【一氯甲烷生产工艺计算说明4300字（论文）】

一氯甲烷生产工艺计算说明目录TOC\o"1-3"\h\u17572一氯甲烷生产工艺计算说明 123765第4章物料衡算工艺部分 1281044.1物料衡算的参考量 26484.2一氯甲烷的产量 2125234.3甲醇的消耗量 2219014.4HCl的消耗量 3141354.5H2O的生成量 3181074.6反应器的物料表 3207584.7甲醇汽化器 3174084.8甲醇过热器 4161954.9氯化氢过热器 429602第5章热量衡算工艺部分 5157425.1甲醇汽化器 5242405.1.1Q热计算 591495.1.2Q冷计算 5112305.2甲醇过热器 6230585.3HCl过热器 7221131）P=324.5K，T=383.15K时 8319052）P=0.2Mpa，T=383.15K 8267595.4氢氯化反应器 8144225.5冷凝器 916405第6章工艺设计计算部分 10282226.1甲醇汽化器 10211866.1.1传热温差△tm 11232126.1.2选型 11233556.2甲醇过热器 1198796.2.1传热温差△tm 11234466.2.2选型 12155716.3HCl过热器 1220846.3.1传热温度△tm 12189546.3.2选型 1215316.4氢氧化反应器 13178376.4.1传热温度△tm 136946.4.2选型 1349116.5冷凝器 1359406.5.1传热温度△tm 1416056.5.2选型 14第4章物料衡算工艺部分4.1物料衡算的参考量1、以每年运行330天为基础，计算年产4万吨一氯甲烷。2、原料甲醇的总转化率为：CH3OH：97.7%；H2O：2.3%。3、供给比例：甲醇和HCl的配比为1：1.1，时空产率为820Kg/m3·h。4、产生的二甲醚含量小于1%。不考虑二甲醚的存在。5、进料的HCl气体中水含量非常低，被认为是无水HCl气体。4.2一氯甲烷的产量设备正常运行时间：330天*24h=7920h一氯甲烷的分子量：50.5kg/mol一氯甲烷的产量：40000/7920=5.0505t/h=5050.5kg/h；5050.5/50.5=100.01mol/h4.3甲醇的消耗量 CH3OH+HCl→CH3Cl+H2O由于产生的一氯甲烷量为100.01mol/h，CH3OH的转化率为97.7%，H2O的转化率为2.3%，因此不考虑水的量，甲醇的消耗量也为100.01mol/h。甲醇的总消耗量：100.01/97.7%=102.36mol/h甲醇的分子量：32kg/mol甲醇的消耗量：102.36*32*7920=25,942,118.4kg=25942.12t4.4HCl的消耗量CH3OH+HCl→CH3Cl+H2O由于供给比例为1：1.1，因此甲醇的总消耗量为102.36mol/h，氯化氢的分子量为36.5kg/mol，氯化氢的总消耗量为102.36*1.1=112.60mol/h，消耗的氯化氢量为112.60*36.5*7920=32,550,408kg=32550.41t。根据反应公式，氯化氢的消耗量为100.01mol/h，换句话说，氯化氢的总转化率为100.01/112.60=88.82％。4.5H2O的生成量CH3OH+HCl→CH3Cl+H2O根据反应公式，产生的水蒸气量为100.01mol/h，而H2O的分子量为18kg/mol，因此产生的H2O量为100.01*18*7920=14,257,425.6kg=14,257.43t。4.6反应器的物料表表3合成一氯甲烷反应器的物料表反应器进口反应器出口组分摩尔流量摩尔组成质量流量质量组成摩尔流量摩尔组成质量流量质量组成CH3OH102.3647.63,275.5244.42.351.175.201.1HCl112.6052.44,109.9055.612.595.9459.546.2CH3Cl0000100.0146.55050.5068.4H2O0000100.0146.51800.1824.3总计214.961007385.42100214.961007385.421004.7甲醇汽化器进料：T=20℃P=0.2MPaCH3OH：102.36mol/h水蒸气温度：T=150℃出料：T=100℃P=0.2MpaCH3OH：50.69mol/h水蒸气温度：T=120℃甲醇供应量（l）：102.36mol/h甲醇输出量（g）：102.36mol/h4.8甲醇过热器进料：T=100℃P=0.2MpaCH3OH：102.36mol/h导热油：T=250℃出料：T=200℃P=0.2MpaCH3OH：102.36mol/h导热油温度：T=245℃甲醇供应量（g）：102.36mol/h甲醇输出量（g）：102.36mol/h4.9氯化氢过热器进料：T=20℃P=0.2MpaHCl：112.60mol/h导热油温度：250℃出料：T=200℃P=0.2MpaHCl：112.60mol/h导热油温度：245℃氯化氢供应量：112.60mol/h氯化氢输出量：112.60mol/h第5章热量衡算工艺部分5.1甲醇汽化器进料：T=20℃P=0.2Mpa液态甲醇：102.36mol/h水蒸气温度：150℃出料：T=100℃P=0.2Mpa气态甲醇：102.36mol/h水蒸气温度：120℃热平衡方程式：Q热=Q冷热负荷Q=Q热=Q冷Q=Whcph（T1-T2）=Wccpc（t2-t1）式中，cp——流体的平均比热容，kJ/（kg·℃）t——冷流体的温度，℃T——热流体的温度，℃5.1.1Q热计算参见水和水蒸汽表：P=0.2Mpa，水蒸气温度：150℃，焓h1=2750.7kJ/kg。P=0.2Mpa，水的温度：120℃，焓h2=503.67kJ/kg。5.1.2Q冷计算Q冷=nCH3OH·Cplm（tb-t1）+nCH3OH·△Hv（t’b）+nCH3OH·Cpgm(100-t’b)在该方程式中t’b——甲醇在0.2Mpa下的沸点，△Hv（t’b）——在t’b沸点下的摩尔蒸发焓。计算Cp’m：甲醇查找表：Cp’m=-258.25+3358.2×10-3T-11638.8×10-6T+14051.6×10-9T3通过查阅表格，得0.1MPa下甲醇tb=338.2K，△Hv（tb）=1167kJ/kg=1166×31=36142J/mol0.2MPa下甲醇t’b=84℃=357.2K，由于△Hv随温度变化不大，故△Hv（t’b）为37344J/mol·k。因此定性温度为（t’b+20）/2+273.15（K）=（84+20）/2+273.15=52℃+273.15=324.15K。当t=352.15K时，甲醇的液体比热容Cplm=-258.25+3358.2×10-3×325.15-11638.8×10-6×（325.15）2+14051.6×10-9×（325.15）3=86.3Cpgm的计算，查CH3OH在气态下的热容项式：Cpgm=18.4+101.57×10-3T。1)先求P=0.1MPa时，Cp0m=18.4+101.57×10-3×373.15-26.68×10-6×373.152=52.58J/mol·kk。2)求P=0.2MPa，T=373.15K时的比热容△Cpm校正：Tr=T/Tc=373.15/513.15=0.73Pr=P/Pc=0.2/7.95=0.025查热容校正图得△Cpm=3.2J/mol·k，故当P=0.2MPa，T=100℃时，甲醇气体真实热容Cpgm=Cp0m+△Cpm=58.58+3.2=61.78J/mol·kQ冷=nCH3OH·Cplm（tb-t1）+nCH3OH·△Hv（t’b）+nCH3OH·Cpgm(100-t’b)=50.69×86.3×（84-20）+50.69×37344+50.69×61.78×（100-84）=2.21×106KJ/h3)蒸汽用量由于Q热=Q冷Q热=G蒸汽（h2-h1）=G蒸汽（2768.8-504.7）=G蒸汽×2264.1所以G蒸汽=Q冷/（h2-h1）=2.21×106/2264=980.6kg/h4)热负荷Q=Q冷=2.21×106kJ/h5.2甲醇过热器进料：T=100℃P=0.2MpaCH3OH：102.36mol/h导热油：T=250℃出料：T=200℃P=0.2MpaCH3OH：102.36mol/h导热油温度：T=245℃计算条件：甲醇供给量（g）：102.36mol/h甲醇输出量（g）：102.36mol/hT=100℃，P=0.2Mpa，导热油：T=250℃T=200℃，P=0.2Mpa，导热油温度：T=245℃热平衡方程式：热负荷Q=Q热=Q冷Q冷=nCpgm（T2-T1）=nCpgm（200-100）根据相关公式和数据提供，得Cp0m=56.60J/mol·kCpgm=Cp0m+△Cpm=56.60+2.2=58.80J/mol·kQ=Q冷=102.36×Cpgm（200-100）=6.02×105kJ/h导热油的用量：温度降低5℃，Cp250℃=2.03kJ/kg·kW=Q/Cp△t=6.02×105/2.03×5=5.93×104kg/h5.3HCl过热器进料：T=20℃P=0.2MpaHCl：112.60mol/h导热油温度：250℃出料：T=20℃P=0.2MpaHCl：112.60mol/h导热油温度：245℃氯化氢供给量：112.60mol/h氯化氢输出量：112.60mol/h热平衡方程式：热负荷Q=Q热=Q冷（不考虑过程中的损失）计算过程：气体升温时所需的热量Q冷=nHCl·Cp’m（200-20）HCl的比热容Cp’m=26.5+4.6×0.001T+1.1×100000/T2临界Tc=324.5K，pc=8.26Mpa1）P=324.5K，T=383.15K时Cpm=29.01J/mol·k2）P=0.2Mpa，T=383.15KTr=T/Tc=383.15/324.5=1.18Pr=p/pc=0.2/8.26=0.024作差得△Cpm=0.32J/mol·k，所以当P=0.2Mpa，T=110℃时HCl=真实气体热熔Cpgm=△Cpm+Cp0m=29.01+0.32=29.33J/mol·kQ热负荷=Q冷=112.60×Cpgm（200-20）=112.60×29.33×100=3.30×105kJ/h导热油的热量参数：Cp250℃=2.03kJ/kg·k导热油用量：W=Q/Cp△t=3.30×105/2.03×5=3.25×104kg/h5.4氢氯化反应器进料：CH3OH：102.36mol/h，T=200℃，P=0.2MpaHCl：112.60mol/h，T=200℃，P=0.2Mpa导热油：T=250℃出料：T=300℃，P=0.2Mpa，CH3OH：2.35mol/h，HCl：12.59mol/h，CH3Cl：100.01mol/h，H2O：100.01mol/h热平衡方程式∑Q气体+Q导热油+∑Qr=∑Q出气体+Q导热油出+∑Q热损失∑Q热损失可忽略不计∑Q入气体-∑Q出气体+∑Qr=Q导热油出-Q导热油进计算过程：查气体热导校正图得△Cpm=0.62J/mol·kCpgm=Cp0m+△Cpm=50.83+0.62=51.45J/mol·k当P=0.1MPa，T=273.15+（25+300）/2=435.65K时，Cp0m=26.5+4.6×10-3×435.65+1.1×105/435.65×10.03=53.68J/mol·k。查气体热导校正图可得△Cpm=0.28J/mol·kCpgm=Cp0m+△Cpm=53.69+0.28=53.97J/mol·k当P=0.1MPa，T=273.15+（25+300）/2=435.65K时，Cp0m=29.16+14.49×10-3×435.65+2.02×10-6×435.642=35.76J/mol·k。Cpgm=Cp0m+△Cpm=35.86+1.8=37.66J/mol·k，所以∑rJCpmJ=（Cpgm，CH3Cl+Cpgm，H2O）-（Cpgm，CH3OH+Cpgm，HCl）=（51.45+37.66）-（59.88+53.97）=-27.74J/mol·k△Hr=△HrQ+（△H2-△H1）=-30.22+（-27.74）×275=-7.658×103kJ/molRCH3Cl为一氯甲烷的生成进率，为49.51mol/h。由于生成CH3OCH3副反应物可以忽略不计，所以∑Qr=Qr=-49.51×(-7.658×103)=-3.79×105kJ/h∑Q入=（nCH3OH+CpgCH3OH+nHClCpgHCl）·(200-25)=(50.69×64.93+55.76×29.44)×175=8.54×105kJ/h∑Q气出Cp0mCH3OH=18.40+101.56×10-3×（300+273.15）-26.88×10-6×（273.15+300）=67.83J/mol·kCpgmCH3OH=67.54+0.26=68.1J/mol·kCpgHCl=26.5+4.6×10-3×573.15+1.1×105/573.152+△Cpm=29.17+0.12=29.29J/mol·kCpgCH3Cl（g）=14.90+96.224×10-3×573.16-31.56×10-6×573.152+△Cpm=59.68J/mol·kCpgH2O(g)=29.16+14.49×10-3×573.15+2.11×106×563.142+△Cpm=38.12J/mol·k∑Q出=（n’CH3OHCpgCH3OH+n’HClCpHCl+n’CH3ClCpCH3Cl)=(2.35×68.1+12.59×29.3+100.01×59.68+100.01×38.13)×275=2.84×106kJ/hQ的热负荷=∑Qr+∑Q入-∑Q出=7.68×105+8.63×105-1.40×106kJ/h=2.31×105kJ/h该能量由导热油带来，选用导热油温度250℃，导热油温度降5℃，从手册中查导热油物性参数为Cp250℃=2.03kJ/kg·k则导热油W=Q/Cp△t=2.31×105/2.03×5=2.28×104kg/h5.5冷凝器进料：T=300℃，P=0.2Mpa，循环水T=30℃CH3OH：2.35mol/h，HCl：12.59mol/h，CH3Cl：100.01mol/h，H2O：100.01mol/h出料：T=200℃，P=0.2Mpa，循环水：T=35℃CH3OH：2.35mol/h，HCl：12.59mol/h，CH3Cl：100.01mol/h，H2O：100.01mol/h热平衡方程式：Q吸=Q放Q=Qcw出-Qcw进=W·CpH2O·△tC’pH2O=4.18kJ/kg·K=75.24J/mol·kQ放=∑Q气入-∑Q气出–∑Q液出+∑Q冷凝+∑Q溶解度计算过程：入口气体∑Q气入=反应器∑Q气出=1.40×106kJ/h出口气体∑Q气出HCl=4382.04kJ/hCH3Cl=5.286×104kmol/hCpmCH3Cl=42.7J/mol·k出口液体∑Q出液T=50+273.15CplmCH3OH=85.82J/mol·kCH3Cl=2.35×85.82×25=5041.93kJ/hH2O=100.01×75.24=7524.75kJ/hCH3OH冷凝能量计算=2.35×35.23=82.79kJ/h水蒸气的冷凝能量计算=100.01×40.63=4063.41kJ/h生成溶液中H2O和HCl的摩尔比=100.01/12.59=7.94HCl的溶解热=483.48kJ/molQ放=1.40×106-9.57×104+4146.20+483.48=1.31×106kJ/h第6章工艺设计计算部分6.1甲醇汽化器表4甲醇汽化器设计条件表物质液态甲醇T（20℃）P（0.2Mpa）流量（50.69kmol/h）水蒸气150℃0.2980.6kg/h甲醇气态100℃0.250.69kmol/h冷凝水120℃0.2980.6kg/h6.1.1传热温差△tm热流体：T1：150℃→T2：120℃。冷流体：t1：20℃→t2：100℃。△t1=T1-t1=150-20=130℃，△t2=T2-t2=120-100=20℃。△tm=（△t1-△t2）/(ln△t1/△t2)=（130-20）/(ln130/20)=110/1.87=59℃Tm–tm=（150+120）/2–（100+20）/2=75℃＞50℃因此需要在外壳加补偿圈。6.1.2选型选择具有冷液分离空间的列管式釜式汽化器，工作介质使用甲醇汽化蒸汽在壳程移动，热负荷Q=2.21×106kJ/h，考虑到运行过程中的能量损失，热负荷水平为10%，设计热负荷Q=1.1kJ/h，Q计算=1.1×2.21×106=2.43×106kg/h。传热面积：K估=500Kcal/m3·h·℃传热面积：A=Q设计/K估·△tm=2.43×106/500×4.186×59=19.69m2甲醇汽化器的设计传热面积：A=1.2×19.69=23.63m26.2甲醇过热器进料：CH3OH：102.36mol/h，t：100℃，P=0.2Mpa。导热油：2.94×105kg/h，T=250℃。出料：CH3OH：102.36mol/h，t：200℃，P=0.2Mpa。导热油：2.94×105kg/h，T=245℃。6.2.1传热温差△tm热流体：T1：250℃→T2：245℃冷流体：t2：200℃←t1：100℃△t1=T2-t1=245-100=145℃，△t2=T1–t2=250-200=50℃。△tm=（△t1-△t2）/(ln△t1/△t2)=（145-50）/（ln145/50）=95/1.07=89℃Tm-tm=（250+245）/2-（100+200）/2=97.5℃＞50℃因此需要在外壳加补偿圈。6.2.2选型选择固定管板式列管换热器，甲醇蒸汽走管程，导热油走壳程，热负荷Q=6.02×105kg/h。考虑15%的热负荷，同时考虑了计算误差和过热器实际运行引起的热量损失，设计热负荷Q=1.15kJ/h，Q计算=1.15×6.02×105=6.92×105kg/h。传热面积：K估=60Kcal/m3·h·℃传热面积：A=Q设计/K估·△tm=6.92×105/60×4.186×89=30.96m3考虑20%的传热面积设计程度：A=1.2A=1.2×30.96=37.15m26.3HCl过热器进料：HCl：112.60mol/h，t=20℃，P=0.2Mpa。导热油：2.90×104kg/h，T=250℃。出料：HCl：112.60mol/h，t=200℃，P=0.2Mpa。导热油：2.90×104kg/h，T=245℃。6.3.1传热温度△tm热流体：T1：250℃→T2：245℃冷流体：t2：200℃←t2：20℃△t1=T2-t1=245-20=225℃，△t2=T1-t2=250-200=50℃。△tm=（△t1-△t2）/（ln△t1/△t2）=（225-50）/（ln225/50）=175/1.5=117℃Tm-tm=（250+245）/2-（20+200）/2=137.5℃＞50℃因此需要在外壳加补偿圈。6.3.2选型选择固定式管板换热器，HCl走管程，导热油走壳程，热负荷Q=3.30×105kg/h，考虑到误差和能量损失，取15%的热负荷，设计热负荷Q=1.15kJ/h，Q计算=1.15×3.30×105=3.80×105kg/h。传热面积：K估=60Kcal/m3·h·℃传热面积：A=Q设计/K·△tm=3.80×105/60×4.186×117=12.93m3考虑传热面积设计为20%的程度：A=1.2A=1.2×11.50=15.52m26.4氢氧化反应器CH3OH（g）HCl（g）：t=200℃，P=0.2Mpa，T=250℃。CH3Cl（g）H2O（g）：t=300℃，P=0.2Mpa，T=254℃。进料：CH3OH（g）：102.36mol/h，HCl（g）：112.60mol/h，t=200℃。导热油：2.28×104kg/h，T=250℃，P=0.2Mpa。出料：CH3OH（g）：2.35mol/h，HCl（g）：12.59mol/h。CH3Cl（g）：100.01mol/h，H2O（g）：100.01mol/h，t=300℃。导热油：2.28×104kg/h，T=250℃，P=0.2Mpa。6.4.1传热温度△tm热流体