6万吨氯甲烷预反应器的设计(附件)
甲烷氯化物是有机产品中仅次于氯乙烯的大宗氯系产品，为重要的化工原料和有机溶剂，目前国内甲烷氯化物总年产能约160万吨，其主要生产工艺为甲烷高温氯化反应，氯甲烷预反应器是甲烷氯化物生产工艺中关键设备，设备使用条件苛刻，介质腐蚀性强，选材、结构设计比较重要，影响设备的安全运行。由于对反应器的反应机理及反应器的计算长度存在争议，所以本文先对该反应器内的反应过程进行分析，最后计算出反应器的长度。关键词 氯甲烷，反应器，氯甲烷工艺目 录
1 引言 1
1.1 氯甲烷的行业背景1
1.2 氯甲烷国内外生产工艺的发展状况及用途1
1.3 氯甲烷的生产流程2
1.4 氯甲烷反应器的作用4
2 氯甲烷预反应器的设计方案5
2.1 常规设计6
2.2 元件材料的选取6
2.3 氯甲烷反应器的换热结构形式7
2.3.1 板式换热器7
2.3.2 管式换热器 8
2.3.3 管壳式换热器9
2.4 换热器的工作环境9
2.5 氯甲烷反应器的安装要求10
2.5.1 圆柱筒体10
2.5.2 法兰与端盖11
3 设备的具体结构参数12
3.1 筒体的计算12
3.1.1 筒体壁厚的计算12
3.1.2 筒体的长度计算14
3.2 封头的选取15
3.3 法兰以及接管的选用17
3,4 膨胀节的设计19
3.5 支座的选族21
4 氯甲烷预反应器的主要制造形式22
4.1 板料成形22
4.1.1 卷板机的选择22
4.1.2 坡口加工机的选取23
4.2 氯甲烷预反应器的焊接24
4.2.1 焊接接头24
4.2.2 焊接坡口24
5 主要的检测方式26
5.1 无损检测26
5.2 水压检测26
5.3
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
4.1 板料成形22
4.1.1 卷板机的选择22
4.1.2 坡口加工机的选取23
4.2 氯甲烷预反应器的焊接24
4.2.1 焊接接头24
4.2.2 焊接坡口24
5 主要的检测方式26
5.1 无损检测26
5.2 水压检测26
5.3 气密性检测27
结论28
致谢29
参考文献30
1 引言
在21世纪，全世界对化工行业的发展是越来越重视，也是对其安全措施越来越严格，自动化的要求也是越来越高。作为化工单元中最重要的一个操作设备——反应器，也随着化工行业的发展而努力的更新换代。甲烷氯化物是化工行业中一种重要的、用途广泛的化工用品，主要作用在溶剂、添加剂和一些有机合成的中间体之间。
1.1 氯甲烷的行业背景
在工业中氢原子是氯原子转化而来的，从而形成了氯甲烷，包括：一氯甲烷、二氯甲烷、氯仿和四氯化碳。氯甲烷一般用的多的是氯仿和四氯化碳，氯仿是优良的溶解剂，还可以变成有机化学生产原材料。它还曾作过手术麻醉剂，但是因为对肝脏有毒并且具有其它副作用，所以现在不再使用。
我国基本的氯甲烷工艺是甲烷法。其生产工艺消耗高，产品的比例调节有些困难，四氯化碳生产出来的比率高所以此法面临着淘汰的危险。由于对反应器的概念及反应器的计算方式存在不同的意见，所以本设计先对该反应器内的反应过程进行分析，然后主要对高压氯化的反应校核验算，从而实现氯甲烷预反应器的设计目的。
1.2 氯甲烷国内外生产工艺的发展状况及用途
（1）国外氯甲烷生产工艺的发展及现状
从18世纪中期全球首次制造出三氯甲烷，历经一百多年的发展，尤其是20世纪中期开始迅速增长，等到世纪末才开始使总量达到380万吨。甲烷氯化物已在世界化学工业上占据主要的地位的有机氯产物之一，它除了可以当做是溶解剂、脱脂剂、气雾剂等，还能被当做医用、农用等生产原料。可是由于国际上的环境公约的约束，发达国家逐渐消减四氯化碳的产能和使用，而且对二氯甲烷的毒性也引起了争论，所以发达国家对甲烷氯化物除一氯甲烷以外的需求呈逐年下降的趋向，发展中国家却呈上升趋向。
全球使用的甲烷氯化物生产工艺主要是美国锻冶原料、日本信越化学等。其原材料的产生以甲醇法为主要的方法，甲烷法为辅助的方法。
国内氯甲烷生产工艺的发展及现状
国内开始生产甲烷氯化物是20世纪中期，主要应用甲烷氯化法，直到20世纪中后期，为了处理有机硅所需要的原材料的问题，发明了甲醇液相催化氢氯化生产一 氯甲烷的工艺，并且组建了几套小型的一氯甲烷生产装备，可是缺点就是范围小、生产方法比较落伍。直到20世纪末，持续引进德山曹达、施多福、阿托化学的甲醇法甲烷氯化物的制造技术，提高了我国甲烷氯化物的生产整体水平，但是依旧不能满足国内迅速增加的需求。
（3）氯甲烷产品的用途
一氯甲烷作为中间产物除了进一步制造甲烷氯化物以外，绝大部分（全世界约为75%-92%）用于生产有机硅的基础单体。
二氯甲烷可以作为优良的有机溶解剂，应用领域比较普遍。主要适合三醋酸纤维电影胶片的溶剂、金属清洗剂、油漆剥离剂、气溶胶等，还用于农药、医药以及聚碳酸树脂生产等用途。
三氯甲烷（氯仿）主要用于生产HCF022的原料（95%以上），HCFC—22约70%作为制冷剂用于空调。
1.3 氯甲烷的生产流程
甲烷氯化物基本是将甲烷、氯和空气以2:1:9的比例在其他元件中结合，然后在进入反应器。在220℃—300℃并且在靠近大气压下开始反应，反应后的结合物经过冷却、水洗、碱洗、干燥、冷凝以后在送至分离器进行分解。不凝的气体除了一小部分作为废气经过处置以后排放外，剩余气体仍继续反应。冷凝的液体经过精馏然后就可以得到所需的甲烷氯化物。
表1-1 四种氯化物的沸点
图1-1 甲烷氯化物工艺流程图
氯甲烷一般有两种加工方式：一是通过甲烷氯化制成四种氯化物；二是通过使用材料的不同只生产一氯甲烷或者是四氯化碳。
氯甲烷的制造方法 甲烷在热或者光的作用下与氯发生化学反应：
以上公式获得的产物是四种氯化物的融合物，然后经过精馏以后可以分解为四种化合物。通过恰当的调节氯与甲烷气体的比例分配，可以使四种氯化物得到很大的产量。但是氯与甲烷的比例不可以太小，因为氯化
1 引言 1
1.1 氯甲烷的行业背景1
1.2 氯甲烷国内外生产工艺的发展状况及用途1
1.3 氯甲烷的生产流程2
1.4 氯甲烷反应器的作用4
2 氯甲烷预反应器的设计方案5
2.1 常规设计6
2.2 元件材料的选取6
2.3 氯甲烷反应器的换热结构形式7
2.3.1 板式换热器7
2.3.2 管式换热器 8
2.3.3 管壳式换热器9
2.4 换热器的工作环境9
2.5 氯甲烷反应器的安装要求10
2.5.1 圆柱筒体10
2.5.2 法兰与端盖11
3 设备的具体结构参数12
3.1 筒体的计算12
3.1.1 筒体壁厚的计算12
3.1.2 筒体的长度计算14
3.2 封头的选取15
3.3 法兰以及接管的选用17
3,4 膨胀节的设计19
3.5 支座的选族21
4 氯甲烷预反应器的主要制造形式22
4.1 板料成形22
4.1.1 卷板机的选择22
4.1.2 坡口加工机的选取23
4.2 氯甲烷预反应器的焊接24
4.2.1 焊接接头24
4.2.2 焊接坡口24
5 主要的检测方式26
5.1 无损检测26
5.2 水压检测26
5.3
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
4.1 板料成形22
4.1.1 卷板机的选择22
4.1.2 坡口加工机的选取23
4.2 氯甲烷预反应器的焊接24
4.2.1 焊接接头24
4.2.2 焊接坡口24
5 主要的检测方式26
5.1 无损检测26
5.2 水压检测26
5.3 气密性检测27
结论28
致谢29
参考文献30
1 引言
在21世纪，全世界对化工行业的发展是越来越重视，也是对其安全措施越来越严格，自动化的要求也是越来越高。作为化工单元中最重要的一个操作设备——反应器，也随着化工行业的发展而努力的更新换代。甲烷氯化物是化工行业中一种重要的、用途广泛的化工用品，主要作用在溶剂、添加剂和一些有机合成的中间体之间。
1.1 氯甲烷的行业背景
在工业中氢原子是氯原子转化而来的，从而形成了氯甲烷，包括：一氯甲烷、二氯甲烷、氯仿和四氯化碳。氯甲烷一般用的多的是氯仿和四氯化碳，氯仿是优良的溶解剂，还可以变成有机化学生产原材料。它还曾作过手术麻醉剂，但是因为对肝脏有毒并且具有其它副作用，所以现在不再使用。
我国基本的氯甲烷工艺是甲烷法。其生产工艺消耗高，产品的比例调节有些困难，四氯化碳生产出来的比率高所以此法面临着淘汰的危险。由于对反应器的概念及反应器的计算方式存在不同的意见，所以本设计先对该反应器内的反应过程进行分析，然后主要对高压氯化的反应校核验算，从而实现氯甲烷预反应器的设计目的。
1.2 氯甲烷国内外生产工艺的发展状况及用途
（1）国外氯甲烷生产工艺的发展及现状
从18世纪中期全球首次制造出三氯甲烷，历经一百多年的发展，尤其是20世纪中期开始迅速增长，等到世纪末才开始使总量达到380万吨。甲烷氯化物已在世界化学工业上占据主要的地位的有机氯产物之一，它除了可以当做是溶解剂、脱脂剂、气雾剂等，还能被当做医用、农用等生产原料。可是由于国际上的环境公约的约束，发达国家逐渐消减四氯化碳的产能和使用，而且对二氯甲烷的毒性也引起了争论，所以发达国家对甲烷氯化物除一氯甲烷以外的需求呈逐年下降的趋向，发展中国家却呈上升趋向。
全球使用的甲烷氯化物生产工艺主要是美国锻冶原料、日本信越化学等。其原材料的产生以甲醇法为主要的方法，甲烷法为辅助的方法。
国内氯甲烷生产工艺的发展及现状
国内开始生产甲烷氯化物是20世纪中期，主要应用甲烷氯化法，直到20世纪中后期，为了处理有机硅所需要的原材料的问题，发明了甲醇液相催化氢氯化生产一 氯甲烷的工艺，并且组建了几套小型的一氯甲烷生产装备，可是缺点就是范围小、生产方法比较落伍。直到20世纪末，持续引进德山曹达、施多福、阿托化学的甲醇法甲烷氯化物的制造技术，提高了我国甲烷氯化物的生产整体水平，但是依旧不能满足国内迅速增加的需求。
（3）氯甲烷产品的用途
一氯甲烷作为中间产物除了进一步制造甲烷氯化物以外，绝大部分（全世界约为75%-92%）用于生产有机硅的基础单体。
二氯甲烷可以作为优良的有机溶解剂，应用领域比较普遍。主要适合三醋酸纤维电影胶片的溶剂、金属清洗剂、油漆剥离剂、气溶胶等，还用于农药、医药以及聚碳酸树脂生产等用途。
三氯甲烷（氯仿）主要用于生产HCF022的原料（95%以上），HCFC—22约70%作为制冷剂用于空调。
1.3 氯甲烷的生产流程
甲烷氯化物基本是将甲烷、氯和空气以2:1:9的比例在其他元件中结合，然后在进入反应器。在220℃—300℃并且在靠近大气压下开始反应，反应后的结合物经过冷却、水洗、碱洗、干燥、冷凝以后在送至分离器进行分解。不凝的气体除了一小部分作为废气经过处置以后排放外，剩余气体仍继续反应。冷凝的液体经过精馏然后就可以得到所需的甲烷氯化物。
表1-1 四种氯化物的沸点
图1-1 甲烷氯化物工艺流程图
氯甲烷一般有两种加工方式：一是通过甲烷氯化制成四种氯化物；二是通过使用材料的不同只生产一氯甲烷或者是四氯化碳。
氯甲烷的制造方法 甲烷在热或者光的作用下与氯发生化学反应：
以上公式获得的产物是四种氯化物的融合物，然后经过精馏以后可以分解为四种化合物。通过恰当的调节氯与甲烷气体的比例分配，可以使四种氯化物得到很大的产量。但是氯与甲烷的比例不可以太小，因为氯化
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