甲醇氢氯化法合成甲烷氯化物的工艺设计

1、-范文最新推荐- 甲醇氢氯化法合成甲烷氯化物的工艺设计 设计项目：甲醇氢氯化法合成甲烷氯化物的工艺设计甲烷氯化物是包括一氯甲烷（氯甲烷）、二氯甲烷、三氯甲烷（也称氯仿）、四氯化碳，简称CMS。是有机产品中的大宗氯系产品，为重要的化工原料和有机溶剂。一氯甲烷主要用于生产甲基氯硅烷、聚硅酮、四甲基铅(汽油抗爆剂)、甲基纤维素；二氯甲烷在中国主要用于胶片生产和医药领域。在制药工业中，用于制备氨苄青霉素、羟苄青霉素和先锋霉素等；三氯甲烷则是青霉素、维生素、油脂及生物碱等的萃取剂；四氯化碳不会燃烧，沸点低，常作为灭火剂。65101. 设计任务来源工业甲醇为原料通过氢氯化法来设计年产1.5万吨甲烷氯化物的

2、合成工艺。以甲醇氢氯化法制甲烷氯化物的生产装置、生产流程及工艺参数为依据进行工艺设计。2. 设计标准本设计参考了与化工设计相关的国家标准和规定，确定了甲烷氯化物合成的工艺路线、工艺流程和工艺参数。(1) 工艺路线选择生产甲烷氯化物的原料路线主要有两种：以甲烷为原料的甲烷热氯化法和以甲醇为主要料的甲醇氢氯化法。甲烷热氯化法是最早实现工业化的甲烷氯化物生产方法，工艺技术成熟。此方法的优点是成本低;缺点是原料甲烷气需净化,而且产品质量不高,主成分氯仿纯度只能达到99.1%99.5%。目前甲醇氢氯化法是生产甲烷氯化物最先进的生产方法。大部分发达国家以甲醇为原料合成甲烷氯化物，此法中氯的利用率高，因此所

3、生产的产品纯度高。因此，我选择了甲醇氢氯化法来合成甲烷氯化物。(2) 工艺流程确定综合氯化法工艺流程可分为两个反应工段、吸收工段、精馏工段。甲醇蒸汽和氯化过程分离出来的氯化氢气体在氢氯化反应器内通过催化剂-ZnCl 溶液，在温度135下，甲醇与氯化氢反应生成一氯甲烷和水。反应气体通过冷凝、吸收及水洗以除去未反应的氯化氢、甲醇及反应生成的水。得到的含有甲醇的稀盐酸经甲醇回收装置回收甲醇后再送往氯化工序。氯甲烷与氯气在氯化反应器中进行热氯化反应，反应温度控制在400420，反应气经淬冷、干燥及低温冷凝使氯化氢与甲烷氯化物分离，冷凝下来的粗氯化液含有四种甲烷氯化物，少量的副产物及溶解的氯化氢等送精馏

4、工序。粗氯化液经初馏塔蒸馏，塔顶蒸出的二氯甲烷等低沸点组份，以气体状态返回氯化反应器进一步氯化，初馏塔釜蒸馏合格的氯化掖(主要是三氯甲烷及四氯化碳)，送人三氯甲烷精馏塔内精馏，从塔顶得到三氯甲烷产品，塔釜液再送人四氯化碳精馏塔精馏而得到四氯化碳产品。 Design ManualDesign projects: Process design of methanol hydro chlorinate synthesis of methane chlorideMethane chloride is including methyl chloride (methyl chloride), dichlo

5、romethane, trichloromethane (chloroform, carbon tetrachloride, also known as CMS). CMS is an important chemical raw materials and organic solvents. Methyl chloride is mainly used for the production of methyl chlorosilane, silicone, four methyl lead (gasoline antiknock agent), methyl cellulose; methy

6、lene chloride is mainly used in the fields of film production and medicine in china. In the pharmaceutical industry, for the preparation of ampicillin, carbenicillin and cephalothin; chloroform is extracting agent penicillin, vitamin, Oils and alkaloids; carbon tetrachloride not burning, low boiling

7、 point, is often used as a fire extinguishing agent.1. Design Task SourceProcess design an annual output of 15000 tons of methane chloride synthesis of methane chloride by industrial methanol. And design the production equipment, production process and process parameters as the basis.2. Design Stand

8、ardsThis design with reference to the relevant national standards and regulations and design of chemical process, methane chloride, synthesis process and process parameters were determined. (1)Technical Route ChoiceProduction of methane chloride raw material basically has two kinds: methane thermal

9、chlorination with methane as raw material and using methanol as the main material of methanol hydro chlorinate method. Methane thermal chlorination is the earliest implementation of methane chloride production process of industrialization, mature technology. The advantage of this method is low cost;

10、 disadvantage is the raw material of methane gas to be purified, and the product quality is not high, the main component of chloroform purity can reach 99.1%99.5%.The methanol hydro chlorinates method for producing methane chloride is the most advanced. Most of the developed countries with methanol

11、as raw material for the synthesis of methane chloride, using the method of chlorine in the rate is high, therefore the production of high purity. Therefore, I chose methanol hydro chlorinate method to synthesis of methane chloride. industrial methanol (volume %)：96.5% methanol 2.0% carbon dioxide1.5

12、% water(3) Methane chloride solution product composition (quality %) :48% Chloromethane35% Dichloromethane14% Trichloromethane3% Tetrachloro-methane(4) Reaction exhaust components (volume %) :0.2% chlorine gas1.2% carbon dioxide0.88% nitrogen36.8% methane0.07% water(5) Other technical parameters (ac

13、cording per hour)Reactor gas ratio of raw materials (molar %) ：methanol：hydrogen chloride =0.951.0：1.0reaction temperature: 601354. Design PrinciplesDesign principles include: product quality control indicators，safety，easy to operate， investment，easy to install，and so on.On checking the relevant doc

14、umentation，determine the dichloromethane of the process line and production processes. Then for the task is the process line of annual output of 15,000 tons of methane chloride to the design of the material balance and energy balance，complete evaporation. The main reactor and absorption tower equipm

15、ent and related auxiliary equipment design and selection， the process by which the absorption tower to complete computer programming terms. Upon completion of selection on the basis of mapping software used AUTOCAD control points with the process map，workshop equipment layout，dichloromethane absorbe

16、r design and layout of elevation，and the preparation of the design and specification writing.目录1设计课题的来源12 产品介绍12.1 原料及产品性质、用途12.1.1 原料及产品的理化性质12.1.2 用途及危害22.2 国内产品需求状况22.2.1 生产能力2 7.1 反应器设备工艺设计247.1.1 反应器选择247.1.2 设计依据247.1.3 反应器计算267.2 硫酸干燥塔工艺设计287.2.1计算依据287.2.2 塔径计算287.3 膜式石墨吸收塔307.3.1计算依据307.3.2

17、 换热面积（逆流）的计算317.3.3吸收面积（并流）的计算327.4盐酸分离器的选型357.5稀酸分离器的选型367.6浓酸中间槽的选型377.7浓酸泵的选型377.8压缩机的选型387.9粗氯化液贮槽的选型388 环境与安全408.1 车间安全408.2 废水处理419 小结4210 致谢4311 参考文献451 课题来源1.1 课题的目的与要求工业甲醇为原料通过氢氯化法来设计年产1.5万吨甲烷氯化物的合成工艺。以甲醇氢氯化法制甲烷氯化物的生产装置、生产流程及工艺参数为依据进行工艺设计。1.2 课题的内容通过查阅有关资料和结合实际甲烷氯化物的生产过程，确定合成的工艺路线和生产流程、确定工艺

18、参数、确定设计方案，进行相关计算，完成甲醇氢氯化反应器、吸收洗涤塔、硫酸干燥塔等主要设备的设计和生产所需设备进行选型，用AUTOCAD绘制带控制点的工艺流程图、车间设备布置图及主要设备设计图等，并编制和撰写设计说明书。2 产品介绍本设计主要研究甲醇氢氯化法合成甲烷氯化物的合成工艺。甲烷氯化物是包括一氯甲烷（氯甲烷）、二氯甲烷、三氯甲烷（也称氯仿）、四氯化碳，简称CMS。是有机产品中的大宗氯系产品，为重要的化工原料和有机溶剂。 2.2 国内产品需求状况2.2.1 生产能力甲烷氯化物主要用于黏合剂、电子电气行业、聚氨酯发泡行业以及生产新型制冷剂HFC-32的原料。目前，国内甲烷氯化物市场正处于一个

19、快速上升的时期， 2011年，国内甲烷氯化物产量约59万吨，与上年同比增长了18 ；表观消费量552万吨，与上年同比增长了15 。1图2.1 国内甲烷氯化物消费情况2.2.2 产量、进出口和表观消费量随着我国消耗甲烷氯化物的工业企业及制药行业继续快速发展，目前我国有12家甲烷氯化物生产企业。自进入“十一五”后两年，由于国内新建的甲烷氯化物生产装置投产，年产总量也同比有所增长，其市场供应量也得到持续发展。随着国内甲烷氯化物产能的迅速释放，其出口量大幅增长，预示着甲烷氯化物市场需求量急速上涨。2008年，受到国际金融危机的影响，全年甲烷氯化物产量较前两年有所下降。2010年

20、，随着全球金融危机的缓解 ，我国甲烷氯化物的整体产量及表观消费量有所增长。且2011年，由于其市场需求量的上涨，其产量也有大幅度的上升，与2009年相比增加了43.14%，其表观消费量也相比增长了27.84%。2表2.1 2007-2011年我国甲烷氯化物供需情况统计（单位：万吨）3年份产量进口量出口量表观消费量开工率/%200793.3517.472.24108.678.9120089518.171.53111.688.79200910218.72.92117.882.93201013211.12.72140.491.35 甲醇氢氯化法是由甲醇蒸汽和氯化过程分离出来的氯化氢气体在氢氯化反应器

21、内以鼓泡方式通过催化剂-ZnCl 溶液，在温度145及催化剂的作用下，甲醇与氯化氢反应生成一氯甲烷和水，其产率可高达97.7%杜邦迪诺斯公司披露的方法是使用多相催化剂从而改变C16卤烃的氢含量。以MnF2/β- AlF3为催化剂，在250下，用氟化氢氟化CH2Cl2 2.5h，所得产物含CH2Cl2 90%、CH2F2 1.3%、CH2ClF2 8.6%。日本旭硝子公司则是在230下，HCl 和MeOH(物质量的比为1.3:1) 的混合物与ZrO2 载的ZnO接触可使MeOH 100%转化和对一氯甲烷100 %的选择性。一氯甲烷转化率为17.1%、CH2Cl2 选择性为73.3%、C

22、HCl3 选择性为3.3%。43.1.3 工业生产的生产装置为了保证工艺性能参数达到设计要求，更好地体现工艺的先进性、可靠性，同时减少设备的检修次数，生产装置的选型是十分重要的，经过查阅文献及相关资料，其主要生产设备如下：（1）氢氯化反应器氢氯化反应器是固定床反应器。为防止反应器上封头过冷，使气相达到露点腐蚀设备，在上封头外设有传热介质盘管。反应器壳体采用碳钢，列管的上下封头选用不锈钢材料。（2）氯化反应器氯化反应器采用列管式反应器。氯甲烷生产二氯甲烷时，反应成1mol氯化氢，此时氯化氢可返回甲醇氢化装置作为制取氯甲烷原料，可以制造一个氯的闭路循环系统。这种氯化氢装置与热氯化系统结合生产甲烷氯

23、代物的过程是一高效的过程。（3）硫酸干燥器5立式圆筒体下锥形封头的侧壁上设有进料口，结构较简单，设计合理，体形小，不仅可减小制造、厂房基建和配套设备投资费用，而且气流阻力小、节能，适用于粒度分布不均的团粒、结晶物料及纤维和热敏性物料的干燥。 甲醇氢氯化法生产甲烷氯化物在全世界已占绝对优势，各大生产公司均有自己成熟、具有竞争力的独特工艺。国内对该法的开发应用较晚，在技术上还有一定差距。64. 设计课题的主要内容、关键问题及设计方案4.1 合成甲烷氯化物反应特点目前甲醇氢氯化法是生产甲烷氯化物最先进的生产方法。大部分发达国家以甲醇为原料合成甲烷氯化物，此法中氯的利用率高，因此所生产的产品纯度高。而

24、甲醇氢氯化又可分为气—固相催化法、气—液相非催化法和气—液相催化法三种。4.1.1 气-固相催化法气—固相催化法是60年代初开发成功的。以r-Al2O3为催化剂，气态甲醇与稍过量的干氯化氢在固定床中进行气固相催化反应，反应温度为250350，压力0.10.MPa：甲醇转化率大于98.5%。这种方法适合于大规模生产，甲醇单耗接近理论值，氯甲烷选择性高。4.1.2气-液相非催化法气液相非催化法，即在温度120、压力1.06MPa下，液体甲醇和氯化氢反应生成一氯甲烷和水。甲醇的单程转化率不高，需分离后进一步反应。该法的优点是适合于大规模生产，该工艺流程

25、短、氯甲烷选择性高。4.1.3 气-液相催化法气—液相催化法是甲醇及过量的氯化氢气相鼓泡通过以ZnCl2水溶液（质量分数75%80%）为催化剂的反应器，反应温度为140180，反应压力0.10.6MPa。这种方法的优点是工艺流程简单，反应温和，操手稳定。74.2 生产方法的确定4.2.1 甲烷氯化法甲烷氯化法生产氯甲烷有热氯化法和氧氯化法，生产方法不同，基本原理也不同。首先甲烷与氯反应生成一氯化物+ 100kJ/mol生成的氯甲烷还可以与氯发生取代反应生成多氯化物，得到的产品往往是四种氯甲烷的混合物。其反应式为： 方法催化剂原料相态反应温度/反应压力/液相催化法Friede-Cra

26、fts常用75%ZnCl2水溶液气140150常压液相非催化法无气/液1201.06气相催化法硅胶或氧化铝系列气2503000.10.2综合考虑上述两种制备工艺，液相催化法更符合国际环境组织的要求，其原料毒性低，反应易于控制。并在国外采用率较高，相对比较稳定。因此，本设计选择甲醇氢氯化法制备甲烷氯化物。5. 工艺流程确定5.1 甲醇氢氯化生产工艺5.1.1 生产工艺参数甲醇氢氯化法对甲醇中的乙醇含量虽有一定限制，但比较容易达到，一般用国际一级品 只要控制住甲醇中的乙醇含量，很容易从氢氯化反应产物分离出高纯度一氯甲烷，可满足有机硅单体的原料要求。其主要工艺参数为：（1） 反应物组成：氯化氢（体积

27、）：HCl94氮气 1.5二氧化碳2.0H2O2.5工业甲醇组成（体积%）：甲醇 96.5二氧化碳2.0H2O1.5（2） 甲烷氯化物溶液产品组成，%（质量）：一氯甲烷48二氯甲烷35三氯甲烷14四氯化碳 35.1.2 工艺流程甲醇氢氯化制甲烷流程如图4-1所示。1-氯化器；2-骤冷塔；3-精制；4-汽提塔；5-氢氯化反应器；6-洗涤塔；7-干燥塔；8-压缩机；9-精馏塔四氯化碳；三氯甲烷；二氯甲烷；一氯甲烷图5.1 甲醇制甲烷氯化物流程图本设计主要选用液相法来制备甲烷氯化物。其合成的两个阶段都是放热反应，并在催化剂作用下进行。整套生产工艺由甲醇氢氯化、一氯甲烷低温液相催化氯化产品精馏以及三废

28、处理(包括回收) 等系统组成，如图所示。 6.1.2设计条件(1) 生产能力：每8000小时15000吨甲烷氯化物(2) 反应物组成：氯化氢（体积）：HCl94%氮气1.5%二氧化碳2.0%水2.5%工业甲醇组成，（体积%）：甲醇 96.5%二氧化碳2.0%H2O 1.5%(3) 甲烷氯化物溶液产品组成，%（质量）：一氯甲烷48%二氯甲烷35%三氯甲烷14%四氯化碳3%(4) 反应尾气组成，%（体积）：(5) 其他工艺参数（均按每小时计）反应器中原料气体的配比（摩尔比）：CH3OH：HCl=0.951.0：1.0反应温度：601356.2物料衡算（均以每小时计）物料衡算主要是根据设计任务计算出主、副产品的产量、废物排出量或三废生成量；计算出原材料消耗定额和消耗量；为能量衡算提供依据；为设备或装置的设计或选型提供量化的依据等。本设计中涉及到的物料衡算为整个生产系统的物料衡算、物料衡算校核及各个设备如反应器、吸收塔和干燥塔等主要设备及相关辅助设备的的物料衡算。其主要的工艺参数以现有的二氯甲烷生产系统作为基准，而主要的计算依据是质量守恒定律。6.2.1物料流程图1甲醇进料2氯化氢进