1、毕业设计说明书 设计课题：5000t/a甲苯氯化工艺设计系 别：化学工程系前 言本设计书详细地介绍了甲苯的氯化过程，氯化过程的物料衡算和热量衡算，甲苯氯化反应釜和氯化液碱洗槽的参数设计，氯化氢尾气吸收的填料塔和降膜塔的选择与设计，完整的甲苯氯化工艺流程图和平面布置图设计。对年产能力为5000吨的氯甲苯的甲苯氯化的初步设计，以株化集团氯甲苯生产装置实际生产情况为参考依据，并查找收集大量有关方面的设计资料，按毕业设计大纲和设计任务书的要求进行设计，设计的内容是在简要介绍氯甲苯的发展状况及其性质、用途、工艺方法选择的基础上，重点介绍了采用甲苯间歇法氯化生产氯甲苯的工艺过程设计。设计的主要内容有：1、氯甲苯的概述；2、 产品及原材料说明；3、 物料衡算与热量衡算；4、 主要设备的计算与选型。5、 带控制点的工艺流程图；6、 设备平面布置图。7、 本设计书中的换热器，全都采用石墨换热器，整个生产系统处于微负压状态下操作。本设计旨在理论学习的基础上，结合生产实践，熟悉工艺流程、生产方案的选择、设备的选型等，掌握工艺设计中的物料衡算、能量衡算、设备的计算、选型，锻练查阅参考文献及相关资料的能力。由于
2、设计者的理论知识有限，设计经验的缺乏，在设计的过程中难免会有一些不足和错误之处，敬请各位老师批评指正。目 录第一章 总 论41.1氯甲苯概述41.2 国内外氯甲苯生产技术概况41.3 国内外甲苯氯化催化剂的使用情况5第二章 产品及原料说明72.1产品性能72.2 生产所需的主要原辅材料7第三章 氯甲苯生产的工艺83.1氯甲苯生产的反应原理83.2 氯甲苯生产工艺流程简述8第四章 工艺计算104.1 物量衡算与热量衡算104.1.1 氯化部分104.1.2 碱洗部分124.1.3 氯化氢吸收部分124.2设备选型一览表17第五章 三废产生及处理情况185.1废水185.2 废气185.3环境保护18附 录19填料塔型号：19搪瓷反应釜的应用与维护：19甲苯氯化工艺流程图：19设备平面布置图：19参 考 文 献22致 谢23第一章 总 论 1.1氯甲苯概述氯甲苯是指在带有甲基的苯环上氯代的一系列环氯代甲苯。它们是一类稳定的，工业上有一定重要性的化合物。氯甲苯共有16种，分子通式为C7H8-nCln。氯甲苯曾以甲苯为基础命名，70年代以来在许多工具书逐渐使用以苯为基础命名。氯和甲苯的反应在1
3、866年由Beilstein等进行了研究。在此后的几十年里主要进行了各种氯甲苯的分离和鉴定。不是所有的氯甲苯都是由甲苯直接氯化而制备的。有些氯甲苯如1-氯-3-甲苯，1，2-二氯-3-甲基苯和1，3-二氯-2-甲苯等是间接制备的，可以是通过氨基、羟基、硝基或磺酰氯抢救无效用氯置换，以硝基，氨基式磺酸基定位，在氯取代后再把这类基团脱去而抽取。氯甲苯是一种重要的精细化工有机原料，近年来相继研发合成出多种新型医药、农药、染料等中间体。其中多数中间体市场前景看好，使氯甲苯将成为有机氯产品的新宠。业内人士认为，氯甲苯将成为未来氯碱企业走精细化道路、建设氯产品精细化工产品的最具有潜力的基础中间体。氯甲苯有3种异构体，分别为对位、邻位和间位氯甲苯 , 其中用途最为广泛的是对氯甲苯 , 通过侧链上氧化、环上氧化、氰化、卤化、氯代等反应可制备多种重要的精细化工中间体和精细化学品 , 目前已衍生出100多种农药、医药和染料产品。邻氯甲苯应用研究经过不断拓展 , 已开发出 30 余种衍生产品。由于间氯甲苯生成比例不足 1 % , 产量较小 , 目前仅作为染料中间体使用。一氯甲苯、2，4-二氯-1-甲基苯和1
4、，3-二氯-2-甲基苯主要用于农药、染料、医药和过氧化物的中间体，并可用作溶剂。其他多氯甲苯没有多少工业用途。1.2 国内外氯甲苯生产技术概况氯甲苯在20世纪30年代国外就开始工业化生产，产量一直较小，20世纪70年代以后由于下游产品的大量开发与应用，生产能力与产量快速增加，目前全球年产量约为8万ta，生产厂家主要集中在欧美及日本等工业发达国家和地区主要生产厂家有美国虎克电化学公司、化学公司、孟山都化学公司德国赫司特公司、拜耳公司， 日本的庵原化学工业公司、扶桑化学公司、保士谷化学公司等。20世纪90年代以后由于西方发达国家和地区环保压力的不断增加，对有机氯产品发展持谨慎态度，因此生产能力一直没有继续扩大，维持在原有的能力，许多下游产品向发展中国家寻求我国氧甲苯工业起步晚，目前国内生产最早和规模最大的生产企业是湖南株洲化工有限责任公司、江苏丹阳中超化工有限公司、苏州御窑精细化工厂、江苏靖江西郊化工厂、河北辛集市辛冠化工厂、武汉有机实业有限公司等近10家企业，近年来国内氯甲苯生产规模在不断增加， 2002年国内氯甲苯生产能力约为20000-25000ta，产量约为1800t左右与国外发达
5、国家和地区相比我国氯甲苯工业生产水平低，但是近年来我国氯甲苯下游产品开发研究非常活跃，国内下游产品需求强劲，而且发达国家和地区经常来我国寻求氯甲苯的下游产品，国内外市场强劲需求将大大刺激和推动我国氯甲苯工业的发展氯甲苯作为一市场处于成长期的有机氯中间体，目前国内主要存在两大问题，一是合成技术相对落后，导致产品质量不高，影响下游精细化学品的应用与开发；二是氯甲苯生产与下游开发生产脱节，多数企业仅仅做原料销售，而没有继续向下衍生，形成精细化工产品链或产品，影响装置的经济效益和可持续发展的动力。因此本文将着重介绍氯甲苯国内外合成技术进展和一些产品链的建设和设想。1.3 国内外甲苯氯化催化剂的使用情况甲苯液相氯化反应阶段的技术重点是通过选择催化剂来调节对氯甲苯、邻氯甲苯的产生比例,由于目前对氯甲苯的市场需求大于邻氯甲苯,所以应尽量提高对氯甲苯的产量。目前国内外已实现工业化或具有工业化前景的一氯甲苯异构体调比技术有以下几种:Lewis 酸液相催化法采用L 酸为催化剂,反应条件温和,氯甲苯收率高,但对位比例低,约30 %左右。国外研究发现,如以L 酸作主催化剂,以硫代杂蒽、多氯化夹硫氧杂蒽等为助催
6、化剂,可使对邻比达到0. 66 - 0. 88 。三氯化铁氯化法以三氯苯和氯苯为溶剂,无水三氯化铁为催化剂,产物中对氯甲苯含量可达90 %。该工艺的缺点是副反应多,要求溶剂从催化剂中完全清除,否则转化率和选择性将大大降低,因此工艺过程相对繁琐,目前该技术处在不断完善与提高阶段。金属氯化物催化法该法以Ti、Sn、Zn、W、Al、Fe 的氯化物为催化剂,其中使用最多的是三氯化铝、三氯化铁与其它金属氯化物组成复合催化剂。采用金属氯化物催化剂,反应选择性较好,生产工艺简单,无需特殊设备,污染较少,因其对位比例不超过50 %,在工业化装置上应用受限制。Lewis 酸+ 噻蒽衍生物催化法该方法的主催化剂是Lewis ,主要是Fe 、Al 、Sb、Pb 的氯化物;助催化剂一般为噻蒽衍生物,其中以二甲基四氯噻蒽、二甲基五氯噻蒽、二甲基六噻蒽效果最好。美国科研人员研究发现了混合噻蒽衍生物作为助催化剂的最佳比例,其质量组成为二甲基三氯噻蒽5. 03 %、二甲基四氯噻蒽5. 03 %、甲基五氯噻蒽64. 41 %、二甲基六氯噻蒽21. 53 %。一般采用该催化剂对邻位比例为6 :4 左右。国内上海农药研究所
7、等单位用FeS2 为主催化剂,以氯化噻蒽作助催化剂,产物中对位含量约55 %。该法特点是定向选择性好,副产物少,收率高;缺点是助催化剂制备难度大。目前工业化生产中主要采用该方法。特种分子筛催化法分子筛催化法是一种有机中间体新型催化技术,以合成沸石为催化剂, 对位产品含量可达75 % -90 %。该法对位选择性极高、氯化深度大、产品易分离,但是反应时生成的氯化氢可破坏沸石的晶格,因此分子筛的再生与使用寿命成了制约应用的关键,产品成本高,技术条件苛刻。由于该法对位的选择性高,是一种极具发展前途的合成技术。第二章 产品及原料说明2.1产品性能氯甲苯是一种重要的精细有机化工原料,是甲苯液相氯化后的主要产物,通过侧链和环上反应,可以制备出许多重要的精细化学品和中间体。氯甲苯有三种同分异构体,分别为对氯甲苯、邻氯甲苯和间氯甲苯。对氯甲苯外观为无色透明液体,有特殊气味,相对密度1. 0697 ,熔点7. 5 ,沸点162 ,折射率115200 ,不溶于水,溶于乙醇、苯、氯仿、乙醚、丙酮等。目前对氯甲苯的应用主要分布在农药、医药、染料等行业,已衍生出100 多种产品,如生产对氯氯苄、对氯苯甲醇、对氯氰
8、苄、对氯苯甲醛、对氯苯甲酸、对氯苯甲酰氯、2 ,4 - 二氯甲苯、3 ,4 - 二氯甲苯、2 ,4 - 二氯苯甲醛、氰戊菊酯等;邻氯甲苯外观为无色透明液体,有特殊气味, 能溶于醇、醚、酸等, 微溶于水, 比重110826 ,熔点- 35. 39 ,沸点158. 97 ,是医药、农药、染料中间体。目前邻氯甲苯已衍生出30 多种产品,如邻氯苯甲醛、邻氯苯甲酸、邻氯苯甲酰氯、邻氯三氯甲苯、酸性绿P 原料、邻氯氯苄等产品;由于间氯甲苯生成比例不足1 % ,产量小,目前仅作为染料中间体使用；间氯甲苯，无色液体，不溶于水，易溶于乙醇、苯、氯仿、乙醚等。熔点()： -48.7，相对密度(水=1)： 1.07，饱和蒸气压(kPa)： 0.13/4.8，闪点()： 50，用于制造农药、医药、染料及过氧化物的中间体和溶剂。2.2 生产所需的主要原辅材料甲苯、氯气、铁粉（催化剂）、硫磺（催化剂）。 第三章 氯甲苯生产的工艺3.1氯甲苯生产的反应原理氯甲苯的制取方法可分为两类，以甲苯为原料的直接氯化法和以甲苯衍生物为原料的间歇法。生产方式有间歇和连续法两种工艺。本设计装置甲苯直接间歇氯化法，采用液氯甲苯与氯气
9、反应制得 一氯甲苯，此工艺结构简单、原料转化率高和选择性好。甲苯与氯气在催化剂的作用下反应，温度控制在50度以下，生成氯甲苯主要反应式如下：温度过高或光照的情况下，同时可能发生如下副反应产生二氯甲苯：3.2 氯甲苯生产工艺流程简述氯甲苯工业化合成主要有两种方法: 一是以甲苯为原料的直接氯化法 , 二是以甲苯衍生物为原料的间接法。以甲苯衍生物为原料的间接法属传统工艺 , 技术较为落后 , 主要用于合成由甲苯直接氯化很难得到的间位产品，目前国内外工业化主要采用甲苯直接氯化工艺。甲苯氯化主要有两种产物 ,即对氯甲苯和邻氯甲苯。本580毕业设计网采用液态甲苯与氯气反应制得一氯甲苯，此反应为间歇反应，与连续反应相比具有结构简单、原料转化率高和选择性好、产品质量高等优点。本设计在微负压下进行的，由于反应过程中产生了氯化氢，氯化氢的存在将使氯化液呈酸性，影响催化剂的选择性，因此须将反应产生的氯化氢及时的移走，另一方面甲苯的沸点较低，压力降低也降低其沸点，如果选择的负压太低，过低的负压会把甲苯从反应釜中抽吸到后面尾气处理装置中，既浪费了甲苯又影响了副产品盐酸的质量。甲苯经干燥后进入甲苯贮槽，在打入间歇反应釜，同时开启搅拌，然后根据甲苯的量加入适量的催化剂后通氯，通过氯气分配台分配和转子流量计计量后进入反应釜，当反应温度有上升趋势时开启冷冻盐水，
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