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年产4200吨环氧氯丙烷车间合成工艺设计

65
2020年4月19日
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沈阳化工学院
本 科 毕 业 论 文

题 目:
年产4200吨环氧氯丙烷车间氯丙烯合成工

段工艺设计
院 系:
科亚学院

专 业:
化学工程与工艺
班 级:
科华工0401
学生姓名:
夏之光
指导教师:
刘东斌

论文提交日期:

年
6
月

日
论文答辩日期:

年

月

日

科亚学院
专业
班
学生
夏之光
毕业设计(论文)任务书
化学工程与工艺
0401
毕业设计(论文)题目:
年产4200吨环氧氯丙烷车间氯丙烯合成工
段工艺设计

毕业设计(论文)内容:

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内容摘要
设计对年产4200吨环氧氯丙烷车间氯丙烯合成工段进行了工艺设计。并对环氧氯丙烯的生产方法、生产原理、流程路线,物料衡算,能量衡算以及主要设备等进行了论述和计算。
关键词:环氧氯丙烯
Abstract
This design synthesizes the production method of the work segment and produce to 42,00ton EC/year principle, process route and main equipments etc. proceeded the treatise.
Keywords: 3-chloro-1- propene、3-chloropropene、
引言
环氧氯丙烯是一种重要的有机化工原料和精细化工产品,用途十分广泛。以它为原料制得的环氧树脂具有粘结性强,耐化学介质腐蚀、收缩率低、化学稳定性好、抗冲击强度高以及介电性能优异等特点,在涂料、胶粘剂、增强材料、浇铸材料和电子层压制品等行业具有广泛的应用。另外,环氧氯丙烷还可用于合成甘油、硝化甘油炸药、玻璃钢、电绝缘品、表面活性剂、医药、农药、涂料、胶料、离子交换树脂、增塑剂、(缩)水甘油衍生物、氯醇橡胶等多种产品,用作纤维素酯、树脂、纤维素醚的溶剂,用于生产化学稳定剂、化工染料和水处理剂等。
目录
内容摘要 i
引言 i
目录 i
1 文献综述 1
1.1环氧氯丙烯在国民经济中的重要作用 1
1.2环氧氯丙烯的生产原料及主要产品 1
1.3环氧氯丙烯的工业生产方法及选择 1
1.4环氧氯丙烯的用途
1.5环氧氯丙烯的物理化学性质
2 生产流程和设备 1
2.1 理论生产流程简述 1
2.2 设备生产流程建树 1
2.3 设备论述及其选择 1
2.3.1 氯化反应器
2.3.2 冷蒸塔 1
2.4 小结 1
3 计算 1
3.1 反应器的物料衡算 1
3.1.1 管式反应器 1
3.1.2 塔前换热器 1
3.1.3 冷蒸塔 1
3.1.4 精馏塔 1
3.1.5水洗塔 1
3.1.6碱洗塔 1
3.2反应器热量计算 1
3.2.1反应焓的计算 1
3.2.2部分产物由355k～773 k焓值的变化 1
3.2.3 1,2-Da, 1,3-De由355k～773 k焓值的变化 1
3.2.4计算丙烯预热温度 1
3.3 设备衡算 1
3.3.1反应器 1
3.3.2氯精二塔 1
4附录 1
参考文献 1

1 文献综述
1.1 环氧氯丙烯在国民经济中的重要作用
环氧氯丙烯是一种重要的有机化工原料和精细化工产品,用途十分广泛。以它为原料制得的环氧树脂具有粘结性强,耐化学介质腐蚀、收缩率低、化学稳定性好、抗冲击强度高以及介电性能优异等特点,在涂料、胶粘剂、增强材料、浇铸材料和电子层压制品等行业具有广泛的应用。另外,环氧氯丙烷还可用于合成甘油、硝化甘油炸药、玻璃钢、电绝缘品、表面活性剂、医药、农药、涂料、胶料、离子交换树脂、增塑剂、(缩)水甘油衍生物、氯醇橡胶等多种产品,用作纤维素酯、树脂、纤维素醚的溶剂,用于生产化学稳定剂、化工染料和水处理剂等。

1.2 环氧氯丙烯的生产原料及主要产品
环氧氯丙烯是一种重要的有机化工原料和精细化工产品,用途十分广泛。以它为原料制得的环氧树脂具有粘结性强,耐化学介质腐蚀、收缩率低、化学稳定性好、抗冲击强度高以及介电性能优异等特点,在涂料、胶粘剂、增强材料、浇铸材料和电子层压制品等行业具有广泛的应用。另外,环氧氯丙烷还可用于合成甘油、硝化甘油炸药、玻璃钢、电绝缘品、表面活性剂、医药、农药、涂料、胶料、离子交换树脂、增塑剂、(缩)水甘油衍生物、氯醇橡胶等多种产品,用作纤维素酯、树脂、纤维素醚的溶剂,用于生产化学稳定剂、化工染料和水处理剂等。

1.3 环氧氯丙烯的工业生产方法及选择
当前,工业上环氧氯丙烯的生产方法主要有丙烯高温氯化法和乙酸丙烯酯法两种。
丙烯高温氯化法是工业上生产环氧氯丙烷的经典方法,由美国Shell公司于1948年首次开发成功并应用于工业化生产。当前,世界上90%以上的环氧氯丙烷采用此法进行生产。其工艺过程主要包括丙烯高温氯化制氯丙烯,氯丙烯与次氯酸化合成二氯丙醇,二氯丙醇皂化合成环氧氯丙烷3个反应单元。
1.4 环氧氯丙烯的用途

氯丙烯作为一种重要的石油化工中间产品,一般不直接作为商品出售,主要是
用于生产环氧氯丙烷、丙烯醇、甘油、烯丙胺、烯丙酯等下游产品。由于氯丙烯是含氯 的烯烃化合物,具有氯有机化合物和烯烃的重要特征。能与乙醇、氯仿、乙醚、丙酮、苯、 甲苯、四氯化碳和石油醚混溶。可发生氧化、加成、取代、烷基化等多种反应,使其在医 药、农药、香料、塑料阻燃、有机合成等方面具有广泛的应用。二战期间得到迅速发展, 成为有机合成的重要中间体,其消耗量逐年增加。氯丙烯一般不直接作市场商品出售,
而是广泛用于合成树脂、医药、香料、农药和有机合成原料。其主要用途是生产环氧氯 丙烷;用作合成甘油和合成树脂的原料,其余用来生产丙烯 醇、丙烯胺和药物等

1.5 环氧氯丙烯的物理化学性质

氯丙烯中文名称有3-氯-1-丙烯、3-氯丙烯、烯丙基氯;英文名称有3-chloro-1- propene、3-chloropropene、chloride、。化学式:CH2=CHCH2Cl;分子质量:76.50; 性状:常温下为无色液体,有辛辣味,易挥发。性活泼,能发生加合反应及聚合反 应,水解成丙烯醇,易燃。沸点:44.6℃;熔点:-136.4℃;相对密度:液态 0.9382g/c (20/4℃) 蒸气压:49.05KPa(25)℃;溶解度:水中:20℃时 0.36g/100ml闪点:-31.67℃自然温度:390℃爆炸极限:下限2.9%,上限11.2%;油 水分配系数:辛醇/水分配系数的对数值:-0.24;遇热或明火有着火危险,遇明火 可爆炸,危险程度中等,能与HNO3、H2SO4、哌嗪、乙二胺、氯磺酸,NaOH发生激 烈反应。
2 生产流程和设备
2.1 理论生产流程简述
1. 丙烯高温氯化制氯丙烯
丙烯与氯气经干燥、预热后以摩尔比4～5:1混合进入高温氯化反应器,短时间(约3 s)内进行反应,生成氯丙烯和氯化氢气体。精制后得氯丙烯产品,同时副产D-D混剂(1,2-二氯丙烷和1,3-二氯丙烯),氯化氢气体经水吸收后得到工业盐酸。
CH2=CHCH2 + Cl2 →CH2=CHCH2Cl +HCl

2.氯丙烯次氯酸化合成二氯丙醇
氯气在水中生成次氯酸(或采用介质叔丁醇和氯气在NaOH溶液中反应生成叔丁基次氯酸盐,该盐水解生成次氯酸,叔丁醇循环使用),次氯酸与氯丙烯反应生成二氯丙醇(过程中二氯丙醇浓度一般控制在4%左右)。
2CH2=CHCH2Cl +2HOCl→ ClCH2CHClCH2OH + ClCH2CHOHCH2Cl
(2,3-二氯丙醇,70%) (1,3-二氯丙醇,30%)

3.二氯丙醇皂化合成环氧氯丙烷
二氯丙醇水溶液与Ca(OH)2或NaOH反应生成环氧氯丙烷。
ClCH2CHClCH2OH + ClCH2CHOHCH2Cl + 1/2 Ca(OH)2→
ClCH2CHClCH2OH + ClCH2CHOHCH2Cl + 1/2 Ca(OH)2→
丙烯高温氯化法的特点是生产过程灵活,工艺成熟,操作稳定,除了生产环氧氯丙烷外,还可生产甘油、氯丙烯等重要的有机合成中间体,副产D-D混剂(1,3-二氯丙烯和1,2-二氯丙烷)也是合成农药的重要中间体。缺点是原料氯气引起的设备腐蚀严重,对丙烯纯度和反应器的材质要求高,能耗大,氯耗量高,副产物多,产品收率低。生产过程产生的含氯化钙和有机氯化物污水量大,处理费用高,清焦周期短。

2.2 数据生产流程简述

1.丙烯:经各部热交换后与反应器的氯化物逆向进行热交换,使丙烯预热至360—380℃,进入氯化反应器,与氯气按配比为5:1的比例在反应器中反应,生成氯丙烯的的混合物,反应温度控制在500℃,但不能超过510℃。氯化物进入换热器与丙烯间直接进行热交换后进入冷蒸塔,以丙烯液体进入喷淋;丙烯液体汽化吸收热量进入冷却器除去高氯化物;从塔顶蒸出丙烯与氯化氢;然后经过水洗塔,碱洗塔,除去HCl气体后进入压缩机,除水,除油,干燥,再压缩,全凝器后进入丙烯贮罐。从塔釜出来的高氯化物进入粗氯化物贮罐,再抽入精馏一塔进行精馏除去轻组分,从塔釜的高沸物进入精馏尔塔,除1,2—Da,1,3—De。从塔顶得到99.5%的氯丙烯。

2.氯化氢(HCl):从反应出来的气体中,与氯丙烯有相当量的HCl气体,在冷蒸塔塔顶和丙烯一同蒸出;在水洗塔中,通入不同浓度的盐酸溶液在水洗塔的不同位置进行喷淋,使得在塔釜出来的盐酸质量浓度达到25%,进入盐酸贮罐,作为氯丙烯的副产物而销售。其余的少量HCl气体在碱洗塔中除去,用质量百分比浓度为13—15%的NaOH溶液进行喷淋,在塔底时的碱浓度不能超过6%,而且直接进行排放,除HCl气体。

3.少量的氮气:在Cl2中有少量的N2,N2是不活泼的气体,不与原料或生成的产物进行反应,因此N2的量没有变,也没有给反应带来危险和造成分离上的困难。N2由于K平衡很大,也同样从冷蒸塔顶出来,而且随丙烯进入一段压缩,在水冷却器河沿冷却器上直接排空出去。

4.其它的高沸物在精馏二塔塔釜直接进入”DD混合剂”贮罐。

2.3 设备论述及其选择

2.3.1 氯化反应器
因反应温度控制在500℃,反应物和生成物绝大部分属于易燃,易爆物品,要求设备能耐高温,密封好。结构上要求能使氯气和进料丙烯快速的混合;不能存死角,清碳方便。现有设备采用绝热反应的型式,必须严格控制反应温度,又要求反应完全,则在反应器的长度上有严格的计算要求。按照化工厂的型式选择长管式反应器,这里有反应的生产能力和快速混合所决定,采用喷射式混合器;在喉管与混合器连接的角度为32o,在椎体与反应器连接的椎角度为300。具有的计算在设备计算中。

2.3.2 冷蒸塔
据物料平衡计算塔顶要求的工艺温度为-40℃,塔釜要求的工艺温度为56℃。由于反应的生成物中有大量的HCl气体,对各种金属设备的腐蚀性很大,因此在冷蒸塔内壁采用石墨砖防腐。而且该塔分为蒸出和冷凝两部分,在冷凝部分用丙烯蒸化气体吸收热来冷却,温度很低。而塔釜温度要求为50℃,则用列管加热器。而且用高压的热水进行加热。

2.4 小结
要对工业装置进行设计,必须要对工业流程中各种设备及单元操作进行分析,了解物料衡算,能量衡算以及设备衡算的方法。

3 计算
设计任务:年产量4200吨环氧氯丙烷/年
设计依据:
1.年工作日按300天计,每天24小时连续生产,即7200小时/年
2.消耗定额:1.6吨液氯/1吨环氧氯丙烷
3.各段收率:
氯化
氯精
环化
总收率
75%
98%
64%
47%

4.原料纯度:新鲜丙烯:丙烯 98%,丙烷2% ; 循环丙烯100%
(mol%) 液氯:氯气99.5%,氮气2%

5. 中间产品规格:3-氯丙烯(AC)≥98%( CH2=CHCH3mol)
6. 原料配比: 氯气:丙烯=1:4.5
7. 氯化反应方程式及粗氯化物(反应产物中除C3=,HCl,N2外)组成Xi(mol)
CH2=CHCH3+Cl2—CH3CCl=CH2 +HCl 4.1%
CH2=CHCH3+HCl—CH3CHCl–CH3 0.6%
CH3CH2CH3+Cl2—CH3CHCl–CH3 +HCl 2.0%
CH2=CHCH3+Cl2—CH2=CHCH2Cl+HCl 79.9%
CH2=CHCH3+Cl2—CH3CHClCH2Cl 7.6%
CH2=CHCH3+2Cl2—CH2ClCH=CHCl+2HCl 5.8%
忽略C3=在氯气中的燃烧
8．进料Cl2和C3=全部反应掉(α=100%)

3.1 物料衡算
3.1.1 管式反应器

1. 液氯进料量:W液氯=4200ⅹ103ⅹ1.6÷7200=933.3333kg/h
液氯的平均分子量:M平=71ⅹ0.995=28ⅹ0.005=70.8kg/h
G液氯=W液率÷M=933.3333÷70.8=13.1827kmol/h
其中 氯气量:g氯气=G液氯×0.995=13.1827×0.995=13.1168kmol/h
g氮气= G液氯×0.005=13.1827×0.005=0.0392kmol/h
2.丙烯总进料量:G丙烯=4.5×g氯气=4.5×13.1168=59.0255kmol/h
3.粗氯化物的生成量
g氯气=G粗×(4.1+2.0+79.9+7.6+5.8×2)%=1.052×G粗
G粗=g氯气÷1.052=13.1168÷1.052=12.4684kmol/h
其中各组分:g粗 I=G粗×4I

g粗2-e=12.4684×4.1%=0.5112kmol/h
g粗2-a=12.4684×2.%=0.2494kmol/h
g粗AC=12.4684×79.9%=9.9622kmol/h
g粗1,2-dc=12.4684×7.6%=0.9468kmol/h
g粗1,3-de=12.4684×5.8%=0.7232kmol/h
4.HCl生成量:gHCl=G粗×(4.1-0.6+2.0+79.9+0+5.8×2)=0.97
G粗=0.97×12.4684=12.0943kmol/h
5.新鲜丙烯进料量:G新鲜C3= = G粗 =12.4684kmol/h
其中g新鲜中的纯C3= = G新鲜C3= × 98%=12.4684×0.98=7.2733kmol/h
G新鲜C3= × 2% =12.4684×2%=0.2492kmol/h
G循还C3= = G总C3= - g新鲜C3==59.0255-12.3170=46.7085kmol/h

表3.1反应器物料衡算表

序号
组分
分子量
进料
出料
Kmol/h
Mol%
Kg/h
Wt%
Kmol%
Mol%
Kg/h
Wt%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
∑
N2
HCl
C3= b丙烯
C30 丙烷
Cl2
2-e
2-a
AC
1,3-Da
1,3-De
/
28
36.46
42.017
44
70.906
76.529
78.541
76.526
112.98
110.97
/
0.7010
60.20
0.281
13.91
0
0
0
O
0
75.90
0.094
0
81.46
0.34
18.10
0
0
0
O
0
/
1.8801
0
2899.90
11,9987
987.09
0
0
0
O
0
/
0.00049
0
72.4572
0.32
27.17
0
0
0
O
0
1.0
0.0710
67.1099
49.4409
0
0
0.501
0.359
11.9087
1.1098
1.14
74.8
0.0009
16.93
65.52
0
0
0.72
0.45
13.94
1.33
1.01
1.0
1.9022
7.1099
2109.98
0
0
41.9017
29.0989
897.94
120.67
87.35
3594.80
0.0636
14.01
64.94
0
0
1.20
0.81
25.97
3.59
2.49

3.1.2 塔前换热器

反应气体
塔前换热器
气(A)+ 液(B)混合物
F ,Zi t=-10℃, P=150KPa

安托因公式:InPSi=A-B/(T+C)
式中: PSi —— 饱和蒸气压
A,B,C —— 常数

根据上式计算结果见下表
表3.2 塔前换热器物料计算1
组分i
An公式中
lnPiS=A–B/(T+C)
PiS(mmHg)
Ki=PiS/P=PiS/750.1×1.5
A
B
C
DC
2-e
2-a
3-De
12-Da
13-De
15.7027
15.9298
16.0384
15.9772
16.0385
18.0753
1807.53
2395.149
2490.48
2531.92
2985.07
4311.962
-26.15
–38.15
–43.15
-47.15
-52.16
-0.1455
8.0712
5.2776
4.7103
4.2472
1.8805
1.6997
3200.9407
–38.15
111.0885
69.9094
6.5568
5.3088
2.8449
0.1741
0.0987
0.062
0.0058
0.004718

由式: ∑xi = ∑ Zi/[Ki+(1-Ki)e] 经过试差法得 e= 0.19
计算结果见下表

表3.3塔前换热器物料计算2
组分i
组成Zi
Ki
xi=Zi/[Ki+(1-Ki)e]

Kmol/h
yi=ai/∑ai
fi=FZi
bi=Fexi
ai=fi-bi
N2
HCl
C3=
2-e
2-a
AC
12-Da
13-De
∑
0.0923
16.93
65.52
0.72
0.45
13.94
1.33
1.01
100.0
∞
∞
2.8450
0.1984
0.0991
0.6898
0.00589
0.004718
/
0
0
0.2629
0.217
0.166
0.5705
0.0679
0.0541
1.0
0.074
12.987
48.9847
0.519
0.347
10.409
0.981
0.702
75.9474
0
0
2.987
3.108
0.239
8.209
0.921
0.699
16.163
0.074
13.987
53.098
0.249
0.081
1.802
0.018
0.011
68.198
0.001184
0.
0.7894
0.003498
0.003298
0.03908
0.00331
0.00221
1.0

表3.4 塔前换热器物料平衡表
组分i
进料
Kmol/h
出 料
气体A
液体B
Kmol/h
Mol%
Kg/h
Wt%
Kmol/h
Mol%
Kg/h
Wt%
N
HCl
C3=
2-e
2-a
AC
12Da
13De
∑
0.074
12.987
48.9847
0.519
0.347
10.409
0.981
0.702
75.9474
0.074
12.987
50.1209
0.228
0.098
1.881
0.18
0.012
65.6889
0.122
20.10
79.91
0,318
0.101
3.101
0.037
0.021
100.0
1.9801
460.2109
1980.98
14.9009
29.9807
169.0989
2.9087
1,9089
2719.9083
0.0824
18.12
72.01
0.711
1.098
7.109
0.0099
0.0701
100
0
0
3.898
0.310
0.240
8.301
0.991
0.701
14.311
0
0
28.2
2.91
1.881
56.01
5.91
4.901
100.0
0
0
189.09
25.098
18.908
608.09
109.90
87.098
1028.094
0
0
16.40
2.355
1.729
62.665
10.71
6.082
100.0

3.1.3 冷蒸塔

Pi气

PD=140Kpa,tD=-40℃
液态C3=

回收段,Cu ,i --- 回收度
Fi=(ai+bi)
P=150Kpa,t=-10℃
蒸出段,Si=VKi/L
蒸汽
Pw=160Kpa
Tw
残液(粗氯化物)

计算结果见下图

表3.5冷蒸汽塔换热器物料计算1
组分i
进料F(Kmol)
tD, PD,下
KD,i
进料下
Ki
T冷,均P冷,均
K冷,i
T蒸,均P蒸,均
K蒸,i
TW, PW,下的
KW,i
Cu,i
C0,i
xi= Cu,i× C0,i
1/(1- x i)
气相ai
液相bi
N
HCl
C3=
2-e
2-a
AC
12Da
13De
∑
0.074
13.987
53.098
0.249
0.081
1.802
0.018
0.011
68.198
0
0
3.898
0.310
0.240
8.301
0.991
0.701
14.311
∞
∞
1.0151
0.0369
0.0181
0.0112
0.007
0.007
/
∞
∞
2.909
1.821
0.108
0.071
0.006
0.004
/
∞
∞
1.8902
0.971
0.601
0.0282
0.0022
0.021
/
∞
∞
8.021
0.781
0.460
0.331
0.044
0.022
/
∞
∞
15.01
2.031
0.691
0.981
0.184
0.143
/
0
0
0.0159
0.3229
0.6454
0.9811
1.0
1.0
/
1.0
1.0
0.96
0.097
0.065
0.044
0.006
0.005
/
0
0
0.151
0.299
0.0393
0.0162
0.0062
0.0046
/
1.0
1.0
1.024
1.138
1.041
1.006
1.0066
1.004
/

由公式得
上升气体量 υ总i=(ai+biC0,i)×
回收液体 l总,i,=V总.i C u,I(Kmol/h)
残余气体VD.i=Vi-Vl(Kmol/h)
YD.i=V D,i/∑VD,i
XD,i= YD,i/ KD,i

根据上面的程序 计算结果见下表
表3.6冷蒸汽塔换热器物料计算2
组分i
ai+bi×C0 ,i(Kmol/h)i( i
V总
L总
VD,i
yD,,i
xD,,i
N
HCl
C3=
2-e
2-a
AC
12Da
13De
∑
0.074
13.987
53.098
0.2681
0.1209
2.6091
0.03192
0.01888
68.2830
0.074
13.987
54.1098
0.2721
0.1251
2.8091
0.02199
0.01897
70.8911
0
0
0.06869
0.07981
0.07011
2.6901
0.02819
0.01904
3.4091
0.074
13.987
53.098
0.1701
0.04801
0.05671
0
0
69.9801
0.001115
0.2050
0.7997
0.003012
0.00697
0.000901
o
o
1.0
0
0
0.7788
0.08082
0.4467
0.09580
0
0
1.0

由公式
总和液体量 :υ总i=(ai+biCU,i) ×
蒸出气体: l总,i,=(bi+ aiCU,i) ×
残余液体: LW.i= l总,i－υ总i
YD.i=V D,i/∑VD,i
XD,i= YD,i/ KD,i

根据上面的程序 计算结果见下表
表3.7冷蒸汽塔换热器物料计算3
组分i
ai+bi×C0 ,i(Kmol/h)i( i
V总
L总
VD,i
yD,,i
xD,,i
N
HCl
C3=
2-e
2-a
AC
12-Da
13-De
∑
0
0
4.0912
0.3871
0.2799
9.4980
0.9088
0.7091
16.1009
0
0
4.0119
0.3721
0.2251
9.3091
0.9081
0.6998
15.7891
0
0
3.8869
0.04981
0.01811
0.3891
0.005091
0.002989
4.0190
0
0
0.7878
0.3701
0.2801
8.8901
0.9201
0.6990
15.2097
0
0
0.007297
0.02799
0.02262
0.7980
0.8190
0.06251
1.0
0
0
0.1067
0.06082
0.03467
0.7990
0.1498
0.00931
1.0

3.1.4 精馏塔
1.氯精一塔(低沸塔)
(1)按清晰分割计算
(2)由工艺要求给出两个关键组分
选l为2-a ,xW,2-a≤1% (mol%)
选h为Ac ,xD,AC≤5% (mol%)
(3)泡点进料

根据以上条件 计算 结算结果见下图

表3.8氯精一塔物料衡算表
组分i
进料F
(kmol/h)
塔顶di
塔釜wi
C3=
2-e
2-a
AC
12-Da
13-De
∑
0.08091
0.3301
0.2601
9.8901
0.9091
0.7098
11.9981
0.8091
0.3301
0.2459-0.01W
0.05D
0
0

0
0
0.01W
9.8901-0.05D
0.8990
0.6843

由上表得,D=0.4460 W=117844 于是计算结果如下

表3.9氯精一塔物料平衡表
组分i
相对挥发度a(mol)
进料Fi(mol)
进料组成xiF(mol%)
塔顶di(mol)
塔釜wi(mol)
塔顶组成Xi,d(mol%)
C3=
2-e
2-a
AC
12-Da
13-De
∑
45.7870
2.8221
1.6013
1
0.09474
0.07594
/
0.08091
0.3301
0.2601
9.8901
0.9091
0.7098
11.9981
0.007272
0.02790
0.02249
0.7979
0.08188
0.6268
1.0
0.08091
0.3001
0.1501
0.02866
0
0
0.4460
0
0
0.1048
9.9981
0.9108
0.7010
11.7488
0.1435
0.5504
0.2563
0.0500
0
0
1.0

回流比的计算:

其中:ai －组分i的相对挥发度
　XiF －进料组分的摩尔组成
q －进料的液相分率;此处q=1;
Rm　－最小回流比
(XiD)－最小回流比流出液体组分I的摩尔分率;
θ　－方程的根;对于有c个组分的系数有c个根,只取
aLK›θ›aHK
于是．

解　得　θ　＝１５.７４２
取 R=1.3
得 R=1.3×15.742=20.4646
理论塔板数计算
最小理论板数公式:
于是

查吉兰特图得 Y=0.40

解 得 N=22.1373
取塔板效率η=0.75 得 N实际=N/0.75=29.5164
因此 取N实际=30 (块)
进料位置的计算
精流段的最小理论塔板数为

NR=11.4901/0.40=28.7252
NR实际=28.7272/0.75=38.30(块)
因此 取NR实际=39(块)
2.氯精二塔(高沸塔)
选l为Ac , xW,AC ≤3% (mol%)
h为1,2-Da, xD,1,2-Da≤0.5% (mol%)
最终xD,AC≥98%
(1)按照清晰分割计算
(2)按照非清晰分割

根据上述条件 计算 计算结果见下图
表3.10氯精二塔物料衡算表
组分i
进料Fi(mol)
塔顶di(mol)
塔釜wi(mol)
2-a
AC
12-Da
13-De
∑
0.2601
9.8901
0.9091
0.7098
10.6902
0.2601
9.8901-0.05D
0.004D
0

0
0.03W
0.9091-0.005D
0.7098

由以上表3.10 得 D=11.7490 W=1.84 于是 计算 计算结果见下表

表3.11氯精二塔物料衡算结果表
组分i
相对挥发度a(mol)
进料Fi(mol)
进料组成xiF(mol%)
塔顶di(mol)
塔釜wi(mol)
塔顶组成Xi.d(mol)
2-a
AC
12-Da
13-De
∑
16.9024
10.5552
1
0.8016
/
0.2601
9.8901
0.9091
0.7098
10.6902
0.0101
0.8390
0.8689
0.6651
1.0
0.2601
9.4081
0.00437
0
8.7490
0
0.0044
0.8901
0.7098
1.53
0.1181
0.9823
0.0049
0
1.0
回流比的计算

因为‹2 根据要求 取=2 取R=1.3 R=1.3×2=2.6

3.1.5 水洗塔
依据:1.冷蒸塔顶喷淋丙烯量(为进料丙烯的1/2)。
2.采用15℃井水吸收剂。
3.设HCl的吸收率为95-99%(粗氯化物全部溶解在盐酸中)。
4.忽略丙烯,氮气溶解水中,塔顶蒸汽中水蒸汽饱和。
计算:(1)塔底进口气体量及组成:
VD=VD(冷蒸塔)+1/2×G总C3= 48.17198+1/2×48.1342=99.7908kmol/h;
(2)塔顶出口干气量:
VN,干=VD-0.95VD,HCL-VD,粗氯= 99.7908-0.95×7.199-0. 77=78.749873kmol/h
kmol/h
(3)塔顶出气带水量:yN,H2O=vN,H2O/vN=vN,H2O/(vN,干+vN,H2O)= 78.749873×0.018171/(1.3-0.018171)=0.67851kmol/h PH2Os/PN,总
经推:vN,H2O= VN,干× [PH2Os/(PN,总- PN,H2Os)]
(4)15%盐酸量:
W盐酸=0.95vD,HCl×MHCl/0.15=2296.9876 kg/h
(5)进塔吸收剂(井水)量:
W井水=WH2O+ vN,H2O×18= 1747.9081 kg/h
根据以上计算塔顶出口气体组成

表3.12 水洗塔塔底出口气体组成
组分
摩尔流量(kmol/h)
摩尔含量(%)
摩尔流量(kg/h)
N2
HCl
C2=
H2O
AC
0.0923
13.987
65.52
0.6624
0.55
0.09
16.84
98.16
0.255
0.72
1.7990
23.8769
3209.9809
4.0101
4.890

计算得
塔顶出口干气量

25℃下水的饱和蒸汽压:
塔顶出气带水量

15%的盐酸量:
进塔吸收剂