合成丙二醇丁醚工藝初步設(shè)計(jì)

摘要由于乙二醇醚具有毒性，所以其正在被丙二醇醚逐步取代，并廣泛應(yīng)用于油墨、皮革著色劑、涂料稀釋劑、乳化液穩(wěn)定劑等眾多工業(yè)領(lǐng)域。但目前國(guó)內(nèi)丙二醇醚的產(chǎn)量和質(zhì)量還不能滿足市場(chǎng)需求，所以迫切需要改善丙二醇醚的生產(chǎn)工藝流程。本文介紹了丙二醇丁醚在國(guó)內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài)、目前的水平以及未來(lái)的發(fā)展方向，歸納了合成丙二醇丁醚的具體方法，分析了目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)該產(chǎn)品的工藝類型，如釜式反應(yīng)器、連續(xù)管式反應(yīng)器、Buss回路反應(yīng)器、Press式反應(yīng)器、催化精餾反應(yīng)器等，并總結(jié)了各種反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)及其不足之處，然后針對(duì)Press式外循環(huán)反應(yīng)器生產(chǎn)流程做出了具體的車間工藝流程設(shè)計(jì)。丙二醇醚的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)如下：根據(jù)生產(chǎn)工藝條件，采取以環(huán)氧丙烷和丁醇為原料，采用固體堿為催化劑，在溫度為120～140℃，壓力為0.2～0.5MPa，反應(yīng)時(shí)間為2.0～4.0h，摩爾比為丁醇:環(huán)氧丙烷=2.5:1的條件下，合成丙二醇丁醚。設(shè)計(jì)年產(chǎn)3000噸的丙二醇丁醚車間，通過(guò)物料衡算和能量衡算，確定反應(yīng)釜容積、筒體高度及直徑，確定填料塔塔板數(shù)、填料高度以及塔徑大小，確定浮閥塔的塔高、塔徑、塔板數(shù)以及溢流堰高度、堰高等。并通過(guò)核算完成設(shè)備選型，畫出帶控制點(diǎn)的工藝流程圖及反應(yīng)主設(shè)備圖，精餾分離圖等。希望通過(guò)本次設(shè)計(jì)，能夠?yàn)檫M(jìn)一步優(yōu)化我國(guó)丙二醇醚的生產(chǎn)工藝做出一點(diǎn)貢獻(xiàn)。關(guān)鍵詞：丙二醇丁醚；環(huán)氧丙烷；丁醇；外循環(huán) Abstract Sinceglycolethersaretoxic,soitisbeinggraduallyreplacedbypropyleneglycolethers,andwidelyusedininks,leathercolorants,paintthinner,emulsionstabilizersandmanyotherindustrialfields.Buttheyieldandqualityofdomesticpropyleneglycoletherscannotmeetthemarketdemand,thereisanurgentneedtoimprovetheproductionprocessofpropyleneglycolethers.Thispaperdescribedtheresearchtrendsofpropyleneglycolbutyletherathomeandabroad,thecurrentlevelandfuturedirectionofdevelopment,summarizedthespecificmethodforthesynthesisofpropyleneglycolbutylether,andthecurrenttypesofdomesticandforeignproductionprocessoftheproductwasanalyzed,suchasatankreactor,continuoustubularreactor,Bussloopreactor,Pressloopreactor,catalyticdistillationreactorsandsoon.Moreover,thevariousadvantagesanddisadvantagesofthereactorswassummarized,andthendirectsatthereactionproductionprocessofpressexternalloopreactortomakeaspecificworkshopprocessdesign.Propyleneglycoletherproductionprocessdesignisasfollows:accordingtotheproductionprocessconditions,adoptingwithpropyleneoxideandbutylalcoholasrawmaterial,thesolidalkaliasthecatalyst,undertheconditionofthetemperatureis120～140℃,pressureis0.2～0.5MPa,reactiontimeis2.0～4.0h,molarratioofbutylalcohol:PO=2.5:1,tocompoundthepropyleneglycolbutylether.Designanannualoutputof3000tonsofpropyleneglycolbutyletherplant,throughthematerialbalanceandenergybalance,todeterminethereactorvolume,heightanddiameterofcylinderbody,todeterminethenumberofpackingtowertray,packingheightandthecolumndiametersize,todeterminethefloatvaluetowerhightower,towerdiameter,numberoftraysandoverflowweirheightweirhigher.Andcompletetheselectionofequipmentthroughaccounting,paintingwithcontrolpointsoftheprocessflowchartandreactionequipmentfigure,distillationseparationdiagram.Ihopethatthroughthisdesign,itispossibletofurtheroptimizetheproductionprocessofpropyleneglycolethersmakesomecontribution.Keywords：propyleneglycolbutylether；propyleneoxide；butylalcohol；Outerloop目錄TOC\o"1-3"\f\h\u摘要 IABSTRACT II第1章緒論 11.1設(shè)計(jì)選題的緣由 11.2設(shè)計(jì)的研究工作在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的實(shí)用價(jià)值與理論意義 11.3關(guān)于本設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)外研究情況的文獻(xiàn)綜述 11.4設(shè)計(jì)的研究思路及預(yù)期要達(dá)到的目標(biāo) 21.5國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)及目前的水平 21.6未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì) 31.7各種反應(yīng)器及其優(yōu)缺點(diǎn) 3第2章設(shè)計(jì)說(shuō)明書 52.1工藝流程簡(jiǎn)述 52.2物料衡算 52.2.1工藝計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 62.2.2脫丁醇塔物料衡算 72.2.3精餾塔物料衡算 72.2.4反應(yīng)器物料衡算 92.3能量衡算 92.3.1定性溫度的確定 102.3.2各物質(zhì)比熱容的計(jì)算 102.3.3各階段的計(jì)算 112.3.4精餾塔熱量衡算 132.4氣液外循環(huán)反應(yīng)器的設(shè)計(jì) 162.4.1反應(yīng)釜的容積 162.4.2反應(yīng)釜筒體高度和直徑的計(jì)算 162.4.3夾套直徑的確定 172.4.4夾套高度的確定 172.4.5核算傳熱面積 172.4.6內(nèi)筒及夾套受力分析 172.4.7壁厚的確定 182.4.8文丘里噴射器安裝位置 182.5脫丁醇塔（浮閥塔）的設(shè)計(jì) 192.5.1塔高 192.5.2塔徑 212.5.3溢流裝置 232.5.4塔板布置及浮閥數(shù)目與排列 242.5.5塔板流體力學(xué)驗(yàn)算 252.5.6塔板負(fù)荷性能圖 272.6填料塔的設(shè)計(jì) 292.6.1塔板數(shù)的計(jì)算 302.6.2塔徑的確定 312.6.3填料層高度的確定 342.6.4液體的最小噴淋密度 342.6.5填料的分段 342.7列管換熱器選型 352.7.1水的消耗量 352.7.2徑和管內(nèi)流速的計(jì)算 352.7.3估算傳熱面積和管子根數(shù) 352.7.4換熱器選型 362.7.5管程壓降計(jì)算 362.7.6管程對(duì)流傳熱系數(shù) 372.7.7殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 372.7.8計(jì)算傳熱面積及安全系數(shù) 382.8貯罐的選型 382.8.1原料貯罐 382.8.2計(jì)量罐 392.8.3中間貯罐 392.8.4產(chǎn)品貯罐 39第3章結(jié)論 40參考文獻(xiàn) 41致謝 42第1章緒論1.1設(shè)計(jì)選題的緣由丙二醇醚是一種由環(huán)氧丙烷與低碳醇反應(yīng)制得的低毒性優(yōu)良溶劑。丙二醇醚主要包括丙二醇甲醚（PM）、丙二醇乙醚（PE）、丙二醇丁醚（PB）等及其對(duì)應(yīng)的酯類[1,2]。由于其具有獨(dú)特的親水和親油雙重功能的化學(xué)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其毒性遠(yuǎn)低于乙二醇醚類，是一類優(yōu)良的通用溶劑，因此正逐步取代乙二醇醚類產(chǎn)品，被廣泛用于涂料、印刷、染料、油墨、皮革、電子化學(xué)品、PS版清洗、感光膠、合成制動(dòng)液以及噴氣燃料添加劑等行業(yè)[3,4]。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，國(guó)內(nèi)丙二醇醚需求量在2010年達(dá)到7.2萬(wàn)噸左右，而到2015年需求量將達(dá)到12萬(wàn)噸左右。但是國(guó)內(nèi)的產(chǎn)能由于原材料、技術(shù)、能耗及產(chǎn)品質(zhì)量等各種原因限制，無(wú)法有效增長(zhǎng)，因此國(guó)內(nèi)丙二醇醚市場(chǎng)將長(zhǎng)期處于一種供不應(yīng)求的局面。鑒于Press式外循環(huán)反應(yīng)器生產(chǎn)該產(chǎn)品的工藝流程設(shè)計(jì)對(duì)今后該產(chǎn)品的合成效率具有研究意義，以及對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義，作者以環(huán)氧丙烷和丁醇為原料，采用固體堿為催化劑，在溫度為120～140℃，壓力為0.2～0.5MPa，摩爾比為1:2.5條件下，遵照質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律，就合成丙二醇丁醚的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了分析和綜述。1.2設(shè)計(jì)的研究工作在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的實(shí)用價(jià)值與理論意義本設(shè)計(jì)的主要價(jià)值與意義在于丙二醇醚作為精細(xì)化工反應(yīng)的重要有機(jī)原料和高級(jí)有機(jī)溶劑，因其低毒，安全等諸多優(yōu)良性能，近些年，在國(guó)外獲得了迅速發(fā)展。相反，乙二醇醚因其對(duì)人體有殺傷力，如有較大毒性導(dǎo)致畸形、溶解紅血球，并對(duì)骨骼發(fā)育具有破壞作用，美國(guó)等國(guó)家早已限制其應(yīng)用和發(fā)展，同時(shí)作為它的優(yōu)良替代品“丙二醇醚”已經(jīng)越來(lái)越被廣大用戶所接受，在市場(chǎng)上更是供不應(yīng)求。然而我國(guó)的生產(chǎn)裝置相對(duì)落后，仍需大力予以開發(fā)。因此，本課題的研究工作在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有實(shí)用價(jià)值與理論意義[5,6]。1.3關(guān)于本設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)外研究情況的文獻(xiàn)綜述由于二元醇醚具有一個(gè)羥基，因而其具有醇類化合物的一些性質(zhì)。合成二元醇醚羧酸酯就利用了這個(gè)特性，和低碳脂肪酸進(jìn)行酯化反應(yīng)，進(jìn)而將二元醇醚化合物衍生化，制備一系列具有獨(dú)特功能的新型醇醚溶劑。由于屬于酯化反應(yīng)，因此一些在酯化反應(yīng)中通用的催化劑（如液體酸等），也適用于二元醇醚羧酸酯的合成。酯化反應(yīng)一般采用液體酸催化劑，共有無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸兩大類。無(wú)機(jī)酸類有硫酸、鹽酸等，有機(jī)酸類有乙酸、草酸、檸檬酸等。使用這類液體催化劑的酯化反應(yīng)為均相反應(yīng)，催化劑不易分離，而且設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。然而固體酸催化劑可以克服這些不足。以離子交換樹脂、分子篩、雜多酸等為代表的固體酸催化劑在酯化反應(yīng)中的應(yīng)用被廣泛研究[7-9]。北京化工大學(xué)李峰、段雪等用鋯基催化劑合成了醇醚醋酸酯。趙兵等用雜多酸催化合成了丙二醇單乙醚乙酸酯。另外還有文獻(xiàn)報(bào)道了固體超強(qiáng)酸磷鎢酸在丙二醇單甲醚醋酸酯的合成中有著比濃硫酸、固體酸催化劑、強(qiáng)酸性離子交換樹脂更優(yōu)異的性能[10]。1.4設(shè)計(jì)的研究思路及預(yù)期要達(dá)到的目標(biāo)本文的研究主要采用文獻(xiàn)資料法和比較研究法，以相關(guān)文獻(xiàn)為依據(jù)，在文獻(xiàn)中查找丙二醇丁醚合成工藝、外循環(huán)以及乙氧基化相關(guān)的原理和機(jī)理，車間工藝設(shè)計(jì)的條件，以及相關(guān)催化劑的使用要求。通過(guò)查書獲得原料環(huán)氧丙烷和丁醇的物性參數(shù)。利用這些數(shù)據(jù)和擬定的丙二醇丁醚的產(chǎn)量，設(shè)計(jì)反應(yīng)器，求出反應(yīng)釜容積、夾套高度、夾套直徑、浮閥塔塔高、塔徑、填料塔的塔板數(shù)等一系列數(shù)據(jù)。并針對(duì)現(xiàn)有丙氧基化裝置在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中存在的問(wèn)題，從理論上開展外循環(huán)丙氧基化裝置換熱系統(tǒng)的研究工作。預(yù)期目標(biāo)是為工業(yè)生產(chǎn)丙二醇丁醚的設(shè)計(jì)改進(jìn)等提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)參考，并設(shè)計(jì)出過(guò)程簡(jiǎn)單、傳熱效果好、操作容易、三廢少、選擇性高、收率高的工藝流程。1.5國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)及目前的水平國(guó)外丙二醇醚類的生產(chǎn)工藝基本上都是采用環(huán)氧丙烷和低碳醇（甲醇、丁醇等）進(jìn)行加合反應(yīng)，來(lái)生產(chǎn)丙二醇醚，再經(jīng)過(guò)精餾之后即可得到最后的產(chǎn)品丙二醇醚。該工藝具有工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、流程短、易于操作等特點(diǎn)。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的丙二醇醚類產(chǎn)品生產(chǎn)的特點(diǎn)是裝置規(guī)模大，一般規(guī)模在46萬(wàn)噸，并采用連續(xù)化法的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定[11]。國(guó)內(nèi)丙二醇醚類產(chǎn)品的生產(chǎn)，基本上也是采用環(huán)氧丙烷和低碳醇進(jìn)行加合反應(yīng)的方法。但是，國(guó)內(nèi)丙二醇醚類產(chǎn)品生產(chǎn)裝置規(guī)模都很小，并且大都采用間歇式的生產(chǎn)方法。因而物耗和能耗都很高，產(chǎn)量和質(zhì)量也并不穩(wěn)定。目前，國(guó)內(nèi)有不少單位參與此項(xiàng)目開發(fā)研究，如撫順石油化工研究院、遼寧省化工研究院和上海石油化工研究院等院校和研究所?，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)丙二醇醚的工藝技術(shù)大體有三種：?jiǎn)胃g歇式工藝、液固相固定床連續(xù)化生產(chǎn)工藝和催化精餾塔式連續(xù)化生產(chǎn)工藝。尤其是塔式連續(xù)化生產(chǎn)工藝，其采用催化精餾技術(shù)來(lái)生產(chǎn)丙二醇醚，用堿作為催化劑，丙二醇醚產(chǎn)品異構(gòu)體組分極少離相結(jié)合的一種新技術(shù)，催化精餾元件在其中既作催化劑起加速化學(xué)的反應(yīng)作用，又作為蒸餾填料起分離作用。該工藝由遼寧化工研究院開發(fā)，居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位[12]。1.6未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)丙二醇醚是環(huán)氧丙烷后續(xù)加工得到的產(chǎn)品，是一種低毒的高性能優(yōu)良溶劑。隨著我國(guó)石油化工的不斷發(fā)展，由丙烯合成環(huán)氧丙烷的大噸位裝置以及先進(jìn)技術(shù)在我國(guó)的相繼投產(chǎn)，大力開發(fā)和研制非均相催化反應(yīng)合成丙二醇醚的工藝勢(shì)在必行[13]。1.7各種反應(yīng)器及其優(yōu)缺點(diǎn)目前工業(yè)上普遍應(yīng)用于丙氧基化反應(yīng)器包括半間歇釜式反應(yīng)器、外循環(huán)噴霧式氣液反應(yīng)器、buss環(huán)路反應(yīng)器、連續(xù)管式反應(yīng)器、催化精餾反應(yīng)器等，下表1-1表明了攪拌釜式、管式、Press式、Buss回路及催化精餾各種反應(yīng)器及其優(yōu)缺點(diǎn)，但經(jīng)過(guò)反應(yīng)速率、生產(chǎn)周期、公用消耗、適應(yīng)性以及經(jīng)濟(jì)性等多方面考慮后，由于Press外循環(huán)反應(yīng)器具有傳熱、傳質(zhì)效果好、攪拌無(wú)死角、能耗低、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，因此我們選擇Press式外循環(huán)反應(yīng)器，來(lái)生產(chǎn)年產(chǎn)3000噸的丙二醇丁醚[14-16]。表1-1各種反應(yīng)器及其優(yōu)缺點(diǎn)反應(yīng)器攪拌釜式管式Press式Buss回路催化精餾優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備投資低、操作靈活性大、攪拌功率大。返混小、容積效率高、停留時(shí)間短、反應(yīng)速度快、產(chǎn)品質(zhì)量好。強(qiáng)化傳質(zhì)，反應(yīng)速率大，操作周期短，產(chǎn)品色澤好，DCS完全自動(dòng)化控制，占地面積小，能耗低，有較廣的產(chǎn)品適應(yīng)性。強(qiáng)化了傳質(zhì)，反應(yīng)器中存在大量氮?dú)?，且物料始終處于動(dòng)態(tài)接觸狀態(tài)，操作安全。能耗低，具有廣泛的適應(yīng)性，環(huán)保。高選擇性、高收率、低能耗、省投資、操作簡(jiǎn)單穩(wěn)定缺點(diǎn)（1）難以準(zhǔn)確控溫。（2）反應(yīng)慢，產(chǎn)物中容易溶解未反應(yīng)單體，操作不安全。（3）反應(yīng)器內(nèi)的冷卻蛇管減少了有效反應(yīng)容積，使得裝置生產(chǎn)能力不高環(huán)氧單體進(jìn)料量不夠大，若需制備高相對(duì)分子質(zhì)量的聚醚，需要多端進(jìn)料，使得系統(tǒng)變得復(fù)雜。反應(yīng)截面積小為達(dá)到足夠高產(chǎn)能，需使反應(yīng)器加長(zhǎng)，這會(huì)增加設(shè)備投資和消耗，工業(yè)上不易實(shí)現(xiàn)。不適應(yīng)熔點(diǎn)較高的固體為起始劑的EO或PO的加成反應(yīng)。（2）同Buss反應(yīng)器相比，其反應(yīng)速率慢一些。（1）操作壓力較高，設(shè)備投資較大。（2）反應(yīng)器尺寸受噴嘴限制，不易于控制液位。（3）對(duì)公用工程如氮?dú)庖筝^高。目前大部分研究仍僅限于實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和仿真分析，在實(shí)際生產(chǎn)中相關(guān)應(yīng)用成果較少。第2章設(shè)計(jì)說(shuō)明書2.1工藝流程簡(jiǎn)述圖2-1生產(chǎn)丙二醇丁醚帶控制點(diǎn)的工藝流程圖丙氧基化的反應(yīng)裝置必須無(wú)氧，首先用氮?dú)庵脫Q裝置中的氧氣23次，然后物料分兩股進(jìn)入到裝置中，一股是環(huán)氧丙烷，另一股是含規(guī)定量催化劑的無(wú)水丁醇，含規(guī)定量催化劑的無(wú)水丁醇先進(jìn)入反應(yīng)器，當(dāng)反應(yīng)器達(dá)到所需的溫度后，使環(huán)氧丙烷經(jīng)過(guò)混合液泵和轉(zhuǎn)子流量計(jì)引入到文丘里噴嘴中，然后進(jìn)入反應(yīng)器，通過(guò)循環(huán)泵使液相物料循環(huán)，反應(yīng)熱通過(guò)夾套取出，物料通過(guò)外循環(huán)反應(yīng)器之后進(jìn)入老化釜老化，老化后反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入脫醇塔（浮閥塔）進(jìn)行醇的分離，將分離出的無(wú)水丁醇由循環(huán)管線送回?zé)o水丁醇貯罐里，浮閥塔塔底產(chǎn)品進(jìn)入到精餾塔（填料塔）中進(jìn)行進(jìn)一步分離，根據(jù)餾分不同由塔頂?shù)玫捷^純凈的產(chǎn)品丙二醇丁醚，塔底則得到二丙二醇丁醚等物質(zhì)。2.2物料衡算物料衡算是化工計(jì)算的基礎(chǔ)，是化工計(jì)算中最基本、最主要的內(nèi)容之一。通過(guò)對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程或某個(gè)單元過(guò)程進(jìn)行物料衡算，在己知產(chǎn)品任務(wù)的情況下，就可以計(jì)算出主產(chǎn)品產(chǎn)量、副產(chǎn)品產(chǎn)量、三廢的生成量等，原材料的消耗定額和消耗量，以及生產(chǎn)過(guò)程中物料的損耗量。最后，根據(jù)計(jì)算確定產(chǎn)品總的經(jīng)濟(jì)效果，從而，對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行可行性分析和評(píng)價(jià)。在化工過(guò)程中，物料平衡是指進(jìn)入一個(gè)裝置(或設(shè)備)的全部物料的量，必定等于離開這個(gè)裝置(或設(shè)備)的全部物料的量，加上損失的量和系統(tǒng)內(nèi)累積起來(lái)的物料的量。如果把損失的物料量合并到出物料當(dāng)中，物料衡算可用下式表示：F=D+W即輸入=輸出+累積物料平衡是質(zhì)量守衡定律的具體表現(xiàn)形式，對(duì)物料進(jìn)行平衡計(jì)算叫物料衡算，物料衡算的具體任務(wù)是：對(duì)過(guò)程(裝置)的每一股物料進(jìn)行分析和定量計(jì)算，以確定它們的數(shù)量、組成和相互的比例關(guān)系，并且確定它們?cè)谖锢碜兓突瘜W(xué)變化過(guò)程中相互轉(zhuǎn)移的定量關(guān)系。2.2.1工藝計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)已知產(chǎn)品的質(zhì)量分布見(jiàn)表2-1：表2-1產(chǎn)品的質(zhì)量分布表物質(zhì) 正丁醇xF1 丙二醇丁醚xF2二丙二醇丁醚xF3其他xF4質(zhì)量分布53.32%37.22%6.28%3.18%設(shè)計(jì)產(chǎn)量3000噸/年年開工天數(shù)300天/年生產(chǎn)方式間歇式反應(yīng)計(jì)算基礎(chǔ)以每釜產(chǎn)品為計(jì)算基準(zhǔn)計(jì)算依據(jù)（1）質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律、工藝流程圖（2）收集到的有關(guān)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)任務(wù)給定數(shù)據(jù)2.2.2脫丁醇塔物料衡算塔頂產(chǎn)品：正丁醇、丙二醇丁醚塔底產(chǎn)品：二丙二醇丁醚、其他物質(zhì)已知：塔頂正丁醇占塔頂產(chǎn)品總量的99.5%，即=99.5%設(shè)正丁醇收率Φ=99.2%(1)塔頂產(chǎn)品：由Φ=得===0.5316塔頂正丁醇的質(zhì)量為：=0.53160.995=0.53塔頂丙二醇丁醚的質(zhì)量為：(1-)=0.5316(1-0.995)=0.0027(2)塔底產(chǎn)品：=-=-0.5316=0.4684正丁醇的質(zhì)量：=(1-Φ)=0.5332(1-0.992)=0.0043正丁醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：===0.92%丙二醇丁醚質(zhì)量：=-(1-)=0.3722-0.5316(1-0.995)=0.3695丙二醇丁醚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：===78.89%二丙二醇丁醚的質(zhì)量：==0.0628二丙二醇丁醚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：===13.41%其他物質(zhì)的量：==0.0318其他物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：==6.79%2.2.3精餾塔物料衡算塔頂產(chǎn)品：正丁醇、丙二醇丁醚、二丙二醇丁醚.塔底產(chǎn)品：丙二醇丁醚、二丙二醇丁醚、其他物質(zhì).已知：塔頂丙二醇丁醚的質(zhì)量占塔頂產(chǎn)品質(zhì)量的98.7%，即=98.7%。塔底丙二醇丁醚的質(zhì)量占塔底產(chǎn)品總量的2%，即=2%=正丁醇質(zhì)量為：=0.4684正丁醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：===由得即0.4684又有0.4684聯(lián)立解得：（1）塔頂產(chǎn)品丁醇質(zhì)量：==丙二醇丁醚質(zhì)量：二丙二醇丁醚質(zhì)量：-塔頂丁醇-塔頂丙二醇丁醚（2）塔底產(chǎn)品丙二醇丁醚質(zhì)量：二丙二醇丁醚質(zhì)量：-塔頂二丙二醇丁醚其他物質(zhì)質(zhì)量：-塔底丙二醇丁醚-塔底二丙二醇丁醚2.2.4反應(yīng)器物料衡算設(shè)丁醇轉(zhuǎn)換率為，則進(jìn)入反應(yīng)器的丁醇量為由于進(jìn)料摩爾比，丁醇：環(huán)氧丙烷（PO）=2.5：1則質(zhì)量比，丁醇：環(huán)氧丙烷（PO）=3.19：1則進(jìn)入反應(yīng)器的環(huán)氧丙烷（PO）質(zhì)量為：由=且解得丁醇投入量=PO投入量=2.3能量衡算精細(xì)化工生產(chǎn)一般在規(guī)定的壓力、溫度和時(shí)間等工藝條件下進(jìn)行。生產(chǎn)過(guò)程中包含有許多物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程，往往伴隨著能量變化，因此必須進(jìn)行熱量衡算。對(duì)車間設(shè)計(jì)，熱量衡算是在物料衡算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。通過(guò)熱量衡算，可確定傳熱設(shè)備的熱負(fù)荷，即在規(guī)定的時(shí)間中加入或移出的熱量，從而確定傳熱劑的消耗量、選擇合適的傳熱方式、計(jì)算傳熱面積。熱量衡算按能量守恒定律，在無(wú)軸功條件下，進(jìn)入系統(tǒng)的能量與離開系統(tǒng)的能量應(yīng)該平衡，在實(shí)際中對(duì)傳熱設(shè)備的熱量衡算可由下式表示：式中：所處理的物料帶入設(shè)備中的熱量，加熱劑或冷卻劑與設(shè)備和物料傳遞的能量（符號(hào)規(guī)定加熱劑加入熱量為“+”，冷卻劑吸收熱量為“-”）過(guò)程的熱效應(yīng)（符號(hào)規(guī)定過(guò)程放熱為“+”，過(guò)程吸熱為“-”，注意與熱烙符號(hào)相反，即=.如過(guò)程放熱為“-”，則為“+”）離開設(shè)備物料帶走的熱量設(shè)備各部件所消耗的熱量設(shè)備向四周散失的熱量，又稱熱損失本設(shè)計(jì)因是間歇生產(chǎn)，以每批處理物料為基準(zhǔn)，且熱量衡算和物料衡算相結(jié)合，通過(guò)工藝計(jì)算，可確定設(shè)備工藝尺寸，如設(shè)備的臺(tái)數(shù)、容積、傳熱面積等。2.3.1定性溫度的確定第一步：反應(yīng)物料（丁醇，PO，Cat）在25℃加入到反應(yīng)釜中，并且加熱到138℃，熱量衡算溫度基準(zhǔn)為25℃。第二步：反應(yīng)物料在138℃恒溫反應(yīng)2h，熱量衡算基準(zhǔn)為138℃。物性數(shù)據(jù)計(jì)算：第一步的定性溫度為：℃第二步的定性溫度為138℃2.3.2各物質(zhì)比熱容的計(jì)算法計(jì)算比熱容見(jiàn)表2-2：表2-2法的基團(tuán)結(jié)構(gòu)值表[單位：J/（.℃）]溫度-CH-CH3-CH2--O--OH-COOH0℃23.940.027.629.333.574.125℃24.941.728.329.744.078.750℃25.743.583.7100℃28.148.431.031.071.294.2以丁醇為例計(jì)算其在相應(yīng)溫度下的值，其他物質(zhì)的值計(jì)算方法與其相同。丁醇的基團(tuán)結(jié)構(gòu)為（-CH3)+3（-CH2-）+(-OH-)由上表可算出一定溫度下丁醇的比熱容：25℃=（41.7+28.33+44.0）/74=2.3054℃50℃=（43.5+29.13+52.3）/74=2.4743℃81.5℃=2.3054+（2.4743-2.3054）/25（81.5-25）=2.6871℃138℃=2.3054+（2.4743-2.3054）/25（138-25）=3.0688℃同理可得出各物質(zhì)定性溫度下的比熱容，如下表2-3：比熱容25℃81.5℃138℃丁醇2.30542.68713.0688環(huán)氧丙烷2.14832.29632.4444丙二醇丁醚2.23642.51532.7942表2-3各物質(zhì)定性溫度下的比熱容以25℃丁醇（l）的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓為例，其他物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓計(jì)算方法與其相同。式中：丁醇的結(jié)構(gòu)為：===（，）同理可得出25℃下各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，如下表2-4：表2-425℃下各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓物質(zhì)丁醇環(huán)氧丙烷丙二醇丁醚-328.24-110.89-554.022.3.3各階段的計(jì)算第一階段熱量衡算∵，又∴依式式中：—化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)—物理反應(yīng)熱效應(yīng)此過(guò)程無(wú)化學(xué)變化，=0(2-2)式中：—物料質(zhì)量kg/h—物料平均等壓比熱容/kg℃—物料的溫度℃—計(jì)算基準(zhǔn)溫度℃所以又因此過(guò)程吸熱，故又∵即∴第二階段熱量衡算由且∵℃∴，經(jīng)查得7atm下，丙二醇丁醚沸點(diǎn)約為171℃，于130-165℃之間不汽化，仍為液體。又因?yàn)?2-3)式中：—標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱—參與化學(xué)反應(yīng)的A的物質(zhì)量—A的物質(zhì)分子量=-554.02-(-328.24-110.89)=-114.89==又因此過(guò)程吸熱，故又∵∴=表2-5反應(yīng)釜的熱量衡算所得數(shù)據(jù)名稱熱量000表2-6精餾塔的熱量衡算所得數(shù)據(jù)名稱熱量0002.3.4精餾塔熱量衡算表2-7各物質(zhì)在各溫度下的焓值溫度℃丁醇丙二醇丁醚二丙二醇丁醚25℃-328.24-554.02-779.04105℃-122.19-359.31-588.74135℃-44.92-286.30-517.3796℃-145.37-381.22-610.15115℃-96.44-334.98-564.95140℃-32.04-274.13-505.48108.5℃-113.82-350.80-580.41以減壓塔為研究體系QD2NQD2N7N9N5N3QW2N4列熱量衡算方程：(2-4)對(duì)減壓塔進(jìn)料液列焓方程：==對(duì)塔頂出液列焓方程：==對(duì)塔釜出液列焓方程：=將上面所得值代入公式（2-4）可得：以常壓塔、冷凝器和再沸器的常壓塔釜液為研究體系：N8NN8N3N1QW1N2N6QD1圖2-3常壓塔釜液研究體系圖列熱量衡算方程：（2-5）對(duì)常壓塔進(jìn)料液列焓方程：==對(duì)塔頂餾出液列焓方程：=將上面所得值代入公式（2-5）得：以常壓塔冷凝器為研究體系：列熱量平衡方程：(2-6)回流液：物料平衡方程：對(duì)塔頂全凝液列焓方程：==將上面所得值代公式（2-6）得：以減壓塔冷凝器為體系，列熱量平衡方程：(2-7)塔底回流液列焓方程：==將上面所得值代入公式（2-7）得：表2-8反應(yīng)過(guò)程中焓的計(jì)算表（單位）表2-9反應(yīng)過(guò)程中精餾塔塔頂和塔釜的熱量出入（單位）2.4氣液外循環(huán)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)反應(yīng)壓力：0.2-0.5MPa，反應(yīng)溫度：138℃2.4.1反應(yīng)釜的容積釜內(nèi)混合物密度計(jì)算：查得：，，則可算得體積：設(shè)備裝料系數(shù)取0.85(0.80到0.85)，則2.4.2反應(yīng)釜筒體高度和直徑的計(jì)算（1）反應(yīng)釜筒體直徑的確定反應(yīng)釜內(nèi)混合物粘度不大，釜的高徑比在1-1.3之間，取高徑比。反應(yīng)釜筒體直徑的確定：初選，按下式計(jì)算反應(yīng)釜筒體內(nèi)徑：=圓整取=2.1m式中：反應(yīng)釜直徑，m反應(yīng)釜體積，封頭容積，高徑比封頭選用橢圓形封頭，由，查得封頭標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)：封頭曲面高度0.525m，直邊高度0.04m，內(nèi)表面積5.03，容積，一米高的容積=3.46，一米高的內(nèi)表面積=11.624。反應(yīng)釜釜體高度的確定由公式得：筒體高度圓整取實(shí)際釜體積：實(shí)際高徑比：因?yàn)?lt;1.3，所以合適2.4.3夾套直徑的確定在2000-3000mm之間時(shí)，夾套直徑為2.4.4夾套高度的確定夾套高的計(jì)算：=圓整取2.4.5核算傳熱面積=+=計(jì)算所得傳熱面積大于工藝要求傳熱面積，說(shuō)明以上確定的夾套高度是可以的。2.4.6內(nèi)筒及夾套受力分析工藝提供的條件為：釜體內(nèi)筒中的工作壓力為0.2～0.5MPa，夾套內(nèi)的工作壓力為0.5Mpa。則夾套筒體和夾套封頭承受0.5MPa內(nèi)壓，而內(nèi)筒的筒體和下封頭既承受0.2～0.5MPa內(nèi)壓，同時(shí)又承受0.5MPa外壓，其最惡劣工作條件為內(nèi)筒承受0.5MPa壓力，而夾套內(nèi)無(wú)壓。2.4.7壁厚的確定1.反應(yīng)釜筒體壁厚的確定依通過(guò)查資料，可以得到，壁厚應(yīng)在8-12之間，本設(shè)計(jì)取壁厚為10mm。2.內(nèi)筒封頭壁厚的確定承受0.5MPa內(nèi)壓：式中：夾套內(nèi)徑，mm物料許用應(yīng)力，焊接接頭系數(shù)封頭壁厚附加量說(shuō)明：（1）因?yàn)檠b有安全閥，故應(yīng)為1.05-1.10倍工作壓力，取1.1倍。（2），為鋼板厚度附加量，為腐蝕裕量。查手冊(cè)得：取=0.7=0.8mm=2mm取壁厚為10mm。夾套筒體壁厚的確定=0.8mm=2mm=0.7取壁厚為8mm。2.4.8文丘里噴射器安裝位置故安裝在距離底部的位置。2.5脫丁醇塔（浮閥塔）的設(shè)計(jì)因?yàn)楦￠y塔效率高，操作彈性大，處理能力好，霧沫夾帶小，接觸時(shí)間長(zhǎng)，傳質(zhì)效果好。所以擬建浮閥塔用以分離混合物，采用浮閥塔，按以下條件選用浮閥塔的設(shè)計(jì)計(jì)算。已知丁醇沸點(diǎn)：117.7℃，所以選取浮閥塔的塔頂溫度為105℃，塔釜的溫度為135℃。定性溫度：℃2.5.1塔高各組分的相對(duì)揮發(fā)度由各組分在120℃下的飽和蒸氣壓計(jì)算塔內(nèi)各組分對(duì)重關(guān)鍵組分的相對(duì)揮發(fā)度和平均相對(duì)揮發(fā)度，式中：輕關(guān)鍵組分的飽和蒸汽壓重關(guān)鍵組分的飽和蒸汽壓各組分的相對(duì)揮發(fā)度如下表所示：表2-10各組分的相對(duì)揮發(fā)度組分塔頂塔底組分丁醇75.984.69276.6012.657.70丙二醇丁醚16.20121.8611二丙二醇丁醚1.030.0641.620.0740.069（2）求最小理論板數(shù)（塔頂選用全凝器，不算塔釜）-1=-1=3.89求最小回流比恩德伍德公式，即，因是泡點(diǎn)進(jìn)料，q=1。值應(yīng)在1和7.70之間，設(shè)為所求將值代入中求，解得=求理論塔板數(shù)為了選取適宜的回流比R與理論板數(shù)N，可用吉利蘭圖算出與一系列R相對(duì)應(yīng)的N，見(jiàn)下表：表2-11回流比R與總理論塔板數(shù)N的關(guān)系=0.2448=0.2652=0.3060=0.3672=0.40800.0330.0480.0780.1190.1450.640.570.550.520.5014.3611.7011.0910.279.78a：由上表可以看出，當(dāng)R<1.30時(shí)，隨著R的增大，N迅速減少；當(dāng)R>1.30時(shí)，隨著R的增大，N減少的趨勢(shì)減緩。而R的增大會(huì)使操作費(fèi)用增加，所以選擇，N=11.70是經(jīng)濟(jì)的，取理論塔板數(shù)=12塊。b：計(jì)算加料位置計(jì)算精餾段最少理論板數(shù)：==1.53因回流比和最小回流比未發(fā)生改變，則由=0.57得N=5.84，即加料位置在從塔頂往下數(shù)第6塊理論塔板處。全塔效率==0.308mpa.s根據(jù)奧康奈爾（）關(guān)聯(lián)圖及考慮本塔型號(hào)，得塔板效率為=52%由得到實(shí)際塔板數(shù)塔高取塔板間距：則=2.5.2塔徑在定性溫度下各物質(zhì)的粘度、密度見(jiàn)表2-12。表2-12在定性溫度下各物質(zhì)的粘度、密度物質(zhì)丁醇丙二醇丁醚二丙二醇丁醚809.88789140.270.310.43混合蒸汽的摩爾組成：混合蒸汽的平均摩爾質(zhì)量：混合蒸汽的密度：=3.154混合蒸汽流量：式中：—平均摩爾質(zhì)量由(是以每釜為單位)=混合液體的平均摩爾質(zhì)量：==混合液體密度：=混合液體流量：適宜空塔氣速u，一般為的0.6-0.8倍，取u=0.6=由于精餾段、提餾段上升氣量差別不大，故兩段塔徑不分開計(jì)算。塔徑按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整為則塔截面積：實(shí)際空塔氣速：2.5.3溢流裝置選用單溢流弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰（1）溢流堰長(zhǎng)度堰長(zhǎng)，取堰長(zhǎng)出口堰高式中：采用平直堰，堰上液層高度可按：因?yàn)槭且话阄锵担蔈=1，所以弓形降液管寬度及截面積由查弓形降液管的寬度與截面積圖得：故依驗(yàn)算液體在降液管中的停留時(shí)間，即：，停留時(shí)間，故降液管尺寸合理。降液管底隙高度取降液管底隙處液體流速則因?yàn)椋栽O(shè)計(jì)合理。（保證了降液管底隙高度比溢流堰高度低6mm）2.5.4塔板布置及浮閥數(shù)目與排列標(biāo)準(zhǔn)塔選擇：型浮閥塔，取閥孔動(dòng)能因子，則孔速每層塔板上浮閥數(shù)：=取邊緣區(qū)寬度破沫區(qū)寬度對(duì)單溢流塔板，鼓泡區(qū)面積式中：則：=4.33浮閥的排列方式采用等腰三角形叉排，取同一橫排的孔心距t=75mm=0.075m可估算排間距，即=考慮到塔的直徑較大，必須采用分塊式塔板，而各分塊板的支撐與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜采用68mm，而應(yīng)小于此值，故取為55mm。按t=75mm、=55mm以等腰三角形叉排方式作圖，排得浮閥數(shù)為880個(gè)。按N=880重新核算孔速及閥孔動(dòng)能因數(shù)：，閥孔動(dòng)能因數(shù)變化不大，仍在9~12范圍內(nèi)。塔板開孔率2.5.5塔板流體力學(xué)驗(yàn)算氣相通過(guò)浮閥塔板的壓力降a：干板阻力=因，所以b：板上充氣液層阻力取充氣系數(shù)=0.5=c：液體表面張力所造成的阻力：此阻力很小，忽略不計(jì)。因此，與氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓力降所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹椋簞t單板壓降液泛為了防止液泛現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中清液層高度，a：與氣體通過(guò)塔板的壓力降所相當(dāng)?shù)囊褐叨龋呵耙阉愠鯾：液體通過(guò)降液管的壓頭損失：因不設(shè)進(jìn)口堰，故：c：板上液層高度：前已選定板上液層高度為：則（一般物系，取0.3~0.4），又已選定則霧沫夾帶對(duì)直徑D>0.9m的大塔，泛點(diǎn)率<80%時(shí)，物沫夾帶量才能維持在允許范圍之內(nèi)。泛點(diǎn)率=按正常系統(tǒng)取物性參數(shù)：K=1.0，查泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖得：按（2-16）算得：泛點(diǎn)率==43.65%按（2-17）算得：泛點(diǎn)率=根據(jù)公式（2-16）和（2-17）計(jì)算出的泛點(diǎn)率均在80%以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足2.5.6塔板負(fù)荷性能圖霧沫夾帶線按泛點(diǎn)率為80%計(jì)算如下：由上式知霧沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè)值，依上式算出相應(yīng)的值列于表2-13中。據(jù)此，可作出霧沫夾帶線（1）。表2-130.0020.01010.1869.799液泛線聯(lián)立公式（2-11）、（2-14）、（2-15）得：（2-18）由上式確定液泛線。忽略式中，將式（2-8）、（2-9）、（2-12）、（2-13）、（2-17）代入（2-18）得：因物系一定，塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定，則式中閥孔數(shù)與孔徑亦為定值，因此可將上式簡(jiǎn)化成和的如下關(guān)系式：即：在操作范圍內(nèi)任取若干個(gè)值，依上式算出相應(yīng)的值列于表2-14。表2-140.0010.0040.0080.01216.6016.2215.7515.23根據(jù)表2-14中數(shù)據(jù)作出液泛線（2）。（3）液相負(fù)荷上限線液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時(shí)間不低于，依照（2-10）知液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間為：以作為液體在降液管中停留時(shí)間的下限，則：求出上限液體流量值（常數(shù)），在圖上液相負(fù)荷上限線為與氣體流量無(wú)關(guān)的豎直線（3）。漏液線對(duì)于型重閥，依計(jì)算，則，又知?jiǎng)t得：，以作為規(guī)定氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則：據(jù)此作出與液體流量無(wú)關(guān)的水平漏液線（4）。液相負(fù)荷下限線取堰上液層高度為液相負(fù)荷下限條件，依的計(jì)算式（2-9）計(jì)算出的下限值，依此作出液相負(fù)荷下限線該線為與氣相流量無(wú)關(guān)的豎直線（5）。取，則：根據(jù)表2-13、表2-14及算出的、、可分別作出塔板負(fù)荷性能圖上的（1）、（2）、（3）、（4）及（5）共5條線，見(jiàn)圖2-4。由塔板負(fù)荷性能圖（圖2-4）可以看出：（1）設(shè)計(jì)規(guī)定的氣、液負(fù)荷下的操作點(diǎn)P（設(shè)計(jì)點(diǎn)），處在操作區(qū)的適中位置；（2）塔板的氣相負(fù)荷上限由霧沫夾帶控制，操作下限由漏液控制；（3）按照固定的氣液比，由圖可以查出塔板的氣相負(fù)荷上限，氣相負(fù)荷下限，所以，操作彈性=。(2)(1)(5)(3)(4) 圖2-4塔板負(fù)荷性能圖2.6填料塔的設(shè)計(jì)物料經(jīng)過(guò)浮閥塔脫醇處理后，用真空泵將精餾塔減壓，維持塔內(nèi)壓在0.015MPa，查得此時(shí)丙二醇丁醚沸點(diǎn)為107~122℃，取塔頂115℃，塔底140℃。定性溫度為127.5℃。2.6.1塔板數(shù)的計(jì)算減壓時(shí)進(jìn)塔各組分摩爾含量：丁醇：丙二醇丁醚：二丙二醇丁醚：減壓時(shí)餾出液各組分摩爾含量：丁醇：丙二醇丁醚：二丙二醇丁醚：減壓時(shí)釜液各組分摩爾含量：丙二醇丁醚：二丙二醇丁醚：塔內(nèi)相當(dāng)于飽和液體進(jìn)料，丙二醇丁醚為輕關(guān)鍵組分，二丙二醇丁醚為重關(guān)鍵組分。表2-15各組分在115℃和140℃下的蒸汽壓和相對(duì)揮發(fā)度組分塔頂（115℃）塔底（140℃）組分丁醇93.3183.31279.93162.75116.44丙二醇丁醚17.1415.3022.8013.2614.24二丙二醇丁醚1.1211.7211根據(jù)恩德伍德（）公式，求最小回流比即采用試差法進(jìn)行求解，解得：根據(jù)芬斯克方程查吉利蘭圖得：即：解得：圓整得11塊板（不包括再沸器）。2.6.2塔徑的確定式中：操作狀態(tài)下的氣體體積流量，混合蒸汽的摩爾組成：混合蒸汽的平均摩爾質(zhì)量：混合蒸汽密度：混合蒸汽流量：混合液體的平均摩爾質(zhì)量：=混合液體密度：=液體混合流量：表2-16定性溫度下各物質(zhì)的密度和黏度物質(zhì)丁醇丙二醇丁醚二丙二醇丁醚809.88789140.220.260.38混合液體黏度：填料：選擇亂堆鮑爾環(huán)表2-17亂堆金屬鮑爾環(huán)各項(xiàng)參數(shù)比表面積a空隙率堆積個(gè)數(shù)填料因子（1/m）亂堆鮑爾環(huán)10996.06500124在一定的物系和操作條件下，填料的潤(rùn)濕性能由填料的材質(zhì)、表面形式以及裝填方式所決定。能被潤(rùn)濕的材質(zhì)、不規(guī)則的表面形狀及裝填方式，都有利于較少的液體獲得較大的潤(rùn)濕表面，且液膜在不規(guī)則的亂堆填料表面湍動(dòng)和不斷更新，會(huì)大大提高相間的傳質(zhì)速率。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁的開孔，大大提高了環(huán)內(nèi)的空間和環(huán)內(nèi)表面的利用率，氣體流動(dòng)阻力降低，液體分布也較均勻。同種材質(zhì)、同種規(guī)格、在相同的壓降下，鮑爾環(huán)的氣體通量可較拉西環(huán)增大50%以上。在相同氣速下，鮑爾環(huán)填料的壓力降僅為拉西環(huán)的一半。又由于鮑爾環(huán)上的兩排窗孔交錯(cuò)排列，氣體流動(dòng)通暢，避免了液體嚴(yán)重的溝流及壁流現(xiàn)象。因此，鮑爾環(huán)的傳質(zhì)效率高，操作彈性大，鮑爾環(huán)因其優(yōu)良的性能在工業(yè)上被廣泛采用。由查?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖得：解得：6.704式中：填料因子塔徑2.6.3填料層高度的確定等板高度法：式中：影響的因素很多，如填料特性、物料性質(zhì)、操作條件及塔徑、填料層高度等。由于影響因素復(fù)雜，本設(shè)計(jì)采用從工業(yè)設(shè)備總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)數(shù)字，由于是減壓塔，故塔高：實(shí)裝填料層高度2.6.4液體的最小噴淋密度填料塔中液體的噴淋密度應(yīng)大于最小噴淋密度，使得填料塔能被液體充分潤(rùn)濕以保證傳質(zhì)效率。最小噴淋密度：式中：對(duì)于直徑不超過(guò)的鮑爾環(huán)，取最小潤(rùn)濕速率為0.08，2.6.5填料的分段金屬鮑爾環(huán)，每個(gè)填料高度為，取，，故可將填料分為6段。表填料塔各項(xiàng)參數(shù)一覽表填料塔塔板層數(shù)12填料塔塔徑，m0.902填料塔塔高，m6.6填料類型50500.8mm亂堆鮑爾環(huán)填料分段6段2.7列管換熱器選型以分離主產(chǎn)物丙二醇丁醚的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算需冷卻物料質(zhì)量：w=2.5t/批=2.5/6/3600=0.116kg/s冷卻溫度：T=65℃丙二醇丁醚的冷卻潛熱：r=1896.2kJ/kg管程壓降小于2.7.1水的消耗量設(shè)冷卻水的進(jìn)口溫度為25℃，出口溫度為35℃，則水的平均溫度為：℃表2-1930℃水的有關(guān)物性物質(zhì)水989kg/m34.152KJ/kg℃0.619W/m2℃Pas丙二醇丁醚878kg/m32.705KJ/kg℃0.140W/m2℃Pas熱負(fù)荷：所需冷卻水量：2.7.2徑和管內(nèi)流速的計(jì)算選擇水走管程，丙二醇丁醚走殼程。從腐蝕性、傳熱面積和價(jià)格三方面綜合考慮后，選擇無(wú)縫鋼管，管內(nèi)徑，綜合考慮管內(nèi)、管程壓降和單程管數(shù)三方面因素，水的流速為。2.7.3估算傳熱面積和管子根數(shù)平均溫差為：℃丁醇、丙二醇丁醚混合氣冷凝操作的傳熱系數(shù)k值范圍約為230~930W/（m2℃），初選k=840W/（m2）。估算傳熱面積：?jiǎn)纬虃鳠峁軘?shù)：圓整為16根單程管長(zhǎng)：換熱器管長(zhǎng)選擇3米，則管程數(shù)圓整取2則傳熱管子總根數(shù)：根2.7.4換熱器選型查表選用固定管板式換熱器，尺寸規(guī)格表2-20固定管板式換熱器的尺寸規(guī)格公稱直徑/公稱面積/管長(zhǎng)/管子尺寸/管子總根數(shù)管程數(shù)排列方式2737.33000322正三角2.7.5管程壓降計(jì)算雷諾準(zhǔn)數(shù)：，其中為選定換熱器的實(shí)際操作流速，由下式計(jì)算：=所以：由于鋼管的絕對(duì)粗糙度，故查關(guān)系圖得：，故得管程壓降：則（）因此壓降滿足要求。2.7.6管程對(duì)流傳熱系數(shù)因?yàn)椋?.7.7殼程對(duì)流傳熱系數(shù)取換熱器列管之中心距。則流體通過(guò)管間最大截面積為：（取折流擋板間距)[]殼程中丙二醇丁醚被冷卻，取，所以污垢熱阻：取，總傳熱系數(shù)：即：2.7.8計(jì)算傳熱面積及安全系數(shù)安全系數(shù)2.8貯罐的選型2.8.1原料貯罐全廠性原料庫(kù)房貯罐。原料貯存量要保證生產(chǎn)能正常進(jìn)行，主要根據(jù)市場(chǎng)供應(yīng)情況和供應(yīng)周期而定，一般以1到3個(gè)月的生產(chǎn)用量為宜，但若貨源充足、運(yùn)輸周期又短時(shí)則貯量可以少些。車間的原料貯罐一般考慮至少半個(gè)月的用量，因?yàn)檐囬g成本核算常常是逐月進(jìn)行的，因而儲(chǔ)量一般不超過(guò)1個(gè)月。根據(jù)本次設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及實(shí)際安全情況，規(guī)定儲(chǔ)量為1個(gè)月，則：丁醇貯罐需：PO貯罐需：按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并考慮到地區(qū)差異，選擇鋼制立式圓筒形固定頂貯罐系列（HG-21502.1-92），設(shè)計(jì)壓力+2kpa到-0.5kpa，設(shè)計(jì)溫度-19℃到150℃，公稱容積100～30000。2.8.2計(jì)量罐考慮少則10min、20min，多則2h或4h產(chǎn)量（或原料量）的存儲(chǔ)量。計(jì)量罐的裝載系數(shù)一般取0.6～0.7。根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合PO的危險(xiǎn)情況，取一釜所需原料量，即1.5h所需量2.403t，故PO計(jì)量罐體積應(yīng)為：按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，選擇塘玻璃計(jì)量罐（HG/T2371-92），公稱壓力<1.0Mpa，介質(zhì)溫度-20℃～200℃，公稱容積50～5000L。取容積800L四口計(jì)量罐（A型），公稱直徑1000mm，高1200mm，封頭直徑700mm。2.8.3中間貯罐本次設(shè)計(jì)所需中間貯罐起對(duì)反應(yīng)釜產(chǎn)出物料降溫的作用，其體積選與前面反應(yīng)釜相同。2.8.4產(chǎn)品貯罐一般要求按工廠短期停車后仍能保證滿足市場(chǎng)需求來(lái)確定儲(chǔ)量，液體產(chǎn)品貯罐常按至少存儲(chǔ)一周產(chǎn)品產(chǎn)量設(shè)計(jì)。根據(jù)本次設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可知：丁醇產(chǎn)品儲(chǔ)罐：丙二醇丁醚儲(chǔ)罐：選擇國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，玻璃鋼儲(chǔ)罐標(biāo)準(zhǔn)系列（HG21504.2-92），工作壓力-500～2000pa，工作溫度-10℃～80℃，公稱容積100～500。第3章結(jié)論近些年，隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，以及人們對(duì)自身健康的關(guān)注，丙二醇醚的市場(chǎng)處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，然而我國(guó)由于各種原因限制，使得開發(fā)研究新型丙二醇醚生產(chǎn)工藝成為當(dāng)務(wù)之急。而本設(shè)計(jì)的意義在于為研究新型生產(chǎn)工藝提供數(shù)據(jù)參考。本設(shè)計(jì)的具體計(jì)算結(jié)果如下：采用圓筒形殼體和標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭作為釜體的結(jié)構(gòu)型式，反應(yīng)釜材質(zhì)為不銹鋼。反應(yīng)釜筒體直徑，筒體高度，夾套直徑，夾套高度，反應(yīng)釜筒體壁厚，內(nèi)筒封頭壁厚，夾套筒體壁厚。脫丁醇塔（浮閥塔）進(jìn)行脫醇分離，理論塔板數(shù)塊，實(shí)際塔