二氯甲烷的氯化吸收工艺设计（DOC 55页）(1)

1四川理工学院毕业设计(论文)说明书题目二氯甲烷的氯化吸收工艺设计作者系别材料与化学工程系专业有机化工99.1班指导教师2接受任务日期2003年2月24日完成任务日期2003年6月10日论文评阅教师论文答辩教师3毕业设计（论文）任务书学生姓名专业有机班级九九级一班指导教师（签名）题目年产4000吨的氯甲烷氯化吸收工段的初步设计原始数据：4kt/a二氯甲烷氯化吸收，年工作日330天，其余数据以工厂实际收集为准。说明书内容：1．进行工段工艺流程设计；2．进行工段物料、热量衡算，并编制物料平衡数据表；3．进行工段设备设计或选型，编制设备一览表；4．编制工段初步设计说明书。图纸要求：1．绘制带控制点的工艺流程图；2．绘制主要设备的设备图及设备布置图；4学生综合训练方面的要求：完成期限：2003年2月24日至2003年5月23日教研室主任：（签名）2003年6月2日5第一章总论1概述1.1.1产品的物理化学性质一.产品的物理性质二，三氯甲烷都是无色透明不分层液体，在氧气中易爆炸，其具体物理性质如下表：表1—1名称单位产品二氯甲烷三氯甲烷分子量84.94119.39外观无色透明不分层液体无色透明不分层液体分子式CH2Cl2CHCl3沸点℃40.461.3液体比重D4201.3261.489蒸汽比重2.934.13蒸汽密度g/l3.304.36汽化潜热Cal/g78.759.3液体比热Cal/g.℃0.2880.234蒸汽比热Cal/g.℃0.1550.142在水中溶解度g/100g水1.320.79临界压力Kg/cm260.953.8临界温度℃237263.4临界密度0.4270.500冰点℃-96.7-61.36在空气中爆炸范围V%13.0~18.0在氧气中爆炸范围V%13.0~18.0二．产品的化学性质1．二氯甲烷二氯甲烷在四种甲烷氯化物中对热分解和水解的稳定性仅次于一氯甲烷。在干燥空气中最低的热解温度是120OC，热解温度随水含量增加而降低，热解主要生成氯化氢和微量光气。在300—450oC，有铁和金属氯化物存在时，在气相中二氯甲烷有焦化倾向，会生成黑色的固体聚合物。二氯甲烷进一步氯化得到三氯甲烷和四氯化碳外，还具有下面一些化学性质。（1）氧化铜触媒存在下，与空气作用生成光气触媒CH2Cl2+O2COCl2+H2O450OC（2）在一定条件下与水蒸气作用生成甲醇、甲酸和氯化氢2CH2Cl2+3H2O(汽)CH3OH+HCOOH+4HCl（3）在触媒存在的条件下，450OC时与水蒸气作用生成甲醛硫酸锌CH2Cl2+H2O(汽)HCHO+2HCl450OC（4）在碱的水溶液中加压可皂化成甲醛CH2+2NaOHHCHO+H2O+2NaCl（5）铝的存在下，与溴反应生成氯溴甲烷和二溴甲烷4CH2Cl2+3Br22CH2Br2+2Cl2（6）100~125OC下，与乙醇溶液中的氨反应生成六甲撑四胺（即乌洛托品）乙酸溶液6CH2Cl2+16NH3(CH2)6N4+12NH4Cl100~125OC2．三氯甲烷三氯甲烷在四种氯化物中最容易水解，水解产物是甲酸和氯化氢。升高温度会大大7加快水解反应，有氯化铁等金属氯化物存在回催化水解反应。三氯甲烷在290OC以下不会热分解，但在四种甲烷氯化物中对热的稳定性比二氯甲烷差。在室温下若受长时间光照会慢慢分解，有空气存在时即使在暗处也回引起分解，生成光气、氯化氢、氯气等。2COCl2+2HCl2CHCl3+O24CHCl3+5O24CO2+6Cl2+2H2O氯仿除可氯化生成四氯化碳外，还具有下面一些化学性质。（1）与稀碱溶液加热，生成甲酸盐和氯化钠CHCl3+4NaOHHCOONa+3NaCl+2H2O（2）浓碱溶液加热，生成一氧化碳和氯化钠CHCl2+3NaOHCO+3NaCl+2H2O（3）与赤热的铜或钠汞接触生成乙炔2CHCl2+3CuC2H2+3CuCl2（4）有催化剂存在，与氟化氢反应生成氟里昂CHCl3+HFHCl+CHCl2F(F_11)CHCl3+2HF3HCl+CHClF2(F_12)CHCl3+3HF3HCl+CHF3(F_13)（5）三氯甲烷加热到450OC以上产生热解，生成四氯乙烯，六氯乙烷，氯化氢和少量其他氯代烃2CHCl2C2Cl6+2HCl3CHCl3C2Cl6+3HCl1.1.2质量标准1．工业二氯甲烷产品的技术指标（GB4117-92）表1—2指标名称指标优等品一等品合格品纯度(Pt-CO)%≥99.599.098.0酸度（以HCl计）%≤0.00040.00080.0010第一章总论8水份%≤0.0400.0500.060色度≤101010蒸发残渣%≤0.00050.00100.00302.工业三氯甲烷产品标准的技术指标（GB4118-92）表1—3指标名称指标优等品一等品合格品纯度%≥99.599.098.0色度(Pt-CO)≤101525四氯化碳%≤0.050.21．1一二氯乙烷%≤0.040.1酸度%≤0.0010.0010.003水份（以HCl计）%≤0.030.030.051.1.3产品的主要用途一.二氯甲烷二氯甲烷是优良的有机溶剂，具有很高的溶解能力，沸点低，不燃和毒性很低等特点。广泛用作溶剂，大量二氯甲烷在安全胶片制造中用作醋酸纤维素的溶剂；三醋酸纤维素抽丝的溶剂和双酚A制造聚碳酸中用作溶剂。二氯甲烷亦用于天然存在的热敏物质的萃取，如除去咖啡、啤酒蛇麻子中的咖啡因；二氯甲烷还用于制药工业，在淄族化合物、抗菌素和维生素制造中的溶剂。二氯甲烷广泛用作油漆和凡立水的脱膜剂。以二氯甲烷为主要成分的典型油漆脱膜剂可含有石蜡、有机胺、低级脂肪酸和醇、丙酮和磺化洗涤剂等。它亦可用于配制快干油漆。对金属表面漆层的除去，二氯甲烷蒸汽喷雾是有效的方法。二氯甲烷与F—12一起，可作为低压推进剂烟雾剂。二氯甲烷亦大量用作聚醚型尿烷泡沫辅助发泡剂，在尿烷泡沫塑料工业中，二氯甲烷还用于生产过程结束后浇口和管道的立即清洗。二氯甲烷可作为气溶胶溶剂包装。二氯甲烷在工业清洗操作的应用也是很多的。如金属和塑料加工工业中用作气相脱脂剂，尤其适合不耐三氯乙烯和四氯乙烯等其第一章总论9它高温脱脂溶剂的产品清洗。亦可与石油和其它氯代烃混合在金属制造工业中清净剂。等重量的二氯甲烷、甲苯混合物已推荐用于清洗印刷铅字。二．三氯甲烷三氯甲烷主要用于制造氟里昂（F—22）的原料。三氯甲烷是优良的有机氯溶剂，能迅速溶解脂肪、油脂和蜡，常用于干洗和工业品的脱脂溶剂的配制。在粘结剂、食品包装塑料和树脂的调和中用作溶剂。三氯甲烷在染料、杀蠕虫药、杀真菌剂和烟草苗防霉剂生产中用作中间体。三氯甲烷作为麻醉剂的应用已停止，但在一些兽药品中仍用作麻醉剂。在医药工业上的应用有：青霉素，生物碱，淄族化合物，维生素，调味品及葡萄糖等的萃取和提纯中用作溶剂。它亦可用于痛软膏、祛痰剂、牙膏和排除肠胃剂的配制。还可用于配制熏蒸清毒剂。1.1．4产品的市场需求一．二氯甲烷的市场需求二氯甲烷又称甲叉二氯、氯化次甲基。二氯甲烷主要用作不燃性溶剂，如三乙酸纤维脂电影胶片的溶剂、金属表面油漆层的清洗脱膜剂、气溶胶的推动剂、石油脱蜡溶剂、热不稳定性物质的萃取剂。从羊皮提取羊肢和从椰中提取食用油的萃取剂、也用作低温载体、矿物油的闪点升高剂、灭火剂、烟雾剂的推进剂、脲泡沫的发泡剂目前，我国二氯甲烷生产厂家主要为巨化集团，北京农药二厂，天津大沽化工厂，河南男阳化工厂，四川自贡鸿鹤化工厂等。1998年我国二氯甲烷生产能力约为1.8万t。而国内表现消费量为5万t。从目前国内市场来看，二氯甲烷有很大的缺口。从二氯甲烷的国内应用前景分析，随着人民生活水平不断提高，加之国产胶卷的不断发展，必将推动胶片行业的发展。1993年我国进口二氯甲烷22431t，出口131t；1994年进口17946t，出口206t；1995年进口20718t，出口67t；1996年进口25119t，出口294t；1997年进口32565t，出口1425t；预计2005年消费二氯甲烷10万t。自1995年以来，国内市场二氯甲烷价格比较稳定，不象其它化工产品经历了大起大落的过程。1995年1月，国内市场二氯甲烷价格为8500---9800元/t；1995年7月，价格为9500元/t；1996年3月，为8600---9800元/t，与1995年初基本一致。第一章总论101997年12月为8600元/t；1998年3月为8100---8700元/t，价格有所下滑，主要是受整个化工市场行情回落的影响。估计近期国内市场二氯甲烷价格不会有大的波动，将以平稳为主。目前，世界二氯甲烷供需基本平衡，但由于产品和国家地区之间发展不平衡，其未来产量的增减也因地区而异。由于美国、西欧、日本相继出口一些环保法规，严格控制排放，尽可能回收，预计美国等工业发达国家和地区消费将逐年递减，而世界的其它国家和地区，如东欧、中东、亚洲和拉美等发展中国家对二氯甲烷的需求量将保持较快的增长速度，预计世界范围内2000---2005年对二氯甲烷的需求量将以2%—3%左右的速度增加。二．三氯甲烷的需求状况三氯甲烷为无色透明液体，是重要的有机合成原料，主要用于生产致冷剂、染料和药品等。目前在中国三氯甲烷主要用于生产HCFC__22（二氟一氯甲烷）其消费量占总消费量的75%以上。另外，在医药工业中主要用作萃取剂等。预计2005年致冷剂的三氯甲烷消费将超过10万t。国外三氯甲烷也主要用于制备HCFC—22。几十年来，HCFC——22被人们广泛用作致冷剂及用于制备有机氟高分子材料。由于世界至今尚未开发和生产出完全令人满意的CFC—11，CFC—12的替代物。所以HCFC—22被为空调和超级市场致冷剂的替代品。20世纪90年代中期HCFC—22生产发展迅猛，但是，HCFC——22毕竟是破坏大气臭氧层的物质，只是作为家用空调和商业制冷剂CFC—11和CFC—12的过渡产品。目前发达国家消费量已逐年3减少，全球将于2040年停止HCFC—22作为制冷剂和发泡剂使用。但其作为聚四氟乙烯等高分子有机氟材料则不受限制。由于世界范围内高分子有机含氟材料的需求增长非常快，因此基本抵消了制冷剂需求下降造成的影响，预计2000~2005年，世界对三氯甲烷的需求量将保持小幅增长，增长率不超过0.5%。三氯甲烷在2040年以前将以价格低廉而保持其应有的市场占有率。在2010年只、之前其在制冷剂方面的消费允许继续增长。即使2040年停止作为制冷剂和发泡剂使用，但其作为含氟合成材料的用量将大幅增长，抵消了禁用的影响，未来十年，三氯甲烷仍处于有利的发展期，国内企业应抓住机遇，规模化生产。第一章总论111.1.5其它由于本过程产生大量的盐酸，可出售。另外，中和塔排出的废碱需进行处理后才能排放，以免污染环境。1.2原材料的规格、来源及净化一．原料规格：1．氯气纯度Cl2≥95.0%(V)水份H2O≤0.05%(wt)2．天然气纯度CH4≥96.0%(V)C2和C2以上组分C2+≤0.6%(V)（净化天然气）C2+≤0.01%(V)（净化天然气）二.原料来源1．氯气：来自烧碱车间电解产生的氯气2.天然气：因为自贡丰富的天然气资源，因此就地取材三.天燃气净化采用变压吸附技术(PressureSwlngAdsorptlon.简称PSA)脱出天然气中C2+以上自分，主要利用吸附剂对不同气体自分的吸附容量随压力变化而呈现差异的特性，在吸附剂选择吸附条件下，加压吸附原料起中C2+以上烃类组分难吸附的CH4作为产品起由吸附塔出口排出，减压时吸附的C2+组分脱附，同时吸附剂获得再生，整个过程是在环境温度下进行的。1.3生产方案的确定由于自贡地区盐化工发达，氯化钠电解法制烧碱规模较大，为合理利用电解过程中产生的大量氯气，再结合自贡丰富的天然气资源，故选用甲烷热氯化法生产二、三氯甲烷。第一章总论12第二章生产工艺流程简述2．1二、三氯甲烷的生产原理及生产方法2．1．1生产原理甲烷热氯化机理和其它烷烃氯化机理相似，都是自由基连锁反应。氯分子的活化是通过高温来实现的，其自由基连锁反应历程