Міністерство Освіти і Науки РФ
Казанський Державний Технологічний Університет
Кафедра Загальної Хімічної Технології
Реферат
за курсом: Технологія хімічних виробництв
на тему:
Хлорування метану
Казань 2008
Зміст
Хлорування метану
Технологічні та техніко-економічні показники
Реклама
Список літератури
Хлорування метану
Процес спільного отримання хлорметанов можна здійснювати в реакторі зі стаціонарним або псевдозрідженим шаром каталізатора. Друга технологія більш перспективна, вона включає наступні стадії: хлорування в псевдозрідженому шарі каталізатора; пиловловлювання і відпарювання газів кислотного характеру; абсорбція хлороводню; нейтралізація і осушення рециркулирующим реакційного газу; компримированні рециркулює газів; ректифікація хлорметанов з виділенням товарних продуктів.
Хлор та метан подають в реактор у співвідношенні від 1: 2 до 3,88: 1 залежно від того, яке хлорпохідних бажано отримати. Наприклад, при співвідношенні С1 2: СН 4 -1: 2 утворюється продукт, який містить [п% (мовляв)]: СН 3 С1 - 62; СН 2 С1 2 - 30; СНС1 3 - 7; СС1 4 - 1; при співвідношенні С1 2: СН 4 = 3,88: 1 утворюється продукт, який містить лише 4% (мовляв) СНС1 3 та 96% (мовляв) СС1 4.
Метан і хлор надходять у реактор 1 з псевдозрідженим шаром каталізатора. Реактор виконаний з хромонікелевоп сталі.
Хлорування ведуть; при 350 ° С і атмосферному тиску, час контакту 0,1-20 с. Реакційна суміш проходить систему пиловловлювання (циклон 2) і поступає на нейтралізацію в колону 3, де отпаривают кислі гази. Після цієї колони продукти реакції промивають водою в скрубері 6; при цьому виходить товарна соляна кислота. Далі гази нейтралізують розчином лугу в скрубері 7 і осушують сірчаної кислотою в скрубері 8.
Нейтралізовані гази, що містять в основному метан і метилхлорид, компріміруют і повертають в реактор на хлорування. Конденсат після відпарювання кислих газів надходить на ректифікацію в колони 10, 12 і 13, в яких послідовно виділяють метиленхлорид, хлороформ та тетрахлорид вуглецю.
Для видалення інертних домішок частина реакційного газу після компресора 9 і скрубера 6 виводять в атмосферу (на схемі не показано). Витрата основної сировини на 1 т готового продукту становить 133 кг метану та 1784 кг хлору.
У процесі на 1 т хлороформу утворюється 0,9 т метиленхлориді і 0,5 т тетрахлориду вуглецю. Кубові залишки (в основному зі стадії ректифікації) в кількості 0,01 т на 1 т хлороформу направляють па установку термічного знешкодження. У процесі утворюється соляна кислота (приблизно 1 т па 1 т хлороформу), яку після очищення від хлорорганічних домішок можна застосовувати замість синтетичної. Відпрацьовану сірчану кислоту (0,1 т на 1 т хлороформу) передають на виробництво сульфату натрію.
Завдання:
Скласти і описати технологічну схему процесу хлорування метану
Скласти матеріальний баланс процесу
Розрахувати технологічні техніко-економічні показники
В основу розрахунку прийняти такі реакції:
CH 4 + Cl 2 → CH 3 Cl + HCl
CH 3 Cl + Cl 2 → CH 2 Cl 2 + HCl
CH 2 Cl 2 + Cl 2 → CHCl 2 + HCl
CHCl 3 + Cl 2 → CCl 4 + HCl
Вихідні дані:
Продуктивність установки по хлорсодержащим продуктам, т / добу | 60 |
Склад сировини,% мас природний газ з зміст метану технічний хлор з вмістом домішок | 93 1.5 |
Склад продуктів,% моль метан хлористий метан хлористий метилен хлороформ чотирихлористий вуглець | 32 18 25 20 5 |
Мольне співвідношення хлор-метан | 2.6 |
Втрати метану,% мас | 1.3 |
Матеріальний баланс. Схема потоків:
CH 4; Cl 2; природний газ; CH 3 Cl; CH 2 Cl 2; CHCl 3; CCl 4; CH 4;
домішка Cl 2 Cl 2; прир. газ; домішка Cl 2; HCl
Прихід | Витрата | |||
кг / год | кмоль / год | кг / год | кмоль / год | |
CH 4 Cl 2 CH 3 Cl CH 2 Cl 2 CHCl 3 CCl 4 HCl прим. CH 4 прим. Cl 2 | 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 |
Σ 1 = 7726,45 | Σ 2 = 7726,31 | |||
Молярні маси речовин:
Mr (CH 4) = 12 +4 = 16 кг / кмоль
Mr (Cl 2) = 35,45 * 2 = 70,9 кг / кмоль
Mr (CH 3 Cl) = 12 +3 +35,45 = 50,45 кг / кмоль
Mr (CH 2 Cl 2) = 12 +2 +35,45 * 2 = 84,9 кг / кмоль
Mr (CHCl 3) = 12 +1 +35,45 * 3 = 119,35 кг / кмоль
Mr (CCl 4) = 12 +35,45 * 4 = 153,8 кг / кмоль
Mr (HCl) = 1 +35,45 = 36,45 кг / кмоль.
1. M (прод) = 60 * 1000/24 = 2500кг / год
2. Знайдемо масовий процентний склад продуктів:
на 100 міль суміші:
32 міль CH 4 m = 32 * 16 = 512кг / ч
18 міль CH 3 Cl m = 18 * 50,45 = 908,1 кг / год
25 міль CH 2 Cl 2 m = 25 * 84,9 = 2122,5 кг / год
20 міль CHCl 3 m = 20 * 119,35 = 2387 кг / год
5 моль CCl 4 m = 5 * 153,8 = 769 кг / год
всього: 6698,6 кг / год
W мас (СН 4) = 512/6698, 6 * 100% = 7,64%
W мас (СН 3 Cl) = 908,1 / 6698,6 * 100% = 13,56%
W мас (CH 2 Cl 2) = 2122,5 / 6698,6 * 100% = 31,69%
W мас (CHCl 3) = 2387/6698, 6 * 100% = 35,63%
W мас (CCl 4) = 769/6698, 6 * 100% = 11,48%
Склад продуктів:
m ост (СН 4) = 2500 * 0,0764 = 191кг / ч
m (СН 3 Cl) = 2500 * 0,1356 = 339кг / ч
m (CH 2 Cl 2) = 2500 * 0,3169 = 792,25 кг / год
m (CHCl 3) = 2500 * 0,3563 = 890,75 кг / год
m (CCl 4) = 2500 * 0,1148 = 287кг / ч
W ост (СН 4) = 191/16 = 11,94 кмоль / год
W (СН 3 Cl) = 339/50, 45 = 6,72 кмоль / год
W (CH 2 Cl 2) = 792,25 / 84,9 = 9,33 кмоль / год
W (CHCl 3) = 890,75 / 119,35 = 7,46 кмоль / год
W (CCl 4) = 287/153, 8 = 1,87 кмоль / год
Прореагувало хлороформу: W пр (CHCl 3) = W (CCl 4) = 1.87 кмоль / год
Утворилося хлороформу: W о (CHCl 3) = W пр + W = 1.87 + 7.46 = 9.33 кмоль / ч.
Прореагувало хлористого метилену: W пр (CH 2 Cl 2) = W о (CHCl 3) = 9.33 кмоль / ч.
Утворилося хлористого метилену: W о (CH 2 Cl 2) = W пр + W = 18.66 кмоль / год
Прореагувало хлористого метилу: W о (CH 2 Cl 2) = W о (CH 2 Cl 2) = 18.66 кмоль / ч.
Утворилося хлористого метилу: W о (CH 2 Cl 2) = W пр + W = 18.66 + 6.72 = 25.38 кмоль / ч.
Прореагувало метану: W пр (СН 4) = 25.38 кмоль / год
Всього подано на реакцію: W (СН 4) = W пр + W о = 25.38 + 11.94 = 37.32
m о (СН 4) = 37.32 * 16 = 597.12
Всього подано метану з урахуванням втрат: m всього (СН 4) - 100%,
597.12 - 98.7%
m всього (СН 4) = 597.12 * 100 / 98.7 = 604.88 кг / год
W (СН 4) = 604.88/16 = 37.81 кмоь / год
m п (СН 4) = 604.88 - 597.12 = 7.76 кг / год
W (СН 4) = 7.76,16 = 0.485 кмоь / год
Кількість перетвореного кисню і що утворився HCl:
1 р. - я:
W 1 (Cl 2) = W 1 (HCl) = W о (СН 3 Cl) = 25.38 кмоль / год
2 р - я:
W 2 (Cl 2) = W 2 (HCl) = W о (CH 2 Cl 2) = 18.66 кмоль / год, 3 р - я:
W 3 (Cl 2) = W 3 (HCl) = W о (CHCl 3) = 9.33 кмоль, 4 р - я:
W 4 (Cl 2) = W 4 (HCl) = W (CCl 4) = 1.87 кмоь / год
W о (Cl 2) = W 3 (HCl) = 55.24 кмоль / год
m о (Cl 2) = 55.24 * 70.9 = 3916.52 кг / год
m о (HCl) = 55.24 * 36.45 = 2013.5 кг / год
Хлор з урахуванням надлишку:
W всього (Cl 2) = 2.6 * W всього (СН 4) = 98.306 кмоль / год
m всього (Cl 2) = 98.306 * 70.9 = 6969.9 кг / год
Надлишок:
m хат (Cl 2) = m всього (Cl 2) - m о (О 2) = 6969.9 - 3916.52 = 3053.38 кг / год
W хат (Cl 2) = 3053.38/70.9 = 43.07 кмоль / год
Подано природного газу (домішка метану):
604.88 - 93%
х - 7%
х = m (пр. газ) = 604.88 * 7 / 93 = 45.53 кг / год
Подано домішок хлору:
6969.9 - 98.5%
х - 1.5%
х = m прим (Cl 2) = 6969.9 * 1.5/98.5 = 106.14
Технологічні та техніко-економічні показники
Пропускна здатність установки:
m (CH 4) + m (Cl 2) + m (прим Cl 2) + (прим CH 4) = 7726,45 кг / год
Конверсія або ступінь перетворення метану:
= M (CH 4) подано - M (CH 4) непрореагировавшего / M (CH 4) подано * 100%
= 604,88 - 198,76 / 604,88 * 100% = 67%
Теоретичні витратні коефіцієнти:
за СН 4:
s т СН 4 = Mr (CH 4) / Mr (CH 3 Cl) = 16/50, 45 = 0,317 кг / кг;
s т СН 4 = Mr (CH 4) / Mr (CH 2 Cl 2) = 16/84, 9 = 0,188 кг / кг;
s т СН 4 = Mr (CH 4) / Mr (CHCl 3) = 16/119, 35 = 0,134 кг / кг;
s т СН 4 = Mr (CH 4) / Mr (CCl 4) = 16/153, 8 = 0,104 кг / кг;
по Cl 2:
s т Cl 2 = Mr (Cl 2) / Mr (CH 3 Cl) = 70,9 / 50,45 = 1,405 кг / кг.
s т Cl 2 = Mr (Cl 2) / Mr (CH 2 Cl 2) = 70,9 / 84,9 = 0,835 кг / кг.
s т Cl 2 = Mr (Cl 2) / Mr (CHCl 3) = 70,9 / 119,35 = 0,594 кг / кг.
s т Cl 2 = Mr (Cl 2) / Mr (CCl 4) = 70,9 / 153,8 = 0,461 кг / кг.
Фактичні витратні коефіцієнти:
за СН 4:
s ф СН4 = m (CH 4) / m (CH 3 Cl) = 604,88 / 339 = 1,78 кг / кг;
s ф СН4 = m (CH 4) / m (CH 2 Cl 2) = 604,88 / 792,25 = 0,764 кг / кг;
s ф СН4 = m (CH 4) / m (CHCl 3) = 604,88 / 890,75 = 0,679 кг / кг;
s ф СН4 = m (CH 4) / m (CCl 4) = 604,88 / 287 = 2,108 кг / кг;
по Cl 2:
s ф Cl 2 = m (Cl 2) / m (CH 3 Cl) = 6969,9 / 339 = 20.56 кг / кг.
s ф Cl 2 = m (Cl 2) / m (CH 2 Cl 2) = 6969,9 / 792,25 = 8,798 кг / кг.
s ф Cl 2 = m (Cl 2) / m (CHCl 3) = 6969,9 / 890,75 = 7,825 кг / кг.
s ф Cl 2 = m (Cl 2) / m (CCl 4) = 6969,9 / 287 = 24,285 кг / кг.
Вихід на подану сировину:
Фактичний вихід CCl 4:
Q Ф = m (CCl 4) = 287 кг;
Теоретичний вихід CCl 4:
Mr (СН 4) ¾ Mr (CCl 4), 16 ¾ 153,8, m (СН 4) ¾ Q Т; 604,88 ¾ Q Т;
Q Т = (604,88 * 153,8) / 16 = 5814,409 кг;
Вихід CCl 4:
b CCl 4 = Q Ф / Q Т * 100% = 287 кг / 5814,409 кг * 100% = 4,936%.
Список літератури
1. Лебедєв М.М. Хімія і технологія основного органічного і нафтохімічного синтезу. Вид. 2-е, пров. М., "Хімія", 2005, 736 с.
2. Юкельсон І.І. Технологія основного органічного синтезу. М.: "Хімія", 2008, 846 с.
3. Розрахунки хіміко-технологічних процесів / Под ред. І.П. Мухленова. Л.: Хімія, 2008, 300 с.