季戊四醇畢業(yè)設(shè)計

1、季戊四醇畢業(yè)設(shè)計、乙刖百季戊四醇是由甲醛和乙醛縮合而成，在涂料、汽車、輕工、建筑、合成樹脂、炸藥等方面具有廣泛的應(yīng)用，止匕外，還用于醫(yī)藥、農(nóng)藥等生產(chǎn)。基于在山西三維有限公司實習所得，同時結(jié)合專業(yè)課的深入學習以及老師的悉心教導，我開展了對季戊四醇的車間工藝設(shè)計。本次設(shè)計內(nèi)容以甲醛、乙醛和氫氧化鈉為原料經(jīng)過縮合反應(yīng)，得到季戊四醇混合物，在經(jīng)過中和、脫醛、蒸發(fā)、結(jié)晶工序得到季戊四醇晶體，最后經(jīng)過分離、干燥等工序得到季戊四醇產(chǎn)品。由此工藝可知，設(shè)計任務(wù)是非常龐大的，這不僅要求我們要有扎實的專業(yè)理論知識，更要有靈敏的理解感悟能力，同時要熟練掌握計算機，熟練運用畫圖工具，其成果包括工藝流程圖、主設(shè)備圖、車

2、間布置圖、物料衡算、熱量衡算、工藝設(shè)備選型設(shè)計、經(jīng)濟核算、設(shè)計說明書的撰寫、查閱英文文獻并翻譯等。由此可見任務(wù)極其艱巨，在設(shè)計中我多次無從下手，苦惱之極，但靜下心來仔細研究、摸索，終有路可尋，雖然很辛苦，當從中所學知識及能力是無法估量的，精神上更加豐富。本設(shè)計為初步設(shè)計，我按照設(shè)計任務(wù)書要求內(nèi)容，一步一步完成，但由于經(jīng)驗不足，理論和實踐知識不夠扎實，在設(shè)計中還有大量不足之處，誠請老師給予指正。2011年05月30日I/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計年產(chǎn)10000噸季戊四醇生產(chǎn)車間工藝設(shè)計摘要本設(shè)計為年產(chǎn)10000噸季戊四醇生產(chǎn)車間工藝設(shè)計。季戊四醇是一種典型的新戊基結(jié)構(gòu)四元醇，又名四羥甲基甲烷，化學名稱

3、為2,2一雙（羥甲基）一1,3一丙二醇，其外觀為白色粉末狀結(jié)晶、無臭，略有甜味，可燃，無毒，溶于水，微溶于乙醇，不可溶于甘油、乙二醇、甲酰胺、丙酮、苯、四氯化碳、乙醴和石油醴等有機溶劑。本設(shè)計所采用的工藝路線為：以甲醛和乙醛為原料，氫氧化鈉為催化劑在縮合釜內(nèi)發(fā)生縮合反應(yīng)，再通入中和釜中進行中和，通入脫醛塔脫除甲醛，經(jīng)過蒸發(fā)器蒸出部分水，再在結(jié)晶釜中結(jié)晶出季戊四醇，在通過干燥器干燥晶體，最終就可獲得產(chǎn)品。本設(shè)計內(nèi)容主要包括工藝設(shè)計，物料衡算，熱量衡算，工藝設(shè)備計算與選型，安全與環(huán)保，經(jīng)濟核算。本設(shè)計所得成果主要有設(shè)計說明書，工藝流程圖，主設(shè)備圖，車間布置圖。關(guān)鍵詞：季戊四醇，低溫鈉法，車間工藝，

4、設(shè)計II/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計目錄1弓I言11.1 產(chǎn)品簡介1.1.2 國內(nèi)外生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場分析2.1.2.1 國外生產(chǎn)現(xiàn)狀2.1.2.2 國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀3.1.2.3 國內(nèi)外季戊四醇市場分析4.1.3 主要生產(chǎn)方法6.1.3.1 Cannizzaro（康尼扎羅）法6.1.3.2 縮合加氫法7.2生產(chǎn)工藝設(shè)計8.2.1 生產(chǎn)方法8.2.2 反應(yīng)原理8.2.3 工藝流程8.2.3.1 縮合9.2.3.2 中和9.2.3.3 脫醛9.2.3.4 蒸發(fā)102.3.5 結(jié)晶分離102.3.6 干燥103物料衡算11.3.1 工藝流程框圖1.13.2 計算依據(jù)113.3 其他數(shù)據(jù)113.4 各工序的物料衡

5、算1.23.4.1 縮合123.4.2 中和133.4.3 脫醛15III/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計3.4.4 蒸發(fā)163.4.5 結(jié)晶173.4.6 分離183.4.7 干燥204熱量衡算234.1 熱量衡算目的234.2 熱量衡算依據(jù)234.3 各物質(zhì)熱力學參數(shù)234.4 各工段的熱量衡算234.4.1 縮合234.4.2 中和274.4.3 脫醛30.4.4.4 蒸發(fā)334.4.5 結(jié)晶384.4.6 分離40.4.4.7 干燥425設(shè)備設(shè)計與選型475.1 主要設(shè)備設(shè)計與計算475.1.1 反應(yīng)釜475.1.2 脫醛塔565.1.3 脫醛塔的進料儲罐605.2 其他設(shè)備選型625.3 設(shè)備

6、一覽表636安全與環(huán)保646.1 安全646.1.1 危險因素分析646.1.2 擬采取的措施656.2 環(huán)保706.2.1 主要污染源70IV/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計6.2.2 擬采取的措施717車間布置設(shè)計727.1 車間布置的基本原則和要求.727.1.1 基本原則727.1.2 基本要求727.2 車間布置747.2.1 廠房布置747.2.2 設(shè)備布置748經(jīng)濟核算768.1 概述768.2 原材料消耗定額768.3 經(jīng)濟核算768.3.1 工程費用768.3.2 其他費用788.3.3 預備費用798.3.4 專項費用798.3.5 產(chǎn)品單位成本808.3.6 流動資金.828.3.

7、7 所得稅828.3.8 投資回收期（靜態(tài)分析法）82參考文獻83結(jié)束語86致謝87.V/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計1引言1.1產(chǎn)品簡介季戊四醇（pentaerythritol,簡稱PE）是一種典型的新戊基結(jié)構(gòu)四元醇，又名四羥甲基甲烷，化學名稱為2,2一雙（羥甲基）一1,3一丙二醇，分子式：C5H12。4,結(jié)構(gòu)式見圖1.1,其外觀為白色粉末狀結(jié)晶、無臭，略有甜味，可燃，無毒，溶于水，微溶于乙醇，不可溶于甘油、乙二醇、甲酰胺、丙酮、苯、四氯化碳、乙醴和石油醴等有機溶劑。其部分物性數(shù)據(jù)見表1.1。PE與醛、酮反應(yīng)生成縮醛和縮酮，與硝酸反應(yīng)生成四硝基季戊四醇。與有機酸、酸酊反應(yīng)制成有機酯，與鹵化氫反應(yīng)生成

8、季戊四醇鹵化物。季戊四醇是由甲醛和乙醛縮合而成，在涂料、汽車、輕工、建筑、合成樹脂、炸藥等方面具有廣泛的應(yīng)用，主要用于制樹脂、涂料和炸藥等，也用于生產(chǎn)色漆、清漆和印刷油墨等的松香脂，還可用于制干性油、阻燃性涂料和航空潤滑油等。季戊四醇的脂肪酸酯是高效的潤滑劑和聚氯乙烯增塑劑，其環(huán)氧衍生物則是生產(chǎn)非離子表面活性劑的原料。止匕外，還用于醫(yī)藥、農(nóng)藥等生產(chǎn)14。OH1件HOH2CCH2-OH產(chǎn)OH圖1.1季戊四醇結(jié)構(gòu)式表1.1季戊四醇部分數(shù)據(jù)相對密度1.395g/cm3分子量136.15熔點261-262C沸點276c折射率1.548溶解性1g/18mL水（15C）1/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計1.2 國內(nèi)

9、外生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場分析1.2.1 國外生產(chǎn)現(xiàn)狀據(jù)有關(guān)文獻得知1,56,2002年產(chǎn)量為38萬噸左右，裝置開工率約為76%,其生產(chǎn)主要集中在西歐、北美和亞洲地區(qū)，其中西歐地區(qū)生產(chǎn)能力為15.9萬噸/年；亞洲地區(qū)（除日本外）生產(chǎn)能力為15.6萬噸/年；北美地區(qū)生產(chǎn)能力為101萬噸/年；日本生產(chǎn)能力為43萬噸/年；其他地區(qū)和國家生產(chǎn)能力為4.0萬噸/年左右。至2006年，當年全世界季戊四醇的總生產(chǎn)能力約為61.0萬噸，產(chǎn)量約為45.0萬噸，裝置開工率約為73.8%，其主要生產(chǎn)地依然在歐美地區(qū)。到2009年為止，國外有25家季戊四醇生產(chǎn)企業(yè)，其總生產(chǎn)能力為44萬噸/年，其中美國占12.95%。主要的生產(chǎn)

10、廠家有美國Hercules公司、美國赫司特/塞拉尼斯公司、瑞典柏仕德（Perstorp/司、中國臺灣李長榮化工公司、加拿大Chemcel公司、德國德固薩公司、日本三菱瓦斯化學公司、日本廣榮化學公司等，詳情見表1.2。其中柏仕德（Perstorp冶司為全球最大的季戊四醇生產(chǎn)廠家，它在印度、意大利、美國和德國都建有生產(chǎn)企業(yè)和裝置。具擁有5.7萬噸/年的季戊四醇生產(chǎn)能力，占全球生產(chǎn)總能力的9%。20062011年期間，美國醇酸樹脂消費量的年增長率2%;西歐季戊四醇硝酸酯的年均增長率1%;期間日本由于醇酸樹脂需求少，季戊四醇消費量的年均增長率較緩慢。表1.2國外季戊四醇的生產(chǎn)廠單位：萬噸/年國家公司名

11、稱生產(chǎn)能力備注美國Aqualon公司2.2美國賽拉尼斯（Celanese）公司3.5美國柏仕德（Perstorp）公司2美國Hercules2.5加拿大Chemcell2.5巴西COPENOR公司0.88智利OXIQUIM公司1.5阿爾德（Alder）公司0.8柏仕德（Perstorp）公司3Polioli1.2PolialcoSA3.32/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計續(xù)表1.2國家公司名稱生產(chǎn)能力備注智利西班牙瑞典OXIQUIM公司阿爾德（Alder）公司柏仕德（Perstorp）公司PolioliPolialcoSA太爾（Dynea）公司Perstorp與NesteOxo合資德國俄羅斯俄羅斯土耳其

12、印度印度印度印度日本日本日本日本韓國DegussaAGUralkhimplast公司Metafrax公司PolisanBoya公司AlliedResins&ChemicalsKanoria公司柏仕德印度化工（PerstorpIndiaChemicals）公司Rinki公司）榮（Koei）公司二菱瓦斯（MGC）公司二菱（Mitsui）化學公司三井化學公司Yu-Jin公司1.2.2 國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀1,6,7我國季戊四醇的生產(chǎn)始于1957年，當時年產(chǎn)量只有20噸，到20世紀90年代才開始快速發(fā)展，1997年國內(nèi)生產(chǎn)能力和產(chǎn)量分別為5萬噸/年和2萬噸左右，2002年的生產(chǎn)能力和產(chǎn)量分別為10萬噸

13、/年和5.1萬噸。隔年2003年生產(chǎn)能力和產(chǎn)量又增加到12萬噸/年以上和6.5萬噸左右，生產(chǎn)能力與產(chǎn)量年均增長率分別為15.7%和21.7%。到2004年底，我國季戊四醇的生產(chǎn)能力達到16.5萬噸/年，2004年產(chǎn)量達到10.8萬噸/年。截止到2008年8月，我國季戊四醇產(chǎn)能已達到29萬噸/年，產(chǎn)量為17.5萬噸，開工率約58%o經(jīng)過幾十年的發(fā)展，國內(nèi)季戊四醇的生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)水平逐步得到了較大的提高。至20世紀90年代以來到目前為止我國季戊四醇生產(chǎn)廠家有近30家，其中生產(chǎn)規(guī)模較大的企業(yè)有湖北省宜化集團有限責任公司、湖南衡陽三化實業(yè)股份有限公司、云南天然氣化工廠和保定市化工原料廠等。表1.3為我

14、國季戊四醇主要生產(chǎn)廠家和生產(chǎn)能力。3/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計表1.3我國季戊四醇主要生產(chǎn)廠家和生產(chǎn)能力（t/a）湖北省宜化集團有限責任公司150002002年擴能湖南衡陽三化實業(yè)股份有限公司13000云天化集團公司100001999年建成投產(chǎn)定市化工原料廠100002003年建成投產(chǎn)吉化公司長松化工廠7500江蘇力強集團公司化工廠6000河南濮陽甲醇廠5000遼河油田有機化工廠3000近幾年來我國季戊四醇迅速發(fā)展，19952004年，我國季戊四醇產(chǎn)量年均增長率為16.2%。而且也由僅有一套萬噸級規(guī)模增加到四套。其中有二套生產(chǎn)裝置為采用先進技術(shù)新建的裝置。盡管我國近年來季戊四醇發(fā)展加快，但是與國際

15、水平和國內(nèi)下游產(chǎn)品需求仍存在較大差距。存在主要問題有：一是裝置規(guī)模小，至2004年國內(nèi)生產(chǎn)能力超過5000t/a廠家僅有7家，80%企業(yè)生產(chǎn)能力低于5000t/a,而且多數(shù)能力為1000-3000t/a左右，還有的采用落后的鈣法生產(chǎn)，環(huán)境污染嚴重，生產(chǎn)成本高，長期處于停產(chǎn)或半停產(chǎn)狀態(tài)；二是裝置能力過剩，開工率低下，盡管到2004年國內(nèi)產(chǎn)量增長幅度高于生產(chǎn)能力增長幅度，裝置開工率由1998年的40%增加到目前的55%左右，但是仍有近一半裝置處于停產(chǎn)狀態(tài)；三是合成技術(shù)落后，目前國內(nèi)能夠采用自行開發(fā)技術(shù)建設(shè)萬噸級裝置，但是合成技術(shù)與國外先進技術(shù)相比，仍存在環(huán)境污染嚴重，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，檔次低，產(chǎn)品質(zhì)量

16、較差等差距。2002年以前我國每年大量進口季戊四醇滿足國內(nèi)需求，從某種程度也說明了當時我國季戊四醇已存在產(chǎn)品質(zhì)量低、結(jié)構(gòu)不合理等問題。1.2.3 國內(nèi)外季戊四醇市場分析目前全球季戊四醇供需基本平衡，消費需求穩(wěn)步緩慢增長，近年來年均增長率約為2.5%左右，從區(qū)域性結(jié)構(gòu)來看，亞洲仍是今后世界季戊四醇工業(yè)發(fā)展的重點地區(qū)。市場需求增長速度較快，近幾年亞洲地區(qū)（除日本外）市場需求年均增長率為8%左右，今后繼續(xù)保持較高增長速度。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上看，由于高檔特種涂料及飛機、轎車潤滑油工業(yè)發(fā)展，二和三季戊四醇市場需求增加。目前全球4/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計生產(chǎn)能力難以滿足市場需求，且供需矛盾日益突出，成為世界季戊四

17、醇工業(yè)新的增長點。在2002年以前，我國季戊四醇的進口量一直呈增加趨勢，其中2001年進口量達到10667噸，歷史最高記錄。隨后，隨著國內(nèi)生產(chǎn)能力和產(chǎn)量的不斷增加，進口量大幅度減少。2006年進口量2445噸，2007年為2283噸，2008年進口量為2萬噸，同比減少約7.8%。2009年16月份進口量為914噸，同比減少25.4%;在進口的同時，我國季戊四醇也有少量出口，且出口量逐年增加。2006年出口量為32665噸，2007年增加到46014噸，2008年進一步增加到63274噸，同比增長37.5%,2009年16月份出口量達到22429噸，同比減少39.3%回。近幾年我國季戊四醇的進出

18、口情況見表1.4。表1.4我國季戊四醇的進出口情況/(t/a)/(力Ibn/t)/(t/a)/（力美兀/t）20029822867.41321984.8200326411126.578471008.9200422311289.1156051081.8200519861353.5201511094.0200624551349.5326651154.9200722831825.7460141567.0200821042281.4632741876.32009(16)2141935.4224291300.71997年至2008年底，季戊四醇市場大起大落。國內(nèi)一些老企業(yè)退出，漂陽化工、鵬鑫化工等新興企

19、業(yè)加入；國外塞拉尼斯裝置關(guān)閉、Perstorp德國工廠爆炸，國內(nèi)外季戊四醇產(chǎn)能、產(chǎn)量的變化導致產(chǎn)品價格大幅波動，最高達到13300元/噸，最低僅為5500元/噸9。表1.5為近幾年來我國季戊四醇的供需平衡情況。表1.5近幾年來我國季戊四醇的供需平衡情況（單位：萬t/a）出口量20025.100.980.016.0720036.500.260.785.98200410.800.221.569.46續(xù)表1.55/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計200514.600.202.0212.78200614.000.253.2710.98200715.000.234.6010.63200817.500.216.331

20、1.38據(jù)預計，到2012年我國對季戊四醇的總需求量將達到約15.7萬噸，其中醇酸樹脂所占比例將有所下降，而潤滑油松香酯和聚氨酯領(lǐng)域比例將有所上升，這些領(lǐng)域?qū)疚焖拇假|(zhì)量要求比醇酸樹脂領(lǐng)域要高，而且對雙季戊四醇和三季戊四醇的需求將快速增加。屆時的產(chǎn)能將達到約35萬噸，屆時產(chǎn)能將過剩，市場競爭將更加激烈10。1.3 主要生產(chǎn)方法自從1938年美國以甲醛與乙醛在堿性介質(zhì)中縮合季戊四醇實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)以來，國內(nèi)外對季戊四醇的合成工藝的研究就一直沒有停止，其生產(chǎn)技術(shù)得到了快速的發(fā)展。主要的方法有Cannizzaro法和縮合加氫法兩類。1.3.1 Cannizzaro（康尼扎羅）法1,11,12在堿存在

21、下，首先是三分子甲醛與一分子乙醛縮合反應(yīng)形成季戊四糖（多羥甲基醛），季戊四糖與甲醛都無a氫原子，進一步發(fā)生氧化還原，甲醛較活潑，被氧化為酸，生成甲酸鈉，季戊四糖被還原成醇根據(jù)催化劑的不同，該法又分為以下四種。1.3.1.1 氫氧化鈣法以氫氧化鈣作為堿性催化劑，簡稱“鈣法”?！扳}法”原材料成本低廉，但后處理增加沉淀和過濾步驟以除去鈣離子。此外，產(chǎn)品中殘余“鈣灰”在高溫下對季戊四醇的分解有催化作用。另外有些研究認為Ca2+會催化甲醛縮合為甲醛聚糖的副反應(yīng)，對提高季戊四醇的收率不利。1.3.1.2 氫氧化鈉法氫氧化鈉法是以氫氧化鈉作為堿性催化劑，簡稱鈉法。季戊四醇的生產(chǎn)經(jīng)歷了由鈣法向鈉法轉(zhuǎn)變的過程。

22、根據(jù)反應(yīng)溫度的不同，鈉法又分為高溫法和低溫法。高溫法使反應(yīng)的溫度控制在4080C,在反應(yīng)終了時升溫至85C,以甲醛自身的Cannizzaro反應(yīng)破壞過量甲醛。低溫法則將反應(yīng)溫度控制在2530C,以減少副6/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計反應(yīng)。1.3.1.3 混合堿法13該方法采用堿性相對較弱的碳酸鹽和碳酸氫鹽混合物作為堿性縮合反應(yīng)的催化劑，合成原理與傳統(tǒng)方法“鈉法”相似，即先進行Aldol醇醛縮合反應(yīng)，再經(jīng)過Cannizzaro反應(yīng)得到季戊四醇和甲酸鈉，不同的是該工藝中增加了將甲酸鹽在貴金屬催化劑作用下，通過氧化或水解轉(zhuǎn)化為碳酸鹽和碳酸氫鹽的工序，作為后批次生產(chǎn)用催化劑從而實現(xiàn)催化劑的循環(huán)利用，節(jié)省了大

23、量的堿，降低了生產(chǎn)成本，有利于提高產(chǎn)量和經(jīng)濟效益；該工藝副產(chǎn)物少，無“三廢”產(chǎn)生，對設(shè)備的腐蝕性小是一種可持續(xù)發(fā)展的綠色工藝，發(fā)展前景看好。目前，該工藝還處于中試階段。1.3.1.4 交換離子催化法該工藝使用的是固定床間歇式反應(yīng)器，以強堿性離子交換樹脂為縮合劑，控制一定的停留時間。交換柱的流出物經(jīng)蒸儲分離出甲醛，母液濃縮分離出季戊四醇和甲酸鈉。離子交換樹脂用稀的強堿溶液（如質(zhì)量分數(shù)為6%的NaOH溶液）再生，然后用蒸儲回收的甲醛溶液進行洗滌。該法能有效地抑制甲醛的自身縮合的副產(chǎn)物，但工藝較為復雜，對離子交換樹脂的再生和洗滌較為繁瑣，且同樣面臨著副產(chǎn)物甲酸鈉的問題，產(chǎn)品的規(guī)模也不會太大，該法尚處

24、在摸索階段。1.3.2 縮合加氫法1415該方法是將甲醛、乙醛和三乙胺及水按一定比例混合后，在低溫下縮合生成三羥甲基乙醛，再在減壓下蒸儲，分離出來的三乙胺返回縮合工序循環(huán)使用。三羥甲基乙醛再在加壓下催化加氫，使醛基還原為羥基而制得季戊四醇。與傳統(tǒng)的方法相比較。該法不僅反應(yīng)溫度較低、后處理步驟簡單、產(chǎn)品質(zhì)量好、節(jié)省了甲醛和大量的堿。而且解決了傳統(tǒng)生產(chǎn)方法中副產(chǎn)甲酸鹽的存在問題，對環(huán)境污染較小。另外，該法提純精制工藝簡單、所需設(shè)備少、投資省、成本低，適合規(guī)?；B續(xù)生產(chǎn)，但該工藝對氫源質(zhì)量、加氫設(shè)備和催化劑等的要求高，因而目前還沒有實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。7/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計2生產(chǎn)工藝設(shè)計2.1 生產(chǎn)方

25、法本設(shè)計采用以氫氧化鈉為催化劑的“氫氧化鈉法”（即鈉法）。雖然氫氧化鈉的價格較貴，但由于副產(chǎn)物甲酸鈉易溶于水，使后處理步驟減少，減少了處理成本。止匕外，產(chǎn)品中“鈉灰”的存在不致促進季戊四醇的分解反應(yīng)，減少了副產(chǎn)物的生成，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，并且鈉法工藝在我國普遍采用，技術(shù)成熟易于操作。2.2 反應(yīng)原理1517反應(yīng)式:4CH20+CH3CH0+NaOHrCCH20Hl4+HCOONa反應(yīng)機理:CH3cH0+HCHOCH20HCH2-CHOCH2OH-CH2-CHO+HCHOHOH2CyCHOHOH2C-CH-CHO+HCHOCH2OHCH2OHHOH2C-C-CHOCH2OH/20HHOH2C-RC

26、HOCH2OHNaOH+HCHO/20HHOH2C"CH20H十CH20HHCOONa2.3 工藝流程本設(shè)計采用低溫鈉法，生產(chǎn)過程分為七個工序，包括縮合、中和、脫醛、蒸發(fā)、結(jié)晶、分離、干燥。首先甲醛（過量較多）與乙醛在堿性水溶液中反應(yīng)，生成物為含有季戊四醇、甲酸鈉和甲醛的水溶液，其中甲酸鈉含量約是季戊四醇的一半。因為甲酸鈉在水中的溶解度比季戊四醇大的多（季戊四醇易溶于熱水），因此將縮合反應(yīng)液經(jīng)過脫醛、降溫、濃縮、結(jié)晶、離心分離、水洗等步驟處理后得到不含甲酸鈉和甲醛的8/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計季戊四醇濕結(jié)晶，最后干燥得到季戊四醇成品。結(jié)晶后的母液經(jīng)分步結(jié)晶法逐一回收甲酸鈉及季戊四醇。為提

27、高回收率，可進行多次循環(huán)回收。圖2.1為生產(chǎn)工藝流程方框圖。圖2.1季戊四醇生產(chǎn)工藝方框圖2.3.1 縮合縮合為放熱反應(yīng)，反應(yīng)釜為夾套式，冷卻介質(zhì)為冷凍鹽水。首先將適量的甲醛溶液（濃度為37%）用泵送入縮合釜。在攪拌的情況下，調(diào)節(jié)冷卻器鹽水，使溫度保持在1012C。于15分鐘內(nèi)將適量的稀堿（30%NaOH溶液）加入縮合釜內(nèi)。調(diào)節(jié)鹽水量控制料溫，逐步升溫至1518C,然后將適量的乙醛（98%）根據(jù)先快后慢的程序在4小時內(nèi)加完。在前半小時內(nèi)加入乙醛總量的60%。使料液上升到高峰溫度3334C,然后繼續(xù)加乙醛用鹽水將溫度控制在（29土1）C。其反應(yīng)條件如下：投料配比（甲醛：乙醛：堿）為6.5：1：1

28、.3（摩爾比）。2.3.2 中和加完乙醛后，保溫反應(yīng)1.5小時，料液殘醛、殘堿合格為反應(yīng)終點，用甲酸中和至酸值為pH=57為中和終點，將此縮合液用泵送入縮合液貯槽。2.3.3 脫醛縮合液自縮合液貯槽，經(jīng)預熱器，從塔中部進入脫醛塔。經(jīng)過脫醛塔精儲，一次濃縮液自塔釜流出，進入蒸發(fā)原液槽。塔頂儲出稀醛溶液，從塔中部進入加壓脫醇塔，經(jīng)過脫醇塔精儲，塔頂儲出甲醇液，進入甲醇貯槽，甲醛自塔釜流出進入甲醛槽。9/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計2.3.4 蒸發(fā)脫醛濃縮液進入蒸發(fā)器，用蒸汽加熱蒸發(fā)，真空度控制在(4754)kPa,水分在加熱室里汽化，在蒸發(fā)室里進行汽液分離，水蒸汽被抽真空的下水冷凝帶走。料液在設(shè)備內(nèi)濃縮。

29、當相對密度達到1.201.28后，停止加熱，將濃縮液放入結(jié)晶釜攪拌、冷卻。2.3.5 結(jié)晶分離1820蒸發(fā)濃縮液在結(jié)晶釜內(nèi)攪拌、冷卻降溫至3025C,形成季戊四醇結(jié)晶液，流入離心機內(nèi)進行分離。母液用泵打入母液沉降槽，濾餅用水洗滌至洗液有甜味為止，洗液再打入蒸發(fā)原液槽。洗滌后的濾餅繼續(xù)脫水515分鐘，含水(6-12)%為離心終點，停機后將濕結(jié)晶出料至料斗，用螺旋輸送機送去干燥。2.3.6 干燥空氣經(jīng)過濾器、風機、蒸汽加熱器、電加熱器等設(shè)備加熱到150180C,再經(jīng)過文丘里管，進入干燥直管。離心后的季戊四醇濕結(jié)晶經(jīng)料斗、螺旋輸送機進入文丘里管上口與熱風混合，在干燥直管內(nèi)被熱風干燥，干料進入一級旋風

30、分離器進行氣固分離，干料自底部流入料倉，含有細料的粉塵自上部排出進入二級旋風分離器。分離的細料每小時放料一次進行回收。分離后含有粉塵的熱空氣進入脈沖袋濾器進行過濾，每兩小時放料一次?；灪细窈蟀b入庫。10/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計3物料衡算3.1 工藝流程框圖xa乙用3.2 計算依據(jù)(1)生產(chǎn)能力：年產(chǎn)1萬噸季戊四醇按工作日為300天每年來計算10000日廣里=33噸300(2)相關(guān)物性數(shù)據(jù)表3.1物性數(shù)據(jù)表原料名稱規(guī)格配比熔點c沸點c密度g/cm3氫氧化鈉純度30%1.340.00318.413901.3279甲醛純度37%6.530.03-92-19.20.815乙醛純度98%144.05-

31、123.5210.788甲酸純度87%0.346.038.6100.81.226甲酸鈉68.012533601.92注：以日產(chǎn)量為基準3.3 其他數(shù)據(jù)物料比：甲醛：乙醛：NaOH=6.5：1：1.3(摩爾比)損耗率：1%日最終生產(chǎn)季戊四醇量=3310698%=0.2375106mol136.1511/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計5日實際生產(chǎn)季戊四醇量=2.375102.548105mol0.997反應(yīng)式：4CH2O十CH3CHO+NaOHCCH20H，4+HCOONa日用氫氧化鈉量=2.5481051.33.3124105mol日甲醛用量=2.5481056.516.562105mol日乙醛用量=2.

32、54810512.548105mol日甲酸用量=2.5481050.30.7568105mol3.4 各工序的物料衡算3.4.1 縮合(1)流程示意圖1三縮合J(2)反應(yīng)式4CH2O+CH3CHO+NaOH-CCH2OH4+HCOONa(3)計算過程流股1為30%NaOH溶液，其中： NaOH:2.5481051.33.3124105mol13.2496噸水：17.1754105mol30.9157噸流股2為37%甲醛溶液，其中： 甲醛：2.5481056.516.562105mol49.7357噸 水：47.0473105mol84.6851噸流股3為98%乙醛溶液，其中： 乙醛：2.548

33、10512.548105mol11.2239噸12/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計水：0.1273105mol0.2291噸流股4為混合液，其中： 季戊四醇：2.5225105mol 氫氧化鈉：0.7568105mol 甲醛：6.3063105mol 雙季戊四醇：2.52251052%0.05045105mol 甲酸鈉：2.5225105mol水：63.7319105mol(4)物料衡算一覽表表3.2縮合工序物料衡算一覽表組分一1)2kmol/d%(mol)kmol/d%(mol)H2O643574.166373.1983.99NaOH331.243.8275.681.00CHO1656.219.096

34、30.638.31CH3CHO254.82.94Ci0H24O75.0450.066HCOONa252.253.32C5H12O4252.253.32總計8677.2410075891003.4.2中和(1)流程示意圖*中相(2)反應(yīng)式HCOOH+NaOHHCOONa+H2O13/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計（3）計算過程流股1為縮合釜出來的混合液，其中:季戊四醇：2.5225105mol氫氧化鈉：0.7568105mol甲醛：6.3063105mol雙季戊四醇：2.52251052%0.05045105mol甲酸鈉：2.5225105mol水：63.7319105mol流股2為85%甲酸溶液，其中：

35、甲酸：2.5481050.30.7568105mol水:一一_50.3415105mol185%0756810585%68.01流股3為中和釜出來的混合液，其中:季戊四醇：2.4973105mol甲醛：6.2432105molD雙季戊四醇：0.0499455105mol甲酸鈉：0.74921052.49731053.2465105mol水：63.4327105mol（4）物料衡算一覽表表3.3中和工序物料衡算一覽表組分進料（流股1）進料（流股2）出料（流股3）kmol/d%(mol)kmol/d%(mol)kmol/d%(mol)NaOH75.681.00HCOOH630.6394.86C5H

36、12O252.253.64249.733.3114/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計續(xù)表3.3組分1)2)3kmol/d%(mol)kmol/d%(mol)kmol/d%(mol)C10H24O75.0450.704.994550.066CHO252.253.64624.328.27H2O6339.0491.0234.155.146343.2784.06HCOONa324.654.30總計6924.265100664.7810075471003.4.3脫醛(1)流程示意圖2脫醛上-(2)計算過程流股1為中和釜出來的混合液，其中： 季戊四醇：2.4973105mol甲醛：6.2432105mol 雙季戊四醇

37、：0.0499455105mol 甲酸鈉：0.74921052.49731053.2465105mol 水：63.4327105mol流股2為輕組分，其中：甲醛：6.1808105mol由于甲醛沸點低常溫下就為氣體，故假設(shè)其完全脫除流股3為脫醛塔出來的混合液，其中：15/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計 季戊四醇：2.4723105mol 雙季戊四醇：0.04945105mol 甲酸鈉：3.2140105mol 水：62.7984105mol(3)物料衡算一覽表表3.4脫醛工序物料衡算一覽表組分1)23kmol/d%(mol)kmol/d%(mol)kmol/d%(mol)C5H12O249.733.31

38、247.233.61C10H24O74.990.0664.9450.72CHO624.328.27618.08100H2O6343.2784.066279.8491.63HCOONa324.654.30321.404.04總計7547100618.081006853.4151003.4.4蒸發(fā)(1)流程示意圖加2(2)計算過程流股1為脫醛塔出來的混合液，其中： 季戊四醇：2.4723105mol 雙季戊四醇：0.04945105mol 甲酸鈉：3.2140105mol16/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計水：62.7984105mol流股2為蒸發(fā)出去的水，其中：水.62.7984105182.472310

39、5136.151.251.253.214010568.010.049451052541.251.2567.5993106g67.5993噸_537.555210mol流股3為蒸發(fā)后的混合液，其中：季戊四醇：2.4476105mol雙季戊四醇：0.04896105mol甲酸鈉：3.1819105mol水：62.798410537.555210525.2432mol（3）物料衡算一覽表表3.5蒸發(fā)工序物料衡算一覽表小八進料（流股1）出料（流股2）出料（流股3）組分kmol/d%(mol)kmol/d%(mol)kmol/d%(mol)C5H12O247.233.61244.767.92C10H24

40、O74.9450.724.8961.58H2O6279.8491.633755.521002524.3281.64HCOONa321.404.04318.1910.29總計6853.4151003755.521003092.1661003.4.5結(jié)晶（1）流程示意圖17/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計(2)計算過程流股1為蒸發(fā)后的混合液，其中：季戊四醇：2.4476105mol雙季戊四醇：0.04896105mol甲酸鈉：3.1819105mol水：62.798410537.555210525.2432mol流股2為結(jié)晶后的混合晶液季戊四醇：2.4231105mol雙季戊四醇：0.04847105mol

41、甲酸鈉：3.1501105mol水：24.9908105mol(3)物料衡算一覽表表3.6結(jié)晶工序物料衡算一覽表組分一1)2kmol/d%(mol)kmol/d%(mol；C5H12O244.767.92242.317.92C10H24O74.8960.164.8470.14H2O2524.3281.642499.0881.64HCOONa318.1910.29315.0110.293092.1661003061.2471003.4.6分離(1)流程示意圖18/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計分離(2)計算過程流股1為結(jié)晶后的混合晶液，其中：季戊四醇：2.4231105mol 雙季戊四醇：0.048471

42、05mol 甲酸鈉：3.1501105mol 水：24.9908105mol流股2為廢液，其中：甲酸鈉：3.1186105mol 水：假設(shè)季戊四酉1中的含水量為9%,那么_5_季戊四醇中的水9%2398910136.15(19%)18一一一51.794610mol廢液中的水24.990810599%1.794610524.9908105mol雙季戊四醇：假設(shè)廢液中白雙季戊四醇占總量的50%那么廢液中雙季戊四醇為雙季戊四醇0.0484710599%50%0.023995105mol19/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計流股3為產(chǎn)品，其中：季戊四醇晶體中白季戊四醇：2.3989105mol雙季戊四醇：0.04

43、84710599%50%0.023995105mol季戊四醇晶體中的水:假設(shè)季戊四醇中的含水量為9%,那么季戊四醇中的水9%2.3989105136.15(19%)18一一一51.794610mol(3)物料衡算一覽表表3.7分離工序物料衡算一覽表kmol/d%(mol)kmol/d%(mol)kmol/d%(mol)C5H12O242.317.92239.8956.88C10H24O74.8470.142.399511.952.39950.57H2O2499.0881.642294.6387.95179.4642.55HCOONa315.0110.29311.860.092總計3061.24

44、71002608.8895100421.7495100小八進料(流股1)出料(流股2)出料(流股3)組分3.4.7干燥(1)流程示意圖干燥(2)計算過程流股1為產(chǎn)品，其中：季戊四醇晶體中白季戊四醇：2.3989105mol雙季戊四醇：0.0484710599%50%_50.02399510mol20/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計季戊四醇晶體中的水:假設(shè)季戊四醇中的含水量為9%,那么_5_季戊四醇中的水1.7946105mol9%2.398910136.15(19%)18流股2為干燥出去的物質(zhì)，其中：雙季戊四醇：假設(shè)在成品季戊四醇中雙季戊四醇占0.5%則成品中的雙季戊四醇量為6雙季戊四醇一%0.0064

45、961105mol254干燥出去的雙季戊四醇量為雙季戊四醇0.0239951050.0064961105_50.0174989105mol水:假設(shè)在成品季戊四醇中水的含量占1.5%,則成品中的水的含量為:,331061.5%水18一一一一50.275010mol那么干燥出去的水的量為水1.794610599%0.275105_515017105mol流股3為最終成品，其中：季戊四醇：2.3749105mol雙季戊四醇：假設(shè)在成品季戊四醇中雙季戊四醇占0.5%,則成品中的雙季戊四醇量為:254雙季戊四醇331005%0.0064961105mol水:21/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計假設(shè)在成品季戊四醇中

46、水的含量占1.5%則成品中的水的含量為水(3)331061.5%_510mol:燥工序物料衡算一覽表18物料衡算一覽表0.2750表3.81組分進料（流股1)出料（流股2)3)kmol/d%(mol)kmol/d%(mol)kmol/d%mol)C5H12O239.8956.88237.4989.41C10H24O72.39950.571.749891.150.649610.24H2O179.4642.55150.1798.8527.5010.35總計421.7495100151.91989100265.6396110022/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計4熱量衡算4.1 熱量衡算目的熱量衡算的主要目的

47、是為了確定設(shè)備的熱負荷，根據(jù)設(shè)備熱負荷的大小、所處理物料的性質(zhì)及工藝要求在選擇傳熱面積的型式、計算傳熱面積、確定設(shè)備的主要工藝尺寸。4.2 熱量衡算依據(jù)熱量衡算的主要依據(jù)是能量守恒定律，以車間物料衡算的結(jié)果為基礎(chǔ)進行的，所以車間物料衡算表是進行車間熱量衡算的首要條件。4.3 各物質(zhì)熱力學參數(shù)(標況下)表4.1物質(zhì)的熱力學參數(shù)2324物質(zhì)溫度KHcmKJ/molfHmKJ/molfGmKJ/molSmJ/(molK)CPmJ/(molK)甲醛298570.8-115.90-109.91218.7835.39乙醛298-166.36-133.30264.2255.32氫氧化鈉298-425.60-

48、379.5364.4859.54甲酸298254.6-424.72-361.41128.9599.04季戊四醇2982761.9-920.5-613.92198.07190.41雙季戊四醇298甲酸鈉298111.46水298-285.83-237.17869.9175.2914.4 各工段的熱量衡算4.4.1 縮合4.4.1.1計算條件(1)流程示意圖縮合4-(2)衡算數(shù)據(jù)23/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計流股1為30%NaOH溶液，其中NaOH的量為3.3124105mol13.2496噸，水的量為17.1754105mol30.9157噸流股2為37%甲醛溶液，其中甲醛的量為16.562105m

49、ol49.7357噸，水的量為47.0473105mol84.6851噸流股3為98%乙醛溶液，其中乙醛的量為2.548105mol11.2239噸，水的量為0.1273105mol0.2291噸流股4為混合液，其中季戊四醇的量為2.5225105mol,氫氧化鈉的量為0.7568105mol,甲醛的量為6.3063105mol,雙季戊四醇的量為0.05045105mol,甲酸鈉的量為2.5225105mol,水的量為63.7319105mol4.4.1.2計算過程對于有傳熱要求的設(shè)備，其熱平衡方程式為：Q1+Q2=Q3+Q4+Q5式中：Q1一物料帶入設(shè)備的熱量kJQ2一過程熱效應(yīng)kJQ3一物

50、料離開設(shè)備所帶走的熱量kJQ4加熱或冷卻設(shè)備所消耗的熱量kJQ5一設(shè)備向環(huán)境散失的熱量kJ（1） Q1的計算（物料帶入設(shè)備的熱量）Q1nCpT(以0c為基準)Cp計算Cp的計算可以通過熱熔溫度關(guān)聯(lián)式來計算，則所得各物質(zhì)的Cp值見下表:表4.2物質(zhì)的Cp值一覽表單位：J/（molK）A溫度(NaOH)BCD（甲醛）（乙醛）（水）24/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計25C59.5435.3955.3275.291各物質(zhì)的Q1:_59.QiA3.31241059.542985.877210JQ1B16.56210535.3929817.4666109JQ1c2.54810555.322984.2005109J_5_Q1D（17.175447.04730.1273）1075.29129864.3510575.291298144.3803109JQ1Q1AQ1BQ1CQ1D（5.877217.46664.2005144.3803）109J9171.9246109J其中雜質(zhì)的、1忽略不計（2） Q2的計算（過程熱效應(yīng)）Q2為縮合釜中的過程反應(yīng)熱，作為反應(yīng)器設(shè)計時常以0c作為基準來進行熱量衡算，在縮合反應(yīng)中由副反應(yīng)的發(fā)生，但發(fā)生的量少，反應(yīng)熱較小，故可以忽略不計，只以主反應(yīng)來計算。一般來說0c時的反應(yīng)熱與25c時的反應(yīng)熱相差不大，在實