年產(chǎn)2000噸PEK車(chē)間的初步設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、齊 齊 哈 爾 大 學(xué) 課程設(shè)計(jì)（論文） 題 目 年產(chǎn) 2000 噸 PEK 車(chē)間的初步設(shè)計(jì) 學(xué) 院 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 成 績(jī) 2011 年 10 月 10 日 摘 要 本設(shè)計(jì)完成了年產(chǎn) 2000 噸 PKE 的初步設(shè)計(jì)。首先介紹了產(chǎn)品生產(chǎn)的意義與作用 以及在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀。確定了以月桂醇和環(huán)氧乙烷為原料合成中間體月桂醇聚氧 乙烯醚（醇醚） ，再與五氧化二磷反應(yīng)，生成醇醚磷酸酯，最后用氫氧化鉀溶液中和 PKE 的工藝路線，完成了物料衡算、熱量衡算及設(shè)備選型；對(duì)主要的設(shè)備進(jìn)行了 Aspen 模擬和計(jì)算選型。 關(guān)鍵詞：PKE；Aspen；催化劑；工藝路線；初步設(shè)計(jì)

2、 Abstract In the design, the preliminary design of the 2000 tons/year PEK workshop was completed. The significance and functions of PEK and the development of the situation at home and abroad were introduced. The technology chosen to lauryl alcohol and ethylene and ethylene oxide was synthesized fro

3、m intermediate polyoxyethylene lauryl ether (ether) ,and through the phosphorylation reaction of phosphorus pentoxide, ether phosphate was generated ,finally, potassium hydroxide solution was used in the process route of synthesis of PEK.Mass balance and heat balance was calculated according to the

4、content of the process ;The major equipment was simulated by Aspen and calculated selection. Key words: PEK；Aspen；Catalyst；Process route ;Preliminary design 目錄 摘要I AbstractII 第 1 章總論1 1.1概述1 1.1.1產(chǎn)品的意義與作用1 1.1.2國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展前景1 1.1.3產(chǎn)品的性質(zhì)和特點(diǎn)1 1.1.4生產(chǎn)方法概述1 1.2設(shè)計(jì)依據(jù)2 第 2 章工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算2 2.1工藝原理2 2.2工藝路線的選擇2 2.3工

5、藝流程簡(jiǎn)述3 2.3.1 工藝流程示意圖3 2.3.1 工藝流程簡(jiǎn)述3 2.4物料衡算4 2.4.1物料衡算4 2.4.2物料衡算表6 2.6熱量衡算7 2.6.1熱量衡算的主要任務(wù)7 2.6.2熱量衡算及所需媒介的量7 2.6.3熱量衡算8 2.7ASPEN過(guò)程模擬10 第 3 章設(shè)備選型17 3.1選型的原則17 3.2關(guān)鍵設(shè)備的選型17 3.2.1聚合反應(yīng)器的選擇及計(jì)算17 3.3其它設(shè)備的選型18 3.3.1儲(chǔ)罐的選擇18 3.3.2泵的選擇21 第 4 章設(shè)備一覽表24 結(jié)束語(yǔ)25 參考文獻(xiàn)26 第1章 總 論 1.1 概述 1.1.1 產(chǎn)品的意義與作用 月桂醇聚氧乙烯醚磷酸酯鉀鹽簡(jiǎn)

6、稱“PEK”，是醇醚型非離子改性為一種磷酸酯型陰 離子表面活性劑，此類表面活性劑由于磷酸酯的存在而具有某種獨(dú)特的功能，有較好 的電解質(zhì)相容性，熱及堿穩(wěn)定性、優(yōu)良抗靜電性、潤(rùn)滑性、阻蝕性，去污能力強(qiáng)，特 別對(duì)硬表面去污能力尤佳；同時(shí)具有增溶性、乳化性、螯合、降低表面張力等作用。 此外，有較好的配伍和在酸、堿溶液中穩(wěn)定性，耐電離性較好?？蓮V泛用于紡織工業(yè)、 化妝品工業(yè)、塑料工業(yè)、洗滌劑工業(yè)、農(nóng)藥工業(yè)、皮革工業(yè)、機(jī)械等行業(yè)中，作為抗 靜電劑、染色劑、乳化劑、脫脂劑、金屬加工冷卻劑等，故稱為特種“表面活性劑” 。 1.1.2 國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展前景 目前，我國(guó)聚氧乙烯醚磷酸酯的生產(chǎn)處于初級(jí)發(fā)展階段，國(guó)

7、外磷酸酯表面活性劑 發(fā)展較快，主要生產(chǎn)公司有日本松本優(yōu)質(zhì)公司、花王石堿公司、德國(guó) BASF 公司、美 國(guó) Monsanto 公司，美國(guó)近十年平均增長(zhǎng)率為 5.8，目前國(guó)內(nèi)廠家不多，產(chǎn)量不大、 品種不全，與國(guó)外相比差距較大。但近年來(lái)發(fā)展較快，其增長(zhǎng)速率以每年大于 8-10% 的速度遞增，為此，本課題設(shè)計(jì)脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯的合成工藝路線具有很大的 使用價(jià)值。 1.1.3 產(chǎn)品的性質(zhì)和特點(diǎn) 產(chǎn)品 PEK 表面活性劑為白色膏狀物，其水溶液穩(wěn)定性優(yōu)異，它不僅可用作滌短紡 絲油劑組分，而且還可廣泛地應(yīng)用在清潔劑、防銹劑、乳化劑、離子交換劑、醫(yī)藥等 領(lǐng)域，還具有多種優(yōu)良的功能，去污能力強(qiáng)，特別對(duì)硬表面去

8、污尤佳。該產(chǎn)品具有如 下特點(diǎn)：1）配伍性好，在各種液體產(chǎn)品中，與陰離子、非離子、兩性離子都能很好的 配伍；2）在酸堿溶液中穩(wěn)定性好，例如在某些特殊偏酸性或偏堿性液體產(chǎn)品中易溶解， 且穩(wěn)定不分層、不沉淀；3）耐溫性好，在較大溫度范圍內(nèi)比較穩(wěn)定；4)耐電離性較好。 1.1.4 生產(chǎn)方法概述 本課題采用月桂醇與環(huán)氧乙烷為原料，在堿性催化作用下，聚合生成月桂醇聚氧 乙烯醚（醇醚） ，工藝條件為溫度為 135，壓力為 0.3MPa。n(EO):n（醇）=4：1，反 應(yīng) 2h，然后醇醚與固體催化劑五氧化二磷發(fā)生酯化反應(yīng)，在酯化釜中加入醇醚和水， 升溫至 50，加入五氧化二磷，在 70下反應(yīng) 2.5h；醇醚

9、、水及五氧化二磷的摩爾比 為 2：1：1，水解反應(yīng)通蒸汽速度為 30kg/h，水解溫度 95，水解時(shí)間 1h，由于工藝 條件的限制，最后得到醇醚單酯和醇醚雙酯為主的混合物，最后用氫氧化鉀水溶液中 和 3.5h，得到接近中性產(chǎn)品月桂醇聚氧乙烯醚磷酸酯鉀鹽. 1.2 設(shè)計(jì)依據(jù) 課題目標(biāo)：完成年產(chǎn) 2000 噸 PEK 車(chē)間的初步設(shè)計(jì)任務(wù) 主要內(nèi)容為：1）查閱文獻(xiàn)，了解國(guó)內(nèi)外關(guān)于 PEK 的現(xiàn)狀，進(jìn)行外文翻譯；2）進(jìn) 行工藝路線的選擇，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行物料，熱量衡算，設(shè)備選型。3）手繪一張帶控制 點(diǎn)的工藝流程圖，用 CAD 機(jī)繪制車(chē)間平面布置圖、關(guān)鍵設(shè)備裝備圖;5)用 Aspen Plus 對(duì) 聚合釜

10、進(jìn)行流程模擬。 技術(shù)參數(shù)： 年產(chǎn)量：2000 噸 PEK 年工作日：330 天 原料：月桂醇、環(huán)氧乙烷、踐行催化劑、五氧化二磷、氫氧化鉀水溶液 產(chǎn)品：PEK 第 2 章 工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算 2.1 工藝原理工藝原理 本設(shè)計(jì)主要有聚合、酯化水解和中和反應(yīng)，反應(yīng)原理和方程式如下： (1)聚合反應(yīng) C12H25OH+3C2H4O C12H25OC2H2O3H (2)酯化水解反應(yīng) C12H25OC2H4O3H+P2O5 C12H25OC2H4O3PO3H2+ C12H25OC2H4O3PO2HC2H4O3OC12H25 P2O5+2H2O H4P2O7 C12H25OC2H4O3H+ H4P

11、2O7 C12H25OC2H4O3PO2HOPO2HC2H4O3OC12H25+2H2O C12H25OC2H4O3PO2HOPO2HC2H4O3OC12H25+H2O(g) C12H25OC2H4O3PO3H2 (3)中和反應(yīng) C12H25OC2H4O3PO3H2+2KOH C12H25OC2H4O3PO3K2+2H2O C12H25OC2H4O3PO2HC2H4O3OC12H25+KOH C12H25OC2H4O3PO2KC2H4O3OC12H25+H2O 2.2 工藝路線的選擇工藝路線的選擇 本設(shè)計(jì)產(chǎn)品 PEK 的生產(chǎn)路線經(jīng)過(guò)聚合、酯化水解和中和反應(yīng)最終得到一定成分的 產(chǎn)品，原料可以是脂

12、肪醇的任何一種，在不同的溫度下最終得到中間產(chǎn)物聚合度不同 醇醚混合物，所不同的就是使用的催化劑，下面介紹一下酸性催化劑與強(qiáng)堿性催化劑 對(duì)產(chǎn)物的影響。 (1) 強(qiáng)堿性催化劑 這是工業(yè)上使用最廣泛的催化劑，如 NaOH、KOH、KAC、NaOCH3、NaOC2H5、Na 等，得到的產(chǎn)品中含有較多的未反應(yīng) 的醇，脂肪醇的環(huán)氧乙烷加合物分布也較寬(n+2)%50%，對(duì)于中小型企業(yè)應(yīng)用最為 廣泛。 (2) 酸性催化劑 這類催化劑如路易斯酸、無(wú)機(jī)酸等，雖然可以得到接近理想分布 的窄組分加合物，但是較多的副產(chǎn)物以及催化劑與產(chǎn)物反應(yīng)生成有機(jī)衍生物等缺點(diǎn)使 得酸性催化劑難以實(shí)際應(yīng)用。 基于上述催化劑對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物的

13、影響，本設(shè)計(jì)又屬于中試裝置，所以選擇傳統(tǒng)的強(qiáng) 堿性催化劑 KOH 作為本設(shè)計(jì)催化劑。 2.3工藝過(guò)程簡(jiǎn)述工藝過(guò)程簡(jiǎn)述 (1) 十二醇聚氧乙烯醚的合成 來(lái)自于貯罐的十二醇和催化劑加入到原料計(jì)量槽 V101 中，打開(kāi)環(huán)氧乙烷計(jì)量槽 V102 進(jìn)料閥和壓力貯罐出料閥，在 N2保護(hù)下，向環(huán)氧 乙烷進(jìn)料罐進(jìn)料，達(dá)到要求量時(shí)關(guān)閉各閥門(mén)；將原料按批次加入到聚合釜 R101 中，打 開(kāi)加熱系統(tǒng)，對(duì)裝有十二醇的聚合釜進(jìn)行升溫，升溫至 105，抽真空至 1.01103Pa 以下，然后用 N2置換三次，從 105加熱反應(yīng)釜，當(dāng)溫度達(dá)到 135時(shí)，打入 1.01105Pa 的 N2后，緩慢壓入環(huán)氧乙烷，控制壓力在 2

14、.02105Pa 和 150，反應(yīng) 30 分 鐘后，反應(yīng)體系自動(dòng)升溫，此時(shí)要嚴(yán)格控制溫度，一方面控制升溫速度，另一方面控 制溫度為 150。如遇升溫速度過(guò)快，達(dá)到 220，必須迅速降溫，但降溫不得低于 130。當(dāng)環(huán)氧乙烷按計(jì)量加完并且聚合釜內(nèi)壓力降為 1.01105Pa 以下，再繼續(xù)反應(yīng)直 至反應(yīng)釜內(nèi)恒定為止。打開(kāi)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行降溫，降至 75時(shí)，用十二醇聚氧乙烯醚泵 P101 打到醇醚緩沖罐 V103 里，打開(kāi)排空系統(tǒng)放空。 (2) 十二醇聚氧乙烯醚磷酸酯的合成 用醇醚進(jìn)料泵 P102 把醇醚打到酯化水解釜 R102 里，加去離子水。開(kāi)啟攪拌，在低于 40下，按醇醚：水：P2O5摩爾比為 2:

15、1:1 加入，將 P2O5分?jǐn)?shù)次加入水解釜。然后升溫至 70，在充分?jǐn)嚢柘拢M(jìn)行磷酸酯化反 應(yīng)，為了防止物料溫度過(guò)高，需要把物料用冷卻水冷卻，因此需將反應(yīng)物與生成物汽 化餾分經(jīng)冷凝器 E101 降溫回流到反應(yīng)釜，反應(yīng) 3h。用水蒸氣進(jìn)行水解，水解溫度 95。反應(yīng)完成后，經(jīng) P103 打到中間產(chǎn)物緩沖罐 V104 中。 (3) 用醇醚磷酸酯回流泵 P104 把醇醚磷酸酯打到水解釜里，計(jì)量中和反應(yīng) KOH 的投加量，用 67%濃度的 KOH 水溶液，用 KOH 水溶液計(jì)量槽 V105 打到釜里，用逆 流方式，中和溫度 60，中和時(shí)間 1h，得到十二醇聚氧乙烯醚磷酸酯鉀鹽，即 PEK， 送到產(chǎn)品貯罐

16、里。 2.4 物料衡算物料衡算 2.4.1 物料衡算物料衡算 (1) 對(duì) R103 進(jìn)行物料衡算 根據(jù)物料流程進(jìn)行衡算：對(duì)間歇生產(chǎn)可確定基準(zhǔn)，需要計(jì)算每天產(chǎn)量及原料投料 量，產(chǎn)品收率 98%，年工作日 330 天，轉(zhuǎn)化率 97%。 C12H25OC2H4O3PO3H2+2KOH C12H25OC2H4O3PO3K2+2H2O 398 256 474 36 M1 M2 M3 M4 C12H25OC2H4O3PO2HC2H4O3OC12H25+KOH 698 56 M5 M6 C12H25OC2H4O3PO2KC2H4O3OC12H25+H2O 736 18 M7 M8 每天產(chǎn)磷酸酯鹽的量：kgM

17、6061 330 10002000 其中：M3=95%M=5758kg，M7=5%M=303kg 每天投料純單酯：kgM 6 . 4835 474 5758398 1 純雙酯：kgM 4 . 287 736 1 . 606698 5 原料酯量：kgMMM5123 4 . 287 6 . 4835 51 消耗 KOH 的量：kgM 8 . 1360 398 112 6 . 4835 2 kgM 1 . 23 698 56 4 . 287 6 消耗純 KOH 量：m=(1360.8+23.1)68%=941kg 生成水量：kgM 4 . 437 112 36 8 . 1360 4 kgM4 . 7

18、 698 18 4 . 287 8 M4+M8=437.4+7.4=444.8kg (2) 對(duì) R102 進(jìn)行物料衡算 每天醇醚磷酸單酯與醇醚磷酸雙酯的產(chǎn)量及原料投料量，n(醇醚):n(水):n(五氧化二磷) =2:1:1 C12H25OC2H4O3H+P2O5 C12H25OC2H4O3PO3H2+ 3318 142 398 G1 G2 M1 C12H25OC2H4O3PO2HC2H4O3OC12H25 698 M5 P2O5+2H2O H4P2O7 142 36 178 G2 G5 G6 2C12H25OC2H4O3H+ H4P2O7 636 178 C12H25OC2H4O3PO2HOP

19、O2HC2H4O3OC12H25+2H2O 778 36 C12H25OC2H4O3PO2HOPO2HC2H4O3OC12H25+H2O(g) 778 18 G7 G9 C12H25OC2H4O3PO3H2 2398 G3 已知 M5=287.4kg，則 ， 1 287.4398 163.9 698 Mkg 3 4835.6163.94671.7Gkg ，kgG 6 . 105 2398 18 7 . 4671 9 kgG 1 . 4566 698 7 . 4671778 7 ，kgG 7 . 3732 778 1 . 45663182 1 8 4566.1 36 211.3 778 Gkg

20、，kgG 8 . 392 698 3183 4 . 287 1 kgG 5 . 58 698 142 4 . 287 2 則需要醇醚的量：G1+G1=3732.7+392.8=4215.5kg H4P2O7的量：kgG 7 . 1044 778 1 . 4566178 6 ，kgG 4 . 833 178 142 7 . 1044 2 kgG 3 . 211 178 7 . 104436 5 需要五氧化二磷的質(zhì)量為：G=G2+G2=58.5+833.4=891.9kg 水的質(zhì)量=211.3 (3) 對(duì) R101 進(jìn)行物料衡算 確定生產(chǎn)基準(zhǔn)為 kg/天，則需要計(jì)算每天產(chǎn)量及原料投料量，(EO):

21、(月桂醇)=4:1 C12H25OH+3C2H4OC12H25OC2H2O3H 186 344 318 G1 G2 G3 已知 G3=4125.5kg，則： ，kgG2413 318 186 5 . 4125 1 kgG5 .1712 318 132 5 . 4125 2 2.4.2 物料衡算表物料衡算表 表 2-1 R103 釜物料衡算表(kg/天) 進(jìn)料出料物料名稱 含量/%質(zhì)量/kg摩爾/mol含量/%質(zhì)量/kg摩爾/mol 醇醚磷酸酯單酯 95 4835.6 12.15- - - 雙酯 5 287.4 0.41- - - KOH 水溶液KOH 68 941 16.80- - - 水 3

22、2 444.8 24.71- - - PEK- - -單酯鹽 95 5758 12.15 - - -雙酯鹽 5 303 0.41 水- - -100 444.8 24.71 合計(jì)6505.86505.8 表 2-2 R102 釜物料衡算表(kg/天) 進(jìn)料出料物料名稱 含量/%質(zhì)量/kg摩爾/mol含量/%質(zhì)量/kg摩爾/mol 醇醚100 4125.5 12.97- - - 五氧化二磷100 891.9 6.28- - - 水蒸氣100 105.6 5.87- - - 水100 211.3 11.74100 211.3 11.74 磷醇醚單酯- - -95 4583.6 12.15 磷醇醚雙

23、酯- - -5 287.4 0.41 合計(jì)5334.35334.3 表 2-3 R101 釜物料衡算表(kg/天) 進(jìn)料出料物料名稱 含量/%質(zhì)量/kg摩爾/mol含量/%質(zhì)量/kg摩爾/mol 十二醇100 2413 12.97- - - 環(huán)氧乙烷100 1712.5 6.28- - - 醇醚- - -100 4125.5 12.97 合計(jì)4125.54125.5 2.5 熱量衡算熱量衡算 2.5.1 熱量衡算主要任務(wù)熱量衡算主要任務(wù) (1) 確定各單元過(guò)程所需熱量或冷量以及傳熱速率，為其他工程，如供氣、供水等 提供設(shè)計(jì)基礎(chǔ)； (2) 化學(xué)反應(yīng)常常伴有熱效應(yīng)，導(dǎo)致體系的溫度變化，需要確定為報(bào)

24、告吃一定的反 應(yīng)溫度所需要的放熱速率和傳熱速率； (3) 通過(guò)熱量衡算，分析工程設(shè)計(jì)和操作中能量利用是否經(jīng)濟(jì)合理，以提高熱量利 用水平； (4) 確定泵、壓縮機(jī)等輸送機(jī)械和攪拌、過(guò)濾等操作機(jī)械所需功率。 表 2-4 物料的物理化學(xué)性質(zhì) 物料名稱沸點(diǎn)()定壓熱容(J/mol)密度(kg/m3)氣化焓(kJ/mol) 月桂醇25.239799015338 環(huán)氧乙烷10.70.81710-77.82 五氧化二磷- 211.71900-3009.9 氫氧化鉀水溶液- -126.81050-482.37 PEK-1.11- 表 2-5 中間產(chǎn)物、生成物熱容。生成焓 物料名稱定壓熱容(J/mol)生成焓(

25、kJ/mol) 月桂醇聚氧乙烯醚656.322787 醇醚磷酸單酯742.66 21020.4 醇醚磷酸雙酯 1427.0243347 醇醚磷酸單酯鉀鹽742.66 21020.4 醇醚磷酸雙酯鉀鹽1427.0243347 2.5.2 熱量衡算熱量衡算 (1) 對(duì) R101 熱量衡算 kJ107 . 7)25135( 5 . 1712 44 100004791 . 0 )25135(2413 186 1000397 . 0 Q 5 入入 kJ104 . 9)25135( 5 . 4125 318 10006563. 0 Q 5 入入 molkJqr/103 . 7)63.52315338(22

26、787 50 kJ10 8 . 17298-4082736563 . 0 100097.127300-100097.12Q 5 入入入入 入入入 kJ101 .16108 .17107 . 7104 . 9QQQQ 555 入入 入入入入入入 給熱算出為負(fù)值，說(shuō)明該反應(yīng)器需移走 16.3105kJ 的熱量。 每小時(shí)熱負(fù)荷： 5 5 Q16.1 10 q1.01 10 kJ 82 根據(jù)冷熱物料信息選傳熱系數(shù) K=100kcal/(m2.h.) 熱物流：13550； 冷物流：5025 C I tm 59 25 115 n 25115 5 2 1.01 10 4.10 100 4.18 59 m q

27、 Am Kt (2) 對(duì) R102 進(jìn)行熱量衡算 kJ105 . 2)25125(6 .1053 . 3)2550(5 .4125 318 10006563 . 0 Q 5 入入 kJ107 . 6 698 )2595( 4 . 28702.1427 )2595(6 .4835 398 1000742 . 0 Q 5 入入 molkJqr/ 9 . 327)22787( 9 . 3009 3 1 )43347( 3 1 ) 4 . 21020( 3 1 0 =6.7入入 入入入 398-34327343. 1100041 . 0 27374. 01000 2 15.12 9 .3271000

28、5 3 97.12Q 1 3105kJ molkJqr/96.1312)83.2852 9 . 3009(6 .2268 0 kJ10167 . 0 298-343273211. 010005340)96.1312(1000 3 2 28 . 6 Q 5 2 入入 入入入 molkJqr/4 .25304 .1281 2 1 2278783.285)49.39800( 2 1 0 kJ1044.10 298-34318. 4 3 . 211273211 . 0 10005300 4 . 25301000 5 2 97.12Q 5 3 入入 入入入 0 2 ( 21020.4) ( 39800.

29、49 241.82) 2482.1/qkJ mol r kJ1047.11)298343(27374 . 0 1000 3 2 15.12) 1 .2482(10003 . 5Q 5 4 入入入 kJ1081.28QQQQQ 5 1 432 入入入 5555 6.7 102.5 1028.81 1024.61 10QQQQkJ 帶出帶入反映熱給 計(jì)算數(shù)值為負(fù)值，說(shuō)明反應(yīng)器帶出熱量。 每小時(shí)熱負(fù)荷： 5 5 24.61 10 1.64 10 k 62.5 Q qJ 給 根據(jù)冷熱物料信息選傳熱系數(shù) K=200kcal/(m2.h.) 熱物流：9560； 冷物流：4025 Ctm 45 2 3555

30、 傳熱面積： 5 2 1.64 10 4.36 2004.18 45 m q Am Kt （3） 對(duì) R103 熱量衡算 kJ109 . 3 )2560( 4 . 278 698 26.1340 )2560( 9 . 1383 56 9 .64 )2560(6 .4835 398 66.742 Q 5 入入 kJ1035. 3 25-60303 736 62.1340 )2560( 8 . 444 273 18. 4 )2560(5758 474 66.742 Q 5 入入 入入 mol/kJ7 .277) 7 . 4242 4 . 21020()83.2852 4 . 21020(q01 r

31、 入入 入入入 398-34318 . 4 3 2 8 . 44427374 . 0 100015.12) 7 . 277(100095 . 2 Q 1 =13.66105kJ molkJqr/87.138)7 .42443347()83.28543347( 0 2 kJ101.26)398-(3434.18 3 1 444.82731.3410000.41138.87)(10000.41Q 5 5 14.5210 12 QQQkJ 反映熱 kJ1007.151052.14109 . 31035 . 3 QQQQ 5555 入入入入入入入入 熱量為負(fù)值，說(shuō)明反應(yīng)器需移走熱量。 每小時(shí)熱負(fù)荷：

32、5 5 15.07 10 0.72 10 k 63.5 Q qJ 給 根據(jù)冷熱物料信息選傳熱系數(shù) K=250kcal/(m2.h.) 熱物流：6030； 冷物流：3025 Ctm 14 5 30 In 530 傳熱面積： 5 2 0.74 10 5.06 2504.18 14 m q Am Kt 2.6 Aspen 過(guò)程模擬過(guò)程模擬 第第3 3章章 設(shè)備選型設(shè)備選型 3.1 選型原則選型原則 化工設(shè)備是化工生產(chǎn)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)工程項(xiàng)目投產(chǎn)后的生產(chǎn)能力、操作穩(wěn)定 性、可靠性以及產(chǎn)品質(zhì)量等都起著重要作用。因此，對(duì)于設(shè)備的設(shè)計(jì)以選型要充分考 慮工藝的要求；要可靠、安全，便于連續(xù)化和自動(dòng)化生產(chǎn)；要能

33、創(chuàng)造良好的工作環(huán)境 和無(wú)污染，便于購(gòu)置和容易制造等等?？傊?，要全面貫徹先進(jìn)、適用、高效、安全、 可靠、省材料和節(jié)約資源等原則。具體還要從經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)與設(shè)備結(jié)構(gòu)上的要求加以 考慮。 還要考慮方便安裝、操作及維修；考慮設(shè)備的尺寸和形狀與運(yùn)輸?shù)葐?wèn)題。對(duì)于定 型設(shè)備還應(yīng)注意：首先，要根據(jù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目規(guī)定的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)周期確定設(shè)備的臺(tái)數(shù)。 設(shè)備選型可參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集或有關(guān)手冊(cè)和生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品目錄、說(shuō)明書(shū)等進(jìn)行選擇。 其次，還要注意備選用設(shè)備的備品供應(yīng)情況；選用的設(shè)備在生產(chǎn)能力上，若無(wú)完全相 適宜的，則選用偏高一級(jí)的，并應(yīng)兼顧生產(chǎn)的發(fā)展；在滿足工藝條件上考慮，也應(yīng)從 偏高一級(jí)的設(shè)備中選用。 3.2 關(guān)鍵設(shè)備

34、的選擇關(guān)鍵設(shè)備的選擇 3.2.1 聚合反應(yīng)器的選擇及計(jì)算聚合反應(yīng)器的選擇及計(jì)算 由于間歇反應(yīng)器有操作靈活，易于適應(yīng)不同操作條件和產(chǎn)品品種的優(yōu)點(diǎn)，適用于 小批量、多品種、反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)精細(xì)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)。因此，該聚合反應(yīng)采用間歇釜 式反應(yīng)器。它是最常見(jiàn)的間歇反應(yīng)器，反應(yīng)物料按一定配比一次加入反應(yīng)器，開(kāi)動(dòng)攪 拌，是反應(yīng)器內(nèi)物料濃度和溫度均一。經(jīng)過(guò)一定反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)達(dá)到要求的轉(zhuǎn)化率后， 將物料排除反應(yīng)器，完成一個(gè)生產(chǎn)周期。 1、聚合釜體的設(shè)計(jì) (1)反應(yīng)器體積的計(jì)算 由前面的物料衡算可知，每天反應(yīng)物的進(jìn)料量 m(醇+EO)=4125.5kg，n(醇) =13.15kmol，n(EO)=39.47kmo

35、l，醇=710kg/m3, EO=990 kg/m3，則 3 EO /780 47.3915.13 47.39 47.3915.13 15.13 mkg 醇 每小時(shí)需要處理的原料體積為 hm m V/22 . 0 24780 5 . 4125 3 0 反應(yīng)時(shí)間 t=2h，輔助時(shí)間 t=1h，填料系數(shù) =0.75 反應(yīng)器的有效體積 VR=V0(t+t)=0.22(2+1)=0.66 m3 反應(yīng)器的實(shí)際體積 3 88 . 0 75 . 0 66 . 0 m V V R 每天需操作批次8 75 . 0 88 . 0 22 . 0 2424 0 V V (2) 確定筒體直徑 反應(yīng)物料為氣 液相反應(yīng)，查

36、表取 H/Di=12，設(shè)備容器要求為 1 m3，可取 H/Di=1，裝料系數(shù) =0.75。 反應(yīng)釜直徑估算如下： 33 442.5 1.08 1 i VD m H 圓整至公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)系列，取 Di=1200mm。封頭取相同的內(nèi)直徑，其曲面高 度查表得 h1=300mm，直邊高度 h2=50mm。 (3) 確定筒體高度 當(dāng) Di=1200mm，h2=50mm 時(shí)，查表得橢圓形封頭的容積 Vh=0.283 m3，查表 得筒體每一米高的容積 V1=0.623 m3，則筒體高估算為 m V VV H h 15 . 1 623 . 0 283. 01 1 取 H 為 1200mm，于是 H/Di=120

37、0/1200=1 2、攪拌裝置 按物料粘度選型，在影響攪拌狀態(tài)的諸多物理性質(zhì)中，液體的粘度的影響最大， 所以，可以格局液體的粘度來(lái)選型，對(duì)于低粘度的液體，應(yīng)選用小直徑、高轉(zhuǎn)速攪 拌器，如推進(jìn)式、渦輪式；對(duì)于高粘度液體，選用大直徑、低轉(zhuǎn)速攪拌器，如錨式、 框式和槳式。 對(duì)于本裝置，屬于低粘度液體，所以選用小直徑、高轉(zhuǎn)速的推進(jìn)式攪拌器。攪 拌器的直徑 d=0.35 Di=0.351200=420mm,轉(zhuǎn)速為 100r/min。 3.3 其其它它設(shè)設(shè)備備的的選選擇擇 3.3.1 儲(chǔ)儲(chǔ)罐罐選選擇擇 (1)鋼制選型依據(jù) 鋼制立式圓筒形固定頂儲(chǔ)罐系列 HG21502.1-92 立式橢圓形封頭 (支腿、群座

38、)儲(chǔ)罐系列 HG3153-1985 (2)儲(chǔ)罐選型結(jié)果 原料計(jì)量罐 對(duì)計(jì)量罐進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果如下 表 3-1 儲(chǔ)存介質(zhì)月桂醇和催化劑 組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù)%)99.8 儲(chǔ)存條件陰涼、通風(fēng)、干燥、常溫、 常壓 介質(zhì)腐蝕性無(wú) 儲(chǔ)存時(shí)間半天 裝載系數(shù)0.7 計(jì)算容積V=1.49 m3 選型選用鋼制立式圓筒形固定頂儲(chǔ) 罐，材料為碳鋼，公稱容積為 1.5 m3立式儲(chǔ)罐一個(gè)，直徑 1000mm， 罐體高度 2600mm，儲(chǔ)罐高 3000mm，封頭標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 EO 計(jì)量罐 對(duì) EO 計(jì)量罐進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果如下表 表 3-2 儲(chǔ)存介質(zhì)環(huán)氧乙烷 組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù)%)99.8 儲(chǔ)存條件壓力0.07MPa、陰涼、通

39、風(fēng)、干 燥 介質(zhì)腐蝕性無(wú) 儲(chǔ)存時(shí)間半天 裝載系數(shù)0.7 計(jì)算容積V=3.45 m3 選型選用鋼制立式圓筒形固定頂儲(chǔ)罐， 材料為碳鋼，公稱容積為 3.6m3立式 儲(chǔ)罐一個(gè)，直徑 1500mm，罐體高度 2600mm，儲(chǔ)罐高 3000mm，封頭標(biāo) 準(zhǔn)橢圓形封頭 醇醚緩沖罐 對(duì)醇醚緩沖罐進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果如下表 表 3-3 儲(chǔ)存介質(zhì)月桂醇聚氧乙烯醚 組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù)%)99.8 儲(chǔ)存條件陰涼、通風(fēng)、干燥、常溫、常壓 介質(zhì)腐蝕性無(wú) 儲(chǔ)存時(shí)間半天 裝載系數(shù)0.7 計(jì)算容積V=5.2m3 選型選用鋼制立式圓筒形固定頂儲(chǔ)罐， 材料為碳鋼，公稱容積為 5.5 m3立式 儲(chǔ)罐一個(gè)，直徑 1300mm，罐體高度 4

40、.200mm，儲(chǔ)罐高 4500mm，封頭標(biāo) 準(zhǔn)橢圓形封頭 醇醚磷酸酯緩沖罐 對(duì)醇醚磷酸酯緩沖罐進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果如下表 表 3-4 儲(chǔ)存介質(zhì)醇醚磷酸酯 組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù)%)99.8 儲(chǔ)存條件陰涼、通風(fēng)、干燥、常溫、常壓 介質(zhì)腐蝕性無(wú) 儲(chǔ)存時(shí)間半天 裝載系數(shù)0.7 計(jì)算容積V=6.04m3 選型選用鋼制立式圓筒形固定頂儲(chǔ)罐， 材料為碳鋼，公稱容積為 6.0m3立式 儲(chǔ)罐一個(gè)，直徑 1400mm，罐體高度 4200mm，儲(chǔ)罐高 4500mm，封頭標(biāo) 準(zhǔn)橢圓形封頭 KOH 溶液計(jì)量罐 對(duì) KOH 溶液計(jì)量罐進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)結(jié)果如下表 表 3-5 儲(chǔ)存介質(zhì)KOH 組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù)%)99.8 儲(chǔ)存條件陰涼、

41、通風(fēng)、干燥、常溫、常壓 介質(zhì)腐蝕性無(wú) 儲(chǔ)存時(shí)間半天 裝載系數(shù)0.7 計(jì)算容積V=0.09 選型選用鋼制立式圓筒形固定頂儲(chǔ)罐， 材料為碳鋼，公稱容積為 1m3立式 儲(chǔ)罐一個(gè)，直徑 400mm，罐體高度 1000mm，儲(chǔ)罐高 1400mm，封頭標(biāo) 準(zhǔn)橢圓形封頭 3.3.2 泵泵的的選選擇擇 (1)泵的選擇原則 依據(jù)國(guó)家工業(yè)部對(duì)流體輸送機(jī)械的相關(guān)規(guī)定，并根據(jù)工業(yè)泵選用手冊(cè) 、 化工機(jī)械手冊(cè)：流體輸送機(jī)械 的指導(dǎo)，對(duì)各個(gè)工藝單元中所用到的流體輸送設(shè) 備進(jìn)行設(shè)備選型。其中主要考慮下述因素： 物理參數(shù)：針對(duì)待輸送的流體的理化性質(zhì)而選擇合適的泵，其中尤其考慮流 體腐蝕性、結(jié)垢性、揮發(fā)性等因素。 流量 Q：流

42、量是指工藝裝置生產(chǎn)過(guò)程中，要求泵輸送介質(zhì)的量，一般應(yīng)給出 正常、最小和最大流量。泵數(shù)據(jù)表上往往只給出正常和額定流量。選泵時(shí)，要求額 定流量不小于裝置的最大流量，或取正常流量的1.11.5 倍。 揚(yáng)程 H：是指工藝裝置所需的揚(yáng)程值，也稱計(jì)算揚(yáng)程，一般要求泵的額定揚(yáng) 程為裝置所需揚(yáng)程的 1.051.1 倍。 進(jìn)口壓力和出口壓力：進(jìn)、出口壓力指泵進(jìn)出接管法蘭處的壓力，進(jìn)、出口 壓力的大小影響到殼體的耐壓和軸封要求。 溫度 T：是指進(jìn)出口介質(zhì)溫度，一般應(yīng)給出工藝過(guò)程中泵進(jìn)出口介質(zhì)的正常、 最低和最高溫度。 裝置的汽蝕余量 NPSH，也稱有效汽蝕余量。 (2)泵的分類 泵的用途各部相同，根據(jù)作用原理可將

43、泵分為以下2 大類： 容積泵： 利用工作室容積周期性發(fā)生變化來(lái)輸送液體，如活塞泵、柱塞泵、隔膜泵、齒輪 泵、滑板泵、螺桿泵等。 動(dòng)力式泵 包括只改變液體位能的泵，如水車(chē)等，利用流體能量來(lái)輸送液體的泵，如離心泵、 渦輪泵、噴射泵、氣提泵、潛水泵、電磁泵等。 流量在 1-20000 m3/h，揚(yáng)程在 8-2000m 的范圍內(nèi)，優(yōu)先選擇離心泵，因?yàn)樵诖诵?能范圍內(nèi)，離心泵具有轉(zhuǎn)速高、體積小、質(zhì)量輕、效率高、流量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能 平穩(wěn)、容易操作和維修等優(yōu)點(diǎn)。 (3)泵選型結(jié)果 本設(shè)計(jì)離心泵采用浙江大江山泵閥制造有限公司生產(chǎn)的泵，結(jié)合工藝原料進(jìn)行選 擇，選 IS 系列單級(jí)單吸離心泵。 醇醚出料泵，選泵

44、型號(hào)為 ISWH20-160 表 3-6 ISWH20-160 型泵參數(shù) 參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值 流量(m3/h)1.49揚(yáng)程(m)15 轉(zhuǎn)速(r/min)2900必須汽蝕余量 (m)1.5 效率(%)75功率(kW)30 醇醚回流泵，選擇泵的型號(hào)為 ISWH40-100(I) 表 3-7 ISWH40-100(I)型泵參數(shù) 參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值 流量(m3/h)3.54揚(yáng)程(m)28 轉(zhuǎn)速(r/min)2900必須汽蝕余量 (m)1.8 效率(%)75功率(kW)25 醇醚磷酸酯出料泵，選擇泵的型號(hào)為ISWH30-160 表 3-8 ISWH30-160 型泵的參數(shù) 參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值 流量(m3/h)5.2揚(yáng)程(m)32 轉(zhuǎn)速(r/min)2900必須汽蝕余量 (m)2.3 效率(%)75功率(kW)30 醇醚磷酸酯回流泵，選擇泵的型號(hào)為ISWH50-100(I) 表 3-9 ISWH50-100(I)型泵的參數(shù) 參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值 流量(m3/h)6.04揚(yáng)程(m)45 轉(zhuǎn)速(r/min)2900必須汽