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1、南昌大学化学工艺学课程设计 课程设计说明书题 目： 3.6万吨/年氯苯车间分离工段工艺设计 学 院： 环境与化学工程 系： 化学工程 专业班级： 制 药 071班 学 号： 5 8 0 1 3 0 7 0 3 0 学生姓名： 晏 金 华 指导教师： 杜 军 职称： 副教授 起讫日期： 2011-01-03 2011-01-14 目录第一章 总论31.1 设计依据31.2 产品及原、辅材料概述31.2.1 产品规格及用途31.2.2 产品的市场发展概况31.2.3 主要原、辅材料的规格及来源4第二章 生产流程和方案的确定52.1 生产方法简述和方案论证52.1.1 一般方法简介52.1.2 生产
2、工艺改进52.2 生产工艺流程确定52.2.1 生产工艺流程的确定62.2.2 工艺流程简图6第三章 生产流程简述73.1 原料预处理部分83.1.1 原料苯的冷凝83.1.2 原料苯的干燥83.1.3 氯气的预处理93.2 氯化反应部分93.2.1 氯化塔反应过程93.2.2 尾气中苯的回收过程93.3 氯化液预处理部分113.3.1 氯化液水洗过程113.3.2 氯化液碱洗过程123.3.3 氯化液干燥过程123.4 氯苯精制部分123.4.1 氯苯初馏过程133.4.2 氯苯精馏过程14第四章 物料衡算144.1 计算框图164.2 始算基准的确定164.3 精馏过程物料衡算164.4
3、初馏过程物料衡算174.5 干燥过程物料衡算184.6 碱洗过程物料衡算184.7 水洗过程物料衡算194.8 反应系统物料衡算22第五章 附图表28附表1:生产控制一览表28附表2：工艺条件一览表29附图1 反应工段带控制点工艺流程30附图2 精馏工段带控制点工艺流程31主要参考资料32第一章 总论1.1 设计依据南昌市东北郊xx厂，厂内现有氯碱车间，可提供cl2；且具备完善的公用工程系统。即可供最低-15冷冻盐水，20(平均)工业上水及0.6mpa的蒸汽。 试设计30000t/年氯苯的生产工艺，年工作有效时间为每年300天算，每小时产量为5000kg/h，产品的纯度（质量分数）为99.5%
4、，产品的回收率为93.44%。1.2 产品及原、辅材料概述表11 主要的产品及原辅材料规格表材料名称分子式相对分子量相对密度沸点/规格氯 苯c6h5cl112.561.1004132.299.5%苯c6h678.110.878680.195.5%氯气cl271.01（空气）3.17g/l -34.699%催化剂铁fe55.857.862750铁环1030mm氢氧化钠naoh40.012.130139030%水溶液1.2.1 产品规格及用途氯化苯，简称氯苯，分子式c6h5cl，分子结构如右图所示，分子量为112.56。为无色透明油状易挥发的有机液体，有杏仁味。沸点 132.2；凝固点 -45.6
5、 ；相对密度 1.1004；折射率 1.5248；溶解性：可溶于甲醇、乙醇、乙醚、氯仿、苯等大多数有机溶剂，不溶于水。 图11 氯苯的结构式氯化苯的用途很广泛，主要用作染料、医药、农药、有机合成的中间体及溶剂，在我国生物化工，精细化工，制药等众多行业都发挥着很重要的作用。1.2.2 产品的市场发展概况氯化苯是平衡氯碱装置氯、碱、氢的一个重要基础有机中间体，在国内主要用于合成硝基氯苯。目前我国氯化苯生产规模、技术水平、质量指标均达到国际先进水平，其中生产能力约占全球总产能的70左右，因此不仅满足国内市场需求，近年来还有一定数量的出口，特别是其下游衍生物的大量出口尤其明显，如硝基氯苯及其下游对氨基
6、苯酚、扑热息痛、邻苯二胺、邻甲醚、香兰素等产品。国内氯化苯生产厂家目前有18家，其中产能超过1万吨/年的就有15家，年产能超过万吨的有4家，分别是中石化南京化工厂(10万吨)、蚌埠八一化工有限公司(9万吨)、扬农股份有限公司(6万吨)、武汉祥龙(7万吨)。2009年我国氯化苯生产能力已达60万吨/年，由于氯化苯的扩产主要体现在2009年下半年，因此2009年实际生产量约为50万吨左右，其中80左右产品用于合成硝基氯苯，其余用于二氯苯、农药等有机合成工业。目前纯苯市场企稳，并已出现回暖，氯化苯市场也将逐渐走稳。不过，国内氯化苯虽然已经能够满足市场需求，但是国内企业为了竞争需要，仍在继续扩大生产规
7、模，如2009年扬农集团在仪征新区新建的一期5万吨/年(共计10万吨/年)氯化苯装置及其配套的8万吨/年氯碱装置已于2006年3月20日试车成功，于近期将陆续投产，届时国内氯化苯产量进一步增加至70万-85万吨，国内氯化苯市场将进入饱和状态。尽管辽宁世星二期工程45万吨/年硝基氯苯建成(计划今年5月份投产试车)可重新达到新的氯化苯产销平衡点，但在硝基氯苯这个产品上，国内已经出现过剩局面。1.2.3 主要原、辅材料的规格及来源苯有机化合物，是组成结构最简单的芳香烃，在常温下为一种无色、有甜味的透明液体，并具有强烈的芳香气味。苯可燃，有毒，为iarc第一类致癌物。苯难溶于水，易溶于有机溶剂，本身也
8、可作为有机溶剂。苯是一种石油化工基本原料。苯的产量和生产的技术水平是一个国家石油化工发展水平的标志之一。苯具有的环系叫苯环，是最简单的芳环。摩尔质量 78.11 g/mol ；密度 0.8786 g/ml ；相对蒸气密度(空气=1)2.77。 蒸汽压13.33kpa；临界压力：4.92mpa；熔点278.65k(5.51 ) 。沸点353.25 k (80.1 ) 。在水中的溶解度0.18 g/ 100 ml水 。最小点火能：0.20mj；爆炸上限（体积分数）：8%。 爆炸下限（体积分数）：1.2%。 燃烧热：3264.4kj/mol。 溶解性：微溶于水，可与乙醇、乙醚、乙酸、汽油、丙酮、四氯
9、化碳和二硫化碳等有机溶剂互溶。苯的主要来源为生产企业为一些国内大型石化企业，如中国石油化工集团、中国海洋石油化工公司等。氯气常温常压下为黄绿色气体,经压缩可液化为金黄色液态氯，是氯碱工业的主要产品之一，用作为强氧化剂与氯化剂。氯混合 5（体积）以上氢气时有爆炸危险。氯能与有机物和无机物进行取代或加成反应生成多种氯化物。氯在早期作为造纸、纺织工业的漂白剂。催化剂铁用的是直径为10mm30mm的环状铁环，是很常见的原料，的来源比较方便，不再赘述。第二章 生产流程和方案的确定2.1 生产方法简述和方案论证2.1.1 一般方法简介目前氯苯的生产大多采用直接氯化生产氯苯:即苯与氯气在三氯化铁的催化作用下
10、生生成氯苯和氯化氢。该办法具有生产流程短、生产工成熟等特点,国内外生产厂家大多采用此法生产。其生产流程简图如图21所示。虽然该生产方法具有生产流程短、生产工成熟等特点，但是随着社会经济不断发展，国际社会对低耗能，低排放的工业生的要求日益增大，企业产品的生产对节能减排的相关措施更应该重视，应该把节能减排作为企业今后发展的重中之重，把节能减排作为一种z6尊龙旗舰厅的文化，让其深入到每一位员工工作中去，培养他们的节能减排意识。所以该工艺也有可改进的地方，应从节能减排的方向入手。所以针对于这一发展趋势，本设计就对部分工艺做了一些改进和优化。图21 氯苯生产方法流程简图2.1.2 生产工艺改进本工艺对原有工艺做了以
11、下改进：(1) 氯化槽前增加苯冷却器。苯在进入氯化槽温度约为40,在夏季最高达到50,而常压的沸点是80,因此,在氯化反应过程中,有大连量苯挥发掉而未参加反应,使苯的转化率低,造成液中氯苯含量低,副产物增多,致使后续蒸馏系负担加重,能耗上升,产量降低。针对这一问题,氯化槽前增加1台苯冷却器(用5水冷却),降低温度,增加氯化液中的氯苯含量,提高生产能达到降低苯消耗定额、提高经济效益的目的。(2) 增加苯干燥塔。在苯进氯化槽前增加干燥塔,苯中含水质量分数降到1. 010-4以下,减少副反应,避免反应液呈酸性对设备的腐蚀。(3) 增加氯化液冷却器。氯化液中60% (质量)以上是苯,流出温度约为80,
12、直接流入静止槽后,体积突然增大,苯大量挥发,使槽内压力增大影响氯化液下料,有时因压力过大而造成静止槽液位计爆炸,影响了生产的稳定运行。针对这一问题,增加了1台冷却器(用地下水冷却),降低流出氯化温度,保证氯化液下料通畅,减少苯的流失,提高了生产的均衡稳定性。(4) 氯化尾气系统充入氮气保护。氯化尾气经尾气系统的两段石墨冷却器和喷淋塔回收苯后,用水降膜吸收生成盐酸,尾气中氢气、氧气、苯等不凝性气体富集,易发生爆鸣,严重威胁生产的正常进行。为了防止事故的发生,在尾气进入吸收塔前充入氮气,改变尾气中各组分的含量,并且使尾气迅速排出系统。实践证明,效果非常明显,没再发生此类事故。在实际生产中要充入适量
13、氮气,防止充入过量氮气造成生产负荷波动;还要加强工艺控制,降低苯中的水含量。(5) 回收精馏尾气中的氯苯和苯。精馏尾气中含有一定量的苯和氯苯及不凝性气体,用冷凝方法不能加以回收,排入大气非常可惜。为了降低消耗定额,减少环境污染,采用活性炭吸附精馏尾气中的苯和氯苯,为企业创造了经济效益和社会效益。(6) 蒸馏系统冷却水改用循环水。氯苯生产中蒸馏系统冷凝器需要大量冷却水,原来使用地下水,大量水白白流失,水资源利用率低,造成水资源严重浪费。改用循环水冷却后,水消耗大幅降低,为企业创造了可观的经济效益。(7) 蒸汽冷凝液回收利用。在氯苯生产中,蒸馏蒸汽尾气及冷凝水再利用,冬季用于取暖,夏季供其他装置使
14、用,每年可节约大量的能源。(8) 副产物二氯苯的回收分离。在氯苯生产中,副产品质量分数约为2. 5%的二氯苯,回收二氯苯不仅是一个环保问题,也是一个降低苯消耗定额的途径。利用水蒸气蒸馏、结晶、蒸馏等工艺回收提纯对二氯苯和邻二氯苯。2.2 生产工艺流程确定2.2.1 生产工艺流程的确定通过以上对氯苯生产工艺的一般方法和工艺的改进的讨论，可以确定其工艺流程，本工艺流程就是在原有生产方法的基础上部分改进，即可得到比较理想的生产工艺流程。氯苯生产的大致流程是经过氯化反应、水洗、碱洗、干燥、初馏和精馏等六个主单元操作。本工艺不是采用直接氯化生产氯苯:即苯与氯气在三氯化铁的催化作用下生生成氯苯和氯化氢。而是通过对其关键的操作单元进行改进，以提高氯苯的产率、简化操作工艺、降低耗能和减少三废的排放而提高经济效益和社会效益为设计出发点，得到在技术先进性高、可靠性好、经济合理性优的产品生产方法和工艺流程。所以本工艺对原工艺进行了一下几点改进：氯化槽前增加苯冷却器；增加苯干燥塔；增加氯化液冷却器；氯化尾气系统充入氮气保护；回收精馏尾气中的氯苯和苯；蒸馏系统冷却水改用循环水；蒸汽冷凝液回收利用；副产物二氯苯的回收分离。改进后的工艺流程图如图22所示。