甘油工藝設(shè)計(jì)

年產(chǎn)十萬噸甘油的生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)[摘要]：甘油，學(xué)名丙三醇。因其具有吸濕性、保溫性、高粘度、水溶性、無毒、有甜味、微生物易分解、有三個(gè)羥基可制成一些衍生物等特性，是一種重要的輕化工原料。本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)十萬噸甘油的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)。目前，在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)甘油又有多種方法，而本設(shè)計(jì)是由環(huán)氧氯丙烷法生產(chǎn)甘油工藝的設(shè)計(jì)；主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有原料的存儲(chǔ)罐，以及生產(chǎn)過程如蒸發(fā)，換熱等工序的計(jì)算。主要以物料衡算和熱量衡算進(jìn)行工藝計(jì)算和設(shè)備選型.在選型的根底上進(jìn)行了設(shè)備的校核。繪制了工藝流程圖，主要設(shè)備裝配圖，車間設(shè)備立面圖和全廠平面布置圖。[關(guān)鍵詞]：環(huán)氧氯丙烷；甘油；反響釜；蒸發(fā)塔。Technologicaldesignofoutputting100,000tonsofglycerinprocessworkshopperyearAbstract:Glycerin,scientificnamebeingglycerol,isanimportantlightindustryrawmaterial,becauseofitscharacteristicofmoistureabsorption,heatpreservation,heatviscosity,water-soluble,no-poison,tastesweet,bacteriumresolveeasily,andtherearethreehydroxylgroupscouldbemadeintoderivatives.Technologicalofoutputting100,000tonsofglycerinprocessworkshopperyeararedesignedinthispaper.Therearemanywaystoproduceglycerin,buttheepichlorohydrinisadoptedinthispaper.Themaindesignincludesthecalculationsofrawmaterialstoragetank,andtheprocessofproduction,suchasevaporationandheattransfer.Thecalculationsandequipmentselectionsarecompletedthroughmassbalanceandheatbalance,Theengineeringflowsheet,themainequipmentassemblingdrawing,workshopapplianceelevationdrawingandfloorplanofplantarecompletedalso.Keywords:Epichlorohydrin;Glycerin,reactor;evaporationtower目錄摘要：IAbstract：II1概述11.1甘油研究背景1甘油性質(zhì)及用途11.2.甘油的生產(chǎn)工藝11.2.1天然甘油的生產(chǎn)1合成甘油的生產(chǎn)2發(fā)酵甘油的生產(chǎn)31.3甘油開展現(xiàn)狀41.4甘油的市場(chǎng)分析41.5甘油的開展前景71.6本設(shè)計(jì)的任務(wù)以及選題意義72工藝說明92.1主要生產(chǎn)甘油的工藝說明9油脂皂化制皂9天然油脂水解法9丙烯醛法92.1.4環(huán)氧氯丙烷法92.2工藝流程方案102.3主要工藝參數(shù)說明103生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)計(jì)算113.1主要化學(xué)反響113.1.1化學(xué)反響113.1.2化學(xué)反響物料衡算113.2反響器的設(shè)計(jì)113.2.1反響釜體積計(jì)算113.2.2反響釜直徑和高度的計(jì)算123.2.3反響釜的熱量衡算：12第二個(gè)反響的反響器設(shè)計(jì)143.3反響釜的強(qiáng)度校核163.3.1選擇材料163.3.2計(jì)算壓力和封頭的壁厚163.3.3反響器的質(zhì)量載荷計(jì)算163.3.4塔的自陣周期計(jì)算183.3.5地震載荷計(jì)算183.3.6風(fēng)載荷計(jì)算20各種載荷引起的軸向應(yīng)力22筒體的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核233.3.9筒體和裙座水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核243.3.10裙座水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核253.3.11根底環(huán)設(shè)計(jì)253.3.12地腳螺栓計(jì)算264附屬設(shè)備的計(jì)算284.1儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)284.1.1容積的計(jì)算：284.1.2容器的選型284.2反響釜攪拌器的選型294.2.1攪拌器的計(jì)算29攪拌功率計(jì)算294.3換熱器的計(jì)算304.3.1確定換熱器的類型304.3.2估算傳熱面積304.3.3換熱器工藝結(jié)構(gòu)尺寸31核算總傳熱系數(shù)314.4蒸發(fā)器的選擇334.4.1蒸發(fā)器選擇原那么334.4.2蒸發(fā)量計(jì)算33蒸發(fā)器的主要尺寸計(jì)算354.5真空濃縮罐364.6泵364.7精餾塔的設(shè)計(jì)36395.1車間布置設(shè)計(jì)的意義395.2車間布置的原那么395.3車間設(shè)備布置395.4車間布置的任務(wù)395.5設(shè)備布置設(shè)計(jì)注意的問題395.5.1露天化布置與室內(nèi)布置395.5.2生產(chǎn)流程化布置405.5.3集中化布置405.5.4操作、安裝與檢修要求405.5.5設(shè)備布置與廠房建筑405.5.6設(shè)備布置與平安衛(wèi)生405.6車間設(shè)備布置的方法與步驟406總結(jié)4243致謝44參考文獻(xiàn)45附錄1工藝流程圖46附錄2主要設(shè)備裝配圖46附錄3車間立面圖46附錄4全廠平面圖461.1甘油研究背景甘油性質(zhì)及用途甘油〔歷史〕，1779年由斯柴爾〔Scheel〕首先發(fā)現(xiàn)，1823年人們認(rèn)識(shí)到油脂成分中含有Chevreul,希臘語為甘甜的意思，因此命名為甘油〔Glycerine〕。第一次世界大戰(zhàn)期間，因其為制造火藥的原料，那么產(chǎn)量大增，是最簡(jiǎn)單的三羥基醇。分子式：C3H8O3，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式HOCH2CH〔OH〕CH2OH，又稱丙三醇。在自然界中甘油主要以甘油酯的形式廣泛存在于動(dòng)植物體內(nèi)，在棕櫚油和其他極少數(shù)油脂中含有少量甘油，是一種無色粘稠液體，具有甜味。熔點(diǎn)20℃，沸點(diǎn)290℃〔分解〕，相對(duì)密度1.2613〔20／4℃)。純甘油可形成結(jié)晶固體，冷至－15～－55℃時(shí)最易結(jié)晶，吸水性很強(qiáng)，可與水混溶，并可溶于丙酮、三氯乙烯及乙醚-醇混合液。甘油與一元醇化學(xué)性質(zhì)相似：例如與金屬鈉反響生成一元甘油醇鈉甘油，因其具有吸濕性、保溫性、高粘度、水溶性、無毒、有甜味、微生物易分解、有三個(gè)羥基可制成一些衍生物等特性，是一種重要的輕化工原料。在合成樹脂工業(yè)、食品工業(yè)、國(guó)防工業(yè)、紡織工業(yè)、藥物合成、煙草、化裝品等工業(yè)具有廣泛的用途。在合成樹脂工業(yè)用于制造醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂、甘油松香樹脂、改性酚醛樹脂、失水蘋果酸干樹脂、聚醚樹脂、聚氨酯樹脂。醫(yī)藥工業(yè)用于制造甘油硼酸、胃沅酶等。食品工業(yè)用于做甜味劑等，也是聚氨酯泡沫反響的引發(fā)劑、載色劑、潤(rùn)滑劑、煙草吸濕劑、啤酒阻酵劑、糖果防結(jié)晶劑、乳脂防酸劑、冷凍食品保鮮劑。國(guó)防工業(yè)用于制造硝化甘油炸藥。紡織印染工業(yè)用作紡織物的防縐防縮處理劑、擴(kuò)散劑、滲透劑、潤(rùn)滑劑?；どa(chǎn)中用于溶劑、吸收劑、防凍劑等。此外，還用作在涂料、炸藥、塑料、牙膏、化裝品、食品、煙草、化工、造紙、電工材料等工業(yè)。1.2.甘油的生產(chǎn)工藝甘油產(chǎn)品分為天然甘油和化學(xué)合成甘油，天然甘油主要以植物油脂和動(dòng)物脂肪為原料,生產(chǎn)某些產(chǎn)品過程所得的副產(chǎn)品,例如油脂皂化制皂、油脂水解和油脂醇解;合成甘油那么是將石油化工產(chǎn)品經(jīng)化學(xué)合成制得。天然甘油的生產(chǎn)天然甘油主要來自肥皂生產(chǎn)和油脂裂解過程的副產(chǎn)品；1948年以前，甘油全部從動(dòng)植物油脂制皂的副產(chǎn)物中回收。直到目前，天然油脂仍為生產(chǎn)甘油的主要原料，其中約42％的天然甘油來自制皂副產(chǎn)，58％來自脂肪酸生產(chǎn)。由于該方法以天然油脂為原料，且甘油是副產(chǎn)物，我國(guó)的化學(xué)工作者設(shè)想將其用于油腳的廢水處理和利用上，既起到環(huán)保的作用，又得到一定的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)?！?〕、油脂皂化制皂油脂皂化是油脂與堿液在一定條件下反響生成肥皂及甘油的過程,其反響方程式如下：甘三酯苛性鈉肥皂甘油皂化反響產(chǎn)物分成2層：上層主要是含脂肪酸鈉鹽〔肥皂〕及少量甘油：下層是廢堿液，為含有鹽類、氫氧化鈉的甘油稀溶液，一般含甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)9％～16％，無機(jī)鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)8％～20％。〔2〕、油脂水解油脂與過量水在一定條件下反響生成脂肪酸和甘油的過程,其理論上總反響方程式甘三酯水脂肪酸甘油由于油脂水解工藝多、操作條件差異大,所得的甜水濃度及雜質(zhì)含量并不相同,甘油在甜水中的濃度約為12%~18%,其中較為現(xiàn)代的高溫高壓連續(xù)逆流水解法因不使用催化劑,僅利用高壓蒸汽促使油脂水解,所得的甜水質(zhì)量好,可進(jìn)一步加工成高品質(zhì)甘油。〔3〕油脂醇解油脂與過量低碳鏈醇(如甲醇)在一定條件下反響生成脂肪酸酯和甘油的過程,反響方程式如下:甘三酯甲醇脂肪酸甲酯甘油在此反響過程中,每生產(chǎn)1Kg脂肪酸甲酯,約產(chǎn)生0·1Kg左右的甘油,迅速升溫的生物柴油(即脂肪酸甲酯)投資熱使得以其副產(chǎn)品為來源的甘油受到重視。無論是制皂廢液，還是油脂水解得到的甘油水所含的甘油量都不高〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%左右〕，而且都含有各種雜質(zhì)。所以，需要凈化、濃縮的過程先得到粗甘油，然后將粗甘油進(jìn)行蒸餾，脫色、脫臭的精制過程才能得到天然甘油。合成甘油的生產(chǎn)從丙烯合成甘油的多種途徑可歸納為2大類，即氯化和氧化?，F(xiàn)在工業(yè)上仍在使用丙烯氯化法及丙烯過乙酸氧化法?！?〕丙烯醛法首先，丙烯氣相氧化合成丙烯醛，然后丙烯醛用異丙醇復(fù)原合成合成丙烯醇；最后丙烯醇過氧化氫羥基化合成甘油。過氧化氫那么用異丙醇氧化制得?！?〕環(huán)氧氯丙烷法丙烯高溫氯化成氯丙烯，氯丙烯再氯化成二氯丙醇。二氯丙醇與石灰乳反響，得到環(huán)氯丙烴。經(jīng)別離精制后送入水解器，用10%苛性鈉或者碳酸鈉水溶液進(jìn)行水解，得到水解液中含有大量氯化鈉和稀甘油水溶液，進(jìn)入多效蒸發(fā)器，濃縮得到80%的甘油，最后經(jīng)真空蒸餾、活性炭脫色、離子交換樹脂處理，得到精制甘油。發(fā)酵甘油的生產(chǎn)發(fā)酵甘油的生產(chǎn)是利用淀粉類原料〔谷物、玉米、紅薯等〕或糖蜜原料，經(jīng)生物發(fā)酵而產(chǎn)生。我國(guó)研究發(fā)酵法始于20世紀(jì)50年代中期，從60年代興起的耐高滲透酵母菌種的研究和應(yīng)用到70年代處于鼎盛時(shí)期，到1994年至1995年，開始進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)，特別是山東、江蘇、甘肅等地的企業(yè)。1.3甘油開展現(xiàn)狀目前，國(guó)內(nèi)甘油開展迅速，但主要制備方法的開展現(xiàn)狀有：〔1〕．合成甘油。合成甘油是用丙烯作原料經(jīng)高溫氯化得到氯丙烯，再經(jīng)次氯酸氧化、脫氯化氫后得到環(huán)氧氯丙烷；環(huán)氧氯丙烷再水解，脫氯化氫最終得到甘油。在二十世紀(jì)七十年代石油危機(jī)前，本甘油總產(chǎn)量的50%和54%。但是，隨著原油價(jià)格不斷上漲，合成甘油的利潤(rùn)空間不斷縮小。我國(guó)錦州某廠方案經(jīng)濟(jì)年代曾引進(jìn)1.5萬噸/年合成甘油生產(chǎn)裝置，八十年代后期起該裝置就一直停產(chǎn)。2006年初，陶氏化學(xué)公司也關(guān)閉了它在美國(guó)德克薩斯州的最后一套生產(chǎn)合成甘油裝置?！?〕發(fā)酵甘油。在一定的生化條件下，淀粉經(jīng)發(fā)酵可生成甘油。早在二次世界大戰(zhàn)期間，德國(guó)就已擁有該技術(shù)，但一直未投入工業(yè)生產(chǎn)。我國(guó)研究發(fā)酵法生產(chǎn)甘油已有近40年歷史。1969年導(dǎo)致中蘇邊境沖突的珍寶島事件爆發(fā)后，當(dāng)時(shí)的輕工業(yè)部向無錫輕工業(yè)學(xué)院〔今江南大學(xué)〕下達(dá)了該研究工程。之后，歷經(jīng)“七五”、“八五”、“九五”科技攻關(guān)，該院開發(fā)的好氧發(fā)酵法輝煌一時(shí)，九十年代后期國(guó)內(nèi)建起許多千噸級(jí)發(fā)酵甘油生產(chǎn)裝置，并于1997年將該技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了美國(guó)ADM公司。但是，隨著全球油脂化工尤其是近幾年生物柴油產(chǎn)業(yè)的快速開展，甘油開始過剩，價(jià)格迅速下滑，使發(fā)酵法喪失了競(jìng)爭(zhēng)力?！?〕．作為油脂化工副產(chǎn)物的甘油。油脂經(jīng)水解或醇解得到脂肪酸〔皂〕或脂肪酸酯，同時(shí)伴生十分之一左右的甘油，這是甘油的最主要來源。油脂水解制脂肪酸或皂是一門古老的工業(yè)，中國(guó)制皂工業(yè)也有百年歷史。但由于中國(guó)人口多、，長(zhǎng)期以來油脂化工原料多為油脂加工時(shí)產(chǎn)生的油腳〔酸化油〕、肉類加工廠副產(chǎn)的動(dòng)物脂肪以及餐飲業(yè)廢棄油〔地溝油〕等，還有一局部非食用油〔蓖麻油等〕。因此，規(guī)模小、技術(shù)，是中國(guó)化學(xué)工業(yè)中最薄弱的環(huán)節(jié)之一。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2003年中國(guó)有100家左右的脂肪酸生，總產(chǎn)能約45萬噸/年，產(chǎn)量約為30～35萬噸。這些企業(yè)的甘油總產(chǎn)量在2～3萬噸。甘油作為制皂業(yè)的副產(chǎn)物，中國(guó)洗協(xié)有相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)字。然而，由于受到洗滌劑工業(yè)的擠壓，多年來中國(guó)制皂業(yè)生產(chǎn)規(guī)模停滯在60萬噸左右，相應(yīng)的甘油產(chǎn)量也停滯不前。油脂通過和低碳脂肪醇〔甲醇為主〕的酯交換反響得到脂肪酸酯，并伴生甘油。2003年，中國(guó)天然脂肪醇總產(chǎn)能尚缺乏10萬，因此副產(chǎn)甘油的數(shù)量也十分有限。2004年以來，中國(guó)的油脂化學(xué)工業(yè)有了很快開展，外資企業(yè)和民營(yíng)資本大舉進(jìn)入該行業(yè)。同時(shí)，生物柴油產(chǎn)業(yè)也開始迅速〔但帶有盲目性〕地開展，正在迅速的改變著中國(guó)甘油工業(yè)的面貌。盡管中國(guó)甘油工業(yè)分散、弱小，但是作為人們熟知的一種多元醇，甘油有其傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟(jì)的開展及人民生活狀況的改善，中國(guó)對(duì)甘油的需求量不斷增加，甘油市場(chǎng)也在不斷擴(kuò)大。1.4甘油的市場(chǎng)分析據(jù)英國(guó)著名油脂化工專家FrankGunstone估計(jì)，全球甘油市場(chǎng)容量2000年在75萬噸，2005年為86萬噸，2010年將到達(dá)100萬噸。當(dāng)時(shí)，他對(duì)生物柴油產(chǎn)業(yè)的開展速度及影響估計(jì)缺乏。根據(jù)Frost&Suliven的調(diào)查，2004年全球甘油產(chǎn)能已經(jīng)到達(dá)約130萬噸，消費(fèi)量97萬噸。中國(guó)的甘油市場(chǎng)容量究竟有多大？中國(guó)每年進(jìn)口數(shù)量可觀的甘油以滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求。表1是2003～2006年間中國(guó)甘油的進(jìn)口量。由表1[1]可見，2003年甘油進(jìn)口總量已經(jīng)到達(dá)13萬噸，加上國(guó)內(nèi)產(chǎn)量，估計(jì)甘油市場(chǎng)容量已在16萬噸左右。2003年以后，中國(guó)甘油產(chǎn)量增加，進(jìn)口量開始減少，但由于中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速開展，以及甘油精煉設(shè)施缺乏，精甘油的進(jìn)口量仍不斷增加。下表1.2中列出甘油的主要用途，其多數(shù)工業(yè)用途與消費(fèi)者的日常生活關(guān)系密切，它們必將隨著社會(huì)消費(fèi)水平的提高而獲得開展，從而增加對(duì)甘油的需求量。值得注意的是，我國(guó)與興旺國(guó)家在甘油的消費(fèi)構(gòu)成上存在較大差異，見下表1.3。由表1.3可見[2]，我國(guó)的甘油市場(chǎng)，在藥品、化裝品工業(yè)以及聚氨酯工業(yè)方面的比例明顯偏低，而在醇酸樹脂生產(chǎn)中所占的比例明顯偏高。據(jù)此分析，無論從人均消費(fèi)量，還是從消費(fèi)構(gòu)成方面講，中國(guó)的甘油市場(chǎng)仍有很大的增長(zhǎng)潛力。表1.12003～2006年間中國(guó)甘油進(jìn)口量〔單位：噸〕年份2003200420052006粗甘油90537—1847635334精甘油45550456725897361862合計(jì)1360877929697196表1.2甘油的主要用途工業(yè)用途食品工業(yè)潤(rùn)滑劑、甜味劑、溶劑〔香精、色素〕、制備單甘酯、聚甘油酯〔乳化劑、人造奶油〕、保濕劑〔寵物食品〕、增口味劑醫(yī)藥工業(yè)潤(rùn)濕劑、潤(rùn)滑劑、溶劑、平滑劑、祛痰劑、止咳糖漿等化裝品工業(yè)牙膏、漱口液、護(hù)膚品、護(hù)發(fā)品、皂類涂料〔醇酸樹脂〕玻璃紙生產(chǎn)、柔軟劑、塑化劑煙草工業(yè)三乙酸甘油酯、粘結(jié)劑、增塑劑炸藥工業(yè)消化甘油、固體火箭燃料的粘結(jié)劑聚氨酯工業(yè)柔性聚氨酯泡沫塑料的主要原料之一、環(huán)氧丙烷/環(huán)氧樹脂加成紡織工業(yè)用引發(fā)劑、吸水性樹脂等棉紗、布匹的潤(rùn)滑、上膠、柔軟造紙工業(yè)潤(rùn)濕劑、塑化劑1.3興旺國(guó)家在甘油消費(fèi)構(gòu)成上的差異相關(guān)工業(yè)消費(fèi)構(gòu)成%中國(guó)美國(guó)西歐日本全球平均藥品、化裝品11.539.523.134.037食品14.55.612煙草7.315.816.95.39醇酸樹脂49.09.213.119.513聚氨酯5.210.513.111.611玻璃紙1.52.04.43.82炸藥3.10.63.11.93其他23.27.920.623.915原油價(jià)格暴漲為油脂化工的開展提供了難得的機(jī)遇。同時(shí)，生物柴油作為新興產(chǎn)業(yè)正在包括中國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家崛起。這兩方面開展的結(jié)果，一是原來的油脂供需平衡被打破，導(dǎo)致油脂庫(kù)存下降、價(jià)格上升；二是使副產(chǎn)甘油過剩，其價(jià)格下滑。在中國(guó)，近幾年油脂化學(xué)工業(yè)開展迅猛，脂肪酸和天然脂肪醇的產(chǎn)能急速膨脹，加上生物柴油設(shè)施不斷興建和投運(yùn)，使得中國(guó)的甘油產(chǎn)量急劇上升?！?〕脂肪酸產(chǎn)能。下表1.4中列出了2005年以來中國(guó)新增或擴(kuò)建的油脂水解裝置。僅僅這些已投運(yùn)的新建裝置的產(chǎn)能已在80萬噸以上，幾乎是2003年中國(guó)原有產(chǎn)能的一倍；而且，這里尚未包括一些產(chǎn)能在3萬噸以下的小裝置。據(jù)筆者了解，上述新的生產(chǎn)裝置一般運(yùn)行情況良好。這意味著新增甘油產(chǎn)能8萬噸左右?！?〕醇產(chǎn)能。近幾年中國(guó)的天然脂肪醇裝置的產(chǎn)能也在迅速擴(kuò)張，表1.5知,自2006年以來新建的脂肪醇裝置的產(chǎn)能?？梢?，兩年內(nèi)將新增產(chǎn)能29萬噸。有統(tǒng)計(jì)報(bào)道，2005年中國(guó)脂肪醇產(chǎn)量11.3萬噸，2006年14.4萬噸，而2007年估計(jì)將突破20萬噸，意味著新增甘油產(chǎn)量1萬噸以上?！?〕原有的油化企業(yè)雖然規(guī)模較小，但數(shù)量不少，甘油產(chǎn)能多數(shù)在千噸級(jí)。例如中天化工、杭州油化、中鼎油化、華龍化工等。估計(jì)這些企業(yè)的甘油總產(chǎn)量在2～3萬噸?！?〕國(guó)洗協(xié)統(tǒng)計(jì)，2004年中國(guó)制皂業(yè)的甘油產(chǎn)量為2.38萬噸，其中納愛斯公司一家就生產(chǎn)了1.35萬噸。考慮到中國(guó)制皂業(yè)變化不大，制皂業(yè)副產(chǎn)的甘油總量不會(huì)超過3萬噸。以上四方面加起來，全國(guó)甘油總產(chǎn)能在15～17萬噸。由此可見，最近三年中國(guó)油脂化學(xué)工業(yè)新增的甘油產(chǎn)能約在10萬噸甚至更多，大約是2003年產(chǎn)量的兩倍。這里尚不包括生物柴油產(chǎn)業(yè)新增的甘油產(chǎn)量。表1.4、1.5中分列出中國(guó)新增油脂水解裝置產(chǎn)能和中國(guó)新增脂肪醇裝置產(chǎn)能。然而，這僅僅是已建和在建裝置中的一局部。由此可以看出，生物柴油的總產(chǎn)能已在50萬噸以上。但是，據(jù)《中國(guó)化工報(bào)》2006年6，由于資源缺乏，2005年中國(guó)生物柴油實(shí)際產(chǎn)量?jī)H在5萬噸左右。雖然這個(gè)數(shù)字并非正式的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但據(jù)此估計(jì)，相應(yīng)的副產(chǎn)甘油的產(chǎn)量應(yīng)在1萬噸以內(nèi)。2006年至今，中國(guó)又建起多套生物柴油裝置，估計(jì)副產(chǎn)甘油的數(shù)量不超過3萬噸。再加上6萬多噸〔精制甘油〕進(jìn)口量，目前中國(guó)的甘油市場(chǎng)容量應(yīng)在23～26萬噸左右，占世界市場(chǎng)的1/5以上，而且繼續(xù)呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭。表1.42005年以來中國(guó)新增油脂水解裝置產(chǎn)能企業(yè)地點(diǎn)產(chǎn)能〔萬噸〕投運(yùn)日期備注嘉里糧油上海市10.02005.1益海糧油江蘇連云港10.02005.6泰柯棕化江蘇張家港10.02006.3雙馬油化江蘇如皋20.02006.12博興華潤(rùn)油化山東博興9.02007.5由1.8萬噸擴(kuò)至11萬噸天柱化肥山東平度4.02006.12關(guān)氏－東馬廣州市7.52007.3東馬棕櫚江蘇張家港7.52007.6天宇油化四川瀘州3.0由3萬噸擴(kuò)至6萬噸合計(jì)81.0表1.52006年以來中國(guó)新增脂肪醇裝置產(chǎn)能企業(yè)地點(diǎn)產(chǎn)能〔萬噸〕投運(yùn)日期備注華興化工遼寧遼陽6.02006年底10.02007年底龍宇化工河南商丘3.42006〔擴(kuò)建〕四方行化工湖北武漢1.52006〔擴(kuò)建〕中樂油化上海2.02006方案到5.0萬噸益海/沙索江蘇連云港6.02007三季度合計(jì)29.01.5甘油的開展前景甘油已經(jīng)成為自然界賜予人類的最廉價(jià)的多元醇。因此，拓展甘油應(yīng)用領(lǐng)域、開發(fā)高附加值產(chǎn)品已是當(dāng)今油脂化學(xué)工業(yè)面臨的熱點(diǎn)問題之一。可以從以下三方面擴(kuò)大甘油市場(chǎng)?！?〕擴(kuò)大在日化、醫(yī)藥、食品工業(yè)等傳統(tǒng)領(lǐng)域中甘油的應(yīng)用和替代，這一領(lǐng)域甘油消費(fèi)量大，消費(fèi)者熟悉其使用方法，因此是擴(kuò)大現(xiàn)有甘油市場(chǎng)的主攻方向。這需要增加甘油精練裝置的產(chǎn)能，提供高質(zhì)量甘油。〔2〕取代或局部取代石油基多元醇，尤其是取代乙二醇、丙二醇等與甘油分子結(jié)構(gòu)相似的石油基多元醇。利用甘油的價(jià)格優(yōu)勢(shì)進(jìn)行配方應(yīng)用研究，將是擴(kuò)大甘油市場(chǎng)的重要方向。譬如，用于汽車防凍液、擋風(fēng)玻璃清洗液的配方中?！?〕以甘油作原料進(jìn)行深加工，生產(chǎn)高附加值的衍生物，將為甘油市場(chǎng)開辟?gòu)V闊的應(yīng)用領(lǐng)域。有些深加工技術(shù)已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，如：①由甘油制環(huán)氧氯丙烷。全球環(huán)氧氯丙烷市場(chǎng)在100萬噸左右，其中陶氏化學(xué)公司在美國(guó)有環(huán)氧氯丙烷產(chǎn)能38萬噸，在德國(guó)有10.5萬噸，幾乎占全球產(chǎn)能的一半。2007年3月26日，陶氏化學(xué)公司宣布，將在上?；@區(qū)建造世界級(jí)15萬噸/年環(huán)氧氯丙烷裝置，該裝置以甘油為原料，預(yù)計(jì)2009～2010年投產(chǎn)。陶氏認(rèn)為，甘油法已成為最有競(jìng)爭(zhēng)力的生產(chǎn)環(huán)氧氯丙烷的新方法。比利時(shí)的Solvay公司已在法國(guó)建有1萬噸/年產(chǎn)能的生產(chǎn)裝置，正準(zhǔn)備在泰國(guó)建10萬噸/年新裝置，方案2009年中期投運(yùn)。在國(guó)內(nèi)，楊農(nóng)化工已經(jīng)建成兩套3萬噸/年甘油法生產(chǎn)環(huán)氧氯丙烷的裝置。②由甘油制丙二醇。全球1,2丙二醇市場(chǎng)需求量在100萬噸/年以上。美國(guó)密蘇里大學(xué)G.J.Suppes為1,2-丙二醇的研究工作多年，并已于2006年末建成1萬噸/年的生產(chǎn)裝置。該項(xiàng)研究獲得2006年度的美國(guó)總統(tǒng)綠色化學(xué)獎(jiǎng)。1,3-丙二醇是新型聚酯Sorona〔聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯〕的單體之一。利用生物方法將甘油轉(zhuǎn)化成1,3-丙二醇也已獲得成功。2007年初，杜邦化學(xué)公司已在美國(guó)田納西州建成首套生物法年產(chǎn)4.5萬噸1,3-丙二醇的生產(chǎn)裝置，直接用淀粉作原料。以上兩個(gè)甘油加工工程已經(jīng)取得顯著的成功，更多的研究工程正在探索和開發(fā)過程中。1.6本設(shè)計(jì)的任務(wù)以及選題意義隨著中國(guó)工業(yè)的高速開展，市場(chǎng)對(duì)于甘油的需求也逐漸增加。但是在中國(guó)以前的甘油生產(chǎn)中，主要靠天然法來生產(chǎn)甘油，但這種方法的甘油產(chǎn)量低，純度低，因此遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足甘油的市場(chǎng)需求。鑒于此，本設(shè)計(jì)擬進(jìn)行以下工作：設(shè)計(jì)方案采取合成法，采用環(huán)氧氯丙烷合成甘油。此方法具有流程短、設(shè)備簡(jiǎn)單、投資費(fèi)用小等特點(diǎn)，而且可規(guī)模放大，適合于規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。設(shè)計(jì)存在的主要關(guān)鍵問題是：一是甘油的制取方法；二是水解工藝路線確實(shí)定；三是反響條件確實(shí)定。其中反響條件確實(shí)定包括反響溫度和反響時(shí)間確實(shí)定、溶液中堿含量的確實(shí)定以及產(chǎn)物的別離。設(shè)計(jì)主要完成以下主要任務(wù)：1、全廠工藝流程、及企業(yè)組成；2、本車間的產(chǎn)品特點(diǎn)及工藝流程、車間布置；3、主要設(shè)備的規(guī)格型號(hào)、工藝參數(shù)；4、輔助設(shè)備的名稱、規(guī)格、型號(hào)。2.1主要生產(chǎn)甘油的工藝說明油脂皂化制皂用油脂皂化制皂提取甘油工藝主要采用傳統(tǒng)蒸餾法即將皂化廢液經(jīng)過澄清處理得到精廢液，接著濃縮為質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%的甘油，回收鹽后濃縮為質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%的甘油，再真空蒸餾、活性炭處理、壓濾得到甘油產(chǎn)品。該法存在著產(chǎn)品質(zhì)量低和能耗高等缺點(diǎn)，致使我國(guó)的低級(jí)甘油過剩，而98%以上的皂化或藥用級(jí)甘油，尤其是99.9%的高純度甘油，主要靠進(jìn)口。梁秉華等在采用傳統(tǒng)工藝制得質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%的甘油后，提出新的工藝流程：首先采用陽離子型高離子澄清劑進(jìn)行中性條件下的第2步澄清處理，減少了副反響，除色和除臭效果好；第2步為色譜別離，使離子物和非離子物的鹽、膠體和有色物從甘油中排除；最后進(jìn)行樹脂脫色、脫鹽和真空濃縮，制得高純度甘油。整個(gè)生產(chǎn)過程在100℃下進(jìn)行，濃縮階段也在110℃下進(jìn)行，雜質(zhì)少、能耗低，可制得低本錢相當(dāng)藥用二級(jí)甘油。并且小試和中試比照了新、舊工藝在質(zhì)量、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和環(huán)保方面的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，分析了工業(yè)化規(guī)模的可行性。天然油脂水解法由植物油脂水解制皂所得廢液中制取甘油，此廢液中含有甘油6%~15%，無機(jī)鹽8%~16%，堿金屬0.1%~0.5%，其他有機(jī)物0.1%~2%。先將一局部脂肪酸或油脂或含有剩余油脂的皂基參加皂化副產(chǎn)物廢液中。煮沸使其發(fā)生皂化反響，反響完成后，靜止并且降溫，出去上層皂基，在下層廢液中參加0.35%左右的硫酸鋁，并加鹽酸調(diào)節(jié)，使得PH在4.5~5.0左右。過濾，所得的濾液在4.5~5.0之間，加硫酸鋁時(shí)應(yīng)不再有沉淀生成，而加氫氧化鈉時(shí)，濾液中應(yīng)該出現(xiàn)絮狀沉淀。否那么將應(yīng)再用硫酸鋁和鹽酸重新處理，硫酸鋁可用三氯化鐵或明礬代替。酸處理所得的溶液應(yīng)呈透明狀，除濾時(shí)候?yàn)V液往往有渾濁現(xiàn)象，應(yīng)送回原濾液中再用鹽酸處理。過濾所得的透明溶液中參加濾液量的0.03%~0.05%的氫氧化鈉，攪拌均勻后再過濾，濾液的PH值為8.5~9.0。將濾液放入蒸發(fā)罐中，用火直接加熱煮沸，邊濃縮，邊補(bǔ)濾液。蒸發(fā)罐內(nèi)的液體要保持一定的質(zhì)量，不能蒸干。隨著濾液不斷蒸發(fā)，蒸發(fā)罐內(nèi)溶液的甘油含量逐漸增加，當(dāng)沸點(diǎn)到達(dá)125~130攝氏度時(shí)候，甘油含量在70%左右，在蒸發(fā)過程中，當(dāng)溫度到達(dá)105~110濃縮后的粗甘油采用真空蒸餾塔法精致，將蒸餾所收集的甘油參加漂白槽中，參加活性炭或硅藻土，也74~79攝氏度下攪拌1~2丙烯醛法將丙烯醛和水蒸氣的混合氣體與25%的氧氣〔以丙烯計(jì)，重量%〕通過丙烯醛反響器，反響器為固定床，內(nèi)裝以碳化硅載體的氧化銅催化劑。反響在300~400攝氏度溫度下進(jìn)行。丙烯醛收率為68%~85%，丙烯轉(zhuǎn)化率為6%~7%。反響氣經(jīng)丙烯醛別離塔別離重組分后，與異丙醇一起經(jīng)汽化器送入丙烯醛反響器。丙烯醛與異丙醇以1：〔2~10〕的比例配制。丙烯醇反響器為多管式固定床反響器，裝有氧化鎂—氧化鋅催化劑。反響在400攝氏度下進(jìn)行，反響收率約為80%，同時(shí)副產(chǎn)等摩爾的丙酮。生成的丙烯醇經(jīng)別離塔提純后于過氧化氫水溶液一起進(jìn)入丙烯醇羥化反響器，在少量三氧化鎢存在的條件下，與50~70攝氏度下反響2~3個(gè)小時(shí)，生成縮水甘油?？s水甘油經(jīng)水解后進(jìn)入多效蒸發(fā)塔，蒸出多余水分，然后參加少量堿經(jīng)閃蒸塔和真空蒸餾塔精致后得到成品甘油。環(huán)氧氯丙烷法用環(huán)氧氯丙烷合成的甘油，是一種工藝成熟、產(chǎn)品質(zhì)量好的生產(chǎn)方法。1980年我國(guó)就引進(jìn)了生產(chǎn)裝置，目前我國(guó)合成甘油的年產(chǎn)能力在5kt以上，但長(zhǎng)期以來受原料環(huán)氧氯丙烷貨緊價(jià)高的影響，使合成甘油的生產(chǎn)能力無法發(fā)揮。國(guó)外合成甘油產(chǎn)量很大，美國(guó)年產(chǎn)甘油300kt，其中合成甘油150kt。將純度大于95%的丙烯經(jīng)枯燥預(yù)處理后于氯氣在一定比例下迅速通過氯化反響器，反響溫度500攝氏度左右。然后極冷送入別離塔別離未反響的丙烯，得到的氯丙烯送入次氯酸化反響器。氯丙烯與次氯酸在20~30攝氏度下反響，收率90%~92%。反響混合物經(jīng)別離器別離去次氯酸的水層后，得到的二氯丙醇油層與15%的石灰乳與80~90攝氏度下反響，反響液經(jīng)蒸汽蒸餾，塔頂蒸去環(huán)氧氯丙烷與水的共沸物。然后經(jīng)精制可得純度為98%的環(huán)氧氯丙烷。環(huán)氧氯丙烷經(jīng)別離后精制送入水解罐，在140攝氏度每1.4兆帕壓力下，于10%的苛性鈉〔或碳酸鈉〕水溶液下進(jìn)行水解，水解液含大量氯化鈉和稀甘油水溶液，在多效蒸發(fā)器中濃縮，得到90%的粗甘油，再在150攝氏度每1.37兆帕的壓力下減壓精餾后得到純度為99%的甘油在環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)中，產(chǎn)生大量副產(chǎn)品三氯丙烷，可綜合利用，通過加熱水解制各甘油綜合方法如下：(1)水解。在反響器內(nèi)參加1mol三氯丙烷副產(chǎn)品〔混合物，沸程130～170℃〕，加熱回流，滴加醋酸鈉水溶液〔醋酸鈉用量是三氯丙烷質(zhì)量的3％〕，滴完后即開始滴加1.5mol的質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％氫氧化鈉溶液，滴加時(shí)間約為2h，回流溫度由100℃左右逐步因共沸作用而降低到90℃左右，此后，因水解作用沸點(diǎn)逐步上升，直到110℃為止，〔在滴完后約1h〕，抽樣觀察。反響物中油相消失，由二相變?yōu)橐幌?，?10℃保持10min后，并在攪拌中逐步降溫到70℃后繼續(xù)攪拌1h，開動(dòng)真空泵，脫氣10min，然后在常壓條件下加熱到(2)甘油水的純化。經(jīng)中和的產(chǎn)品是甘油水的飽和食鹽溶液，參加少量多聚氯化鋁凈水劑，靜置過夜，過濾去除不凈雜質(zhì)，去除表層浮油，如有結(jié)晶鹽析出，必須用少量清水洗除鹽外表所吸附的甘油，再把洗液過濾后和第一次的濾液合并。所得產(chǎn)品為淺黃色的甘油食鹽溶液。(3)脫鹽。把以上所制的產(chǎn)品在真空中〔6.666～10.666kPa〕脫水，沸點(diǎn)約50～60℃，當(dāng)水餾出量約為總體積的1/6時(shí)，即把殘液過濾脫鹽，濾出的鹽分必須先用未濃縮的甘油溶液來洗滌，再用淡水洗滌，洗液和濃縮液合并，重新真空蒸餾脫鹽，如此反復(fù)5～6次，直到濃縮液中甘油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)80(4)離子交換處理。把粗甘油用水稀釋到質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％左右，先用陰陽離子混合的離子交換柱處理，然后依次用陰離子樹脂，陽離子樹脂處理，如此反復(fù)3次，待甘油溶液中不含氯離子或鈉離子，即可得去離子甘油水溶液。(5)濃縮和蒸餾。把上述的甘油水溶液在13.332kPa，60℃左右濃縮到質(zhì)量分?jǐn)?shù)91.3％，用氫氧化鈉把pH調(diào)節(jié)到8.5，然后在933.254Pa，170℃進(jìn)行蒸餾，可得純度在但是此種方法也存在的主要問題如管線鹽堵。甘油生產(chǎn)經(jīng)蒸發(fā)、蒸餾、回收等過程，伴有大量鹽析出。易造成管線堵塞，影響生產(chǎn)，這是甘油裝置最大的難題。但可用控制甘油濃度的方法來控制鹽的結(jié)晶速度和粒度，減少鹽堵現(xiàn)象；還有能耗高。本裝置生產(chǎn)甘油耗能比國(guó)內(nèi)同類的皂化甘油裝置高得多。如何減少能耗，提高能量利用率，也是一個(gè)很有研究意義的課題。2.2工藝流程方案由于天然法生產(chǎn)的甘油產(chǎn)量較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國(guó)內(nèi)需求，故國(guó)內(nèi)一般用運(yùn)用合成法萊制取甘油，此設(shè)計(jì)采用環(huán)氧氯丙烷法制取甘油，其生產(chǎn)工藝如下：環(huán)氧氯丙烷蒸發(fā)精餾離心別離減壓濃縮精制成品甘油2.3主要工藝參數(shù)說明在用環(huán)氧氯丙烷法生產(chǎn)甘油的時(shí)候，主要用了涉及工藝參數(shù)：環(huán)氧氯丙烷水解時(shí)候用了15%的Na2CO3溶液做堿。反響溫度在125℃3.1主要化學(xué)反響3.1.1化學(xué)反響在制取甘油的生產(chǎn)工藝中，由于天然法制取甘油的產(chǎn)量較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足中國(guó)的甘油市場(chǎng)，故生產(chǎn)甘油多數(shù)用合成法。本設(shè)計(jì)方案采取合成法，用環(huán)氧氯丙烷合成甘油，具體生產(chǎn)過程計(jì)算如下。在用環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)甘油時(shí)，主要發(fā)生以下反響，本設(shè)計(jì)那么是針對(duì)此系列反響過程進(jìn)行的相關(guān)計(jì)算：第一個(gè)反響：CH2CHOCH2CI+H2O——→CH2OHCHOHCH2CI+21.51kcal/mol第二個(gè)反響：CH2OHCHOHCH2CI+1/2Na2CO3 ——→CH2OHCHOCH2+NaCI+1/2CO3+1/2H2O-3.2kcal/mol第三個(gè)反響：CH2OHCHOCH2+H2O——→CH2OHCHOHCH2OH+18.1kcal/mol化學(xué)反響物料衡算計(jì)算物料衡算：設(shè)計(jì)任務(wù)為年產(chǎn)十萬噸甘油，工作日為365-設(shè)備維修日25天=340天；以每小時(shí)生成甘油為準(zhǔn)，即:F(甘油)=10×107/340×24×92=133.2kmol/h由于生產(chǎn)的甘油只含98%的純甘油，故F(成品甘油)=133.2/98%=136.0kmol/h;環(huán)氧氯丙烷〔以下簡(jiǎn)稱ECH〕的轉(zhuǎn)化率為96%，故：F(ECH)=136.0/0.99=137.4kmol/h;3.2反響器的設(shè)計(jì)反響釜體積計(jì)算第一個(gè)反響的反響器設(shè)計(jì),本反映在125℃根據(jù)體系物料衡算有F(ECH)=137.4kmol/h，F(xiàn)(水)=28kmol/h所以F(總進(jìn)料)=137.4+28=165.4kmol/h=0.046kmol/minECH的體積流量為q〔ech〕=137.4×92.5/1.81×103=7.0m3水的體積流量為q〔水〕=18×28/1.0×103=0.504m3進(jìn)口體積流量為q〔總〕=7.504m3CA0=137.4/7.504=18.4kmol/m3反映的動(dòng)力學(xué)方程為-R=k1Ca,,查得k1得7.7×10-5min-1那么根據(jù)反映動(dòng)力學(xué)方程式求得體積為：=0.046×0.99/7.7×10-5×18.4=30.85m設(shè)反響器的裝料系數(shù)為0.9，那么反響器的有效體積為V;V=V〔r〕/=30.85/0.9=34.3m物料的平均停留時(shí)間t=V〔r〕/q〔總〕=30.85/7.504 =4.1h反響釜直徑和高度的計(jì)算在反響斧的操作容積后，首先要選擇罐體適宜的長(zhǎng)徑比(H/Di)，以確定罐體直徑和高度。選擇罐體長(zhǎng)徑比主要考慮以下兩方面因素：1、長(zhǎng)徑比對(duì)攪拌功率的影響：在轉(zhuǎn)速不變的情況下，PD5〔其中D攪拌器直徑，P——攪拌功率〕，P隨釜體直徑的增大，而增加很多，減小長(zhǎng)徑比只能無謂地?fù)p耗一些攪拌功率。因此一般情況下，長(zhǎng)徑比應(yīng)選擇大一些。2、長(zhǎng)徑比對(duì)傳熱的影響：當(dāng)容積一定時(shí)，H/Di越高，越有利于傳熱。長(zhǎng)徑比確實(shí)定通常采用經(jīng)驗(yàn)值[3]，即見下表3.1表3.1罐體長(zhǎng)徑比經(jīng)驗(yàn)表反響器種類填裝物料類型高徑比〔H/Di〕一般反響器液液相或液固相物料1~1.3氣液相物料1~2發(fā)酵罐液相物料1.7~2.5取H/D=1.2，采用橢圓形釜底，封頭高度H1=0.25D，體積V=0.131D3，那么反響釜直徑D：H2=0.95D=1.2D-0.25D=0.95D;V=/4×D2H2+0.131D3(H2=0.95D)34.3=/4×D×0.95D+0.131D3D=4.97mH=1.2H=5.96m反響釜的熱量衡算：由于連續(xù)式反響器是一封閉物系，那么由熱量衡算方程式可導(dǎo)出下式：上式為間歇釜式反響器反響物料的溫度與時(shí)間的關(guān)系式，式中mt—反響物料質(zhì)量，kg；Cp，t—反響物料從基準(zhǔn)溫度改變到實(shí)際溫度的平均熱容，J/kg℃；Tc—傳熱介質(zhì)溫度，℃；T—反響物系溫度，℃；τ—反響時(shí)間，S(－HR)—基準(zhǔn)溫度下反響熱，J/kmol； K0—總傳熱系數(shù)，J/m2s℃；即：W/m2.℃Ah—傳熱面積，m2等溫反響，dT=0，上式變?yōu)镵Ah(Tc－T)=(－HR)(－rA)VR可查得：－HR=412J/kmol那么假設(shè)為等溫操作，那么反響過程放出的熱量等于載熱體移走的熱量，首先計(jì)算出放熱量，根據(jù)下式計(jì)算出傳熱面積總傳熱系數(shù)計(jì)算：式中K0總傳熱系數(shù)，W/m2.℃給熱系數(shù)，W/m2.℃；R污垢熱阻，m2℃/W壁厚，m；設(shè)備壁導(dǎo)熱系數(shù)，W/m℃。下標(biāo)i、o、m分別表示設(shè)備內(nèi)、外和平均。常用污垢熱阻大致范圍可查R=4.159=10給熱系數(shù)確實(shí)定釜側(cè)的傳熱膜系數(shù)，可采用如下的關(guān)聯(lián)式求取，在夾套傳熱的場(chǎng)合為：式中Di釜內(nèi)徑，m；熱流體的導(dǎo)熱系數(shù)，W/m.k；，s流體的粘度及流體在側(cè)壁上的粘度，Pa·S；Cp熱容，J/kgK代入數(shù)據(jù)：當(dāng)時(shí)；式u水在夾套內(nèi)流速，m/s；De夾套的當(dāng)量直徑，m。夾套直徑Dj的計(jì)算：Dj可根據(jù)罐體內(nèi)徑按下表3-2推薦的數(shù)據(jù)選取。表3.2夾套直徑Dj與罐體直徑Di的關(guān)系〔mm〕Di500～600700～18002000～30003000～5000DjDi+50Di+100Di+200Di+300那么代入總計(jì)算公式得：傳熱面積：同理，對(duì)于第二個(gè)反響器的計(jì)算，計(jì)算方法如同反響器一。第二個(gè)反響的反響器設(shè)計(jì)本反響分別在110攝氏度和125攝氏度條件下進(jìn)行計(jì)算方法同第一個(gè)反響器，同樣可計(jì)算出體積，熱量衡算，和強(qiáng)度校核.反響釜體積計(jì)算：對(duì)于第一次反響的料液出口濃度有CA=CAO+k1t〔由于k1t值較小，故可粗略認(rèn)為出口料液濃度守恒〕=18.4kmol/m3即18.4kmol/m3的CH2OHCHOHCH2CI和98%的Na2CO3同時(shí)進(jìn)料。查的資料的98%的Na2CO3的密度為2.532g/cm3；反響轉(zhuǎn)化率為0.8；全混釜式反響器示意圖對(duì)于第二個(gè)反響器進(jìn)行物料衡算，N〔Na2CO3〕=76.1/0.98=77.3kmol/h,N(C3H6O2CI)=158.8kmol/h;F〔C3H5O2〕=85.0kmol/h，F(xiàn)〔NaCI〕=67.2kmol/h，F(xiàn)〔CO2〕=25.3kmol/h，F(xiàn)〔H2O〕=10.3kmol/h那么F〔總進(jìn)料2〕=77.3+158.8=236.1kmol/h=0.66kmol/min;CA=18.4kmol/m3q(Na2CO3)=77.3×106/2.532×103=3.3m3C(Na2CO3)=77.3/3.3=23.4kmol/h=0.006kmol/min該反響的動(dòng)力學(xué)方程為-Ra=k2CA2(1-Xa2)且k2=1.12×104 那么可計(jì)算此反響釜的有效體積為=0.66×0.8/18.42×〔1-0.8〕×1.12×104=32.3m裝料系數(shù)取0.9V=V〔r〕/=32.3/0.9=35.9m反響釜直徑和高度的計(jì)算同理V=/4×D2H2+0.131D3(H2=0.95D)可計(jì)算的D=5.02m；H=6.02m同樣可計(jì)算出第三個(gè)感應(yīng)器的體積；第三個(gè)反響的反響器設(shè)計(jì)，本反映在120℃同樣，CA02=K2+CA，由于反響速率小，故可認(rèn)為反映濃度依然守衡，即CA0=18.4kmol/m3，反響轉(zhuǎn)化率為0.8進(jìn)料C〔CH2OHCHOCH2〕=18.4kmol/m3F(總進(jìn)料3)=F〔C3H5O2〕+F〔NaCI〕+F〔H2O〕=170+67.2+10.3=247.5kmol/h=0.06875kmol/min且此反響的動(dòng)力學(xué)方程為-Ra1=k3CA2k3==9×105=0.06875×0.8/18.4×9×105=33.2m裝料系數(shù)取0.9V=V〔r〕/=33.2/0.9 =36.8mH=0.95D=1.2D-0.25D=0.95DV=/4×D2H2+0.131D3(H2=0.95D)36.8=3.14/4×0.95D+0.131D3D=5.04mH=6.05m此反響的三個(gè)反響釜采用三釜串聯(lián)試反響3.3反響釜的強(qiáng)度校核由于第二個(gè)，第三個(gè)的反響釜設(shè)備的強(qiáng)度校核方法如第一個(gè)。故只對(duì)第一個(gè)反響釜進(jìn)行強(qiáng)度校核選擇材料簡(jiǎn)體與封頭的材料選用20R，裙座材料選擇Q235-A，材料的有關(guān)性能參數(shù)如下：，，，3.3.2計(jì)算壓力和封頭的壁厚筒體：封頭，采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭加上壁厚量C=3mm，并圓整，還應(yīng)考慮剛度，穩(wěn)定性以及多種的載荷等因素，取筒體，封頭和裙座的名義厚度Sn均為20mm，Se=Sn-C=20-3=17mm3.3.3反響器的質(zhì)量載荷計(jì)算(1)反響器的外殼和裙座質(zhì)量反響器高為〔2〕封頭質(zhì)量查的DN4970mm，厚20mm的封頭質(zhì)量為680kgm2=680×2=1360kg〔3〕裙座質(zhì)量按圓筒型計(jì)算〔4〕塔內(nèi)的質(zhì)量〔5〕人孔，法蘭，接管與附屬物的質(zhì)量〔6〕保溫材料的質(zhì)量〔7〕平臺(tái)，扶梯質(zhì)量式中：qP—平臺(tái)單位質(zhì)量，為150kg/m2HF—扶梯高度，為13mqF—籠式扶梯的單位質(zhì)量，為40kg/mn—平臺(tái)數(shù)量，2個(gè)?！?〕操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量其中〔9〕全塔操作質(zhì)量、全塔最小質(zhì)量及最大質(zhì)量全塔操作質(zhì)量全塔最大質(zhì)量：全塔最小質(zhì)量：塔的自陣周期計(jì)算塔自振周期：地震載荷計(jì)算由文獻(xiàn)[4]查得：Tg=0.3〔2類場(chǎng)地土，近震〕。地震影響系數(shù)結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù)CZ=0.5。，所以必須考慮高振型影響。確定危險(xiǎn)界面，如附圖。0-0截面為裙座基底截面，1-1截面為裙座人孔出截面，2-2截面為裙座與塔體焊縫處截面。計(jì)算危險(xiǎn)截面得地震彎矩。0-0截面1-1截面2-2截面風(fēng)載荷計(jì)算〔1〕風(fēng)振計(jì)算各計(jì)算塔段的風(fēng)振系數(shù)由式計(jì)算。計(jì)算結(jié)果列于表3.3。〔2〕有效直徑Dei設(shè)籠式扶梯與塔頂管線成90°角，取平臺(tái)構(gòu)建的投影面積∑A=0.5m2，那么Dei式中，塔和管線的保溫層厚度，塔頂管線外徑。表3.3各塔段的風(fēng)振系數(shù)塔段號(hào)1234計(jì)算截面距地面高度hit/m1247.96脈動(dòng)增大系數(shù)ξ〔B類〕2.74脈動(dòng)影響系數(shù)Vi〔B類〕0.720.720.720.72振型系數(shù)Фzi0.030.150.241.0風(fēng)壓高度變化系數(shù)fi〔B類〕0.80.800.80.81.071.371.593.47各塔段Dei計(jì)算結(jié)果列于表3.4。表3.4各塔段有效直徑Dei塔段號(hào)1234塔段長(zhǎng)度li1000100020003960K3400K4=2A/li00500252.5Dei5710571062105962.5〔3〕水平風(fēng)力計(jì)算由下使計(jì)算各塔段的水平風(fēng)力各段有關(guān)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果列于表3.5。表3.5各塔段水平風(fēng)力計(jì)算結(jié)果塔段號(hào)1234Ki0.7K2i1.071.371.593.47q0/(N/m2)350fi0.80.80.80.8li/mm1000100020003960Dei/mm5710571062105962.5Pi/N1197.51533.23870.616058.6風(fēng)彎矩由下式計(jì)算：0-0截面：1-1截面：2-2截面：各種載荷引起的軸向應(yīng)力(1)計(jì)算壓力引起的軸向應(yīng)力σ1(2)操作質(zhì)量引起的軸向應(yīng)力σ20-0截面：1-1截面：式中：Asm——裙座人孔處截面的即積，由式得2-2截面：(3)最大彎矩引起的軸向應(yīng)力σ3最大彎矩取下式計(jì)算值中最大值：計(jì)算結(jié)果如表3.6。表3.6最大彎矩引起的軸向應(yīng)力截面0-01-12-2Mi-imax/N·mm1.863×1091.56×1091.23×109各危險(xiǎn)截面的計(jì)算如下：式中——裙座人孔處截面的抗彎截面系數(shù)，由式得。筒體的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核〔1〕強(qiáng)度校核筒體危險(xiǎn)截面2-2處的最大組合軸向拉應(yīng)力：軸向許用應(yīng)力：因?yàn)?，故滿足強(qiáng)度條件?！?〕穩(wěn)定性校核筒體危險(xiǎn)截面2-2處的最大組合軸向壓應(yīng)力：許用軸向壓應(yīng)力：取其中較小值按GB150《鋼制壓力容器》組合的規(guī)定，由查相應(yīng)[5]的材料圖得B=138MPa，那么取因?yàn)?，故滿足穩(wěn)定性條件。(3)裙座的穩(wěn)定性校核裙座危險(xiǎn)截面0-0及1-1處的最大組合軸向壓應(yīng)力由B=110MPa那么取因?yàn)楣蕽M足穩(wěn)定性條件。筒體和裙座水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核〔1〕由試驗(yàn)壓力引起的環(huán)向應(yīng)力σ試驗(yàn)壓力因?yàn)楣蕽M足要求。〔2〕由試驗(yàn)壓力引起的軸向應(yīng)力σ1：〔3〕水壓試驗(yàn)時(shí)，重力引起的軸向應(yīng)力σ2〔4〕由彎矩引起的軸向應(yīng)力σ3〔5〕最大組合軸向拉應(yīng)力校核許用應(yīng)力：因?yàn)楣蕽M足要求。因?yàn)楣蕽M足要求?！?〕最大組合軸向壓應(yīng)力校核軸向許用壓應(yīng)力取其中最小值取因?yàn)楣蕽M足要求。3.3.10裙座水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核〔1〕水壓試驗(yàn)時(shí)，重力引起的軸向應(yīng)力σ2〔2〕由彎矩引起的軸向應(yīng)力σ3〔3〕最大組合軸向壓應(yīng)力校核軸向許用壓應(yīng)力取其中最小值取因?yàn)楣蕽M足要求。根底環(huán)設(shè)計(jì)〔1〕根底環(huán)尺寸：取〔2〕根底環(huán)尺寸的應(yīng)力校核取其中較大者①②取選用75號(hào)混凝土，其許用應(yīng)力Ra=3.5MPa因?yàn)棣襜max<Ra故滿足要求。〔3〕根底環(huán)厚度參見圖，按由筋板時(shí)，計(jì)算根底環(huán)的厚度[6]Sb。設(shè)地腳螺栓的直徑為M24，l=160mm那么l/b=0.56由文獻(xiàn)[19]取根底材料的許用應(yīng)力根底環(huán)厚度取3.3.12地腳螺栓計(jì)算〔1〕地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力取其中較大值①②取。〔2〕地腳螺栓直徑因?yàn)棣褺>0，所以此塔必須安裝地腳螺栓，取地腳螺栓個(gè)數(shù)n=20，地腳螺栓材料的許用應(yīng)力查資料可知，取地腳螺栓為M24。應(yīng)選用15個(gè)M24地腳螺栓，滿足要求。以上各計(jì)算均滿足強(qiáng)度條件及穩(wěn)定性條件4.1儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)容積的計(jì)算：計(jì)算F(ECH)=137.4kmol/h，所以V(m)=137.4×92.5=1.27×104M=1.27×104×24×3=9.14×10V=m/=9.14×105/1.81×103=505m34.1.2容器的選型儲(chǔ)罐的計(jì)算體積為505m3，由于儲(chǔ)罐的體積較大，故采用三個(gè)200m3的立式圓筒形儲(chǔ)罐并聯(lián)存儲(chǔ)，對(duì)于單一的儲(chǔ)罐來說有效體積為200m3；設(shè)HV=D2H/4200=(×D2×1.1D)/4D=6.1m(儲(chǔ)罐內(nèi)直徑)H=6.7m〔圓柱型儲(chǔ)罐的高〕儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力為常溫，常壓。由于儲(chǔ)罐直徑大于5m，由于受到運(yùn)輸條件的限制，通常是在建罐現(xiàn)場(chǎng)拼裝，阻焊而成，通常才用不銹鋼制造儲(chǔ)罐；〔1〕罐底的設(shè)計(jì)[7]由于儲(chǔ)罐的直徑比擬大，儲(chǔ)罐罐底是用鋼板拼接阻焊而成的，在此用的是條形排版的罐底，罐底鋼板之間的焊接采用搭接結(jié)構(gòu)。坡度采用錐底型[11]。圖4.1錐底型坡底示意圖〔2〕罐壁的設(shè)計(jì)錐底型確定壁厚有很多方法，在此處用定高設(shè)計(jì)法確定罐壁的厚度C1鋼板的負(fù)偏差，C2腐蝕裕度ρ密度φ焊縫系數(shù)，小于1.0σt設(shè)計(jì)溫度小，壁鋼球的許用應(yīng)力。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，罐壁厚度取15mm?！?〕罐頂?shù)脑O(shè)計(jì)目前固定釘儲(chǔ)罐使用的灌頂形式有錐頂，拱頂，傘形頂?shù)?。由于此設(shè)計(jì)的罐內(nèi)徑小于10m，應(yīng)選用錐頂；錐頂是圓錐形的灌頂。自支式錐頂?shù)膱A錐母線與水平線的夾角，一般不小于9.5；柱支撐錐頂?shù)膱A錐母線與水平線的夾角一般不小于3.5度。4.2反響釜攪拌器的選型攪拌器的計(jì)算對(duì)于第一個(gè)反響的反響器V=34.3m反響器內(nèi)徑D=4.97mH=5.96m最正確裝液高度為釜高的0.9倍.所以Hi=5.96×0.9=5.37mS=2/3Hi=2/3×5.37=3.58m攪拌器內(nèi)的最低液面不得低于1/3Di所以為1/3×5.37=1.79m相鄰攪拌器的標(biāo)準(zhǔn)間距為Sp=0.3Di=0.9Dj=0.3×5.37=1.16m攪拌器直徑標(biāo)準(zhǔn)值為5.37/3=1.79DiDi/Dj=1.79/5.37=0.33攪拌功率計(jì)算由于攪拌釜中液體運(yùn)動(dòng)的狀況較復(fù)雜，攪拌器的功率目前尚不能由理論算出，只能通過實(shí)驗(yàn)獲得它和該系統(tǒng)其他變量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式[9]。有公式式中：Re—葉輪雷諾數(shù)；P—功率消耗，W；G—重力加速度，m/s2；D—葉輪直徑，m；Φ—功率函數(shù)—液體密度，kg/m3；—液體粘度，Pa﹒S；n—葉輪轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/s；參考經(jīng)驗(yàn)值K—系統(tǒng)幾何構(gòu)型的總形狀系數(shù)。低黏度液體攪拌，一般多在湍流情況下攪拌?？刂苹旌纤俣鹊闹饕蛩厥遣蹆?nèi)液體循環(huán)流以及適當(dāng)?shù)募羟凶饔谩Ｍ七M(jìn)式葉輪攪拌器用于液體黏度低于400cP液體的攪拌。攪拌器安裝時(shí)可斜入，旁入，中央進(jìn)入。中央進(jìn)入式需在全擋板的條件下操作?！舶惭b四塊寬度為容器直徑1/10的折流擋板可以完全消除“打旋”現(xiàn)象〕由此計(jì)算，可選擇推進(jìn)式螺旋葉式攪拌器，具體的參數(shù)如下；Di/DjPt/Dj=1.2葉片數(shù)Zj=(通常取3)Pt為螺距n=100-500r/minV=3--5m<2000mpa.s軸流行，循環(huán)速率高，剪切力小，裝有擋板或者導(dǎo)流筒時(shí)，軸向流更強(qiáng)，最高轉(zhuǎn)速n=1750r/min；葉端高線速r=25m/s在n<500r/min時(shí)，適合介質(zhì)粘度為<50000mpa.s此類型反響攪拌器適合三個(gè)反響釜.，物料在從第三個(gè)反響器出料時(shí)，即為甘油水和鹽的混合溶液，且含量較低。故需要經(jīng)過蒸發(fā)工序蒸發(fā)水進(jìn)行提純甘油.4.3換熱器的計(jì)算確定換熱器的類型兩端流體的溫度變化情況為:熱流體的進(jìn)口溫度為125攝氏度，出口溫度為30攝氏度；冷流體的進(jìn)口溫度為29攝氏度，出口溫度為39攝氏度，該換熱器問為循環(huán)冷卻水，冬季操作時(shí)，其進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的壁溫之差較大，因此初步確定為浮頭式換熱器.由于甘油Fo=16000kg/h甘油水的其定性溫度為進(jìn)出口溫度的平均值。殼程定性溫度為：管程定性溫度為：根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程的有關(guān)物性數(shù)據(jù)[10]。對(duì)混合物來說，最可靠的物性數(shù)據(jù)來源于實(shí)驗(yàn)值。假設(shè)不具備此條件，那么分別查取混合物各組分的有關(guān)數(shù)據(jù)，然后按相應(yīng)的加和方式，求出混合物的物性?；旌衔锔视?，氯化鈉，水混合溶液在77.5攝氏度密度：3kg/m3定壓比熱容：熱導(dǎo)率：粘度：-3pa﹒s循環(huán)冷卻水在34攝氏度密度：3定壓比熱容：熱導(dǎo)率：粘度：-3pa﹒s估算傳熱面積〔1〕熱流量確實(shí)定由熱流量公式[13]：其中所以甘油鹽水混合物由125-30需要熱流量KW〔2〕平均溫度差的計(jì)算由于逆流流型：所以得：〔3〕傳熱面積確實(shí)定查甘油水混合物與熱水換熱K取值范圍是(280--850)W/(m2·℃)[13]應(yīng)選K=300W/(m2·℃)，〔4〕熱水的用量換熱器工藝結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算得到的數(shù)據(jù)如下，如表4.1所示表4.1換熱器結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)公稱直徑mm公稱壓力PN/MPa管程數(shù)N管子根數(shù)n管尺寸mm11002.52736換熱面積m2管程流通面積m2換熱器長(zhǎng)度L/mm管排列方法折流板間距m250.20.1164500三角形0.184.3.4核算總傳熱系數(shù)〔1〕管程對(duì)流給熱系數(shù)〔2〕殼程對(duì)流給熱系數(shù)校核殼程中物料近似純水?。何酃笩嶙?，取：總傳熱系數(shù)：所需傳熱面積：換熱器實(shí)際傳熱面積：傳熱面積裕度H：綜上所述：所選換熱器滿足實(shí)際要求。4.4蒸發(fā)器的選擇4.4.1蒸發(fā)器選擇原那么蒸發(fā)設(shè)備在結(jié)構(gòu)上必須有利于過程的進(jìn)行，因此，選用和設(shè)計(jì)蒸發(fā)器設(shè)備時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：盡量保證較大的傳熱系數(shù)要適合溶液的一些特性，如黏度、起泡性、熱敏性、溶解度隨溫度變化的特性及腐蝕性；能完善地別離液沫盡量減少溫差損失能排出溶液在蒸發(fā)過程中析出的結(jié)晶體能方便地清洗傳熱面綜上所述，選取了單效蒸發(fā)過程，計(jì)算如下：由反響器出來的物質(zhì)為甘油水和鹽的混合溶液，進(jìn)入蒸發(fā)工序，蒸發(fā)掉水，使甘油的含量到達(dá)80%〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)〕，濃縮液時(shí)需要的產(chǎn)品，而蒸發(fā)出來的水通常作為廢水排走.而蒸發(fā)可在大氣壓下，減壓或加壓的情況下進(jìn)行，本設(shè)計(jì)為常壓?jiǎn)涡д舭l(fā)器的設(shè)計(jì)計(jì)算.4.4.2蒸發(fā)量計(jì)算由上面計(jì)算可得，最后出料為F(出料)=F〔C3H5O2〕+F〔NaCI〕+F〔H2O〕=136.0+67.2+10.3=231.5kmol/hM〔出料〕=136.0×92/213.5+67.2×58.5/213.5+10.3×18/213.5=77.9所以F=213.5×77.9=1.6×104且給定條件：料液的流量為F=1.6×104kg料液的進(jìn)口濃度W=136.0/213.5=63.7%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))料液的出口濃度W1=80%料液的進(jìn)口溫度T=30該蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)取經(jīng)驗(yàn)值k=1700wm-2k-1設(shè)計(jì)計(jì)算蒸發(fā)量的計(jì)算①蒸發(fā)量的計(jì)算在蒸發(fā)器中，從溶液中蒸發(fā)出的水分可由一般物料衡算方程解出，即Fx0=〔F-W〕x所以F—溶液加料量，㎏/hW—水分蒸發(fā)量，㎏/hx0，x—料液與完成液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%W=F(1-X0/X) =1.6×104(1-0.637/0.8)=3260kg/h濃縮液量的計(jì)算由物料守恒得F=L+WL=F-W =16000-3260=12740kg/h③蒸汽消耗量在蒸發(fā)器中所消耗的熱量主要是供應(yīng)發(fā)生二次蒸發(fā)所需的潛熱，除此之外，還要供應(yīng)溶液加熱至沸點(diǎn)及損失于外界熱量，所以蒸發(fā)量由以上三者之和決定，可以通過熱量衡算求得；DI+FCt0=Wi+(FC-WC)t1+DC?+q’D(I-C?)=W(i-Ct1)+FC(t1-t0)+q’由上式可以計(jì)算計(jì)算熱蒸汽的消耗量：D=[W(i-Ct1)+FC(t1-t0)+q’]/(I-C?)假設(shè)加熱蒸汽和二次蒸汽都在冷凝溫度時(shí)排出，那么(I-C?)與(i-Ct1)分別為加熱蒸汽和二次蒸汽的蒸發(fā)潛熱。所以上式可簡(jiǎn)化為：D=[Wr+FC(t1-t0)+q’]/R式中：C—溶液的比熱容，kJ/mol·kD—加熱蒸汽的消耗量，kJ/hI—加熱蒸汽的熱含量，kJ/moli—二次蒸汽的熱含量，kJ/molR—加熱蒸汽的蒸發(fā)潛熱，kJ/molr—二次蒸發(fā)的蒸發(fā)潛熱，kJ/mol?—冷凝水的溫度，Kt0，t—溶液最初溫度與最終溫度〔沸點(diǎn)〕，Kq’—損失于外界的熱料液溫度為30+273=303k，熱蒸汽是143.3kpa下的飽和蒸汽，蒸發(fā)器室壓為101.325kpa，且查的《化學(xué)化工物性手冊(cè)》得，C(C3H5O2)=220.3j/mol.kC(水和無機(jī)鹽)=4.14j/mol.k那么可得到料液的比熱容C=1.53+1.5=3.03j/mol.k料液溫度為30℃，出口為100℃，蒸發(fā)器蒸發(fā)的壓力：101.3KPa，極熱蒸汽是143.3KPa下的飽和溫度，在此溫度下，可知r=2257kJ/kg,并選擇蒸發(fā)器中稀溶液的沸點(diǎn)作為基準(zhǔn)溫度，即選擇在101.32kpa水的沸點(diǎn)100℃，因此，r正好是273.2k水下的潛熱，從《飽和蒸汽和水的性質(zhì)表》[12]中查的它的值為2257KJ/kg,在143.3kpa下，水蒸汽的潛熱R為2230KJ/kg,并假設(shè)熱量損失為0D=WR+FC(t1-t0)+q=3260×2257+16000×303〔100+273.2-303〕/2230=(7.4+3.4)×106=4843.0kg/h(2)傳熱面積Q=DR=4843.0×2230=10800000KJ/Kg.h=2991600WA=Q/Kt=2991600/(383.2-273.2)×1700=176.0m蒸發(fā)器的主要尺寸計(jì)算〔1〕加熱器主要尺寸選用38mm×3mm，長(zhǎng)為3m的不銹鋼作為加熱管，那么管數(shù)為n=A/d0L=176/3.14×0.038×3=489根為平安起見，取489×1.1=538根加熱管取正三角形排列，那么管束中心線上的管子數(shù)約為Nc=1.1=1.1=1.1×23.2=26根取管心距s=50mm，取管束中心線上的最外層的中心至殼體內(nèi)壁的距離b為1.5d0，那么加熱管內(nèi)徑為di=S(Nc-1)+2b=50×〔26-1〕+2×〔1.5×28〕=1364mm取di=1400mmf=0.8nd02/4=0.8×538×3.14×(0.038-2×0.03)2 =0.316m所以外循環(huán)管直徑為d===0.66m經(jīng)圓整，取d=660mm〔2〕別離室尺寸計(jì)算取別離室的高度為H=2.5m假設(shè)蒸發(fā)時(shí)的真空度為-0.08mpa，相對(duì)于絕對(duì)壓強(qiáng)20kpa時(shí)，二次蒸汽的密度為0.131kg/m3,所以二次蒸汽的體積流量為Vs=W/3600×=3260/3600×0.131=6.9m3取允許蒸汽體積強(qiáng)度Vs，y為1.5m3/〔m3.s那么Vs=DZ2Hvs.y/4DZ===1.531m經(jīng)圓整有DZ=1.5m那么設(shè)計(jì)的外循環(huán)蒸發(fā)器的主要參數(shù)數(shù)據(jù)如表4.2所示表4.2外循環(huán)式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)加熱管加熱室別離室循環(huán)管規(guī)格mm長(zhǎng)度/m根數(shù)直徑/mm長(zhǎng)度/m直徑/mm高度/m直徑/mmФ15×33261364約1660115004.5真空濃縮罐真空濃縮罐將蒸發(fā)掉60%水，查閱文獻(xiàn)[13]，所選沉淀罐的技術(shù)參數(shù)見表4.3。表4.3沉淀罐技術(shù)參數(shù)表型號(hào)JC系列攪拌轉(zhuǎn)速〔r/min〕250-125容積〔m3〕5工作壓力〔Mpa〕＜0.25換熱面積〔m2〕8工作溫度〔℃〕常溫外型尺寸〔直徑×高〕/mm1400×4650材料不銹鋼4.6泵甘油與水回流時(shí)需液體流量為5m3，回流時(shí)間為1h，那么進(jìn)料泵的流量為5m3/h，提取罐高度為4.5m，泵的安裝高度為根據(jù)離心泵的特性曲線，選用IS50-32-132型離心泵。4.7精餾塔的設(shè)計(jì)由于在蒸餾塔出來物料后，是反響中未反響的反響物環(huán)氧氯丙烷，一氯丙二醇，環(huán)氧丙醇和生成物丙三醇的混合溶液，故需要對(duì)其進(jìn)行別離。這里選用精餾塔對(duì)其進(jìn)行別離。查各物質(zhì)沸點(diǎn)可知，環(huán)氧氯丙烷和環(huán)氧丙醇屬于輕組分，一氯丙二醇和丙三醇屬于重組分。故需要設(shè)計(jì)兩個(gè)塔。由于設(shè)計(jì)時(shí)間緊迫，故在此用AspenPlus對(duì)其進(jìn)行模擬，其模擬結(jié)果如下.對(duì)于第一個(gè)塔，其運(yùn)行結(jié)果如下：圖一從圖一二中可以得出第一個(gè)塔設(shè)備塔的最小回流比為0.26575191；實(shí)際回流比為2.6571914；最小理論塔板數(shù)4.59580122,實(shí)際理論塔板數(shù)6。進(jìn)料位置3，實(shí)際進(jìn)料位置2。在塔頂出料中環(huán)氧氯丙烷為5.481052，塔底出料中很少。其他的幾種物質(zhì)也滿足別離要求.圖二第二個(gè)塔的模擬結(jié)果圖三從第三四個(gè)圖中可以看出第二個(gè)塔設(shè)備塔的最小回流比為4.0868；實(shí)際回流比為20.434；最小理論塔板數(shù)11,實(shí)際理論塔板數(shù)12。進(jìn)料位置7，實(shí)際進(jìn)料位置6。在塔頂出料中丙三醇的出料為4.1617kmol/h,塔底出甘油料為135.9701kmol/h，滿足別離要求。圖四5.1車間布置設(shè)計(jì)的意義車間布置設(shè)計(jì)是工廠設(shè)計(jì)中很重要的一環(huán)，一個(gè)合理的車間布置設(shè)計(jì)，不僅可在建設(shè)投資經(jīng)濟(jì)效益等方面取得良好效果,并且對(duì)今后的正常平安生產(chǎn)﹑車間管理﹑設(shè)備維修﹑能量利用﹑物料運(yùn)輸﹑人流往來等多方面有極大影響[10]。5.2車間布置的原那么車間平面布置首先必須適合全廠總平面布置的要求，應(yīng)盡可能使各車間的平面布置在總體上到達(dá)協(xié)調(diào)、整齊、緊湊、美觀、相互融洽，渾為一體。⑴輔料車間與使用設(shè)備靠近。⑵按節(jié)省能源的角度，把設(shè)備分布在兩面樓層。做到減輕樓層負(fù)荷減少輸送數(shù)量和管道的密度。⑶合理安排通道以及樓梯的位置。⑷設(shè)備要統(tǒng)一安排，排列整齊，有足夠的操作空間。5.3車間設(shè)備布置保證工藝流程的通暢，即保證工藝流程在水平方向和垂直方向的連續(xù)性，以便生產(chǎn)連續(xù)正常進(jìn)行。⑴考慮適宜的設(shè)備間距，設(shè)備間距過大會(huì)增加建筑面積，拉長(zhǎng)管道，從而增加建筑和管道的投資，同時(shí)操作和管理都不方便。設(shè)備間距過小，雖可以節(jié)省占地和投資，但會(huì)帶來操作、安裝和維修的困難。⑵滿足生產(chǎn)方便操作，如彼此相連續(xù)的各工序的設(shè)備，應(yīng)盡量配置靠近些，以縮短聯(lián)系她們的輸送線路，設(shè)備之間盡可能到達(dá)自動(dòng)流送物料，這樣可減少輸送設(shè)備。⑶滿足安裝檢修拆卸的要求，一般廠房大門的寬度要比所需要通過的設(shè)備寬度大0.2米左右，本廠車間大門設(shè)計(jì)為4米。⑷考慮運(yùn)輸通道，如每排設(shè)備至少一側(cè)要留有通道，大的室內(nèi)設(shè)備在底層還要留有移出通道，并接近主道路布置。通道的寬度取決于運(yùn)輸工具、運(yùn)輸物件的外形尺寸及人流、貨流通過量，主干道寬度7～8m，車間通道寬4～5m。⑸采光和照明由于車間不設(shè)置圍墻，車間主要采用天然采光，夜間電燈照明。全選用開啟式照明器，用絕緣性能好的燈座。燈管選用透射性能好的鎂光燈。⑹采暖和通風(fēng)本工廠采用集中采暖式的蒸汽采暖，能量來自于本廠鍋爐房。辦公、生活區(qū)設(shè)有空調(diào)。5.4車間布置的任務(wù)車間設(shè)備布置的任務(wù)，是確定設(shè)備在車間空間的位置，確定建、構(gòu)建物及場(chǎng)地的位置與結(jié)構(gòu)尺寸，確定人流通道及設(shè)備的支撐方式等。優(yōu)良的車間布置設(shè)計(jì)，不僅要符合總圖要求，符合工藝流程物料走向原那么，符合生產(chǎn)平安劑環(huán)保要求，還必須做到操作維修方便，投資少，經(jīng)濟(jì)合理；做到設(shè)備排列緊湊、整齊、美觀。為此，必須充分熟悉與掌握總圖布置條件和工藝流程；必須充分并正確利用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；必須充分重視學(xué)習(xí)并利用已有的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)；必須很好地協(xié)同各專業(yè)利用最新的設(shè)計(jì)成果和技術(shù)，進(jìn)行創(chuàng)造性工作。5.5設(shè)備布置設(shè)計(jì)注意的問題5.5.1露天化布置與室內(nèi)布置設(shè)備露天化有許多優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約建筑面積，節(jié)省基建投資，有利于化工生產(chǎn)的防火，防爆和防毒。因此，對(duì)不需要經(jīng)常操作的設(shè)備或可以用自動(dòng)化儀表操作控制的設(shè)備，例如：塔器、液體原料及成品儲(chǔ)罐、氣柜、冷凝器等，可進(jìn)行露天或半露天布置。對(duì)不允許有顯著溫度變化，不能收大氣影響的設(shè)備，以及經(jīng)常要監(jiān)測(cè)，就近操作的設(shè)備，如各種反響罐、壓縮機(jī)、泵，及裝有精密度高的儀表的設(shè)備應(yīng)布置在室內(nèi)。5.5.2生產(chǎn)流程化布置一般說，流程化布置，可以節(jié)約管線，可以使設(shè)備緊湊，節(jié)約投資。所以布置時(shí)一定要滿足工藝流程順序。保證水平方向和垂直方向的連續(xù)性。能使壓差輸送的物料，應(yīng)充分按設(shè)備位差布置；在不影響流程順序的原那么下，可將較高設(shè)備集中布置，以充分利用空間，減少?gòu)S房結(jié)構(gòu)的變化。一般將高位槽、計(jì)量槽布置在最高層，儲(chǔ)槽布置在最底層，以利用流體位差進(jìn)行輸送；在保證流程在垂直方向連續(xù)性的同時(shí)，應(yīng)防止多層廠房中的操作人員屢次往返于樓層之間。集中化布置在保證流程化布置的同時(shí)，相同的或同類設(shè)備，盡可能幾種布置，便于統(tǒng)一管理和操作。例如煉油廠，將上百臺(tái)換熱器集中在一起，合理的組織熱量交換，以節(jié)約熱量〔冷量〕，同時(shí)縮短管線。合成氨廠將合成壓縮機(jī)、循環(huán)機(jī)和冰機(jī)放在一個(gè)廠房?jī)?nèi)，將不同的塔體放在一起，布置在一個(gè)塔架上，可以減少投資和維修費(fèi)用。操作、安裝與檢修要求(1)必須留有足夠的操作空間(2)在操作崗位上，要工人必須看到所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)儀表，必須保證工人在工段巡回的道路和到操作點(diǎn)的通道暢通。(3)必須保證設(shè)備有足夠的檢修位置和空間，保證設(shè)備或檢修工器具方便進(jìn)出通道。經(jīng)常搬動(dòng)的設(shè)備，應(yīng)在設(shè)備附近設(shè)置大門或安裝孔。大門寬度應(yīng)比最大設(shè)備寬0.5米。不常檢修的設(shè)備，可在墻上設(shè)置安裝孔。通過樓層的設(shè)備，樓面上要設(shè)置吊裝孔。廠房比擬短時(shí)，吊裝孔常在靠山墻的一端。(4)設(shè)備之間要留有適當(dāng)?shù)拈g距必須考慮設(shè)備的檢修拆卸以及運(yùn)送物料所需的起重運(yùn)輸設(shè)備、設(shè)備吊桿、吊車梁、吊裝孔及相應(yīng)空間。如不設(shè)永久性的起重吊裝設(shè)備，應(yīng)考慮安裝臨時(shí)起重運(yùn)輸設(shè)備的場(chǎng)地及預(yù)埋吊鉤和相應(yīng)的空間，如廠房?jī)?nèi)設(shè)永久性的起重吊裝設(shè)備，那么要考慮起重運(yùn)輸設(shè)備本身的高度，并使起重高度大于沿