年產(chǎn)2_000噸月桂酸甘油酯車間的初步設

1、齊 齊 哈 爾 大 學 畢業(yè)設計（論文） 題 目 年產(chǎn) 2 000 噸月桂酸甘油酯車間的初步設計 學 院 化學與化學工程學院 專業(yè)班級 化工 073 班 學生姓名 于 佳 指導教師 鄧啟剛 宋偉明 成 績 2011 年 6 月 12 日 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） I 摘 要 此設計為年產(chǎn) 2 000 噸月桂酸甘油酯車間初步設計。本文闡述了月桂酸甘油酯的生 產(chǎn)流程以及設備的布置情況。介紹了甘油、月桂酸、月桂酸甘油酯的物化性質(zhì)，根據(jù) 月桂酸甘油酯的性質(zhì)確定生產(chǎn)流程路線。甘油和月桂酸在催化劑的作用下發(fā)生酯化反 應得到月桂酸甘油酯。并指出原料和產(chǎn)品都具有一定的粘性，說明了儲存方法和處理 措施。而且

2、對月桂酸甘油酯的市場現(xiàn)狀及前景作了調(diào)查，從而確定了產(chǎn)品的市場定位。 并對產(chǎn)品在乳制品業(yè)、畜牧業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)等方面的應用作了簡單介紹。根據(jù)以往生產(chǎn) 的資料作為車間設計的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，并進行了大量嚴謹?shù)挠嬎?，其中包括物料衡算、?量衡算、設備計算以及設備選型，從而確定了設備具體型號。并用 AutoCAD 繪制車間 平立面布置圖、主要設備裝配圖及手繪帶控制點的工藝流程圖。最終完成 20 000 字的 畢業(yè)設計說明書。 關鍵詞：月桂酸甘油酯；工藝計算；設備選型；公用工程；初步設計 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） II Absract The workshop of glyceryl laurate of 2

3、000 tons per year was designed. The production process of the glyceryl laurate and the layout equipment were described in this paper. The physical and chemical properties of the glycerim, the dode canoic acid and the glyceryl laurate were introduced. According to the properties of the glyceryl laura

4、te, the process route was identifified. The glycerim and the dode canoic acid were esterification with the glyceryl laurate. And the raw materials and products were viscous. The storage methods and measures were introduced. The market status and prospects of glyceryl laurate were invested in order t

5、o determined the definition of the market. The use in dairy industry, animal husbandry and industrial production were introduced simply. According to the previous information, a production workshop was designed by empirical data. And a lot of strict calculation including mass balance, heat balauce,

6、equipment were calucuated, the size and type of key equipment were selected. The process the workshop layout and the key equipment plan were drawn by Auto CAD and flow chart with control point plan was drawn by hand. Finally, a instruction of 20 000 words was completed. Key words: Glyceryl laurate;

7、Process calculation; Equipment selection; Public works; Preliminary design 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） III 目錄 摘要錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 Abstract錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 第 1 章總論錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 1.1概述錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 1.1.1 產(chǎn)品的意義與作用錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 1.1.2國內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展前景錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 1.1.3產(chǎn)品的性質(zhì)和特點錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 1.1.4

8、生產(chǎn)方法概述3 1.2設計依據(jù)3 1.3廠址選擇3 1.3.1廠址選擇原則3 1.3.2本次設計的廠址選擇4 1.4設計規(guī)模與生產(chǎn)制度5 1.4.1設計規(guī)模5 1.4.2生產(chǎn)制度6 1.5原料與產(chǎn)品規(guī)格6 1.5.1主要原料規(guī)格及技術指標6 1.6綜合經(jīng)濟技術指標7 第 2 章工藝設計與計算8 2.1工藝原理8 2.2工藝路線的選擇8 2.3工藝流程簡述8 2.3.1工藝流程示意圖8 2.3.2工藝流程簡述9 2.4工藝參數(shù)9 2.5物料衡算10 2.5.1物料衡算的意義與作用10 2.5.2物料衡算的方法與步驟10 2.5.3物料衡算錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計

9、（論文） IV 2.6熱量衡算錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 2.6.1熱量衡算的意義與作用14 2.6.2熱量衡算及所需媒質(zhì)的量14 第 3 章設備的選型錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 3.1選型的原則錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 3.2關鍵設備的選型24 3.2.1反應釜容積的計算24 3.2.2反應釜的高度與直徑的計算25 3.2.3反應釜與釜封頭壁厚的計算26 3.2.4反應釜夾套的計算27 3.3其它設備的選擇錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 3.3.1換熱器的選型錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 3.3.2攪拌軸、攪拌器及傳動裝置的選型30 第 4 章設

10、備一覽表32 第 5 章車間設備布置設計33 5.1車間布置設計的原則33 5.1.1車間設備布置的原則33 5.1.2車間設備平面布置原則34 5.1.3車間設備立面布置原則34 5.2車間設備布置34 5.2.1車間設備平面布置34 5.2.2車間設備立面布置36 第 6 章自動控制37 6.1主要的控制原理37 6.2自控水平與控制點37 6.2.1自控水平錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 6.2.2控制點38 第 7 章安全和環(huán)境保護39 7.1基本原則39 7.2三廢產(chǎn)生情況錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 7.2.1廢氣錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 7.2.2廢水錯

11、誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 7.2.3廢渣40 7.3三廢處理情況40 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） V 第 8 章公用工程41 8.1 公用工程原則41 8.2公用工程方案41 8.2.1供水41 8.2.2供電43 8.2.3 供暖及通風43 結束語45 參考文獻46 致謝錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 1 第 1 章 總 論 1.1 概述 1.1.1 意義與作用 月桂酸甘油酯是一種親酯性的非離子表面活性劑，天然存在于母乳和美洲蒲葵中， 是以中優(yōu)良的食品乳化劑，同時又是一種國際公認安全高效廣譜的抑菌劑。月桂酸甘 油酯一般具有優(yōu)良的感官特性，它的最

12、大優(yōu)點是“不是防腐劑，勝似防腐劑”其抑菌效 果不會因 PH 的改變而改變，一般在 PH4PH8 范圍內(nèi)均有效。其抗菌廣譜，對食品 中常見的細菌、霉菌、酵母菌均有較強的作用，同時還具有抑制多種病毒和原生動物 的功效。它在 1971 年已被 FDA（美國食品與藥物管理局）批準 GRAS（一般公認安全） 類食品添加劑。我國衛(wèi)生部已于 2005 年 4 月比準月桂酸甘油酯用于各類食品，且規(guī)定 食品中使用沒有用量限制。根據(jù)實際需要添加即可（見 2005 年衛(wèi)生部第 7 號文件）考 慮到食品生產(chǎn)企業(yè)的需要，月桂酸甘油酯乳化劑添加到食品中，企業(yè)完全可以說這些 食品內(nèi)“絕不添加任何防腐劑”的口號。 作為防腐劑

13、月桂酸甘油酯的含量必須在 90%以上，作為乳化劑月桂酸甘油酯的含 量必須在 70%以上，而現(xiàn)在由于科技的進步，用分子蒸餾法生產(chǎn)的月桂酸甘油酯的純 度已達到 90%以上，具有良好的防腐乳化性和優(yōu)異的安全性。 月桂酸甘油酯對鏈球菌、金黃葡萄球菌、肉毒芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌等革蘭氏 陽性細菌和幽門桿菌、沙門氏菌大腸桿菌等革蘭氏陽性細菌以及黒曲霉毒菌、假絲酵 母菌、啤酒酵母等真菌和酵母都有較好的抑制效果，其中革蘭氏陰性細菌的抑制作用 最強。 月桂酸甘油酯應用范圍非常廣泛，主要用于肉制品、乳化品、調(diào)味品、乳化香精、 果汁、植物蛋白、飲料、豆制品、烘烤食品、化妝品、醫(yī)藥保健品等行業(yè)中。 1.1.2 國內(nèi)外

14、現(xiàn)狀及發(fā)展前景 月桂酸甘油酯作為食品添加劑，在食品行業(yè)中應用非常廣泛。特別在防腐、保鮮、 乳化作用、安全性及應用方面我國家應用之廣。食品乳化劑和防腐劑作為多種食品添 加劑的兩個品種，在食品加工過程中起著舉足輕重的作用。在食品加工過程中添加適 量的組分將起到顯著效果，月桂酸甘油酯天然存在于母乳中，在嬰兒自身免疫系統(tǒng)未 發(fā)育正常之前，對嬰兒的健康起著保護作用1。 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，月桂酸甘油酯不僅作為良好的食品乳化劑應用于乳制品、醫(yī)藥保健 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 2 品、烘烤食品，而對面制品品質(zhì)起著重要的改良作用。同時他是一種安全的、高效的、 廣譜的、抗菌制劑，抗菌效果不受 PH 的影響，其防腐性

15、能優(yōu)于山梨酸、蘋果酸、羥基 苯甲酸酯和脫氫醋酸等常規(guī)防腐劑。 經(jīng)國內(nèi)外研究，隨著世界人口的不斷增長，有限的食物資源已難堪負重，而另一 方面，世界每年約有 1/6 至 1/5 的食品由于腐敗變質(zhì)不能食用。酸制品、乳品、肉制品、 蔬菜制品，果制品及其它食物制品的霉變給人類帶來了巨大的損失和危害，所以食品 防腐也是食品加工過程中不可缺少的一環(huán)，因此人類常見的月桂酸甘油酯都是作為防 腐劑對食品進行保鮮的。 國外用于食品防腐劑在美國有約 50 多種，日本約為 40 種，中國約為 32 種，目前 月桂酸甘油酯作為防腐劑已經(jīng)用于多種行業(yè)中，作為一種高效、安全的制劑，國內(nèi)外 對其的研究還在進一步加深，發(fā)展前景

16、十分好，并且月桂酸甘油酯已經(jīng)通過美國食品 與藥物管理局的公認。 近十年來，隨著各國人對食品安全意識的提高，有機無農(nóng)藥的食品日益增多，但 是這些食品在一段時間內(nèi)是不能被人們及時購買的，為了防止其不會腐敗、變質(zhì)，往 往要向食品中添加防腐劑、保鮮劑等等，月桂酸甘油酯是一種環(huán)保的食物制劑，它是 一種“不是防腐劑，勝似防腐劑”一種絕對安全的制劑，被許多國家應用，并對其進行 改良，提高它本身的性能，通過月桂酸甘油酯來研究更多，更安全的食品添加劑。 月桂酸甘油酯作為一種非離子表面活性劑，由于在抑菌、防腐等方面有很好的效 果，所以在許多領域有廣泛的用途，因而近年來得到了很快的發(fā)展。許多國家都對它 進行研究，研

17、究成果也非常明顯，月桂酸甘油酯作為表面活性劑的應用前進有重要意 義，特別在非水體系中的物化性能等方面總結了今年來國內(nèi)外應用現(xiàn)代實驗技術對非 離子表面活性劑締合結構物理化學性能的研究狀況，得到了許多有益的規(guī)律和結論， 并對各個研究領域進行了展望，非離子便面活性劑的研究為月桂酸甘油酯的研究提供 了大量的信息。 1.1.3 產(chǎn)品的特性與特點 本裝置產(chǎn)品為月桂酸、甘油、月桂酸甘油酯。 1. 月桂酸（Dode canoic acid）又叫十二烷酸，分子式 CH3(CH2)10COOH 或 C12H24O2，分子量 200.32，白色針狀晶體，熔點 44 ，沸點 225 （1.33103 Pa） ，密 度

18、 0.869 g/cm3 (50 ), 折射率 1.4323（45 ）,不溶于水，溶于乙醇、乙醚、苯等有機 溶劑，低毒。 2. 甘油（glycerim）又叫丙三醇 ，分子式 C3H8O3分子量 92.09，無色粘稠液體， 無氣味，有甜味，能吸潮，熔點 17 ，沸點 290 ，相對密度 1.26 g/mol (20 )、 （水 =1） 閃點 160 ，引燃點 320 ，飽和蒸汽壓力 0.4 KPa（20 ）相對蒸汽密度（空 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 3 氣=1）3.1 g/mol, 可溶于醇，不溶于醚、氯仿、油類。 3. 月桂酸甘油酯（Glyceryl laurate）分子式 C15H300

19、4，分子量 274.4，相對密度 0.98 g/mol 熔點 23 ，沸點 187 （1.33103 Pa） ，奶油色膏狀物，微有氣味，溶于甲 醇、乙醇、甲苯、乙醚。 1.1.4 產(chǎn)品的生產(chǎn)方法概述 月桂酸甘油酯的生產(chǎn)工藝路線是以甘油、月桂酸為原料，硫酸作為催化劑，通入 低壓氮氣作保護情況下進行酯化、中和、脫醇、精致，此方法生產(chǎn)月桂酸甘油酯的純 度可達到 90%以上，月桂酸甘油酯是由月桂酸和甘油而生成是一種油包水型（W/O） 乳化劑，抗菌劑、防腐劑、增粘劑，由于月桂酸甘油酯生產(chǎn)純度受生產(chǎn)設備、工藝原 料、溫度、壓力、反應物的物性等諸多因素的影響，為了更充分地發(fā)揮分子蒸餾的作 用，我采用蒸發(fā)水加

20、快反應，其產(chǎn)品的乳化效果更為理想。所以我采用酯化蒸餾法提 升產(chǎn)品的純度。 國外對這種方法技術加以發(fā)展、改進，形成有特色的專項技術，主要技術已通過 國家認證，并且生產(chǎn)技術還更進一步突破，國外很多公司應用這項技術進行生產(chǎn)驗證， 效果顯著，這種生產(chǎn)月桂酸甘油酯的生產(chǎn)方法是當今世界最先進，最廣泛使用的合成 技術，這種技術大大提升了月桂酸甘油酯作為防腐劑、乳化劑、所需的產(chǎn)量，這種合 成工藝是當今生產(chǎn)月桂酸甘油酯的主要工藝路線。 1.2 設計依據(jù) 1. 首先依據(jù)是老師布置的“任務書” 年產(chǎn) 2 000 噸月桂酸甘油酯車間的初步設計。 2. 依據(jù)學院出版社出版的化工工程設計 。 3. 齊齊哈爾大學實踐教學與

21、設備管理處頒發(fā)的齊齊哈爾大學本科畢業(yè)生設計論 文工作手冊 。 4. 依據(jù)國防工業(yè)出版社出版的過程設備機械基礎 。 5. 依據(jù)天津大學出版社出版的化工原理上下冊。 6. 依據(jù)華東理工大學出版社出版的精細化工反應器及車間工藝設計 。 7. 依據(jù)化工工業(yè)出版社出版的精細化工生產(chǎn)流程圖解 。 8. 依據(jù)西北工業(yè)大學出版社出版的化工過程設計 。 1.3 廠址選擇 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 4 1.3.1 廠址選擇原則 廠址選擇對于整個設計工作來說，是十分重要的環(huán)節(jié)。它是基本建設前期工作的 重要組成部分，是根據(jù)國民經(jīng)濟建設計劃和工業(yè)布局的要求選擇和確定工廠的建設位 置。 廠址選擇應該遵守以下基本原則：

22、 1. 根據(jù)國家城市或區(qū)域要求，堅持工業(yè)布局要大分散，小集中的原則，又要考慮 到鄰近企業(yè)的協(xié)作關系。 2. 堅持調(diào)查研究，實事求是的原則對建廠基本條件進行科學分析。貫徹以農(nóng)業(yè)為 基礎，以工業(yè)為指導方針，節(jié)約用地，盡量不占或少占農(nóng)田。 3. 注意環(huán)境保護，工廠與居住區(qū)要滿足衛(wèi)生防護標準，重視對三廢處理場地的合 理選擇，盡量少對生態(tài)、自然風景的破壞和影響。 4. 地形選擇要適合工廠的總面積的布置，并有發(fā)展余地，廠址的自然地形坡度要 與建筑物的相對布置，運輸關系和地面安排等要求相近似。 1.3.2 本次設計的廠址選擇 建廠地點：項目擬建廠址位于黑龍江省寶清縣城東南約 30 km 八五二農(nóng)場五分場，

23、北距煤礦首采區(qū) 5 km，南面緊鄰依繞公路，行政區(qū)劃隸屬寶清縣朝陽鄉(xiāng)境內(nèi)。 建設廠區(qū)廠址主要特點：寶清縣位于黑龍江省東北部，三江平原腹地。地處東經(jīng) 13112至 13330，北緯 4545至 4655?？h域三面環(huán)山，東南西部為山區(qū)和半山區(qū)， 北部為平原區(qū)，地貌特征概括為“四山一水四分田，半分蘆葦半草原”。行政區(qū)面積 10 001.27 平方公里，人口 42.4 萬。 地下水源充足，能有充足的水源供給工廠使用。而且寶清縣地處北溫帶大陸性季 風氣候區(qū)，受蒙古內(nèi)陸冷空氣和海洋暖流季風的影響，總的特點是：冬季寒冷有雪； 夏季溫熱多雨；春、秋季多風。全年無霜期較短，所以大氣降水是形成淺層地下水的 主要垂

24、直補給源。 寶清縣交通便利，四通八達。濱洲鐵路貫穿全境，與東北、華北鐵路網(wǎng)密切相聯(lián)， 溝通著東北和華北腹地，301 國道斜穿我縣，成為我縣與哈爾濱等以南地區(qū)、齊齊哈爾 等以北地區(qū)相互溝通的紐帶和橋梁。哈大高速公路的終端就在該區(qū)境內(nèi)，從寶清縣出 發(fā)至佳木斯市的行程僅需 1 個多小時，長途客車可直接通達省內(nèi)外 40 多個地市縣，區(qū) 內(nèi)鄉(xiāng)村通車率 100%。區(qū)內(nèi)距佳木斯市內(nèi)河碼頭僅 150 公里，距松花江港距 1 000 多里， 那里有通往全國各大港口的客運班輪和通往香港、日本、韓國、波斯灣、南非等國家 及地區(qū)的定期貨運班輪，而寶清縣距佳木斯機場佳木斯只有 2 個多小時的路程，從那 里可飛往香港、東

25、京、漢城等國家和地區(qū)，發(fā)達的交通已經(jīng)使寶清縣對外聯(lián)絡的門戶。 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 5 寶清縣具有優(yōu)越的區(qū)域自然地理環(huán)境。區(qū)域地處松嫩平原，氣候?qū)儆诖箨懶詺夂颉?黑土泛金，資源極為豐富。地下蘊藏著石油、天然氣、土堿、土鹽、土硝等自然資源， 為發(fā)展煤化工、天然氣，煤電一體化工業(yè)、石油化工提供了得天獨厚的自然條件，現(xiàn) 在寶清縣地區(qū)已經(jīng)成為全國最大的煤化工生產(chǎn)基地之一。 本工程地處寶清縣，工程所需各種原材料的供應資源非常豐富，施工所需的各種 技術力量也可以就近解決，交通運輸亦非常便利，為工程的實施創(chuàng)造了有利條件。該 廠建設不占用耕地，僅需要對廢棄車間進行拆除，構筑所需的廠房和設備即可投入生

26、產(chǎn)，可減少資源浪費，對環(huán)境的影響減少到最小。該地區(qū)極少發(fā)生地質(zhì)災害，且施工 難度小，建設投資低。 建設地點的社會經(jīng)濟條件，陸海空交通便捷，商貿(mào)發(fā)達，市場潛力巨大，產(chǎn)品可 遠銷國內(nèi)及東南亞地區(qū)。勞動力資源豐富、高素質(zhì)高學歷人才濟濟，對化工產(chǎn)業(yè)的研 發(fā)有很大的促進作用。 市場潛力大。這里經(jīng)濟發(fā)達，城鄉(xiāng)人均可支配收入高于全國平均水平，較強的購 買力,是投資者必須考慮的市場因素?？梢哉f，投資者在寶清縣投資，意味著在進入廣 闊的華北市場和東北市場上占了先機。 技術資源豐富。依托的東北腹地，是中國自然資源最豐富的地區(qū)，也是中國工業(yè) 企業(yè)的主要積聚區(qū)之一，可為投資者提供多方面的合作機會和生產(chǎn)配套。特別是東北

27、 國有企業(yè)規(guī)模較大，國家在國有企業(yè)利用國外資金、技術進行嫁接改造上，有不少鼓 勵政策。 總體來說，所選廠址較為合理。周圍存在大片空地可用，且由于離總廠位置比較 近，可以直接利當?shù)毓S生產(chǎn)的月桂酸，大大節(jié)省了原料的成本，由于酯交換工藝產(chǎn) 品價格的制約因素是原料的距離生產(chǎn)產(chǎn)品地區(qū)遠，在原料原產(chǎn)地建廠能夠降低一部分 投資和成本，具有潛在的經(jīng)濟效益。 我選用了酯交換工藝，明顯提高了產(chǎn)品收率，減少了一些不必要的損失。生產(chǎn)工 藝采用具有綠色環(huán)保、節(jié)能減耗的酯交換法，對環(huán)境污染小，是走持續(xù)發(fā)展路線、開 發(fā)綠色環(huán)保技術的典型工藝。該項目尊重自然、保護自然的發(fā)展要求，能夠符合國家 相關規(guī)定，同時響應國務院發(fā)布的

28、有關發(fā)展綠色化工的號召，必將得到政府優(yōu)惠政策 的支持和鼓勵，相信未來月桂酸甘油酯廠的發(fā)展前景會很好。 1.4 設計規(guī)模與生產(chǎn)制度 1.4.1 設計規(guī)模 生產(chǎn)月桂酸甘油酯的裝置是以月桂酸、甘油為生產(chǎn)原料，在低壓氮氣作為保護氣， 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 6 濃硫酸為催化劑的情況下，進行酯化、中和、脫醇、精制等，生產(chǎn)年產(chǎn) 2 000 噸的月桂 酸甘油酯。 設計為年產(chǎn) 2 000 噸的月桂酸甘油酯車間工藝的初步設計，一年的工作日按 330 天， 每天工作 24 小時，總反應時間 3 小時，輔助時間 2 小時。 1.4.2 生產(chǎn)制度 生產(chǎn)口號為“安全生產(chǎn)，質(zhì)量第一”。實行“四班三倒制”,月桂酸甘油

29、酯車間的人員 組成如表 1-1。 表 1-1 月桂酸甘油酯車間人員組成 人員名稱人數(shù)倒班制 車間主任 班長 酯化釜崗位工人 中和釜崗位工人 脫醇塔崗位工人 精制崗位工人 外線崗位工人 技術工人 臨時工人 1 4 4 2 2 2 1 2 若干 八小時工作制 四班三倒制 四班三倒制 四班三倒制 四班三倒制 四班三倒制 八小時工作制 八小時工作制 八小時工作制 在職工人共計 18 人，臨時工人若干。車間主任白天在車間主持工作，每班由一個 班長帶領倒班人員進行倒班。 1.5 原料及產(chǎn)品規(guī)格 1.5.1 主要原料規(guī)格及技術指標2 表 1-2 月桂酸的原料規(guī)格及技術指標 項目分析純化學純 含量% 熔點范圍

30、 灼燒殘渣 純度 98% 42.544.2 0.03 98.0% 97% 40.046.0 0.01 99.0% 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 7 碘價 g/100g 酸值 mg KOHg 灰分% 水分 未皂化值 0.05 0.4% 97% 0.2% 0.5% 0.02 0.001 - 0.000 1 0.000 1 表 1-3 甘油的原料規(guī)格及技術指標 含量分析純化學純 含量% 色度 酸度 mol/100g 堿度 mol/100g 灼燒殘渣% 氯化物（cl） 硫酸鹽 銨鹽 砷（AS） 重金屬% 脂肪酸酯 灰分% 其它雜質(zhì)% 99% 10 0.05 0.03 0.001 0.000 1 0.0

31、00 5 0.000 5 0.000 05 0.000 1 0.05 0.01 0.06 97 % 30 0.1 0.06 0.005 0.001 0.001 0.001 0.000 02 0.000 5 0.1 - - 1.6 綜合經(jīng)濟技術指標 對建設年產(chǎn) 2 000 噸月桂酸甘油酯裝置的建廠指標進行了估算，其原料、公用工程 需用量如下： 表 1-4 經(jīng)濟指標一覽表 項目指標 月桂酸 kg/批 甘油 kg/批 水 th 電 萬 kW h 汽 th 總投資 億元 852.27 467.17 1072 1596 18.7 8.26 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 8 年銷售收入 萬元 年利稅 萬元

32、 年利潤 萬元 65 247 16 846 12 409 第 2 章 工藝設計及計算 2.1 工藝原理 月桂酸與甘油在濃硫酸作催化劑，低壓氮氣做保護氣下發(fā)生酯化反應，生成月桂 酸甘油酯，反應方程式如下2： 月桂酸和甘油化生成月桂酸甘油酯： CH3(CH2)10COOH+CH2OHCHOHCH2CH3(CH2)10COOCH2CHOHCH2OH+H2O 濃硫酸 上述反應在 170 、0.22 MPa 條件下反應，月桂酸與甘油是 1:1.2 反應。 2.2 工藝路線的選擇 本設計是年產(chǎn) 2 000 噸的月桂酸甘油酯車間的初步設計，本設計是以濃硫酸作為催 化劑，低壓氮氣作為保護氣，反應釜在溫度 17

33、0 時，釜內(nèi)操作壓力 0.22 MPa 下進行 酯化、中和、脫醇、精制等反應。 2.3 工藝流程簡述 2.3.1 工藝流程示意圖 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 9 圖 2-1 帶控制點的工藝流程圖 2.3.2 工藝流程簡述 1. 原料預處理 月桂酸在常溫下為固體，所以將月桂酸固體放入預熔釜 E105 中預熔，然后用泵 P101 將月桂酸送入反應釜，甘油在常溫下為粘稠的液態(tài)不用預處理，直接儲放在原料 罐 V102 中。 2. 酯化反應段 首先要用氮氣吹去反應釜 R101 中的空氣，為了防止空氣中的樣對產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn) 生影響；由 PI101 顯示反應釜 R101 中的壓力由 PIC101 控制壓力。

34、然后向反應釜中加 入原料；月桂酸通過流量控制閥 FIC101 控制流量，由泵 P101 輸送到反應釜 R101 中。 甘油通過液位控制閥 LIC101 輸送到反應釜 R101 中。同時向反應釜中加入少量催化劑 加入到反應釜 R101 中。在反應釜 R101 中壓力控制在 0.22 MPa，溫度控制在 170 ， 反應釜的熱量由水蒸氣通過反應釜夾套供熱，通過控制水蒸氣的流量來達到控制溫度 的目的。反應釜 R101 的溫度由 T101 顯示，液位由 LIC102 顯示。反應釜中反應生成 的水與少量的月桂酸從反應釜 R101 出去通過換熱器 E103 換熱，在進入分離器 S101 將月桂酸和水分離，

35、少量的月桂酸回流到反應釜 R101，水與儲罐 V103 中的純堿液中 和，一同進入中和釜凈化工段。 3. 凈化工段 通過 3 小時的反應反應釜中的產(chǎn)品通過換熱器 E101 冷凝。在由 FIC102 流量控制 閥控制流量，由泵 P102 提供動力將產(chǎn)品輸送到凈化工段。由于此時產(chǎn)品中含有濃硫酸， 所以用 30%氫氧化鈉在中和釜 R102 中進行中和。中和完后的產(chǎn)品通過換熱器 E102 加 熱，在通過液位控制閥 LIC103 由泵 P103 輸送到脫醇精餾塔 T101 中。對產(chǎn)品進行分離。 4. 分離工段 進入脫醇塔，由 PI103 顯示脫醇塔 T101 中的壓力由 PIC103 控制壓力在 5-7

36、 Pa 真 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 10 空下，有 TIC107 控制溫度在 180 ,脫去未反應的甘油，從中脫醇精餾塔塔底出來的廢 醇作為廢醇進入儲罐 V101，塔頂出來的產(chǎn)品通過換熱器 E104 冷凝然后進入分離器 S102，分離出來的廢液直接進入儲罐 V105。而產(chǎn)品直接進入脫色釜進行脫色。 5. 精致工段 從 R-203 釜底出來的產(chǎn)品通過液位控制閥 LIC105 由泵 P104 輸送到 Y101 振動過 濾機中，進行精致，廢渣直接進入 V104 儲罐，得到產(chǎn)品月桂酸甘油酯。 2.4 工藝參數(shù) 月桂酸甘油酯生產(chǎn)的工藝參數(shù)如下表： 表 2-1 工藝參數(shù)表 序號工藝參數(shù)位號單位指標

37、1酯化反應釜壓力PIC101MPa0.20.1 2脫醇精餾塔壓力PIC103MPa5.02.0 3酯化反應釜溫度TIC101160-170 4酯化反應釜液位LIC102%80 5中和反應釜壓力PIC102MPa0.1 6脫醇精餾塔溫度TIC107180 7中和反應釜液位LIC103%80 2.5 物料衡算 2.5.1 物料衡算的意義與作用 物料衡算是化工計算中最基本，最重要的內(nèi)容之一，是進行化工計算的基礎。在 化學工程中，為了導出某一過程的基本方程式和建立數(shù)學模型，設計或改造工藝流程 和設備，核算生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效益等都要驚醒物料衡算。物料衡算在生產(chǎn)和設計中都 得到廣泛的應用。 在工廠設計中，物

38、料衡算是在工藝流程及工藝參數(shù)確定后即開始的一項化工計算 工作。因此，設計工作從定性分析轉入定量計算。 物料衡算是通過每一道工序的物料變化情況進行平衡計算，從而得到在正常生產(chǎn) 情況下各股物料的量。通過物料平衡在已知產(chǎn)品生產(chǎn)任務情況下算出所需要的原材料， 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 11 生成的副產(chǎn)物及廢物等的生成量，或者在已知原料投放情況下，算出產(chǎn)品，副產(chǎn)物及 廢物量。此外，通過物料衡算，可以算出原材料消耗定額，并在此次基礎上作出能量 平衡，算出動量消耗和消耗定額。算出生產(chǎn)過程所需要熱量或冷量，同時為設備選型 和計算提供依據(jù)。 物料衡算的結果直接關系到生產(chǎn)成本和車間運輸量，對工廠技術經(jīng)濟指標有

39、舉足 輕重的影響。 2.5.2 物料衡算的方法與步驟 1. 收集計算數(shù)據(jù) (1) 原料、輔料、中間產(chǎn)品及產(chǎn)品的規(guī)格； (2) 過程中單位時間內(nèi)的物流量； (3) 有關消耗定額； (4) 有關轉化率； (5) 有關物理化學常數(shù)。如相對密度，相平衡常數(shù)等。 2. 畫物料流程圖 3. 確定衡算范圍 4. 確定計算基準 2.5.3 物料衡算 設計為年產(chǎn) 2 000 噸月桂酸甘油酯車間工藝的初步設計，以每次投料量作為計算基 準，一年的工作日按 330 天計算，每天工作 24 小時，設計中采用以下數(shù)據(jù): 月桂酸的摩爾質(zhì)量 200.31 kg/mol 甘油的摩爾質(zhì)量 92.09 kg/mol 月桂酸甘油酯的

40、摩 爾質(zhì)量 274.4 kg/mol 水的摩爾質(zhì)量 18.01 kg/mol 濃硫酸的摩爾質(zhì)量 98 kg/mol 月桂酸甘 油酯的質(zhì)量濃度 85%。 1.酯化反應器： CH3(CH2)10COOH+CH2OHCHOHCH2CH3(CH2)10COOCH2CHOHCH2OH+H2O 濃硫酸 200.31 92.09 274.4 18 月桂酸甘油酯的質(zhì)量規(guī)格為 85% 月桂酸甘油酯的實際產(chǎn)量為 285%=1.7kg 6 10 6 10 ：= 1:1.2:1:1 3 RCOOH n ROH n 3 RCOOCH nOnH2 月桂酸甘油酯的物質(zhì)的量為：1.7106274.4=6 195.33 mol

41、 月桂酸的轉化率為：93.11% 月桂酸的物質(zhì)的量為：=6 195.33 mol 3 RCOOH n 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 12 月桂酸的質(zhì)量為：6 195.33200.3193.11%=1.33106 mol 月桂酸實際的物質(zhì)的量為：1.33106200.31=6 653.775 mol 月桂酸的純度為：99% 月桂酸實際質(zhì)量為：1.3310699%=1.35106 mol 因為： =1.2:1 則： OHCH n 33 RCOOH n 甘油的物質(zhì)的量為：6 653.7751.2=7 984.53 mol 甘油的質(zhì)量為：7 984.5392.09=7.35105 mol 甘油的純度為

42、：99.3% 投入甘油的總質(zhì)量為：7.3510599.3%=7.40105 mol 產(chǎn)生水的質(zhì)量為：6 195.3318.01=1.12105 mol 剩余甘油的質(zhì)量：（7 984.53-6 195.33）92.09=1.65mol 5 10 剩余月桂酸的質(zhì)量：1.35106（1-93.11%）=9.3104 mol 酯化反應時間為 3 h，輔助時間為 2 h。則每次進出口量以一年工作按 330 天計算，每 天工作 24 h，總生產(chǎn)時間為 5 小時，則總共投料批數(shù)為：330245=1 584 批 反應釜每次的進口物料量： 1. 月桂酸每次的投料量：kg/批27.85215841035 . 1

43、6 2. 甘油每次投料量：kg/批747 5 表 2-2 反應器進口物料平衡表 組分Kg/批分子量 月桂酸852.27200.31 甘油467.1792.09 合計1 319.44- 反應釜每次出口物料量： 1. 月桂酸甘油酯每次出口物料量：kg/批23.10731584107 . 1 6 2. 水的每次出口物料量：kg/批1.7701584102.11 5 3. 剩余月桂酸每次出口物料量：kg/批71.581584103 . 9 4 4. 剩余甘油每次出口物料量：kg/批7.11041584105.61 5 5. 雜質(zhì)每次出口物料量：kg/批62.1282.1306

44、44.1319 表 2-3 反應器出口物料平衡表 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 13 組分kg批分子量 月桂酸甘油酯1 073.23274.4 水70.7118.01 剩余月桂酸58.71200.31 剩余甘油104.1792.09 雜質(zhì)12.62- 合計1 319.44- 2. 脫醇精餾塔的物料衡算： 因為原料液為：月桂酸甘油酯=1 073.23 kg 甘油=104.17 kg 雜質(zhì)=12.62 kg 水=75.95 kg 所以 F=1 265.97 kg 因為塔底液為 W=104.17 kg 說以塔頂液為 D=F-W=1 265.97-104.171 161.8 kg 反 應 釜 月桂酸

45、1073.2 kg 甘油 467.17 kg 月桂酸 58.71 kg 月桂酸甘油酯 1 073.23 kg 甘油 104.17 kg批 水、雜質(zhì) 83.33 kg 圖 2-2 物料流程圖 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 14 脫 醇 精 餾 塔 月桂酸甘油酯 1 073.23 kg 甘油 104.17 kg 水 75.95 kg 雜質(zhì) 12.62 kg 月桂酸甘油酯 和水 1 149.18 kg/ 甘油 104.17 kg 雜質(zhì) 12.62 kg 圖 2-3 脫醇精餾塔物料衡算 2.6 熱量衡算 2.6.1 熱量衡算的意義與作用 在化工生產(chǎn)過程中，各工序都要在嚴格控制的工藝下（如溫度、壓力、流

46、量、濃 度等）進行。經(jīng)歷各種化學變化和物理變化進行生產(chǎn)。在這過程中，各類化工單元操 作，或者有動量的傳遞，或者有熱量的傳遞，或者有伴隨熱量的質(zhì)量傳遞。若有化學 反應，則不僅兼有“三傳”（動量傳遞，熱量傳遞，質(zhì)量傳遞） ，還具有“一反”（化學反 應產(chǎn)生的熱效應吸收或放熱） 。物質(zhì)在整個過程中發(fā)生質(zhì)量的傳遞和能量的變化。這 樣的化工計算稱為熱量衡算3。 化工生產(chǎn)中，能量衡算概括起來應用于以下幾個方面： (1) 確定效率 如流體輸運、攪拌、粉碎等單元操作中所需效率。 (2) 確定熱量或冷量 如蒸發(fā)、蒸餾、冷凝、冷卻、閃蒸等所需要的熱量或冷量。 (3) 確定供熱效率或放熱效率 如化學反應中，由于熱效應

47、（使體系的溫度上升或 下降）需確定的熱量或冷量。 (4) 確定節(jié)能措施 為充分利用余熱，降低總能量消耗所采用的相應措施。 2.6.2 熱量衡算及所需媒質(zhì)的量 熱平衡式： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6； （2- 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 15 1） 式中 Q1處理物料時需要的熱量 kJ； Q2加熱劑或冷卻劑與設備和物料傳遞的熱量（符號規(guī)定加熱劑加入熱量為“”， 冷卻劑吸收熱量為“”）kJ； Q3過程的熱效應（符號規(guī)定放熱為“”,過程吸熱為“”，注意：Q 與熱焓符號 相反，即 Q=H。如過程放熱則H 為“”，則 Q 為“”）kJ； Q4離開設備物料帶出的熱量 kJ； Q5設備各部件所消耗

48、的熱量 kJ； Q6設備向四周散失的熱量，又稱熱損失 kJ。 物料平衡表： 酯化反應器： 表 2-4 反應器進口物料平衡表 組分kg/批分子量 月桂酸852.27200.31 甲醇467.1792.09 合計1 319.44- 表 2-5 反應器出口物料平衡表 組分kg/批分子量 月桂酸甘油酯1 073.23274.4 水70.7118.01 剩余月桂酸58.71200.31 剩余甘油104.1792.09 雜質(zhì)12.62- 合計1 319.44- 以 0為計算基準： 月桂酸預熔罐 E105 預熱 25 101.1 KPa 由于月桂酸比熱容無法從表中直接查得，則有 Missenard 法計算。

49、MissenardCpl 法計算公式為：式中 i 代表 i 型基團，ni 是 i 基團的數(shù)目,i 為相應 i i iniCplCpl,Cpl 基團各參數(shù)。 25 時各基團貢獻參數(shù)由精細化工反應器及車間工藝設計 （華東理工大學出版 社）查得并列于下表： 表 2-6 25時各基團貢獻參數(shù) 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 16 CH3CH2COOH 41.628.278.7 Cpl=41.6+1028.2+78.7=402.3 J/molk kJ 20.4279225 3 . 4021.320027.852TmCplQ月桂酸 V-102 儲罐 25 25 時甘油的比熱容由化學化工物性數(shù)據(jù)手冊有機卷（化

50、學工業(yè)出版社） 。查 得為：115.8 J/molk kJ 5.21468625.81159.0927.1467TmCplQ甘油 反應器 R-101 反應溫度為：170 654321 QQQQQQ Q1處理物料時需要的熱量 kJ； Q2加熱劑或冷卻劑與設備和物料傳遞的熱量 kJ； Q3過程的熱效應 kJ； Q4離開設備物料帶出的熱量 kJ； Q5設備各部件所消耗的熱量 kJ； Q6設備向四周散失的熱量，又稱熱損失 kJ。 Q5，Q6可忽略不計則： 3142 QQQQ Q1處理物料時需要的熱量的計算： kJ45.5747825.1468620.42792 1 甘油月桂酸 QQQ Q4離開設備物料

51、帶出的熱量的計算： 同理由 Missenard 法計算計算月桂酸甘油酯和月桂酸 170 時。Cpl 170 時各基團貢獻參數(shù)由精細化工反應器及車間工藝設計華東理工大學出版 社查得并列于下表： 表 2-7 170時各基團貢獻參數(shù) CH3 CH2 COO COOH CH OH 48.4 31.0 64.9 94.2 28.1 71.2 月桂酸甘油酯的計算： =48.4+1231+64.9+28.1+271.2=655.8 J/molkCpl 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 17 kJ1.7436042170.865574.423.21073TmCplQ月桂酸甘油酯 月桂酸的計算: =48.5+103

52、1.0+94.2=452.60 J/molkCpl kJ37.22551170 6 . 45200.312 7 . 58TmCplQ月桂酸 甘油的計算： 170 時甘油的比熱容由化學化工物性數(shù)據(jù)手冊有機卷，化學工業(yè)出版社。查 得為：152.9 J/molk kJ66.20402170 9 . 15292.0971.104TmCplQ甘油 水的計算： 170 時水的比熱容由化學化工物性數(shù)據(jù)手冊有機卷（化學工業(yè)出版社） 。查 得為：4.187 kJ/kgk kJ4.02913170379 . 4 18.0170.01TmCplQ水 雜質(zhì)的計算設雜質(zhì)為水： kJ91.519170379 . 4 01

53、.1812.62TmCplQ水 則 雜質(zhì)水甘油月桂酸月桂酸甘油酯 QQQQQQ 4 =436 042.71+22 551.37+29 402.66+2 913.04+519.91=491 429.69 kJ Q3過程的熱效應的計算： 由于某些物質(zhì)的生成熱不能直接從物性表中查得所以選擇估算的方法。 由精細化工反應器及車間設計 （華東理工大學出版社）出版查得由卡拉奇法估 算物質(zhì)標準燃燒熱的公式為： knqc07.109 0 n：化合物燃燒時電子轉移數(shù)，其值 n=燃燒氧原子數(shù)2； ：取代基和鍵的校正值； K：分子中同樣取代基的數(shù)目； ：標準燃燒熱； 0 c q 月桂酸的計算： CH3(CH2)10C

54、OOH+O212CO2+12H2O n=342=68 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 18 由于COOH 不校正，則 =109.0768=7 416.76 kJ/mol 0 c q 由與之間的換算公式如下： 0 f q 0 c q =- （2- 0 f qiqni a )( 00 c q 1） ：物質(zhì)標準生成熱 kJ/mol； 0 f q ：物質(zhì)標準燃燒熱 kJ/mol； 0 c q ：組成該化合物的各元素標準燃燒熱 kJ/mol（其值見表） ； 0 a q n：化合物中同種元素的原子數(shù)： 表 2-8 元素的燃燒熱 元素燃燒過程元素燃燒熱，kJ/mol CCO2 391.5 HH2O 143.1

55、5 =12391.5+24143.15-7416.76=716.84 kJ/mol 0 f q 月桂酸甘油酯： CH3(CH2)10COOCH3+20.5O215CO2+15H2O n=412=82 由表查得=69.1 月桂酸甘油酯 =109.0782+69.1=9 012.84 kJ/mol 0 c q =15391.5+30143.15-9 012.84=1 154.16 kJ/mol 0 f q 水的反應焓由化學化工物性數(shù)據(jù)手冊有機卷（化學工業(yè)出版社）查得為： =719.29 kJ/kg=219.2918.01=12 954.41 kJ/mol 0 f H 由于= -，則=-719.29

56、 kJ/kg=-12 954.41 kJ/mol 0 f q 0 f H 0 f q 甘油的生成熱由化學化工物性數(shù)據(jù)手冊有機卷（化學工業(yè)出版社）查得為 =-585.3 kJ/mol 則 0 f q 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 19 =（1 154.16-12 954.4）-（716.84-585.3）=-11 931.78 kJ/mol 0 f q 則總反應熱為：（-11 931.78）=-46 667.44 kJ 4 .274 23.1073 計算 Q2加熱劑或冷卻劑與設備和物料傳遞的熱量的計算： kJ68.48061844.46667-45.57478-69.491429 3142 ）（

57、QQQQ 換熱器 E101 170 40 甘油的比熱容由化學化工物性數(shù)據(jù)手冊有機卷（化學工業(yè)出版社） 。查得為： 40 時 Cpl=115.8 J/molk 170 時 Cpl=152.9 J/molk 170 時=104.1792.09152.9170=29 402.66 kJTmCplQ 1 40 時=104.1792.09115.840=5 239.61 kJTmCplQ 2 由于月桂酸和月桂酸甘油酯比熱容無法從表中直接查得，則有 Missenard 法計算 。Missenard 法計算公式為：式中 i 代表 i 型基團，ni 是 i 基團的數(shù)Cpl i iniCplCpl, 目, i

58、為相應 i 基團各參數(shù)。Cpl 40 時各集團貢獻參數(shù)由精細化工反應器及車間工藝設計 （華東理工大學出版 社）查得并列于下表： 表 2-9 40時各基團貢獻參數(shù) CH3 CH2 COO CH OH COOH 41.7 28.3 59.0 24.9 44 78.7 170 時各基團貢獻參數(shù)由精細化工反應器及車間工藝設計華東理工大學出版 社查得并列于下表： 表 2-10 170時各基團貢獻參數(shù) CH3 CH2 COO COOH CH OH 48.4 31.0 64.9 94.2 28.1 71.2 月桂酸甘油酯的計算： 40 時=553.2 J/molk 170 時=655.8 J/molkCpl

59、Cpl 170 時=1 073.23274.4655.8170=436 042.71 kJTmCplQ 1 40 時=1 073.23274.4553.240=86 546.77 kJTmCplQ 2 月桂酸的計算： 齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文） 20 40 時=402.3 J/molk 170時=452.6 J/molkCplCpl 170 時=99%58.71200.31452.6170=22 325.86 kJTmCplQ 1 40 時=99%58.71200.31402.340=4 669.33 kJ TmCplQ 2 雜質(zhì)的計算設雜質(zhì)為水： 水的比熱容由化學化工物性數(shù)據(jù)手冊有機卷（化

60、學工業(yè)出版社） 。查得為： 170 時=4.379 kJ/kgk 40時=4.179 kJ/kgkCplCpl 170 時=12.6218.014.379170=519.91 kJTmCplQ 1 40 時=12.6218.014.17940=116.74 kJTmCplQ 2 則換熱器 E101 的熱負荷為：Q=Q1-Q2=391 628.69 kJ 換熱器 E103 170 40 由于月桂酸比熱容無法從表中直接查得，則有 Missenard 法計算。MissenardCpl 法計算公式為：式中 i 代表 i 型基團，ni 是 i 基團的數(shù)目,i 為相應 i i iniCplCpl,Cpl