kmol/hg粗1,3-De=10.689×5.8%=0.612kmol/h⑶HCl生成量gHCl=G粗（4.1-0.6+2.0+79.9+0+5.8×2）/100=0.97G粗=10.368kmol/h⑷新鲜丙烯进料量G新=G粗=10.689kmol/h其中：G新=G新×98%=10.689×0.98=10.475kmol/hG丙烷=G新×2%=10.689×0.02=0.21378kmol/hG循环丙烯=G总丙烯﹣G新=56.225-10.689=45.536kmol/h由此计算过程，及aspenplus应用软件可以列出如下数据表：表3.1反应器物料衡算结果表组分分子量进料出料kmol/hmol%kg/hWt%kmol/hmol%kg/hWt%N228.0100000.05630.084%1.57700.05%HCl36.46000010.394815.52%378.994411.94%C3=42.0875.223199.7%3165.388097.9%45.93468.58%1932.9023760.88%C3044.100.213780.3%9.42772.1%1.46×10400.00650Cl270.910000000.000002-e76.5300000.43690.65%33.43601.05%2-a78.5400000.21290.32%16.72170.53%AC76.5300008.509212.71%651.209120.52%1,2-Da112.9900000.80891.21%91.39762.88%1,3-De110.9900000.61790.92%68.58072.16%∑75.4369100%3174.8157100%66.9721100%3174.8189100%3.1.5塔前换热器物料衡算表3.2塔前换热器物料平衡表组分分子量进料出料气体A出料液体Bkmol/hkmol/hmol%kg/hWt%kmol/hmol%kg/hWt%N228.010.05630.05630.10%1.57700.06%0000HCl36.4610.394810.394818.66%378.994415.39%0000C3=70.9145.93437.963868.15%1482.025160.19%7.970270.75%450.862763.28%2-e76.530.43690.35650.64%27.28291.11%0.08040.71%6.15300.86%2-a78.540.21290.16150.29%12.68420.51%0.05140.46%4.03700.57%AC76.538.50925.648610.14%432.287317.56%2.860825.40%218.937030.73%1,2-Da112.990.80890.68521.23%77.42073.14%0.12371.10%13.97692.0%1,3-De110.990.61790.45120.81%50.07872.03%0.16671.48%18.50202.6%Σ66.972155.7063100%2462.3503100%11.2658100%712.4686100%3.1.6冷凝蒸出塔物料衡算表3.3冷凝蒸出塔物料衡算结果表组分进料出料塔顶塔釜kmol/hkmol/hmol%kg/hWt%kmol/hmol%kg/hWt%N20.05630.05630.01%1.5770.02%0000HCl10.394810.394811.87%378.99445.87%0000C3=138．886874.083984.66%5253.289381.34%00002-e0.43690.42490.5%32.51760.5%0.01200.16%0.91840.15%2-a0.21290.09720.1%7.63410.1%0.11571.52%9.08711.44%AC8.50922.42362.77%785.478112.17%6.085979.98%465.7573.66%12-Da0.808900000.787810.35%89.013514.08%13-De0.617900000.60838.0%67.515210.67%Σ159．923787.5113100%6459.4905100%7.6097100%632.2842100%3.1.7氯精一塔物料衡算表3.4氯精一塔物料衡算结果表组分i进料塔顶塔底F(kmol/h)zimol%Dikmol/hXD,imol%Wikmol/hXw,imol%C3=0000002-e0.01200.16%0.01202.79%002-a0.11571.52%0.114526.58%0.00120.16%AC6.085979.98%0.304370.63%5.781680.53%12-Da0.787810.35%000.787810.97%13-De0.60838.0%000.60848.40%∑7.6097100%0.4308100%7.179100%3.1.8氯精二塔物料衡算表3.5氯精二塔物料衡算表组分i进料塔顶塔底F(kmol/h)zimol%Dikmol/hXD,imol%Wikmol/hXw,imol%2-a0.00120.16%0.00120.02%00AC5.781680.53%5.608199.90%0.173411.08%12-Da0.787810.97%0.00390.07%0.783950.09%13-De0.60848.40%0.00070.01%0.607738.83%∑7.179100%5.6139100%1.565100%3.1.9物料衡算总表（见附录1）3.2热量衡算由Aspenplus运算得出热量衡算结果一览表3.2.1反应器热量衡算图3-1反应器结果图3.2.2塔前换热器热量衡算图3-2塔前换热器结果图3.2.3冷凝蒸出塔热量衡算图3-3冷凝蒸出塔结果图3.2.4氯精一塔热量衡算图3-4氯精一塔结果图3.2.5氯精二塔热量衡算图3-5氯精二塔结果图四、设备计算4.1管式反应器设备计算4.1.1操作条件1)反应器操作压力0.4～0.8atm(表压)。P2=1.8atm=18000kg/m22)丙烯入口压力大于反应器压力0.3～0.6atm(表压)。P3=2.3atm=23000kg/m23)氯气入口压力大于丙烯压力0.3～0.6atm(表压)。P1=3.3atm=33000kg/m24.1.2混合气计算（1）喷嘴气速进口比容：=0P0T1/P1T0（5.1）=81.3599081/795.979989=0.1022所以：（5.2）=191.3292m/s其中：P1–进口压力，kg/m2；P2–反应器压力,kg/m2；（调整P1，使W在190和200之间）(2)喷嘴面积G=11.302kom/h=800kg/h=0.2222kg/s=0.000184m其中：G–进口气体流量，kg/h-kg/s;P1–进口压力，kg/m2；P2–反映器压力,kg/m2；则，F1=0.000184m0.015306m圆整喷嘴直径为20mm选型：不锈耐酸钢。壁厚为10mm则外径为40mm4.1.3喉管尺寸计算丙烯热熔计算=111.1809kJ/mol其中：a=21.172b=0.063106c=0.00029197d=-3.2708E-07e=9.973E-11T=633.15K总丙烯、丙烷流量为56.225kmol/h则体积流量为=1346.263m3/h总质量流量为2361.45Kg/h，即0.6560㎏/s丙烯喷嘴气速比容：=0.316×633.15/273.15/2.31=0.3171所以：=186.4302m/s则，W2=182.6406m/s（大于150m/s，小于氯气流量）丙烯喷嘴面积G=56.225kom/h=2361.45kg/h=0.6560kg/s=0.001169m则环隙面积为F2=0.001169㎡内径平方为di2=4F2/3.14=0.001489㎡并且，（6.5）则，=0.044244m圆整为45mm4.1.4反应器的长与内径进入反应器总流量：=67470mol/h=2409.42m³=0.669278m³其中：由以下方程式可得：则，d=0.3493m壁厚10mm圆整为0.4mL=6.9866m壁厚20mm圆整为8m4.1.5安装尺寸的计算(1)喉管长度2D丙外=2×55=110mm=0.11m(2)混合器与反应器连接的锥体角度为30˚故反应器的锥体高度为=[（d反应器内径−d喉管内径）/2]/tg15˚=[（0.4-0.044）/2]tg15˚=0.664m(3)喷嘴锥体角度为32˚其中:W丙烯=12m/sd氯气入口内径=18.8×（v/W）1/2=1.735m故喷嘴锥体高度=[（d进外径−d喷外径）CL2/2]/tg16˚=2.973m(4)丙烯环隙入口锥体角度为32˚其中：W氯气=8m/sd丙烯入口内径=18.8×（v/W）1/2=3.7429m则丙烯环隙入口锥体高度=[（d丙烯入口管内径−d喉管内径）/2]/tg16˚=6.450m表4.1反应器型号表选型材质反应器长/m反应器直径/m管式绝热反应器1Cr－18Ni－9Ti80.44.2氯精一塔设计的主要物性参数（1）计算条件和基础塔顶温度TD=54.52℃进料温度TF=25.14℃塔底出料TW=67.87并且进料为饱和进料。计算过程如下：R=40L=R×D=40×1.7273=69.092kmol/hL'=L+qF=69.092+1×11.24=80.332kmol/hV'=V=(R+1)D=(40+1)×1.7273=70.8193kmol/h表4.2密度与粘度物性常数表组分iAB塔顶lgµ=A/T-A/B塔顶粘度cP进料lgµ=A/T-A/B进料粘度Cp塔底lgµ=A/T-A/B塔底粘度cP密度g/cm³307.69K298.29K339.24K293.15KC3=273.84131.63-1.1900.0650.065-1.162-1.2730.0530.6102-e273.84131.63-1.1900.0650.065-1.162-1.2730.0530.9002-a306.25212.24-0.4480.3570.357-0.416-0.5400.2880.860AC368.27210.61-0.5520.2810.281-0.514-0.6630.2170.94012-Da514.36281.03-0.1590.6940.694-0.106-0.3140.4851.15013-De-0.2940.508-0.2940.508-0.2940.5081.220（2）塔顶条件下的流量和物性参数=74.6464g/mol＝4.9771m3/kg200.9kg/m374.6464×70.8193=5286.41kg/h74.6464×69.092=5157.47kg/h5286.41/4.379=0.3353m3/s0.1539cP同理可得进料条件与塔底条件下的流量和物性参数，列表如下表4.3精馏段衡算表塔顶进料塔底M平均74.646480.761381.86941/ρL4.9776.66633.9159ρL200.9150255.4ρV4.3795.214.935V5286.415719.4595797.9336精馏段L5157.475579.960提留′5824.4556576.733µ0.15390.26850.3312VS0.33530.30490.3263表4.4精馏段和提留段的流量和物性参数表精馏段提馏段ρV4.79455.0725ρL175.45202.7V5502.95255758.6963L5368.7156200.594µ0.21120.2999（3）塔径设计计算由贝恩－霍根关联式可知，填料的泛点气速可由此公式计算：（6.22）式中:-泛点气速，m/s；g-重力加速度，9.81m/s²；-填料总比表面积，㎡/m³；-填料层孔隙率，m³/m³；-气相，液相密度，kg/m³；-液相粘度，mPa﹒s；-液相，气相的质量流量，kg/h；-关联常数。常数A和K与填料的形状及材质有关，本塔选用鲍尔环，查表的A=0.1,K=1.75表4.5填料尺寸表填料名称外径×高×厚（mm）堆积个数（个/m³）堆积密度kg/m³比表面积（㎡/m³）空隙率（%）金属鲍尔环38×38×0.8130003651290.945由以上数据带入得：精馏段=3.024m/s,提留段=2.814m/s取=0.5,则精馏段u=1.512m/s，提留段u=1.407m/s精馏段0.3201m/s提留段0.3156m/s由可得（6.23）精馏段直径为D1=0.5193m，选取壁厚为0.015m，圆整得D1=0.6m提留段直径为D2=0.5345m，选取壁厚为0.015m，圆整得D2=0.6m则，整塔直径为0.6m。（4）塔高计算填料层高度计算由等板高度计算公式可知：（6.24）式中:HETP-等板高度，m；表面张力，mN/m；液相粘度，；h-常数，m；查得h=7.0779m，则代入上式得：精馏段等板高度HETP=0.6273，精馏段填料层高度为Z1=20×0.6273=12.546m提馏段等板高度HETP=0.9126m，提馏段填料层高度为Z2=7×0.9958=6.3882m总填料层高度为Z1+Z2=18.9342m。根据设计经验还应留出一定的安全系数，即=1.2×18.9342=22.7210m选取精馏塔部分高度如下：表4.6精馏塔各部分高度列表单位：mm塔顶塔釜鞍式支座填料层高度塔釜法兰高喷淋高度塔顶接管高度喷夹弯曲半径进料口喷头上方高度120086630022721.020016015090200则，总塔高度为：H＝1200+866+300+22721+200+160+150+90+200＝25887mm=25.89m4.3氯精一塔塔顶冷凝器K=500kcal/m2℃=500×4.188=2094kJ/(m2塔顶温度进料为38.14℃；出料温度选冷却介质为进料温度15℃，出料温度30Tm=11.42=453318.349/2094/38.21=18.84m2(4.26)冷却水质量=453318.349/(15×4.2×103)=7.204.4换热器设备的选型通过查《化工设备选择与工艺设计》手册，选取换热器型号为G400I-16-40，其列表如下：表4.7换热器型号表公称直径/mm公寸压力/MPa传热面积/m2管程数管数/根管长/m4001618/18.8411092.0五、能量利用、安全和环保5.1能量的合理利用在此设计中，我们在反应器后的冷却介质是丙烯，是利用了丙烯的汽化吸热来实现冷却反应物的目的，同时这样也通过了反应物的热来预热丙烯，真是一举两得。这样是非常节能的。同样，在冷凝蒸出塔的顶端我们也采用了喷淋丙烯的方法，使得温度降低。5.2安全和环保一、危险性概述：健康危害：环氧氯丙烷蒸气对呼吸道有强烈刺激性。反复和长时间吸入能引起肺、肝和肾损害。高浓度吸入致中枢神经系统抑制，可致死。蒸气对眼有强烈刺激性，液体可致眼灼伤。皮肤直接接触液体可致灼伤。口服引起肝、肾损害，可致死。慢性中毒：长期少量吸入可出现神经衰弱综合征和周围神经病变。燃爆危险：本品易燃，有毒，具强刺激性。二、急救措施：皮肤接触：立即脱去污染的衣着，用大量流动清水冲洗至少15分钟。就医。眼睛接触：立即提起眼睑，用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。就医。吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处保持呼吸道通畅。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。食入：饮足量温水，催吐。洗胃，导泄。就医。三、消防措施：危险特性：其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。遇明火、高温能引起分解爆炸和燃烧。若遇高热可发生剧烈分解，引起容器破裂或爆炸事故。有害燃烧产物：一氧化碳、二氧化碳、氯化氢。灭火方法：消防人员必须佩戴过滤式防毒面具(全面罩)在上风向灭火。尽可能将容器从火场移至空旷处。喷水保持火场容器冷却，直至灭火结束。处在火场中的容器若已变色或从安全泄压装置中产生声音，必须马上撤离。灭火剂：雾状水、泡沫、干粉、二氧化碳、砂土。四、泄漏应急处理：应急处理：迅速撤离泄漏污染区人员至安全区，并进行隔离，严格限制出入。切断火源。穿防毒服。尽可能切断泄漏源。防止流入下水道、排洪沟等限制性空间。小量泄漏：用砂土、蛭石或其它惰性材料吸收。大量泄漏：构筑围堤或挖坑收容。用泵转移至槽车或专用收集器内，回收或运至废物处理场所处置。五、接触控制/个体防护：最高容许浓度：中国MAC(mg/m3)：1[皮]前苏联MAC(mg/m3)：1TLVTN工程控制：密闭操作，全面排风。呼吸系统防护：空气中浓度超标时，必须佩戴自吸过滤式防毒面具（全面罩）。眼睛防护：呼吸系统防护中已作防护。身体防护：穿连衣式胶布防毒衣。手防护：戴橡胶耐油手套。其他防护：工作完毕，淋浴更衣。保持良好的卫生习惯。防止皮肤和粘膜的损害。参考文献[1]黄仲九,房鼎业.化学工艺学[M].北京:高等教育出版社,2004.352.[2]国内外石油化工快报[J].2005,35(1):29～30[3]袁一.化学工程师手册[M].北京,机械工业出版社,2001.45.[4]环氧氯丙烷生产现状和技术进展[EB/OL].中国石油机械网,20040730[5]崔吉宏.我国环氧氯丙烷发展建议[EB/OL].慧聪网化工行业,2005711[6]杜泽学,张永强,闵恩泽.一种环氧氯丙烷的生产方法[P].CN1534030A,2004[7]李凤,崔丽娜.环氧氯丙烷生产技术及进展[J].巴陵石化科技,2005,(2):55～57[8]张君，高灿柱．环氧氯丙烷生产中的绿色化学1

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