年产750吨溴素车间工艺设计

年产750吨溴素车间工艺设计
（酸吸收法）
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摘要 (1)
ABSTRACT (1)
第一章总论 (2)
1.1概述 (2)
1.1.1性能、用途 (2)
1.1.2市场需求 (3)
1.2文献综述 (4)
1.2.1国外研究概况 (4)
1.2.2国外先进的制溴方法 (4)
1.2.3国内生产状况 (4)
1.3 产品规格及供应情况 (5)
1.3.1产品规格 (5)
1.3.2供应情况 (5)
第二章工艺流程 (5)
2.1生产方案的确定 (5)
2.2工艺流程简述 (6)
2.2.1空气吹出法的工艺流程图 (6)
2.2.2 工艺流程概述 (7)
第三章工艺计算书 (8)
3.1物料衡算 (8)
3.1.1生产能力的计算 (8)
3.1.2工艺流程简图 (8)
3.1.3氧化器的物料衡算 (8)
3.1.4吹出塔及吸收塔的计算 (10)
3.1.5精馏塔的计算 (11)
3.1.6 溴水分离瓶的计算 (12)
3.2 热量衡算 (12)
3.2.1精馏塔的热量衡算计算 (12)
3.2.2塔顶冷凝器的热量衡算 (14)
第四章主要设备的工艺计算和设备选型 (15)
4.1精馏塔的设计 (15)
4.1.1设计条件 (15)
4.1.2塔径估算 (15)
4.1.3标准塔盘的选择 (15)
4.1.4 塔体厚度的计算 (17)
4.2 换热器的设计 (20)
4.2.1 平均温度下的物性数据 (20)
4.2.2设计计算 (21)
4.3其他设备的选型 (22)
4.3.1吸收塔的选型 (22)
4.3.2吹出塔的选型 (23)
4.3.3卤水泵的选型 (23)
4.3.4管路的选型 (23)
4.3.5设备选型列表 (24)
第五章工艺的改进 (25)
第六章车间成本估算 (27)
第七章经济核算 (28)
7.1产品成品估算以每月计 (28)
7.1.1原材料费 (28)
7.1.2燃料动力等公用工程费 (28)
7.1.3生产工人,工人工资及附加费 (28)
7.1.4车间经费 (28)
7.1.5企业管理费 (28)
7.1.6销售费用 (29)
7.2技术经济分析的主要指标 (29)
7.2.1年经营费用指标 (29)
7.2.2劳动生产率指标 (29)
7.2.3单位生产能力投资指标 (29)
7.2.4投资利润率 (29)
7.2.5投资效果系数 (29)
7.2.6成本利润率 (29)
7.2.7资金利润率 (29)
7.2.8流动资金的占用指标 (30)
第八章环境保护 (30)
8.1本装置的主要环境污染源及主要污染物 (30)
8.2防治措施 (30)
8.2.1 水污染防治措施 (30)
8.2.2 大气污染防治措施 (30)
8.2.3噪声防治措施 (31)
8.2.4其它环境保护措施 (31)
参考文献 (32)
致谢 (33)
摘要
溴素是重要的化工原料之一，是海洋化学工业的主要分支，由它衍生的种类繁多的无机溴化物、溴酸盐和含溴有机化合物在国民经济和科技发展中有着特殊的价值，随着我国主导工业的发展，正在渗透到各个行业和领域中。

制溴的两个比较完善的方法是蒸汽蒸馏法和空气吹出法,它们已经工业中用来制造溴。

本文综述了国内外溴素生产的情况设计出年产750吨溴素生产车间。

本文设计的溴素生产车间,其主要的生产流程是采用空气吹出法中的酸法吸收来设计的.空气吹出法的主要工序为：原料液的酸化及氧化；空气吹出；化学吸收；水蒸气蒸馏。

根据此工序设计出其工艺流程图,进行物料衡算,热量衡算和各种主要设备的选型,以及经济衡算和环境保护,最后设计出设计任务书,和工艺流程图,设备布置图,装配图和车间布置图这四幅图.
关键词：空气吹出法水蒸气蒸馏法酸法吸收阻燃剂
ABSTRACT
Elementary bromine is one of the important raw materials for chemical industry and the key branch of marine chemical industry. A large varieties of inorganic bromides, bromates and bromic organic chemicals derived from it are of special value in economy and technological development, which are permeating into every industry and field with the development of leading industry. Two popular methods,steam distillation and air blowing,have been used for the production of bromine in industry. The paper presents the production of bromine is designed with an annual output of 750 tons of bromine production workshop.
This paper describes the design of bromine production workshop, Its main production flow is the law of the air warming of the acid absorption in the design. Air France begins with the main processes : Liquid raw materials acidification and oxidation; Air warming; Chemical absorption; Steam distillation. According to its design processes map process, material balance, energy balance and major equipment selection, and the economic balance and environmental protection, the final design design tasks, and process maps, and equipment layout plans. assembly and workshop layout, this four plans.
Key words：Air blowing-out process; steam distillation; acid absorption; flame-retardant
第一章总论
1.1概述
溴素是重要的化工原料之一，是海洋化学工业的主要分支。

溴的工业化生产工艺是加热含溴化钠的卤水，再用氯气氧化成单质，最后用蒸汽或空气从溶液中气提出溴的粗产品。

溴素生产的价值主要在于可加工高技术含量、高附加值、高创汇的无机和有机溴系列产品，这类产品的特点是投资小、设备简单、产值和经济效益高，易形成系列化生产。

因此，在我国具有广阔的发展前景。

1.1.1溴的性能、用途
溴的分子式为Br2，溴分子由两个溴原子组成，分子量为159.81。

溴素为深红棕色发液体，在室温下挥发，生成红棕色蒸气，溴蒸气为空气重量的5.515倍。

微溶于水，易溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿、二硫化碳等的机溶剂，也易溶于盐酸、氢溴酸和溴化物溶液中，溶液呈社交晚褐色。

在低温时固化为带有金属光泽的暗红色针状晶体。

溴水是溴的饱和溶液，棕黄色，在－200C时也不结冻，温度低于5.840C时游离溴不稳定，而其水合物为稳定相。

在日光的作用下，能形成氢溴酸。

溴的熔点为－7.2 0C，沸点为58.78 0C。

溴蒸气强烈剌激眼睛及呼吸器官，能引起流泪、咳嗽、喉痛、头晕、头痛和鼻出血，浓度较高的还会引起窒息和支气管炎，溴素溅到皮肤上能引起严重灼伤。

溴的化学性质特别活跃，位于氯和碘之间。

几乎能与所有的元素反应，长成相应的化合物，除贵金属外，溴能于所有金属化合，放出大量的热。

溴是强氧化剂，许多氧化反应起因开它的强氧化性。

在有水分存在时，能把二氧化硫氧化成硫酸，并能升成氧化氢在碱性介质中，氨、尿素等氮化物被氧化产生氮气。

溴和镁、银、铅和镍起反应，先生成溴化物外层，可以阻止进一步向内进行反应，这种保护层，使铅成为容溴的有用器具。

在溴腐蚀金属过程中，湿气起了重要作用，原因是溴水解为溴化氢和溴氢酸，在水量低于40%的情况下，可用镍容器装运溴素，干燥溴与铁反应比较慢，可升成溴化铁保护层。

溴元素很容易加成不饱和化合物中，如二溴化乙烯的生产：Br2＋C2H4→BrCH2-CH2Br。

溴与芳香族体系接触则起吸电子取代反应。

这种反应的进行，需有催化剂。

最普通的催化剂是溴化物离子或者是铝。

溴对氢的均裂取代，是生产几个溴化物的一般反应。

溴与烧碱或纯碱起反应，溴是制取溴的有机、无机化合物的主要原料，广泛的应用在各有关方面。

⑴、石油工业
溴的最大用途是在石油工业中生产二溴化乙烯，它与四乙基铅合成乙基溶液，可做飞机、汽车等内燃机抗爆剂，近年来由于铅的污染问题。

虽用量减少，但还占总消耗量的一定比例。

由溴生产的溴化钙，可做为一种填充液，用在油田钻探和维修方面。

⑵、杀虫灭菌
溴的杀虫灭菌力很强，在农业上用薰蒸剂、杀虫剂。

近年来有些溴化物用作植物生长激素，可增产10%左右，溴的比重大，毒性比氯小，适用于上下水道杀菌之用。

⑶、医药
用溴可以生产氯霉素、金霉素、核霉素、甲种维生素种激素的中间体此外，还可用于镇静剂、麻醉剂和抗生素等药物合成方面。

⑷、印染纺织
溴及溴化物用于制造靛系染料及酸性染料中间体，可使色泽鲜明，增加着色力和牢固性。

特别是亚溴酸钠，可做还原性硫染料的还原剂，即可避免环境污染又可减少各种原料消耗。

在纺织品上浆、退浆、印染漂白方面大量使用。

⑸、化学试剂
主要做氯化剂、溴化剂、催化剂指示剂等。

⑹、阻燃剂
溴系有机阻燃剂功效高、用量少，对聚合物加工使用不良的影响较少。

因此大量用于纺织、建材、交通、电器、涂料、塑料制品中。

⑺、化学工业
主要用作催化剂、致冷剂及有机合成反应的中间体等。

⑻、摄影及感光材料
溴的银、钾、钠、氨、锌等化合物是摄影感光材料上必需的化学药剂。

⑼、消防及国防工业
溴蒸气是毒性强，相对密度大，有剌激性恶味的气体，可做军事是上的催泪剂，还可用于火箭、宇宙飞行器耐热罩的制造。

溴化锌用于制造核反应器的观测窗，X射线的屏罩。

溴的氧化物、氯化物，可用作火箭的推进剂。

在消防上可制作高效灭火剂。

1.1.2市场需求
溴素是重要的化工原料，在阻燃剂、灭火剂、制冷剂、感光材料、医药、农药、油田等行业有广泛用途。

溴的天然资源主要存在于海水、地下浓缩卤水和古海洋的沉积物岩盐矿以及盐湖水中。

由于海水量巨大，海水中的溴含量占地球上总资源量的99%。

海水中溴的浓度约为65ppm，而岩盐矿中溴的含量仅有0.1ppm，某些地区地下卤水溴含量为200～300ppm （如山东莱州地区的地下卤水），在国外某些盐湖水中溴的浓度则高达2000～12000ppm。

目前世界上溴素的生产能力约60万t/a，近几年的年产量在40万t左右。

制溴工业主要分布在美国（占世界溴总产量的40%），以色列（30%），中国（10%），以及俄罗斯、英国、法国、日本（合计5%）等国。

世界上著名的溴及溴衍生化学品生产企业有美国的大湖化学公司、雅宝公司、以色列的死海溴集团等。

美国和以色列的溴生产
都以天然的盐湖为原料，因此世界上以海水为最初原料提取的溴占的比例约7%。

溴素产品的需求量近年来始终保持增长的势头，今后将还会保持稳定的增长，预计年增长率3-5%。

全国溴化学品生产企业有200多家，品种200多个，主要有医药、农药、染料、阻燃剂、灭火剂、制冷剂、感光材料等系列。

1.2文献综述
1.2.1 国外研究概况
Albemarle，大湖和以色列死海溴集团的溴产量占全球溴产量的80%以上。

应用：阻燃剂占46%；钻井液占20%；含溴农药（主要是溴甲烷）占9%；水处理剂占9%；照相化学品和染料占5%；药物占4%；橡胶添加剂占2%其他占5%。

目前世界上溴素的生产能力约60万t/a，近几年的年产量在40万t左右。

制溴工业主要分布在美国（占世界溴总产量的40%），以色列（30%），中国（10%），以及俄罗斯、英国、法国、日本（合计5%）等国。

世界上著名的溴及溴衍生化学品生产企业有美国的大湖化学公司、雅宝公司、以色列的死海溴集团等。

美国和以色列的溴生产都以天然的盐湖为原料，因此世界上以海水为最初原料提取的溴占的比例约7%。

溴素产品的需求量近年来始终保持增长的势头，今后将还会保持稳定的增长，预计年增长率3-5%。

全国溴化学品生产企业有200多家，品种200多个，主要有医药、农药、染料、阻燃剂、灭火剂、制冷剂、感光材料等系列。

1.2.2国外先进的制溴方法
a.国际先进的连续双过程真空提制溴法
优点；低温进料，无须加压，大量减少蒸汽用量，副反应减少，废气排放减少，有利于提高氯气、溴及水蒸气的回收率。

b.气态膜法海水、卤水提溴
以先进的基于膜的平衡分离过程-气态膜过程用于海水卤水提溴，实现溴的自然解吸，以分级串联的膜组件替代空气吹出法中吸收塔和解吸塔，实现了解吸-吸收过程的高效耦合，省去了空气吹出法中大通量风机，极大降低了电耗，从根本上解决了大量含微量溴素的尾气污染，该技术的推广具有良好的经济效益和环境效益。

1.2.3国内生产状况
我国在溴素提取方面的研究还不是很完善，目前，我国溴素生产全部采用水蒸气蒸馏法和空气吹出法，这两种方法的工艺在我国比较成熟。

随着国民经济的发展和溴系列产品的不断开拓，溴素的重要性越来越突出。

根据目前我国经济发展和市场需求的实际情况，工业溴素应保持适度发展势头，力求自行消化，努力增加出口。

要采取引进国外先进技术与自我开发向结合的方针，借鉴和学
习国外大公司如大湖、乙基，死海、东洋曹达的发展模式和经验，改进生产技术，提高自动控制程度。

注重溴素深加工转化率和品种的增加，大力发展具有高附加值的溴系列产品，力争我国的溴素及溴系列生产尽快赶上世界先进水平。

1.3产品规格及供应情况
1.3.1产品规格
表1-1 产品规格
1.3.2 供应情况
世界上著名的溴及溴衍生化学品生产企业有美国的大湖化学公司、雅宝公司、以色列的死海溴集团等。

随着国民经济的发展，我国的溴素生产也在不断的发展之中。

1995年全国溴素生产能力43088吨，山东省35543吨，占全国的82.5%。

1994年山东省的实际产量为25000吨，1995年为27419吨，1996年已经达到36275吨。

所以国内溴素的供应情况主要是靠山东省的供应，随着中国科学技术的发展，虽然溴素达到了一定的规模，但是仍需要大量的进口，而且国产的溴素规格很多达不到需求。

这就需要我们进一步的去学习，在外国先进技术的基础上来发展自己。

第二章工艺流程
2.1生产方案的确定
溴素生产的技术主要有水蒸气蒸馏法、空气吹出法和树脂吸附法，其他还有间歇氧化法、沉淀法、电解法、离子交换电渗析法、溶剂萃取法、催化法等。

我国溴素生产目前全部采用水蒸汽蒸馏法和空气吹出法。

其原理均为用氯气作氧化剂将溴离子氧化为游离溴后再用水蒸汽蒸馏和空气吹出方式进行提制。

1980 年以前我国的溴素生产一般采用水蒸汽蒸馏法, 其特点是工艺成熟、过程简单、效率高、成本低, 但要求以溴含量3 gˆL 以上卤水为原料。

目前我国用水蒸汽蒸馏法制溴的盐化工厂其原料均为生产氯化钾过程中析出光卤石后的母液, 而沿海地区制盐后的苦卤中含溴量一般在2. 5～ 3 gˆL , 由于含溴量低的卤水要消耗大量的蒸汽使生产成本提高, 因此该法的使用受到限制。

为了充分利用含溴量较低的资源(如海水、低度地下卤水) , 扩大溴产量, 目前一般采用空气吹出法。

我国80 年代后新上的溴素厂均采用空气吹出
法。

据报道水蒸汽蒸馏法占我国溴素生产的10 % , 其余90 % 为空气吹出法。

1995 年底空气吹出法装置已达50 多套, 总能力26 000 t, 产量达24 000 t。

空气吹出法的原料一般采用晒盐过程中的浓缩海水和地下卤水。

空气吹出法的吸收剂很多, 国际上广泛应用的有纯碱或烧碱溶液, 二氧化硫、铁屑及低温溴盐溶液, 我国江苏、四川、浙江、天津多采用碱法, 而山东较多采用的是空气吹出酸法吸收工艺。

空气吹出法尽管对原料含溴量适应性较强, 易于自动化控制, 但需要庞大的设备和高投入的能耗。

国际先进的连续双过程真空提制溴法。

欧洲专利0 300 085 报道了在负压或真空条件下连续进行氯气氧化和蒸汽蒸馏提溴的先进技术。

该技术的先进性主要在于通过真空工艺系统, 使主反应塔压力维持在41 000～ 83 000 Pa, 最好是48000～ 55 000 Pa。

当温度一般为66～ 99 ℃的卤水进入此塔时, 无须加压, 就可达到该压力溴的沸点, 因此可大量减少蒸汽用量。

水蒸汽仅用于从卤水中带出溴蒸气, 此时的塔内温度约82～ 99 ℃。

尽管氯气氧化反应可在低温下进行, 但一般的水蒸汽蒸馏法实际上必须将卤水加热到约110 ℃, 以便将溴吹出, 在此高温状态下, 其副反应会消耗部分氯气, 实际消耗是理论量的1. 4 倍, 而该专利塔中的反应是在负压和较低温度下进行, 副反应的减少可节省12 % 的氯气用量。

主反应塔顶部的出口温度受冷却卤水控制, 混合气体中水蒸汽含量降至最小, 可减少流程中的循环量。

塔内呈负压状态, 有利于提高氯气、溴及水蒸汽的回收率。

连续进行过程:
原料卤水通入主反应塔上部; 氯气和水蒸汽进入主反应塔中部和下部, 以逆流方式先氯化, 后经蒸汽吹出; 塔顶部蒸馏出含溴、氯和水蒸汽的混合气体; 塔底部排出废卤水。

目前，我国溴素生产全部采用水蒸气蒸馏法和空气吹出法，这两种方法的工艺在我国比较成熟。

况且空气吹出法有反应迅速，吸收完全，流程简单，设备较少，吸收完成液含溴浓度高，总回收率95%以上等这些优点，所以这次就选用空气吹出法来生产溴素。

2.2工艺流程简述
2.2.1空气吹出法的工艺流程图
空气吹出法的主要工序为：原料液的酸化及氧化；空气吹出；化学吸收；水蒸气蒸馏。

工艺流程图见图2-1。

放空放空
原料废水空气硫酸和盐酸成品溴
图2-1 工艺流程图
2.2.2 工艺流程概述
1. 酸化氧化工段
含溴原料液（海水、低浓度卤水或地下卤水）由原料液泵送入氯气氧化塔；来自酸高位槽的硫酸或盐酸及液氯瓶中的氯气，都按一定的流量比例流入进料管路。

在塔内将溴离子氧化成游离溴。

2.吹出工段
含游离溴的原料液由氧化塔顶流出，进入吹出塔；空气经鼓风机由塔底吹入，气、液在填料表面逆流接触，游离溴被解吸出来，随空气由塔顶排出；废液由塔底排出，经过碱中和后排出生产系统。

3.吸收工段
含溴空气与吸收塔中的二氧化硫接触，溴蒸气被二氧化硫吸收，反应生成溴化氢和硫酸。

吸收液不断的循环，当含溴量达到一定的浓度后，转入吸收完成页高位槽，被解吸后的空气由吸收塔的顶端排出。

4.精馏工段
吸收完成液经回收塔进入反应槽，与酸高位槽来得酸接触，使其中的溴离子再被氧化成游离溴，进入精馏塔，用水蒸气蒸馏。

5.分离工段
提溴后的废液由塔底排出，溴蒸气进入冷凝器，冷凝液进入溴水分离瓶，溴水回精馏塔，进行重新蒸馏，液态溴进入贮溴瓶，计量后用溴坛包装，成为产品溴。

第三章工艺计算书
3.1物料衡算
3.1.1生产能力的计算
根据设计任务，溴素的年生产能力为750吨/年，全年365天，出去由于气温影响和大修理、中修理等共65天，则年工作日为365-65=300天。

昼夜生产24小时，则每昼夜的生产能力为：750*1000/300=2500Kg/昼夜（99.5%Br2）每小时的生产能力为：
2500/24=104.2Kg/h（99.5%Br2）
转化为纯溴素来计算
104.2*0.995=103.65Kg/h(100%Br2)
依此作为物料衡算的基准。

3.1.2物料衡算框图
1 2 3
水SO2蒸气氯气
原料废水空气硫酸和盐酸成品溴
图3-1 工艺流程图
3.1.3氧化器的物料衡算
其中的反应方程式为：
2Brˉ+Cl2=2Clˉ+Br2
160 71 160
x y 103.65
经计算可以得到：
氯气（100%）：46.08Kg/h
卤水（0.36g/L）：303.07m3/h
硫酸用量的计算：
设进料的PH值为:4.5
则氢离子浓度为：3.16×10-5mol/L
用硫酸酸化原料液，总氢离子含量为：303.07×103×3.16×10-5 =9.58mol/L 纯硫酸的用量：9.58×98/2=469.3g/h=0.47Kg/h
则98%的工业硫酸的用量：0.47/0.98=0.48Kg/h
其他物料计算
设其转化率为：95%
加入：
氯气（100%）：48.12Kg/h
卤水量（036g/L）：303.07 m3/h
硫酸（98%）：0.48Kg/h
支出：
氧化原料液量为：303.07 m3/h
其中氯气：48.12×0.05=2.406Kg/h
溴离子：103.65/0.95×0.05=5.46Kg/h
硫酸：0.48Kg/h
Br2：103.65Kg/h
(4) 物料衡算表如表3-1：
表3-1 物料衡算表
3.1.4吹出塔及吸收塔的计算
(1)设吹出率为：98%，吸收率为：100%
则溴的量为：103.65×0.98=101.58Kg/h
此段的化学反应方程式为：
Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4
160 64 36 162 98
101.58 x y z w
解得：x=40.63 Kg/h
y=22.86 Kg/h
z= 102.85 Kg/h
w=62.2 Kg/h
(2)所用气体量的计算
经过设计设气液比为：150：1（体积比），
则气体用量为：303.07×150=45460 m3/h
(3)其他物料计算
加入
氧化液总量：303.07 m3/h
其中：液氯：2.406Kg/h
溴离子：5.46Kg/h
溴：103.65Kg/h
水：22.86 Kg/h
二氧化硫：40.63Kg/h,应过量5% ，即：42.66Kg/h
空气：45460 m3/h
支出
废液约：303.07 m3/h
硫酸：62.22 Kg/h(37.7%)
氢溴酸：102.85 Kg/h(62.3%)
(4)物料衡算表如表3-2：
表3－2物料衡算表
3.1.5精馏塔的计算
(1)为了方便计算，设此部分的反应的转化率为98%
此部分的反应方程式为：
Cl2+2HBr=Br2+2HCl
71 162 160 73
x 102.85 y z
解得：x=45.08 Kg/h
y=101.58 Kg/h
z=46.35 Kg/h
(2)加入
液氯(100%)：45.08 Kg/h
氢溴酸：102.85 Kg/h
硫酸：62.22 Kg/h
支出
溴：101.58×0.98=99.55 Kg/h
盐酸：46.35×0.98=45.41 Kg/h
硫酸：62.22 Kg/h
氯气：45.08×0.02=0.9 Kg/h
氢溴酸：102.85×0.02=2.06 Kg/h
(3) 物料衡算表如表3-3：
表3－3物料衡算表
3.1.6 溴水分离瓶的计算
水蒸气用量=259.124kg/h 设精馏塔中冷凝下来的水量为1w kg.因溴蒸汽 在水中溶解度很小，其溶液可视为理想溶液。

水蒸气分压在800c 时为45.77k a p , 由道尔顿分压定律得
n n 水总=p p 水
总
即[(259.124-1w )/18]/[(99.55-0.0121w )/80+0.09765/71+(259.124-1w )/18] =45.77/101.227
解得1w =237.25 kg
在800c 时气态溴在水中的溶解度为0.012 kg/kg 2H O ,
则得溶解的溴=237.25
⨯0.012=2.54 kg/h
剩余溴蒸汽=99.55-2.54=97.01 kg/h
当到达溴水分离瓶时为常温200c ,此时液态溴在水中的溶解度为:
0.0353 kg/kg 2H O .
分离瓶中的水=22.86 kg/h
溶解的溴=22.86 ⨯0.0353=0.86 kg/h 溴水量=0.86+22.86=23.72 kg/h 液溴=97.01-0.86=96.15 kg/h 溴水分离如表3-4：
表3－4 溴水分离
3.2 热量衡算
3.2.1精馏塔的热量衡算计算
此工艺流程中只有一处用到蒸气，就是在精馏塔中。

1．查找资料所得的一些数据如下：（25℃）
表3－5数据
2. 各物料流量的换算
以1小时，25℃为基准。

HBr：102.85Kg/h=1.27×103mol
Cl2：45.08Kg/h=0.644×103mol
H2SO4：62.66Kg=0.635×103mol
HCl：45.42Kg=1.27×103mol
Br2：99.55Kg=0.635×103mol
3. 蒸气量计算
设精馏塔为常压设备，△H=Q p=nC p.m·△t
反应：Cl2+2HBr=Br2+2HCl
△rH0=∑生成W·△f H m－∑反应W·△f H m
=1.27×103×(-92.307)+ 0.635×103×30.907－1.27×103×(-36.40) －
0.644×103×0
=-5.103×104KJ
设蒸气的进口温度为：120℃，出口温度为：80℃
∑输入H=∑nC p.m·△t
=(n×34.542+0.644×103×33.907+1.27×103×29.142+0.635×103×
138.91) ×(120-80)
=5.882×106+1381.68×n
∑输出H=∑nC p.m·△t
=(n×33.577+ 0.635×103×36.02+1.27×103×29.12 +0.635×103×
138.91) ×(120-80)
=5.923×106+1343.08×n
Q放出=△H=△rH0+ ∑输入H+∑输出H
=-5.103×104×103+5.882×106+1381.68×n+5.923×106+1343.08×n
=0
得：n=1.4396×104mol
=259.124Kg
3.2.2塔顶冷凝器的热量衡算
1.列出所查的数据：
汽化热：Br2(g) 15.438KJ/mol=96.49KJ/Kg Cl2(g) 305 KJ/Kg 水蒸气 2357 KJ/Kg
设：物料的进出口温度为：T 159℃→T 259℃
冷凝水的进出口温度：t 120℃→t 240℃ 如图所示：
T 1 T 2
t 2 t 1
图3-2
2.冷凝器的计算
q=∑W λ=99.55×96.49+0.9×305+259.124×2357 =6.208 ×105 KJ
有以上假设可知，冷却水的出口温度为：40℃，进口温度为：20℃ 则： (59-20)-(59-40)
△ t m = =27.8℃
ln(59-20)/(59-40)
热交换面积：
F=q/K ·△t m =6.208×105÷2008×27.8=11.12㎡ 热负荷 Q=w r ⨯∑
=99.55Kg/h ⨯96.49KJ/kg+22.86Kg/h ⨯2359.1KJ/kg+0.09765Kg/h ⨯305KJ/Kg =6.356×104KJ/h =17.656 Kw 冷却水用量：
W=q/C ·△t=6.208×105÷4.18×20=7426Kg/h
把以上数据列入下表3-6：
表3-6 计算数据表
第四章主要设备的工艺计算和设备选型
4.1精馏塔的设计
4.1.1设计条件
蒸气流量：Vs=259.124Kg/h=0.0545m3/s
液体流量：Ls=45.08+102.85+62.22=210.15Kg/h=0.000039mol/s
蒸气密度：ρv=1.32Kg/ m3
液体密度：ρl=1.5×103 Kg/m3
平均操作压力：1.013×105Pa
4.1.2塔径估算
取塔板间距离为H=300mm=0.3m，
塔板上液层深度为：h L=50mm=0.05m
故分离空间为：H-h L=0.3-0.05=0.25m
求得动能参数：(Ls/Vs) ×(ρl/ρv)1/2
=(0.000039/0.0545) ×(1500/1.32) 1/2
=0.024
查图得：负荷系数C=0.054
最大允许空塔气速为：
Umax=C*[(ρl-ρv)/ ρv] 1/2
=0.054[(1500-1.32)/1.32] 1/2
=1.82(m/s)
适宜的空塔速度U一般为最大允许气速的0.6-0.8倍
即：U=(0.6-0.8)Umax(m/s)
取U=0.7Umax=0.7×1.82=1.274m/s
则塔径为：Dr=[Vs/(0.785×U)] 1/2
=[0.0545/(0.785×1.274)] 1/2
=0.467m=0. 5m
现取塔板数为40层，其中提馏段为16层，精馏段为24层。

4.1.3标准塔盘的选择
取动力因素F0=10，则：
U0=F0/（ρv）1/2
=10/（1.32）1/2
=8.7(m/s)
塔盘上的阀孔直径d0=0.01m
故浮阀数为：
N=4Vs/(πd02U0)
=(4×0.0545)/(π×0.012×8.7)
=79.76(个)=80(个)
按N=80查表得：
选取塔盘的主要参数列于下表：
表4－1
按所选浮阀个数校核动能因数F0，即：
U0=4V s/(πd02N)
=(4×0.0545)/(π×0.012×80)
=8.674(m/s)
F0= U0/（ρv）1/2
=8.674/（1.32）1/2
=9.97=10(合理)
4．塔截面积与溢流装置的计算
（1）塔截面积AT的计算
A T=π*DT2/4
=π×0.252/4
=0.049(m2)
（2）溢流管截面积A f及溢流管宽度W d的计算 l w/D t=200/250 =0.8
查图得：
A f/A t=0.14 W d/D t=0.20
A f=0.14 *At
=0.14×0.049
=0.0069(m2)
W d=0.2* D t
=0.2×0.25
=0.05(m)
（3）溢流堰高度h w的计算
因为是一般物系，姑取液流收缩系数E近似等于1
则堰上液层高度为：
h ow=(0.84/250) ×E×(3600*L s/ l w) 2/3
=(0.84/250) ×1×(3600*0.000039/0.2) 2/3
=0.009m
h w=h l- h ow
=0.05-0.009
=0.041m
（4）溢流管底与塔盘间距离h0
取液封高度（h w- h o）为10mm
故h o= h w-10
=0.041-0.01
=0.031m
校核降液出口速度U0
U0=L s/( l w*h o)
=0.000039/(0.2×0.031)
=0.0063m/s
低于0.07m/s,故认为适合。

（5）验算液体在降液管内的停留时间θ
θ= A f×H t/L s
=0.0069×0.300/0.000039
=53.08(s)
由以上计算认为溢流管尺寸适合.
4.1.4 塔体厚度的计算
1．筒体厚度的计算
由于物料具有较强的腐蚀性，所以选材料为16MnR，内衬搪瓷材料，此材料的屈服极限为170MPa，此精馏塔在常温下就可以精馏，
焊缝系数为：ø=0.85
则：S1=pD i/(2[σ]t* ø-p)
=101.325×103×500/(2×170×106×0.85-101.325×103)
=3.4mm
再考虑到腐蚀余量等壁厚附加量C，则筒体实际厚度为：
S=S1+C 取C=0.5mm
S=3.4+0.5=3.9mm
根据钢板厚度规格，取S=4mm
2.封头厚度的计算
已知设计压力为101325Pa，工作温度为-10～45℃，塔内径为500mm，封头材料为16MnR，内衬搪瓷材料。

参数：的许用应力为170MPa
焊缝系数（采用双面对接焊，局部透视）：ø=0.85
壁厚附加量：c=c1+c2+c3=0.2+c3
对于椭圆行及碟行封头取c3=0.1s(s为封头壁厚)
对于半球行封头取c3=0.15s
对于平板端盖暂取c3=0
（1）椭圆行封头（取标准型）
s=pD i/(2[σ]t* ø-0.5p)+c
=101.325×103×500/(2×170×106×0.85-0.5101.325×103)
+0.2+0.1s
s=3.85mm
<<设计规定>>要求s0≥0.25%D i:
0.25%D i=0.25%×500
=1.25< s0=1.5mm
符合要求。

经圆整取s椭=4mm
（2）碟型封头（取标准型）
s=MpR i/(2[σ]t* ø-0.5p)+c
式中，M=0.25[3+(R i/r)1/2]=0.25[3+(0.9 D i /0.17 D i)]=1.325, 则
s=(1.325×0.101325×0.9×500)/(2×170×0.85-0.5×0.101325)
+0.2+0.1s
s=5.5mm
经圆整，取s碟=6mm
（3）半球型封头
s=pD i/(4[σ]t* ø-p)+c
=(0.101325×500)/(4×170×0.85-0.101325) +0.2+0.1s
=1.46mm
经圆整，s球=2mm
（4）平盖
s=D c(Kp/[σ]t)1/2+c
这里，K=0.35, D c=D i-2(s+3)≈D i
=500mm,
s=500×(0.35×0.101325/170)+0.2
=31.6mm
这样厚的平盖须锻造加工，锻件的许用应力[σ]t=150Mpa
s=500×(0.35×0.101325/150)+0.2
=38.7mm
锻造的平盖的c3不可能为零，故取s平=40mm
现将上述计算结果列成表格进行比较：
表 4－2封头比较表
由上表可以看出，宜采用椭圆形封头。

A t—塔的截面积，m2
W d—弓形溢流管宽度，m
A f—弓形溢流管面积，m2
L w—弓形降液管堰长度，mm
D t—塔径, mm
把所有的计算结果列表如下：
表4－3计算结果表
4.2 换热器的设计
在常压下冷凝99.55 kg/h 的溴蒸汽，并伴有水蒸气及不冷凝气体氯气杂质，因为HBr 对金属管道有腐蚀作用，所以采用玻璃材料的列管换热器，为了使冷凝液易于排出，选择溴蒸汽在管内冷凝，水流管外，并采用逆流流向。

设冷却水进口温度1t =200C ，出口温度2t =300C 溴蒸汽冷凝温度T=58.720
C t -
=
12
2
t t +=250C 4.2.1 平均温度下的物性数据
表4－4 物性数据
ρ平=1.062⨯5.68⨯84.14%+0.1249⨯15.47%+3.217⨯0.39%
=5.11 Kg/3m
λ平=0.0102⨯84.14%+0.01895⨯1.163⨯15.47%+0.00819⨯1.163⨯0.39% =0.012 W/m.k
p c 平=1.32/1000⨯160⨯84.14%+0.459⨯15.47%+8.324/1000⨯71⨯0.39% =0.251 Kcal/Kg. 0C =1.05 J/g. 0C
μ平=9.07610-⨯⨯84.14%+1.075610-⨯⨯9.81⨯15.47%+1.516410-⨯⨯0.39% =16.97 610-⨯ Pa.s
4.2.2设计计算
1.假设K=500 W /()20.m c
则估算传热面积为A=
.m
Q
K t ∆ 其中 Q ——换热器热负荷 K ——总传热系数 m t ∆——对数平均温差 m t ∆=
()()1212
ln T t T t t t ---∆∆=()()58.782058.783038.78ln 28.78
---=33.53 0C
则: A=3
31.191050033.53
⨯⨯=1.22m
考虑10%的面积裕度，则需传热面积为0A =1.1A=1.1⨯1.2=1.32 2m
选用φ10⨯1 mm 无缝玻璃管， 内径伪0.008 m,取管内流速为0.15 m/s.
2.单程管数 n=w/(v*π/4*d*ρ平)
=0.07⨯4/(0.15⨯3.14⨯0.0082⨯997)=9.32根=10 单程管长l =
A
n d π•=1.32/(10*3.14*0.01)=4.204 m 选定管长l =1.5m
则管程数p N =4.204/1.5=2.8 取p N =3 则总管数n =10⨯3=30 根。

VI 管程，管子采用三角形排官，管间距为12 mm, g D =150 mm 把以上计算结果列入下表4-5：
表4－5 计算结果表。