Министерство Образования и Науки РФ
Казанский Государственный Технологический Университет
Кафедра Общей Химической Технологии
Реферат
по курсу: Технология химических производств
на тему:
Хлорирование метана
Казань 2008
Содержание
Хлорирование метана
Технологические и технико-экономические показатели
Реклама
Список литературы
Хлорирование метана
Процесс совместного полученияхлорметанов можно осуществлять в реакторе со стационарным или псевдоожиженным слоем катализатора. Втораятехнология более перспективна, она включает следующие стадии: хлорирование впсевдоожиженном слое катализатора; пылеулавливание и отпаривание газовкислотного характера; абсорбция хлороводорода; нейтрализация и осушкарециркулирующего реакционного газа; компримироваиие рециркулирующих газов; ректификацияхлорметанов с выделением товарных продуктов.
Хлор и метан подают в реактор всоотношении от 1: 2 до 3,88: 1 в зависимости от того, какое хлорпроизводноежелательно получить. Например, при соотношении С12: СН4-1:2 образуется продукт, содержащий [п% (мол)]: СН3С1 — 62; СН2С12 — 30; СНС13 — 7; СС14 — 1; при соотношении С12:СН4 = 3,88: 1 образуется продукт, содержащий только 4% (мол) СНС13и 96% (мол) СС14.
Метан и хлор поступают в реактор1 с псевдоожиженным слоем катализатора. Реактор выполнен из хромоникелевопстали.
Хлорирование ведут; при 350 °С иатмосферном давлении, время контакта 0,1-20 с. Реакционная смесь проходитсистему пылеулавливания (циклон 2) и поступает на нейтрализацию в колонну 3,где отпариваются кислые газы. После этой колонны продукты реакции промываютводой в скруббере 6; при этом получается товарная соляная кислота. Далее газынейтрализуют раствором щелочи в скруббере 7 и осушают серной кислотой вскруббере 8.
Нейтрализованные газы,содержащие в основном метан и метилхлорид, компримируют и возвращают в реакторна хлорирование. Конденсат после отпаривания кислых газов поступает наректификацию в колонны 10, 12 и 13, в которых последовательно выделяютметиленхлорид, хлороформ и тетрахлорид углерода.
Для удалении инертных примесейчасть реакционного газа после компрессора 9 и скруббера 6 выводят в атмосферу (насхеме не показано). Расход основного сырья на 1 т готового продукта составляет133 кг метана и 1784 кг хлора.
В процессе на 1 т хлороформаобразуется 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 хлороформанаправляют па установку термического обезвреживания. В процессе образуетсясоляная кислота (примерно 1 т па 1 т хлороформа), которую после очистки отхлорорганических примесей можно применять вместо синтетической. Отработаннуюсерную кислоту (0,1 т на 1 т хлороформа) передают на производство сульфатанатрия.
Задание:
Составить и описатьтехнологическую схему процесса хлорирование метана
Составить материальный баланспроцесса
Рассчитать технологические технико-экономическиепоказатели
В основу расчета принятьследующие реакции:
CH4+Cl2→CH3Cl+HCl
CH3Cl+Cl2→CH2Cl2+HCl
CH2Cl2+Cl2→CHCl2+HCl
CHCl3+Cl2→CCl4+HCl
Исходные данные:Производительность установки по хлорсодержащим продуктам, т/сут 60
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 Мольное соотношение хлор-метан 2.6 Потери метана,% масс 1.3
Материальный баланс. Схемапотоков:
/>
/>/>CH4;Cl2; природный газ; CH3Cl;CH2Cl2;CHCl3; CCl4; CH4;
примесь Cl2 Cl2;прир. газ; примесь Cl2;HCl
Приход Расход
кг/ч
кмоль/ч
кг/ч кмоль/ч
CH4
Cl2
CH3Cl
CH2Cl2
CHCl3
CCl4
HCl
прим. CH4
прим. Cl2
604,88
6969,9
45,53
106,14
37,81
98,306
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
Σ1 = 7726,45
Σ2 = 7726,31
Молярные массы веществ:
Mr (CH4) = 12+4=16 кг/кмоль
Mr (Cl2) = 35,45*2=70,9 кг/кмоль
Mr (CH3Cl) = 12+3+35,45=50,45 кг/кмоль
Mr (CH2Cl2) =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 процентныйсостав продуктов:
на 100 моль смеси:
32 моль CH4m=32*16=512кг/ч
18 моль CH3Cl m =18*50,45=908,1 кг/ч
25 моль CH2Cl2 m = 25*84,9=2122,5кг/ч
20 моль CHCl3m = 20*119,35=2387 кг/ч
5 моль CCl4m = 5*153,8=769 кг/ч
всего: 6698,6 кг/ч
Wмас(СН4) = 512/6698,6*100% = 7,64%
Wмас(СН3Cl) = 908,1/6698,6*100% = 13,56%
Wмас(CH2Cl2) =2122,5/6698,6*100% = 31,69%
Wмас(CHCl3) = 2387/6698,6*100% = 35,63%
Wмас(CCl4) = 769/6698,6*100% = 11,48%
Состав продуктов:
mост(СН4) =2500*0,0764=191кг/ч
m (СН3Cl) =2500*0,1356=339кг/ч
m (CH2Cl2) =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 (СН3Cl) = 339/50,45=6,72кмоль/час
W (CH2Cl2) =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 = 9.33кмоль/ч.
Прореагировало хлористогометилена: Wпр (CH2Cl2) = Wо (CHCl3) = 9.33 кмоль/ч.
Образовалось хлористого метилена:Wо (CH2Cl2) = Wпр + W = 18.66 кмоль/ч
Прореагировало хлористого метила:Wо (CH2Cl2) = Wо (CH2Cl2) = 18.66кмоль/ч.
Образовалось хлористого метила: Wо (CH2Cl2) = 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 учетомпотерь: 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 превращенногокислорода и образовавшегося HCl:
1 р — я:
W1(Cl2) = W1(HCl) = Wо (СН3Cl) = 25.38 кмоль/ч
2 р — я:
W2(Cl2) = W2(HCl) = Wо (CH2Cl2) = 18.66кмоль/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
mо(Cl2) =55.24 * 70.9 = 3916.52 кг/ч
mо(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 (примесьметана):
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
Технологические и технико-экономические показатели
Пропускная способность установки:
m (CH4) + m (Cl2) + m (прим Cl2) + (прим CH4)= 7726,45 кг/ч
Конверсия или степеньпревращения метана:
/> =M (CH4) подано — M (CH4) непрореагировало /M (CH4) подано *100%
/> =604,88 — 198,76/604,88* 100% = 67%
Теоретические расходныекоэффициенты:
по СН4:
sтСН4 = Mr (CH4) / Mr (CH3Cl)= 16/50,45 = 0,317 кг/кг;
sтСН4 = Mr (CH4) / Mr (CH2Cl2)= 16/84,9 = 0,188 кг/кг;
sтСН4 = Mr (CH4) / Mr (CHCl3)= 16/119,35 = 0,134 кг/кг;
sтСН4 = Mr (CH4) / Mr (CCl4)= 16/153,8 = 0,104 кг/кг;
по Cl2:
sт Cl2 = Mr (Cl2) / Mr (CH3Cl) = 70,9/50,45= 1,405 кг/кг.
sт Cl2 = Mr (Cl2) / Mr (CH2Cl2)= 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 расходныекоэффициенты:
по СН4:
sфСН4= m (CH4) / m (CH3Cl)= 604,88/339 = 1,78 кг/кг;
sфСН4= m (CH4) / m (CH2Cl2)= 604,88/792,25 = 0,764 кг/кг;
sфСН4= m (CH4) / m (CHCl3) = 604,88/890,75= 0,679 кг/кг;
sфСН4= m (CH4) / m (CCl4) = 604,88/287 =2,108 кг/кг;
по Cl2:
sфCl2= m (Cl2) / m (CH3Cl) = 6969,9/339 = 20.56кг/кг.
sфCl2= m (Cl2) / m (CH2Cl2) = 6969,9/792,25= 8,798 кг/кг.
sфCl2= m (Cl2) / m (CHCl3) = 6969,9/890,75 = 7,825 кг/кг.
sфCl2= 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 ¾ 153,8,m(СН4) ¾ QТ; 604,88 ¾ QТ;
QТ= (604,88 * 153,8) / 16 = 5814,409 кг;
Выход CCl4:
bCCl4 = QФ /QТ * 100%= 287 кг / 5814,409 кг* 100% = 4,936%.
Список литературы
1. Лебедев Н.Н. Химия и технологияосновного органического и нефтехимического синтеза. Изд. 2-е, пер. М., «Химия»,2005, 736 с.
2. Юкельсон И.И. Технологияосновного органического синтеза. М.: «Химия», 2008, 846 с.
3. Расчеты химико-технологическихпроцессов / Под ред. И.П. Мухленова. Л.: Химия, 2008, 300 с.