年产50万吨甲烷氯化物的二氯甲烷精制单元工艺设计

年产50万吨甲烷氯化物的二氯甲烷精制单元工艺设计内容摘要：

是一填料塔，塔顶操作温度 ℃ ，操作压力 （ G），塔底操作温度 ℃ ，操作压力 （ G），在共沸塔内，残留的水分和部分二氯甲烷以共沸物形式从塔顶蒸出（为保证二氯甲烷产品含水量足够的低，约须蒸出进料的 35％），经二氯甲烷共沸塔顶冷凝器冷却至 34℃ ，冷凝为液体，返回到二氯甲烷碱洗分层器。 塔底排出液 (二氯甲烷产品 )经二氯甲烷共沸塔底 出料冷却器冷却至 35℃ 冷却后进入二氯甲烷成品检测槽。 二氯甲烷检测槽操作温度35℃ ，操作压力 （ G），为保证二氯甲烷产品质量，减少二氯甲烷的挥发，在二氯甲烷检测槽内添加少量稳定剂。 第四章 工艺计算书 物料衡算 对整个工艺过程进行物料衡算 工艺过程主要进行的化学反应： CH3OH+HCl→CH 3Cl+H2O………… ……… 式 41 CH3Cl+Cl2→CH 2Cl2+ HCl…………………… 式 42 CH2Cl2+ Cl2→CHCl 3+ HCl…………………… 式 43 CHCl3+ Cl2→CCl 4+ HCl……………………… 式 44 山东轻工业学院 2020 届本科生毕业设计 10 由设计要求所确定的已知条件： CH3Cl的出料量为： ： kmol/h CHCl3 的出料量为： kmol/h CCl4 的出料量为： kmol/h 设 CH3OH 的进料量为 X， HCl的进料量为 Y Cl2 的进料量为 Z,反应的转化率为： V= 由碳原子守恒得 :X=++++ 可解得 X=由式 41 可得 HCl的进料量为： Y= kmol/h 由式 4式 4式 44 反应可得： Z=+++ 可解得 Z= kmol/h 所以：整个工艺流程的进料总量为： ++= 各组分的进料量： CH3OH： HCl： kmol/h Cl2： kmol/h 各组分的进料的百分含量 ： CH3OH： 247。 100%=% HCl： 247。 100%=% Cl2: 247。 100%=% 各组分出料量： CH3Cl： CH2Cl2： kmol/h CHCl3： kmol/h CCl4： kmol/h H2O： = HCl： +++= kmol/h CH3OH: = kmol/h Cl2: = kmol/h 出料总量： +++++++=各组分出料百分含量： CH3Cl： 247。 100%=% CH2Cl2： 247。 100%=% CHCl3： 247。 100%=% 山东轻工业学院 2020 届本科生毕业设计 11 CCl4： 247。 100%=% H2O： 247。 100%=% HCl： 247。 100%=% CH3OH: 247。 100%=% Cl2: 247。 100%=% 表 41 整个工艺过程的物料平衡表 组分 进料口 出料口 百分含量 kmol/h 百分含量 kmol/h CH3Cl % CH2Cl2 % CHCl3 % CCl4 % H2O % HCl % % CH3OH % % Cl2 % % 总计 精制单元物料衡算 ① 对二氯甲烷塔进行物料衡算 所确定的已知条件有： 塔顶 CH2Cl2 的摩尔分率为： 塔底为： 塔的进料量为： ++= kmol/h 设塔顶出料量为 D，塔釜出料量为 W，由物料衡算式： F=D+W Fxf=Dxd+Wxw 即： =D+W =D 95%+W 25% 解得： D= kmol/h W= kmol/h 山东轻工业学院 2020 届本科生毕业设计 12 塔顶 CH2Cl2 的摩尔流率为： = kmol/h 塔底产品的摩尔流率为： kmol/h CH2Cl2 的进料量为： kmol/h CH2Cl2 的进料百分含量： 247。 100%=% 塔顶出料总量为： kmol/h 塔顶 CH2Cl2 的 出料百分含量： 塔顶 CH2Cl2 的出料量： kmol/h 塔底出料 总量为： kmol/h 塔底 CH2Cl2 的 出料百分含量： 塔底 CH2Cl2 的出料量： kmol/h ② 对回流罐进行物料衡算 由对二氯甲烷塔进行物料衡算可知： 回流罐的总摩尔流率为 kmol/h CH2Cl2 的进料量为 kmol/h 所以： 回流罐的进料量为： CH2Cl2 的进料百分含量： 回流罐的出料量为： CH2Cl2 的出料百分含量： ③ 对二氯甲烷共沸塔进行物料衡算 所确定的已知条件有： 塔顶 CH2Cl2 的摩尔分率为： 塔底 CH2Cl2 的摩尔分率为： 塔顶产品的摩尔分率： 二氯甲烷共沸塔的进料量为： kmol/h CH2Cl2 的进料量为： CH2Cl2 的进料百分含量： 塔顶产品的摩尔流率： = kmol/h 塔底产品的摩尔流率： = kmol/h 所以： 山东轻工业学院 2020 届本科生毕业设计 13 塔顶出料总量为： kmol/h 塔顶 CH2Cl2 的出料量： kmol/h 塔顶 CH2Cl2 的出料百分含量： 塔底出料总量为： kmol/h 塔底 CH2Cl2 的出料量： 塔底 CH2Cl2 的出料百分含量： 热量衡算 对整个工艺过程进行热量衡算 参加反应的各物料的 ΔHf216。 (KJ/kmol) 反应物 物质 CH3OH Cl2 HCl 量 (kmol) ΔHf216。 0 生成物 物质 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl H2O 量 (kmol) ΔHf216。 100 ΔHro=Σ 生成物 UlΔHf216。 Σ 反应物 UlΔHf216。 = + ++ =104KJ 420℃ 时各物质的 pC (J/) 物质 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4 HCl H2O pC (J/) 输出焓： ∑输出 H=∑npC Δt =(++++ )(42025) =107 KJ 输入焓： ∑输入 H=∑npC Δt =(++)(25420) = 107 KJ Q 放出 =ΔH 山东轻工业学院 2020 届本科生毕业设计 14 = 104+107 =107 KJ 循环气 (HCL)带走的热量： Q 带走 = pC mΔt =(42025)=106KJ 对精制单元的二氯甲烷塔进行热量衡算 所确定的已知条件有 : 馏出液 : 二氯甲烷的流量为 : /kmol h 釜底流出液 : 二氯甲烷的流量为： kmol/h 三氯甲烷的流量为 : /kmol h 四氯甲烷的流量为 : /kmol h 来自塔顶的蒸汽冷凝液 二氯甲烷的沸点为 40℃ ,气化潜热为 293KJ/Kg 馏出液 从 ℃ 冷却到 ℃ Q 顶 =n pC •Δt=()=104KJ/h 设冷却水的出口温度为 35℃ , 进口温度为 20℃ Δtm=[()()]/Ln[()/()]=℃ 取 2200 8 /( )K K J m h C    所以： A= Q 顶 /(K•• Δtm )= 104/(2020)= m2 冷却水用量： W=Q/ (Cp(水 )•• Δt )= 104/[（ 3520） ]= Kg/h 塔底流 出液的冷却由 130C 冷却到 38C Q 底 =∑n pC •Δt +∑wλ =(++)(13038) +86293+119+153195 =107 KJ/h 设冷却水进口温度为 20C , 出口温度为 30C (130 30) ( 38 30) 3038 30mntCL      山东轻工业学院 2020 届本科生毕业设计 15 取 2502 /( )K KJ m h C    A= Q/( K •Δtm) =107 /(502) = 930m2 冷却水用量 : W=Q/(Cp(水 ) •Δt)= 107/[(3020)]=105 Kg/h 来自回流罐的二氯甲烷的温度为 ℃ ，经冷却器进一步冷却至 35 ℃ . Q=Σ n pC •Δt+Σ wλ = ()+86293 =105 KJ/h 公用循环水冷却水的进口温度为 33℃ ，出口温度为 43℃ . 则： Q= W(水 )Cp(水 ) (t 终 t 始 ) 得： W(水 )=Q/[ Cp(水 ) (t 终 t 始 )] =105/[ (4333)] =104Kg/h 对二氯甲烷共沸塔进行热量衡算 二氯甲烷共沸塔塔顶冷凝器 待处理物料进入冷凝器的温度为 ℃ ，出口温度为 34℃ . 则： Q=Σ n pC •Δt+Σ wλ =()+293 =103 KJ/h 公用循环水冷却水的进口温度为 33℃ ，出口温度为 43℃ . 则： Q= W(水 )Cp(水 ) (t 终 t 始 ) 得： W(水 )=Q/[ Cp(水 ) (t 终 t 始 )] =103 /[ (4333)] = Kg/h 二氯甲烷共沸塔塔底冷却器 待处理物料进入冷却器的温度为 ℃ ，离开冷却器的 温度为 35℃ 则： Q=n pC Δt =() =103 KJ/h 公用循环水冷却水的进口温度为 33℃ ，出口温度为 43℃ 则： Q= W(水 )Cp(水 ) (t 终 t 始 ) 得： W(水 )=Q/[ Cp(水 ) (t 终 t 始 )] =103/[ (4333)] 山东轻工业学院 2020 届本科生毕业设计 16 = Kg/h 第五章 主要设备的工艺计算和核设备选型 二氯甲烷塔的设计及选型 设计 条件： 流体的流量： Vs=蒸汽流量： Ls= m3/s 操作压力： 蒸气密度： Pv= 液体密度： Pl=1354 kg/ m3 液体的表面张力： 105 材料的选择： 设计压力 P=,属于低压分离设备一类容器，介质腐蚀性未有特殊的要求，设计要求为 130℃ ，故考虑选取 16MnR 作为塔体的材料。 筒体厚度计算 塔径估算 取塔板间距 H=350mm= , 塔板上层深度 hl=50mm= 故分离空间有： Hhl== 动能参数： （ Ls/Vs） (Pl/Pv)=1354/= 由图查得： 负荷系数： C= 液体表面张力 б=35mN/m C= C35(б/35105) =[(105/35105)] = 最大允许空速： Umax=C[(PlPv)/Pv]1/2 =[()/] 1/2= 适宜的空塔速度 U 一般为最大允许气速的 倍 取 U=== m/s 则塔径： 山东轻工业学院 2020 届本科生毕业设计 17 DT=(VS/)1/2 =()1/2 = m 按强度条件：筒体所需要的厚度： Sd=PDi/(2[б]tφP)+C1+C2 =(94324)/(2170)+ = 按刚度要求，筒体所需要的最小厚度： Smin=2Di/1000 =2919/100。