【正文】 題 目 年產(chǎn)4000噸的氯甲烷氯化吸收工段的初步設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)：4kt/a二氯甲烷氯化吸收，年工作日330天，其余數(shù)據(jù)以工廠實(shí)際收集為準(zhǔn)。說(shuō)明書(shū)內(nèi)容：1．進(jìn)行工段工藝流程設(shè)計(jì)；2．進(jìn)行工段物料、熱量衡算，并編制物料平衡數(shù)據(jù)表；3．進(jìn)行工段設(shè)備設(shè)計(jì)或選型，編制設(shè)備一覽表；4．編制工段初步設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。圖紙要求：1．繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖；2．繪制主要設(shè)備的設(shè)備圖及設(shè)備布置圖；前言二氯甲烷具有溶解能力強(qiáng)和毒性低的優(yōu)點(diǎn)，大量用于制造安全電影膠片、聚碳酸酯，其余用作涂料溶劑、金屬脫脂劑，氣煙霧噴射劑、聚氨酯發(fā)泡劑、脫模劑、脫漆劑?！《燃淄闉闊o(wú)色液體，在制藥工業(yè)中做反應(yīng)介質(zhì)，用于制備氨芐青霉素、羥芐青霉素和先鋒霉素等。還用作膠片生產(chǎn)中的溶劑、石油脫蠟溶劑、氣溶膠推進(jìn)劑、有機(jī)合成萃取劑、聚氨酯等泡沫塑料生產(chǎn)用發(fā)泡劑和金屬清洗劑等。目錄第一章總論第二章生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述第三章物料衡算和熱量衡算第四章主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型 第五章綜合表 第六章設(shè)備一覽第七章管路設(shè)計(jì) 評(píng)述 參考文獻(xiàn)第一章 總論1概述二氯甲烷是無(wú)色透明不分層液體，在氧氣中易爆炸，其具體物理性質(zhì)如下表： 表1—1名稱(chēng)單位 產(chǎn) 品二氯甲烷分子量外觀無(wú)色透明不分層液體分子式CH2Cl2沸點(diǎn)℃液體比重D420蒸汽比重蒸汽密度g/l汽化潛熱Cal/g液體比熱Cal/g.℃蒸汽比熱Cal/g.℃在水中溶解度g/100g水臨界壓力Kg/cm2臨界溫度℃237臨界密度冰點(diǎn)℃在空氣中爆炸范圍V%~在氧氣中爆炸范圍V%~二．產(chǎn)品的化學(xué)性質(zhì)二氯甲烷是無(wú)色、透明、比水重、易揮發(fā)的液體，有類(lèi)似醚的氣味和甜味，不燃燒，但與高濃度氧混合后形成爆炸的混合物。二氯甲烷微溶于水，與絕大多數(shù)常用的有機(jī)溶劑互溶，與其他含氯溶劑、乙醚、乙醇也可以任意比例混溶。室溫下二氯甲烷難溶于液氨中，能很快溶解在酚、醛、酮、冰醋酸、磷酸三乙酯、甲酰胺、環(huán)己胺、乙酰乙酸乙酯中。純二氯甲烷無(wú)閃點(diǎn)，含等體積的二氯甲烷和汽油、溶劑石腦油或甲苯的溶劑混合物是不易燃的，然而當(dāng)二氯甲烷與丙酮或甲醇液體以10：1比例混合時(shí)，其混合特具有閃點(diǎn)，蒸發(fā)后與空氣會(huì)形成易燃的混合物。 二氯甲烷是甲烷氯化物中毒性最小的，%。如果二氯甲烷直接濺入眼中，有疼痛感并有腐蝕作用。二氯甲烷的蒸汽有麻醉作用。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)懲的中毒危險(xiǎn)時(shí)應(yīng)立即脫離接觸并移至新鮮空氣處，一些中毒癥狀就會(huì)得到緩解或消失，不會(huì)引起持久性的損害。　　有麻醉作用，主要損害中樞神經(jīng)和呼吸系統(tǒng)。人類(lèi)接觸的主要途徑是吸入。已經(jīng)測(cè)得，在室內(nèi)的生產(chǎn)環(huán)境中，當(dāng)使用二氯甲烷作除漆劑時(shí)，有高濃度的二氯甲烷存在。一般人群通過(guò)周?chē)諝?、飲用水和食品的接觸，劑量要低得多。據(jù)估計(jì)，在二氯甲烷的世界產(chǎn)量中，大約80%被釋放到大氣中去，但是由于該化合物光解的速率很快，使之不可能在大氣中蓄積。其初始降解產(chǎn)物為光氣和一氧化碳，進(jìn)而再轉(zhuǎn)變成二氧化碳和鹽酸。當(dāng)二氯甲烷存在于地表水中時(shí)，其大部分將蒸發(fā)。有氧存在時(shí)，則易于生物降解，因而生物蓄積似乎不大可能?！　『粑到y(tǒng)防護(hù)：空氣中濃度超標(biāo)時(shí)，應(yīng)該柚戴直接式防毒面具(半面罩)。緊急事態(tài)搶救或撤離時(shí)，佩戴空氣呼吸器。工業(yè)二氯甲烷產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)（GB411792）表1—2指標(biāo)名稱(chēng)指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品純度(PtCO) %≥酸度（以HCl計(jì)）%≤水份 %≤色度 ≤101010蒸發(fā)殘?jiān)? %≤ 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。二氯甲烷具有溶解能力強(qiáng)和毒性低的優(yōu)點(diǎn)，大量用于制造安全電影膠片、聚碳酸酯，其余用作涂料溶劑、金屬脫脂劑，氣煙霧噴射劑、聚氨酯發(fā)泡劑、脫模劑、脫漆劑。二氯甲烷為無(wú)色液體，在制藥工業(yè)中做反應(yīng)介質(zhì)，用于制備氨芐青霉素、羥芐青霉素和先鋒霉素等。還用作膠片生產(chǎn)中的溶劑、石油脫蠟溶劑、氣溶膠推進(jìn)劑、有機(jī)合成萃取劑、聚氨酯等泡沫塑料生產(chǎn)用發(fā)泡劑和金屬清洗劑等。二氯甲烷在中國(guó)主要用于膠片生產(chǎn)和醫(yī)藥領(lǐng)域。其中用于膠片生產(chǎn)的消費(fèi)量占總消費(fèi)量的50%，醫(yī)藥方面占總消費(fèi)量的20%，清洗劑及化工行業(yè)消費(fèi)量占總消費(fèi)量的20%，其他方面占10%。．4產(chǎn)品的市場(chǎng)需求二氯甲烷又稱(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、煙霧劑的推進(jìn)劑、脲泡沫的發(fā)泡劑目前，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、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)20002005年對(duì)二氯甲烷的需求量將以2%—3%左右的速度增加。、來(lái)源及凈化一． 原料規(guī)格：1． 氯氣純度 Cl2≥%(V) 水份H2O≤%(wt)2． 天然氣純度 CH4≥%(V)C2和C2以上組分C2+≤%(V)（凈化天然氣）C2+≤%(V)（凈化天然氣）1．氯氣：來(lái)自燒堿車(chē)間電解產(chǎn)生的氯氣 2. 天然氣：因?yàn)樽载曍S富的天然氣資源，因此就地取材第二章 生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述2．1二氯甲烷的生產(chǎn)原理及生產(chǎn)方法2．1．1生產(chǎn)原理甲烷熱氯化機(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：1．鏈引發(fā)Cl2 Cl.+2．增鏈 CH4+Cl. CH3.+HCl+ CH3.+Cl2 CH3Cl+Cl.+ CH3Cl+Cl. CH2Cl.+HCl+ CH2Cl.+Cl2 CH2Cl2+Cl.+ CH2Cl2+Cl. +HCl+ +Cl2 CHCl3+Cl.+ CHCl3+Cl. CCl3.+HCl+ CCl3.+Cl2 CCl4+Cl.+3． 鏈終止 下列情況存在都可能產(chǎn)生鏈終止（1）活化分子與器壁碰撞 Cl.+Cl.+M Cl2+M（2）活化分子之間碰撞R．+Cl. 不活潑產(chǎn)物R．+R。 不活潑產(chǎn)物（3）原料氣中氧的存在能阻礙反應(yīng)。50 / 50對(duì)鏈終止的影響。 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： CH4+Cl2 CH3Cl+HCl+ CH3Cl+Cl2 CH2Cl2+HCl+ CH2Cl2+Cl2 CHCl3+HCl+ CHCl3+Cl2 CCl4+HCl+ 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)。 CH4+2Cl2 C+4HCl+70千卡/克分子 2CHCl3 C2Cl4+2HCl 3CHCl3 C2Cl6+CH2Cl2+HCl 2CCl4 C2Cl4+Cl2 2CCl4 C2Cl6+Cl2 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：a. 保證原料氣的正確配比；b. 保證甲烷和氯氣充分均勻混合；c. 有效和及時(shí)引出反應(yīng)熱。 .2二氯甲烷的生產(chǎn)方法及特點(diǎn) 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)CE lummus 公司和Armstrong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。1．（甲烷）天燃?xì)鉄崧然ㄌ烊細(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。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℃。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)：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；采用霧化四氯化碳或較低的氯甲烷為熱載體；采用流化床反應(yīng)器。2．氯甲烷氯化法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—）: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。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%四氯化碳。2．2生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)述 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。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。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，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。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