年產(chǎn)5.5kt二氯甲烷的氯化吸收工藝設(shè)計(jì)[畢業(yè)論文+開(kāi)題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述]

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p><b>　　（二零 屆）</b></p><p>　　年產(chǎn)5.5kt二氯甲烷的氯化吸收工藝設(shè)計(jì) </p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí) 環(huán)境工程

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱(chēng) </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p>

3、<p>　　二氯甲烷是用途廣泛的化工產(chǎn)品，它具有很高的溶解能力、沸點(diǎn)低，不燃和毒性小等特點(diǎn)而廣泛用作溶劑。二氯甲烷生產(chǎn)工藝有多種，本設(shè)計(jì)采用甲烷熱氯化法。盡管二氯甲烷生產(chǎn)工藝成熟，本課題目的是從工程角度對(duì)即將畢業(yè)的本科生進(jìn)行一次全面的綜合訓(xùn)練過(guò)程。本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)產(chǎn)量為年產(chǎn)5.5kt二氯甲烷，另外，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中除二氯甲烷外還有一氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳及鹽酸產(chǎn)生，首先對(duì)甲烷熱氯化反應(yīng)釜、空冷器及膜吸收塔進(jìn)行物料和熱量衡算，

4、其中空冷器只做熱量衡算，然后繪制空冷器和膜吸收塔設(shè)備圖、帶控制節(jié)點(diǎn)的工藝流程圖及廠(chǎng)區(qū)布置圖。</p><p>　　關(guān)鍵詞：二氯甲烷，空冷器，膜式吸收器，物料衡算，熱量衡算</p><p>　　The process design of methylene chloride absorption with a 5.5-ton annual output </p><p&g

5、t;<b>　　Abstract</b></p><p>　　Methylene chloride is a widely used in chemical product, with high solubility, low boiling point, non-combustible and toxic characteristics of small and thus widely u

6、sed as a solvent. While there are a variety of processes for dichloromethane production, this design uses thermal chlorination of methane. Despite a mature methylene chloride production process, the purpose of this proje

7、ct is a whole training process from the engineering point of graduating undergraduates on a full and comprehensive</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要Ⅰ</b></p>&

8、lt;p>　　AbstractⅡ</p><p><b>　　1 總論1</b></p><p>　　1.1 產(chǎn)品的物理性質(zhì)1</p><p>　　1.2 產(chǎn)品的化學(xué)性質(zhì)1</p><p>　　1.2.1二氯甲烷1</p><p>　　1.2.2三氯甲烷2<

9、/p><p>　　1.3質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)4</p><p>　　1.4產(chǎn)品的主要用途4</p><p>　　1.4.1二氯甲烷4</p><p>　　1.4.2三氯甲烷5</p><p>　　1.5產(chǎn)品的市場(chǎng)需求5</p><p>　　1.5.1二氯甲烷5</p>&l

10、t;p>　　1.5.2三氯甲烷7</p><p>　　1.5.3其他7</p><p>　　1.6原材料的規(guī)格、來(lái)源及凈化8</p><p>　　2 生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述9</p><p>　　2.1二、三氯甲烷的生產(chǎn)原理及生產(chǎn)方法9</p><p>　　2.2二、三氯甲烷的生產(chǎn)方法及特點(diǎn)11&

11、lt;/p><p>　　2.2.1（甲烷）天然氣熱氯化法11</p><p>　　2.2.2氯甲烷氯化法12</p><p>　　2.3生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述12</p><p>　　2.3.1甲烷綜合氯化物流程12</p><p>　　2.3.2二氯甲烷生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖14</p><p

12、>　　3 物料衡算和熱量衡算16</p><p>　　3.1設(shè)計(jì)目標(biāo)16</p><p>　　3.2甲烷氯化反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算16</p><p>　　3.2.1反應(yīng)器的物料衡算16</p><p>　　3.2.2空冷器的熱量衡算22</p><p>　　3.3模式吸收器的物料衡算和熱

13、量衡算24</p><p>　　3.3.1第一膜式吸收器25</p><p>　　3.3.2第二膜式吸收器29</p><p>　　3.3.3物料綜合表29</p><p>　　3.3.4主要設(shè)備一覽表29</p><p><b>　　管路設(shè)計(jì)34</b></p>

14、<p><b>　　設(shè)計(jì)評(píng)述35</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p>　　1 總論[網(wǎng)上資料]</p><p>　　1.1 產(chǎn)品的物理性質(zhì)[2-6][11-14]</p><p>　　二，三氯甲烷都是無(wú)色透明不分層液體，在氧氣中易爆炸，其具體

15、物理性質(zhì)如下表： </p><p><b>　　表1—1</b></p><p>　　1.2 產(chǎn)品的化學(xué)性質(zhì)</p><p>　　1.2.1 二氯甲烷[1-9]</p><p>　　二氯甲烷在四種甲烷氯化物中對(duì)熱分解和水解的穩(wěn)定性?xún)H次于一氯甲烷。在干燥空氣中最低的熱解溫度是120OC，熱解溫度隨水含量增加而降低，熱解

16、主要生成氯化氫和微量光氣。在300—450oC，有鐵和金屬氯化物存在時(shí)，在氣相中二氯甲烷有焦化傾向，會(huì)生成黑色的固體聚合物。二氯甲烷進(jìn)一步氯化得到三氯甲烷和四氯化碳外，還具有下面一些化學(xué)性質(zhì)。</p><p>　　氧化銅觸媒存在下，與空氣作用生成光氣</p><p><b>　　觸媒</b></p><p>　　CH2Cl2+O2

17、 COCl2+H2O</p><p><b>　　450OC</b></p><p>　　在一定條件下與水蒸氣作用生成甲醇、甲酸和氯化氫 </p><p>　　2CH2Cl2+3H2O(汽 ) CH3OH+HCOOH+4HCl</p><p>　　在觸媒存在的條件下，450O

18、C時(shí)與水蒸氣作用生成甲醛</p><p><b>　　硫酸鋅</b></p><p>　　CH2Cl2+H2O(汽) HCHO+2HCl </p><p><b>　　450OC</b></p><p>　?。?）在堿的水溶液中加壓可皂化成甲醛</p><p&

19、gt;　　CH2Cl2+2NaOH HCHO+H2O+2NaCl</p><p>　　鋁的存在下，與溴反應(yīng)生成氯溴甲烷和二溴甲烷</p><p>　　5CH2Cl2+4Br2 2CH2ClBr +3CH2Br2+4Cl2</p><p>　　100~125OC下，與乙醇溶液中的氨反應(yīng)生成六甲撐四胺（即烏洛托品）</p>

20、<p><b>　　乙酸溶液</b></p><p>　　6CH2Cl2+16NH3 (CH2)6N4+12NH4Cl</p><p>　　100~125OC </p><p>　　1.2.2 三氯甲烷[3-6]</p><p>　　三氯甲烷在四種氯化物中最容易水解，水解產(chǎn)物是甲酸

21、和氯化氫。升高溫度會(huì)大大加快水解反應(yīng)，有氯化鐵等金屬氯化物存在回催化水解反應(yīng)。三氯甲烷在290OC以下不會(huì)熱分解，但在四種甲烷氯化物中對(duì)熱的穩(wěn)定性比二氯甲烷差。在室溫下若受長(zhǎng)時(shí)間光照會(huì)慢慢分解，有空氣存在時(shí)即使在暗處也回引起分解，生成光氣、氯化氫、氯氣等。</p><p>　　2CHCl3+O2 2COCl2+2HCl</p><p>　　4CHCl3+5O2

22、4CO2+6Cl2+2H2O</p><p>　　氯仿除可氯化生成四氯化碳外，還具有下面一些化學(xué)性質(zhì)。</p><p>　　與稀堿溶液加熱，生成甲酸鹽和氯化鈉</p><p>　　CHCl3+4NaOH HCOONa+3NaCl+2H2O</p><p>　　濃堿溶液加熱，生成一氧化碳和氯化鈉</p><p

23、>　　CHCl2+3NaOH CO+3NaCl+2H2O</p><p>　　（3） 與赤熱的銅或鈉汞接觸生成乙炔</p><p>　　2CHCl2+3Cu C2H2+3CuCl2</p><p>　?。?）有催化劑存在，與氟化氫反應(yīng)生成氟里昂</p><p>　　CHCl3+HF HCl+C

24、HCl2F(F_11)</p><p>　　CHCl3+2HF 3HCl+CHClF2(F_12)</p><p>　　CHCl3+3HF 3HCl+CHF3(F_13)</p><p>　?。?）三氯甲烷加熱到450OC以上產(chǎn)生熱解，生成四氯乙烯，六氯乙烷，氯化氫和少量其他氯代烴</p><p>　　2CHC

25、l3 C2Cl4+2HCl</p><p>　　CHCl3 C2Cl6+HCl</p><p>　　1.3 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[6]</p><p>　　工業(yè)二氯甲烷產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)（GB4117-92）</p><p><b>　　表1—2</b></p><p>　　工業(yè)三

26、氯甲烷產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)（GB4118-92）</p><p><b>　　表1—3</b></p><p>　　1.4 產(chǎn)品的主要用途</p><p>　　1.4.1 二氯甲烷[1-7][13-18]</p><p>　　二氯甲烷是優(yōu)良的有機(jī)溶劑，具有很高的溶解能力，沸點(diǎn)低，不燃和毒性很低等特點(diǎn)。廣泛用作溶劑，大量

27、二氯甲烷在安全膠片制造中用作醋酸纖維素的溶劑；三醋酸纖維素抽絲的溶劑和雙酚A制造聚碳酸中用作溶劑。二氯甲烷亦用于天然存在的熱敏物質(zhì)的萃取，如除去咖啡、啤酒蛇麻子中的咖啡因；二氯甲烷還用于制藥工業(yè)，在淄族化合物、抗菌素和維生素制造中的溶劑。</p><p>　　二氯甲烷廣泛用作油漆和凡立水的脫膜劑。以二氯甲烷為主要成分的典型油漆脫膜劑可含有石蠟、有機(jī)胺、低級(jí)脂肪酸和醇、丙酮和磺化洗滌劑等。它亦可用于配制快干油漆。對(duì)

28、金屬表面漆層的除去，二氯甲烷蒸汽噴霧是有效的方法。</p><p>　　二氯甲烷與F—12一起，可作為低壓推進(jìn)劑煙霧劑。二氯甲烷亦大量用作聚醚型尿烷泡沫輔助發(fā)泡劑，在尿烷泡沫塑料工業(yè)中，二氯甲烷還用于生產(chǎn)過(guò)程結(jié)束后澆口和管道的立即清洗。</p><p>　　二氯甲烷可作為氣溶膠溶劑包裝。二氯甲烷在工業(yè)清洗操作的應(yīng)用也是很多的。如金屬和塑料加工工業(yè)中用作氣相脫脂劑，尤其適合不耐三氯乙烯和四氯

29、乙烯等其它高溫脫脂溶劑的產(chǎn)品清洗。亦可與石油和其它氯代烴混合在金屬制造工業(yè)中清凈劑。等重量的二氯甲烷、甲苯混合物已推薦用于清洗印刷鉛字。</p><p>　　1.4.2 三氯甲烷[[1-7][13-18]]</p><p>　　三氯甲烷主要用于制造氟里昂（F—22）的原料。三氯甲烷是優(yōu)良的有機(jī)氯溶劑，能迅速溶解脂肪、油脂和蠟，常用于干洗和工業(yè)品的脫脂溶劑的配制。在粘結(jié)劑、食品包裝塑料和樹(shù)

30、脂的調(diào)和中用作溶劑。</p><p>　　三氯甲烷在染料、殺蠕蟲(chóng)藥、殺真菌劑和煙草苗防霉劑生產(chǎn)中用作中間體。</p><p>　　三氯甲烷作為麻醉劑的應(yīng)用已停止，但在一些獸藥品中仍用作麻醉劑。在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用有：青霉素，生物堿，淄族化合物，維生素，調(diào)味品及葡萄糖等的萃取和 提純中用作溶劑。它亦可用于痛軟膏、祛痰劑、牙膏和排除腸胃劑的配制。還可用于配制熏蒸清毒劑。</p>&

31、lt;p>　　1.5 產(chǎn)品的市場(chǎng)需求 </p><p>　　1.5.1 二氯甲烷的市場(chǎng)需求[1-9]</p><p>　　二氯甲烷又稱(chēng)甲叉二氯、氯化次甲基。二氯甲烷主要用作不燃性溶劑，如三乙酸纖維脂電影膠片的溶劑、金屬表面油漆層的清洗脫膜劑、氣溶膠的推動(dòng)劑、石油脫蠟溶劑、熱不穩(wěn)定性物質(zhì)的萃取劑。從羊皮提取羊肢和從椰中提取食用油的萃取劑、也用作低溫載體、礦物油的閃點(diǎn)升高劑、滅火劑、

32、煙霧劑的推進(jìn)劑、脲泡沫的發(fā)泡劑。</p><p>　　目前，我國(guó)二氯甲烷生產(chǎn)廠(chǎng)家主要為巨化集團(tuán)，北京農(nóng)藥二廠(chǎng)，天津大沽化工廠(chǎng)，河南男陽(yáng)化工廠(chǎng)，四川自貢?shū)欪Q化工廠(chǎng)等。1998年我國(guó)二氯甲烷生產(chǎn)能力約為1.8萬(wàn)t。而國(guó)內(nèi)表現(xiàn)消費(fèi)量為5萬(wàn)t。從目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)來(lái)看，二氯甲烷有很大的缺口。從二氯甲烷的國(guó)內(nèi)應(yīng)用前景分析，隨著人民生活水平不斷提高，加之國(guó)產(chǎn)膠卷的不斷發(fā)展，必將推動(dòng)膠片行業(yè)的發(fā)展。1993年我國(guó)進(jìn)口二氯甲烷2243

33、1t，出口131t；1994年進(jìn)口17946t，出口206t；1995年進(jìn)口20718t，出口67t；1996年進(jìn)口25119t，出口294t；1997年進(jìn)口32565t，出口1425t；預(yù)計(jì)2005年消費(fèi)二氯甲烷10萬(wàn)t。</p><p>　　自1995年以來(lái)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)二氯甲烷價(jià)格比較穩(wěn)定，不象其它化工產(chǎn)品經(jīng)歷了大起大落的過(guò)程。1995年1月，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)二氯甲烷價(jià)格為8500---9800元/t；1995年7月，

34、價(jià)格為9500元/t；1996年3月，為8600---9800元/t，與1995年初基本一致。1997年12月為8600元/t；1998年3月為8100---8700元/t，價(jià)格有所下滑，主要是受整個(gè)化工市場(chǎng)行情回落的影響。估計(jì)近期國(guó)內(nèi)市場(chǎng)二氯甲烷價(jià)格不會(huì)有大的波動(dòng)，將以平穩(wěn)為主。</p><p>　　目前，世界二氯甲烷供需基本平衡，但由于產(chǎn)品和國(guó)家地區(qū)之間發(fā)展不平衡，其未來(lái)產(chǎn)量的增減也因地區(qū)而異。由于美國(guó)、西歐

35、、日本相繼出口一些環(huán)保法規(guī)，嚴(yán)格控制排放，盡可能回收，預(yù)計(jì)美國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)消費(fèi)將逐年遞減，而世界的其它國(guó)家和地區(qū)，如東歐、中東、亞洲和拉美等發(fā)展中國(guó)家對(duì)二氯甲烷的需求量將保持較快的增長(zhǎng)速度，預(yù)計(jì)世界范圍內(nèi)2000---2005年對(duì)二氯甲烷的需求量將以2%—3%左右的速度增加。</p><p>　　1.5.2 三氯甲烷的需求狀況[1-9]</p><p>　　三氯甲烷為無(wú)色透明液體

36、，是重要的有機(jī)合成原料，主要用于生產(chǎn)致冷劑、染料和藥品等。</p><p>　　目前在中國(guó)三氯甲烷主要用于生產(chǎn)HCFC__22（二氟一氯甲烷）其消費(fèi)量占總消費(fèi)量的75%以上。另外，在醫(yī)藥工業(yè)中主要用作萃取劑等。預(yù)計(jì)2005年致冷劑的三氯甲烷消費(fèi)將超過(guò)10萬(wàn)t。</p><p>　　國(guó)外三氯甲烷也主要用于制備HCFC—22。幾十年來(lái)，HCFC——22被人們廣泛用作致冷劑及用于制備有機(jī)氟高分子

37、材料。由于世界至今尚未開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)出完全令人滿(mǎn)意的CFC—11，CFC—12的替代物。所以HCFC—22被為空調(diào)和超級(jí)市場(chǎng)致冷劑的替代品。20世紀(jì)90年代中期HCFC—22生產(chǎn)發(fā)展迅猛，但是，HCFC——22畢竟是破壞大氣臭氧層的物質(zhì)，只是作為家用空調(diào)和商業(yè)制冷劑CFC—11和CFC—12的過(guò)渡產(chǎn)品。目前發(fā)達(dá)國(guó)家消費(fèi)量已逐年3減少，全球?qū)⒂?040年停止HCFC—22作為制冷劑和發(fā)泡劑使用。但其作為聚四氟乙烯等高分子有機(jī)氟材料則不受限制。

38、由于世界范圍內(nèi)高分子有機(jī)含氟材料的需求增長(zhǎng)非?？?，因此基本抵消了制冷劑需求下降造成的影響，預(yù)計(jì)2000~2005年，世界對(duì)三氯甲烷的需求量將保持小幅增長(zhǎng)，增長(zhǎng)率不超過(guò)0.5%。</p><p>　　三氯甲烷在2040年以前將以?xún)r(jià)格低廉而保持其應(yīng)有的市場(chǎng)占有率。在2010年只、之前其在制冷劑方面的消費(fèi)允許繼續(xù)增長(zhǎng)。即使2040年停止作為制冷劑和發(fā)泡劑使用，但其作為含氟合成材料的用量將大幅增長(zhǎng)，抵消了禁用的影響，未來(lái)

39、十年，三氯甲烷仍處于有利的發(fā)展期，國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)抓住機(jī)遇，規(guī)?；a(chǎn)。</p><p><b>　　1.5.3 其他</b></p><p>　　由于本過(guò)程產(chǎn)生大量的鹽酸，可出售。另外，中和塔排出的廢堿需進(jìn)行處理后才能排放，以免污染環(huán)境。</p><p>　　1.6 原材料的規(guī)格、來(lái)源及凈化[4-8]</p><p>&

40、lt;b>　　一原料規(guī)格：</b></p><p><b>　　氯氣</b></p><p>　　純度 Cl2≥95.0%(V) 水份H2O≤0.05%(wt)</p><p><b>　　天然氣</b></p><p>　　純度 CH4≥96.0%(V)</p&g

41、t;<p>　　C2和C2以上組分C2+≤0.6%(V)（凈化天然氣）</p><p>　　C2+≤0.01%(V)（凈化天然氣）</p><p><b>　　二.原料來(lái)源</b></p><p>　　1．氯氣：來(lái)自燒堿車(chē)間電解產(chǎn)生的氯氣</p><p>　　2. 天然氣：因?yàn)樽载曍S富的天然氣資源，因此就地

42、取材</p><p><b>　　三.天燃?xì)鈨艋?lt;/b></p><p>　　采用變壓吸附技術(shù)(Pressure Swlng Adsorptlon.簡(jiǎn)稱(chēng)PSA)脫出天然氣中C2+以上自分，主要利用吸附劑對(duì)不同氣體自分的吸附容量隨壓力變化而呈現(xiàn)差異的特性，在吸附劑選擇吸附條件下，加壓吸附原料起中C2+以上烴類(lèi)組分難吸附的CH4作為產(chǎn)品起由吸附塔出口排出，減壓時(shí)吸附的C2

43、+組分脫附，同時(shí)吸附劑獲得再生，整個(gè)過(guò)程是在環(huán)境溫度下進(jìn)行的。</p><p>　　2 生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述</p><p>　　2.1 二氯甲烷的生產(chǎn)原理及生產(chǎn)方法[1-5][15-22]</p><p>　　甲烷熱氯化機(jī)理和其它烷烴氯化機(jī)理相似，都是自由基連鎖反應(yīng)。氯分子的活化是通過(guò)高溫來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其自由基連鎖反應(yīng)歷程，可分三步表示：</p><

44、;p><b>　　1．鏈引發(fā)</b></p><p>　　Cl2Cl.+Cl-57.8千卡/克分子</p><p><b>　　2．增鏈</b></p><p>　　CH4+Cl.CH3.+HCl+1.0千卡/克分子</p><p>　　CH3.+Cl2CH3Cl+Cl.+25.7千卡/

45、克分子</p><p>　　CH3Cl+Cl. CH2Cl.+HCl+4.6千卡/克分子</p><p>　　CH2Cl.+Cl2CH2Cl2+Cl.+20.7千卡/克分子</p><p>　　CH2Cl2+Cl.CHCl.2+HCl+8.8千卡/克分子</p><p>　　CHCl.2+Cl2CHCl3+Cl.+15

46、.7千卡/克分子</p><p>　　CHCl3+Cl. CCl3.+HCl+13.0千卡/克分子</p><p>　　CCl3.+Cl2CCl4+Cl.+10.6千卡/克分子</p><p><b>　　3． 鏈終止</b></p><p>　　下列情況存在都可能產(chǎn)生鏈終止</p><

47、p>　?。?）活化分子與器壁碰撞</p><p>　　Cl.+Cl.+M Cl2+M</p><p>　　（2）活化分子之間碰撞</p><p>　　R．+Cl.不活潑產(chǎn)物</p><p>　　R．+R。不活潑產(chǎn)物</p><p>　　（3）原料氣中氧的存在能阻礙反應(yīng)。R.N.Pease等人曾研究了甲烷氯化

48、反應(yīng)中對(duì)鏈終止的影響。</p><p>　　在甲烷熱氯化反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)溫度不高時(shí)，反應(yīng)按自由基連鎖反應(yīng)進(jìn)行。當(dāng)反應(yīng)溫度升高到370。C時(shí)，連鎖反應(yīng)機(jī)理的相對(duì)作用隨之減低，反應(yīng)溫度超過(guò)430。C，甲烷氯化反應(yīng)實(shí)際上是一逐級(jí)取代不可逆的雙分子均相反應(yīng)。反應(yīng)過(guò)程中四種氯化物同時(shí)生成，所以甲烷直接氯化不可能得到單一的產(chǎn)品，其反應(yīng)方程式如下：</p><p>　　CH4+Cl2 CH3Cl

49、+HCl+24.019千卡/克分子</p><p>　　CH3Cl+Cl2 CH2Cl2+HCl+23.660千卡/克分子</p><p>　　CH2Cl2+Cl2 CHCl3+HCl+24.696千卡/克分子</p><p>　　CHCl3+Cl2 CCl4+HCl+23.930千卡/克分子</p><p>　　

50、甲烷氯化反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)。在反應(yīng)開(kāi)始前供給熱量，當(dāng)反應(yīng)開(kāi)始后所需能量可由反應(yīng)熱供給。由于放熱量大，如不采取措施控制反應(yīng)熱并及時(shí)帶走溫度會(huì)急劇升高，這樣會(huì)產(chǎn)生劇烈的燃燒反應(yīng)或氯化物產(chǎn)生裂解反應(yīng)。</p><p>　　CH4+2Cl2 C+4HCl+70千卡/克分子</p><p>　　2CHCl3 C2Cl4+2HCl</p><p>　　3CHCl

51、3 C2Cl6+CH2Cl2+HCl</p><p>　　2CCl4 C2Cl4+Cl2</p><p>　　2CCl4 C2Cl6+Cl2</p><p>　　同樣局部氯氣濃度過(guò)濃時(shí)，也會(huì)使反應(yīng)進(jìn)行極為猛烈，甚至產(chǎn)生爆炸。因此，要保證甲烷熱氯化反應(yīng)順利進(jìn)行的主要條件是：</p><p>　　保證原料

52、氣的正確配比；</p><p>　　保證甲烷和氯氣充分均勻混合；</p><p>　　有效和及時(shí)引出反應(yīng)熱。</p><p>　　2.2 二氯甲烷的生產(chǎn)方法及特點(diǎn)[22-25]</p><p>　　二氯甲烷的主要生產(chǎn)路線(xiàn)是甲烷和氯甲烷的氯化。其生產(chǎn)方法最早采用甲烷和氯甲烷的高溫氣相熱氯化法，后來(lái)發(fā)展了光氯化法。1972年美國(guó)C-E lumm

53、us 公司和Arm-strong公司共同開(kāi)發(fā)了甲烷氧氯化法，1979年日本德山曹達(dá)化學(xué)公司開(kāi)發(fā)了氯甲烷低溫液相自由基引發(fā)氯化法制取氯甲烷的技術(shù)。目前廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)的是熱氯化法。最初的甲烷熱氯化以德國(guó)Hoechst公司為代表。反應(yīng)器形式有內(nèi)循環(huán)式、蓄熱式、列管式和沸騰床等多種形式。我國(guó)多采用內(nèi)循環(huán)式反應(yīng)器。</p><p>　　2.2.1 （甲烷）天燃?xì)鉄崧然╗20]</p><p>

54、　　天燃?xì)馀c氯氣反應(yīng)，經(jīng)水吸收氯化氫副產(chǎn)鹽酸后，用堿液除去殘余微量的氯化氫，再經(jīng)干燥、壓縮、冷凝、蒸餾得到產(chǎn)品。</p><p>　　甲烷氯化機(jī)理是游離基連鎖反應(yīng)，通過(guò)升高溫度或用3000—5000A的光源輻射來(lái)實(shí)現(xiàn)氯分子的活化。在工業(yè)操作中，為保持一個(gè)穩(wěn)定的自由基連鎖反應(yīng)，需要將溫度維持在380—450℃。</p><p>　　甲烷氯化是強(qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度的控制十分重要和困難。為解決這

55、一問(wèn)題，在工業(yè)上已成功地采用了下列反應(yīng)裝置設(shè)計(jì)：1、大量循環(huán)甲烷或產(chǎn)生的氯代甲烷使用的多級(jí)反應(yīng)器，以保證足夠的進(jìn)料比；2、采用霧化四氯化碳或較低的氯甲烷為熱載體；3、采用流化床反應(yīng)器。</p><p>　　2.2.2 氯甲烷氯化法[7][13-15]</p><p>　　將氯甲烷與氯氣氯化反應(yīng)，光氯化法在4000Kw光照下進(jìn)行，或采用熱氯化法工藝，熱氯化生產(chǎn)控制氯甲烷與氯氣之比為（2—2

56、.5）:1，反應(yīng)溫度為420。C，反應(yīng)壓力19Kpa，反應(yīng)冷卻吸收、堿液除去氯化氫、蒸餾、壓縮精餾，分別除去三氯甲烷，四氯甲烷在塔頂?shù)玫疆a(chǎn)品。</p><p>　　氯甲烷生產(chǎn)二氯甲烷時(shí)，反應(yīng)成1mol氯化氫，此時(shí)氯化氫可返回甲醇?xì)浠b置作為制取氯甲烷原料，可以制造一個(gè)氯的閉路循環(huán)系統(tǒng)。這種氯化氫裝置與熱氯化系統(tǒng)結(jié)合生產(chǎn)甲烷氯代物的過(guò)程是一高效的過(guò)程。生產(chǎn)二氯甲烷時(shí)，通常產(chǎn)生出80%的二氯甲烷、15%的三氯甲烷、5

57、%四氯化碳。</p><p>　　2.3 生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)介</p><p>　　2.3.1 甲烷綜合氯化物流程</p><p>　　圖10-6 甲烷綜合氯化物流程</p><p>　　1-氯化反應(yīng)器；2，14，16，18，20，24，26，28-冷凝冷卻器；3，11-吸收塔4，22-泵；5-換熱器；</p><p>

58、;　　6-解吸塔；7-分離罐；8-洗滌塔；9，12-中和塔；10，13-干燥塔；15-一氯甲烷蒸出塔；17-二氯甲烷蒸出塔；</p><p>　　19-光氯化反應(yīng)器；21-貯罐；23-低沸蒸出塔；25-三氯甲烷精制塔；27-四氯甲烷精制塔</p><p>　?、瘢淄?；Ⅱ－氯氣；Ⅲ－循環(huán)甲烷</p><p>　　氣體經(jīng)冷凝器（7），把三氯甲烷和四氯化碳冷凝回流至解吸

59、塔（6），氣相產(chǎn)物經(jīng)洗滌塔（8）除去氯化氫，再送至中和塔（9內(nèi)有氫氧化鈉）和干燥塔（10濃硫酸）除去其中的氯化氫和水。從干燥塔出來(lái)的氣體加壓降溫，使一氯甲烷和二氯甲烷液化。將此混合物送入一氯甲烷蒸出塔（15），一氯甲烷經(jīng)塔頂冷凝成為產(chǎn)品，釜液送至二氯甲烷蒸出塔（17），塔頂?shù)玫蕉燃淄?，釜液（二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳混合物）送入光氯化反?yīng)塔（19），在適宜的溫度和光照下與新鮮氯氣進(jìn)行光化深度氯化，使二氯甲烷轉(zhuǎn)化為三氯甲烷和四氯化碳，

60、生成氣送入冷凝冷卻器（20），將三氯甲烷和四氯化碳冷凝，冷凝的氯化物返回光氯化器，釜液送三氯甲烷精制塔（25），塔頂?shù)玫饺燃淄?。塔釜液送四氯化碳精制塔?7），塔頂?shù)玫疆a(chǎn)品四氯化碳，釜液為重組分。</p><p>　　甲烷氯化反應(yīng)是在高溫下進(jìn)行的，所以產(chǎn)物通常是復(fù)雜的混合物，除生成目的產(chǎn)物外，還有甲醇、丁醇、二氯乙烷等。這些物質(zhì)對(duì)人體及其動(dòng)植物都有一定毒害作用。因此對(duì)氯化生產(chǎn)過(guò)程的廢氣和廢液必須進(jìn)行嚴(yán)格的控制和

61、處理。</p><p>　　對(duì)放空氣體應(yīng)該采用吸收或吸附的辦法，回收其中的氯甲烷、二氯甲烷、甲醇和丁醇。吸收劑一般選擇鄰-二氯苯，吸附劑常用活性炭等。</p><p>　　在廢水中常含有高級(jí)氯代烴，可以采用與水蒸氣混合，使高氯烴與水蒸氣構(gòu)成共沸混合物，再經(jīng)冷凝可分離出大部分高氯烴。</p><p>　　采用綜合氯化工藝，甲烷總選擇性可達(dá)85～90%，一氯甲烷、二氯甲

62、烷、三氯甲烷和四氯化碳的純度分別為99%、90%、99.5%和99.5%。</p><p>　　2.3.2二氯甲烷生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖[10]</p><p>　　水 15%的氫氧化鈉 </p><p>　　天然氣 混合器</p><p><b>　　循環(huán)氣</b></p><p>

63、;<b>　　氯氣</b></p><p>　　98%的硫酸 循環(huán)氣 -25℃冷凍鹽水</p><p>　　分別來(lái)自燒堿車(chē)間、配氣站和反應(yīng)裝置的氯氣、天然氣和循環(huán)氣，按一定配比經(jīng)計(jì)量進(jìn)入混合器，混合均勻后進(jìn)入反應(yīng)器，進(jìn)行甲烷熱氯化反應(yīng)，反應(yīng)組成為：甲烷氯化物、氯化氫、過(guò)量的

64、甲烷、惰性氣體和微量的游離氯。反應(yīng)氣經(jīng)空氣冷卻器冷卻后進(jìn)入碳黑分離器，除去反應(yīng)中產(chǎn)生的少量碳黑，進(jìn)入水洗系統(tǒng)除去氯化氫。</p><p>　　從碳黑分離器出來(lái)的反應(yīng)氣（70—90。C），與稀酸分離器來(lái)的酸，進(jìn)入第一膜式吸收器頂部，順流而下，進(jìn)行降膜吸收氯化氫后，反應(yīng)氣與稀鹽酸入鹽酸分離器進(jìn)行氣液分離，大于16%濃度的副產(chǎn)鹽酸送至沉鈣車(chē)間。反應(yīng)氣與計(jì)量后的吸收水，入第二膜式吸收器頂部進(jìn)行第二次吸收，反應(yīng)氣與稀酸入稀

65、酸分離器，稀酸入第一膜式吸收器，反應(yīng)氣則進(jìn)酸霧分離器除去酸霧，進(jìn)入中和塔。第一、第二膜式吸收器管間冷卻水逆流串聯(lián)使用。</p><p>　　反應(yīng)氣經(jīng)兩次水洗，除去酸霧（氯化氫含量低于1%），再進(jìn)行中和，中和塔用10%—20%的氫氧化鈉溶液除去反應(yīng)中殘余的氯化氫、游離氯、二氧化碳等。燒堿車(chē)間送來(lái)的堿液，由貯槽放至堿液配制槽加入水配成規(guī)定的濃度，用泵送至堿液冷卻器冷卻，進(jìn)中和塔，當(dāng)堿液濃度降到規(guī)定值（3%—5%）后，

66、送至廢堿處理裝置。從中和塔塔頂出來(lái)的反應(yīng)氣，進(jìn)入干燥系統(tǒng)；堿液分離器底部的液體定時(shí)排放。</p><p>　　中和后的反應(yīng)氣進(jìn)入硫酸干燥塔，從硫酸干燥塔底部進(jìn)入進(jìn)行脫水干燥；98%的濃硫酸由濃硫酸大貯槽壓入濃硫酸中間槽，用泵送至濃硫酸高位槽，計(jì)量后進(jìn)入干燥塔頂部，由塔中段流出的硫酸入塔下段，稀硫酸（80%—90%）從塔釜排至稀硫酸中間槽，定時(shí)用稀硫酸泵送至稀硫酸大貯槽，以備出售。干燥后的反應(yīng)氣，從干燥塔頂部出來(lái)進(jìn)

67、入固堿中和器，除去硫酸干燥過(guò)程中生成的硫酸酸霧，再經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至0.4—0.6Mpa（表壓）。</p><p>　　壓縮后的反應(yīng)氣經(jīng)緩沖罐和機(jī)后冷卻器冷卻至40.C以下，進(jìn)入熱交換器，與冷凝器來(lái)的循環(huán)氣進(jìn)行換熱，使反應(yīng)氣溫度降至25.C左右，熱交換器中冷凝的少量甲烷氯化物進(jìn)粗氯化液貯槽。冷凝器管間所需的-25。C—-30。C的冷凍鹽水由冷凍崗位送給。冷凝器中未冷凝的氣體稱(chēng)為循環(huán)氣（其中大部分為甲烷、少量的甲烷氯化

68、物和惰性氣體）。循環(huán)氣經(jīng)熱交換器后，匯同二氯甲烷蒸餾一塔頂部來(lái)的一氯甲烷（該一氯甲烷經(jīng)過(guò)了氣液分離器，液體流回粗氯化液貯槽）氣體，一部分作為生產(chǎn)四氯化碳原料氣，另一部分經(jīng)減壓至0.2—0.3Mpa（表壓）返回氯化反應(yīng)器和調(diào)節(jié)硫酸干燥塔氣量。粗氯化液作精餾二氯甲烷、三氯甲烷成品用。</p><p>　　3 物料衡算和熱量衡算[網(wǎng)上資料]</p><p><b>　　3.1 設(shè)計(jì)

69、目標(biāo)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的處理量是5.5kt/a, 正常情況年開(kāi)工按330天計(jì),以單位時(shí)間為基準(zhǔn)，每天24小時(shí)，則二氯甲烷每小時(shí)生產(chǎn)量：</p><p>　　3.2 甲烷氯化反應(yīng)器的物料衡算和熱量衡算</p><p>　　3.2.1 反應(yīng)器的物料衡算[20-25]</p><p>　　甲烷熱氯化機(jī)理和其它烷烴氯

70、化機(jī)理相似，都是自由基連鎖反應(yīng)。氯分子的活化是通過(guò)高溫來(lái)實(shí)現(xiàn)的，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程是強(qiáng)放熱反應(yīng)，并且放熱量很大，生產(chǎn)中如不采取措施控制及時(shí)將反應(yīng)熱并移走，反應(yīng)體系的溫度將急劇升高，結(jié)果會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的燃燒反應(yīng)，使反應(yīng)物及生成的氯化物發(fā)生裂解反應(yīng)。工業(yè)上通常利用加入過(guò)量甲烷得到的循環(huán)氣作為稀釋劑來(lái)移走反應(yīng)熱量，以達(dá)到控制裂解反應(yīng)發(fā)生的目的。</p><p>　?。?）甲烷熱氯化反應(yīng)器計(jì)算的基本數(shù)據(jù)如下：</p>

71、<p>　　<1>由已給的處理量知，二氯甲烷產(chǎn)量694.44kg/h. 即8.17kmol/h.</p><p>　　<2>甲烷熱氯化反應(yīng)的原料組成： 氯氣中 含Cl2 96%, 天然氣中含CH4 95%.</p><p>　　<3>原料氣體進(jìn)反應(yīng)器的原料配比（摩爾比）如下：</p><p>　　Cl2：CH4：循環(huán)

72、氣=1：0.68：3.0</p><p>　　<4>甲烷熱氯化取代反應(yīng)出反應(yīng)器時(shí)各氯化物比例如下：</p><p>　　CH2Cl2：CHCl3=1：0.5（質(zhì)量比）</p><p>　　(CHCl3+CCl4)/CH2Cl2=0.38（摩爾比）</p><p>　　<5>甲烷熱氯化反應(yīng)器的操作壓力： 0.08MPa

73、（表壓）</p><p>　　<6>甲烷熱氯化反應(yīng)器的進(jìn)口氣體溫度一般為 25oC, 出口溫度為420oC</p><p><b>　　（2）物料衡算 </b></p><p>　　下面是甲烷熱氯化反應(yīng)器計(jì)算框圖：</p><p>　　Cl2 反CH3Cl</p><p>　　

74、應(yīng) CH2Cl2</p><p>　　CH4 器 CHCl3</p><p><b>　　CCl4</b></p><p><b>　　HCl</b></p><p>　　因?yàn)閰⑴c反應(yīng)的甲烷量跟氯氣的量有關(guān)，因此假設(shè)循環(huán)氣不

75、參與反應(yīng)，只起帶走熱量的作用。</p><p>　　首先設(shè)反應(yīng)器進(jìn)口甲烷的量為X kmol/h，反應(yīng)器出口中一氯甲烷為Y kmol/h，氯化氫Z kmol/h。</p><p><b>　　根據(jù)已知條件：</b></p><p>　　CH2Cl2:CHCl3=1:0.5（質(zhì)量比）</p><p><b>　　則

76、</b></p><p>　　CHCl3的生成量為：694.44×0.5=347.22kg/h=2.91kmol/h</p><p><b>　　又因?yàn)椋?</b></p><p>　　(CHCl3+CCl4)/CH2Cl2=0.38（摩爾比）</p><p>　　所以CCl4的生成量為：8.17&

77、#215;0.38-2.91=0.19kmol/h</p><p>　　由于甲烷熱氯化反應(yīng)的產(chǎn)物中有一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷及四氯化碳等。反應(yīng)產(chǎn)物非常復(fù)雜，通常采用元素守衡法計(jì)算各個(gè)產(chǎn)物的量比較方便，具體計(jì)算如下：</p><p>　　Cl元素守衡 2.97X=Y+8.17×2+2.91×3+0.19×4+Z (1)</p>

78、;<p>　　H元素守衡 4X=3Y+Z+8.17×2+2.91 (2)</p><p>　　C 元素守衡 X=Y+8.17+2.91+0.19 (3)</p><p>　　解方程（1）（2）（3）得 X=30.02 kmol/h</p><p

79、>　　Y=18.75 kmol/h</p><p>　　Z=44.58 kmol/h</p><p>　　1）通過(guò)以上計(jì)算得到反應(yīng)器進(jìn)口原料中各組分的流量為：</p><p>　　高純CH4: 30.02kmol/h(純)</p><p>　　含有雜質(zhì)的甲烷量為：30.02/0.95=31.60 kmol/h(含雜)</p>

80、;<p>　　含有雜質(zhì)的氯氣量為：Cl2: 31.60/0.68=46.47kmol/h(含雜)</p><p>　　高純氯氣量為： 46.47×0.96=44.61kmol/h(純)</p><p>　　其中循環(huán)氣流量為：3.0×46.47=139.41kmol/h</p><p>　　循環(huán)氣的組成： CH3Cl:17.

81、07 kmol/h</p><p>　　N2:46.47×4%+31.60×3%=2.81kmol/h</p><p>　　CO2:31.60×2%=0.63kmol/h</p><p>　　CH4:139.41-18.75-2.81-0.63=117.22kmol/h</p><p><b>　　則&

82、lt;/b></p><p>　　甲烷熱氯化反應(yīng)器進(jìn)口氣體總量：30.02+44.61+(139.41-18.75)=195.29kmol/h</p><p>　　2）甲烷熱氯化反應(yīng)反應(yīng)器出口中各組分流量見(jiàn)表1：</p><p><b>　　表1</b></p><p>　　由表1知，出口氣體的總量為：139.41

83、+44.58+8.17+2.91+0.19=195.26 kmol/h</p><p>　　綜上所述進(jìn)口氣體總量與出口氣體總量相等。</p><p>　　3） 出口氣體中各組分的百分含量見(jiàn)表2：</p><p><b>　　表2</b></p><p>　　4）甲烷熱氯化反應(yīng)反應(yīng)器物料平衡見(jiàn)表3：</p>

84、<p><b>　　表3</b></p><p>　　3. 熱量衡算（以1h，25oC為基準(zhǔn)）</p><p>　　甲烷熱氯化反應(yīng)器的熱量衡算首先計(jì)算甲烷熱氯化取代反應(yīng)熱，然后再計(jì)算各個(gè)組分輸出焓及循環(huán)氣帶出的熱量。要計(jì)算反應(yīng)熱需要知道參加反應(yīng)的各物料的ΔHfØ(kJ/mol)見(jiàn)表4：</p><p><b>　　

85、表4</b></p><p>　　則甲烷熱氯化取代反應(yīng)熱由以下公式計(jì)算：</p><p>　　ΔHro=Σ生成物UlΔHfØ-Σ反應(yīng)物UlΔHfØ （3—1）</p><p>　　=[18.75×(-81.92)+8.17&#

86、215;(-87.86)+2.91×(-100)+0.19×(-106.76)+40.57×(-92.3)</p><p>　　-30.02×(-74.85)-0.63×(-393.51)] ×103</p><p>　　=-3.81×106kJ/h</p><p>　　甲烷熱氯化取代反應(yīng)物在42

87、0℃時(shí)的（J/mol.k）值見(jiàn)表5：</p><p><b>　　表5</b></p><p>　　則甲烷熱氯化取代反應(yīng)：</p><p>　　輸出焓：∑輸出H=∑nΔt （3—2）</p><p>　　=(1

88、8.75×66.07+8.17×45.975+2.91×88.287+0.19×98.887+44.58×29.96</p><p>　　+0.63×52.27+2.81×30.65)×(420-25)</p><p>　　=1.32×106kJ/h</p><p>　　由于以

89、25℃為計(jì)算基準(zhǔn)，所以輸入焓：∑輸入H=0</p><p><b>　　則</b></p><p>　　Q放出=ΔH （3—3）</p><p>　　=ΔHro+∑輸出H+∑輸入H</p><p>　

90、　=-3.81×106+1.32×106</p><p>　　=-2.49×106kJ/h</p><p>　　甲烷熱氯化取代反應(yīng)的平均溫度是（420+25）/2=222.50℃，該溫度下循環(huán)氣攜帶的熱量計(jì)算如下：</p><p>　　222.50℃各物質(zhì)的（J/mol.k）見(jiàn)表6：</p><p><b&

91、gt;　　表6</b></p><p>　　則循環(huán)氣帶出的熱量為：</p><p><b>　　Q帶走=mΔt</b></p><p>　　=18.75×54.83+2.81×30.81+117.22×49.62+0.63×53.43)×(420-25)</p><

92、;p>　　=2.75×106kJ/h</p><p>　　考慮5%熱損失，則2.75×106×(1-5%)=2.61×106kJ/h</p><p>　　即 Q放出= Q帶走</p><p>　　循環(huán)氣能帶走的熱量恰好為反應(yīng)氣放出的熱量，可使反應(yīng)溫度保持在420℃左右，使甲烷熱氯化反應(yīng)順利進(jìn)行。</p>&

93、lt;p>　　3.2.2 空冷器的熱量衡算[11-12]</p><p>　　空冷器的種類(lèi)很多，一般根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行選擇類(lèi)型，空冷器由管束、風(fēng)機(jī)（含風(fēng)筒）、構(gòu)架三個(gè)基本部分和百葉窗、噴淋裝置、梯子、平臺(tái)等輔助部分組成。</p><p>　　它的作用是用空氣進(jìn)行冷卻反應(yīng)熱，達(dá)到熱交換目的。</p><p>　　甲烷熱氯化反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)， 導(dǎo)致反應(yīng)體系中的氣體

94、溫度很高，若不經(jīng)過(guò)空氣冷卻直接進(jìn)入吸收器，則不利于氯化氫氣體吸收，生產(chǎn)中低溫有利于吸收反應(yīng)進(jìn)行。因此，先用空冷器冷卻降溫，然后再進(jìn)入吸收塔保證吸收的順利進(jìn)行。</p><p><b>　　1.計(jì)算依據(jù)</b></p><p>　　空冷器進(jìn)口氣體420℃，氣體組成和流量與反應(yīng)器出口相同；出口氣體80℃，操作壓力0.06MPa（表壓），空氣進(jìn)口溫度40℃，空氣溫升15.3

95、℃</p><p><b>　　2.熱量衡算</b></p><p>　　定性溫度t=(420+80)/2=250℃</p><p>　　250℃各物質(zhì)的（J/mol.k）見(jiàn)表7：</p><p><b>　　表7</b></p><p><b>　　則吸收塔熱負(fù)荷

96、</b></p><p>　　Q=W(T2-T1) （3—4）</p><p>　　=(18.75×56.361+8.17×69.639+2.91×81.920+0.19×96.558+0.63×45.06</p&g

97、t;<p>　　+2.81×29.611+44.58×29.293+117.22×47.752)×(420-80)</p><p>　　=3.03×106kJ/h</p><p>　　熱負(fù)荷的大小是空冷器選型的主要依據(jù)。</p><p>　　則所需普通光管的表面積：A0=Q/K·△tm

98、 （4—1）</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　傳熱系數(shù)K:204.25KJ/m2·h·℃</p><p>　　假設(shè)空氣溫升15.3℃</p><p>　　按

99、逆流：△t1=420-55.3=364.7℃ △t2=80-40=40℃ </p><p>　　△tm1= (△t2 - △t1)／㏑(△t 2／△t1) =146.91℃</p><p>　　△tm ：為對(duì)數(shù)平均溫差</p><p>　　按參考文獻(xiàn)（[18]） ，取溫差校正系數(shù)Φ=0.8</p><p>　　△tm=△tm1

100、3;Φ=146.91×0.8=117.53℃</p><p>　　所需普通光管的表面積 A0=Q/K·△tm （4—1）</p><p>　　=3.03×106/(204.25×117.53)</p>

101、<p><b>　　=126.22m2</b></p><p>　　以光管外表面為基準(zhǔn)可確定空冷器的換熱面積。</p><p>　　3.3 膜式吸收器的物料衡算和熱量衡算</p><p>　　石墨改性聚丙烯列管式降膜吸收器是眾多吸收器中的一種。結(jié)構(gòu)及原理相近，膜式吸收器的作用，在工業(yè)上可用于合成氯化氫和回收氯化氫氣體吸收，也可以

102、用于H2、S、SO2、NH3等氣體的吸收[5-8]。本設(shè)計(jì)選用石墨改性聚丙烯列管式降膜吸收器，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中吸收劑與被吸收的氣體可逆流操作，也可并流操作，逆流操作時(shí)上升的流體將導(dǎo)致液膜厚度增加，液膜流速降低；并流操作時(shí)氣體由上而下流動(dòng)，將會(huì)使液膜厚度減簿，液膜流速增加，在氣體流速相同的情況下，并流時(shí)的流體阻力比逆流時(shí)小得多，但吸收推動(dòng)力比逆流時(shí)小，工業(yè)上多選并流操作。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)石墨改性聚

103、丙烯列管式降膜吸收器，吸收甲烷熱氯化反應(yīng)所產(chǎn)生的氯化氫氣體。氣體經(jīng)一膜吸收后再經(jīng)二膜吸收，吸收劑為水。水經(jīng)二膜吸收成稀酸再去一膜吸收成高濃度鹽酸。兩膜吸收劑用量相同，惰性氣體流量也相同因此液氣比L/V也相同。</p><p>　　以下是并流膜式吸收器的物料衡算示意圖：</p><p>　　Lx1 Vy2 Vy2 Lx2 </p><p><

104、b>　　一二 </b></p><p><b>　　膜膜，</b></p><p>　　Lx1 Vy1 Lx1 Vy1</p><p>　　3.3.1 第一膜式吸收器物料衡算與熱量衡算[7-13]</p><p><b>　　1.計(jì)算依據(jù)</b></p&g

105、t;<p>　　(1).一膜進(jìn)口氣體中氯化氫含量22.84%（摩爾）,出口氣體氯化氫含量8%,二膜出口氣體氯化氫含量0.6% </p><p>　　(2)一膜進(jìn)口氣體溫度80℃, 出口氣體溫度70℃, 二膜出口氣體溫度60℃</p><p>　　(3).吸收水溫42℃</p><p>　　(4).進(jìn)口氣體組成同反應(yīng)器出口</p><

106、p>　　(5).操作壓力0.6MPa（表壓）</p><p>　　(6).出口酸濃度28%（質(zhì)量），即16%（摩爾）</p><p>　　(7).冷卻水進(jìn)口溫度25℃</p><p><b>　　2.物料衡算</b></p><p>　　甲烷氯化反應(yīng)氣體中由于氯化氫的含量為22.84%大于10%，所以屬于高濃度吸收

107、。</p><p>　　對(duì)并流高濃度氣體吸收，操作線(xiàn)方程為：</p><p>　　L()=V() （3—5）</p><p>　　操作線(xiàn)方程中各個(gè)符號(hào)的意義如下：</p><p>　　V---單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)吸收塔的惰性氣體量，kmol/s；</p><p

108、>　　L---單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)吸收塔的溶劑量，kmol/s；</p><p>　　y 、 y---分別為進(jìn)塔及出塔氣體中溶質(zhì)組分的摩爾分?jǐn)?shù)，kmol/kmol</p><p>　　x 、 x---分別為進(jìn)塔及出塔溶液中溶質(zhì)組分的摩爾分?jǐn)?shù)，kmol/kmol</p><p>　　L,V在吸收過(guò)程中為常量。</p><p><b>

109、　　將已知數(shù)據(jù)代入：</b></p><p>　　解得：x1=0.05 x=0(已知)</p><p>　　即一膜進(jìn)口酸，二膜出口酸濃度為0.05</p><p><b>　　需要的吸收劑用量：</b></p><p><b>　　=</b></p><p>

110、;　　=229.87kmol/h</p><p>　　甲烷氯化取代反應(yīng)的副產(chǎn)物鹽酸的量：</p><p>　　F=V（y2-y1）/(x1-x2 )</p><p>　　=195.26(0.2284-0.08)/(0.16-0.05)</p><p>　　=263.42kmol/h</p><p>　　在一膜吸收塔氣體

111、入口處，吸收劑的單位耗用量n=L/V=229.87/(195.26-44.58)=1.53</p><p>　　被吸收的氯化氫氣體的量：w=195.26(0.2284-0.08)=28.98kmol/h</p><p>　　則 剩余氣體總量：195.26-28.98=166.28kmol/h</p><p>　　HCl的含量：44.58-28.98=15.60kmo

112、l/h</p><p>　　剩余氣體中各氣體的百分含量見(jiàn)表8：</p><p><b>　　表8</b></p><p><b>　　3. 熱量衡算</b></p><p>　　由文獻(xiàn)[11]知： 42℃氯化氫溶解成16%的鹽酸的溶解熱Φ=9172.65kJ/kmol</p><

113、p>　　則5.5kat/a處理量下鹽酸的溶解熱為：</p><p>　　Q溶解=9172.65kJ/kmol×263.42kmol/h =2.42×106kJ/h</p><p>　　根據(jù)文獻(xiàn)[11][13]知：在定性溫度t=(80+70)/2=75℃下各物質(zhì)的等壓熱容CP(kJ/kmol·℃)見(jiàn)表9：</p><p><b

114、>　　表9</b></p><p>　　則 各物質(zhì)放出的熱量 ：</p><p><b>　　Q=CP.m.Δt</b></p><p>　　=(44.55×18.75+56.11×8.17+71.25×2.91+88.93×0.19+28.86×44.58</p>

115、<p>　　+37.12×117.22+28.77×2.81+38.32×0.63)×(80-70)</p><p>　　=7.3×105kJ/h</p><p>　　經(jīng)一膜吸收放出的總熱量為：</p><p>　　Q總=2.42×106+7.3×105=3.15×106k

116、J/h</p><p>　　假設(shè)冷卻水溫升8℃（通常），則冷卻水耗用量</p><p>　　水的CP=4.2kJ/(kg·k)=75.6kJ/(kmol·k)</p><p>　　Ww=3.15×106 /(75.6×8)=5.21×103kmol/h</p><p><b>　　4

117、. 計(jì)算換熱面積</b></p><p>　　冷卻水由25℃升到33℃，氣體由80℃降到70</p><p>　　△t1=80-33=47℃ △t2=70-25=45℃ △tm=45℃</p><p>　　從《氯堿工業(yè)理化常數(shù)手冊(cè)》查得K=3000KJ/m2.h.℃</p><p>　　S=Q/K.△tm=3.15&#

118、215;106/(3000×45)=23.33m2</p><p>　　由計(jì)算出的換熱面積23.33m2，按《石墨制化工設(shè)備設(shè)計(jì)》表3—26初選換熱器規(guī)格。</p><p>　　3.3.2 第二膜式吸收器物料衡算與熱量衡算</p><p>　　1.計(jì)算依據(jù)[7-11]</p><p>　　(1)進(jìn)口氣體組成同一膜出口氣體組成<

119、;/p><p>　　(2)進(jìn)口氣體溫度70℃，出口氣體溫度60℃</p><p>　　(3)出口酸濃度5.1%</p><p>　　(4)吸收水溫42℃，冷卻水溫33℃</p><p>　　(5)操作壓力0.036MPa(表壓)</p><p><b>　　2.物料衡算</b></p>

120、<p>　　因?yàn)?二膜吸收塔需要吸收劑的量與一膜吸收塔中的相同</p><p>　　即L=229.87kmol/h</p><p><b>　　得到稀鹽酸酸的量</b></p><p>　　F2=V2（y2-y1）/(x1-x2 )</p><p>　　=166.28(0.08-0.006)/(0.05-0)&