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1、8000t/a邻氯甲苯生产工艺设计前言毕业设计是三年大专教学计划中最后一个教学环节，是各个教学环节的继续、深化和扩展，是锻炼学生理论联系实际、发现问题、分析问题、归纳问题、解决问题的能力，也可以是学生掌握由理论知识向工程转化的一个重要环节，同时也着重培养学生对化工单元操作流程选择、过程分析、设计计算、设备选型、参数优化等能力，培养系统观点、优化思想及方法等基本工程素质，养成科学严谨、细致周到等良好习惯，并学会对参考文献的查阅与学习。本设计将介绍氯甲苯分离生产邻氯甲苯的化工工艺段的具体设计，对年产能力为7000吨的邻氯甲苯生产的工艺初步设计，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
2、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。本设计的内容旨在简要介绍氯甲苯的发展状况及其性质，用途，氯甲苯合成技术进展，氯甲苯分离技术概论，工艺方法选择的基础上，重点介绍了采用连续法分离氯甲苯生产邻氯甲苯的工艺过程，产量为年产7000吨。设计的主要内容有：邻氯甲苯产品合成技术进展及分离技术概论；物料衡算与热量衡算；主要设备的计算与选型；附件材质的选择；带控制点的工艺流程图、设备平面布置图。 由于设计时间仓促，加上编者的理论知识与设计经验有限，在设计的过程中难免会有一些不足和错误之处，恳请广大读者批评指正。2014年11月目 录第一章 概述41.1 邻氯甲苯背景资料41
3、.2 邻氯甲苯合成技术进展51.3 邻氯甲苯分离技术概论9第二章 设计任务122.1 设计依据122.1.1设计题目122.1.2设计任务122.1.3操作条件122.2 设计内容122.2.1填料精馏塔设计说明书的编写122.2.2 绘制填料精馏塔分离氯甲苯带控制点的工艺流程图132.2.3绘制填料精馏塔分离氯甲苯设备平面布置图13第三章 填料塔概述133.1 与操作条件有关的因素16第四章 分离工艺流程的确定和说明174.1 流程图说明174.1.1 甲苯分离174.1.2 邻氯甲苯和对氯甲苯的分离174.1.3 邻位精制18第五章 填料精馏塔设计计算205.1 甲苯塔的设计计算205.2
4、 粗馏塔的设计计算215.3 邻位精制塔的设计计算22第六章 三废的处理406.1 废气406.2 废液40参考文献41第一章 概述 1.1 邻氯甲苯背景资料邻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树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
5、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。 邻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。邻氯甲苯共有16种，分子通式为C7H8-nCln。邻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。国内外一般采用的方法是萃取法、精馏法、蒸馏法，色谱法，核磁共振法，我在这里选用的是精馏的方法对其进行分离，原理是各物质的沸点的不同。 该方法的优点：为了避免了废水的产生，三塔串联连接的精馏分离方式，降低了
6、塔的安装高度，提高了分离效率，最终产品邻氯甲苯的纯度。 毕业设计是将我们所学知识和化工生产的实际紧密的结合起来，作用就是理论联系实际在将实际生产过程中所遇到的一系列的问题和理论知识相联系，加强理论学习是有必要的，在学习的过程中就是不断地探索和摸索个一个过程，只有这样才能将所学的知识用到现实生产生活中，才具被学习的要求和意义。 设计和研究邻氯甲苯的是为了更好的掌握好在化工生产中的各个生产过程和工艺流程，理解化工生产中知识，注重安全生产和经济效益，大力落实好科学发展观，实行向绿色化学发展靠拢。加强和别人合作能力的培养，为了以后能更好的适应我们这一专业，了解和掌握化工生产中物料的走向，进一步提升与人
7、合作的工作能力,加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，从能源生产到消费的各个环节，降低消耗、减少损失和污染物排放、制止浪费，有效、合理地利用能源。 然而，随着邻氯甲苯市场竞争的愈发激烈，快速有效的掌握市场发展情况成为企业及决策者成功的关键。市场分析是一个科学系统的工作，直接影响着企业发展战略的规划、产品营销方案的设计、公司投资方针的制定以及未来发展方向的确定。市场分析并非单纯从某一个层面对市场进行评价，要得到有实际价值、具有指导意义的结论，就必须从专业的角度对市场进行全面细致的分析。如此，才能时刻保持清晰的发展思路，不因纷繁的信息而迷失，在日益激烈的市场竞争中立
8、于不败之地。针对企业的这种需要，我们对邻氯甲苯技术及市场进行了深度调研并撰写了报告，帮助企业进行决策。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t/a, 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、Heyden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、保土谷化学公司等。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
9、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。我国氯甲苯工业起步较晚, 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, 估计2002年国内氯甲苯生产能力约为2000025000t/a, 产量约为18000t左右。与国外发达国家和地区相比, 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
10、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, 多数企业仅仅做为原料销售, 而没有继续向下衍生, 形成精细化工产品链或产品树, 影响装置的经济效益和可持续发展的动力。1.2 氯甲苯合成技术进展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方法是传统落后的技术, 成本高。目前国内外工业化主要采用甲苯直接氯化工艺,甲苯氯化与苯的液相氯化制备氯化苯的工艺过
11、程非常相似, 也是顺序串联反应, 使用的催化剂、温度都很相似, 并且都是放热反应, 所以氯甲苯的生产流程、设备、三废处理等与氯化苯非常类似。但是氯甲苯合成过程由于甲苯比苯多一个甲基而有所区别, 比苯直接氯化要复杂一些,一是甲苯的苯环上多个甲基, 甲苯的氯化比较容易, 速度快, 另外在光照射情况下, 甲苯易发生侧链氯化, 因此甲苯氯化温度较低, 防止过氯化产生副产品。二是氯甲苯制备主要有两种产物, 即对氯甲苯和邻氯甲苯, 而苯氯化一般主要是氯化苯。正是由于产物主要有两种物质, 而使得甲苯氯化变的比较复杂, 也正是因为有两种异构体使得甲苯的氯化技术关键在于解决异构体的问题。目前甲苯氯化工艺技术研究
12、主要集中于此, 其中氯甲苯的合成技术研究重点, 一是通过选择催化剂进行异构体的调比技术;二是异构体的分离技术, 以下介绍这两个关键技术的进展情况。1.异构体的调比技术甲苯用氯气液相氯化时主要生成3种异构体, 即对氯甲苯、邻氯甲苯和间氯甲苯, 同时副产少量二氯甲苯。由于对氯甲苯和邻氯甲苯是联产, 而市场需求变化较大, 因此调节异构体比例技术具有非常重要的现实意义, 研究表明使用或改变催化剂是调节异构体比例的主要方法, 目前对位产品市场与应用比较好,因此研究也集中在增加对位比例上面。国内外工业化或具有工业化前景的甲苯氯化催化方法比较多, 其中主要有以下几种。（1）Lewis酸液相催化法采用Lewi
13、s酸为催化剂, 甲苯氯化反应平稳、条件温和、收率高, 但是通常对位的比例比较低, 一般为30% , 为提高对位的比例, 国外研究者进行大量研究与探索, 目前主要采用Lewis酸作为主催化剂, 并以硫代杂葱、多氯化夹硫氧杂葱等作为助催化剂, 可以使邻对比达到0.660.88。（2）三氯化铁氯化法三氯化铁作为甲苯氯化催化剂, 其中最大优点就是对位选择性好, 收率高, 因此倍受研究者青睐。据报道日本辉发石油公司以无水三氯化铁做催化剂, 以三氯苯和四氯苯做溶剂, 产物中主要对氯甲苯, 比例可以高达90%左右。加入的有机溶剂能够溶解反应产生的副产品及其聚合物, 但是不溶解无水二氯化铁, 反应完全后, 从
14、产物中分离无水二氯化铁, 用氯气反应可以使其再生, 再生时采用的四氯化碳或四氯乙烯为溶剂。该工艺的缺点是催化剂使用易导致大量副产物生成, 要求溶剂从催化剂中彻底清除, 否则转化率和选择性将大大下降, 因此工艺过程相对繁琐, 由于其对位比例较高, 目前许多研究者仍在不断完善与提高该技术。(3)金属氯化物催化法该法以Ti、Tl、Sn、Zr、W、Al、Fe 的氯化物为催化剂, 其中使用最多的是AlCl、FeCl与其他金属氯化物组成复合催化剂; 工业上还有采用以PtO、AlO为催化剂；或以FeCl与S、FeS 、ZnS 、SnS等组成复合催化剂。采用这些金属氯化物催化剂, 反应具有较好的选择性, 生产
15、工艺简单, 控制方便, 无需特殊设备, 污染少, 因此也是工业化尤其是小规模工业化装置常用的技术之一, 但是其对邻位比一般为（4048）:(5260),对位比例一般不超过50%, 因此限制其大规模工业化装置上应用。（4）Lewis酸+噻蒽衍生物催化法该法主催化剂是Lewis酸, 主要是Fe、Pb 、Al、Sb 的氯化物， 助催化剂一般为唆葱衍生物, 其中以二甲基四氯唾葱、二甲基五氯唾葱、二甲基六氯唆葱效果最好。美国虎克化学公司对该类助催化剂进行大量细致研究, 发现了混合唾葱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%、二甲基五氯噻蒽64.61%、二甲基六氯噻蒽21.53%。一般采用该催化对邻位比例约为6:4左右, 国内上海农药研究所等单位用FeS为主催化剂,以氯化唆葱作助催化剂, 生成物中对位体含量占55% 。该法特点是定向选择性好, 副产品少, 生产负荷大, 设备利用率高, 能耗相对较低;缺点是要使用两种催化剂, 尤其是助催化剂制备难度大。尽管如此, 该法仍是目前工业化生产的主要方法。(5)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,近年来关于用合成沸石尤其是L一沸石作为芳烃氯化催化剂的专利报道非常多, 研究异常活跃, 报道称可以得到非常理想的对位选择性, 对位产品一般可以高达
