年產(chǎn)10萬(wàn)噸正丁醇生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)

北京理工大學(xué)珠海學(xué)院2020屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)年產(chǎn)10萬(wàn)噸正丁醇生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)年產(chǎn)10萬(wàn)噸正丁醇生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)摘要正丁醇（CH3CH2CH2CH2OH）是一種沒(méi)有顏色透明的、有酒氣味的重要有機(jī)化工原料，涉及到生活中的方方面面，是多種涂料的溶劑和制增塑劑鄰苯二甲酸二甲酯不可缺少的原材料，同樣良好作用在有機(jī)合成中間體和生物化學(xué)藥的萃取劑，也是生產(chǎn)醋酸丁酯、丙烯酸丁酯、乙二醇丁醚的原料，另外還可以用來(lái)生產(chǎn)表面活性劑。本設(shè)計(jì)中進(jìn)行對(duì)正丁醇的幾種生產(chǎn)工藝方案的詳細(xì)對(duì)比后，選擇低壓羰基合成工藝方法，以合成氣（H2、CO）和丙烯為原料，選取三苯基膦銠催化劑，合成正丁醛，再精制粗正丁醛，然后加氫生成正丁醇，實(shí)現(xiàn)正丁醇生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)。根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)年產(chǎn)量的要求，通過(guò)把物料衡算、能量衡算和設(shè)備選型初步計(jì)算運(yùn)用在設(shè)計(jì)中，測(cè)算車間以及設(shè)備的基礎(chǔ)參數(shù)。同時(shí)對(duì)正丁醇的生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的三廢也進(jìn)行了簡(jiǎn)單處理說(shuō)明；對(duì)正丁醇單元進(jìn)行了簡(jiǎn)單的安全性分析。并畫(huà)出了關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)單元的PID圖、PFD圖、和關(guān)鍵設(shè)備圖和車間平面布置圖。關(guān)鍵詞：正丁醇；三苯基膦銠；低壓羰基合成；物料衡算；設(shè)備選型Theproductivetechnologyof100,000tonsn-butylalcoholperyearAbstractN-butylalcohol(CH3CH2CH2CH2OH)isacolorless,transparent,winesmellofimportantorganicchemicalrawmaterials,involvingeveryaspectoflife,isavarietyofcoatingsolventdimethylphthalateplasticizerandimportantrawmaterials,alsousedinthemanufactureofbutylacetate,butylacrylateandethyleneglycolbutyletheraswellasintermediatesinorganicsynthesis,andbiologicalaspectssuchastheextractionsolventofchemicalmedicinealsohasarelativelygoodapplication,andalsousedinthemanufactureofsurfactant.Afterthedetailedcomparisonofseveralproductionprocessesofn-butylalcoholinthisdesign,thesynthesisprocessoflow-pressurecarbonylgroupwasadopted.Thesynthesisprocessofn-butylalcoholwascarriedoutbytakingsyngasandpropyleneasrawmaterials,usingthecatalystoftriphenylphosphinerhodiumtosynthesizen-butyraldehyde,thenrefiningthecruden-butyraldehyde,hydrogenationtopreparen-butylalcohol,andthedesignoftheproductionprocessofn-butyialcoholwasdeveloped.Accordingtotherequirementsoftheprojectdesignannualoutput,thematerialbalance,energybalanceandequipmentselectionaremainlycalculatedinthedesign,andthebasicparametersoftheworkshopandequipmentareobtained.Atthesametime,thethreewastesproducedintheproductionprocessofn-butanolwerealsobrieflytreated.Thesafetyofn-butanolunitwasanalyzedsimply.ThePIDdiagram,PFDdiagram,keyequipmentdiagramandworkshoplayoutdiagramaredrawn.Keywords:N-butylalcohol;Triphenylphosphinerhodium;Synthesisoflowpressurecarbonylgroup;Materialbalance;Equipmentselection

目錄TOC\o"1-3"\h\u1前言 前言1.1正丁醇的簡(jiǎn)介正丁醇是一種特定的液體，其具有固定的分子式，為CH3CH2CH2CH2OH。在名稱上，這種液體也可以被稱為丁醇、酪醇或丙原醇；在物理屬性上，這種液體是無(wú)色透明的，并且伴隨著酒氣味。在質(zhì)量上，這種液體的相對(duì)分子質(zhì)量為74.12。根據(jù)相關(guān)手冊(cè)及資料，可以得到這種液體的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)和相對(duì)密度分別為-88.9℃，117.25℃和0.8098g/cm3。考慮到這種液體與其他液體的兼容性質(zhì)，總結(jié)發(fā)現(xiàn)正丁醇溶于部分有機(jī)溶劑，具體包括水、乙醇、醚等。不一樣的是，正丁醇與水的兼容性質(zhì)較低，僅微溶于水。1.2正丁醇的廣泛應(yīng)用正丁醇的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，它可以生產(chǎn)增塑劑，也可以作為原材料，同時(shí)也可以作為一些化合物質(zhì)的萃取劑和添加劑。在一些特殊的領(lǐng)域，正丁醇也常常被用來(lái)脫蠟、活性、色譜分析等。作為生產(chǎn)增塑劑的化學(xué)物質(zhì)，正丁醇可以大量生產(chǎn)正丁酯類增塑劑，這類增塑劑主要以鄰苯二甲酸和磷酸為主。當(dāng)然，正丁醇也是化工領(lǐng)域的重要原材料，在有機(jī)合成中，它可以有助于產(chǎn)生丁醛、丁胺等特殊物質(zhì)[1]。其次，正丁醇同時(shí)具有了萃取功能，它可以萃取醫(yī)藥領(lǐng)域的重要藥物，這些藥物主要以維生素和抗生素為主。在一些特殊的領(lǐng)域，正丁醇也可以充當(dāng)溶劑和脫蠟劑，在大部分印刷廠中，對(duì)其中油墨的生產(chǎn)和持續(xù)沿用發(fā)揮了重要的作用；在部分物理或化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)者們往往也會(huì)選取正丁醇來(lái)進(jìn)行相關(guān)的色譜分析或有機(jī)合成。1.3正丁醇的研究現(xiàn)狀20世紀(jì)50年代初期，我國(guó)工業(yè)、化工等領(lǐng)域首次開(kāi)始生產(chǎn)正丁醇這種物質(zhì)。對(duì)于正丁醇的特殊且復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程，生產(chǎn)方式主要采用了發(fā)酵法，這種方法在當(dāng)時(shí)是最有效的。在少量生產(chǎn)時(shí)，主要經(jīng)歷以下四個(gè)步驟：第一步，選取五谷糧食或糖蜜為原料，將特定的原料碾碎，加入一定量的純水，可以形成發(fā)酵液，此時(shí)發(fā)酵液主要呈現(xiàn)膠狀；第二步，用高壓蒸汽法處理加入水后的發(fā)酵液，其主要的目的是為了保持生產(chǎn)過(guò)程的無(wú)菌環(huán)境；第三步，冷卻靜置一段時(shí)間后，接入特定的純丙酮一丁醇菌種，此時(shí)需要注意的是維持發(fā)酵溫度在36至37°，溫度的精準(zhǔn)控制是有效發(fā)酵的關(guān)鍵步驟之一。第四步，注意收集發(fā)酵過(guò)程所產(chǎn)生的氣體，包括二氧化碳和氫氣這兩種，對(duì)所產(chǎn)生的氣體進(jìn)行精餾操作，可以得到丁醇、丙酮和乙醇等。以上四步法的優(yōu)點(diǎn)是分離所得到的正丁醇的純度較高，但缺點(diǎn)是所得到的正丁醇的量較少。正丁醇的生產(chǎn)方法還有很多，其中通過(guò)酒精法生產(chǎn)的方法也比較常見(jiàn)，此方法可以生產(chǎn)丁二烯副產(chǎn)的丁醇；除此以外，化工領(lǐng)域還有采用粗醇加氫法，來(lái)進(jìn)一步精制得到丁醇[2]。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力變得更加繁榮昌盛，各行各業(yè)都發(fā)生了改變。石化工業(yè)領(lǐng)域采用了先進(jìn)的技術(shù)，設(shè)計(jì)并制造出了一批大型的生產(chǎn)裝置，可以用于高效、大量地生產(chǎn)純度高的正丁醇物質(zhì)。這一些大型裝置還另外包括將羰基合成丁醇地生產(chǎn)裝置。正丁醇物質(zhì)的生產(chǎn)發(fā)源地主要與其生產(chǎn)廠家有關(guān)，就正丁醇的生產(chǎn)廠家而言，主要包括山東齊魯石化、大慶石化、吉林化學(xué)工業(yè)公司等，這些生產(chǎn)廠家的主要城市位于山東、北京、吉林等。除中國(guó)外，外國(guó)也有特定的正丁醇生產(chǎn)廠家，其中常見(jiàn)的是揚(yáng)子-巴斯夫公司，該公司屬于德資企業(yè)[3]，因此正丁醇的生產(chǎn)方式在德國(guó)也較為成熟。1.4國(guó)內(nèi)供需狀況在我國(guó)，正丁醇的供需狀況較為穩(wěn)定，主要需要使用到正丁醇的領(lǐng)域以化工和醫(yī)藥兩大領(lǐng)域?yàn)橹??；ゎI(lǐng)域?yàn)橹饕M(fèi)領(lǐng)域，占據(jù)了我國(guó)正丁醇消費(fèi)量的四分之三，運(yùn)用正丁醇，可以大量生產(chǎn)出酯類化學(xué)物質(zhì)，主要以丙烯酸丁酯和醋酸丁酯為主。由于酯類化學(xué)物質(zhì)之間可以進(jìn)行互生產(chǎn)，因此酯類化學(xué)物質(zhì)各自對(duì)正丁醇原料的消耗比例并不是固定的，而是處在某種動(dòng)態(tài)變化中[4]。其次，醫(yī)藥領(lǐng)域?qū)τ谡〈嘉镔|(zhì)的需求量主要占據(jù)了總需求量的四分之一，正丁醇可以有助于生產(chǎn)抗生素和維生素等藥物，這些藥物在醫(yī)學(xué)上被廣泛應(yīng)用，因此正丁醇在醫(yī)學(xué)上也顯得尤為重要。截至目前，我國(guó)正丁醇的產(chǎn)和產(chǎn)量呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，主要表現(xiàn)為一般化學(xué)物質(zhì)的三倍增長(zhǎng)速度。據(jù)可靠數(shù)據(jù)表明，從2012年-2018年，短短的6年時(shí)間內(nèi)，正丁醇物質(zhì)的產(chǎn)能翻了約3.5倍。與此同時(shí)，隨著產(chǎn)能的快速增長(zhǎng)，其產(chǎn)量也快速增加。2018年的產(chǎn)量是2012年產(chǎn)量的2.6倍。在表觀消費(fèi)這一塊，我國(guó)正丁醇表觀消費(fèi)量自2014年開(kāi)始呈穩(wěn)步增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2018年中國(guó)正丁醇表觀消費(fèi)量為202.9萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)6.2%。在進(jìn)口這一塊，在正丁醇并未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)之前，我國(guó)的丁辛醇產(chǎn)品的自主生產(chǎn)能力較弱，只能依靠進(jìn)口渠道獲取，且進(jìn)口量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其他國(guó)家的進(jìn)口量，消耗量了我國(guó)大量的進(jìn)口成本。當(dāng)正丁醇可以在化工領(lǐng)域被大量高效生產(chǎn)時(shí)，近幾年進(jìn)口量有所收縮。根據(jù)中國(guó)海關(guān)數(shù)據(jù)顯示，到2018年年底，正丁醇進(jìn)口量為19.71萬(wàn)噸，進(jìn)口量明顯減少，同比下降27.7%。詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1.1、圖1.1、圖1.2、圖1.3和圖1.4所示。表1.12012-2018年我國(guó)正丁醇各項(xiàng)數(shù)據(jù)情況年份2012201320142015201620172018產(chǎn)能(萬(wàn)噸/年)79138.6156.2210.8215.4232．3276.6產(chǎn)量（萬(wàn)噸/年)70.28108.2124.8147.2151.4165.3183.7表觀消費(fèi)量（萬(wàn)噸）119.8149.8144.1170.6182.8191.6202.9進(jìn)口量統(tǒng)計(jì)（萬(wàn)噸）48.841.219.822.832.627.419.71圖1.12012-2018年中國(guó)正丁醇產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)情況圖1.22012-2018年中國(guó)正丁醇產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)情況圖1.32012-2018年中國(guó)正丁醇表觀消費(fèi)量統(tǒng)計(jì)情況圖1.42012-2018年中國(guó)正丁醇進(jìn)口量統(tǒng)計(jì)情況1.5國(guó)外市場(chǎng)在正丁醇的國(guó)外市場(chǎng)，全球正丁醇這種化學(xué)物質(zhì)的主要產(chǎn)地為美國(guó)、歐洲、日本等地，其中較大且重要的生產(chǎn)商有美國(guó)陶氏化學(xué)和塞拉尼斯等。從正丁醇生產(chǎn)國(guó)的規(guī)模和大小來(lái)看，規(guī)模由大到小依次為美國(guó)、西歐、日本。將亞洲與外國(guó)對(duì)正丁醇的供需趨勢(shì)對(duì)比來(lái)看，以美國(guó)為首的外國(guó)市場(chǎng)對(duì)正丁醇的需求量正區(qū)域平緩，原因主要在于正丁醇等物質(zhì)的市場(chǎng)的成熟化趨勢(shì)。而亞洲國(guó)家對(duì)正丁醇的需求量將持續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)其產(chǎn)能和產(chǎn)量在近五年內(nèi)也會(huì)呈現(xiàn)出明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，主要原因在于亞洲地區(qū)目前仍然面臨著需求缺口大和需求大的現(xiàn)狀。1.6正丁醇的市場(chǎng)發(fā)展前景雖然我國(guó)近年來(lái)正丁醇生產(chǎn)發(fā)展較快,但是我國(guó)市場(chǎng)的供需情況仍然是供小于求，所以每年正丁醇還是保持了一定的進(jìn)口量，以維持國(guó)內(nèi)的供需平衡[5]。近幾年，丁辛醇的生產(chǎn)裝置被建立并陸續(xù)投產(chǎn)，丁辛醇的產(chǎn)量得到快速的提高，并逐漸能夠滿足工業(yè)和醫(yī)藥領(lǐng)域的需求量，市場(chǎng)將逐漸趨于飽和[6]。然而，與國(guó)外市場(chǎng)相比，我國(guó)對(duì)于丁醇下游衍生物產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力還是較弱。丁醇衍生的性能特殊、附加值高，對(duì)這類生物的開(kāi)發(fā)能力直接影響了我國(guó)正丁醇的市場(chǎng)發(fā)展。這類衍生物的開(kāi)發(fā)所需的技術(shù)含量較高，我國(guó)目前還受制于國(guó)外，其開(kāi)發(fā)技術(shù)遠(yuǎn)落后于國(guó)外市場(chǎng)。因此，對(duì)于關(guān)鍵技術(shù)的掌握是我國(guó)在丁辛醇生產(chǎn)上的一個(gè)瓶頸，一旦突破了這一瓶頸，辛醇的批量生產(chǎn)將迎來(lái)新的增長(zhǎng)勢(shì)頭，我國(guó)也有望擺脫對(duì)國(guó)外市場(chǎng)的進(jìn)口，真正實(shí)現(xiàn)自主生產(chǎn)。隨著燃料汽油的不斷興起，在同類化學(xué)物質(zhì)中，丁醇具備的經(jīng)濟(jì)和性能優(yōu)勢(shì)更多，其需求量與日俱增[7]。因此，越來(lái)越多的化工領(lǐng)域運(yùn)用合成氣和丙烯，結(jié)合三苯基膦銠催化劑，來(lái)進(jìn)一步合成正丁醛，后續(xù)通過(guò)加氫的方法來(lái)得到精制的正丁醇。催化劑的使用是生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵一環(huán)，因?yàn)樵擃愄囟ǖ拇呋瘎┚哂衅渌呋瘎┧鶝](méi)有的特性，包括了溫度低、壓力低、正異構(gòu)比高和副反應(yīng)少等性質(zhì)。同時(shí)，只有改進(jìn)生產(chǎn)工藝技術(shù)和轉(zhuǎn)型優(yōu)化，達(dá)到環(huán)保節(jié)能生產(chǎn)要求，才有利于提升自身競(jìng)爭(zhēng)力，才是立足于市場(chǎng)的根本途徑。

2生產(chǎn)工藝路線的介紹與選擇2.1基本思路及方法在正丁醇的生產(chǎn)思路方面，主要是選取了合成氣和丙烯為原料，將三苯基膦銠這種化學(xué)物質(zhì)作為穩(wěn)定發(fā)揮作用的催化劑，最終可以合成非精制的正丁醛物質(zhì)。基于此，需要將所合成的正丁醇進(jìn)行精制化，主要精制方法是加氫法。在生產(chǎn)方法上，在工業(yè)領(lǐng)域，正丁醇的生產(chǎn)方法最常用的是發(fā)酵法，其次是丙烯羰基合成法和醇醛縮合法這兩種，這三種方法各有其特點(diǎn)，根據(jù)生產(chǎn)廠商的特定需求進(jìn)行相應(yīng)取舍。2.1.1發(fā)酵法在少量生產(chǎn)時(shí)，常常采用發(fā)酵法。這種方法主要經(jīng)歷以下四個(gè)步驟：第一步，選取五谷糧食或糖蜜為原料，將特定的原料碾碎，加入一定量的純水，可以形成發(fā)酵液，此時(shí)發(fā)酵液主要呈現(xiàn)膠狀；第二步，用高壓蒸汽法處理加入水后的發(fā)酵液，其主要的目的是為了保持生產(chǎn)過(guò)程的無(wú)菌環(huán)境；第三步，冷卻靜置一段時(shí)間后，接入特定的純丙酮一丁醇菌種，此時(shí)需要注意的是維持發(fā)酵溫度在36至37°，溫度的精準(zhǔn)控制是有效發(fā)酵的關(guān)鍵步驟之一。第四步，注意收集發(fā)酵過(guò)程所產(chǎn)生的氣體，包括二氧化碳和氫氣這兩種，對(duì)所產(chǎn)生的氣體進(jìn)行精餾操作，可以得到丁醇、丙酮和乙醇等。2.1.2丙烯羰基合成法三種合成氣在穩(wěn)定催化劑的作用下，可以生成丁醇類物質(zhì)。通過(guò)加氫法得到精制后的丁醇，相應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程的反應(yīng)方程式：CH3CH=CH2+CO+H2→CH3CH2CH2CHO+(CH3)2CHCHOCH3CH2CH2CHO+H2→CH3CH2CH2CH2OH（CH3)2CHCHO+H2→（CH3)2CHCH2OH如果改變上述的催化劑，使用鈷作為催化劑，那么全程的反應(yīng)需改變壓力環(huán)境和溫度環(huán)境，壓力選取10～20MPa，溫度選取130～160°C，生成的丁醇類物質(zhì)主要包括正丁醇和異丁醇，其對(duì)應(yīng)的含量比為3：1。在20世紀(jì)70年代，一些工業(yè)領(lǐng)域開(kāi)始將催化劑改為銠絡(luò)合物，可使反應(yīng)可在0.7～3MPa和80～120°C下進(jìn)行，生成的丁醇類物質(zhì)主要包括正丁醇和異丁醇，其對(duì)應(yīng)的含量比為16：1。通過(guò)加氫的方法，可以使得制備得到的酯類物質(zhì)的純度提高。2.1.3醇醛縮合法在兩個(gè)分子乙醛的合成反應(yīng)下，經(jīng)過(guò)縮合和脫水的兩個(gè)階段，可以得到巴豆醛，其反應(yīng)過(guò)程可以表述為：在溫度和壓力分別為180°C和0.2MPa的環(huán)境下，加氫生成正丁醇：CH3CH=CHCHO+2H2→CH3CH2CH2CH2OH在以上三種正丁醇的生產(chǎn)方法中，丙烯羰基合成法的原料更容易獲得，且正丁醇產(chǎn)量高，具有很多優(yōu)點(diǎn)，成為正丁醇最重要的生產(chǎn)方法[8]。2.2羰基合成法的四種工藝2.2.1低壓羰基合成工藝采用了低壓羧基合成工藝的公司主要有三家，主要分布在美國(guó)、英國(guó)等，簡(jiǎn)稱UCC/Davy法或U.D.J法。在這種工藝法中，選取了銠作為催化劑。在20世紀(jì)70年代，裝置投入生產(chǎn),目前世界約五分之三左右的裝置采用該技術(shù)。在該合成工藝中，羰基合成催化劑的循環(huán)方式不一樣，主要分為液相和氣相兩種。在20世紀(jì)80年代，液相循環(huán)工藝被開(kāi)始運(yùn)用于工業(yè)領(lǐng)域。通過(guò)將反應(yīng)器串聯(lián)，擴(kuò)大反應(yīng)器的容積利用率，加快生產(chǎn)速度。與此同時(shí)，兩臺(tái)反應(yīng)器的反應(yīng)能力也得到一定的提高，串聯(lián)后的總反應(yīng)能力是串聯(lián)前的1.5-1.8倍。采用液相循環(huán)工藝，世界多臺(tái)生產(chǎn)裝置已經(jīng)建成。低壓羰基合成工藝法具有很有優(yōu)勢(shì)，其中，原因之一是原料消耗率低，這也是最關(guān)鍵的原因。操作容易，物料對(duì)設(shè)備腐蝕低，流程短，設(shè)備較少，投資低也是不可忽視的重要原因。2.2.2三菱化成低壓羰基合成工藝該工藝采用銠絡(luò)合物作為固定催化劑。在進(jìn)行反應(yīng)和生產(chǎn)過(guò)程，這種工藝的反應(yīng)壓力和反應(yīng)溫度低。在反應(yīng)所得產(chǎn)物上，產(chǎn)物正異構(gòu)比較高。在反應(yīng)副作用上考慮，物料對(duì)設(shè)備腐蝕低?？偨Y(jié)分析這種工藝法的優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是省去了閃蒸和蒸發(fā)的過(guò)程,使工藝更加簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是設(shè)置了丁醛塔專門分離催化劑,且催化劑回收系統(tǒng)相對(duì)繁瑣。在投資這一塊，連續(xù)添加催化劑的過(guò)程，流程時(shí)間比較長(zhǎng)，因此總投資會(huì)相對(duì)增加。2.2.3巴斯夫低壓羰基合成工藝在20世紀(jì)80年代，本節(jié)所介紹的工藝法進(jìn)入了工業(yè)化環(huán)節(jié)。這種工藝發(fā)的配位體是三苯基膦化合物，催化劑仍舊采用銠的絡(luò)合物，這一點(diǎn)與上一節(jié)所介紹的工藝法類似。其中，采用了丁醛和高沸物來(lái)配制催化劑溶液。在循環(huán)工藝的選擇上，采用了較為普遍和通用的液相循環(huán)工藝。為了實(shí)現(xiàn)催化劑的再生技術(shù)，每年抽出約十分之一左右的催化劑送去再生。2.2.4美國(guó)伊士曼的羰基合成工藝該工藝技術(shù)的主要特點(diǎn)是產(chǎn)品方案的多樣化和生產(chǎn)過(guò)程的靈活，可同時(shí)生產(chǎn)丁醛和丙醛及相關(guān)的醇類產(chǎn)品，以適應(yīng)市場(chǎng)需求[9]。綜和以上幾種合成工藝方法的特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)，本文的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案最終選取采用低壓羰基合成工藝,對(duì)于這種工藝法，國(guó)內(nèi)引進(jìn)的主要為Davy-UCC技術(shù)。該工藝特點(diǎn)包括以下五種:在取丁醇過(guò)程中，工藝方法較為成熟，催化劑的活性劑高;反應(yīng)溫度和壓力較低易達(dá)成，單程且工藝簡(jiǎn)單;③流程短以及使用設(shè)備少，操作費(fèi)用低;原料的轉(zhuǎn)化率較高，醛的副產(chǎn)物低;⑤操作相對(duì)穩(wěn)定，液相循環(huán)新技術(shù)先進(jìn)等。2.2.5可行性分析低壓羰基合成工藝所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益最高，對(duì)設(shè)備沒(méi)有腐蝕，并且比其他工藝消耗的能源更少，這意味著該項(xiàng)目具有良好的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。生產(chǎn)過(guò)程中只含有少量的“三種廢物”，因此該裝置對(duì)環(huán)境較為友好，屬于環(huán)境友好型裝置，對(duì)環(huán)境保護(hù)具有積極的影響。同時(shí)也可以為社會(huì)的就業(yè)人員提供相應(yīng)的工作崗位，減緩就業(yè)壓力?？偠灾〈嫉念A(yù)期消耗量將繼續(xù)增加，需求將迅速增長(zhǎng)。市場(chǎng)的總體趨勢(shì)是供需之間的差距繼續(xù)擴(kuò)大。目前，新建的正丁醇裝置具有有利可圖的利潤(rùn)優(yōu)勢(shì)。正丁醇的衍生物的附加值極高，我國(guó)對(duì)于高性能的增塑劑的自產(chǎn)能力還沒(méi)有達(dá)到一定的水平，仍受國(guó)外技術(shù)和國(guó)外市場(chǎng)的影響，所以只能部分依賴于進(jìn)口[10]。2.3正丁醇生產(chǎn)工段路線的選擇及簡(jiǎn)述2.3.1工藝流程的選擇在本設(shè)計(jì)中，將完成量產(chǎn)的正丁醇合成氣凈化和羰基合成工藝。其中，量產(chǎn)的正丁醇的具體定義為年產(chǎn)10萬(wàn)噸。以精制的合成氣和丙烯為原料，在低壓環(huán)境下，選擇氣相循環(huán)工藝，進(jìn)行羰基合成反應(yīng)。在反應(yīng)釜中，發(fā)生氫甲?；磻?yīng)，進(jìn)而生成混合丁醛。通過(guò)加氫法，對(duì)混合丁醛在反應(yīng)器中進(jìn)行純化，生成產(chǎn)品正異丁醇。最后，在精餾塔中，完成正丁醇和異丁醇的分離工藝操作。整個(gè)流程可以細(xì)分為三個(gè)工段，主要包括反應(yīng)工段、加氫工段和產(chǎn)品精制這三個(gè)工段。工藝流程方框圖、工藝流程簡(jiǎn)圖如圖圖2.1和2.2所示。圖2.1工藝流程方框圖圖2.2工藝流程簡(jiǎn)圖2.3.2丙烯氫甲?；ざ螌⒋种坪铣蓺庥糜诙嗉?jí)純化，以除去氧氣，硫和氯等雜質(zhì)，以防止銠催化劑中毒。經(jīng)特定的系統(tǒng)，丙烯將硫化物和氯化物等雜質(zhì)清除，隨后與凈化合成氣合為一體，送入羰基合成反應(yīng)器，反應(yīng)器為帶攪拌的鼓泡式反應(yīng)器，其形式為串聯(lián)式。其中，特定的系統(tǒng)具有多級(jí)凈化功能。在串聯(lián)的兩臺(tái)反應(yīng)器中，氣、液相出料由第一反應(yīng)器進(jìn)入第二反應(yīng)器。第二反應(yīng)器的氣相出口通過(guò)氣液分離器，然后液相返回到反應(yīng)器。從第二反應(yīng)器的液相排出的物質(zhì)通過(guò)蒸發(fā)器以分離高濃度催化劑以進(jìn)行再循環(huán)。在銠這種物質(zhì)的催化下，原料氣體擴(kuò)散在催化劑溶液中，其主要的擴(kuò)散形式為小氣泡的形式。在溫度和壓力環(huán)境分別為并于105℃和1.6MPa下，生產(chǎn)出混合丁醛，其主要的合成反應(yīng)為低壓羰基合成反應(yīng)[11]。丙烯和丙烯溶解在粗丁醛中，大部分丙烷和丙烯是通過(guò)原料氣蒸氣提取的。分離溶解在粗丁醛中的氣體，并且在塔底獲得的高純度的丁醛。2.3.3丁醛加氫工段將來(lái)自羰基合成段的丁醛蒸發(fā)到蒸發(fā)器中后，將生成的氣相丁醛與高純度氫氣混合并進(jìn)入固定床加氫反應(yīng)器[12]。將壓力環(huán)境和溫度環(huán)境分別設(shè)置為0.4MPa和130℃，經(jīng)過(guò)加氫這一步驟后，可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化率及選擇性明顯增高。經(jīng)過(guò)冷凝后，將化學(xué)物通過(guò)氣液分離器進(jìn)行分離步驟，分離可以得到出高純氫氣。氫氣的純度得到提高，這種高純度的氫氣可以用于循環(huán)使用[13]。2.3.4產(chǎn)品精制工段混合丁醇液體分別進(jìn)入塔內(nèi)，部分輕組分雜質(zhì)除去排出，與此同時(shí)，重的雜質(zhì)也被清除干凈，進(jìn)行正異丁醇分離塔。最后，得到純度極高的異丁醇產(chǎn)品，其純度為≥99.8％；在塔底得到的正丁醇產(chǎn)品純度，高于異丁醇的產(chǎn)品純度，其純度為≥99.5％。

3物料衡算本節(jié)的物料衡算主要是基于質(zhì)量守恒定律。質(zhì)量守恒定律的物理含義可以通過(guò)下式表示：G式中G進(jìn)G出G損G累積由于本設(shè)計(jì)的生產(chǎn)方式為連續(xù)生產(chǎn)，對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)，G累積G在本節(jié)進(jìn)行物料計(jì)算時(shí)，主要包括兩個(gè)方面的計(jì)算，分為羧基合成和加氫反應(yīng)。這個(gè)項(xiàng)目試驗(yàn)包括多個(gè)操作環(huán)節(jié)，如合成、加熱、冷卻等等。3.1生產(chǎn)能力的計(jì)算本節(jié)主要介紹生產(chǎn)能力的計(jì)算，在設(shè)計(jì)任務(wù)中，正丁醇物質(zhì)的年生產(chǎn)能力為十萬(wàn)噸，在一年內(nèi)工人的有效開(kāi)工時(shí)間為300工作日。則每批料的生產(chǎn)能力為（100000000/300/24）Kg/h=13889kg/h。3.2羰基合成反應(yīng)工段的物料衡算把羰基合成反應(yīng)工段的進(jìn)口物流和出口物流看成一個(gè)整體，其物質(zhì)合成與氫氣、雜質(zhì)等進(jìn)出結(jié)果如流程圖如圖3.1所示。圖3.1羰基合成反應(yīng)工段物質(zhì)流向示意圖對(duì)于丙烯、一氧化碳等反應(yīng)物質(zhì)的摩爾質(zhì)量如下：丙烯為42.1，一氧化碳為28.01，氫氣為2，正丁醛為72.11，異丁醛為72.11，正丁醇為74.11，異丁醇為74.11，物理單位為kg/kmol。在所有合成氣中，各個(gè)物質(zhì)所占比例不同。氫氣占50.4%，氫氣所占比例最多；一氧化碳占49.0%，一氧化碳占比例排第二；雜質(zhì)占0.6%，雜質(zhì)所占比例最少，雜質(zhì)物料變化可以暫不考慮。對(duì)合成氣凈化過(guò)程，直接對(duì)羰基合成反應(yīng)進(jìn)行物料衡算。涉及到的反應(yīng)有：CH=+CO+CHOCH=+CO+（）CHCHOCH=+在以上三個(gè)反應(yīng)中，生產(chǎn)結(jié)果和最終目的是正丁醇物質(zhì)。在產(chǎn)生正丁醇的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生異丁醇。分析兩種丁醇類物質(zhì)的生成比例，絕大多數(shù)為正丁醇，少部分為異丁醇，其兩者的比例分別為12：1。另外，在上述反應(yīng)中，丙烯還會(huì)在加氫環(huán)境下，生成丁醛和丙烷，在生成結(jié)果中，幾乎全部是丁醛，僅有極少一小部分為丙烷，其對(duì)應(yīng)比例為13：0.3。選取1000Kmol/h為計(jì)算基準(zhǔn)進(jìn)行物料衡算。進(jìn)入羰基合成反應(yīng)器的物料1000Kmol/h合成氣中含CO==490Kmol/hH2==504Kmol/h計(jì)算得到氫氣的量過(guò)多，在以一氧化碳為反應(yīng)基準(zhǔn)的前提下，得到所需要的C3H6的摩爾質(zhì)量為490Kmol/h。主副反應(yīng)消耗CO的量在最后的生成產(chǎn)物中，主要包括正丁醛和異丁醛兩種，在生成的含量中，正丁醇占主要部分，異丁醇為少部分，其兩者的對(duì)應(yīng)比例為12：1。所以主反應(yīng)消耗CO的量==451.31Kmol/hC3H6的量==451.31Kmol/h生成正丁醛的量==451.31Kmol/h一氧化碳的量==37.69Kmol/hC3H6的量==37.69Kmol/h生成異丁醛的量==37.69Kmol/h主副反應(yīng)消耗H2的量主反應(yīng)消耗H2==451.31Kmol/h副反應(yīng)消耗H2==37.69Kmol/h在上述反應(yīng)中，丙烯還會(huì)在加氫環(huán)境下，生成丁醛和丙烷，在生成結(jié)果中，幾乎全部是丁醛，僅有極少一小部分為丙烷，其對(duì)應(yīng)比例為13：0.3。所以反應(yīng)生成C3H8的量=0.87Kmol/h所以三個(gè)反應(yīng)共消耗H2=0.87+490=490.87Kmol/h反應(yīng)剩余的H2=504–490.87=13.13Kmol/h主、副反應(yīng)共消耗C3H6=0.87+490=490.87Kmol/h丙烯凈化后主要生成兩種物質(zhì)，包括C3H6和C3H8這兩種。在含量比例上，C3H695%，C3H8為5%。所以丙烯用量為490.87÷95%=516.71Kmol/h其中含C3H8的量=516.71-490.87=25.84Kmol/h反應(yīng)后丙烯的量C3H8=25.84+0.87=26.71Kmol/h反應(yīng)生成的主、副產(chǎn)物的量正丁醛=451.31Kmol/h，異丁醛=37.69Kmol/h，nC3H8=26.71Kmol/h，丙烯羰基合成反應(yīng)器進(jìn)、出口物料平衡數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表3.1和3.2.表3.1丙烯羰基合成反應(yīng)器進(jìn)口的物料情況成分流率Kmol/h分?jǐn)?shù)%(mol)分子量流量Kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)%(wt)C3H6490.8732.3642.120665.6356.30H250433.23210082.75CO4903228.0113724.937.39C3H825.843144.11139.543.10雜質(zhì)60.40281680.46合計(jì)1516.7110036706.07100表3.2丙烯羰基合成反應(yīng)器出口物料平衡表成分流率Kmol/h分?jǐn)?shù)%(mol)分子量流量Kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)%(wt)正丁醛451.3184.3872.1132543.9688.84異丁醛37.697.0572.112717.837.42C3H826.714.9944.11177.913.22H213.132.45226.260.07雜質(zhì)61.12281680.46合計(jì)534.8410036633.96100上表中：1.雜質(zhì)為CH4+Ar+N2，為了計(jì)算的簡(jiǎn)便化，取平均分子量為28；2.由于氫氣分子的質(zhì)量百分比的數(shù)量級(jí)為-5，太小可以忽略。經(jīng)核算：合成氣的摩爾總量n=490+504+6=1000Kmol/h合成氣的物質(zhì)總量M=13720+1008+168=14896Kmol/h丙烯的摩爾總量n=490.87+25.84=516.71Kmol/h丙烯的物質(zhì)總量M=20665.63+1139.54=21805.174Kmol/h物料平衡圖詳見(jiàn)下圖3.1.圖3.2合成反應(yīng)工段的物料圖3.3丁醛加氫反應(yīng)器的物料衡算把丁醛加氫反應(yīng)工段的進(jìn)口物流和產(chǎn)品物流看成一個(gè)整體，其物質(zhì)流程圖如圖3.3所示。圖3.3丁醛加氫反應(yīng)工段物質(zhì)流向示意圖對(duì)丁醛加氫合成反應(yīng)進(jìn)行物料衡算，涉及到的反應(yīng)有：主反應(yīng)：CHO+OH（）CHCHO+（）CHOH副反應(yīng)：在主反應(yīng)中，氫氣被消耗的量=451.31Kmol/h異丁醛消耗氫氣的量=37.69Kmol/h丁醛加氫反應(yīng)器所需加入的氫氣總量=451.31Kmol/h+37.69Kmol/h=489Kmol/h由于生成的正丁醇才是所需要的產(chǎn)物，故加入氫氣的量可以過(guò)量，有利于反應(yīng)充分，且過(guò)量多余的氫氣在脫輕組分塔中分離出來(lái)循環(huán)利用。則主反應(yīng)生成正丁醇的量=451.31Kmol/h生成異丁醇的量=37.69Kmol/h由于副產(chǎn)物量較少，一般低于0.1%，暫不考慮副反應(yīng)的影響。且副反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)為重組分，在脫重組分塔中分離出來(lái)。羰基合成反應(yīng)工段出來(lái)的所有物質(zhì)進(jìn)入丁醛加氫反應(yīng)工段，則丁醛加氫反應(yīng)工段的進(jìn)、出料組成及其流率見(jiàn)表3.3和3.4.表3.3加氫反應(yīng)進(jìn)口物料平衡情況成分流率Kmol/h分?jǐn)?shù)%(mol)分子量流量Kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)%(wt)正丁醛451.3144.6572.1132543.9686.59異丁醛37.693.7372.112717.837.23C3H826.712.6444.11177.913.13H248948.3829782.60雜質(zhì)60.59281680.45合計(jì)1010.7110037585.7100表3.4加氫反應(yīng)的出口物料情況成分流率Kmol/h分?jǐn)?shù)%(mol)分子量流量Kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)%(wt)正丁醇451.3186.5174.1133446.5889.17異丁醇37.697.2274.112717.837.25C3H826.715.1244.11177.913.14雜質(zhì)61.15281680.45合計(jì)1010.7110037510.32100圖3.4加氫反應(yīng)段的物料情況3.4正異丁醇分離塔的物料衡算其中在羰基合成反應(yīng)工段以及丁醛反應(yīng)工段產(chǎn)生的C3H8、雜質(zhì)和丁酸丁酯、異丁酸丁酯、辛醇副產(chǎn)物等均在脫輕組分和脫重組分塔均分離出來(lái)，故正異丁醇分離塔物質(zhì)進(jìn)出情況如圖3.5所示。圖3.5正異丁醇分離塔進(jìn)出物質(zhì)示意圖正異丁醇分離塔進(jìn)料組成及其流率見(jiàn)表3.5，忽略其他雜質(zhì)。表3-5正異丁醇分離塔進(jìn)料組成及其流率表成分流率Kmol/h分?jǐn)?shù)%(mol)分子量流量Kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)%(wt)正丁醇451.3192.2974.1133446.5892.29異丁醇37.697.7174.112793.217.71合計(jì)48910036239.79100根據(jù)工業(yè)純度要求，混合丁醇液體分別進(jìn)入塔內(nèi)，部分輕組分雜質(zhì)除去排出，與此同時(shí)，重的雜質(zhì)也被清除干凈，進(jìn)行正異丁醇分離塔。最后，得到純度極高的異丁醇產(chǎn)品，其純度為≥99.8％；在塔底得到的正丁醇產(chǎn)品純度，高于異丁醇的產(chǎn)品純度，其純度為≥99.5％。在餾出液中，需根據(jù)工業(yè)要求，滿足正丁醇摩爾分?jǐn)?shù)小于等于0.005；異丁醇的摩爾分?jǐn)?shù)小于等于0.002。在101.3kpa壓力下，查得異丁醇沸點(diǎn)為107.9℃，正丁醇沸點(diǎn)較高，數(shù)值為117.7℃。在塔頂，異丁醇為餾出液。在塔底，正丁醇為釜液，兩者得流率結(jié)果如表3.6所示。表3.6正異丁醇分離塔出料組成及其流率表成分塔頂塔底流量（kmol/h）分?jǐn)?shù)/％流量/（kg/h）質(zhì)量分?jǐn)?shù)/％摩爾流/（kmol/）摩爾分?jǐn)?shù)/％流量/（kg/h）質(zhì)量分?jǐn)?shù)/％異丁醇35.4299.82624.9899.82.270.5168.230.5正丁醇0.0451.2499.533441.499.5合計(jì)35.491002630.16100453.5110033609.63100正異丁醛分離塔分離物料平衡圖詳見(jiàn)下圖3.6.圖3.6正異丁醛分離塔物料平衡圖3.5物料數(shù)據(jù)衡算匯總根據(jù)以上反應(yīng)器和分離塔物料衡算數(shù)據(jù)匯總，可知全車間的物料數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?.7所示。表3.7全車間物料衡算數(shù)據(jù)匯總不同成分進(jìn)料量/（kg/h）出料量/（kg/h）C3H620665.63-H2198626.26CO13724.9-C3H81139.541177.91雜質(zhì)168168正丁醇-33446.58異丁醇-2717.83合計(jì)37684.0737636.58誤差0.00126%4能量衡算4.1能量衡算的相關(guān)介紹在化工生產(chǎn)中，需要對(duì)每一道工序進(jìn)行嚴(yán)格的控制，這些工藝往往包括溫度、壓力、流量、濃度等。在化工生產(chǎn)中，時(shí)時(shí)刻刻都經(jīng)歷各種化學(xué)變化和物理變化，同時(shí)也伴隨著物質(zhì)的產(chǎn)生。在工藝操作的過(guò)程中，可能有能量的傳遞，也有動(dòng)量、熱量、質(zhì)量等的傳遞。如果存在化學(xué)反應(yīng)，那么不僅會(huì)有以上的傳遞，還會(huì)有熱效應(yīng)。在反應(yīng)的過(guò)程中，物質(zhì)發(fā)生了能量的傳遞和數(shù)量變化。能量的變化，可以根據(jù)能量守恒定律；能量的傳遞，可以根據(jù)物料衡算得出，主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：(1)計(jì)算操作效率：如在流體輸運(yùn)等操作中。(2)計(jì)算熱量或冷量：如在蒸發(fā)、冷卻等所需要的熱量或冷量。(3)計(jì)算供熱或放熱效率：由于熱效應(yīng)所導(dǎo)致的溫度的起伏。(4)節(jié)能措施：措施的最終目的是降低總能量消耗。根據(jù)能量衡算，可以確定熱量的轉(zhuǎn)移情況：能量衡算方程的一般形式如下：△E=Q+W△E=△EK+△EP+△U式中：△E為體系總能量的變化；Q為體系從環(huán)境中吸收的能量；W為環(huán)境體系所做的功。根據(jù)相關(guān)資料和手冊(cè)，不同物質(zhì)的平均比熱容如表4.1所示[14]。表4.1各物質(zhì)平均比熱容組分氫氣COC3H6正丁醛異丁醛C3H8雜質(zhì)正丁醇異丁醇水蒸氣比熱容/KJ（kg·）14.40.971.5442.232.581.701.572.332.390.84根據(jù)比熱容公式：Qi=miciTi其中，mi一各物質(zhì)質(zhì)量流量，kg/h；Ci一各物質(zhì)比熱容，KJ（kg·℃）；Ti一各物質(zhì)進(jìn)料（出料）溫度，℃。4.2加熱器的能量衡算合成氣和丙烯首先通過(guò)加熱器，在進(jìn)入羰基合成反應(yīng)器反應(yīng)，加熱器進(jìn)料溫度為25℃，加熱后物料溫度為95℃，則輸入加熱器的熱量為：QQQQQQ輸出加熱器的熱量為：QQQQQQQ因此，反應(yīng)器熱負(fù)荷為?匯總?cè)绫?.2所示表4.2加熱器的衡算數(shù)據(jù)匯總組分進(jìn)料kJ/h出料kJ/h氫氣3628801378944CO27633.85105008.611C3H6797693.323031234.61C3H848430.45184035.71雜質(zhì)659425057.2熱負(fù)荷-?合計(jì)1243231.621243231.624.3羰基合成反應(yīng)器能量衡算在羰基合成反應(yīng)工段中，把兩個(gè)羰基反應(yīng)器看成一個(gè)整體，物料經(jīng)過(guò)加熱器出來(lái)溫度為95℃，則羰基反應(yīng)器的進(jìn)料溫度為95℃，出料溫度為105℃，則輸入羰基合成反應(yīng)工段的熱量為：QQQQQQ輸出羰基合成反應(yīng)器的熱量為：QQQQQQQ因此，羰基合成反應(yīng)工段的熱負(fù)荷為?匯總?cè)绫?.3所示表4.3羰基合成反應(yīng)工段的衡算數(shù)據(jù)匯總組分進(jìn)料kJ/h出料kJ/h氫氣137894439705.12CO105008.611-C3H63031234.61-C3H8184035.71210256.94雜質(zhì)25057.227694.8正丁醛-7620168.23異丁醛-736260.15熱負(fù)荷-?合計(jì)4724280.134724280.134.4冷凝器能量衡算以羰基合成反應(yīng)器的出口冷凝器為例說(shuō)明換熱器能量衡算的計(jì)算過(guò)程。該冷凝器的進(jìn)口和出口溫度均為固定，進(jìn)口溫度較高，出口溫度低于進(jìn)口溫度，分別為105℃和40℃。則輸入冷凝器的熱量為：QQQQQQ輸出冷凝器的熱量為：QQQQQQQ因此，羰基合成反應(yīng)工段的熱負(fù)荷為5416998.004匯總?cè)绫?.4所示表4.4冷凝器的衡算數(shù)據(jù)匯總組分進(jìn)料kJ/h出料kJ/h氫氣39705.1215125.76C3H8210256.948009.79雜質(zhì)27694.810550.40正丁醛7620168.232902921.23異丁醛736260.15280480.056熱負(fù)荷-5416998.004合計(jì)8634085.248634085.244.5丁醛加氫反應(yīng)器能量衡算由汽提塔出來(lái)的物料經(jīng)加熱器至80℃，則丁醛進(jìn)料溫度為80℃，其出料溫度為130℃，則輸入丁醇合成反應(yīng)工段的熱量為：QQQQQQ輸出丁醛加氫反應(yīng)器的熱量為：QQQQQQ因此，丁醛加氫反應(yīng)工段的熱負(fù)荷為?匯總?cè)绫?.5所示表4.5丁醛加氫反應(yīng)工段的衡算數(shù)據(jù)匯總組分進(jìn)料kJ/h出料kJ/h氫氣1126656-C3H8160195.76260318.11雜質(zhì)21100.834288.8正丁醛5805842.46-異丁醛560960.11-正丁醇-10130969.08異丁醇-844429.78熱負(fù)荷-?合計(jì)7674755.137674755.134.6正異丁醇分離塔能量衡算正異丁醇分離塔的進(jìn)料溫度為116.81℃，塔頂出料溫度為108.12℃，塔底溫度為117.13℃，則輸入正異丁醇分離塔的熱量為：QQQ輸出塔頂?shù)臒崃繛椋篞QQ輸出塔底的熱量為：QQQQQ所以，熱負(fù)荷為735226.26kJ/h匯總?cè)绫?.6所示表4.6正異丁醇分離塔熱量衡算數(shù)據(jù)組分進(jìn)料kJ/h出料塔頂kJ/h塔釜kJ/h正丁醇9103065.371307.468424544.11異丁醇779796.92678312.6843471.78熱負(fù)荷-735226.26合計(jì)679620.148468015.899882862.299882862.29

5主要設(shè)備設(shè)計(jì)與選型5.1正異丁醇分離塔的工藝尺寸設(shè)計(jì)5.1.1產(chǎn)品濃度計(jì)算根據(jù)上文中正異丁醇分離塔物料衡算數(shù)據(jù)可知，精餾塔進(jìn)料中正丁醇含量為92.29%，在塔頂，正丁醇的含量比例為為0.2%；在塔底，正丁醇的含量比例為99.5%，據(jù)此可求得xF,A、xD,A和xxx以下對(duì)進(jìn)料液、塔頂采出物料和塔底采出物料這三者進(jìn)行計(jì)算，首先得到這三者的平均摩爾質(zhì)量：MMM其次得到這三者的的平均摩爾質(zhì)量流量：原料處理量：F=全塔物料衡算：F=D+WF解得：W=453.51（kmol/h）D=35.49（kmol/h）5.1.2平均相對(duì)揮發(fā)度根據(jù)Antoine方程lgp0=A?BT+C(A、B、C為Antoine常數(shù)，查相關(guān)資料所得，如表5-1所示)可求出正丁醇和異丁醇的飽和蒸汽壓P0A和P0B，再由正丁醇的飽和蒸汽壓且根據(jù)泡點(diǎn)方程xA=P?PB0PA0?PB0和露點(diǎn)方程yA表5.1Antoine方程常數(shù)Antoine方程常數(shù)ABC溫度/℃正丁醇6.601721362.39178.7214～131異丁醇6.451971248.48172.8519～115表5.2A和B的飽和蒸汽壓、x-y與溫度的關(guān)系t/℃PoAPoBxy107.9470.62101.310.000.0010973.52105.290.130.0911076.35109.150.240.1811179.27113.130.350.2711282.28117.230.460.3711385.38121.440.560.4711488.58125.770.660.5811591.87130.230.750.6811695.26134.810.850.8011798.75139.520.940.91117.75101.44143.141.001.00圖5.1苯胺-焦油體系T-x-y圖根據(jù)表5-2的數(shù)據(jù)，求得進(jìn)料溫度tF，塔頂溫度tD和塔底溫度ttt由表5-2的數(shù)據(jù)可算出正丁醇與異丁醇在進(jìn)料溫度、塔頂溫度和塔底溫度下的飽和蒸汽壓，如表5.3所示。表5.3正丁醇-異丁醇的飽和蒸汽壓與溫度關(guān)系溫度117.13116.81108.12正丁醇99.2098.0971.16異丁醇140.14138.63102.64相對(duì)揮發(fā)度α=PB0/PAO平均相對(duì)揮發(fā)度α=1由以上可算得進(jìn)料、塔頂和塔底的相對(duì)揮發(fā)度為：ααα平均相對(duì)揮發(fā)度：α5.1.3精餾塔最小回流比計(jì)算精餾操作中，必須具備回流這一條件。精餾段操作線方程和提餾段操作線方程存在交點(diǎn)，當(dāng)交點(diǎn)落在平衡線上時(shí)，回流比稱為最小回流比，以Rmin對(duì)于精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算中，取經(jīng)驗(yàn)值R=（1.1~2.0）Rmin在本設(shè)計(jì)中，取R=1.6R最小回流比相平衡方程因?yàn)槭桥蔹c(diǎn)進(jìn)料，則有q=1，故xq代入已知條件，則yqR適宜回流比：R=理論板數(shù)的計(jì)算—簡(jiǎn)捷法簡(jiǎn)捷法的應(yīng)用范圍廣泛，這種方法主要是利用經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)圖。當(dāng)在塔板數(shù)較多的情況下，往往需要做初步估算。這種情況下會(huì)運(yùn)用該方法。用芬斯克公式計(jì)算最少理論板數(shù)NminNR?圖5.2吉利蘭關(guān)聯(lián)圖由圖5.2查得解得N=23不包括再沸器5.1.5全塔效率估算全塔效率與主要以下三個(gè)部分相關(guān)，它們包括系統(tǒng)的物性、塔板結(jié)構(gòu)及操作條件等都有密切的關(guān)系。這三個(gè)部分的變化多，且內(nèi)部關(guān)系復(fù)雜，目前還沒(méi)有特定的計(jì)算方法。工業(yè)上測(cè)定值通常在0.3-0.7之間。全塔效率可用O’connell法進(jìn)行計(jì)算，即E其中μLμ式中，xiμ正丁醇與異丁醇在各溫度下的粘度如表5.4所示。表5.4正丁醇與異丁醇在各溫度下的粘度溫度/℃859095100105正丁醇μ0.75560.69640.64330.59540.5522異丁醇μ0.78280.71220.64860.59220.5420塔內(nèi)平均溫度T用插值法求得114.02℃下正丁醇的粘度μA為0.4743mPa?s則：μE5.1.6實(shí)際板數(shù)與加料板位置計(jì)算實(shí)際板數(shù)的確定全塔效率即E已知：解得：N實(shí)際加料板位置的確定精餾段理論板數(shù)N解得精餾段塔理論板數(shù)解得：N=27.22，故加料板為從塔頂往下的第28塊塔板。5.1.7精餾塔主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)塔的工藝條件（1）操作壓強(qiáng)已知：PD表=根據(jù)P絕=P表+P，則，PPP精餾段操作壓強(qiáng)：提餾段操作壓強(qiáng)：（2）操作溫度已知：t精餾段操作溫度：提餾段操作溫度：各種物性數(shù)據(jù)平均分子量的計(jì)算液相：已知：MF=74.11kg/kmol，MD=74.11kg/kmol，MW=74.11kg/kmol。塔頂平均分子量：M進(jìn)料板平均分子量：M塔底平均分子量：M氣相：塔頂平均分子量：M進(jìn)料板平均分子量：M塔底平均分子量：M精餾段平均分子量：MM提餾段平均分子量：MM平均密度計(jì)算平均密度主要根據(jù)理想狀態(tài)方程，如下所示：ρρ液相正丁醇和異丁醇的密度可在化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)查得，如表5.5所示。表5.5正丁醇與異丁醇在各溫度下的密度溫度/℃859095100105正丁醇ρ757.99752.36746.67740.94735.15異丁醇ρ729.98724.23718.42712.55706.62用插值法可分別求得正丁醇和異丁醇在ttW=117.13℃下的密度。如表5表5.6正丁醇與異丁醇在各溫度下的密度溫度/℃108.12116.81117.13正丁醇ρ731.53721.48721.11異丁醇ρ702.92692.61692.23其中，ρρρ精餾段平均密度：ρ提餾段平均密度：ρ表面張力兩種丁醇類物質(zhì)的表面張力如表5.7所示。表5.7正丁醇與異丁醇在各溫度下的表面張力溫度/℃859095100105正丁醇σ18.9218.3417.8517.3816.76異丁醇σ17.3116.8216.3615.7315.24用插值法可分別求得正丁醇和異丁醇在ttW=117.13℃下的表面張力。如表5表5.8正丁醇與異丁醇在各溫度下的表面張力溫度/℃108.12116.81117.13正丁醇σ16.3715.2915.25異丁醇σ14.9314.0814.05其中，σ=σσσ精餾段液體表面張力：σ提餾段液體表面張力：σ體積流率精餾段：V=已知：Mρ液相體積流量：L氣相體積流量：V提餾段（飽和液體進(jìn)料q=1）LV已知：Mρ液相體積流量：L氣相體積流量：V數(shù)據(jù)匯總表5.8數(shù)據(jù)匯總一覽表精餾段提餾段操作壓強(qiáng)/（kPa）125.6140.3操作溫度/（℃）112.47116.97液相平均分子量/（kg/kmol）74.1174.11氣相平均分子量/（kg/kmol）74.1174.11液相平均密度/（kg/m3711.07720.07氣相平均密度/（kg/m32.9033.206液體表面張力/（mN/m）15.0615.22液相體積流量/（m313.3916.87氣相體積流量/（m34185.6937塔徑的計(jì)算精餾段利用圖5-3史密斯關(guān)聯(lián)圖橫坐標(biāo)數(shù)值：取板間距：H故H查圖可知，C=u取安全系數(shù)為0.6，則：故塔徑：塔徑圓整：塔橫截面積：空塔氣速：提餾段橫坐標(biāo)數(shù)值：取板間距：HH查圖可知，C=u取安全系數(shù)為0.6，則：故塔徑：塔徑圓整：塔橫截面積：空塔氣速：5.1.9浮閥塔板結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)堰長(zhǎng)lw取lw出口堰高h(yuǎn)本設(shè)計(jì)采用平直堰，堰上高度（因溢流強(qiáng)不大，近似取溢流收縮系數(shù)E=1）精餾段L?溢流堰高：提餾段L?溢流堰高：弓形降液管的寬度和截面積本設(shè)計(jì)選取弓形降液管，其中τ式中：τ——液體在降液管再的停留時(shí)間，物理單位為s；Af——降液管的截面積，物理單位為m2。圖5.4弓形降液管的寬度與面積已知：l查圖得WA驗(yàn)算降液管內(nèi)停留時(shí)間：精餾段：τ=提餾段：降液管的底隙高度精餾段取降液管底隙的流速u?提餾段取降液管底隙的流速u?5.1.10塔板分布、浮閥數(shù)目及排列塔板分布塔徑的相關(guān)尺寸如下：塔徑D=1.6m，D'=1.6m5.1.10．2浮閥數(shù)目及排列精餾段取閥孔動(dòng)能因子閥孔氣速：每層塔板上浮閥數(shù)目：n=取邊緣區(qū)寬度：液沫區(qū)寬度：W塔板上的鼓泡區(qū)面積：其中，r=代入數(shù)據(jù)，計(jì)算得A本節(jié)的排列方式為等腰三角形結(jié)構(gòu)，采取了特殊的錯(cuò)排形式，同排的孔心距的距離為固定的，t=75mm估算排列間距：塔板開(kāi)孔率：提餾段取閥孔動(dòng)能因子閥孔氣速：每層塔板上浮閥數(shù)目：n取邊緣區(qū)寬度：液沫區(qū)寬度：塔板上的鼓泡區(qū)面積：其中，xr=代入數(shù)據(jù)，計(jì)算得A本節(jié)的排列方式采用等腰三角形結(jié)構(gòu)，其具體的排列形式為錯(cuò)排，同排的孔心距t=75mm估算排列間距：塔板開(kāi)孔率：5.1.11塔板的流體力學(xué)汽相通過(guò)浮閥塔板的壓降依據(jù)h干板阻力當(dāng)閥全開(kāi)時(shí)，?當(dāng)閥未全開(kāi)時(shí)，精餾段：閥剛?cè)_(kāi)的臨界閥氣速：u因?yàn)閡0?板上充氣液層阻力取ε0=0.5板上液層阻力：h1氣體流經(jīng)塔板的壓降相當(dāng)高度計(jì)算公式為：??（<0.7kPa，符合設(shè)計(jì)要求）提餾段：閥剛?cè)_(kāi)的臨界閥氣速：因?yàn)閡0?板上充氣液層阻力取ε0=0.5板上液層阻力：?1氣體流經(jīng)塔板的壓降相當(dāng)高度為：??（<0.7kPa，符合設(shè)計(jì)要求）淹塔當(dāng)控制降液管中的清液層高度HdH精餾段單層氣體的液柱：?液體通過(guò)塔板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨鹊挠?jì)算公式：?板上清液層高度：?H取Φ=0.5，則ΦHd提餾段單層氣體通過(guò)塔板壓降相當(dāng)?shù)囊褐?液體通過(guò)塔板壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?板上清液層高度：?H取Φ=0.5，則ΦHd霧沫夾帶根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，為控制eV≤0.1精餾段F液體橫過(guò)塔板流動(dòng)的行程：Z=D?2塔板上液流面積：A圖5.5泛點(diǎn)負(fù)荷圖取物性數(shù)據(jù)K=1.0，查圖5.5得泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)F因此，霧沫夾帶滿足eV提餾段F液體橫過(guò)塔板流動(dòng)的行程：Z塔板上液流面積：A取物性數(shù)據(jù)K=1.0，查表得泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)F因此，霧沫夾帶滿足eV5.1.12塔板負(fù)荷性能圖霧沫夾帶線（1）泛點(diǎn)率：精餾段：F整理，求得，V提餾段：F整理，求得，V霧沫夾帶計(jì)算結(jié)果如表5.9所示：表5.9霧沫夾帶計(jì)算結(jié)果精餾段提餾段LVLV0.00065.0240.00064.8100.0264.3740.0264.18液泛線（2）由ΦH其中，液體表面張力造成的阻力極小，h其中h即：Φ5.34?精餾段：0.252=整理，得：V提餾段：0.250=整理，得：液泛計(jì)算結(jié)果如表5.10所示：表5.10液泛計(jì)算結(jié)果精餾段提餾段LVLV0.00064.2390.00063.6910.0260.3530.060.4液相負(fù)荷上限線（3）液體在降液管內(nèi)的停留時(shí)間：τ=取τ=5s，則，L漏液線（4）對(duì)于F1型重閥，取FV精餾段：V提餾段：V液相負(fù)荷下限線（5）取堰上高度?ow?代入數(shù)據(jù)，整理得：L負(fù)荷性能圖利用Excel數(shù)據(jù)，將以下五條線進(jìn)行相關(guān)的處理，可以得到精餾段和提餾段負(fù)荷性能圖。具體的性能圖如圖5.7和5.8所示。圖中，5條線包圍區(qū)域?yàn)榫s段塔板操作區(qū)。圖中五條線分別為（1）霧沫夾帶線、（2）液泛線、（3）液相負(fù)荷上限線、（4）漏液線、（5）液相負(fù)荷下限線。圖5.6精餾段負(fù)荷性能圖圖5.7提餾段負(fù)荷性能圖由塔板負(fù)荷性能圖可看出：（1）點(diǎn)P為操作點(diǎn)，且處在適中位置；（2）塔板的汽液相負(fù)荷上限是可控的，其值由液泛控制；同理，下限也是可控的，其值由漏液線控制；由圖可查得塔板汽相負(fù)荷上限：塔板汽相負(fù)荷下限：故，精餾段操作彈性：提餾段操作彈性：表5.11浮閥塔設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸的結(jié)果序號(hào)項(xiàng)目計(jì)算結(jié)果備注精餾段提餾段1各段平均壓強(qiáng)/（kPa）125.6140.32各段平均溫度/（℃）108.12117.133實(shí)際塔板數(shù)/（塊）28144塔徑/（m）1.61.65板間距/（m）0.450.456塔板類型單溢流弓形降液管分塊式塔板7空塔氣速/（m/s）0.2890.2628堰長(zhǎng)/（m）0.960.969堰高/（m）0.05350.050810板上層高度/（m）0.070.0711降液管底隙高度/（m）0.03850.048912浮閥數(shù)/（個(gè)）139132等腰三角形錯(cuò)排13閥孔氣速/（m/s）7.0436.70214浮閥動(dòng)能因子121215臨界閥孔氣速/（m3/s）2.4194.77216孔心距/（m）0.0750.075同一橫排孔心距相鄰橫排中心距離17排間距/（m）0.08420.088718開(kāi)孔率/（％）8.267.8419單板壓降/（Pa）698.14662.7820降液管內(nèi)層清夜高度/（m）0.2520.25021泛點(diǎn)率/（％）21.2320.0522液相負(fù)荷上限/（m30.02530.025323液相負(fù)荷下限/（m3/s）8.19×8.19×24汽相最大負(fù)荷/（m3/s）2.8622.486液泛控制25汽相最小負(fù)荷/（m3/s）0.4870.441漏液控制26操作彈性5.8765.5965.1.13浮閥塔的材料選擇塔設(shè)備的所處環(huán)境為室外；對(duì)于塔體結(jié)構(gòu)方面，所采用的塔體形式為無(wú)框架的自支承式；對(duì)于塔材結(jié)構(gòu)，絕大多數(shù)是采用鋼材制造的。選用鋼材作為材料，原因主要在于鋼材的強(qiáng)度和塑性好，制造性能較好。對(duì)于具體的材料，塔體的材料為Q345R。塔體由圓筒和兩個(gè)封頭組成，圓筒的直徑和壁厚是均勻的。選擇塔體的材料很重要，既要滿足強(qiáng)度和剛度的需求，還要滿足特殊的外界環(huán)境。對(duì)于具體的材料，裙座材料為Q235-A。在結(jié)構(gòu)設(shè)置上，為了使得塔體裙座具有足夠的強(qiáng)度和剛度，必須保證塔體處在固定的位置上進(jìn)行工作。5.1.14塔總高度計(jì)算塔總體高度利用下列公式計(jì)算：H塔頂封頭塔頂封頭的形狀為橢圓形結(jié)構(gòu)，封頭結(jié)構(gòu)的公稱直徑DN=1800mm，根據(jù)相關(guān)資料可以得到H封=475mm，內(nèi)表面積A=3.6535m塔頂空間在塔頂空間中，塔頂間距Ha塔底空間在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，取釜液留時(shí)5min，取提餾段液面至最下一層塔板之間距離為1.5m。則塔底空間高度的計(jì)算公式為：H代入數(shù)據(jù)得：人孔對(duì)于人孔的設(shè)置方式，必須考慮到精餾塔的檢修燈特殊工況，具體人孔的設(shè)置方式為：每隔6-8塊塔板設(shè)一人孔。本精餾塔的塔板數(shù)量為42，得出的結(jié)果為設(shè)置7個(gè)人孔，人孔的直徑固定，為0.45m，每?jī)蓚€(gè)人孔之間的間距為Hp進(jìn)料板處板間距由于在進(jìn)口處需要安裝防沖等特殊設(shè)施，選取進(jìn)料板處間距HF裙座根據(jù)裙座內(nèi)徑≥800mm的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，那么將裙座壁厚取20mm?；A(chǔ)環(huán)內(nèi)徑：D基礎(chǔ)環(huán)外徑：D圓整后：DDbo=2200塔總高度H=

6附屬設(shè)備的選型6.1換熱器的選型6.1.1試算和換熱器的選型本設(shè)計(jì)以羰基合成反應(yīng)器的出口冷凝器為例說(shuō)明換熱器的選型過(guò)程。該冷凝器的進(jìn)口溫度為105℃，取出口溫度為40℃。（1）計(jì)算熱負(fù)荷和冷卻水用量Qm=qmcp(T1–T2)=36633.96×1.6714×103×（105–40）=3.98×109kJ/h=1105541.7Wq（2）逆流時(shí)平均溫度差為?根據(jù)兩流體情況，參照相關(guān)資料，初選K估=800W/(m2﹒℃)，則估算面積為：A管程體積流量q選的換熱管，取管程流速為0.7m/s，則單程換熱管根數(shù)為n單程管長(zhǎng)l選換熱管長(zhǎng)度為7m，則管程數(shù)為NP=42.19/6≈6，換熱管總根數(shù)n=NPnｉ=6結(jié)合以上數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)選擇浮頭式換熱器此，選取AES800-2.5-80.2-10/25-4型換熱器，有關(guān)參數(shù)見(jiàn)表6.1。表6.1換熱器的參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)外殼直徑/mm600管子規(guī)格/mm?25×2.5公稱壓強(qiáng)/Mpa2.5管長(zhǎng)/m7計(jì)算傳熱面積73.1管子總數(shù)284管程數(shù)6管子排列方式正方形旋轉(zhuǎn)45°管程流通面積/m20.00836.1.2核算總傳熱系數(shù)管程流通截面積u管內(nèi)料液流速R雷諾數(shù)P殼程流通截面積An取nc=9，取折流擋板間距h=0.2m，則A=（0.6流通截面積u當(dāng)量直徑d殼內(nèi)水蒸氣流速R雷諾數(shù)P傳熱系數(shù)校核AＫ即Ｋ所選換熱器有足夠的裕量，故該換熱器合適。6.2進(jìn)料泵的估選精餾裝置的使用精餾裝置所使用的泵一般包括進(jìn)料泵、回流泵、產(chǎn)品泵等，本設(shè)計(jì)以正異丁醇分離塔的進(jìn)料泵為例說(shuō)明泵的選型過(guò)程。主要借助柏努力方程，計(jì)算得得到揚(yáng)程。再結(jié)合相關(guān)操作和物質(zhì)，來(lái)選擇泵的類型。根據(jù)輸送流量要求qV和揚(yáng)程的計(jì)算值，選擇合適的泵型號(hào)[16]6.2.1泵的揚(yáng)程泵吸入管內(nèi)徑為80mm，排出管管內(nèi)徑為60mm。泵進(jìn)口真空表讀數(shù)為50kPa，出口處壓力表讀數(shù)120kPa，進(jìn)料處塔壓力為PF=139.9kPa。已知：ρF=719.17kg/quu本設(shè)計(jì)離心泵選擇安裝在地面，已知進(jìn)料板為塔頂下第24塊塔板，則進(jìn)料板高度：?Z=25.175?0.475?1.2?0.45×24?0.6=12.10m系統(tǒng)總阻力很小，為方便計(jì)算，忽略不計(jì)，即?則，進(jìn)料泵所需揚(yáng)程：H=?Z+6.2.2泵的選型根據(jù)體積流量qV=52.26m3/h表6.2進(jìn)料泵的型號(hào)項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)型號(hào)IS80-65-160效率/61轉(zhuǎn)速/2900軸功率/4.82液相流量/30電機(jī)功率/175氣相流量/29.33必須汽蝕余量/2.5壓頭/19.5質(zhì)量(泵/底座)/48/666．3儲(chǔ)罐的估算以塔底回流罐和產(chǎn)品儲(chǔ)罐為例說(shuō)明儲(chǔ)罐選型的計(jì)算過(guò)程。已知：W=6.3.1回流罐的估算塔底出料量體積流量為，V回流罐一般考慮5min至10min的液體存量，以保證冷卻器的液封[16]。每10min儲(chǔ)存量：V取充填系數(shù)0.7，則回流罐容積為，V考慮到儲(chǔ)罐不能裝滿，應(yīng)預(yù)留一部分空間，所以回流罐容積取900m36.3.2產(chǎn)品回流罐的估選結(jié)合產(chǎn)品正丁醇物化性質(zhì)，其儲(chǔ)存的地點(diǎn)應(yīng)該進(jìn)行特殊的選擇，盡量選擇陰涼的地點(diǎn)，并且也要遠(yuǎn)離高溫地點(diǎn)，尤其是遠(yuǎn)離火種、熱源，最后要保持回流罐容器的密封性。在和其他物質(zhì)的存放上來(lái)說(shuō)，為了便于區(qū)分，應(yīng)與氧化劑分開(kāi)存放。在環(huán)境照明這方面，應(yīng)該采用防爆型照明，在環(huán)境內(nèi)經(jīng)常保持通風(fēng)。為了防爆考慮，所以應(yīng)該盡量避免使用易產(chǎn)生火花的機(jī)械設(shè)備。在計(jì)算完車間液體產(chǎn)品儲(chǔ)藏一周的產(chǎn)品量后，裝載系數(shù)為0.85，根據(jù)液體儲(chǔ)罐裝載系數(shù)計(jì)算出產(chǎn)品的最大儲(chǔ)存量。儲(chǔ)藏一周的產(chǎn)品量：VV考慮到庫(kù)存問(wèn)題，預(yù)防滯銷的情況，以及產(chǎn)品罐大小、車間擺放等問(wèn)題，所以產(chǎn)品儲(chǔ)罐容積取120000m根據(jù)相關(guān)國(guó)家規(guī)定和資料手冊(cè)，選擇1個(gè)公稱容積為120000m3，儲(chǔ)罐內(nèi)徑為360000mm的球形儲(chǔ)罐，一個(gè)公稱容積為120000m

7環(huán)境保護(hù)與安全分析工業(yè)環(huán)境中的廢氣、廢水、廢渣成為環(huán)境保護(hù)的首要解決項(xiàng)。這三類物質(zhì)會(huì)對(duì)環(huán)境、空氣、人類的生活等產(chǎn)生很壞的影響，因此應(yīng)予以高度重視。7.1“三廢”的產(chǎn)生情況本項(xiàng)目選擇以合成氣和丙烯為原料，最終生產(chǎn)得到丁醇類物質(zhì)，包括正丁醇和和異丁醇。在整個(gè)工藝過(guò)程中，廢液主要來(lái)源是水洗塔在洗滌的過(guò)程。工藝過(guò)程中，凈化槽含有多種催化劑，其中包括浸苛性活性氧化鋁和氧化鋅等。7.2污染物處理措施和綜合利用廢氣處理：在本設(shè)計(jì)中選擇用燃燒法，這種方法最為直接，也是最有效的。廢液處理：可以通過(guò)控制PH值法、油和油脂的處理等方法進(jìn)行處理，但這些處理方法的效果不夠明顯。在本設(shè)計(jì)中，將所有廢液進(jìn)行有機(jī)廢水生化處理，在進(jìn)行處理后，進(jìn)行檢測(cè)廢水是否合格，如果合格，那么將其排入下水道。廢渣處理：可以通過(guò)焚燒法和安全填埋法將廢渣進(jìn)行處理。本設(shè)計(jì)中，將失去作用的催化劑送回原廠家，可以將其二次利用；還有一類廢渣為生活垃圾，這類垃圾交給專門的環(huán)衛(wèi)部門，再由環(huán)衛(wèi)部門將垃圾進(jìn)行集中化，最后送至垃圾廠處理。7.3噪聲來(lái)源及處理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲，而且噪聲的類型很多，均是由不同的機(jī)器或者設(shè)備部件產(chǎn)生的，這些噪聲的來(lái)源主要包括機(jī)泵、加熱爐、壓縮機(jī)等。在噪聲的形式上，主要包括兩種形式，分別為機(jī)械噪聲和動(dòng)力噪聲。對(duì)于以上多樣化的噪聲，需要在設(shè)計(jì)布置時(shí)，進(jìn)行合理布局，主要采取的原則是動(dòng)靜隔離。除此以外，對(duì)于不同的設(shè)備類型，減振的措施也有所區(qū)別，振動(dòng)幅度過(guò)大的設(shè)備，需要配置減振墊，來(lái)減小振動(dòng)所造成的影響；對(duì)于聲強(qiáng)大的設(shè)備，需要修建隔音室，或者加裝消音器等設(shè)備。7.4綠化項(xiàng)目的綠化應(yīng)該根據(jù)不同的特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的綠化，主要參考的條件是綠化環(huán)境周圍的生產(chǎn)特征和環(huán)境條件。具體的綠化方法為在道路兩旁或辦公區(qū)域等，多多增加綠色植物的種植。綠化的目的是使得綠化環(huán)境內(nèi)的露土面積減少。綠化有著很多優(yōu)點(diǎn)，最直接的是可以改善環(huán)境，間接的優(yōu)點(diǎn)是可以改善空氣質(zhì)量，給人體提供最好的空氣環(huán)境。除此以外，綠化還可以減弱噪聲，給人制造安靜的環(huán)境。7.5危險(xiǎn)性分析及處理7.5.1危險(xiǎn)性分析（1）精餾塔跑料和干塔等危險(xiǎn)情況發(fā)生；（2）氫氣系統(tǒng)氣體泄露或者人為操作不當(dāng)；（3）反應(yīng)器局部溫度過(guò)高，導(dǎo)致爆炸；（4）催化劑再生結(jié)束時(shí)，反應(yīng)器補(bǔ)壓時(shí)可能使壓力過(guò)高而發(fā)生防爆膜破裂等危險(xiǎn)情況。7.5.2安全對(duì)策與建議（1）對(duì)于反應(yīng)器，初始反應(yīng)溫度控制好，使其慢慢反應(yīng)，可減少危險(xiǎn)狀況發(fā)生；（2）可改用球罐儲(chǔ)存氫氣，對(duì)球罐內(nèi)壓力進(jìn)行DCS系統(tǒng)檢測(cè)，設(shè)置上下限報(bào)警裝置；（3）壓縮機(jī)系統(tǒng)定期保養(yǎng)維護(hù)，定時(shí)定點(diǎn)定人對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行巡檢；（4）確保管線控制閥門的密封性和可靠性，避免物料泄露；（5）對(duì)于特種設(shè)備加強(qiáng)安全防范措施，主要包括壓力容器、壓力管道等。

8設(shè)備的自控方案8.1離心泵的自控方案在化工生產(chǎn)過(guò)程中，常常需要使用到離心泵，其主要作用是輸送液體。離心泵的工作原理是在壓差的作用下，吸入液體。在葉輪的旋轉(zhuǎn)下，液體的動(dòng)能量增加。利用導(dǎo)葉，可以將液體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力，來(lái)將液體壓入特定的容器。為了防止液體的回流，同時(shí)在泵出口安裝了止回閥。對(duì)于泵的截?cái)嚅y，一般采用閘閥，主要原因是這種閥的類型便于更換和維修。對(duì)于泵的吸入口，通常采用過(guò)濾器。離心泵的流量控制的有效方法有三種，如下：（1）控制泵的出口閥門開(kāi)度；（2）控制泵的轉(zhuǎn)速；（3）控制泵的出口旁路。本設(shè)計(jì)的離心泵的關(guān)鍵是閥門開(kāi)度，這種方法簡(jiǎn)單可行，應(yīng)用廣泛的[17]。在泵出口設(shè)置了壓力表，根據(jù)管路的閥門開(kāi)度，可以有效控制泵出口的流量。離心泵的自控方案如圖8.1所示。圖8.1離心泵的自控方案8.2換熱器的自控方案本設(shè)計(jì)中精餾塔塔頂出來(lái)的物料為氣相，用冷卻水將其冷凝為液相，所以選擇有相變時(shí)的換熱器控制方案，由于冷卻水流量和其他工藝條件比較穩(wěn)定，選擇直接控制冷卻水流量來(lái)控制加熱物料的出口溫度，此方案簡(jiǎn)單可靠、時(shí)間短、控制快，當(dāng)物料出口溫度偏離設(shè)定溫度過(guò)高時(shí)，則冷卻水閥門開(kāi)度變大，過(guò)低時(shí)則相反，從而達(dá)到溫度設(shè)定值，冷卻器的溫度控制方案如圖8.2。圖8.2冷卻器的溫度控制方案8.3精餾塔的自控方案精餾塔受多種因素的影響，這些因素中有幾個(gè)是主要的，其中包括進(jìn)料流量、溫度、環(huán)境溫度等。在本設(shè)計(jì)中，提餾段溫控的方案較為普遍，因?yàn)檫@種方案可以使得塔頂質(zhì)量保持在規(guī)定的純度范圍內(nèi)。本設(shè)計(jì)再沸器的熱流體為低壓蒸汽，以控制低壓蒸汽的流量為基礎(chǔ)，精餾塔提餾段塔板溫度得到一定的控制。與此同時(shí)，塔底液位與流量也得到間接的控制。塔底液位過(guò)高，則塔底流量相應(yīng)變大，同時(shí)塔底溫度變化，低壓蒸汽流量也會(huì)隨著相應(yīng)變化。精餾塔自動(dòng)控制方案如圖8.3所示。為了保持塔壓的穩(wěn)定性，本設(shè)計(jì)中在塔頂設(shè)置了壓力控制系統(tǒng)，在控制系統(tǒng)中，主要以冷卻水用量為主。當(dāng)塔壓增大到一定的程度時(shí)，冷卻水用量增大，過(guò)低時(shí)，冷卻水用量相應(yīng)減小。塔頂塔壓控制方案如圖8.4。圖8.3精餾塔提餾段自動(dòng)控制方案圖8.4塔頂塔壓控制方案9非工藝部分9.1公用工程9.1.1給排水（1）給水系統(tǒng)工廠給水系統(tǒng)一般可分為五個(gè)系統(tǒng)，本項(xiàng)目中采用以下五個(gè)給水系統(tǒng)分別如下：a.生產(chǎn)給水系統(tǒng)：主要用于軟水站等各站點(diǎn)以及補(bǔ)充循環(huán)冷卻水；b.生活飲水系統(tǒng)：主要用于廚房、個(gè)人生活沖洗以及飲用等；c.消防給水用水系統(tǒng)：用于工業(yè)作業(yè)區(qū)及辦公室的消防栓備用水；d.循環(huán)冷卻水系統(tǒng)：用于各物料和設(shè)備的冷卻水；e.回用水系統(tǒng)：主要用于澆淋花草、清洗廠區(qū)等。（2）排水系統(tǒng)工業(yè)廢水的排放比較的大，危險(xiǎn)也比較大。其中本工廠區(qū)分為3個(gè)污