知网论文查重摘要：二氯甲烷为无色液体，具有溶解能力强和毒性低的优点。二氯甲烷常大量用于制造安全电影胶片、涂料、聚碳酸酯、醋酸纤维、聚氨酯发泡剂、脱模剂和金属脱脂。三氯甲烷是无色液体，主要用来生产氟利昂，常用作麻醉剂，可用作橡胶、抗生素和油脂的溶剂。本设计课题主要任务内容是以330天/年为生产周期，年产量8000吨的二氯甲烷氯化吸收工段为生产目标进行化工工艺设计，力求做到生产工艺设计合理，物料衡算和热量衡算计算准确及设备设计和设备选型合理。在本设计中,选用甲烷热氯化法来生产，用两个膜式吸收器用来吸收产品。主要完成了工艺计算，设备选型并且绘制了工艺流程图和设备布置图。

知网论文查重

1 总论

1.1设计任务的依据

设计任务书是项目设计的目的和依据：

以单位时间为基准,按年工作日330天，每天24小时，二氯甲烷每小时生产量

=1262.63 kg/h

原料组成Cl₂96%,CH₄95%；

进反应器的原料配比Cl₂:CH₄:循环气=1:0.68:3.0(摩尔比)；

出反应器的比例CH₂Cl₂:CHCl₃=1:0.5(摩尔比)；

(CHCl₃+CCl₄)/CH₂Cl₂=0.38(质量比)；

操作压力 0.08MPa(表压)；

反应器进口气体温度25℃，出口温度420℃

1.2 概述

1.2.1 产品的主要用途

（1） 二氯甲烷

溶解能力强和毒性低是二氯甲烷的优点，安全电影胶片和聚碳酸酯可以用它大量制作，其余作用是可做涂料溶剂、金属脱脂剂，气烟雾喷射剂、聚氨酯发泡剂、脱漆剂等。二氯甲烷为无色液体，可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。其中用于胶片生产的消费量占总消费量的45%，清洗剂及化工行业消费量占总消费量的22%，医药方面占总消费量的22%，其他方面占11%。

（2） 三氯甲烷

是重要的有机合成原料，主要用来生产氟里昂、染料和药物，在医学上，常用作麻醉剂。可用作抗生素、香料、油脂、树脂、橡胶的溶剂和萃取剂。还可以用于烟雾剂的发射药、谷物的熏蒸剂和校准温度的标准液。工业产品通常加有少量乙醇，使生成的光气与乙醇作用生成无毒的碳酸二乙酯。使用工业品前可加入少量浓硫酸振摇后水洗，经氯化钙或碳酸钾干燥，即可得不含乙醇的氯仿。

1.2.2 产品的市场需求

（1） 二氯甲烷的市场需求

二氯甲烷主要用途为不燃性溶剂，1997年我国二氯甲烷生产能力约1.9万t。国内表现消费量为5万t。目前按照国内市场的供应需求，二氯甲烷生产的工艺仍有很大的缺口。以二氯甲烷的在国内的应用前景来讲，随着人民生活水平持续的提高，以及国产胶卷产业的迅速发展，推动胶片行业的发展。除此之外，伴随我国汽车、航天、航空工业方面的发展，脱漆和金属清洗等方面对二氯甲烷的消费会得到大幅增加，因此市场潜力非常大。

一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷(氯仿)和四氯化碳是甲烷氯化物四种主要产品，可通过在相同的装置中采用不同的工艺条件进行反应。此外可通过市场需求来决定某种产品的产量。

目前，尽管每个国家的发展的需求不同然而世界对二氯甲烷的需求是基本平衡的，其未来产量的增减也随地区而异。一些环保法规在美国、西欧、日本相继出台，严格控制排放，尽可能回收，所以美国等工业发达国家和地区消费估计将逐年递减，而世界的其它国家和地区，像中东、东欧、亚洲和拉美等发展中国家对二氯甲烷的需求量因为仍保持快速的增长，预计2000-2005年世界范围内对二氯甲烷的需求量会以3%—4%上下的速度增加。

伴随二氯甲烷应用领域的持续扩大，需求量的持续增加，当前在国内新建和扩建甲烷氯化物装置时，必须以生产二氯甲烷为主，同时注重产品质量。

（2） 三氯甲烷的市场需求

三氯甲烷是无色透明液体，作为重要的有机合成原料，主要用于生产染料致、冷剂和药品等。

在中国三氯甲烷现在大多用作生产HCFC__22（二氟一氯甲烷）。还有在医药工业中大多用作萃取剂等。预估计2015年用于致冷剂的三氯甲烷消费量将超过10万t。

三氯甲烷在2040年之前因价格低廉得到其该有的市场占有率。在2010年以前其在制冷剂方面的消费一直增长。即便2040年三氯甲烷停止用作制冷剂和发泡剂，然而其用于含氟合成材料的量会大幅增长，所以抵消了禁用的影响，在未来的十年，三氯甲烷将处于有利的发展期，国内企业必须抓住机遇，进行规模化的生产。

1.2.3 产品的物理化学性质

（1） 产品的物理性质

 

其具体物理性质如下表：

表1—1 二、三氯甲烷的物理性质

名称 单位            产  品 二氯甲烷 三氯甲烷 分子量 84.94 119.39 外观 无色透明不分层液体 无色透明不分层液体 分子式 CH₂Cl₂ CHCl₃ 沸点 ℃ 40.4 61.3 液体比重 D₄²⁰ 1.326 1.489 蒸汽比重 2.93 4.13 蒸汽密度 g/l 3.30 4.36 汽化潜热 Cal/g 78.7 59.3 液体比热 Cal/g.℃ 0.288 0.234 蒸汽比热 Cal/g.℃ 0.155 0.142 在水中溶解度 g/100g水 1.32 0.802 临界压力 Kg/cm² 60.9 53.8 临界温度 ℃ 237 263.4 临界密度 0.427 0.500 冰点 ℃ -96.7 -61.3 在空气中爆炸范围 V% 13.0~18.0 在氧气中爆炸范围 V% 13.0~18.0

（2） 产品的化学性质

1） 二氯甲烷

在一定条件下与水蒸气作用生成甲醇、甲酸和氯化氢

2CH₂Cl₂₊3H₂O(汽)     CH₃OH+HCOOH+4HCl

氧化铜触媒存在下，与空气作用生成光气

触媒

CH₂Cl₂+O₂       COCl₂+H₂O

450^OC

 

在触媒存在的条件下，450^OC时与水蒸气作用生成甲醛

硫酸锌

CH₂Cl₂+H₂O(汽)       HCHO+2HCl

450^OC

 

铝的存在下，与溴反应生成氯溴甲烷和二溴甲烷

4CH₂Cl₂₊3B_r2       2CH₂B_r2+2Cl₂

在碱的水溶液中加压可皂化成甲醛

CH₂+2N_aOH      HCHO+H₂O+2N_aCl

 

100~125^OC下，与乙醇溶液中的氨反应生成六甲撑四胺（即乌洛托品）

乙酸溶液

6CH₂Cl₂₊16NH₃        (CH₂)₆N₄+12NH₄Cl

100~125^OC

2）三氯甲烷

甲烷的四种氯化物中三氯甲烷最容易水解，水解产物是甲酸和氯化氢。水解反应随温度的升高而加快，有氯化铁等金属氯化物存在会催化水解反应。三氯甲烷在290^OC以下不会热分解，但在四种甲烷氯化物中对热的稳定性比二氯甲烷差。在室温下若受长时间光照会慢慢分解，有空气存在时即使在暗处也会引起分解，生成光气、氯化氢、氯气等。

2CHCl₃+O₂      2COCl₂+2HCl

4CHCl₃+5O₂      4CO₂+6Cl₂+2H₂O

氯仿除可氯化生成四氯化碳外，还具有下面一些化学性质。

浓碱溶液加热，生成一氧化碳和氯化钠

CHCl₂+3NaOH       CO+3NaCl+2H₂O

与稀碱溶液加热，生成甲酸盐和氯化钠

CHCl₃+4NaOH       HCOO Na+3NaCl+2H₂O

 

与赤热的铜或钠汞接触生成乙炔

2CHCl₂+3Cu      C₂H₂+3CuCl₂

有催化剂存在，与氟化氢反应生成氟里昂

CHCl₃₊HF      H Cl+CHCl₂F(F^_11)

CHCl₃+2HF      3HCl+CHClF₂(F^_12)

CHCl₃+3HF      3HCl+CHF₃(F^_13)

三氯甲烷加热到450^OC以上产生热解，生成六氯乙烷，四氯乙烯，氯化氢和少量其他氯代烃

2CHCl₂      C₂Cl₆+2HCl

3CHCl₃      C₂Cl₆+3HCl^[5]

1.2.4 质量标准

(1) 工业二氯甲烷产品的技术指标（GB4117-92）

表1—2 工业二氯甲烷产品的技术指标

指标名称 指标 优等品 一等品 合格品 纯度(P_t-C_O)      %≥ 99.5 99.0 98.0 酸度（以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

（2）工业三氯甲烷产品标准的技术指标（GB4118-92）

表1—3 工业三氯甲烷产品标准的技术指标

指标名称       指标 优等品 一等品 合格品 纯度           %≥ 99.5 99.0 98.0 色度(P_t-C_O)       ≤ 10 15 25 四氯化碳        %≤ 0.05 0.2 1．1一二氯乙烷  %≤ 0.04 0.1 酸度            %≤ 0.001 0.001 0.003 水份（以HCl计）%≤ 0.03 0.03 0.05

 

1.2.5 二、三氯甲烷的生产方法及特点

二、三氯甲烷的主要生产路线有两条一是氯甲烷的氯化二是甲烷的氯化。其生产方法最早采用氯甲烷和甲烷的高温气加热氯化法，后来演变成为光氯化法。目前广泛用于工业生产的是加热氯化法。1972年美国Armstrong公司和C-E lummus 公司共同开发了甲烷氧氯化法。最初的甲烷热氯化以德国Hoechst公司为代表。1979年日本德山曹达化学公司开发了氯甲烷低温液相自由基引发氯化法制取氯甲烷的技术。反应器形式有多种形式如蓄热式、列管式、内循环式和沸腾床等。我国多采用内循环式反应器。两种工艺路线在氯消耗量、原料运输、生产成本、副产盐酸量等方面存在明显差异。甲烷氯化法在全世界已占绝对优势，氯耗低、工艺成熟完善、平衡生产后基本无副产盐酸等优点，极具竞争力。

(1)（甲烷）天燃气热氯化法

甲烷与氯气反应，经水吸收氯化氢副产盐酸后，微量氯化氢可用碱液洗去，再经干燥、压缩、冷凝、蒸馏可得到产品。

甲烷氯化是强放热反应，反应温度的控制十分重要。为解决这一问题，工业上已成功地采用了下列反应装置的设计：1、产生的氯代甲烷使用的多级反应器或大量循环甲烷，以保证足够的进料比；2、采用较低的氯甲烷为热载体或雾化四氯化碳；3、采用流化床反应器。

需要将温度维持在380—450℃，以此来保证反应基的连锁反应。

(2) 氯甲烷氯化法

采用热氯化法工艺是将氯甲烷与氯气反应热氯化生产，控制氯甲烷与氯气之比为（2—2.5）:1，反应温度为420°C，反应压力19Kpa，反应冷却吸收、碱液除去氯化氢、蒸馏、压缩和精馏，分别除去三氯甲烷，四氯甲烷并在塔顶得到产品。

氯甲烷生产二氯甲烷时，反应成氯化氢，此时氯化氢可返回甲醇氢化装置作为制取氯甲烷原料，应用密封循环系统。这种氯化氢装置与热氯化系统结合生产甲烷氯代物的过程是非常高效的。生产二氯甲烷时，通常产生出80%的二氯甲烷、15%的三氯甲烷和5%四氯化碳。