年产十万吨氯甲烷生产工艺的设计.docx
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1、北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计年产十万吨氯甲烷生产工艺的设计学 院:专 业:姓 名:指导老师:材料与环境学院化学工程与工艺敬肇信学 号:职 称:160502107417刘洪博副教授中国珠海二二年五月诚信承诺书本人郑重承诺:本人承诺呈交的毕业设计年产10万吨氯甲烷生产工艺的设计是在指导教师的指导下,独立开展研究取得的成果,文中引用他人的观点和材料,均在文后按顺序列出其参考文献,设计使用的数据真实可靠。本人签名: 日期: 2020 年 5 月 日 年产10万吨氯甲烷生产工艺的设计 摘 要 氯甲烷 (CH3Cl),还有个名字叫甲基氯,氯甲烷是一种无色的很容易被液化的气体,如果想储存需要
2、加压后储存在钢瓶里面。因为中国的经济在高速发展,有机硅在中国的需求也得到了提升,所以我们需要生产更多的氯甲烷。国内主要生产氯甲烷的方法有 2 种,液相催化法和气固相氢氯化法。本次设计采用甲醇氢氯化催化气固相法(气相法)来制取氯甲烷。甲醇被泵送到甲醇汽化器被汽化,汽化器的液面能够通过调节液相甲醇进料量来控制。在列管式固定床反应器中得到反应后,通过水洗塔,碱洗塔,硫酸塔过滤后得到一氯甲烷。关键词:一氯甲烷;列管式固定床反应器;工艺设计Design of the production process of 100 thousand tons of chloromethane per yearAbst
3、ractMethyl chloride (CH3Cl), a colorless and liquefiable gas, is usually stored in steel cylinders under pressure. Because Chinas economy is developing at a high speed and the demand for organosilicon in China is also increasing, we want to manufacture chloromethane. At present, there are two main p
4、roduction methods of chloromethane in China, liquid-phase catalytic method and gas-solid phase hydrochlorination method. In this design, methanol hydrochlorination catalytic gas-solid method (gas-phase method) is used to produce chloromethane. Methanol is pumped to the methanol vaporizer for vaporiz
5、ation, and the liquid level of the vaporizer is controlled by adjusting the methanol feed quantity of the liquid phase. After the reaction in a tubular fixed bed reactor, chloromethane is obtained by filtration in a sulfuric acid tower, an alkali washing tower and a water washing tower.Key words: Ch
6、loromethane;Tubular fixed bed reactor;process planning 目 录1前言- 1 -1.1项目建设的目的和意义- 1 -1.2氯甲烷的产品用途- 1 -2工艺技术方案- 3 -2.1反应过程的描述- 3 -2.2原料与处理过程- 4 -2.3产品的后处理- 4 -2.4未反应原料的循环与利用- 4 -2.4.1水的循环利用- 4 -2.4.2硫酸的循环利用- 4 -2.5三废排出物的处理措施简述- 4 -3建厂条件与厂址初步方案- 5 -3.1建设地区与厂址概况- 5 -3.2地理优势- 5 -3.3交通运输优势- 5 -3.4大企业形成的积聚效
7、应- 5 -3.5规划实施区域内现有及在建装置概况- 6 -3.6自然条件- 6 -3.6.1气候- 6 -3.6.2风速- 6 -3.6.3降水量- 6 -4主要原材料及辅助材料、燃料、动力的供应- 7 -4.1原材料供应- 7 -4.2辅助材料- 7 -4.3燃料及动力供应- 7 -4.3.1动力供应- 7 -4.3.2燃料供应- 7 -5物料衡算- 9 -5.1总论- 9 -5.2物料衡算目的- 9 -5.3物料衡算过程- 9 -5.3.1计算基准- 9 -5.3.2反应器的物料衡算- 10 -6热量衡算- 12 -6.1概述- 12 -6.2热量衡算原理- 12 -6.3能量衡算过程-
8、 13 -7设备选型设计- 15 -7.1列管固定床式反应器的设计- 15 -7.1.1催化剂的用量- 15 -7.1.2确定氧化反应器的基本尺寸- 17 -7.1.3床层压力降的计算- 18 -7.2传热面积的核算- 19 -7.2.1床层对壁面的给热系数- 19 -7.2.2总传热系数的计算- 20 -7.2.3传热面积的核算- 20 -7.2.4反应器塔径的确定- 21 -7.2.5设计结果汇总- 21 -7.3泵- 22 -7.3.1泵选型原则- 22 -7.4储罐- 24 -7.4.1氯甲烷产品罐- 24 -7.4.1.1基本性质- 24 -7.4.1.2选型结果- 24 -7.5管
9、道- 24 -7.5.1管径- 24 -7.5.1.1管道的相关规定- 24 -7.5.1.2管径的计算- 25 -8公共工程和辅助设施的初步方案- 26 -8.1给排水- 26 -8.1.1主要的设施规范和依据- 26 -8.1.2给水- 26 -8.1.3排水- 27 -8.2供配电- 27 -8.2.1主要的设施规范和依据- 27 -8.2.2工厂电力负荷的划分- 27 -8.3采暖通风及空气调节- 28 -8.3.1主要的设施规范和依据- 28 -8.4土建- 28 -8.4.1主要的设施规范和依据- 28 -9组织和劳动定员估算- 29 -9.1企业组织- 29 -9.2工厂体制-
10、29 -9.3生产班制- 29 -9.4定员- 29 -9.5人员来源和培训- 30 -9.6装置定员表- 30 -参考文献- 31 -附录- 33 -附录一 PFD图- 33 -附录二 PID图- 33 -附录三 设备图- 33 -附录四 车间主要设备布置图- 33 -北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计1前言1.1项目建设的目的和意义 随着国民经济的发展,我们对于有机硅产品的需求也是越来越大,而要制取有机硅的话,我们就需要大量的氯甲烷。所以,为了缓解我国对于氯甲烷的市场需求,我们决定设计一套生产氯甲烷的工艺流程。因为氯甲烷是一种没有颜色很容易液化的气体,所以需要我们加压然后储存在钢
11、瓶里面。氯甲烷容易燃烧和爆炸,并且在温度高的时候,容易与强光和水发生反应,会生产甲醇和盐酸,这也是我们制取氯甲烷的两种原料。氯甲烷还是有机合成里的重要原料。其主要特性见表1.1表1.1 二甲醚主要特性分子式CH3Cl 分子量50.49物理性质加热或遇火焰生成光气沸点-23.7熔点-97.7燃点538液体密度0.921g/ml临界压力6.68MPa临界温度143.1自燃温度632爆炸极限Vol:8.1-17.2%燃烧热685.5kJ/mol蒸发热429.75kJ/kg水分配系数对数值0.95易溶于:乙醚,乙醇,氯仿,丙酮1.2氯甲烷的产品用途 氯甲烷还有个名字叫做甲基氯,是一种无色的很容易被液化
12、的气体,气体如果被压缩,就会变成一种无色的液体。现如今,氯甲烷的主要的用途是用来制作和生产有关有机硅方面的产品的,比如生产甲基氯硅烷。氯甲烷还可以用来进行生产甲硫醇和甲基纤维素。而这两种材料可以进行制备二三氯甲烷和四氯化碳。 其实氯甲烷在世界上的最重要的用途就是进行生产甲基氯甲烷,而甲基氯甲烷是有机硅的合成之中的一种很重要的单体。甲基氯己烷的应用方面非常的广,几乎可以在我们生活之中的各个方面,就比如建筑,交通和化工医疗等方面。因为中国经济的发展,中国对有机硅的需求量得到增加,1998年中国有机氯硅烷的消费量已达7.7万t,剩下的不足,就由进口来解决1。我国对于有机硅的需求主要就表现在建筑,电子
13、和日化行业之中。我国目前对于有机硅的需求正以每年30%的增长速度在进行着增加,所以我们国家需要更多的有机硅的生产设备,而我们则进行对有机硅的生产原料的氯己烷来进行设计制备2。采用有机硅制成的高性能材料的绝缘性及密闭性优异,正被广泛应用于电子器件的各类产品,尤其是在集成电路封装中2。从我国集成电路行业发展来看,根据前瞻产业研究院发布的2018-2023年中国集成电路行业市场需求预测与投资战略规划分析报告2010年以来总体保持了较快增长态势,2017年,我国集成电路的产量达到1564.9亿块,同比增长17.8%,实现销售收入5411.3亿元,同比增长24.81%,维持在较高的增长水 平3。为此,国
14、内氯甲烷的市场前景颇为广阔,为了满足国内对于氯甲烷的市场需求,我们可以进行氯甲烷的生产。2工艺技术方案2.1反应过程的描述氯甲烷在我国的制备方法一般有两种,甲醇氢氯化催化气固相法(气相法),甲醇氢氯化催化气液相法(液相法),最后因为学校的设计规定和对于设计的考虑,我们最终选择了甲醇气固相法来制取氯甲烷。使用气相法得到产品一氯甲烷所需的温度和催化剂与液相法有一些不同。但是它们的反应原理基本相似,气相法中所需的温度为230-350,固体催化剂为三氧化二铝。甲醇通过汽化器进行汽化,然后与氯化氢气体进过过热器进行加热,并按照一定的摩尔比混合后从列管式固定床反应器的顶部进入到反应器,甲醇气体和氯化氢气体
15、会和活性铝固体催化剂进行气固接触,反应时的温度为230-300,进行完反应后的产物会从列管式固定床反应器的底部出来,底部出来的是粗一氯甲烷气体里面含有很多的杂质,比如甲醇,盐酸和二甲醚蒸汽等。这是的粗一氯甲烷气体再经过激冷器冷却并且部分冷凝后,会进入到水洗塔,通过水洗塔会进行有机物和无机物的分离和吸收HCl生成了有包含了盐酸的甲醇。这是气体再通过碱洗塔进行中和和洗涤工序,这一步主要是为了除去剩余的盐酸和甲醇。处理后的气体会进入到硫酸塔中进行干燥处理,处理掉气体中微量的水分,甲醇和少量的二甲醚后,最后我们能够得到的是纯度非常高的氯甲烷。最后气相的一氯甲烷再经过压缩机压缩和冷凝,最终会得到我们的产
16、品一氯甲烷4。反应过程的工艺流程图如下图所示: 图2.1 工艺流程图2.2原料与处理过程甲醇的制取采用了磨煤机处理后,送入到煤烧嘴,与高压氧弹、蒸汽混合,于1600温度下反应,形成煤气化产物。在这个过程中实施后,粗煤气冷却至340,经过变换并调整碳氢比例,随后进入到酸脱工艺,进入低温甲醇清洗装置,原料气的压力需要调整到3.5Mpa,温度到 40时,开始洗涤。从酸性气体中脱除后,净化器与二段氢气进行混合,然后进入分离器,分离后会进入到压缩机之中进行压缩,压缩后的合成气会和高压锅炉水进行混合,混合后又会进入到换热器进行预热,预热后可以进入到硫保护气体。整个过程中需要经过精馏、加压、常压处理,最后经
17、过回收塔,即可得到我们需要的甲醇。得到的甲醇经过锅炉预热汽化进入反应器反应5-7。2.3产品的后处理最终得到的氯甲烷产品通过储罐储存,或者直接销售给氯甲烷产品制造厂,也可以自己制造有机硅产品。2.4未反应原料的循环与利用2.4.1水的循环利用从自来水厂购来的自来水进入自来水罐,经过锅炉加热形成水蒸气对甲醇进行预热,进行预热后的水蒸气经过冷凝又形成液态水回到自来水罐。2.4.2硫酸的循环利用在硫酸干燥塔中的硫酸可以回流回到硫酸干燥塔中重复利用。2.5三废排出物的处理措施简述液体废弃物:从甲醇精馏塔塔釜处理出来的废水去废水后处理厂。固体废弃物:氯甲烷的制取的固体废弃物为催化剂的废弃物,所以可以重金
18、属的提取,提取出贵重金属后将剩下的废水交给生产催化剂的厂家进行处理。3建厂条件与厂址初步方案3.1建设地区与厂址概况本次的项目建设地点选定在中海油海南基地所在的东方工业园区,东方工业园区在海南省东方市,依靠着乐东气田群供应的天然气来生产大颗粒尿素和甲醇等的产品,如今的东方工业园区已经形成了140万吨/年的甲醇和132万吨/年的大颗粒尿素,并且还拥有一个设计吞量是1855万吨/年的深水港口。海南省东方工业园区与海南省东方市市区相接,是一个距离东南亚各国最近的一个工业园区,园区经济规模非常大,到2013年,东方工业园的总产值达到105.9亿元,企业总产值为104.3元。3.2地理优势东方工业园区在
19、海南省东方市,全市的总面积是2256.2km2,有着一个大型深水天然良港,能够通四海到达三江。并且有着很好的基建设施,如高速公路和粤海西环铁路,能很好的将各种资源快速的传递,东方市是全省重要的重化工业基地和能源基地。海南东方工业园区处于中国的东南部的经济区周围,因为这里有着许多的经济区比如珠三角经济区和北部湾经济区,所以这里有着很好的经济和地理优势。也可以更加方便的进行设计和生产。3.3交通运输优势海南东方工业园区可以依靠东方市的粤海铁路跟三亚凤凰机场还有高速公路进行运输。3.4大企业形成的积聚效应海南东方工业园区有着许多的大型的企业,有着很好的经济与物资基础,可以很好的提供一些我们生产上所需
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