氯甲烷预反应器的设计
中国传统氯甲烷生产工艺是甲烷法，即由甲烷热氯化生成4种甲烷氯化物。这种工艺是常用的生产氯甲烷的方法，但是也存在弊端，即1、工艺消耗高；2、调节CH3CL、CH2CL2的产品比例非常不方便；3、四;氯化;碳的产品的比;例很高；4、该工艺的用途受会受到多方面的因素限制。而目前国;内外多采用甲;醇法氯;甲烷生产工艺，甲;烷法面临;淘;汰的危;险，因此，我;们采用甲醇法生产工艺，该工艺分成两步，第一步是甲醇与氯;化氢;反应;生成一氯;甲烷和水，第二;步是一氯;甲;烷和氯在高;温高;压下反应;生成二;氯甲烷、三;;;氯甲烷和四;氯化碳。由于我们做的是预反应器设计，所以只涉及第一步。本反;应为放;热反应，温度过高时可能发生爆炸，因此要考虑热交换，用温度计显示以控制温度，保证反应安全，其余要做的就是各种零部件的选用设计，经过化工设备校核软件校核其强度是符合要求的。由此设计出设备。关键词 氯甲烷，预反应器，设计
目 录
1 绪论 1
1.1 氯甲烷概况 1
1.2 甲烷氯化物生产工艺 1
1.3 世界甲烷氯化物生产工艺的现状 3
1.4 氯甲烷余热回收 4
1.5 氯甲烷余热回收的意义 4
1.6 预反应器类型 5
1.7 氯甲烷预反应器选型 8
1.8 氯甲烷预反应器反应机理及结构型式 8
2 总体方案设计 10
2.1 工况 10
2.2 设计方案 10
2.3 甲醇法工艺技术路线的比较与选择 12
2.4 定设备设计参数 13
3 重要零部件设计 15
3.1 换热管管径的确定 15
3.2 筒体的确定 17
3.3 防冲挡板的确定 18
3.4 折流板的确定 18
3.5 管箱封头的确定 19
3.6 接管法兰的确定 21
3.7 管箱垫片的确定 22
3.8 壳程接管的确定原则 23
3.9 管板的确定 23
3.10 支座 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
的确定 25
3.11 吊耳的选用 26
3.12 拉杆的确定 27
3.13 膨胀节的确定 27
4 制造工艺和检测 29
4.1 选材及板料成型 29
4.2 焊接 30
4.3 检测 34
结论 39
致谢 40
参考文献 41
1 绪论
1.1 氯甲烷概况
氯甲烷，又名甲;烷氯化物，氯甲烷包括四种化合物，分别;为：一;氯甲烷，二氯甲烷，三;氯甲烷（氯仿）、四氯化碳。一氯甲烷是一种无色，有恶;臭气体，其;他三个是无;色，易挥发的液体。氯甲烷可以用作溶剂，脱脂;剂，萃取剂，气雾;剂，制冷;剂，灭火剂和麻;醉剂，还能生产医药，农药，有机硅和有机氟产品。氯甲烷;现在;已经;成为氯;;碱工;;业之后加工仅;;次于氯;乙;烯的耗;;氯;产品。
1.2 甲烷氯化物生产工艺
甲烷氯化物目前世界上主要有两种生产工艺，即甲烷热氯化法和甲醇法，甲烷热氯化法生产甲烷在我国有多年历史，生产工艺比较成熟，工艺为甲烷与氯气在380℃450℃反应生成氯甲烷和HCL，为放热反应，其化学反应式如下：
CH4 + Cl2→CH3Cl + HCL
CH3Cl + Cl2→CH2Cl2 + HCL
CH2Cl2 + Cl2→CHCl3 + HCL
CHCl3 + Cl2→CCl4 + HCL
由化学反应式可看出，甲烷与氯气反应生成的产物是4种氯甲烷的混合气，可根据各反应产物沸点不同通过精馏将它们分离。适;当调;节甲;烷与氯;气的进;量比例，可以使;得4种氯;化物达;到很高;的生产;率，但当;反;应温;度超;过500℃时，就;会发;生分;解爆;炸反;应而，该反应过;程中会生成;碳。国内乃至世界在摸索氯甲烷制备工艺时付出了惨痛的代价。为了防止意外的发生，保证安全生产，一般用过量甲烷在反应系统中循环，既能稀释原料气体，又可以带走反应热。如果需要增加多氯甲烷的产量，可以将低氯化物返回反应器循环使用，从而增加氯化深度。
其生产工艺流程图如下图11所示：
图11 甲烷热氯化制氯甲烷工艺流程图
控制甲烷、氯气、循环气的体积比为2:1:9，在380450℃，接近常压下反应，反应产物的混合气体经过空冷器冷却，水洗器初步去氯化氢，碱洗塔充分去除氯化氢，然后进行干燥，冷凝，分离。不冷凝的气体一部分当做废气处理掉，其余部分当做循环气循环使用，最后的冷凝液精馏获得各种氯甲烷。
甲醇法生产工艺为甲醇与HCL在220℃300℃反应生成一氯甲烷和水，一氯甲烷再进一步与氯气反应生成多氯甲烷和和氯化氢，氯化副产物HCL还可以作为甲醇氢氯化的原料。目前国内的甲烷氯化物生产装置以甲醇法为主，世界上大多数已经淘汰甲烷法，美国已经全部用甲醇法生产，欧洲、日本只有两三个厂还用甲醇法，其他都用甲烷法。其化学反应式如下：
CH3OH+HCl→CH3Cl+H2O
CH3Cl + Cl2→CH2Cl2 + HCL
CH2Cl2 + Cl2→CHCl3 + HCL
CHCl3 + Cl2→CCl4 + HCL
不过甲醇法生产还会产生微量的副产物二甲醚，反应方程式如下：
2CH3OH→CH3OCH3+H2O
增大HCL的比例，可以减少二甲醚的生成。
1.3 世界甲烷氯化物生产工艺的现状
自1860世界上第一次产生氯仿，经过一百多年的发展，特别是在第二十世纪60和70年代的快速增长，80年总产能已达到370万吨。氯甲烷己经成为世界化学业上举足轻重的大宗有机氯产品之一。氯;气甲烷;除了可以作;为溶;剂，吸;附剂，气;雾;剂，还可以生;产医;学药，农;机药，合成;纤;维，塑;材料，有;机;硅和有机;氟;系列举;产品。为了减少环境污染，保护生活环境，一些发达国家急速减少四氯化碳的生产和消费。由于对二氯甲烷是否有毒存在争论,所以发达国家氯甲烷除了一氯甲烷外都呈现下降的趋势,而发展中国家则呈现出增长的趋势。我国在20世纪末,随着消费领域不断拓宽,所以每年都进口几万吨甚至十几万吨的二氯甲烷和氯仿,二氯甲烷和氯仿在1996一2000年间消费平均增长率分别为39%和24.3%。生产方法主要有热氯化法、汽相光氯化法、液相催化法。中国20世纪60年代开始生产氯甲烷起,主要用的是甲烷热氯化法；20世纪90年代起,中国陆续引进德山曹达、施多福、阿托化学的甲醇法氯甲烷生产技术,总生产能力达到150kt/a,提高了我国的氯甲烷生产整体水平。
目 录
1 绪论 1
1.1 氯甲烷概况 1
1.2 甲烷氯化物生产工艺 1
1.3 世界甲烷氯化物生产工艺的现状 3
1.4 氯甲烷余热回收 4
1.5 氯甲烷余热回收的意义 4
1.6 预反应器类型 5
1.7 氯甲烷预反应器选型 8
1.8 氯甲烷预反应器反应机理及结构型式 8
2 总体方案设计 10
2.1 工况 10
2.2 设计方案 10
2.3 甲醇法工艺技术路线的比较与选择 12
2.4 定设备设计参数 13
3 重要零部件设计 15
3.1 换热管管径的确定 15
3.2 筒体的确定 17
3.3 防冲挡板的确定 18
3.4 折流板的确定 18
3.5 管箱封头的确定 19
3.6 接管法兰的确定 21
3.7 管箱垫片的确定 22
3.8 壳程接管的确定原则 23
3.9 管板的确定 23
3.10 支座 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
的确定 25
3.11 吊耳的选用 26
3.12 拉杆的确定 27
3.13 膨胀节的确定 27
4 制造工艺和检测 29
4.1 选材及板料成型 29
4.2 焊接 30
4.3 检测 34
结论 39
致谢 40
参考文献 41
1 绪论
1.1 氯甲烷概况
氯甲烷，又名甲;烷氯化物，氯甲烷包括四种化合物，分别;为：一;氯甲烷，二氯甲烷，三;氯甲烷（氯仿）、四氯化碳。一氯甲烷是一种无色，有恶;臭气体，其;他三个是无;色，易挥发的液体。氯甲烷可以用作溶剂，脱脂;剂，萃取剂，气雾;剂，制冷;剂，灭火剂和麻;醉剂，还能生产医药，农药，有机硅和有机氟产品。氯甲烷;现在;已经;成为氯;;碱工;;业之后加工仅;;次于氯;乙;烯的耗;;氯;产品。
1.2 甲烷氯化物生产工艺
甲烷氯化物目前世界上主要有两种生产工艺，即甲烷热氯化法和甲醇法，甲烷热氯化法生产甲烷在我国有多年历史，生产工艺比较成熟，工艺为甲烷与氯气在380℃450℃反应生成氯甲烷和HCL，为放热反应，其化学反应式如下：
CH4 + Cl2→CH3Cl + HCL
CH3Cl + Cl2→CH2Cl2 + HCL
CH2Cl2 + Cl2→CHCl3 + HCL
CHCl3 + Cl2→CCl4 + HCL
由化学反应式可看出，甲烷与氯气反应生成的产物是4种氯甲烷的混合气，可根据各反应产物沸点不同通过精馏将它们分离。适;当调;节甲;烷与氯;气的进;量比例，可以使;得4种氯;化物达;到很高;的生产;率，但当;反;应温;度超;过500℃时，就;会发;生分;解爆;炸反;应而，该反应过;程中会生成;碳。国内乃至世界在摸索氯甲烷制备工艺时付出了惨痛的代价。为了防止意外的发生，保证安全生产，一般用过量甲烷在反应系统中循环，既能稀释原料气体，又可以带走反应热。如果需要增加多氯甲烷的产量，可以将低氯化物返回反应器循环使用，从而增加氯化深度。
其生产工艺流程图如下图11所示：
图11 甲烷热氯化制氯甲烷工艺流程图
控制甲烷、氯气、循环气的体积比为2:1:9，在380450℃，接近常压下反应，反应产物的混合气体经过空冷器冷却，水洗器初步去氯化氢，碱洗塔充分去除氯化氢，然后进行干燥，冷凝，分离。不冷凝的气体一部分当做废气处理掉，其余部分当做循环气循环使用，最后的冷凝液精馏获得各种氯甲烷。
甲醇法生产工艺为甲醇与HCL在220℃300℃反应生成一氯甲烷和水，一氯甲烷再进一步与氯气反应生成多氯甲烷和和氯化氢，氯化副产物HCL还可以作为甲醇氢氯化的原料。目前国内的甲烷氯化物生产装置以甲醇法为主，世界上大多数已经淘汰甲烷法，美国已经全部用甲醇法生产，欧洲、日本只有两三个厂还用甲醇法，其他都用甲烷法。其化学反应式如下：
CH3OH+HCl→CH3Cl+H2O
CH3Cl + Cl2→CH2Cl2 + HCL
CH2Cl2 + Cl2→CHCl3 + HCL
CHCl3 + Cl2→CCl4 + HCL
不过甲醇法生产还会产生微量的副产物二甲醚，反应方程式如下：
2CH3OH→CH3OCH3+H2O
增大HCL的比例，可以减少二甲醚的生成。
1.3 世界甲烷氯化物生产工艺的现状
自1860世界上第一次产生氯仿，经过一百多年的发展，特别是在第二十世纪60和70年代的快速增长，80年总产能已达到370万吨。氯甲烷己经成为世界化学业上举足轻重的大宗有机氯产品之一。氯;气甲烷;除了可以作;为溶;剂，吸;附剂，气;雾;剂，还可以生;产医;学药，农;机药，合成;纤;维，塑;材料，有;机;硅和有机;氟;系列举;产品。为了减少环境污染，保护生活环境，一些发达国家急速减少四氯化碳的生产和消费。由于对二氯甲烷是否有毒存在争论,所以发达国家氯甲烷除了一氯甲烷外都呈现下降的趋势,而发展中国家则呈现出增长的趋势。我国在20世纪末,随着消费领域不断拓宽,所以每年都进口几万吨甚至十几万吨的二氯甲烷和氯仿,二氯甲烷和氯仿在1996一2000年间消费平均增长率分别为39%和24.3%。生产方法主要有热氯化法、汽相光氯化法、液相催化法。中国20世纪60年代开始生产氯甲烷起,主要用的是甲烷热氯化法；20世纪90年代起,中国陆续引进德山曹达、施多福、阿托化学的甲醇法氯甲烷生产技术,总生产能力达到150kt/a,提高了我国的氯甲烷生产整体水平。
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