畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）年產(chǎn)40000噸苯酐的車間工藝設(shè)計(jì)

1、第一章 文獻(xiàn)綜述1.1苯酐簡(jiǎn)述苯酐， 全稱為鄰苯二甲酸酐（ phthalic anhydride）,常溫下為一種白色針狀結(jié)晶（ 工業(yè)苯酐為白色片狀晶體），易燃，在沸點(diǎn)以下易升華，有特殊輕微的刺激性氣味。苯酐能引起人們呼吸器官的過敏性癥狀，苯酐的粉塵或蒸汽對(duì)皮膚、眼睛及呼吸道有刺激作用，特別對(duì)潮濕的組織刺激更大。苯酐主要用于生產(chǎn)pvc 增塑劑、不飽和聚酯、醇酸樹脂以及染料、涂料、農(nóng)藥、醫(yī)藥和儀器添加劑、食用糖精等，是一種重要的有機(jī)化工原料。在pvc 生產(chǎn)中，增塑劑最大用量已超過50，隨著塑料工業(yè)的快速發(fā)展，使苯酐的需求隨之增長(zhǎng)，推動(dòng)了國(guó)內(nèi)外苯酐生產(chǎn)的快速發(fā)展。最早的苯酐生產(chǎn)始于1872 年，當(dāng)時(shí)

2、德國(guó)basf 公司以萘為原料，鉻酸氧化生產(chǎn)苯酐，后又改用發(fā)煙硫酸氧化生產(chǎn)苯酐，但收率極低，僅有15%。自1917 年世界開始以氧化釩為催化劑，用萘生產(chǎn)苯酐后，苯酐的生產(chǎn)逐步走向工業(yè)化、規(guī)模化，并先后形成了萘法、鄰法兩種比較成熟的工藝1。1.2苯酐的性質(zhì)2苯酐，常溫下為一種白色針狀結(jié)晶（ 工業(yè)苯酐為白色片狀晶體），易燃，在沸點(diǎn)以下易升華，有特殊輕微的刺激性氣味。分子式c8h4o3，相對(duì)密度1.527(4.0)，熔點(diǎn)131.6，沸點(diǎn)295（升華），閃點(diǎn)（開杯）151.7，燃點(diǎn)584。微溶于熱水和乙醚，溶于乙醇、苯和吡啶。1.3苯酐的合成方法比較及選取1.3.1合成苯酐的主要工藝路線1.3.1.1

3、萘法11.3.1.1.1反應(yīng)原理萘與空氣在催化劑作用下氣相氧化生成苯酐。1.3.1.1.2 工藝流程 空氣經(jīng)凈化、壓縮預(yù)熱后進(jìn)入流化床反應(yīng)器底部，噴入液體萘，萘汽化后與空氣混合，通過流化狀態(tài)的催化劑層，發(fā)生放熱反應(yīng)生成苯酐。反應(yīng)器內(nèi)裝有列管冷卻器，用水為熱載體移出反應(yīng)熱。反應(yīng)氣體經(jīng)三級(jí)旋風(fēng)分離器，把氣體攜帶的催化劑分離下來后，進(jìn)入液體冷凝器，有40%60%的粗苯酐以液態(tài)冷凝下來，氣體再進(jìn)入切換冷凝器（ 又稱熱融箱）進(jìn)一步分離粗苯酐，粗苯酐經(jīng)預(yù)分解后進(jìn)行精餾得到苯酐成品。尾氣經(jīng)洗滌后排放，洗滌液用水稀釋后排放或送去進(jìn)行催化焚燒。1.3.1.2鄰法1.3.1.2.1 反應(yīng)原理1鄰二甲苯與空氣在催化

4、劑作用下氣相氧化生成苯酐。1.3.1.2.2 工藝流程過濾、凈化后的空氣經(jīng)過壓縮，預(yù)熱后與汽化的鄰二甲苯混合進(jìn)入固定床反應(yīng)器進(jìn)行放熱反應(yīng)，反應(yīng)管外用循環(huán)的熔鹽移出反應(yīng)熱并維持反應(yīng)溫度，熔鹽所帶出的反應(yīng)熱用于生產(chǎn)高壓蒸汽（ 高壓蒸汽可用于生產(chǎn)的其他環(huán)節(jié)也可用于發(fā)電）。反應(yīng)器出來的氣體經(jīng)預(yù)冷器進(jìn)入翅片管內(nèi)通冷油的切換冷凝器，將苯酐凝結(jié)在翅片上，然后再定期通入熱油將苯酐熔融下來，經(jīng)熱處理后送連續(xù)精餾系統(tǒng)除去低沸點(diǎn)和高漲點(diǎn)雜質(zhì)，得到苯酐成品。從切換冷凝器出來的尾氣經(jīng)兩段高效洗滌后排放至大氣中。含有機(jī)酸濃度達(dá)30的循環(huán)液送到順酐回收裝置或焚燒裝置，也可回收處理制取富馬酸1。目前，全球苯酐生產(chǎn)所采用的工藝

5、路線有萘流化床氧化和萘/鄰二甲苯固定床氧化，其中鄰二甲苯固定床氧化技術(shù)約占世界總生產(chǎn)能力的90% 以上。萘流化床氧化工藝在國(guó)外已逐步淘汰，但在我國(guó)的苯酐生產(chǎn)中仍占有一定比例。鄰二甲苯固定床氣相氧化技術(shù)主要basf，wacker-chemie，elfatochem/日觸和alusuisse italia 等幾種典型的生產(chǎn)工藝。basf工藝：basf工藝于1976 年工業(yè)化生產(chǎn)，總生產(chǎn)能力超過100×104 t/a，basf工藝的單臺(tái)反應(yīng)器最大生產(chǎn)能力為4.5×104 t/a。經(jīng)凈化預(yù)熱后的空氣與氣化的鄰二甲苯混合進(jìn)入列管式固定床反應(yīng)器，在釩-鈦環(huán)形催化劑表面進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度

6、為360，空速為3000h- 1，反應(yīng)熱由熔鹽導(dǎo)出。粗苯酐在微負(fù)壓下采用高溫或同時(shí)添加少量化學(xué)品除去某些雜質(zhì)后送入精餾塔精制。basf工藝能有效地回收順酐，苯酐的質(zhì)量收率超過105%3。wacker-chemie 工藝：近年來各國(guó)新建的苯酐生產(chǎn)裝置基本上都采用wacker-chemie工藝，至今世界上已有110套以上的裝置采用此工藝，總生產(chǎn)能力為160×104 t/a，單臺(tái)反應(yīng)器的最大生產(chǎn)能力為4.5×104 t/a。該工藝所采用的催化劑適用于鄰二甲苯、萘以及鄰二甲苯和萘的混合料，設(shè)計(jì)的催化劑負(fù)荷為鄰二甲苯100g/m3空氣（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)），苯酐的質(zhì)量收率為114%115%（以萘

7、為原料時(shí)，苯酐收率為97% 99%），催化劑壽命大于3 年3。elfatochem/日觸工藝：elfatochem公司于1970 年開始開發(fā)低能耗工藝，1986 年該公司決定采用日觸公司壽命長(zhǎng)、選擇性高的苯酐催化劑，并與日觸公司共同開發(fā)了elfatochem/日觸工藝。采用該工藝的總生產(chǎn)能力約40×104 t/a。該工藝與basf工藝相似，工藝尾氣全部催化焚燒處理，有機(jī)雜質(zhì)含量低，無(wú)大氣污染3。alusuisse italia 工藝：意大利的alusuisse公司于1986 年開發(fā)了alusuisse italia低空烴比工藝，空氣對(duì)鄰二甲苯的質(zhì)量比減少到9.5:1，而原料氣濃度可提

8、高到鄰二甲苯134g/m3 空氣標(biāo)準(zhǔn)態(tài)。到1996 年世界各地共有11 套裝置采用該工藝，總生產(chǎn)能力為24. 9×104 t/a3。1.3.2 合成工藝路線分析及技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)萘法作為最早生產(chǎn)苯酐的方法，也是最早形成工業(yè)化生產(chǎn)的方法，其原料為焦油萘。我國(guó)在1953 年開始萘法生產(chǎn)苯酐，當(dāng)時(shí)是以萘為原料，固定床氣相氧化法生產(chǎn)苯酐。1958 年我國(guó)又開發(fā)了流化床工藝，并在此基礎(chǔ)上建設(shè)了多套工業(yè)生產(chǎn)裝置。由于我國(guó)萘流化床法發(fā)展較快，到1988 年大部分工廠仍在采用萘流化床法生產(chǎn)苯酐，當(dāng)時(shí)萘法產(chǎn)量高達(dá)總產(chǎn)量的90%。隨著石油工業(yè)的發(fā)展以及鄰法技術(shù)的開發(fā)，萘法的劣勢(shì)顯露出來：原料焦油萘供應(yīng)日趨緊

9、張，價(jià)格不斷上揚(yáng)，單臺(tái)反應(yīng)器生產(chǎn)能力較低，這些都不可避免地造成了萘法的高能耗1。隨著苯酐產(chǎn)量的迅速增長(zhǎng)，焦油萘越來越不能滿足生產(chǎn)的需要，而隨著石油工業(yè)的發(fā)展，又提供了大量廉價(jià)的鄰二甲苯，擴(kuò)大了苯酐的原料來源。從20世紀(jì)60年代開始，生產(chǎn)苯酐的原料從萘轉(zhuǎn)向鄰二甲苯。隨著催化劑研發(fā)的重大進(jìn)展以及參加反應(yīng)的空氣和鄰二甲苯比例的降低，再加上生產(chǎn)設(shè)備大型化的實(shí)現(xiàn)等一系列新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，進(jìn)一步加速了原料的轉(zhuǎn)換進(jìn)程。近幾年，各廠家也都在為提高自身產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力而不斷地在節(jié)能降耗等方面改進(jìn)、完善自己的工藝，這就使得鄰法工藝更加成熟，更加先進(jìn)1。wacker-chemie工藝特點(diǎn)是低能耗，高負(fù)荷，生產(chǎn)能力大，

10、催化劑活化時(shí)不必使用so2。basf工藝的技術(shù)特點(diǎn)是低反應(yīng)溫度和高空速，水洗回收副產(chǎn)的順酐，生產(chǎn)費(fèi)用低，無(wú)廢水排出，采用蒸汽透平，輸出中壓空氣。elfatochem/日觸工藝的特點(diǎn)是低空烴比，操作安全性能好，負(fù)荷高，空氣量相應(yīng)減少，總能耗下降。因此該工藝具有投資較低、能耗少、成本低和無(wú)污染的優(yōu)勢(shì)。alusuisse italia工藝的設(shè)備投資較少3。1.3.3 未來發(fā)展方向近年來世界各苯酐生產(chǎn)公司都致力于改進(jìn)以鄰二甲苯為原料的固定床氧化技術(shù)，并在催化劑、生產(chǎn)工藝和反應(yīng)器設(shè)計(jì)等方面取得了重要的進(jìn)展。1.3.3.1催化劑的改進(jìn)3世界各生產(chǎn)公司著重研制低溫、高鄰二甲苯濃度、高負(fù)荷及高收率的催化劑。e

11、lfatochem/日觸公司在進(jìn)料鄰二甲苯濃度為85g/m3空氣（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)）時(shí)，苯酐質(zhì)量收率達(dá)到114%115%，目前正在開發(fā)110g工藝的催化劑，并進(jìn)一步開發(fā)120g 工藝的催化劑。basf公司開發(fā)的固定床雙層催化劑，第一層：7%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）v2o5，2.5% sb2o3，0.16%銣，其它部分為tio2；第二層：7% v2o5，2.5% sb2o3，0.5%磷，其它部分為tio2，當(dāng)反應(yīng)溫度分別控制在359和342時(shí)，苯酐質(zhì)量收率達(dá)到109.8%。wacker公司和alusuisse公司也加快了催化劑的研制工作，日本kawasakisteel公司開發(fā)的v-cs-ti-b-si-s-o催化劑，

12、當(dāng)以鄰二甲苯為原料、用于流化床反應(yīng)器中時(shí)，苯酐質(zhì)量收率達(dá)到114.4%。隨著催化劑技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，各國(guó)開發(fā)的催化劑在活化時(shí)都不添加so2。1.3.3.2生產(chǎn)工藝的開發(fā)3sisas公司開發(fā)了鄰二甲苯兩步氧化法制苯酐的工藝，苯酐的選擇性達(dá)到85%88%（一般方法為80% ），且提高了產(chǎn)品純度，未反應(yīng)的鄰二甲苯容易循環(huán)再氧化，由于氣相氧化的放熱減少50%，反應(yīng)可在更低的溫度下進(jìn)行，降低了操作風(fēng)險(xiǎn)。日本觸媒公司開發(fā)了尾氣部分循環(huán)工藝，這樣強(qiáng)化了操作安全、降低了操作費(fèi)用和投資，苯酐的質(zhì)量收率達(dá)到114%116%。1.3.3.3反應(yīng)器的改進(jìn)3高效催化劑的開發(fā)，使鄰二甲苯在空氣中的濃度可提高到120g/m

13、3（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)），并充分利用放出的反應(yīng)熱，使能耗大大地降低，苯酐的生產(chǎn)成本大幅下降。反應(yīng)器的相應(yīng)改進(jìn)包括：采用外循環(huán)反應(yīng)器，反應(yīng)器趨于大型化、雙填充催化劑的固定床反應(yīng)器。日觸公司開發(fā)的雙層反應(yīng)器能優(yōu)化反應(yīng)器中的溫度分布，降低熱點(diǎn)溫度，并延長(zhǎng)催化劑的使用壽命；basf 公司在主反應(yīng)器后設(shè)置一個(gè)后繼反應(yīng)器，使鄰二甲苯完全氧化，改善了環(huán)保狀況；lurgi公司開發(fā)出的反應(yīng)器采用反向進(jìn)料和有效的撤熱措施，降低了反應(yīng)器“飛溫”的可能性?？傊?，苯酐生產(chǎn)商都在積極研制高收率、高選擇性和高負(fù)荷的催化劑，進(jìn)行反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)機(jī)理的研究，用數(shù)學(xué)模擬法放大反應(yīng)器，提高了單臺(tái)反應(yīng)器的生產(chǎn)能力，進(jìn)一步地降低了能耗和成本，提高

14、了操作的安全性和自動(dòng)化水平。隨著苯酐生產(chǎn)的快速發(fā)展，苯酐市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也越來越激烈。目前，我國(guó)鄰法苯酐的生產(chǎn)已處于國(guó)際領(lǐng)先地位。但是我國(guó)對(duì)于催化劑的研發(fā)卻一直處于相對(duì)落后的狀態(tài)，致使國(guó)內(nèi)一些廠家（ 如周村、白龍、哈爾濱等）一直在使用進(jìn)口催化劑進(jìn)行苯酐的生產(chǎn)。面對(duì)技術(shù)相對(duì)先進(jìn)的國(guó)際市場(chǎng)，我們應(yīng)加快催化劑的國(guó)產(chǎn)化步伐，同時(shí)大型苯酐氧化反應(yīng)器的國(guó)產(chǎn)化步伐也要加快1。為了提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力，各生產(chǎn)廠家應(yīng)在加強(qiáng)工藝改進(jìn)的同時(shí)，還要不斷開發(fā)新技術(shù)，以提高單臺(tái)反應(yīng)器的產(chǎn)能，降低產(chǎn)品的能耗，力求在大量進(jìn)口產(chǎn)品沖擊下在國(guó)內(nèi)苯酐市場(chǎng)站穩(wěn)腳跟并沖向國(guó)際市場(chǎng),使我國(guó)的苯酐行業(yè)走向一個(gè)輝煌的階段。1.3.4合成工藝路線選取我

15、的內(nèi)容主要是根據(jù)所查資料并總結(jié)，做出苯酐的一條生產(chǎn)線，并對(duì)主要反應(yīng)器進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于石油鄰二甲苯資源比較豐富，理論收率高，價(jià)廉，選擇性高成為現(xiàn)代生產(chǎn)苯酐的首選原料，所以決定按以下技術(shù)路線進(jìn)行研究：計(jì)劃年產(chǎn)量為40000噸，年工作時(shí)數(shù)為每年8000h，產(chǎn)品流量5000kg/h，產(chǎn)品純度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）大于99.9%，精餾階段產(chǎn)品回收率為92%。第二章 工藝流程2.1原料名稱及規(guī)格4鄰二甲苯（96%），工業(yè)級(jí)（國(guó)內(nèi)一些大型石化企業(yè)生產(chǎn)）?？諝猓?1%氧氣、78%氮?dú)猓?。催化劑，v2o5-t io2系列負(fù)載型催化劑。2.2主要設(shè)備固定床反應(yīng)器，離心泵，空氣壓縮機(jī)，精餾塔，冷凝器，預(yù)熱器，儲(chǔ)罐。2.3工藝

16、流程簡(jiǎn)述4苯酐生產(chǎn)工藝系統(tǒng)包括氧化反應(yīng)部分、冷凝水洗部分、苯酐精制部分。2.3.1 氧化部分鄰二甲苯通過換熱器預(yù)熱，經(jīng)凈化換熱器加熱后在汽化器內(nèi)混合均勻并完全霧化，進(jìn)入反應(yīng)器反應(yīng)。反應(yīng)器內(nèi)埋填化熱列管，用熔鹽循環(huán)移去反應(yīng)熱，熱的熔鹽產(chǎn)生高壓蒸汽。2.3.2 冷凝水洗部分反應(yīng)氣體冷卻后在切換冷凝器中凝華，然后再融化，苯酐粗產(chǎn)品流到儲(chǔ)罐中。從冷凝器中排出的尾氣為未反應(yīng)的空氣和反應(yīng)生成的一氧化碳、二氧化碳及少量有機(jī)物，經(jīng)水洗塔洗滌回收有機(jī)物后排放。洗滌水中主要含有順?biāo)幔樁∠┒幔?，通過加工可經(jīng)濟(jì)的回收，使過程無(wú)廢水排出。2.3.3 精制部分粗品苯酐經(jīng)高壓蒸汽預(yù)熱后，進(jìn)入第一精餾塔，順酐及少量的苯甲

17、酸作為塔頂餾出物而分離出來，使苯酐得到進(jìn)一步提純，塔底產(chǎn)物為苯酐。塔底苯酐進(jìn)入第二個(gè)精餾塔，在熱虹吸式再沸器和重力及真空作用下回流循環(huán)純化，脫除重組分雜志后，苯酐從塔頂流出。2.4 生產(chǎn)流程第三章 物料衡算3.1物料衡算概述為了弄清生產(chǎn)過程中原料、成品以及損失的物料數(shù)量，必須要進(jìn)行物料衡算。物料衡算是設(shè)備熱量衡算乃至整個(gè)工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，一般在以下幾種情況下需進(jìn)行物料衡算。對(duì)某個(gè)操作過程作物料衡算；對(duì)已有的設(shè)備：一個(gè)設(shè)備、一套設(shè)備或整個(gè)車間作物料衡算；設(shè)計(jì)一套新的裝置或一個(gè)新的車間時(shí)，一般均需做出全面的物料衡算。因此正確的物料衡算結(jié)果為正確的設(shè)備熱量衡算和設(shè)備工藝設(shè)計(jì)提供可靠的保證，在整個(gè)設(shè)備設(shè)

18、計(jì)過程中具有重要的意義5。3.2 物料衡算的計(jì)算依據(jù)6物料衡算為質(zhì)量守恒定律的一種表現(xiàn)形式，即 式中， 輸入物料的總和；輸出物料的總和；累計(jì)的物料量。式為總物料衡算式。當(dāng)過程沒有化學(xué)反應(yīng)時(shí)，它也適用于物料中任一組分的衡算；但有化學(xué)反應(yīng)時(shí)，它適用于任一元素的衡算。若過程中累積的物料量為零，則該式可簡(jiǎn)化為上式所描述的過程屬于定態(tài)過程，一般連續(xù)不斷的流水作業(yè)（即連續(xù)操作）為定態(tài)過程，其特點(diǎn)是在設(shè)備的各個(gè)不同位置，物料的流速、濃度、溫度、壓強(qiáng)等參數(shù)可各自不相同，但在同一位置上這些參數(shù)隨不同時(shí)間而變。若過程中有物料累積，則屬于非定態(tài)過程，一般間歇操作（即分批操作）屬于非定態(tài)過程，在設(shè)備的同一位置上諸參數(shù)

19、隨時(shí)間而變。式或式中各股物料數(shù)量可用質(zhì)量或物質(zhì)量衡量。對(duì)于液體及處于恒溫、恒壓下的理想氣體還可用體積衡量。常用質(zhì)量分率表示溶液或固體混合物的濃度（即組成），對(duì)理想混合氣體還可用體積分率（或摩爾分率）表示濃度。3.3物料衡算的計(jì)算范圍和計(jì)算基準(zhǔn)作物料衡算時(shí)需要確定一個(gè)計(jì)算范圍，即從哪里開始作為進(jìn)料，從哪里作為出料。根據(jù)實(shí)際需要來確定計(jì)算范圍，可以是某一設(shè)備或一套設(shè)備。對(duì)分批操作，可從開始加料到最終出料作為計(jì)算范圍，有時(shí)也取整個(gè)過程中的某一階段作為物料衡算的范圍。作物料衡算時(shí)也要選定一個(gè)計(jì)算基準(zhǔn)。例如分批操作可以分批投料量或每晝夜的處理量作為計(jì)算基準(zhǔn)。連續(xù)生產(chǎn)可以用每小時(shí)、每天或每分鐘的投料量作為

20、計(jì)算基準(zhǔn)。根據(jù)需要有時(shí)也采用每噸產(chǎn)品或原料作為計(jì)算基準(zhǔn)，或者用每千摩爾（kmol）的投料量作為計(jì)算基準(zhǔn)?；鶞?zhǔn)的選擇是跟據(jù)物料衡算的目的和計(jì)算的方便來考慮決定7-8。3.4 計(jì)算任務(wù)3.4.1 生產(chǎn)任務(wù)和涉及的主要反應(yīng)方程年產(chǎn)4萬(wàn)噸的苯酐工廠。由生產(chǎn)工藝可知操作方式為連續(xù)操作。反應(yīng)過程中涉及的反應(yīng)方程見表3-14,9-10。表3-1 反應(yīng)方程式序號(hào)產(chǎn)物反 應(yīng) 式1鄰苯二甲酸酐2馬來酸酐3苯甲酸4檸糠酐5甲苯甲醛6苯酞7co23.4.2 操作流程3.4.3 反應(yīng)器參數(shù)4反應(yīng)床層溫度：360380；反應(yīng)壓力：0.1013mpa；原料：工業(yè)級(jí)鄰二甲苯，潔凈空氣；進(jìn)料量：4700kg/h；轉(zhuǎn)化率：99.

21、8%；苯酐選擇性：約0.9；催化劑：低溫高空速、v2o5-t io2負(fù)載在惰性載體上的催化劑；空鄰比：9.5:1；主要副產(chǎn)物：馬來酸酐、苯甲酸、檸糠酐、苯酞、二氧化碳；根據(jù)催化劑廠商提供的數(shù)據(jù)，反應(yīng)器出口氣體組成見表3-210。表3-2反應(yīng)器出口氣體組成產(chǎn)物名稱出口氣體組成（質(zhì)量）苯 酐92.893.5%苯 酞0.10.14%馬來酸酐5.06.0%檸糠酐0.30.45%苯甲酸0.30.45%3.4.4 原材料和動(dòng)力的消耗定額和消耗量原料及動(dòng)力消耗量見表3-34。表3-3 原料及動(dòng)力消耗序號(hào)名稱單耗/(t/t)年耗量/t1鄰二甲苯（96%）0.98392002催化劑0.00025103熔鹽0.0

22、015604水156000005電335 kw·h/t14200000kw·h6空氣11 m3/t440000m33.4.5 物料衡算過程及物料衡算表連續(xù)操作過程以小時(shí)為衡算基準(zhǔn)。由所查文獻(xiàn)可知：主反應(yīng)為反應(yīng)1，副反應(yīng)為反應(yīng)2、3、4，反應(yīng)5、6、7可忽略。確定已知變量參數(shù)（查文獻(xiàn)）4,9-10：鄰二甲苯轉(zhuǎn)化率99.8%，苯酐選擇性0.9；反應(yīng)器出口組成：苯酐93.0%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），馬來酸酐6.0%，苯甲酸0.4%，檸糠酐0.35%；進(jìn)料：鄰二甲苯4700kg/h，潔凈空氣44650kg/h。 原料中含雜質(zhì)的量 4700×4%=188 kg/h參與主反應(yīng)的鄰

23、二甲苯的量 4700×96%×99.8%×0.9=4052.68kg/h生成苯酐的量 4052.68÷106×148=5658.46kg/h生成馬來酸酐的量 5658.46÷93%×6.0%=365.06kg/h生成苯甲酸的量 5658.46÷93%×0.4%=24.34kg/h生成檸糠酐的量 5658.46÷93%×0.35%=21.29kg/h消耗氧氣的量：反應(yīng)1 4052.68÷106×3×32=3670.35kg/h反應(yīng)2 365.06÷

24、98×15÷2×32=894.02 kg/h反應(yīng)3 24.34÷122×13÷4×32=20.75 kg/h反應(yīng)4 21.29÷112×6×32=36.50 kg/h總共消耗氧氣的量 3670.35+894.02+36.50+20.75=4621.62 kg/h生成二氧化碳的量：反應(yīng)2 365.06÷98×4×44=655.62 kg/h反應(yīng)3 24.34÷122×44=8.78 kg/h反應(yīng)4 21.29÷112×3

25、5;44=25.09 kg/h總共生成二氧化碳的量 655.62+8.78+25.09=689.49 kg/h生成水的量：反應(yīng)1 4052.68÷106×3×18=2064.57 kg/h反應(yīng)2 365.06÷98×4×18=268.21 kg/h反應(yīng)3 24.34÷122×5÷2×18=8.98 kg/h反應(yīng)4 21.29÷112×3×18=10.26 kg/h總共生成水的量 2064.57+268.21+8.98+10.26=2352.02kg/h反應(yīng)后空氣的量

26、 44650-4621.62+689.49=40717.87kg/h物料衡算表如表3-4所示。 表3-4 物料衡算 單位：kg/h項(xiàng)目進(jìn)料反應(yīng)產(chǎn)物苯酐粗品苯酐產(chǎn)品鄰二甲苯4700197.0300空氣4465040717.8700苯酐05658.465658.465205.78馬來酸酐0365.06365.060苯甲酸024.3424.340檸糠酐021.2921.290水02352.0200其他013.9313.935.22總計(jì)49350493506083.085211第四章 熱量衡算4.1 熱量衡算方程式熱量衡算按能量守恒定律，在無(wú)軸功條件下，進(jìn)入系統(tǒng)的熱量與離開熱量應(yīng)該平衡，在實(shí)際中對(duì)傳熱

27、設(shè)備的熱量衡算可由下式表示5,11：式中, 所處理的物料帶入設(shè)備中的熱量； 加熱劑或冷卻劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量（符號(hào)規(guī)定加熱劑加入熱量為“”冷卻劑吸收熱量“”）； 過程的熱效應(yīng)（符號(hào)規(guī)定過程放熱為“”，過程吸熱為“”）； 離開設(shè)備物料帶走的熱量； 設(shè)備各部件所消耗的熱量； 設(shè)備向四周散失的熱量，又稱熱損失。熱量衡算的時(shí)間基準(zhǔn)可與物料衡算相同，即對(duì)間歇生產(chǎn)可以每日或每批處理物料作基準(zhǔn)。對(duì)連續(xù)生產(chǎn)以每小時(shí)作基準(zhǔn)。但不管是間歇還是連續(xù)生產(chǎn)，計(jì)算傳熱面積的熱負(fù)荷，必須以每小時(shí)作基準(zhǔn)，而該時(shí)間必須是穩(wěn)定傳熱時(shí)間。熱量衡算溫度基準(zhǔn)，一般規(guī)定以25或0，也可以進(jìn)料溫度作基準(zhǔn)。4.2 與的計(jì)算與均可用下式計(jì)

28、算：式中， i物料質(zhì)量； i物料平均等壓比熱容； 物料的溫度； 計(jì)算基準(zhǔn)溫度。4.3 過程熱效應(yīng)的計(jì)算過程熱效應(yīng)可分為兩類，一類是化學(xué)過程熱效應(yīng)即化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)，另一類是物理過程熱效應(yīng)，即物理狀態(tài)變化熱，如溶解、結(jié)晶、蒸發(fā)、冷凝、熔融、升華及濃度變化等吸入或放出熱量。純物理過程無(wú)化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)，但物料經(jīng)歷化學(xué)變化過程，除化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)外，往往伴隨物料狀態(tài)變化熱效應(yīng)，則兩者應(yīng)結(jié)合在一起考慮，可用下式計(jì)算：式中， 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)kj； 物理過程熱效應(yīng)kj。 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)，可通過標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱11，按下式計(jì)算：式中， 標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱； 參與化學(xué)反應(yīng)的a物質(zhì)量； a物質(zhì)分子量。4.4所需數(shù)據(jù)熱量衡算

29、所需數(shù)據(jù)如下5,8,12-14：1空氣：空氣的組成比較復(fù)雜，為方便計(jì)算，把空氣的組成近似為21%氧氣和79%氮?dú)?。氧氣：比熱容?標(biāo)準(zhǔn)生成熱： 氮?dú)猓罕葻崛荩?標(biāo)準(zhǔn)生成熱：2二氧化碳：比熱容： 標(biāo)準(zhǔn)生成熱： 3水： 比熱容： 標(biāo)準(zhǔn)生成熱：汽化熱：4鄰二甲苯： 比熱容： 標(biāo)準(zhǔn)生成熱：汽化熱：5苯酐： 比熱容： 標(biāo)準(zhǔn)生成熱：汽化熱利用基團(tuán)貢獻(xiàn)法估算14： 其中，分子中i種基團(tuán)的個(gè)數(shù)； i種基團(tuán)的貢獻(xiàn)值，；化合物的摩爾質(zhì)量，。通過參考文獻(xiàn)14可知，的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為2.544，的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為3.059，酮的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為6.645，的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為4.682熔化熱利用基團(tuán)貢獻(xiàn)法估算14：其中， 分子中i種基

30、團(tuán)的個(gè)數(shù)； i種基團(tuán)的貢獻(xiàn)值，；化合物的摩爾質(zhì)量，。通過參考文獻(xiàn)14可知，的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為1.101，的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為2.394，酮的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為3.624，的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為5.8796馬來酸酐： 比熱容利用missenard法估算14：式中，化合物的摩爾質(zhì)量，；分子中i種基團(tuán)的個(gè)數(shù)；i種基團(tuán)的摩爾熱容，。通過參考文獻(xiàn)14知，的摩爾熱容為28.1， 酮的摩爾熱容46.1，的摩爾熱容31.0標(biāo)準(zhǔn)生成熱： 汽化熱利用基團(tuán)貢獻(xiàn)法估算：通過參考文獻(xiàn)14知，的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為2.544， 酮的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為6.645，的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為4.682熔化熱利用基團(tuán)貢獻(xiàn)法估算：通過參考文獻(xiàn)14知，的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為1.101，

31、酮的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為3.624，的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為5.8797苯甲酸： 比熱容： 標(biāo)準(zhǔn)生成熱： 汽化熱利用基團(tuán)貢獻(xiàn)法估算：通過參考文獻(xiàn)14知，的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為2.544， 的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為3.059，的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為19.537熔化熱利用基團(tuán)貢獻(xiàn)法估算：通過參考文獻(xiàn)14知，的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為1.101， 的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為2.394，的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為11.0518檸糠酐：比熱容利用missenard法估算： 通過參考文獻(xiàn)14知，的摩爾熱容為8.4，的摩爾熱容48.4，的摩爾熱容31.0，的摩爾熱容28.1，酮的摩爾熱容46.1標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱利用卡拉奇法估算14：其中，化合物燃燒時(shí)的電子轉(zhuǎn)移數(shù)； 取代基和鍵的校正值； 分子

32、中同樣取代基的數(shù)目； 標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱。通過參考文獻(xiàn)14知，羧酸酐的值為41.9，核環(huán)上的雙鍵的值為27.2 標(biāo)準(zhǔn)生成熱用公式轉(zhuǎn)換，其中，元素的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱，；化合物中同種元素的原子數(shù)；，分別為同一化合物的標(biāo)準(zhǔn)生成熱和燃燒熱。通過參考文獻(xiàn)14知，c原子的元素的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱395.15,h原子的元素的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱143.15汽化熱利用基團(tuán)貢獻(xiàn)法估算：通過參考文獻(xiàn)14知，的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為3.059，的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為2.373，的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為4.682，的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為2.544，酮的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為6.645熔化熱利用基團(tuán)貢獻(xiàn)法估算：通過參考文獻(xiàn)14知，的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為2.394，的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為0.908，的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為

33、5.879，的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為1.101，酮的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為3.6244.5 關(guān)于熱量衡算的具體計(jì)算在本次計(jì)算中，對(duì)反應(yīng)釜進(jìn)行熱量衡算。由該反應(yīng)工藝要求可知，該反應(yīng)過程可以分二個(gè)階段進(jìn)行熱量衡算：升溫至360的預(yù)熱階段，360-380之間的反應(yīng)階段（以kg/h為基準(zhǔn)）。熱平衡式： 假設(shè)：； 基準(zhǔn)溫度為25。熱平衡式可寫成： 即 4.5.1 預(yù)熱階段的熱量衡算（）由生產(chǎn)工藝知，該階段是在= 25的情況下，將4700kg鄰二甲苯，44650kg空氣通過換熱器預(yù)熱到360，以達(dá)到反應(yīng)所需的溫度。由公式 可得。 則4.5.2 反應(yīng)階段的熱量衡算（）該過程為預(yù)熱到360的鄰二甲苯和空氣混合均勻后，通過裝有催化

34、劑的固定床反應(yīng)器，在360-380之間迅速反應(yīng)。反應(yīng)1：反應(yīng)2：反應(yīng)3： 反應(yīng)4：則因?yàn)?所以4.5.3 離開設(shè)備的物料帶走的熱量（）離開反應(yīng)器的物料主要是未反應(yīng)的氧氣、氮?dú)?、二氧化碳、水蒸氣、苯酐、順酐、苯甲酸和檸糠酐。假設(shè)：離開反應(yīng)器的氣體的溫度為380； 基準(zhǔn)溫度為25。由公式 可得。 則4.5.4 設(shè)備和物料傳遞的熱量（）由熱平衡方程可知4.6 換熱器面積求算4.6.1 預(yù)熱器面積求算預(yù)熱物料到360，可選用熔鹽做加熱劑，設(shè)加熱劑的進(jìn)口溫度為400，出口溫度為200，取總加熱系數(shù)8 預(yù)熱鄰二甲苯：由公式可知傳熱面積 預(yù)熱空氣：由公式 可知傳熱面積 4.6.2 反應(yīng)器換熱面積求算隨著反應(yīng)

35、的進(jìn)行放出大量的反應(yīng)熱，為維持反應(yīng)溫度在360-380之間，需要在反應(yīng)管殼程用熔鹽做載熱體，移出多余的反應(yīng)熱。設(shè)載熱體的入口溫度為150，出口溫度為350，取總加熱系數(shù)8由公式 可知傳熱面積 綜上所述，可得以下熱量衡算數(shù)據(jù)表41：表41 熱量衡算數(shù)據(jù)表過程熱量/kj傳熱面積/m2預(yù)熱階段的熱量衡算（）19.054×10613.185+3.375反應(yīng)階段的熱量衡算（）56.745×106離開設(shè)備的物料帶走的熱量（）27.415×106設(shè)備和物料傳遞的熱量（）-53.76×10626.604第五章 精餾塔的工藝設(shè)計(jì)及選型精餾塔是化工生產(chǎn)中常用的典型設(shè)備，本設(shè)

36、計(jì)涉及苯酐的精餾提純，在主要設(shè)備的設(shè)計(jì)及計(jì)算部分，選擇精餾塔作為對(duì)象進(jìn)行計(jì)算。精餾塔的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算，包括塔高、塔徑、塔板各部分尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算，塔板的布置，塔板流體力學(xué)性能的校核及繪出塔板的性能負(fù)荷圖。從反應(yīng)器出來的氣體主要成分是苯酐、順酐、二氧化碳、水蒸氣未反應(yīng)的氧氣及氮?dú)猓鼈兌家詺怏w形式存在。在進(jìn)入精餾塔分離之前先通過適當(dāng)?shù)睦鋮s，使苯酐、順酐等產(chǎn)物液化，以除去水蒸氣、二氧化碳和多余的空氣。再經(jīng)過適當(dāng)?shù)募訜崾挂夯漠a(chǎn)物達(dá)到飽和液體的狀態(tài)。通過第三章的物料衡算可知，液化的產(chǎn)物中以苯酐和順酐為主，為方便計(jì)算過程，按分離順酐苯酐二組分混合物進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和計(jì)算。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)條件及各類型塔板的用途和優(yōu)

37、點(diǎn)15，擬采用板式塔浮閥塔。5.1 操作條件的確定5.1.1 操作壓力4順酐在常壓下的沸點(diǎn)是202，而苯酐的沸點(diǎn)是284.5，在常壓下精餾，需要消耗大量的能量，不經(jīng)濟(jì)。從圖5-1和5-2來看，壓力越小，苯酐和順酐的汽液平衡線離對(duì)角線越遠(yuǎn)，越有利于分離。故設(shè)計(jì)本精餾塔的壓力為30。 圖 5-1 順酐與苯酐的氣液平衡曲線 圖 5-2 順酐與苯酐的氣液平衡曲線 （壓力=101.3kpa） (壓力=30kpa)5.1.2 回流比4回流比的選擇與操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)有密切關(guān)系，影響分離效果及加熱劑和冷卻劑的用量。通過生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及文獻(xiàn)4,15參考，本設(shè)計(jì)取回流比5 .1.3 進(jìn)料熱狀況進(jìn)料狀態(tài)與塔板數(shù)、塔徑、回流

38、量及塔的熱負(fù)荷都有密切的聯(lián)系。在實(shí)際的生產(chǎn)中進(jìn)料狀態(tài)有多種，但一般都將料液預(yù)熱到泡點(diǎn)或接近泡點(diǎn)才送入塔中，這主要是由于此時(shí)塔的操作比較容易控制，不致受季節(jié)氣溫的影響。此外，在泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)，精餾段與提餾段的塔徑相同，為設(shè)計(jì)和制造上提供了方便。故本設(shè)計(jì)取進(jìn)料熱狀況參數(shù)。5.2 實(shí)際塔板數(shù)及加料位置的確定5.2.1全塔物料衡算15通過全塔物料衡算，可以求出精餾產(chǎn)品的流量、組成和進(jìn)料流量、組成之間的關(guān)系。通常，原料量和產(chǎn)量都以kg/h或噸/年來表示，但在理想板計(jì)算時(shí)均須轉(zhuǎn)換為kmol/h。在設(shè)計(jì)時(shí)，汽液流量又須用m3/s來表示。因此要注意不同的場(chǎng)合應(yīng)使用不同的流量單位。衡算方程：總物料：易揮發(fā)組分： 其

39、中，、分別為原料液、餾出液和釜?dú)堃毫髁?，?、分別為原料液、餾出液和釜?dú)堃褐幸讚]發(fā)組分的摩爾分率。由生產(chǎn)任務(wù)可知：由衡算方程得： 5.2.2 逐板計(jì)算法確定理論板數(shù)目5.2.2.1計(jì)算所需方程1操作線方程15：精餾段上升蒸汽量： 下降液體量： 操作線方程： 或： 式中： 回流比； 精餾段內(nèi)第層板下降液體中易揮發(fā)組分的摩爾分率；精餾段內(nèi)第層板上升蒸汽中易揮發(fā)組分的摩爾分率。提餾段上升蒸汽量： 或： 下降液體量： 操作線方程： 式中： 提餾段內(nèi)第m層板下降液體中易揮發(fā)組分摩爾分率；提餾段內(nèi)第m+1層板上升蒸汽中易揮發(fā)組分摩爾分率。2平衡線方程15： 式中： 易揮發(fā)組分與難揮發(fā)組分的相對(duì)揮發(fā)度； 精

40、餾段內(nèi)第層板下降液體中易揮發(fā)組分的摩爾分率； 精餾段內(nèi)第層板上升蒸汽中易揮發(fā)組分的摩爾分率。5.2.2.2 各個(gè)方程中參數(shù)的確定根據(jù)操作條件可得：相對(duì)揮發(fā)度由三點(diǎn)法17確定：從圖5-2上選取適當(dāng)?shù)娜齻€(gè)點(diǎn)，分別為： 則 取5.2.2.3 逐板計(jì)算過程由上述計(jì)算可知： 具體計(jì)算過程如下：因?yàn)?所以 精餾段理論板層數(shù)為塊。因?yàn)?所以 提餾段理論板層數(shù)為塊。故全塔的理論板數(shù)（不包含再沸器）5.2.3 全塔效率計(jì)算相對(duì)揮發(fā)度： 液體混合物的粘度：全塔效率16：5.2.4 實(shí)際板數(shù)及加料板位置實(shí)際板數(shù)目 塊由于 塊所以第塊為加料板，即第14塊為加料板。5.3 板式塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算板式塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)

41、算，包括塔板、塔徑的設(shè)計(jì)計(jì)算，板上液流形式的選擇、溢流裝置的設(shè)計(jì)，塔板布置、氣體通道的設(shè)計(jì)等工藝計(jì)算。5.3.1 塔徑的確定塔的橫截面應(yīng)滿足汽液接觸部分的面積、溢流部分的面積和塔板支承、固定等結(jié)構(gòu)處理所需面積的要求。在塔板設(shè)計(jì)中起主導(dǎo)作用，往往是氣液接觸部分的面積，應(yīng)保證有適宜的氣體速度。初步計(jì)算塔徑：板式塔的塔徑依據(jù)流量公式15計(jì)算，即式中： 塔徑，m； 塔內(nèi)氣體流量m3/s； 空塔氣速m/s。由上式可見，計(jì)算塔徑的關(guān)鍵是計(jì)算空塔氣速16。設(shè)計(jì)中，空塔氣速的計(jì)算方法是，先求得最大空塔氣速，然后根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，乘以一定的安全系數(shù)，即最大空塔氣速16可根據(jù)懸浮液滴沉降原理導(dǎo)出，其結(jié)果為式中：允許空

42、塔氣速，m/s；分別為氣相和液相的密度，kg/m3 ；氣體負(fù)荷系數(shù)，m/s，對(duì)于浮閥塔和泡罩塔氣體負(fù)荷系數(shù)可從史密斯關(guān)聯(lián)圖15查出。橫坐標(biāo)數(shù)值為 其中，液相及氣相負(fù)荷，m3/h；液相及氣相密度，kg/m3。取板間距為，取板上液層高度為，則圖中參數(shù)： 。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，由史密斯關(guān)聯(lián)圖查得。取，則：取安全系數(shù)為0.6，則空塔氣速為初步估算塔徑為： 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整為：塔截面積：實(shí)際空塔氣速：5.3.2 板上液體流動(dòng)形式的選擇及溢流裝置的設(shè)計(jì)15-16溢流裝置選用單溢流弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰。1堰長(zhǎng)：取，即：2出口堰高：采用平直堰，堰上液層高度可由下式計(jì)算：式中， 液流收縮系數(shù)，一般可近似取，對(duì)計(jì)算結(jié)果

43、影響不大。由，得：則 3弓形降液管寬度和面積因?yàn)?，查表可?，則驗(yàn)算液體在降液管中的停留時(shí)間：停留時(shí)間，故降液管尺寸可用。4降液管底隙高度：取降液管底隙處液體流速 則取。5.3.3 塔板布置及浮閥數(shù)目與排列15取閥孔動(dòng)能因子，閥孔直徑。則孔速每層塔板上的浮閥數(shù)個(gè)取邊緣寬度，破沫區(qū)寬度，則塔板上鼓泡區(qū)面積其中，求得，浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取同一橫排的孔心距，則可估算排間距5.4 塔板流體力學(xué)驗(yàn)算15-165.4.1 氣相通過浮閥塔板的壓降 1干板阻力：臨界閥孔氣速 因?yàn)?，則2板上充氣液層阻力：本設(shè)備分離順酐苯酐混合物，即液相為碳?xì)溲趸衔?，可取充氣系?shù)，則3液體表面張力所造成的阻力：此

44、阻力較小，可以忽略不計(jì)。因此，與氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓強(qiáng)降所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹閯t，單板壓降5.4.2 淹塔為了防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中清液層高度，其中，1.與氣體通過塔板的壓降所對(duì)應(yīng)的液柱高度：已知，2.液體通過降液管的壓頭損失：因?yàn)椴辉O(shè)進(jìn)口堰，可由下式求得3.板上液層高度：已知，則，取，又已選定、，則，可見，符合防止淹塔的要求。5.4.3 霧沫夾帶霧沫夾帶可由下面的公式進(jìn)行驗(yàn)算：其中，板上液體流經(jīng)長(zhǎng)度板上液流面積順酐苯酐為正常系統(tǒng)，取物性系數(shù)，由泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)曲線15查得泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)，將數(shù)值代入泛點(diǎn)率公式得：泛點(diǎn)率在80%以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足的要求。綜上所述，浮閥塔板工藝

45、設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果見表53。表53 浮閥塔板工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目數(shù)值及說明備注塔徑0.5板間距0.2塔板形式整塊式塔板空塔氣速0.365堰長(zhǎng)0.30堰高0.046板上液層高度0.05降液管底隙高度0.0035單溢流弓形降液管浮閥數(shù)/個(gè)13等腰三角形，叉排閥孔氣速4.865閥孔動(dòng)能因數(shù)10.0臨界閥孔氣速4.769孔心距0.10指同一橫排排間距0.0769相鄰兩橫排的中心線距離單板壓降630在降液管中停留時(shí)間15.02降液管內(nèi)清液層高度0096泛點(diǎn)率/31.745.5 接管尺寸計(jì)算5.5.1 進(jìn)料管直徑取原料液流速由公式可得：5.5.2塔頂回流管直徑取回流液流速則5.5.3塔頂蒸汽管直徑取上升蒸汽流速

46、則5.5.4 塔底出料管直徑取釜?dú)堃毫魉俑獨(dú)堃旱闹饕M成部分是苯酐，計(jì)算所用數(shù)據(jù)取苯酐的物性參數(shù)。則5.5.5 塔底回流管直徑因?yàn)檫M(jìn)料熱狀況參數(shù)，提留段上升蒸汽量與精餾段上升蒸汽量相當(dāng)，即，所以5.6 塔高的確定塔高由下式計(jì)算：式中，塔高（不包括封頭、群座），；實(shí)際塔板數(shù)；進(jìn)料板數(shù)目；人孔數(shù)；塔板間距，；進(jìn)料板處間距，；人孔處板間距，；塔頂空間（不包括頭蓋部分），；塔底空間（不包括底蓋部分），。取塔頂空間，塔底空間，人孔處和進(jìn)料板處板間距均為700mm，整個(gè)塔安裝5個(gè)人孔。則，塔的高度：第六章 車間布置設(shè)計(jì)18-19車間布置不當(dāng)往往會(huì)給生產(chǎn)操作中造成人流、物流的紊亂，不利設(shè)備的安裝和維修還會(huì)延

47、長(zhǎng)物料輸送管路、增加設(shè)備費(fèi)用及造成不良通風(fēng)、采光，甚至無(wú)法生產(chǎn)和造成事故發(fā)生，因此設(shè)計(jì)前必須成分準(zhǔn)備有關(guān)資料，如總平面布置、工藝流程圖、物料衡算等各階段的資料，設(shè)計(jì)過程中深入研究領(lǐng)會(huì)應(yīng)用各方面的原則及要求。車間布置涉及面較廣，但大致可歸納為以下的幾個(gè)方面。6.1 廠房建筑1廠房平面力求簡(jiǎn)單化，以利建筑定型化和施工機(jī)械化。2柱間距一般不超過12m。3層高與設(shè)備的高低、安裝位置有關(guān)，一般每層46m，最低不低于3.2m，凈高度不低于2.6m。4在可能條件下采用露天和敞開式設(shè)計(jì)，既節(jié)省投資，又利于通風(fēng)、采光、防爆等安全需要。5在不影響流程情況下，較高設(shè)備集中布置。6笨重設(shè)備和震動(dòng)設(shè)備盡量布置在底樓地面

48、。7設(shè)備穿孔避開主梁。8廠房出入口、交通道、樓梯等需精心安排。6.2 生產(chǎn)操作1設(shè)備布置盡量和工藝流程一致，避免交叉往返運(yùn)料；盡量采用位差送料，一般從高層到低層布置為計(jì)量槽、應(yīng)設(shè)備、槽、重型設(shè)備和震動(dòng)設(shè)備。2相互有聯(lián)系的設(shè)備盡量靠近，但要考慮操作、行人通道、送料及半成品堆放等空地。3相同、相似設(shè)備盡可能對(duì)稱集中，以利操作管理及水、電、氣等供應(yīng)。4考慮進(jìn)出料、取樣、觀察等方便。6.3 設(shè)備裝修1不僅要考慮安裝時(shí)設(shè)備的進(jìn)出，而且要考慮各單個(gè)設(shè)備的更換和檢修，保證足夠的空間和通道。2二層樓以上的設(shè)備，需在下層設(shè)吊孔，對(duì)龐大特殊設(shè)備在封閉式廠房中可先安裝設(shè)備后砌墻。3要考慮起吊裝置，如塔頂、房梁等，設(shè)

49、永久吊架。6.4 安全要求1采光要好，盡量避光操作，高大設(shè)備避免靠窗擋光。2通風(fēng)要好，高溫、有毒、易燃、易爆車間盡可能取敞開式，以利通風(fēng)散熱。機(jī)械通風(fēng)效果要好。3有毒物質(zhì)設(shè)備放置下風(fēng)，操作位置應(yīng)在上風(fēng)。劇毒設(shè)備要隔離操作，單獨(dú)排風(fēng)。4防爆車間盡可能采用單層廠房，避免車間有死角，多層的樓板要有泄壓孔，設(shè)計(jì)防火、防爆墻，設(shè)計(jì)雙斗門，門窗朝外開。二樓以上考慮緊急疏散措施，考慮消防措施及設(shè)備。6.5 車間布置說明車間設(shè)計(jì)本著方便、安全、節(jié)省能源的原則，特進(jìn)行了設(shè)計(jì)。車間長(zhǎng)36m，寬24m。配電室、控制室、倉(cāng)庫(kù)等在設(shè)計(jì)時(shí)都是在“安全第一、方便快捷”的原則上設(shè)計(jì)的，例如多種大門都是兩扇，內(nèi)外雙開的。把各種

50、原料放在車間外面的原料儲(chǔ)存區(qū)，儲(chǔ)存區(qū)外有1.2m高的防火堤，旁邊有一個(gè)泵房，可以在存放和提出原料時(shí)利用。共28個(gè)設(shè)備，其中反應(yīng)器（1個(gè)）、換熱器 （4個(gè)）、風(fēng)冷器（1個(gè)）、空氣壓縮機(jī)（1個(gè)）、回流冷凝器（2個(gè)）、再沸器（2個(gè)）、吸收塔（1個(gè)）、精餾塔（2個(gè)）、離心機(jī)（8個(gè)）、原料貯罐（1個(gè)）、產(chǎn)品貯罐（4個(gè)）、熔鹽儲(chǔ)罐（1個(gè)）。其平面設(shè)計(jì)圖見附圖。第七章 結(jié)論苯酐主要用于生產(chǎn)pvc 增塑劑、不飽和聚酯、醇酸樹脂以及染料、涂料、農(nóng)藥、醫(yī)藥和儀器添加劑、食用糖精等，是一種重要的有機(jī)化工原料。在本次年產(chǎn)4萬(wàn)噸鄰苯二甲酸酐的生產(chǎn)工藝與車間設(shè)計(jì)中，進(jìn)行了對(duì)鄰苯二甲酸酐的生產(chǎn)工藝和車間的詳盡設(shè)計(jì)。經(jīng)過計(jì)算

51、得出以下結(jié)論：1由于石油鄰二甲苯資源比較豐富，理論收率高，價(jià)廉，選擇性高成為現(xiàn)代生產(chǎn)苯酐的首選原料，所以本設(shè)計(jì)選用的是鄰法生產(chǎn)工藝中的alusuisse italia 工藝計(jì)劃年產(chǎn)量為40000噸，年工作時(shí)數(shù)為每年8000h,產(chǎn)品流量5000kg/h，產(chǎn)品純度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）大于99.9%，產(chǎn)品回收率為92%。2通過對(duì)反應(yīng)進(jìn)行物料衡算，每小時(shí)生產(chǎn)苯酐及所需原料量為：表71各物料量物料名稱質(zhì)量（kg）鄰二甲苯4700空氣44650粗苯酐5658.463通過對(duì)反應(yīng)釜的熱量衡算，反應(yīng)階段所需傳熱面積為26.604m2。4通過對(duì)精餾塔的設(shè)計(jì)，塔徑為0.5m，塔高為10.8m，實(shí)際塔板數(shù)為25塊。5通過對(duì)車間的設(shè)計(jì)，大型設(shè)備共28個(gè)，其中反應(yīng)器（1個(gè)）、換熱器 （4個(gè)）、風(fēng)冷器（1個(gè)）、空氣壓縮機(jī)（1個(gè)）、回流冷凝器（2個(gè)）、再沸器（2個(gè)）、吸收塔（1個(gè)）、精餾塔（2個(gè)）、離心機(jī)（8個(gè)）、原料貯罐（1個(gè)）、產(chǎn)品貯罐（4個(gè)）、熔鹽儲(chǔ)罐（1個(gè)）。謝 辭四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，在這四年里，我學(xué)到了不少新知識(shí)和做人的道理，這里面包含著所有老師的辛勤培育和諄諄教誨，也有同學(xué)們的熱心幫助。在這里，我向所有關(guān)心和幫助過我的老師和同學(xué)們表示最衷心的感謝！本次畢業(yè)設(shè)計(jì)得到了青島大學(xué)化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院化學(xué)工程樓濤老師的細(xì)心指導(dǎo)和反復(fù)審閱，提出了許多寶貴意見，對(duì)此表示衷心地感謝