年產(chǎn)80000噸丁辛醇丁醛縮合制辛烯醛車(chē)間設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、 摘 要丁辛醇是一種重要的基本有機(jī)化工原料。本設(shè)計(jì)是關(guān)于年產(chǎn)80000噸丁辛醇丁醛縮合制辛烯醛車(chē)間設(shè)計(jì)。查閱有關(guān)丁辛醇生產(chǎn)辛烯醛車(chē)間設(shè)計(jì)的資料后。首先敘述了丁辛醇生產(chǎn)的意義與應(yīng)用、市場(chǎng)分析、國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及生產(chǎn)方法的選擇，確定了辛烯醛合成工藝路線。然后進(jìn)行物料衡算、熱量衡算、關(guān)鍵設(shè)備的詳細(xì)計(jì)算以及其他設(shè)備的計(jì)算與選型。通過(guò)車(chē)間平立面布置原則對(duì)車(chē)間與設(shè)備進(jìn)行合理的布置。對(duì)自動(dòng)控制、環(huán)境保護(hù)及公用工程中的給排水、供熱、供電做了詳細(xì)的說(shuō)明。之后繪制了帶控制點(diǎn)的流程圖，車(chē)間及設(shè)備的平立面布置圖和關(guān)鍵設(shè)備裝配圖，順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。關(guān)鍵詞：丁辛醇；辛烯醛； 物料衡算； 熱量衡算abstract

2、butyl alcohol is an important basic organic chemicals.this design is about the annual output of 80000 tons of butyl octyl alcohol butyl aldehyde condensation system of octenal workshop design. consult relevant octenal butyl octyl alcohol production workshop design information. first describes the me

3、aning of butyl octyl alcohol production and application, market analysis, selection of domestic and foreign development present situation and the production method, the octenal synthesis process route is determined. then carries on the material balance, heat balance, the detailed calculation of key

4、equipment and other calculation and type selection of equipment. flat facade by workshop layout principle to reasonable layout of workshop and equipment. for automatic control, environment protection and utility of water supply and drainage, heating and power supply made detailed instructions. after

5、 the draw flow chart with control points, elevation layout of workshop and equipment and key equipment assembly drawing, smoothly completed the graduation design instruction.keywords : butyl alcohol ； octenal； material balance； heat balance目 錄摘 要iabstractii第1章 總論1 1.1 概述1 1.1.1 辛烯醛的意義與作用1 1.1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)

6、狀及發(fā)展前景1 1.1.3 產(chǎn)品的性質(zhì)與特點(diǎn)2 1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)3 1.3 廠址選擇3 1.4 設(shè)計(jì)規(guī)模與生產(chǎn)制度4 1.4.1 設(shè)計(jì)規(guī)模4 1.4.2 生產(chǎn)制度4 1.5 原料及產(chǎn)品規(guī)格5 1.5.1 主要原料規(guī)格及技術(shù)指標(biāo)5第2章 工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算6 2.1 工藝原理6 2.2 工藝路線的選擇6 2.3 工藝流程簡(jiǎn)述6 2.3.1 丁醛精餾塔7 2.3.2 混合器7 2.3.3 縮合反應(yīng)器7 2.3.4 層析器7 2.3.5 辛烯醛精餾塔7 2.4 工藝參數(shù)7 2.5 物料衡算8 2.6 熱量衡算11 2.6.1 概述11 2.6.2 辛烯醛精餾塔的熱量衡算11 2.6.3 異丁醛冷卻器的熱

7、量衡算12 2.6.4 氫氧化鈉預(yù)熱器熱量衡算13 2.6.5 混合器熱量衡算14 2.6.6 反應(yīng)物預(yù)熱器熱量衡算14 2.6.7 反應(yīng)器熱量衡算15 2.6.8 辛烯醛精餾塔熱量衡算15 2.7 化工軟件模擬17第3章 設(shè)備計(jì)算與選型19 3.1 縮合應(yīng)器設(shè)備計(jì)算19 3.1.1 確定反應(yīng)器及各種條件19 3.1.2 反應(yīng)器體積19 3.1.3 筒體直徑和高度的計(jì)算20 3.1.4 內(nèi)筒的壁厚20 3.1.5 夾套的內(nèi)徑和高度21 3.1.6 夾套的壁厚22 3.1.7 附屬結(jié)構(gòu)的選擇22 3.2 辛烯醛精餾塔設(shè)備計(jì)算23 3.2.1 塔板塔徑設(shè)計(jì)23 3.2.2 塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)24 3.2

8、.3 塔的附件27 3.2.4 塔高的確定28 3.3 換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算28 3.3.1 選擇換熱器的類型28 3.3.2 流程安排29 3.3.3 傳熱過(guò)程工藝計(jì)算29 3.3.4 工藝結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算30 3.3.5 換熱器主要傳熱參數(shù)核算31 3.4 其他設(shè)備工藝計(jì)算與選型36 3.4.1 丁醛精餾塔36 3.4.2 異丁醛冷卻器37 3.4.3 氫氧化鈉預(yù)熱器38 3.4.4 層析器前冷卻器39 3.4.5 辛烯醛精餾塔冷卻器39 3.4.6 辛烯醛精餾塔再沸器40 3.4.7 丁醛精餾塔冷凝器41 3.4.8 丁醛精餾塔再沸器42 3.5 泵的選型42 3.6 儲(chǔ)罐的計(jì)算與選型43第4章

9、設(shè)備一覽表45第5章 車(chē)間布置47 5.1 反應(yīng)器的布置47 5.2 精餾塔的布置48 5.3 換熱器的布置49 5.4 泵和回流罐的布置49第6章 自動(dòng)控制49 6.1 流量控制49 6.2 液位控制50 6.3 溫度控制50 6.4 壓力控制51第7章 環(huán)境保護(hù)51 7.1 三廢的產(chǎn)生情況52 7.2 三廢處理情況52第8章 公用工程52 8.1 給水排水52 8.2 供熱53 8.3 供電53結(jié)束語(yǔ)54參考文獻(xiàn)55致 謝56v第1章 總論1.1 概述1.1.1 辛烯醛的意義與作用丁醇主要用于制造鄰苯二甲酸、脂肪族二元酸及磷酸的正丁酯類增塑劑，它們廣泛用于各種塑料和橡膠制品中，也是有機(jī)合成

10、中制丁醛、丁酸、丁胺和乳酸丁酯等的原料。 辛醇主要用于制鄰苯二甲酸酯類及脂肪族二元酸酯類增塑劑如鄰苯二甲酸二辛酯、壬二酸二辛酯和癸二酸二辛酯等，分別用作塑料的主增塑劑和耐寒輔助增塑劑、消泡劑、分散劑、選礦劑和石油填加劑， 也用于印染、油漆、膠片等方面。我國(guó)丁辛醇自產(chǎn)率不足，國(guó)內(nèi)產(chǎn)量不能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求，是世界上最大的丁辛醇進(jìn)口國(guó)，丁辛醇在我國(guó)發(fā)展前景十分開(kāi)闊。而我所研究的課題中的辛烯醛是生成辛醇的中間產(chǎn)物，所以這一課題的研究對(duì)生產(chǎn)丁辛醇這個(gè)總課題有著十分重要的作用1。1.1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展前景丁辛醇合成方法有幾種。乙醛縮合法，發(fā)酵法，齊格勒法，羰基合成法。前前幾種方法被羰基合成法所取代

11、。羰基合成法又分為高、中、低壓合成法，同樣高壓和中壓合成法又被低壓合成法所取代。國(guó)外現(xiàn)在主要使用的是以銠基做為催化劑的低壓合成工藝方法，在這其中國(guó)外以戴維工藝，三菱化成工藝、巴斯夫工藝和伊士曼的工藝最具代表性2。催化劑具有低溫活性高、穩(wěn)定性好、正異構(gòu)比例可調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。hoeches/uhde是以硫化的三苯基膦作為配位體，目前為止使用該技術(shù)的較少?？v觀國(guó)內(nèi)外工藝技術(shù)發(fā)展的情況來(lái)看，這四個(gè)工藝都具有自已的優(yōu)勢(shì)，均處于世界領(lǐng)先地位。從流程的長(zhǎng)度和裝置的簡(jiǎn)易程度來(lái)說(shuō)，戴維工藝最短、最簡(jiǎn)單；從使用情況來(lái)看，戴維的合成工藝在全球的使用最多；從原材料消耗情況來(lái)說(shuō)，巴斯夫、伊士曼和戴維原材料消耗量較低，從對(duì)設(shè)

12、備所用材質(zhì)的要求來(lái)看，戴維工藝對(duì)設(shè)備材質(zhì)的要求最低，大部分為碳鋼，一小部分為304不銹鋼；伊斯曼的工藝技術(shù)可同時(shí)生產(chǎn)丁醛和丙醛，產(chǎn)品多樣靈活，對(duì)市場(chǎng)變化有強(qiáng)的適應(yīng)性。在市場(chǎng)變化較大的情況下，可以通過(guò)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的方法為企業(yè)的生存和發(fā)展贏得先機(jī)3。每個(gè)工藝具有不同的優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)北京化工研究院研制成功丙烯低壓羰基合成銠膦絡(luò)合催化劑、合成氣凈化催化劑等達(dá)到國(guó)外同類催化劑水平。吉林石化公司研究院在2001年成功開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的辛烯醛高壓液相加氫制辛醇催化劑，經(jīng)過(guò)吉化化肥廠丁辛醇裝置的多年應(yīng)用的有效證明，可以完全取代進(jìn)口方法4。北京化工大學(xué)開(kāi)發(fā)出來(lái)的“負(fù)載型水相催化劑”，其膦/銠比由工業(yè)上的250-300

13、下降到25，正異比由10提高到28.7，銠流失量由3-510-6下降至1.210-6，很好地解決了銠的流失問(wèn)題5。2003年中石化南化公司成功開(kāi)發(fā)了丁醛和辛烯醛氣相加氫反應(yīng)可替代進(jìn)口催化劑的催化劑，其中nch6-2辛烯醛加氫催化劑與nch6-1丁醛加氫催化劑分別在2003年上、下半年在齊魯石化第二化肥廠丁辛醇裝置上完成1000小時(shí)的工業(yè)側(cè)線試驗(yàn)，結(jié)果表明該催化劑的醛轉(zhuǎn)化率、醇選擇性及產(chǎn)品硫酸色度等性能指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)進(jìn)口催化劑水平6。銠催化技術(shù)是當(dāng)前丁醛衍生醇領(lǐng)主導(dǎo)催化劑。今后的研究方向?yàn)樾滦透咝湮惑w改性銠催化劑和開(kāi)發(fā)單程不循環(huán)工藝。ucc/kpt的以雙亞磷酸鹽做配位體的羰基合成技術(shù)是至今為

14、止全球最先進(jìn)的羰基合成生產(chǎn)技術(shù)。由于銠金屬資源貧乏，價(jià)格昂貴，還將迸一步開(kāi)發(fā)使用高效非銠催化劑的羰基合成技術(shù)。據(jù)報(bào)道，ucc公司開(kāi)發(fā)出非金屬鉬系催化劑；日本工業(yè)技術(shù)研究所開(kāi)發(fā)出在sncl2的條件下，以環(huán)烷基連結(jié)的雙磷配位體的鉑系催化劑；shell公司開(kāi)發(fā)出鉑系絡(luò)合物催化劑；hoechst公司最近開(kāi)發(fā)了一種水溶性鈷族化合物催化劑，可使烯烴在聚乙二醇作極性相的兩相溶劑體系中有效地進(jìn)行氫甲?；?。高碳烯烴對(duì)聚乙二醇的親和力比水好，因此可提高反應(yīng)速率。1.1.3 產(chǎn)品的性質(zhì)與特點(diǎn) 本設(shè)計(jì)中產(chǎn)品為辛烯醛，它是作為生產(chǎn)辛醇的中間物。 正丁醛（butyraldehyde）分子式c4h8o，無(wú)色透明液體，有窒

15、息性氣味。熔點(diǎn)-100，沸點(diǎn)75.7，當(dāng)水的密度為1時(shí)相對(duì)密度0.80，微溶于水，溶于乙醇、乙醇、乙醚等多數(shù)有機(jī)劑，用作樹(shù)脂、塑料增塑劑、硫化促進(jìn)劑、殺蟲(chóng)劑等的中間體。 異丁醛（isobutyraldehyde）分子式c4h8o，無(wú)色透明液體，有刺激性氣味。熔點(diǎn)為-65，沸點(diǎn)64，當(dāng)水的密度為1時(shí)相對(duì)密度0.79，在空氣中逐漸氧化成異丁酸。微溶于水，能與乙醇、苯、氯仿、乙醚、甲苯、丙酮、二硫化碳混溶。用于制備橡膠硫化促進(jìn)劑和防老劑、異丁酸、異丁胺、新戊二醇及異丁叉二脲緩效肥料等。 辛烯醛（2-ethyl-2-hexenal）分子式c8h14o，熔點(diǎn)沸點(diǎn)175，相對(duì)密度0.85。不溶于水，溶于醇

16、、醚等。除能與烯鍵試劑和羰基試劑發(fā)生1,2-加成反應(yīng)外，還可發(fā)生1,4-加成反應(yīng)。易被氧化成酸，烯鍵也可被化學(xué)還原劑還原，最終產(chǎn)物為飽和醇。由正丁醛在稀堿或稀酸作用下，生成-羥基醛再脫水制得，用作有機(jī)合成試劑。 氫氧化鈉（sodium hydroxide）分子式naoh，相對(duì)分子質(zhì)量40.1，相對(duì)密度2.13，熔點(diǎn)318，沸點(diǎn)1390，有腐蝕性。其水溶液有澀味和滑膩感，溶于水、乙醇時(shí)或溶液與酸混合時(shí)產(chǎn)生劇熱。廣泛應(yīng)用的污水處理劑、基本分析試劑、配制分析用標(biāo)準(zhǔn)堿液、少量二氧化碳和水分的吸收劑、酸的中和鈉鹽制造。制造其它含氫氧根離子的試劑；在造紙、印染、廢水處理、電鍍、化工鉆探方面均有重要用途；國(guó)

17、內(nèi)品牌有：天惠牌、天工牌、金達(dá)牌。氫氧化鈉還是許多有機(jī)反應(yīng)的良好催化劑。 水（water）分子式h2o，相對(duì)分子質(zhì)量18，沸點(diǎn)100，比熱容：4.186j/（g），密度1000 kg/m3。1.2 設(shè)計(jì)依據(jù) 齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院化工系頒發(fā)的化工系畢業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)文件匯編。首選依據(jù)是老師布置的任務(wù)書(shū)“年產(chǎn)80000噸丁辛醇丁醛縮合制辛烯醛車(chē)間工段”的初步設(shè)計(jì)。 依據(jù)aspen軟件模擬所得數(shù)據(jù)。 依據(jù)化工設(shè)計(jì)手冊(cè)。 齊齊哈爾大學(xué)實(shí)踐教學(xué)與設(shè)備管理處頒發(fā)的齊齊哈爾大學(xué)本科畢業(yè)生設(shè)計(jì)(論文)工作手冊(cè)。1.3 廠址選擇廠址選擇是化工裝置建設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是一項(xiàng)政策性、技術(shù)性很強(qiáng)的工作。廠址選擇

18、不僅影響到生產(chǎn)成本、利潤(rùn)，而且還關(guān)系到生產(chǎn)是否能夠安全穩(wěn)定進(jìn)行。選擇廠址時(shí)需要綜合考慮原料來(lái)源、運(yùn)輸條件、優(yōu)惠政策、基礎(chǔ)設(shè)施、社會(huì)效益等等方面，以有效降低公司產(chǎn)品成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力8。本設(shè)計(jì)選址擬建在大慶市高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)林源園區(qū)。 大慶高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)林源園區(qū)，位于大慶市慶南新城林源工業(yè)區(qū)，東鄰大慶油田有限責(zé)任公司采油七廠、八廠、九廠，西依大慶煉化公司林源生產(chǎn)區(qū)，是大慶南部接續(xù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的平臺(tái)，土地資源豐富?？傄?guī)劃面積83平方公里，園區(qū)規(guī)劃占地25.67平方公里，園區(qū)內(nèi)有成片的發(fā)展用地，大規(guī)模開(kāi)發(fā)建設(shè)不占用耕地、無(wú)移民搬遷、土地開(kāi)發(fā)成本低，為工業(yè)建設(shè)提供了廣闊的土地資源。林源園區(qū)作為大慶市

19、慶南新城林源工業(yè)區(qū)建設(shè)的重要載體，是高新技術(shù)企業(yè)成長(zhǎng)和發(fā)展的搖籃。它的運(yùn)輸十分便利，東北地區(qū)主要鐵路線-讓通鐵路線在林源園區(qū)通過(guò)，林源車(chē)站跨沈、哈兩局，運(yùn)輸成本較低。在原料方面，區(qū)內(nèi)的石化企業(yè)主有林源煉油廠、大慶聯(lián)誼石化股份有限公司、上海中油錦華實(shí)業(yè)有限公司和大慶久隆精細(xì)化工有限公司。所以原料來(lái)源十分充足和方便。園區(qū)位于被稱為百湖之城的大慶，水資源十分豐富。在自然條件方面，高新區(qū)地處寒溫帶，屬于大陸性季風(fēng)氣候，區(qū)內(nèi)海拔高度在143.0148.8米之間，地勢(shì)較平坦，高度起伏不大。年平均氣溫為3.9，冬季最低溫度為-32.4，夏季最高溫度35.4，年平均日照時(shí)數(shù)2600小時(shí)，年平均相對(duì)濕度63.1

20、%，年平均風(fēng)速3.3米/秒，主導(dǎo)風(fēng)向冬季為西北風(fēng)，夏季為西南風(fēng)，年平均降雨量476.9毫米，年平均蒸發(fā)量1517.9毫米，最大積雪深度220毫米，最大凍土深度為-2.09米，全年無(wú)霜期為173天，地震烈度6度。在廠區(qū)環(huán)境方面，園區(qū)的化學(xué)需氧量、氮氨、煙塵、工業(yè)粉塵和工業(yè)固體廢棄物排放量全部控制在國(guó)家指標(biāo)以內(nèi)，二氧化硫排放量通過(guò)采取措施可控制在國(guó)家指標(biāo)以內(nèi)。人居環(huán)境優(yōu)美。國(guó)家森林公園和紅旗林場(chǎng)環(huán)繞周?chē)?，這里空氣清新，綠樹(shù)成蔭，風(fēng)景秀麗。1.4 設(shè)計(jì)規(guī)模與生產(chǎn)制度1.4.1 設(shè)計(jì)規(guī)模辛烯醛生產(chǎn)裝置以丁醛為原料，氫氧化鈉溶液為催化劑，先進(jìn)行正丁醛提純，然后使之與氫氧化鈉溶液混合，之后丁醛在攪拌釜式反

21、應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)生產(chǎn)辛烯醛。其中生產(chǎn)能力為55000噸辛烯醛。1.4.2 生產(chǎn)制度員工要樹(shù)立“安全第一”的思想，自覺(jué)接受安全教育，學(xué)習(xí)安全知識(shí)，提高技術(shù)水平，保證生產(chǎn)的安全性。生產(chǎn)中要嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行操作，避免各類事故發(fā)生。生產(chǎn)崗位員工必須按規(guī)定穿戴勞動(dòng)保護(hù)用品。車(chē)間安全員工要切實(shí)履行職責(zé)，隨時(shí)檢查安全生產(chǎn)制度，落實(shí)情況，制止違章操作和冒險(xiǎn)作業(yè)。電器和機(jī)械設(shè)備故障應(yīng)有專業(yè)人員排除，非專業(yè)人員嚴(yán)禁自己動(dòng)手處理。廠區(qū)內(nèi)原則上禁止動(dòng)用明火，需要?jiǎng)踊饡r(shí)要請(qǐng)示領(lǐng)導(dǎo)并做好安全工作。為防止火災(zāi)與爆炸的發(fā)生，要在思想上高度重視，要貫徹“安全生產(chǎn)，重在預(yù)防”的方針9。生產(chǎn)口號(hào)為“安全生產(chǎn)，一次完成”。表1-1

22、 三班兩倒制人員組成人員名稱人數(shù)倒班制車(chē)間主任18小時(shí)工作制班長(zhǎng)4四班三倒制丁醛提純崗位工人4四班三倒制丁醛反應(yīng)崗位工人4四班三倒制辛烯醛提純崗位工人4四班三倒制技術(shù)工人若干8小時(shí)工作制在職工人共計(jì)25人，臨時(shí)工人若干。車(chē)間主任白天在車(chē)間主持工作，每班由一個(gè)班長(zhǎng)帶領(lǐng)倒班人員進(jìn)行倒班。日常交接班是傳遞安全生產(chǎn)信息以及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題提出問(wèn)題的重要通道。接班人員提前20分鐘由正值班工帶領(lǐng)進(jìn)入交接地點(diǎn)，靜心聽(tīng)取交班人員交代全部運(yùn)行維護(hù)情況和注意事項(xiàng)。有疑問(wèn)時(shí)應(yīng)詢問(wèn)清楚，然后由交班人員陪同，對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，確認(rèn)無(wú)問(wèn)題后簽字接班。1.5 原料及產(chǎn)品規(guī)格1.5.1 主要原料規(guī)格及技術(shù)指標(biāo)表1-2 主要原料規(guī)格及技

23、術(shù)指標(biāo)項(xiàng) 目指 標(biāo)分子量粘度cp密度g/ml丁醛原料70750.290.77氫氧化鈉溶液原料35450.501.01表1-3 辛烯醛質(zhì)量指標(biāo)指標(biāo)名稱電池級(jí)優(yōu)級(jí)品一級(jí)品合格品主含量99.899.799.598.5灰分0.010.010.030.3水分0.010.10.20.3色度10101030密度1.2000.005外觀無(wú)透明無(wú)機(jī)械雜質(zhì)液體第2章 工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1 工藝原理naoh 辛烯醛的制備是正丁醛在0.02wt氫氧化鈉溶液作為催化劑作用下在反應(yīng)器中進(jìn)行自縮合反應(yīng)生成辛烯醛。120 反應(yīng)式為： 2ch3ch2ch2cho ch3ch2ch2ch=ccho+h2o2.2 工藝路線的選擇

24、目前丁辛醇合成方法有幾種。乙醛縮合法，發(fā)酵法，齊格勒法，羰基合成法。前前幾種方法被羰基合成法所取代。羰基合成法又分為高、中、低壓合成法，同樣高壓和中壓合成法又被低壓合成法所取代10。國(guó)外現(xiàn)在主要使用的是以銠為催化劑的低壓合成工藝，其中國(guó)外以戴維，三菱化成和巴斯夫和伊士曼的工藝具代表性。具有低溫活性高、穩(wěn)定性好、正異構(gòu)比例可調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)所用的方法為羰基合成法，而我所設(shè)計(jì)的是羰基合成法年產(chǎn)8萬(wàn)噸丁辛醇工藝中正丁醛縮合制辛烯醛車(chē)間的設(shè)計(jì)。2.3 工藝流程簡(jiǎn)述 圖2-1 工藝流程圖2.3.1 丁醛精餾塔原料正丁醛和異丁醛的混合物首先進(jìn)入精餾塔中進(jìn)行提純，經(jīng)過(guò)模擬后所選正丁醛精餾塔塔板為130塊，

25、進(jìn)料板為第43塊塔板，經(jīng)過(guò)精餾塔后正丁醛純度能夠達(dá)到99.8%，而從塔頂出來(lái)的異丁醛經(jīng)過(guò)冷卻后被送入下一工段或者放入異丁醛儲(chǔ)罐，作為生產(chǎn)異丁醇的原料。2.3.2 混合器混合器的作用是使不同的物質(zhì)進(jìn)行混合，而本設(shè)計(jì)中的混合器是使原料正丁醛與反應(yīng)催化劑0.02wt的氫氧化鈉溶液混合，當(dāng)然，氫氧化鈉溶液要經(jīng)過(guò)預(yù)熱處理，最終90.5的正丁醛與60的氫氧化鈉溶液混合為87.7的溶液，由泵輸送到反應(yīng)器預(yù)熱器。2.3.3 縮合反應(yīng)器從混合器輸送過(guò)來(lái)的混合溶液經(jīng)過(guò)預(yù)熱器預(yù)熱到120，4.6bar條件下進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)的正丁醛轉(zhuǎn)化率為98%，最終在反應(yīng)器中生成辛烯醛和水，同時(shí)反應(yīng)器中還有沒(méi)反應(yīng)完全的正丁

26、醛，所以為了得到比較純的辛烯醛，這些混合物應(yīng)該被提純。2.3.4 層析器辛烯醛被冷卻后進(jìn)入層析器，層析器在本設(shè)計(jì)中是通過(guò)兩相分離器進(jìn)行模擬的，在層析器中只是進(jìn)行了油水分層進(jìn)而分離的操作。水相經(jīng)過(guò)處理后并補(bǔ)充一定量的氫氧化鈉再次與正丁醛原料混合，已達(dá)到氫氧化鈉溶液的循環(huán)利用。2.3.5 辛烯醛精餾塔層析器分理出的油相進(jìn)入精餾塔中，精餾塔具有13塊塔板進(jìn)料板為第7塊，最終達(dá)到辛烯醛的質(zhì)量純度為99.8%，接著辛烯醛送入儲(chǔ)罐或者泵送入制辛醇工段。2.4 工藝參數(shù) 辛烯醛生產(chǎn)工藝參數(shù)如下表：表2-1 工藝參數(shù)表序號(hào)工藝參數(shù)位號(hào)單位指標(biāo)1t101塔頂出口壓力pic101mpa0.1-0.152t102塔

27、底出口壓力pic102mpa0.15-0.23r101出口溫度tic106115-1202.5 物料衡算物料衡算是化工計(jì)算中最基本最重要的內(nèi)容之一，是進(jìn)行化工計(jì)算的基礎(chǔ)。所以物料衡算的結(jié)果直接關(guān)系到生產(chǎn)成本和車(chē)間運(yùn)輸量，對(duì)工廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有舉足輕重的影響11。 本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)55000噸辛醇，辛烯醛氣相加氫轉(zhuǎn)化率為98，辛烯醛純度99.8，正丁醛縮合轉(zhuǎn)化率98，年工作時(shí)間為244天。正丁醛占進(jìn)料量89.5，由此可以計(jì)算： 年產(chǎn)辛烯醛質(zhì)量： m辛= t 年需要正丁醛的量： m正=t 每小時(shí)原料進(jìn)料量： m原=t 物料流程圖及計(jì)算為：f4縮合反應(yīng)器 層析器f7辛烯醛精餾塔f9輕組分 丁醛精餾塔f2f

28、5f6 混合器f1丁醛f3f8f10辛烯醛圖2-2 物料衡算計(jì)算簡(jiǎn)圖丁醛精餾塔塔頂輕組分回收率98.9%，原料進(jìn)料輕組分質(zhì)量占10.5%，塔底輕組分回收率0.2%，f1為12.089t，所以可列式：f=d1+w1ff=d1d+w1w12.089=d1+w112.0890.105=d10.989+w10.002由此可得：d1=f4=1.262tw1=f2=10.827tf3是氫氧化鈉溶液的進(jìn)料量，在本設(shè)計(jì)中氫氧化鈉溶液是作為催化劑使用的，所以氫氧化鈉溶液的量是少量的，并且是已知量，f3=0.137t?；旌掀鲿r(shí)將兩種物料進(jìn)行混合所以混合前后忽略損失下可以認(rèn)為混合前后物料質(zhì)量沒(méi)有發(fā)生變化，所以f5=

29、10.424t?？s合反應(yīng)器中正丁醛轉(zhuǎn)化率98%，假設(shè)系統(tǒng)損失1%，可得：f6=10.638t層析器是將油水進(jìn)行分離，分離前后物料量沒(méi)有發(fā)生變化。f7=9.612tf8=1.026t辛烯醛精餾塔進(jìn)料輕組分質(zhì)量占3.8%，塔頂輕組分回收率為79.7%，塔底輕組分回收率0.2%，f7=9.612t，則可列式：f7=d7+w7f7f=d7d+w7w9.612=d7+w79.6120.038=d70.797+w70.002 由此可得：d7=f9=0.435tw7 = f10=9.177t 總物料衡算： 總進(jìn)料量為：f1+f3=12.089+0.137=12.226t 總出料量為：f4+f8+f9+f10

30、=1.262+1.026+0.435+9.177=11.9t 根據(jù)以上數(shù)據(jù)系統(tǒng)物料守恒表2-2 總物料恒算表進(jìn)料出料物流流量kg/h物流流量 kg/hf112089f41262f3137f81026f9435f109177合計(jì)12226合計(jì)11900 各設(shè)備物料恒算表如下： 丁醛精餾塔恒算結(jié)果見(jiàn)表2-3： 表2-3 丁醛精餾塔物料恒算表進(jìn)料出料物流流量kg/h物流流量kg/hf112089f210827f41262合計(jì)12089合計(jì)12089 混合器恒算結(jié)果見(jiàn)表2-4： 表2-4 混合器物料恒算表進(jìn)料出料物流流量kg/h物流流量kg/hf210827f510964f3137合計(jì)10964合計(jì)1

31、0964 縮合反應(yīng)器恒算結(jié)果見(jiàn)表2-5：表2-5 縮合反應(yīng)器物料恒算表進(jìn)料出料物流流量kg/h物流流量kg/hf510964f610638合計(jì)10964合計(jì)10638 層析器恒算結(jié)果見(jiàn)表2-6： 表2-6 層析器物料恒算表進(jìn)料出料物流流量kg/h物流流量kg/hf610638f79612f81026合計(jì)10638合計(jì)10.638辛烯醛精餾塔恒算結(jié)果見(jiàn)表2-7： 表2-7 辛烯醛精餾塔物料恒算表進(jìn)料出料物流流量kg/h物流流量kg/hf79612f9435f109177合計(jì)9612合計(jì)96122.6 熱量衡算2.6.1 概述 擬建年產(chǎn)55000噸辛烯醛生產(chǎn)裝置，在全工藝段中伴隨著物料從一個(gè)體系或

32、單元進(jìn)入另一個(gè)體系或單元，在發(fā)生質(zhì)量傳遞的同時(shí)也伴隨著能量的消耗、釋放和轉(zhuǎn)化。其中的能量變換關(guān)系可以從能量衡算求得，對(duì)于新設(shè)計(jì)的車(chē)間，可以由此確定設(shè)備的熱負(fù)荷。再根據(jù)設(shè)備的熱負(fù)荷的大小、所處理的物料的性質(zhì)及工藝要求選擇恰當(dāng)?shù)脑O(shè)備?？傊?，通過(guò)下述的能量衡算，可以為后續(xù)的設(shè)計(jì)工作中提高熱量的利用率，降低能耗提供主要依據(jù)12。2.6.2 辛烯醛精餾塔的熱量衡算圖2-3 丁醛精餾塔熱量衡算簡(jiǎn)圖由aspen模擬可知如下數(shù)據(jù)：已知比熱容c1=2.417kj/kgk ，c2=2.354kj/kgk，c4=c6=2.313kj/kgk，c3=2.545kj/kgk，c5=c7=2.704kj/kgk；質(zhì)量流量

33、m1=12089kg/h， m2=28814.132kg/h，m3=44141.689kg/h，m4=26282.787kg/h，m6=1262kg/h，m7=10827kg/h，m5=33322.034kg/h，溫度t1=323.15k，t2=336.85k，t3=363.55k，t4=336.75k，t5=363.65k， t6=336.75k ，t7=363.65k。所需熱量計(jì)算如下：q1=c1m1t1=2.41712089323.15=9.442106kj/hq2=c2m2t2=2.35428814.132336.85=2.284107kj/hq3=c3m3t3=2.54544141.

34、689363.55=4.084107kj/hq4=c4m4t4=2.31326282.787336.75=2.047107kj/hq5=c5m5t5=2.70433322.034363.65=3.277107kj/hq6=c6m6t6=2.3131262336.75=9.830105kj/hq7=c7m7t7=2.70410827363.65=1.065107kj/h丁醛精餾塔冷凝器、再沸器熱負(fù)荷：q冷=q4+q6-q2=2.047107+9.830105-2.284107=-1.387106kj/hq沸=q5+q7-q3=3.277107+1.065107-4.084107=2.59106k

35、j/h丁醛精餾塔熱量衡算如下表： 表2-8 丁醛精餾塔熱量衡算表 進(jìn)料熱量kj/h出料熱量kj/hq19.442106q22.284107q42.047107q34.084107q53.277107q69.830105合計(jì)6.268107q7合計(jì)1.0651077.531107表2-9 丁醛精餾塔熱負(fù)荷表再沸器冷凝器q熱負(fù)荷kj/h2.59106-1.3871061.2031062.6.3 異丁醛冷卻器的熱量衡算圖2-4 異丁醛冷卻器熱量衡算簡(jiǎn)圖 已知比熱容c1=2.313kj/kgk，c2=2.22kj/kgk，溫度t1=336.75k，t2=313.15k，質(zhì)量流量為m1= m2=1262

36、kg/h。 所需熱量計(jì)算如下： q1=c1m1t1=2.3131262336.75=9.830105kj/hq2=c2m2t2=2.221262313.15=8.773105kj/h冷卻器的熱負(fù)荷：q冷=q2-q1=8.773105-9.830105=-1.057105kj/h異丁醛冷卻器熱量衡算如下表：表2-8 冷卻器熱量衡算表進(jìn)料熱量kj/h出料熱量kj/h熱負(fù)荷kj/h9.8301058.773105-1.0571052.6.4 氫氧化鈉預(yù)熱器熱量衡算圖2-5 氫氧化鈉預(yù)熱器熱量衡算簡(jiǎn)圖 已知比熱容c1=4.082kj/kgk ，c2=4.068kj/kgk，質(zhì)量流量m1= m2=137

37、kg/h，溫度為t1=288.15k，t2=333.15k。 所需熱量計(jì)算如下： q1=c1m1t1=4.082137288.15=1.671105kj/hq2=c2m2t2=4.068137333.15=1.857105kj/h冷卻器的熱負(fù)荷：q冷=q2-q1=1.857105-1.671105=2.46104kj/h氫氧化鈉預(yù)熱器熱量衡算如下表：表2-9 冷卻器熱量衡算表進(jìn)料熱量kj/h出料熱量kj/h熱負(fù)荷kj/h1.6711051.8571052.461042.6.5 混合器熱量衡算圖2-6 混合器熱量衡算簡(jiǎn)圖 已知比熱容c1=2.704kj/kgk，c2=4.068kj/kgk，c3

38、=2.703kj/kgk，溫度t1=363.65k， t2=333.15k，t3=360.85k，質(zhì)量流量m1=10827kg/h，m2=137kg/h，m3=10964kg/h。所需熱量計(jì)算如下：q1=c1m1t1=2.70410827363.65=1.065107kj/hq2=c2m2t2=4.068137333.15=1.857105kj/hq3=c3m3t3=2.70310964360.85=1.0694107kj/h混合器熱量衡算如下表：表2-10 混合器熱量衡算表進(jìn)料熱量kj/h出料熱量kj/hq11.065107q31.0694107q21.857105合計(jì)1.0835107合計(jì)

39、1.06941072.6.6 反應(yīng)物預(yù)熱器熱量衡算圖2-7 反應(yīng)物預(yù)熱器簡(jiǎn)圖 已知比熱容c1=2.727kj/kgk，c2=2.916kj/kgk，溫度t1=364.45k ，t2=393.15k， 質(zhì)量流量為m1= m2=10964kg/h。 所需熱量計(jì)算如下： q1=c1m1t1=2.72710964364.45=1.0897107kj/hq2=c2m2t2=2.91610964333.15=1.2569107kj/h冷卻器的熱負(fù)荷：q冷=q2-q1=1.2569107-1.0897107=1.627106kj/h 冷卻器熱量衡算如下表：表2-11 冷卻器熱量衡算表進(jìn)料熱量kj/h出料熱量

40、kj/h熱負(fù)荷kj/h1.08971071.25691071.6271062.6.7 反應(yīng)器熱量衡算圖2-8 反應(yīng)器簡(jiǎn)圖 由于反應(yīng)為恒溫反應(yīng)，所以反應(yīng)前后溫度，比熱容相同，則已知數(shù)據(jù)如下：比熱容c1=c2=2.884kj/kgk，溫度t1=t2=393.15k，質(zhì)量流量m1=10964kg/h，m2=10638kg/h。 所需熱量計(jì)算如下： q1=c1m1t1=2.88410964393.15=1.243107kj/hq2=c2m2t2=2.88410638393.15=1.206107kj/hq反=nh=3.156106kj/h反應(yīng)器熱量衡算如下表：表2-12 反應(yīng)器熱量衡算表進(jìn)料熱量kj/

41、h出料熱量kj/h反應(yīng)熱kj/h1.2431071.2061073.1561062.6.8 辛烯醛精餾塔熱量衡算 已知比熱容c1=2.395kj/kgk，c2=2.527kj/kgk，c4=2.452kj/kgk，c6=2.452kj/kgk，c3=2.462kj/kgk，c5=c7=2.545kj/kgk，質(zhì)量m1=10638kg/h，m2=584kg/h，m3=15177kg/h，m4=151.4kg/h，m5=5996.9kg/h，m6=435kg/h，m7=9177kg/h，溫度t1=383.15k，t2=385.35k，t3=452.15k，t4=365.55k，t5=463.35k

42、，t6=365.55k，t7=463.35k。圖2-9 辛烯醛精餾塔簡(jiǎn)圖所需熱量計(jì)算如下：q1=c1m1t1=2.39510638383.15=9.803106kj/hq2=c2m2t2=2.527584385.35=5.684105kj/hq3=c3m3t3=2.46215177452.15=1.683107kj/hq4=c4m4t4=2.452151.4365.55=1.357105kj/hq5=c5m5t5=2.5455996.9463.35=7.072106kj/hq6=c6m6t6=2.452435365.55=3.899105kj/hq7=c7m7t7=2.5459177463.3

43、5=1.0822107kj/h辛烯醛冷凝器、再沸器熱負(fù)荷：q冷=q4+q6-q2=1.357105+3.899105-5.684105=-4.28104kj/hq沸=q5+q7-q3=7.072106+1.0822107-1.683107=1.064106kj/h表2-13 丁醛精餾塔熱負(fù)荷表再沸器冷凝器q熱負(fù)荷kj/h1.0641064.281041.021106 表2-14 丁醛精餾塔熱量衡算表 進(jìn)料熱量kj/h出料熱量kj/hq19.803106q25.684105q41.357105q31.683107q57.072106q63.8991052.7 化工軟件模擬 本設(shè)計(jì)所采用的化工模擬

44、軟件是aspen軟件，用其對(duì)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行模擬。在模擬中輸入工藝參數(shù)，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算得出相應(yīng)結(jié)果，它在本設(shè)計(jì)中的重要作用是同手算進(jìn)行對(duì)比以此進(jìn)行校正修改。 丁醛精餾塔模擬結(jié)果：圖2-10 丁醛精餾塔模擬結(jié)果圖 丁醛精餾塔的模擬進(jìn)料情況如下表：表2-15 丁醛精餾塔物料進(jìn)出表項(xiàng)目流量kg/h溫度壓力mpa進(jìn)料正丁醛10819.6550.00.20異丁醛1269.3550.00.20塔頂出料正丁醛7.2463.50.10異丁醛1262.1163.50.10塔底出料正丁醛10812.4290.50.16異丁醛7.2490.50.16 辛烯醛精餾塔模擬結(jié)果：圖2-11 辛烯醛精餾塔模擬結(jié)果圖 辛烯

45、醛精餾塔的模擬進(jìn)料情況如下表：表2-16 辛烯醛精餾塔物料進(jìn)出表項(xiàng)目流量kg/h溫度壓力mpa進(jìn)料正丁醛205.441100.44異丁醛6.881100.44辛烯醛9253.941100.44水145.791100.44塔頂出料正丁醛205.2171.40.1異丁醛6.8871.40.1辛烯醛79.7271.40.1水140.7471.40.1塔底出料正丁醛0.231930.16異丁醛0.0011930.16辛烯醛9174.221930.16水5.061930.16 氫氧化鈉預(yù)熱器熱量模擬結(jié)果： 圖2-12 氫氧化鈉預(yù)熱器模擬結(jié)果圖氫氧化鈉模擬進(jìn)料情況如下表：表2-17 氫氧化鈉預(yù)熱器物料進(jìn)出

46、表項(xiàng)目流量kg/h溫度壓力mpa熱量kj/h進(jìn)料氫氧化鈉溶液137150.2-2169372出料氫氧化鈉溶液137600.2-2144277第3章 設(shè)備計(jì)算與選型3.1 縮合應(yīng)器設(shè)備計(jì)算3.1.1 確定反應(yīng)器及各種條件選用連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器（cstr），選用螺旋導(dǎo)流板，xf=0.8，查資料可知反應(yīng)溫度為120，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程ra=kca2，（k=19.8l/(kmol.min)）(a為正丁醛)攪拌釜內(nèi)操作壓力pcr=0.46mpa；夾套內(nèi)為冷卻水，入口溫度為20，出口溫度為30，p=0.47mpa 反應(yīng)方程式：2ch3ch2ch2cho ch3ch2ch2ch=ccho+h2o3.1.2 反應(yīng)

47、器體積 由于該反應(yīng)為液相反應(yīng)，物料的密度變化很小，故可近似的認(rèn)為是恒容過(guò)程。 原料處理量：q0=263.73l/min 反應(yīng)物濃度：ca0=kmol/l 反應(yīng)器出料口物料濃度：ca=ca0(1-xf)=kmol/l 反應(yīng)釜內(nèi)反應(yīng)速率：ra=kca2=kmol/l.min 空時(shí)： min 理論體積： 取裝填系數(shù)為0.85，則反應(yīng)器的實(shí)際體積為： m33.1.3 筒體直徑和高度的計(jì)算 反應(yīng)釜的h/d值如表3-1所示表3-1 不同種類反應(yīng)釜的h/d值種類設(shè)備內(nèi)物料類型 h/d一般攪拌釜液固相或液液相物料氣液相物料 1-1.6 1-2發(fā)酵罐類氣液相物料 1.7-2.5 本反應(yīng)為液相反應(yīng)，故取h/d值=

48、1.3 筒體的直徑 =3.22m 圓整：d=3m 高度：h=1.3d=1.33000=3900mm 查得dn=3000mm時(shí)，橢圓形封頭曲面高度h1=750mm13，直邊高度h2=50mm，內(nèi)表面積ah=10.2271m2，容積vh=3.8879m33.1.4 內(nèi)筒的壁厚 選q235-a為筒體材料，120時(shí)q235-a材料的彈性模量為e1=2.03105，取有效壁厚為15mm，負(fù)偏差為0.8mm，腐蝕裕度為2mm，因此名義厚度：d=15+0.8+2=17.8mm外徑d0=3000+217.8=3025.6mm 臨界壓力pcr=mpa pc=1.10.46=0.5060.69 故設(shè)計(jì)合理 3.1

49、.5 夾套的內(nèi)徑和高度 表3-2夾套直徑與筒體直徑關(guān)系表di mm 500-600 700-1800 2000-3000dj mm di+50 di+100 di+200 由于di=3000，dj=3000+200=3200mm夾套高度hj=4（vvh）/dj2 通常裝料系數(shù)=0.6至0.85，因此計(jì)算得：hj=4（vvh）/dj2 =m 取夾套高度為3100mm 查得dn=3200mm時(shí)，橢圓形封頭曲面高度h1=800mm，直邊高度h2=50mm，內(nèi)表面積ah=11.60m2，容積vh=4.69m33.1.6 夾套的壁厚 許用應(yīng)力=113mpa，因?yàn)閵A套有安全閥，所以設(shè)計(jì)壓力p=1.1p=0.517mp