1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 二氯甲烷氯化膜吸收器及空冷器的设计与计算 所在学院 专业班级 环境工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 2 摘要 二氯甲烷具有广泛的用途，随着科技的发展其所需的量将越来越多，二氯甲烷的生产工艺设计也越来越受到关注。 二 氯甲烷的生产工艺有多种，本设计采用甲烷为原料的热氯化法，该方法工业应用广泛。分别对甲烷热氯化反应器、空冷器、膜吸收塔进行物料和热量衡算，绘制空冷器、膜吸收塔的设备图、带控制节点的工艺流程图及厂区布置图。 关键词 : 二氯甲烷 ;空冷器 ; 膜吸收塔；物料和热量衡算 3 ABSTRACT Methylene chlo
2、ride has extensive use, with the development of science and technology the required amount will be more and more, and the production technology of methylene chloride design also more and more attention to. Methylene chloride production technology has a variety of, this design USES the methane as raw
3、 materials, the method of hot LvHuaFa industrial wide application. Separately on methane hot chlorinated reactor, air condenser, membrane materials absorption tower and heat balance calculate, draw air condenser, membrane absorption tower equipment figure, take control node of the process flow diagr
4、am and factory layout. Keywords： Methylene chloride; Air condenser; Film absorber; Material and heat calculation 4 目录 摘要 . I 第一章 绪论 . 5 1.1 二氯甲烷的物理性质 . 5 1.2二氯甲烷的化学性质 【 1,2,6】 . 6 1.3 二氯甲烷的主要用途 【 1,3,8】 . 7 1.4 二氯甲烷的市场 . 7 1.5 原材料的规格 . 8 1.6质量标准 . 9 1.7 原材料的纯度 . 9 1.8 设计方案的确定 . 9 第二章 生产工艺流程简述 . 10 2
5、 1 二氯甲烷的生产原理及生产方法 . 10 2 1 1生产原理 . 10 2.1 .2 二氯甲烷的生产方法及特点 . 11 2 2 生产工艺流程简述 . 12 2.2.1 甲烷氯化物生产工艺流程简述 . 12 2 2 2二氯甲烷生产工 艺流程框图 . 13 2.2.3二氯甲烷生产工艺流程图 . 15 第三章 物料衡算和热量衡算 . 16 3.1.原始数据 . 16 3.3.空冷器的热量衡算 . 22 3.4 膜式吸收器的物料衡算和热量衡算 【 5,17】 . 23 第四章 总结 . 28 第五章 参考文献 . 29 第六章 致谢 . 33 5 第一章 绪论 1.1 二氯甲烷的物理性质 甲烷
6、分子中两个氢原子被氯取代而生成的 化合物 ，分子式 CH2Cl2。二氯甲烷是无色、透明、比水重、易挥发的液体，有类似 醚 的气味和甜味，不燃烧，但与高浓度氧混合后形成爆炸的 混合物 【 1， 2】 。二氯甲烷微溶于水，与绝 大多数常用的有机溶剂 互溶 【 3,4.6】 ，与其他含氯溶剂、 乙醚 、 乙醇 也可以任意比例混溶。室温下二氯甲烷难溶于液氨中，能很 快溶解在 酚 、 醛 、 酮 、 冰醋酸 、 磷酸三乙酯 、 甲酰胺 、环己胺 、 乙酰乙酸乙酯 中。纯二氯甲烷无闪点，含等 体积 的二氯甲烷和汽油、溶剂 石脑油 或 甲苯 的溶剂混合物是不易燃的，然而当二氯甲烷与 丙酮 或 甲醇 液体以
7、10 ： 1 比例混合时，其混合特具有闪点， 蒸气 与空气形成爆炸性混合物， 爆炸极限 6.2 15.0（体积） 【 7】 。二氯甲烷是甲烷氯化物中 毒性 最小的，其毒性仅为四氯化碳 毒性的 0.11% 。如果二氯甲烷直接溅入眼中，有疼痛感并有腐蚀作用。二氯甲烷的 蒸汽 有麻醉作用。当发生严重的中毒危险时应立即脱离接触并移至 新鲜空气 处，一些中毒症状就会得到缓解或 消失 【 8】 ，不会引起持久性的损害。 外观 与性状：无色透明易挥发液体。具有类似醚的 刺激性 气味 沸点 ： 39.8 蒸汽压 ： 30.55kPa(10) 熔 点： -95.1 相对密度 ： 1.3266(20/4) 水溶性
8、： 20 G/L (20 oC) 自燃点 ： 640 。 粘度 （ 20 ）： 0.43mPas 。 折射率 nD(20) ： 1.4244。 临界温度 ： 237 ， 临界压力 ： 6.0795MPa。 6 溶解性 ：溶于约 50 倍的水，溶于酚、醛、酮、冰醋酸、磷酸三乙酯、乙酰乙酸乙酯、环己胺。与其他氯代烃溶剂乙醇、乙醚和 N， N-二甲基甲酰胺 混溶 【 3,4,5】 。 1.2二氯甲烷的化学性质 【 1,2,6】 二氯甲烷 热解后产生 HCl 和痕量的 光气 ，与水长期加热，生成 甲醛 和 HCl。进一步氯化，可得 CHCl3和 CCl4。无色易挥发液体。难燃烧。蒸气与空气形成 爆炸性
9、混合物 ，爆炸极限 6.2 15.0（体积）。二氯甲烷与 氢氧化钠 作用生成甲醛。工业中，二氯甲烷由 天然气 与 氯气 反应制得，经过 精馏 得到纯品，是优良的有机溶剂，常用来代替易燃的石油醚、乙醚等 【 6】 ，并可用作牙科局部麻醉剂、制冷剂和灭火剂等。对皮肤和 粘膜 的刺激性比 氯仿 稍强，使用高浓度二氯甲烷时应注意。 安定性：在一般温度 (常温 )下没有湿气时，二氯甲烷比其同类物质 (氯仿及 四氯化碳 )稳定。 危害分解性：长期与水接触会缓慢分解产生 氯化氢 。 危害之聚合：不会发生。 反应性及不相容性： 1.一般金属：於室温下使其少许的分解 【 1,6】 。 2.当受相当於或少於 25
10、 克 黄色炸药 的震荡时，二氯甲 烷与四氧化二氮的混合物具有爆炸性。 3.与锂的碎片混合，对震荡很敏感且会爆炸，有时爆炸程度相当剧烈。 4.如果空气中含有高浓度的 氧气 ，或在液态氧中，以及在四 氧化氮 中有钾、钠、钾 -钠合金，种种状况下都会形成爆炸性混合物。 5.硝酸 ：形成爆炸性产物。 6.强氧化剂：可能起爆炸性反应。 7.强酸：可能起爆炸性反应。 8.铁 、某些 不锈钢 、铜及镍：高温及水存在下会腐蚀此类金属 【 6】 。 9.铝粉：於适当压力， 95 下会产生无法控制的放热反应。 10.胺类：放热反应。 11.会与下列化合物激烈反应：胺类、 锂 、硝酸、钾化钠、 7 12.塑胶、橡皮
11、、和一些 涂料 表层会被分解。 13.有可能聚集静电荷而引发 蒸汽爆炸 。 1.3 二氯甲烷的主要用途 【 1,3,8】 二氯甲烷具有溶解能力强和毒性低的优点，大量用于制造安全 电影胶片 、聚碳酸酯，其余用作涂料溶剂、金属脱脂剂，气烟雾喷射剂、 聚氨酯发泡剂 、脱模剂、 脱漆剂 【 1,3,8】 。 二氯甲烷为无色液体，在制药工业中做反应 介质 ，用于制备 氨苄青霉素 、羟苄青霉素和 先锋霉素 等 ;还用作胶片生产中的溶剂、石油脱蜡溶剂、气溶胶推进剂、有机合成 萃取剂、 聚氨酯 等泡沫塑料生产用 发泡剂 和金属清洗剂等 【 2】 。 二氯甲烷在 中国 主要用于胶片生产和医药领域。其中用于胶片生
12、产的消费量占总消费量的 50%，医药方面 占总消费量的 20%，清洗剂及化工行业消费量占总消费量的 20%，其他方面占 10%【 6】 。 1.4 二氯甲烷的市场 目前，全球二氯甲烷的供需基本平衡，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。由于美国、西欧、日本相继出台一系列比较严格的环保法规，严格控制排放，尽可能回收，预计美国等发达工业国家和地区的消费将逐年减少。而世界的其它国家和地区，如东欧、中东、亚洲和拉丁美洲等发展中国家对二氯甲烷的市场需求量将会保持较快的增长速率，预计世界范围内在年年间，对二氯甲烷的市场需求 量将会以的速度增加 【 2】 。 在我国二氯甲烷主要
13、用于胶片生产和医药行业之中，其中用于胶片生产的消费量约占其总消费量的，医药方面占总消费量的，清洗剂及化工行业消费量占总消费量的，其它方面占。我国年的生产能力约为万吨，而国内的表观消费量约为万吨。从目前的国内市场来看，二氯甲烷仍有很大的市场缺口。从二氯甲烷的国内应用前景分析，随着我国人民生活水平的不断提高，加之国产胶卷的不断发展，将推动我国胶片行业的发展。同时，目前国内医用胶片的生产量也呈现稳定增长的趋势 ，预计到年我国胶片行业将消费二氯甲烷万吨左右。其次，二氯甲烷还可以用作脱漆剂、聚氨酯发泡剂、金属清洗剂、试剂及在电子等行业8 中应用。聚氨酯发泡剂预计在年将消费二氯甲烷万吨。随着我国汽车、航空
14、航天工业的快速发展，金属清洗剂和脱漆等方面对二氯甲烷的市场消费量将大幅度增加，潜在市场很大。预计，在年二氯甲烷的市场需求量将会超过万吨以上。 我国的二氯甲烷生产企业不多，总生产能力约为 55 kt/a，产量近 40 kt。国内市场对二氯甲烷的需求量估计超过 100 kt【 1】 。我 国的消费构成与国外 发达国家 差别较大，主要用作生产三 醋酸纤维 胶片（即 电影胶片 、照相片、 X 光片）的原料，其次用作 脱漆剂 和医药生产的 萃取剂 。而美国、欧洲、日本的消费构成主要是金属脱脂脱漆、 粘合剂 、农药、化工生产等领域。目前我国高纯二氯甲烷市场供不应求， 亟待 发展。 二氯甲烷、 三氯甲烷 均
15、是重要的基础 化工原料 ，目前随着以甲烷 氯化物 为原料的下游氟化工产业的迅速发展，以及其应用领域的不断拓宽，加之二氯甲烷 反倾销 的成功，甲烷氯化物的市场需求量日益增长。 二氯甲烷：二氯甲烷应用领域最为广泛，在国外，主要用于油漆剥离（占总消费量的 35）和粘合剂（占总消 费量的 16）等产品的生产，在欧、美、日等发达国家属于市场非常成熟的产品。国内 消费结构 与国外有所不同，目前主要用于胶片片基生产，占消费量的 30 40；其次在金属清洗、脱漆剂、医药、 发泡剂 、 化工产品 等方面对该产品的需求增长迅速。从供需平衡来看，目前国内产量远不能满足需要，市场缺口较大，只能依靠进口来弥补。 200
16、1 2004 年分别进口 5.3 万吨， 3.81 万吨、 6.54 万吨、 7 万吨。预计 2005 2010年国内对二氯甲烷的需求量将以 8%左右的速度增长，到 2010年将达到 28万吨 【 2】 . 1.5 原材料的规格 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 ） 9 1.6质量标准 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) % 99.5 99.0 98.0 酸度（以
17、 HCl计） % 0.0004 0.0008 0.0010 水份 % 0.040 0.050 0.060 色度 10 10 10 蒸发残渣 % 0.0005 0.0010 0.0030 1.7 原材料的纯度 1 氯气 纯度 Cl2 95.0%(V) 2 .天然气 纯度 CH4 96.0%(V) 1.8 设计方案的确定 通过看相关文献知道，选用甲烷热氯化法生产二氯甲烷比较普遍，所以本设计采用该工艺生产二氯甲烷。 10 第二章 生产工艺流程简述 2 1 二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
18、由基连锁反应历程 【 18】 ，可分三步表示： 1链引发 Cl2 Cl.+Cl-57.8KJ/mol 2增链 CH4+Cl. CH3.+HCl+1.0 KJ/mol CH3.+Cl2 CH3Cl+Cl.+25.7 KJ/mol CH3Cl+Cl. CH2Cl.+HCl+4.6 KJ/mol CH2Cl.+Cl2 CH2Cl2+Cl.+20.7 KJ/mol CH2Cl2+Cl. CHCl.2+HCl+8.8 KJ/mol CHCl.2+Cl2 CHCl3+Cl.+15.7 KJ/mol CHCl3+Cl. CCl3.+HCl+13.0 KJ/mol CCl3.+Cl2 CCl4+Cl.+10.6 KJ/mol 3 链终止 下列情况存在都可能产生链终止 （ 1）活化分子与器壁碰撞 Cl.+Cl.+M Cl2+M （ 2）活化分子之间碰撞 R +Cl. 不活泼产物 R +R。 不活泼产物 （ 3）原料气中氧的存在能阻碍反应。 R.N.Pease 等人曾研究了甲烷氯化反应对链终止的影响。 在甲烷热氯化反应过程中，反应温度不高时，反应按自由基连锁反应进行。当反应温度升高到 370。 C 时，连锁反应机 理的相对作用随之减低，反应温度超过 430。 C，甲烷氯化
