Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 52
Министерство Образования и Науки РФ Казанский Государственный Технологический Университет Кафедра Общей Химической Технологии
по курсу: Технология химических производств на тему:
Хлорирование метана Казань 2008 Содержание Хлорирование метана Технологические и технико-экономические показатели Реклама Список литературы Процесс совместного получения хлорметанов можно осуществлять в реакторе со стационарным илипсевдоожиженным слоем катализатора. Вторая технология более перспективна, она включает следующие стадии: хлорирование в псевдоожиженном слое катализатора; пылеулавливание и отпаривание газов кислотного характера; абсорбция хлороводорода; нейтрализация и осушка рециркулирующего реакционного газа; компримироваиие рециркулирующих газов; ректификация хлорметанов с выделением товарных продуктов. Хлор и метан подают в реактор в соотношении от 1: 2 до 3,88: 1 в зависимости от того, какое хлорпроизводное желательно получить. Например, при соотношении С12
: СН4
-1: 2 образуется продукт, содержащий [п% (мол)]: СН3
С1 - 62; СН2
С12
- 30; СНС13
- 7; СС14
- 1; при соотношении С12
: СН4
= 3,88: 1 образуется продукт, содержащий только 4% (мол) СНС13
и 96% (мол) СС14
. Метан и хлор поступают в реактор 1 с псевдоожиженным слоем катализатора. Реактор выполнен из хромоникелевоп стали. Хлорирование ведут; при 350 °С и атмосферном давлении, время контакта 0,1-20 с. Реакционная смесь проходит систему пылеулавливания (циклон 2) и поступает на нейтрализацию в колонну 3, где отпариваются кислые газы. После этой колонны продукты реакции промывают водой в скруббере 6; при этом получается товарная соляная кислота. Далее газы нейтрализуют раствором щелочи в скруббере 7 и осушают серной кислотой в скруббере 8. Нейтрализованные газы, содержащие в основном метан и метилхлорид, компримируют и возвращают в реактор на хлорирование. Конденсат после отпаривания кислых газов поступает на ректификацию в колонны 10, 12 и 13, в которых последовательно выделяют метиленхлорид, хлороформ и тетрахлорид углерода. Для удалении инертных примесей часть реакционного газа после компрессора 9 и скруббера 6 выводят в атмосферу (на схеме не показано). Расход основного сырья на 1 т готового продукта составляет 133 кг метана и 1784 кг хлора. В процессе на 1 т хлороформа образуется 0,9 т метиленхлорида и 0,5 т тетрахлорида углерода. Кубовые остатки (в основном со стадии ректификации) в количестве 0,01 т на 1 т хлороформа направляют па установку термического обезвреживания. В процессе образуется соляная кислота (примерно 1 т па 1 т хлороформа), которую после очистки от хлорорганических примесей можно применять вместо синтетической. Отработанную серную кислоту (0,1 т на 1 т хлороформа) передают на производство сульфата натрия. Задание: Составить и описать технологическую схему процесса хлорирование метана Составить материальный баланс процесса Рассчитать технологические технико-экономические показатели В основу расчета принять следующие реакции: CH4
+Cl2
→CH3
Cl+HCl CH3
Cl+Cl2
→CH2
Cl2
+HCl CH2
Cl2
+Cl2
→CHCl2
+HCl CHCl3
+Cl2
→CCl4
+HCl Исходные данные: Состав сырья,% масс природный газ с содержание метана технический хлор с содержанием примесей 93 1.5 Состав продуктов,% моль метан хлористый метан хлористый метилен хлороформ четыреххлористый углерод 32 18 25 20 5 Материальный баланс. Схема потоков: примесь
Cl
2
Cl
2
; прир. газ; примесь
Cl
2
;
HCl
CH4
Cl2
CH3
Cl
CH2
Cl2
CHCl3
CCl4
HCl
прим.
CH4
прим.
Cl2
604,88 6969,9 0 0 0 0 0 45,53 106,14 37,81 98,306 0 0 0 0 0 191 + 7,76 3053,38 339 792,25 890,75 287 2013,5 45,53 106,14 11,94 + 0,485 43,07 6,72 9,33 7,46 1,87 55,24 Молярные массы веществ: Mr (CH4
) = 12+4=16 кг/кмоль Mr (Cl2
) = 35,45*2=70,9 кг/кмоль Mr (CH3
Cl) = 12+3+35,45=50,45 кг/кмоль Mr (CH2
Cl2
) = 12+2+35,45*2=84,9 кг/кмоль Mr (CHCl3
) = 12+1+35,45*3=119,35 кг/кмоль Mr (CCl4
) = 12+35,45*4=153,8 кг/кмоль Mr (HCl) = 1+35,45=36,45 кг/кмоль. 1. m (прод) = 60*1000/24=2500кг/ч 2. Найдем массовый процентный состав продуктов: на 100 моль смеси: 32 моль CH4
m=32*16=512кг/ч 18 моль CH3
Clm = 18*50,45=908,1 кг/ч 25 моль CH2
Cl2
m = 25*84,9=2122,5 кг/ч 20 моль CHCl3
m = 20*119,35=2387 кг/ч 5 моль CCl4
m = 5*153,8=769 кг/ч всего: 6698,6 кг/ч W
мас
(СН4
) = 512/6698,6*100% = 7,64% W
мас
(СН3
Cl) = 908,1/6698,6*100% = 13,56% W
мас
(CH2
Cl2
) = 2122,5/6698,6*100% = 31,69% W
мас
(CHCl3
) = 2387/6698,6*100% = 35,63% W
мас
(CCl4
) = 769/6698,6*100% = 11,48% Состав продуктов: mост
(СН4
) =2500*0,0764=191кг/ч m (СН3
Cl) =2500*0,1356=339кг/ч m (CH2
Cl2
) =2500*0,3169=792,25кг/ч m (CHCl3
) =2500*0,3563=890,75кг/ч m (CCl4
) =2500*0,1148=287кг/ч Wост
(СН4
) =191/16=11,94кмоль/час W (СН3
Cl) = 339/50,45=6,72кмоль/час W (CH2
Cl2
) = 792,25/84,9=9,33кмоль/час W (CHCl3
) = 890,75/119,35=7,46кмоль/час W (CCl4
) = 287/153,8=1,87кмоль/час Прореагировало хлороформа: Wпр
(CHCl3
) = W (CCl4
) = 1.87 кмоль/ч Образовалось хлороформа: Wо
(CHCl3
) = Wпр
+ W = 1.87 + 7.46 = 9.33 кмоль/ч. Прореагировало хлористого метилена: Wпр
(CH2
Cl2
) = Wо
(CHCl3
) = 9.33 кмоль/ч. Образовалось хлористого метилена: Wо
(CH2
Cl2
) = Wпр
+ W = 18.66 кмоль/ч Прореагировало хлористого метила: Wо
(CH2
Cl2
) = Wо
(CH2
Cl2
) = 18.66 кмоль/ч. Образовалось хлористого метила: Wо
(CH2
Cl2
) = Wпр
+ W = 18.66 + 6.72 = 25.38 кмоль/ч. Прореагировало метана: Wпр
(СН4
) = 25.38 кмоль/ч Всего подано на реакцию: W (СН4
) = Wпр
+ Wо
= 25.38 + 11.94 = 37.32 mо
(СН4
) = 37.32 * 16 = 597.12 Всего подано метана с учетом потерь: mвсего
(СН4
) - 100%, 597.12 - 98.7% mвсего
(СН4
) = 597.12 * 100/ 98.7 = 604.88 кг/ч W (СН4
) = 604.88/16 = 37.81 кмоь/ч mп
(СН4
) = 604.88 - 597.12 = 7.76 кг/ч W (СН4
) = 7.76,16 = 0.485 кмоь/ч Количество превращенного кислорода и образовавшегося HCl: 1 р - я: W1
(Cl2
) = W1
(HCl) = Wо
(СН3
Cl) = 25.38 кмоль/ч 2 р - я: W2
(Cl2
) = W2
(HCl) = Wо
(CH2
Cl2
) = 18.66 кмоль/ч, 3 р - я: W3
(Cl2
) = W3
(HCl) = Wо
(CHCl3
) = 9.33 кмоль, 4 р - я: W4
(Cl2
) = W4
(HCl) = W (CCl4
) = 1.87 кмоь/ч Wо
(Cl2
) = W3
(HCl) = 55.24 кмоль/ч m о
(Cl2
) =55.24 * 70.9 = 3916.52 кг/ч m о
(HCl) = 55.24 * 36.45 = 2013.5 кг/ч Хлор с учетом избытка: Wвсего
(Cl2
) = 2.6 * Wвсего
(СН4
) = 98.306 кмоль/ч mвсего
(Cl2
) = 98.306 * 70.9 = 6969.9 кг/ч Избыток: mизб
(Cl2
) = mвсего
(Cl2
) - mо
(О2
) = 6969.9 - 3916.52 = 3053.38 кг/ч Wизб
(Cl2
) = 3053.38/70.9 = 43.07 кмоль/ч Подано природного газа (примесь метана): 604.88 - 93% х - 7% х = m (пр. газ)
= 604.88 * 7/93 = 45.53 кг/ч Подано примесей хлора: 6969.9 - 98.5% х - 1.5% х = mприм
(Cl2
) = 6969.9 * 1.5/98.5 = 106.14 Пропускная способность установки: m (CH4
) + m (Cl2
) + m (прим Cl2
) + (прим CH4
) = 7726,45 кг/ч Конверсия или степень превращения метана: Теоретические расходные коэффициенты: по СН4
: sт
СН
4
= Mr (CH4
) / Mr (CH3
Cl) = 16/50,45 = 0,317 кг/кг; sт
СН
4
= Mr (CH4
) / Mr (CH2
Cl2
) = 16/84,9 = 0,188 кг/кг; sт
СН
4
= Mr (CH4
) / Mr (CHCl3
) = 16/119,35 = 0,134 кг/кг; sт
СН
4
= Mr (CH4
) / Mr (CCl4
) = 16/153,8 = 0,104 кг/кг; по Cl2
: sт
Cl2
= Mr (Cl2
) / Mr (CH3
Cl) = 70,9/50,45 = 1,405 кг/кг. sт
Cl2
= Mr (Cl2
) / Mr (CH2
Cl2
) = 70,9/84,9 = 0,835 кг/кг. sт
Cl2
= Mr (Cl2
) / Mr (CHCl3
) = 70,9/119,35 = 0,594 кг/кг. sт
Cl2
= Mr (Cl2
) / Mr (CCl4
) = 70,9/153,8 = 0,461 кг/кг. Фактические расходные коэффициенты: по СН4
: sф
СН4
= m (CH4
) / m (CH3
Cl) = 604,88/339 = 1,78 кг/кг; sф
СН4
= m (CH4
) / m (CH2
Cl2
) = 604,88/792,25 = 0,764 кг/кг; sф
СН4
= m (CH4
) / m (CHCl3
) = 604,88/890,75 = 0,679 кг/кг; sф
СН4
= m (CH4
) / m (CCl4
) = 604,88/287 = 2,108 кг/кг; по Cl2
: sф
Cl
2
= m (Cl2
) / m (CH3
Cl) = 6969,9/339 = 20.56 кг/кг. sф
Cl
2
= m (Cl2
) / m (CH2
Cl2
) = 6969,9/792,25 = 8,798 кг/кг. sф
Cl
2
= m (Cl2
) / m (CHCl3
) = 6969,9/890,75 = 7,825 кг/кг. sф
Cl
2
= m (Cl2
) / m (CCl4
) = 6969,9/287 = 24,285 кг/кг. Выход на поданное сырье: Фактический выход CCl4
: QФ
= m (CCl4
) = 287 кг; Теоретический выход CCl4
: Mr (СН4
) ¾ Mr (CCl4
), 16 ¾153,8,m (СН4
) ¾ QТ
; 604,88 ¾QТ
;
QТ
= (604,88 * 153,8) / 16 = 5814,409 кг; Выход CCl4
: bCCl
4
= QФ
/ QТ
* 100%= 287 кг / 5814,409 кг * 100% = 4,936%. 1. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. Изд. 2-е, пер. М., "Химия", 2005, 736 с. 2. Юкельсон И.И. Технология основного органического синтеза. М.: "Химия", 2008, 846 с.
|