Производство тетрахлорметана и тетрахлорэтилена (стр. 10 из 11)

Компонент	m_t, кг/ч	w_i, %	n_t, кмоль/ч	х_i, %
CCl₄С₂Cl₄C₂Cl₆C₄Cl₆C₆Cl₆Cl₂N₂CO₂HCl	17673,0411409,1899,5428,7117,11974,673,572,534456,67	49,5631,990,280,080,035,540,010,0112,5	114,7668,730,420,110,0627,8150,12750,0575122,097	34,3420,570,130,030,018,320,040,0236,54
S	35665,01	100	334,177	100

Состав кубовой жидкости, отбираемой из закалочной колонны в емкость сырого тетрахлорэтилена, определяют по разности составов потоков на входе в закалочную колонну (табл. 2.2) и газовой фазы на выходе из нее (табл. 2.3).

Состав кубовой жидкости на выходе из закалочной колонны (поток 13):

ССl₄	С₂Сl₄	С₂Сl₆	C₄Cl₆	C₆Cl₆	Cl₂	HCl	S
w_i, %	25,88	57,46	9,18	4,85	2,55	0,04	0,04	100
m_t, кг/ч	1129,02	2504,77	399,99	174,75	104,23	1,81	1,81	4316,38
М_t, г/моль	154	166	237	261	285	71	36,5	-
n_t, кмоль/ч	7,33	15,093	1,688	0,809	0,493	0,025	0,05	25,488
х_i, %	28,87	59,46	6,66	3,19	1,53	0,1	0,19	100

Газовая фаза из закалочной колонны охлаждается и разделяется в сепараторе С1. В газовую фазу на выходе из сепаратора (поток 11) переходит:

весь азот и диоксид углерода;

59% хлора из потолка 10 (табл. 2.3):

0,59×27,815 = 16,41 кмоль/ч или 16,41×71 = 1165,11 кг/ч;

93,5% хлороводорода:

0,935×122,097 = 114,16 кмоль/ч или 114,16×36,5 = 4166,87 кг/ч;

тетрахлорметана (см. состав потока 7): 0,48 кмоль/ч или 74,48 кг/ч.

С целью очитски отходящего хлороводорода в реакторе РТ2 проводят жидкофазное хлорирование этилена хлором, содержащимся в газовой фазе из сепаратора.

На улавливание хлора по реакции:

С₂Н₄ +Сl₂®C₂H₄Cl₂ (2.37)

расходуется хлора: 16,41 кмоль/ч или 1165,11 кг/ч.

При степени хлорирования этилена 82% (по экспериментальным данным) в реактор необходимо подать этилена:

16,41/0,82 = 20,012 кмоль/ч или 20,012×28 = 560,336 кг/ч.

Состав технического этилена на входе в реактор РТ2 (поток 12):

СН₄	С₂Н₄	С₂Н₆	N₂	CO₂	S
х_i, %	0,5	98,0	0,5	0,5	0,5	100
n_t, кмоль/ч	0,1	19,612	0,1	0,1	0,1	20,012
М_t, г/моль	16	28	30	28	44	-
m_t, кг/ч	1,6	548,536	3,0	2,8	4,4	560,336
w_i, %	0,29	97,89	0,54	0,49	0,79	100

Остается этилена: 19,612 – 16,41 = 3,202 кмоль/ч или 3,202×28 = 89,656 кг/ч.

Образуется 1,2-дихлорэтана: 16,41 кмоль/ч или 16,41×99 = 1624,59 кг/ч.

Подают в хлоратор 1,2-дихлорэтана (см. состав потока 7): 14,11 кмоль/ч или 1397,23 кг/ч.

Поступает 1,2-дихлорэтана в абсорбер хлороводорода:

16,41 – 14,11 = 2,3 кмоль/ч или 227,36 кг/ч.

В жидком 1,2-дихлорэтане, поступающем в хлоратор:

растворено хлороводорода: 0,49 кмоль/ч или 17,88 кг/ч;

уходит в абсорбер хлороводорода:

114,16 – 0,49 = 113,67 кмоль/ ч или 4166,87 – 17,88 = 4148,99 кг/ч.

Составляют Материальный баланс реактора РТ2 (табл. 2.4).

Определяем состав жидкой фазы из сепаратора С1 (поток 14), поступающей в емкость сырого тетрахлорметана, по разности составов потоков 10 и 11.

Состав жидкой фазы из сепаратора С1 (поток 14):

ССl₄	С₂Сl₄	С₂Сl₆	C₄Cl₆	C₆Cl₆	Cl₂	HCl	S
w_i, %	58,18	37,72	0,33	0,09	0,04	2,68	0,96	100
m_t, кг/ч	17598,56	11409,18	99,54	28,71	17,1	809,56	289,8	4316,38
М_t, г/моль	154	166	237	261	285	71	36,5	-
n_t, кмоль/ч	114,28	68,73	0,42	0,11	0,06	11,4	7,94	202,94
х_i, %	56,32	33,87	0,21	0,05	0,02	5,62	3,91	100

Состав сырца перхлоруглеводородов, поступающего из емкостей для хранения сырых перхлоруглеводородов в колонну отпарки сырца (поток 19) определяют по разности составов поступающих потоков 13 и 14 и выходящих потоков 5 и 18.

Таблица 2.4.

Материальный баланс реактора РТ2

Входит	кг/ч	%	Выходит	кг/ч	%
Газовая фаза из сепаратора С1 (поток 11):ССl₄Cl₂N₂CO₂HCl	74,481165,113,572,534166,87	1,3821,520,060,0576,99	Жидкий ДХЭ в хлоратор (поток 7):ССl₄C₂H₄Cl₂HCl	74,481397,2317,88	5,093,81,2
Итого	5412,56	100	Итого	1489,59	100
Этилен технический (поток 12):СН₄С₂Н₄С₂Н₆N₂CO₂	1,6548,5363,02,84,4	0,2997,890,540,490,79	Отходящий хлороводород в абсорбер (поток 16):C₂H₄Cl₂СН₄С₂Н₄С₂Н₆N₂CO₂HCl	227,361,7989,6563,159,84113,844148,99	5,50,042,240,070,130,1692,31
Итого	560,336	100	Итого	4494,627	100
Всего	5972,896	Всего	5984,217

Состав сырца перхлоруглеводородов на входе в колонну отпарки (поток 19):

ССl₄	С₂Сl₄	С₂Сl₆	C₄Cl₆	C₆Cl₆	Cl₂	HCl	S
w_i, %	46,25	47,67	0,76	0,51	0,66	3,02	1,13	100
m_t, кг/ч	3106,88	3203,24	50,66	34,26	44,34	202,87	75,33	6717,58
М_t, г/моль	154	166	237	261	285	71	36,5	-
n_t, кмоль/ч	20,17	19,29	0,21	0,13	0,16	2,86	2,06	44,88
х_i, %	44,93	42,96	0,48	0,29	0,34	6,36	4,64	100

Состав сырца, передаваемого из колонны отпарки на стадию выделения чистых перхлоруглеводородов, определяют по разности составов потоков 19 и 6.

Состав сырца перхлоруглеводородов, передаваемого на стадию выделения чистых перхлоруглеводородов (поток 20):

ССl₄	С₂Сl₄	С₂Сl₆	C₄Cl₆	C₆Cl₆	Cl₂	HCl	S
w_i, %	47,72	50,02	0,8	0,53	0,69	0,11	0,13	100
m_t, кг/ч	3056,06	3203,24	50,66	34,26	44,34	7,04	8,55	6404,15
М_t, г/моль	154	166	237	261	285	71	36,5	-
n_t, кмоль/ч	19,84	19,29	0,21	0,13	0,16	0,09	0,24	39,96
х_i, %	49,66	48,28	0,54	0,33	0,39	0,24	0,56	100

В закалочной колонне КЛ1 в результате резкого охлаждения выходящих из реактора РТ1 продуктов реакции хлор и хлороводород полностью переходят в газовую фазу. Содержание этих веществ в сырце перхлоруглеводородов после его отпаривания в колонне КЛ2 зависит от степени конденсации газовой фазы в холодильнике-конденсаторе и степени разделения газожидкостиой смеси в сепараторе С1. Массовые доли хлора и хлороводорода в сырце перхлоруглеводородов не должны превышать 0,10-0,15%. В противном случае необходимо повысить температуру конденсации и увеличить степень отдувки хлора и хлороводорода в сепараторе С1.

Составляем материальный баланс стадии получения перхлоруглеводородов (табл. 2.5).

Таблица 2.5.

Материальный баланс стадии получения перхлоруглеводородов

Входит	кмоль/ч	кг/ч	Выходит	кмоль/ч	кг/ч
ХлорЭтилен техническийПриродный газЖидкие хлоруглеводородыКубовый продукт колонны выделения тетрахлорэтилена	128,6129,3924,722,652,734	9131,31832,26179,42386,21468,96	Сырец перхлоруглеводородов на стадию выделенияОтходящий хлороводород	39,96123,12	6404,154494,01
Всего	168,106	10898,16	Всего	163,08	10898,16

Расчет основных расходных коэффициентов. Для получения 5517,24 кг/ч перхлоруглеводородов (отношение ССl₄:C₂Cl₄ = 1:1) необходимо: 9131,31 кг/ч хлора; 832,261 кг/ч технического этилена; 79,42 кг/ч природного газа (см. табл. 2.5).

Расходные коэффициенты составят:

по хлору: 9131,31/5517,24 = 1,655 т/т;

по техническому этилену: 832,261×1000/5517,24 = 150,85 кг/т;

по природному газу: 79,42×1000/5517,24 = 14,39 кг/т.

2.3.3 Тепловой расчет хлоратора

Исходные данные:

материальные потоки (см. состав потоков 2-7): хлор – 128,61/(2×3600) = = 0,0179 кмоль/с; природный газ – 4,72/(2×3600) = 0,0007 кмоль/с; технический этилен - 9,38/(2×3600) = 0,0013 кмоль/с; жидкие хлоруглеводороды - 386,21/(2×3600) = = 0,0536 кг/с; жидкие рециркулирующие перхлорутлеводороды из емкостей сырого продукта – 3613,64/(2×3600) = 0,502 кг/с; продукты отпарки сырца перхлоруглеводородов - 4,93/(2×3600) = 0,0007 кмоль/с; жидкий 1,2-дихлорэтан 1489,59/(2×3600) = = 0,2069 кг/с; температура потоков, °С: хлор, природный газ, технический этилен - 25; хлоруглеводороды и рецикл (сырой продукт) - 20; продукты отпаркп сырца перхлоругдеводородов - 30; продукты реакции - 585.

Цель расчета - определение количества теплоты, отводимой охлаждающей водой.

Уравнение теплового баланса хлоратора в общем виде:

Ф₁ + Ф₂ + Ф₃ + Ф₄ + Ф₅ + Ф₆ = Ф₇ + Ф₈ + Ф₉ + Ф_пот, (2.38)

где Ф₁, Ф₂, Ф₃, Ф₄, Ф₈ – тепловые потоки газообразного сырья (хлор, природный газ, технический этилен), жидких хлоруглеводородов, жидких рециркулирующих перхлоруглеводородов, жидкого техническго 1,2-дихлорэтана и продуктов реакции соответственно, кВт;

Ф₆ – теплота экзотемической реакции, кВт;

Ф₇ – теплота, расходуемая на испарение жидких компонентов сырьевой смеси, кВт;