化工设计实例

化工设计实例——10000吨/年氯乙酸生产氯化反应装置的设计第一步：查阅资料，了解氯乙酸生产工艺，及关键工艺参数和物料参数。1、工艺过程氯乙酸生产工艺有约10种，最常用的工艺是乙酸催化氯化法生产氯乙酸，反应式如下：存在二氯化副反应，二氯化反应是与一氯化反应平行进行的反应。催化剂为硫磺或乙酸酐，采用乙酸酐为催化剂时，中间产物乙酰氯仅催化一氯化反应。乙酸酐催化反应历程：对文献分析决定选用乙酸酐为催化剂。2、工艺参数经文献分析得到：⑴反应温度为90～110℃⑵催化剂用量为乙酸用量的5%（质量）⑶氯气用量为乙酸的110～115%（物质的量）⑷一氯化转化率为80%⑸二氯化转化率为4%⑹氯化反应时间为22小时3、物料参数乙酸：相对密度（水为1）：1.050凝固点（℃）：16.7沸点（℃）：118．3粘度(mPa.s）：1．22(20℃）20℃时蒸气压（KPa）：1.5外观及气味：无色液体，有刺鼻的醋味。溶解性：能溶于水、乙醇、乙醚、四氯化碳及甘油等有机溶剂。相容性：材料：稀释后对金属有强烈腐蚀性，316#和318#不锈钢及铝可作良好的结构材料。国家产品标准号：GB/T676-2007乙酸在常温下是一种有强烈刺激性酸味的无色液体。乙酸的熔点为16.6℃（289.6K）。沸点117.9℃(391.2K）。相对密度1.05，闪点39℃，爆炸极限4%～17%（体积）。纯的乙酸在低于熔点时会冻结成冰状晶体，所以无水乙酸又称为冰醋酸。乙酸易溶于水和乙醇，其水溶液呈弱酸性。乙酸盐也易溶于水。下为中华人民共和国关于工业乙酸的国家标准：指标名称指标优等品一等品合格品色度，Hazen单位（铂-钴色号）≤102030乙酸含量，%≥99.899.098.0水分，%≤0.15--甲酸含量，%≤0.060.150.35乙醛含量，%≤0.050.050.10蒸发残渣，%≤0.010.020.03铁含量（以Fe计），%≤0.000040.00020.0004还原高锰酸钾物质，min≥305-乙酸酐：中文名：乙酸酐外文名：Aceticanhydride别名：乙酐，醋酐，无水醋相对分子质量：102.09化学品类别：酸酐管制类型：乙酸酐(易制毒-2)酸分子式：C4H6O3储存：密封阴凉干燥保存外观与性状：无色透明液体，有刺激气味，其蒸气为催泪毒气。熔点(℃)：-73.1相对密度（水=1）：1.08沸点(℃)：138.6相对蒸气密度（空气=1）：3.52分子式：C4H6O3分子量：102.09饱和蒸气压(kPa)：1.33(36℃)燃烧热(kJ/mol)：1804.5临界温度(℃)：326临界压力(MPa)：4.36闪点(℃)：49爆炸上限%(V/V)：10.3引燃温度(℃)：316爆炸下限%(V/V)：2.0溶解性：溶于乙醇、乙醚、苯。[1]化学性质易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与强氧化剂接触可发生化学反应。[1]能使醇、酚、氨和胺等分别形成乙酸酯和乙酰胺类化合物。在路易斯酸存在下，乙酐还可使芳烃或烯径发生乙酰化反应。在乙酸钠存在下，乙酐与苯甲醛发生缩合反应，生成肉桂酸。缓慢溶于水变成乙酸。与醇作用生成乙酸乙酯。[2]氯气：物质的理化常数:国标编号23002CAS号7782-50-5中文名称氯英文名称chlorine别名氯气；液氯分子式Cl2外观与性状黄绿色有刺激性气味的气体分子量70.91蒸汽压506.62kPa(10.3℃)熔点-101℃沸点：-34.5℃溶解性易溶于水、碱液密度相对密度(水=1)1.47；相对密度(空气1)2.48稳定性稳定危险标记6(有毒气体)主要用途用于漂白，制造氯化合物、盐酸、聚氯乙烯等乙酰氯：【中文名】氯乙酰氯；一氯乙酰氯【英文名】chloracetylchloride【CAS号】79-04-9【分子式】C2H2CL2O【分子量】112.94【密度】1.4202【熔点】-21.77【沸点】107【折射率】1.4541【毒性LD50】大鼠经口120【性状】无色液体，有刺激气味。【溶解情况】溶于丙酮，与乙醚混溶。【用途】用于制备氨基酸和其他有机合成。多种药物如利眠宁、安定、硝基安定、利多卡因、益康唑等中间体。有机合成试剂，如氨基保护，制取N-氯乙酰基保护的氨基酸衍生物。【备注】凝固点-21.77℃。化学性质活泼。遇水分解。对皮肤、眼睛、粘膜和呼吸道有伤害，高浓度时可导致失明或死亡。氯乙酸：氯乙酸*简介中文名称：氯乙酸英文名称：Chloroaceticacid别名名称：一氯醋酸氯醋酸一氯乙酸无水氯乙酸TZR-701阻燃润滑剂异氰尿酸蜜胺盐氯代乙酸氯乙酸溶液更多别名：monochloroaceticacid分子式：C2H3ClO2分子量：94.5氯乙酸编号CAS号：79-11-8氯乙酸物性数据1.性状：无色或淡黄色结晶，有刺激性气味。2.密度(g/mL,60/4℃)：1.5803.相对蒸汽密度(g/mL,空气=1)：3.264.熔点(ºC)：63(α型)，56.2(β型)，50.2(γ型)5.沸点(ºC,常压)：189.46.折射率(60ºC)：1.43307.黏度(mPa·s,65ºC)：2.2258.闪点(ºC)：1269.蒸气压(kPa,71.51ºC)：0.6710.蒸发热(KJ/mol,13.3kPa,130ºC)：54.411.熔化热(KJ/mol,61ºC)：19.312.熔化热(KJ/mol,56ºC)：18.813.熔化热(KJ/mol,51ºC)：15.914.燃烧热(KJ/mol,固)：726.415.电导率(S/m,60ºC)：1.4×10-616.爆炸下限(%,V/V)：817.溶解性：易溶于水、醇、苯、氯仿和醚等。25℃时在100g水、甲醇、**中氯乙酸的溶解度分别为510g，350g，190g。18.常温折射率(n25)：1.43306019.常温折射率(n20)：1.43515520.相对密度(25℃，4℃)：1.3776321.相对密度(20℃，4℃)：1.40434022.气相标准声称热(焓)(kJ·mol-1)：-435.223.晶相标准声称热(焓)(kJ·mol-1)：-510.5氯乙酸*毒理学数据1、急性毒性：口服-大鼠LD50：760mg/kg;皮下-小鼠LC50：250mg/kg;豚鼠经口LD50为80mg/kg。2、属中等毒类。本品腐蚀性和刺激性强，有毒，附着皮肤上时能引起烧伤、坏疽、并伴有剧痛。接触本品酸雾引起眼部疼痛、流泪、羞明、结膜充血和上呼吸道刺激症状。二氯乙酸：中文名】二氯乙酸；二氯醋酸【英文名】dichloroaceticacid【分子式】C2H2Cl2O2【分子量】128.94【密度】1.5634【熔点】9.7，-4【沸点】193～194【折射率】1.4658【毒性LD50】大鼠经口2820【性状】无色液体。【溶解情况】溶于水、乙醇和乙醚。【用途】用于有机合成和制药物、染料等。氯化氢：中文名】氯化氢【英文名】hydrogenchloride【CAS号】【分子式】HCl【分子量】36.5【密度】1.6392（0℃），相对密度1.268（空气=1）【熔点】-111【沸点】-85【性状】无色气体，有刺激性气味。【溶解情况】易溶于水，也溶于乙醇和乙醚等。水溶液称为盐酸。【用途】用于制盐酸、氯化物，并用作有机化学的缩合剂等。【制备或来源】由氢气和氯气直接化合，或由食盐与浓硫酸共热而得。【备注】干燥氯化氢的性质不活泼，对锌、铁等金属无作用。第二步：过程流程图第三步：物料衡算、能量衡算氯乙酸4160kg假定：98%4250kg=44.97kmol/a=1.87kmol/h乙酸2.337kmol/h乙酸酐0.1168kmol/h氯气：2.687kmol/h第四步：物料流程图第五步：带控制点的工艺流程图第六步：管道仪表流程图第七步：反应器的计算第八步：反应器的设计第九步：装配图及零件图第十步：车间布置图第十一步：管道布置图第十二步：管段图第十三步：设计说明书