1、毕业论文 开题报告 环境工程 二氯甲烷氯化反应器及空冷器工艺设计 一、选题的背景、意义 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 1。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
2、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 2。 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
3、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 2. 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 3。 1993 年我国进口二氯甲烷 22431t，出口 131t； 1
4、994 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 t4。 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。 1997 年 12 月为 8600元 /t； 1
5、998 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 5。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。 本课题对二氯甲烷氯化反应器及空冷
6、器 进行相关研究。 二、相关研究现状及动态 1847 年 弗雷泽 用丙酮漂粉法首先小批量生产了麻醉用 甲烷氯化物 氯仿。 1893 年 缪勒 和 杜波依斯 6提出用二硫化碳液相氯化法生产四氯化碳。 1923 年德国赫斯特公司 7采用甲烷直接氯化法生产二氯甲烷。直到 1937 年， 美国陶氏化学公司 的装置投产后，甲烷氯化工艺才被广泛采用，成为生产氯甲烷的主要路线。一氯甲烷也可以由甲醇生产，此法到 60 年代末期已占有重要地位。 甲烷氯化物系列产品中 ,一氯甲烷作为甲基氯硅烷的原料， 85%以上用于有机硅生产 (基本上是自产自用 )，作为商品销售的量很少；四氯化碳装置在发达国家按关于消耗臭氧层物
7、质的蒙特利尔议定书 (以下简称“ 蒙约 ” )要求已被关闭 (其二氯甲烷、三氯甲烷装置副产 的四氯化碳除极少部分销往第三世界国家外，其余的均作为生产原料转化为其它产品予以消化 )；三氯甲烷大部分用作生产 HCFC-22 和聚四氟乙烯的原料，作为 HCFC- 22 的原料逐年在增长；二氯甲烷主要用于脱漆剂、粘合剂溶剂、农药、气溶胶等的生产 8。 目前世界甲烷氯化物供需基本平衡，但由于产品和国家地区之间的发展不平衡，其未来产量的增减也因地区而异。美国等发达工业国家和地区的消费将逐年减少。而世界的其他国家和地区，如东欧、亚洲和拉丁美洲等发展中国家对甲烷氯化物的市场需求量将会保持较快的增长速率。 我国
8、 属发展中国家，除四氯化碳外，其他甲烷氯化物产品市场近几年均处于高速生长期，目前已发展到一定规模。 甲烷氯化物行业调研报告 9-11对甲烷氯化物行业现状、竞争格局、技术水平、上下游关联、进出口、项目投资、相关政策法规等多方面多角度阐述甲烷氯化物行业状况，并在此基础上对未来市场格局和市场前景定性和定量的分析和预测。 生产方法 氯甲烷的生产方法基本可分为两类：一类是通过甲烷氯化生产四种氯甲烷 12；另一类则是采用不同的原料专门生产四氯化碳或一氯甲烷 13。 甲烷氯化物的相关特性 氯甲烷制法 甲烷在光或热的引发下与氯反应，其过程是： CH4+Cl2 CH3CL+HCl CH3Cl+Cl2 CH2Cl
9、2+HCl CH2Cl2+Cl2 CHCl3+HCl CHCl3+Cl2 CCl4+HCl 14 此过程得到的产品是上述四种氯化物的混合物，可通过精馏 ,分离为四种产物。适当调节甲烷与氯的分子比 ,可使四种氯化物分别达到很高的产率 15。但甲烷与氯的配比不能过小，因氯化是强放热反应，配比愈小， 生成高氯化物愈多，放出的热量愈大。如不及时移走反应热，当温度高于 500时，就会发生分解爆炸反应而生成炭。为了使氯化反应能顺利进行，一般用大量过量甲烷在反应系统中循环，以烯释原料气，移走反应热 16。如需多产高氯化物，则可将低氯化物作为循环气返回反应器（见图），以得到所需的氯化深度。 甲烷氯化物 一般将
10、甲烷、氯、循环气以 2:1:9 的体积比 ,在混合器中混合后，再进入反应器。在 380 450、接近常压下进行反应。反应混合物经冷却、水洗 (脱氯化氢 )、碱洗、干燥、冷凝，然后送至分离器进行分离。不凝气 体除一部分当作尾气经处理后放空外，其余部分循环使用。冷凝液经精馏即得到各种氯代甲烷。甲烷氯化物的选择性大于97，氯转化率大于 99 17-18。 一氯甲烷制法 可由甲醇在液相或气相进行反应： CH3OH+HCl CH3Cl+H2O 液相反应时，将甲醇蒸气和氯化氢通入氯化锌水溶液中，在 100 150下进行反应生成气态一氯甲烷，产物经水洗、冷却、干燥、压缩冷凝等后处理即得产品。气相反应用氧化铝
11、作催化剂 (见固体酸催化剂 )，在 300 350、 0.3 0.6MPa 下进行。后处理与液相法相同 。该过程收率以甲醇计为 92 98，以氯计为 93 95。 四氯化碳制法 又分为二硫化碳氯化和有机氯化物氯解两种方法 19。 二硫化碳于 30下，以铁屑为催化剂可氯化制得四氯化碳： 2CS2+6Cl2 2CCl4+2S2Cl2 2S2Cl2+CS2 CCl4+6S 副产硫磺可循环送回二硫化碳生产车间。收率以二硫化碳计为 90 97。该法的生产成本略高于其他方法 ,但由于不副产其他氯化烃和氯化氢，氯的利用率高，产品提纯也较简单，工业上仍有一定的应用。 有机氯化 物氯解制四氯化碳，原料是氯甲烷、
12、氯乙烯、氯丙烯、氯苯以及氯醇法制环氧丙烷等生产中的精馏残液。原料与氯气在 600和 20MPa 下进行氯解反应，可制得四氯化碳（选择性可接近 100） ,同时也消除了含氯有机物的污染。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法 、难点及预期目标 本 课题的研究内容是二氯甲烷氯化反应器及空冷器，采用查资料 .计算 .考察等方法进行研究。难点在与考察，一般的地方不准去且考察难度较高。预期目标是完成研究内容，了解 综述二氯甲烷物理化学性质 ,介绍工业二氯甲烷产品标准的技术指标 ,介绍产品的主要用途及产 品的市场需求 ,简述产品生产工艺流程 , 绘制生产工艺流程简图 , 作氯甲烷氯化反应器物料衡算和热量衡
13、算及空冷器的物料衡算和热量衡算 。绘制带控制点的工艺流程图 ， 绘制主要设备的设备图。 四、论文详细工作进度和安排 五、主要参考文献 1二氯甲烷的生产及消费 ，河北化工， 1997（ 4） :12-14。 2二氯甲烷市道有缺，技术与市场， 2002（ 12） :3-6。 3北京石油化工工程公司主编氯碱工业理化常数手册，化学工业出版社，1988,86(2):30-33。 4朱自强、徐讯合编化工 热力学，化学工业出版社， 1980,62(3):2-6。 5葛婉华、陈鸣德编化工计算，化学工业出版社， 1987,37(6):6-9。 6陈声宗主编化工设计，化学工业出版社， 2000,56(2):3-5
14、。 7黄璐、王保国编化工设计，化学工业出版社， 1987,115(3)90-96。 8化学工程手册编辑委员会编化学工程手册第 1 篇 化工基础数据，化学工业出版社 ,1979,325(2):10-16。 9俄文第六版译本， A.T 卡萨特金著化工过程及设备，化学工业出版社，1958,56(1-2):33-39。 10空气冷却器的设计方法，化学工业译丛， 1968（ 1） :36-41。 11空气冷却器设计，石油化工设备技术， 1978（ 18） :89-93。 12姚玉英主编化工原理，天津大学出版社， 1999(11):41-48。 13B.M 拉姆（苏联）著气体吸收，化学工业出版社， 198
15、5(14):25-28。 14化工设计手册编辑委员会编石墨制化工设备设计，上海科学技术出版社，1989,1113(9):36-39。 15华南理工大学徐伟萍、陈佩珍、 程达芬编化工过程及设备设计，化学工业出版社教材出版中心， 2000(5):23-29。 16化工设备标准手册编辑委员会编化工设备标准手册第五卷 非金属化工设备及零部件（第二册）。 17石墨降膜吸收器吸收氯化氢气体的工艺设计计算及设备选型，氯碱工业， 2002（ 5） :39-47。 18国家医药管理局，上海医药设计院化工工艺设计手册，化学工业出版社，1989,65(2):55-64。 19侯亮平主编甲烷氯化物工艺操作规程，自贡鸿鹤化工股份有限公司，1998,45(2):64-68。
