年產(chǎn)3000噸環(huán)氧樹脂車間工藝設計蔡成云2

1、目 錄前 言41.1產(chǎn)品介紹41.2、生產(chǎn)工藝4一步法工藝5二步法工藝51.3、主要原材料5第2章 初步工藝流程設計72.1 工藝流程框圖：72.2工藝流程：8第3章 物料衡算93.1 計算條件與數(shù)據(jù)理：93.2 原料用量計算：103.3 縮合工段物料衡算：103.3.1 一次反應：10回收過量環(huán)氧氯丙烷：124.3.4 環(huán)氧樹脂收集：13第4章 熱量衡算144.1計算依據(jù)：144.2 常用熱力學數(shù)據(jù)計：164.3縮合工段熱量衡算：17溶解崗位：174.3.2 反應崗位：17第5章 設備選型205.1計算條件確定205.1.1 操作工時與生產(chǎn)周期的確定：205.1.2 日生產(chǎn)批次和反應釜個數(shù)的

2、確定：205.2 縮合工段反應崗位的設備選型：21物料體積計算：21反應釜的選型：21校核傳熱面積：225.3 其它設備的選型24第6章 廠區(qū)布置和車間布置設計266.1工廠設計的內(nèi)容與規(guī)范：266.2 廠址的選擇：276.3 車間的布置：276.3.1 輔助生產(chǎn)和行政-生活布置：276.3.2 廠房的布局：276.3.3 廠房的長、寬、高和層數(shù)確定：286.3.4 廠房內(nèi)布置：28第7章“三廢”處理及其綜合利用298.1 廢水的處理：298.2 套用和回收利用：29第8章 環(huán)氧樹脂安全生產(chǎn)和環(huán)境保護308.1環(huán)氧樹脂安全生產(chǎn)和環(huán)境保護的重要性308.2環(huán)氧樹脂生產(chǎn)安全注意事項與勞動保護措施3

3、0環(huán)氧樹脂生產(chǎn)原料安全毒性30環(huán)氧樹脂生產(chǎn)中勞動保護注意事項31環(huán)境保護措施31致謝32參考文獻33年產(chǎn)3000噸環(huán)氧樹脂車間工藝設計 蔡成云摘 要：環(huán)氧樹脂生產(chǎn)工藝一般分為一步法和二步法。目前低分子量液體環(huán)氧樹脂和中分子量固體環(huán)氧樹脂，一般都采用一步法工藝；高分子量環(huán)氧樹脂采用二步法。二步法工藝的優(yōu)點：與一步法相比，它具有生產(chǎn)工藝簡單、設備少、工時短、無三廢排放和產(chǎn)品質(zhì)量易調(diào)節(jié)控制等優(yōu)點。以雙酚A（BPA）為主要原材料，合成的環(huán)氧樹脂稱為雙酚A（BPA）型環(huán)氧樹脂，是目前產(chǎn)量最大、用途最廣的環(huán)氧樹脂，由于它的應用遍及國民經(jīng)濟的眾多領域，因此又稱為通用型環(huán)氧樹脂。它屬于縮水甘油醚型。本文介紹了

4、年產(chǎn)3000噸的環(huán)氧樹脂的車間設計，從技術、工程經(jīng)濟、生產(chǎn)管理等方面進行了詳細的論述，內(nèi)容主要包括：設計依據(jù)，工藝路線論證，工藝流程設計，全流程物料衡算，全流程能量衡算，工藝設備選型與計算，車間布置設計，三廢處理及其綜合利用，勞動組織，勞動保護與安全生產(chǎn)，工程經(jīng)濟，工藝細節(jié)改進設計等內(nèi)容。關鍵詞：環(huán)氧樹脂；一步法；車間工藝設計Abstract:To bisphenol A (BPA) as the main raw material, known as bisphenol epoxy resin synthesized A (BPA) type epoxy resin is the outpu

5、t of the largest and most widely used epoxy resin, because of its application throughout the national economyKEY WORDS: Epoxy resin; one-step; workshop process design前 言1.1產(chǎn)品介紹分子中含2個或2個以上環(huán)氧基的高分子化合物。最常用的雙酚A型環(huán)氧樹脂含2個環(huán)氧基。 1.2、生產(chǎn)工藝 環(huán)氧樹脂生產(chǎn)工藝一般分為一步法和二步法。目前低分子量液體環(huán)氧樹脂和中分子量固體環(huán)氧樹脂，一般都采用一步法工藝；高分子量環(huán)氧樹脂采用二步法。一步法工

6、藝 把雙酚A(BPA)和環(huán)氧氯丙烷(ECH)在氫氧化鈉作用下進行縮聚，即開環(huán)和閉環(huán)在同一反應條件下進行的工藝方法。周菊興提出的工藝是：將配方量的雙酚A和環(huán)氧氯丙烷在80下攪拌溶解，然后降溫至，滴加30的NaOH。堿滴加完后保溫反應一段時間，然后減壓回收未反應的環(huán)氧氯丙烷。接著再次降溫到5O，滴加l5 的NaOH，加完后保溫反應。反應完畢，加入苯，升溫溶解，然后靜置水洗，上層的樹脂苯溶液真空吸入脫水釜，殘液再加苯萃取一次，棄去下層鹽水溶液，萃取液仍吸入脫水釜。最后蒸出苯，得到清澈透明的樹脂。此外還有一次加堿法 ，即將堿改成一次滴加完，然后再蒸餾未反應的環(huán)氧氯丙烷。這種方法工藝成熟，目前國內(nèi)的E一

7、44樹脂多是采用這種工藝生產(chǎn)。二步法工藝Vogel Tomas 提出的工藝是：將雙酚A、環(huán)氧氯丙烷，同時加入三苯基膦鹵化物或三苯基膦作催化劑，升溫使體系在40120發(fā)生醚化反應，生成氯醇醚。當羥基轉(zhuǎn)化率達到80 90 后，在2O9O 以下一次性加入NaOH水溶液，進行閉環(huán)反應。然后，在減壓下蒸盡環(huán)氧氯丙烷。加入有機溶劑，溶解粗產(chǎn)物，再加入水水洗至中性，靜置分去水層，最后蒸餾除去苯，得到樹脂產(chǎn)品。二步法也可以選擇銨鹽、膽堿作為催化劑 ,無機鹽 ，含硫有機化合物 ?？紤]到價格因素，國內(nèi)企業(yè)選用銨鹽的居多。與一步法比較，二步法反應時間短，操作穩(wěn)定，溫度波動小，易于控制產(chǎn)生的三廢少，質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)率高，

8、可生產(chǎn)系列環(huán)氧樹脂，對于國內(nèi)企業(yè)來說，對現(xiàn)有設備稍作改動就可以上馬，是很經(jīng)濟的方法。該法最大的優(yōu)點是將開環(huán)閉環(huán)分步進行，而且可以在無水條件下進行開環(huán)，盡可能的減少了副反應的發(fā)生。而且催化劑也有一定的選擇性，可使產(chǎn)物量子多為線型結(jié)構，不易引起聚合反應。該法的缺點是從樹脂中除去催化劑困難，而催化劑有一定的乳化作用，還對樹脂的固化過程有影響，能縮短樹脂的使用壽命，加大固化反應的放熱量，因此要嚴格控制它的用量，并設法減少在樹脂中的殘留。但本設計由于產(chǎn)量低所以采用一步法。1.3、主要原材料1-1環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的主要原材料及規(guī)格原材料名稱分子量M質(zhì)量指標雙酚A(BPA)228外觀：白色粒狀（或粉狀）結(jié)晶體熔

9、點：155.5色度號（鉑鈷）：40環(huán)氧氯丙烷（ECH）92.5外觀：無色透明液體 純度wt：99.5密度（20）g/cm3：1.1801.184色度（Pt-Co）:15環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的主要原材料的性質(zhì)：（1）BPA：白色片狀或粒狀晶體，不溶于水，能溶于醇、 醚、丙酮及堿性溶中，室溫下微溶于甲苯、二甲苯，加溫下溶解度急劇增加。（2）ECH：是一種易揮發(fā)、無色透明液體，有毒！對皮膚有灼傷作用，能嚴重刺激眼睛，具有和氯氣相似的刺激性氣味，有麻醉性，能溶解于醇、醚及甲苯中，微溶于水。比重.18，純品沸點116.2。取樣化驗時，要取上層。（3）液堿：淡紫色液體，無機械雜質(zhì)，強堿性，腐蝕性較強。（4）甲苯：

10、無色有芳香性氣味的易燃液體，有毒！不溶于水，能溶于醇、醚和丙酮。比重0.866，純品沸點110.28，取樣化驗時，要取下層。第2章 初步工藝流程設計2.1 工藝流程框圖： 上一章已對工藝路線進行了選擇，在此基礎上全面而細致地分析了整個生產(chǎn)過程的組成和順序如下圖所示： 700C溶解雙酚A 環(huán)氧氯丙烷反應 循環(huán)使用 NaOH 減壓 環(huán)氧氯丙烷 溶解 苯 萃取反應 下層鹽腳 NaOH 回流冷卻靜置過濾脫苯成品2.2工藝流程：1. 把雙酚A投入溶解釜中，然后通過環(huán)氧氯丙烷，將夾套通水蒸氣的溫度加熱升溫到70OC左右。 2. 溶解后，用泵壓入帶攪拌的反應釜內(nèi)，開始攪拌，并滴加堿液。控制反應溫度為50-5

11、5OC，維持一定時間至反應結(jié)束后，再在 100減壓至94.661kPa，回收過量環(huán)氧氯丙烷供循環(huán)使用。3. 回收結(jié)束后再次加入苯溶解，在 65700C下再次加堿液，反應結(jié)束后用夾套水冷卻，靜置，把苯溶液抽吸到回流脫水釜內(nèi)，下層的鹽腳可以加苯萃取一兩次，抽吸后放掉。4 在回流脫水釜內(nèi)回流至蒸出的苯清晰天水珠為止。然后冷卻，靜置. 經(jīng)過濾器至貯槽，沉降后抽人脫苯釜脫除苯，先常壓無液溫110OC以上開始減壓至140-143OC無餾出液為止，放料，即得成品。第3章 物料衡算3.1 計算條件與數(shù)據(jù)理：1. 設每年生產(chǎn)300天，則每天的產(chǎn)量為：Md= 3000t÷300= 10t/d一天生產(chǎn)兩批

12、，則每批的產(chǎn)量為m=10t/2=5t2.設以生產(chǎn)1t（1000kg）環(huán)氧樹脂為基準原料單耗如下： 表3-1 原料單耗表原料名稱投料比例環(huán)氧氯丙烷雙酚A純苯甲苯液體燒堿 (100%)557.3Kg687.5Kg235.2Kg277.5Kg240.9Kg3. 原料規(guī)格及產(chǎn)品質(zhì)量標準如下：表 32 原料規(guī)格及產(chǎn)品質(zhì)量標準表名稱分子量凈含含水分含惰性雜質(zhì)環(huán)氧氯丙烷92.5298%0.2%1.8%雙酚A228.2995%3%2%純苯78.1196%0.2%3.8%甲苯92.1498.5%0.5%0.4%硫酸98.0888%0.5%11.5%液體燒堿40.0199.5%0.2%0.3%雙酚A型環(huán)氧樹脂33

13、2.0599%0.8%0.2%注：以上數(shù)據(jù)除直接在工廠收集到的以外，其他參照中國化工醫(yī)藥產(chǎn)品大全(卷一，卷二)和<<化工原料商品手冊>>。3.2 原料用量計算： 反應過程中的反應物純量計算： 為了較好地把握全過程，先假設理想情況進行計算，即計算各反應物的純量。這里所說的純量是指既不包括反應物及產(chǎn)品中的雜質(zhì)和反應物過量的量，不包括每步反應損失掉的產(chǎn)品量。這是一種理想情況，在后面的計算中將恢復到實際情況，考慮所含雜質(zhì)的量、反應物過量的量，以及反應的收率等具體的問題并進行詳細的計算。由原料單耗可得每批原料用量如下表：表33 原料用量表名稱用量(Kg)環(huán)氧氯丙烷2843.4純苯

14、1225.0甲苯1408.6液體燒堿1210.6雙酚A3472.23.3 縮合工段物料衡算： 一次反應：98%環(huán)氧氯丙烷95%雙酚ANaOH苯 5環(huán)氧氯丙烷雙酚A5反應釜 5 (1)對于輸入物料分四股，分別如下：98%的環(huán)氧氯丙烷中：環(huán)氧氯丙烷：2843.4 ×98%=Kg 水：2843.3 ×0.2%=5.6866Kg不溶雜質(zhì)：2843.3×l.8%=51.18Kg 95%的雙酚A中：雙酚A：3472.2×95%=3298.59Kg 水：3472.2 ×3%=104.166Kg 不溶雜質(zhì)：3472.2×2%=69.444Kg99.5

15、0%的NaOH中：NaOH：. 1210.6×99.5%=1204.547Kg 水：1210.6×0.2%=2.4212Kg 不溶雜質(zhì)：. 1210.6×0.3%=3.6318Kg96%的苯中： 苯：1408.6×96%=1352.26 Kg 水：1408.6×0.2%=2.8172Kg不溶雜質(zhì)：1408.6×3.8%=53.53Kg(2)對于輸出物料的計算如下：設縮合反應的轉(zhuǎn)化率等于收率，即為95%，則：隋性雜質(zhì)質(zhì)量不變：51.18+69.44+3.63+53.53=177.78 Kg苯質(zhì)量不變：1352.26Kg反應的總方程式如下

16、： 228 94×2 332 37.5×2 3472.2 x y z由上反應方程式： x/94×2=y/332=z/37.5×2=3472.2/ 228可得：x=2266.57kg,y=5056.01kg,z=1142.17kg所以反應后的各物料質(zhì)量如下:雙酚A: 3472.2×(1-95%)= 173.61Kg環(huán)氧氯丙烷： 2701.23-2266.57=434.66Kg HCl： 1142.17Kg環(huán)氧樹脂： Kg以上計算可得到下列物料平衡表表34縮合反應物料平衡表輸入物料純物質(zhì)質(zhì)量(Kg)輸出物料質(zhì)量(Kg)98%的環(huán)氧氯丙烷環(huán)氧氯丙烷2

17、701.23環(huán)氧氯丙烷434.66水5.6868惰性雜質(zhì)51.18雙酚A173.695% 的雙酚A雙酚A3298.59水104.16環(huán)氧樹脂5056.01惰性雜質(zhì)69.4499.5%的NaOHNaOH1204.54苯1352.26水2.4212惰性雜質(zhì)3.6318惰性雜質(zhì)177.7896%的苯苯1352.26水2.8172水115.09惰性雜質(zhì)53.53HCl1142.17總計8849.498452.08 收率：95.5%回收過量環(huán)氧氯丙烷：98%環(huán)氧氯丙烷 5冷卻器 5反應釜所出物料5圖 35 回收框圖設冷卻回收率為 97%：對于輸入物料為一股：環(huán)氧氯丙烷：434.66 Kg對于輸出物料為一

18、股：環(huán)氧氯丙烷：434.66×97%=421.62Kg由以上計算可得下列物料平衡表：輸入物料純物質(zhì)質(zhì)量(Kg)輸出物料質(zhì)量g)98% 的環(huán)氧氯丙烷環(huán)氧氯丙烷434.66環(huán)氧氯丙烷質(zhì)421.62總計434.66421.62表 3-6回收物料平衡表收率：97% 環(huán)氧樹脂收集：進出料框圖如下： 99%的環(huán)氧樹脂 下層鹽腳 回收脫水釜99%的環(huán)氧樹脂96%的苯 90%HCI 96%的苯 圖37環(huán)氧樹脂回收進出料框圖出料分三股，設餾出液為 99%環(huán)氧樹脂 (含 1%的水和雜質(zhì))，則： 99%的環(huán)氧樹脂：環(huán)氧樹脂：5056.01×99%=5005.45 Kg 水：5056.01

19、5; 0.8%=40.45 Kg雜質(zhì)：5056.01×0.2%=10.11Kg 苯：1352.26×96%=1298.17Kg 水：1352.26×0.2%=2.70Kg殘余雜質(zhì)：1352.26×3.8%=51.38KgHCl：1142.17×90%= 1027.95Kg水：1142.17×7%=79.95Kg雜質(zhì)：1142.17×3%=34.26Kg 水：40.45+2.70+79.95=123.1kg雜質(zhì)：10.11+51.38+34.26=95.75Kg回收后：環(huán)氧樹脂：5005.45kg由以上計算可得下列物料平衡表輸

20、入物料質(zhì)量（Kg）輸出物料純物質(zhì)質(zhì)量（Kg）環(huán)氧樹脂5056.01成品環(huán)氧樹脂5005.4苯1352.26HCl1027.95HCl1142.17苯1298.17水123.1水123.1殘余雜質(zhì)95.75殘余雜質(zhì)95.75合計7769.29合計7550.37表38 環(huán)氧樹脂回收物料平衡表收率：97%第4章 熱量衡算4.1計算依據(jù)：1.主要依據(jù)能量守恒定律能衡是能量衡算的結(jié)果為基礎進行的，還必須收集有關物料的熱力學數(shù)據(jù) (例如比熱容、反應熱、相變熱等)2.重要符號： Cp定壓比熱容 KJ/ (Kg，OC) Cs固體的比熱容KJ/ (Kg,0C) Q-熱量KJ3.主要公式：(1) Q1+ Q2+

21、Q3=Q4+Q5+Q6 (5-1) 式中 Q1-一物料帶入到設備的熱量 KJ Q2加熱劑或冷卻劑傳給設備和所處理物料的熱量 KJ Q3過程熱效應 KJ Q4一一物料離開設備所帶走的熱量 KJ Q5加熱和冷卻設備所消耗的熱量 KJ Q6設備向環(huán)境散失的熱量 KJ （2）qr =qf （5-2） qr =qc （5-3）式中 qr-標準反應熱 qf-標準生成熱 qc-標準燃燒熱 -化學計量數(shù)， 生成物為正，反應物為負（3）qr（t）= qr o-（t-25）CP （5-4）式中：qr（t）-任意溫度t下的反應熱KJ/molqr o -標準反應熱 KJ/molt-任意溫度0C(4) 化合物的比熱容C

22、=（1/M）nCa （5-5）式中：M化合物的分子量 n分子中同種元素原子數(shù) Ca元素的原子比熱容（5）有機化合物的標準燃燒熱與該化合物完全燃燒所需的氧原子數(shù)成直線關系，即 q c =a+xb （5-6）式中： a、b-常數(shù)，與化合物結(jié)構有關 x化合物完全燃燒時所需的氧原子數(shù)（6）qro =-qf0KJ/mol （5-7）式中： 反應方程式中各物質(zhì)的化學計量系數(shù)，反應物為負，生成 物為正(7)間接蒸汽加熱的蒸汽消耗量： D= Q2/ H-C (T-273) (5-8)式中: D-加熱蒸汽消耗量 Kg Q2由加熱蒸汽傳給所處理物料及設備的熱量 KJ H水蒸汽的熱焓 KJ/Kg C冷凝水的比熱容，

23、可取 4.l8KJ/(Kg×K) T冷凝水的溫度 Kg(8)W = Q2/C (TK-TH) (5-9)式中:W冷卻劑的消耗量 Kg C冷卻劑的平均比熱容 KJ/(Kg)<K) TK -冷卻劑的最終溫度 K TH冷卻劑的最初溫度 K(9)Q2 =KAttm （5-10） 式中：Q2-加熱劑或冷卻劑傳給設備和所處理物料的熱量 K總傳熱面積· t反應時間 tm-平均推動力4.2 常用熱力學數(shù)據(jù)計：1. 比熱容：液體的比熱容由藥廠反應設備及車間工藝設計（蔣作良） P208表6-4求液體的比熱容和P209公式6-17求固體化合物的比熱容。計算如下：求雙酚A的比熱容(M =22

24、8g/mol)： C=(1/228×(6×7.535+4×9.628+ 1×25.953+1×25.953+2×16.74) = 0.74KJ/(Kg.0C ) CP = 169×10-3KJ/ mo1.0C求NaOH的比熱容 (M=39.995 g/mol)：C= (1/ 39.995)×(25.953+16.74+ 9.628)= 1.308KJ/(Kg.0C ) CP = 52.321×10-3 KJ/mo1.0C求苯的比熱容 (M=77g/mol): C= (1/77)×(8×

25、7.535+7×9.628+1×25.953) = 1.99KJ/Kg.0C) =153.63×10-3KJ/ mo1.0C求環(huán)氧氯丙烷的比熱容 (M=92.52g/mol)： C= (1/92.52)×(41.7+28.3+44) = 1.23KJ/(Kg.0C ) CP = 114×10-3KJ/mol .OC求水的比熱容 (M=18 g/mol)： C=4.2KJ/（Kg·）Cp=75.6×10-3KJ/mol·求甲苯的比熱容(M=80g/mol)C= (1/80)×(1×25.953+1

26、×7.535+1×25.953) = 0.743KJ/mol.OC CP=59.44×10-3 KJ/ mo1.0C求硫酸的比熱容：C=（13×7.535+8×9.628+25.953×16.74+25.953）/229.5=1.062 KJ/(Kg.OC)CP=238.625×10-3 KJ/ mo1.0C2. 汽化熱：查化工原理（陳敏恒）附錄可得： 苯：1gH=202Kcal/mol=845.73Kj/Kg 水：1gH=539 Kcal/mol=2256.69 Kj/Kg 甲苯：1gH=363 Kj/Kg3.溶解熱和反應

27、熱：由于這兩種過程熱計算較為復雜，故把它放在后面根據(jù)具體需要進行計算。4.3縮合工段熱量衡算：溶解崗位：投入原料以后溫度從25 OC升至70 OC溶解；Q1+ Q2+ Q3=Q4+Q5+Q6 由于此處設備為搪玻璃開式攪拌器，外圍夾套，反應過程中Q3、Q5、Q6忽略不計。 Q1=Mcpt=228×0.74×25+92.52×1.23×25=7062.99Kj Q4=Mcpt=228×0.74×（70-25）+92.52×1.23×（70-25）=15538.6Kj則Q2=Q4-Q1=15538.6-7062.99=8

28、475.6Kj則加熱所需的水蒸氣量為D=Q2/（H-CpTk）其中 H=2261.425KJ/Kg Cp=4.1868 KJ/Kg 每天生產(chǎn)兩個批次D=8475.6/（2261.425-100×4.1868）×2=2.99Kg 反應崗位： 溫度 70 oCoC 保持50 oC 2h 水降溫 25 oC 保持溫度反應2h 20 oC 時間 h 解 51 絡合反應溫度變化圖如上圖所示反應中溫度的變化分為4個階段，其中在50oC-25 oC這一段要用冰鹽水降溫，由于冰鹽水的制迨成本較高，所以應回收利用，這里把其用量作為計算重點，所以進行計算。 初始溫度為 50oC，末態(tài)溫度為 2

29、5 oC，故Q3=0 (1)求Q1： 對于環(huán)氧氯丙烷：Q1A =92.52×1.23×(-25+50)=2844.99KJ 對于氫氧化鈉：QlB =40×l.308×(-25+50)=1308 KJ 對于雙酚 A：QlC =228×0.74×(-25+50)= 4218KJ 對于苯：Q1D =77×l.99×(-25+50)= 3830.75KJ 對于水：Q1E= 18×4.2×(-25+50)=1890Kj = 59782.04 KJ Q1=- Q1A +Q1B+Q1C +Q1D +Q1E =

30、14091.74KJ (2)求Q4.,Q5，Q6： 因為末態(tài)溫度與基準溫度相同 所以Q4=0，Q5=Q6=0(與環(huán)境溫度相差不大)(3)求Q2： Q2=-Q1=-14091.74KJ(4)求冰鹽水的用量： 取 Q2的絕對值，則： W=Q2/ C (Tk-Th)取冰鹽水的平均比熱容:C=4.0 KJ/(Kg.OC), Tk =0 , Th -10則每天消耗的冰鹽水：W=14091.74KJ/4.0×0-(-10)= 352.3Kg1. 保溫反應 2h階段： 基準溫度為 25，初態(tài)溫度和末態(tài)溫度均為 25又因為 Q5+Q6=5%(Q4+Q5+Q6)，所以Q5=0，Q6=0(1)標準燃燒熱

31、與生成熱的換算：qf0+qc0 =nqc0求qf 0（標準生成熱KJ/mol）A.求雙酚A的qc X=11.5a=390.2 b=215.37q c=390.2+11.5×215.37=2866.96KJ/molB.環(huán)氧氯丙烷的qc X=19.5q c=20.51+19.5×218.3=4277.36KJ/mol（2）求Q3：反應方程式如下：Cp 169 114 52.32 238.6258 59.4441 75.6單位：10-3 KJ/ mo1.0Cqr0 =77.53-（-169-114-52.32+238.625+59.441+75.60）×5×1

32、0-3 =77.526KJ/molQ3=77.526×126.63×1000×95%/157.5=59214.36KJ（3）求Q2:Q2=Q4+Q5+Q6+Q1-Q3=-59214.36KJ(4)球冰鹽水的用量：取Q2的絕對值，則：W=Q2/C(Tk-Th) (4-14)取冰鹽水的平均比熱容：C=4.0 KJ/ （Kg.0C），Tk=00C ，Th=100C 則每天消耗的鹽水：W=59214.36KJ/4.00-(-10)=1480.36Kg 第5章 設備選型 5.1計算條件確定5.1.1 操作工時與生產(chǎn)周期的確定：工 段工序操作工時（h）縮合備料投料（環(huán)氧氯丙烷

33、、雙酚A1.00自然升溫1.00保溫2.00回收過量環(huán)氧氯丙烷1.00處理降溫0.75苯回收2.00環(huán)氧樹脂回收1.00處理產(chǎn)品1.005.1.2 日生產(chǎn)批次和反應釜個數(shù)的確定：根據(jù)所給年產(chǎn)量確定每天生產(chǎn)的噸數(shù)，由于日產(chǎn)量較大應采用一日多批量生產(chǎn)，若采用多個反應釜進行生產(chǎn)，設備成本將大大提高，在節(jié)省開支及時間等因素的考慮下，應采用連續(xù)式操作，每天生產(chǎn)4批共兩套設備。5.2 縮合工段反應崗位的設備選型：5.2.1物料體積計算：各純物質(zhì)體積計算列表：表 62 縮合工段反應崗位物料體積表物質(zhì)質(zhì)量 m (kg)密度(kg/l)體積v （l)雙酚A3472.21.1952905.6 NaOH1210.6

34、2.15563.1環(huán)氧氯丙烷2843.41.181579.7苯1225.00.881392.1則每批物料的總體積為：Vd =（2905.6+563.1+1579.7+1392.1）/4=6440.5/4=1610L5.2.2反應釜的選型：由物料衡算求出每天需處理的物料體積后，即可進行計算反應釜的實際容積，公式如下：nVT =Vd（/）/24 （6-1） 式中:Vd -每天需處理的物料體積；VT-反應釜的容積；-反應釜的裝料系數(shù)；-每批操作需要的反應時間；/ -每批操作需要的輔助時間；n-反應釜應安裝的個數(shù)；-反應釜生產(chǎn)能力的后備系數(shù)。計算時，在反應釜的容積VT 和臺數(shù)n這兩個變量中必須先確定一

35、個，由于臺數(shù)一般不會很多，通?？梢杂脦讉€不同的n值來算出相應的VT值，然后再決定采用哪一組n和VT 值比較合適。在本次設計中由于產(chǎn)量不大，因此設定：/ =12，n=1；其中，取1.1，取0.75根據(jù)公式nVT =Vd（/）/24得出:VT =(1610×12×1.1/（12×0.75×1） =2361L查化工工藝設計手冊（下）：選取公式容積為3000L搪玻璃開式攪拌容器，其中重要參數(shù)為A=9.3m2，另外選取六葉直葉圓盤渦輪攪拌器。5.2.3校核傳熱面積：由于縮合反應釜是采用夾套冷卻，且選用冰鹽水作為冷卻介質(zhì)，所以傳熱系數(shù)計算如下：求釜側(cè)傳熱膜系數(shù)1：1

36、 =0.73(/D)(nd2)0.65(CP/)0.33(/w)0.24 (6-2)式中：1釜側(cè)傳熱膜系數(shù)W/ (m2.K)； D-攪拌釜的直徑m； d攪拌器的直徑 m； n攪拌器的轉(zhuǎn)速rps； 液體的密度kg/ m2； Cp液體的比熱J/ (kg.K)； 液體的導熱系數(shù)W/ (m.K)； 液體在釜內(nèi)溫度時的粘度 Pa. S; w液體在壁溫時的粘度Pa. s；在此計算中個，各參量如下：D=1600mm=1.6m； d= 800mm=0.8m；n= 80r/min= 80/60rps；=（969.08+18.89+126.63+103.37+526.96+35.12)/2053.76 =0.95

37、Kg/m2查化工原理 (陳敏恒)可得到各組分Cp。代入公式：=80%乙醇+20%水=0.172×80%+0.599×20%=0.2574W/（m.K）=80%乙醇+20%水 =1.15×80%+1.005×20%=1.121mPa=1.121×10-3Pa.S取/w =1，把各系數(shù)代入公式中得：1 =0.73(/D)(nd2)0.65(CP/)0.33(/w)0.24 1 = 0.73(0.2574÷1.6)(80/60×0.802×950/1.210)0.65×(2670×1.121×

38、;10-3/0.2647)0.33 =1480.24W/(m2.K) 求夾套側(cè)傳熱膜系數(shù)2：De=D1-DN=1600-1450=150mm=0.15m （5-4）則Re=Deu/其中：-水在夾套內(nèi)的流速m/s：Re=0.15×0.02×1050/8×10-4=3937.53600所以接下式計算：2=9300（0.8/De0.2）=9300×（0.020.8÷0.150.2）=594.41W/( m2.K)求傳熱系數(shù)K； 搪玻璃釜的釜壁分兩部分，一部分為鑄鐵層，另一部分為鍍上去的搪瓷層,其參數(shù)如下：鑄鐵層厚度為 20mm，=62.8W/ (m.

39、K)查化工工藝設計手冊(第三版，下冊)：搪玻璃設備玻璃層厚度一般為 0.8-2.Onnn，取 1. 0mm查化工工程手冊(第二版，上卷)：搪瓷導熱系數(shù)：0.87一1.l6W/ (m.K)。取0.9 W/ (m.K)則 K = 1/ ( 1/ 1+ 1/ 2+/) = 1/(1/1480.24+1/594.41+0.O2/62. 8+0.001/0.9) = 1÷O.003787489 = 264.O3W/ (m2.K) = 950.51KJ/(m2.h.K)由于t3t4段能流密度最高，故選取這一段來計算，料液進、出口溫度分別為500C和 250C，設冰鹽水進、出溫度分別為-1O0C和

40、O0C，則有：tm=50-(-10)-(25-0)÷50-（-10）/（25-0）=39.98OC冷卻時間 t=0.75hA=Q2/Ktmt=134674.61/(950.51)×39.98×0.5)=7.O9 m2< 9.3m2所以選取的V=3000L，A=9.3m2的搪玻璃開式攪拌反應罐可行。查化工工藝設計手冊(第三版下冊)，相關參數(shù)如下： 表6-3縮合工段反應設備參數(shù)序號2122公稱容積VN/L3000公稱直徑DN/mmL系列1450S系列1600計算容積VJ/L31553380容積系數(shù)VN/VJ0.950.89夾套換熱面積/m29.39.3公稱壓力P

41、NDN1300時，容器內(nèi)：0.25、0.6、1.0Mpa；夾套內(nèi)：0.6MpaDN1450時，容器內(nèi)：0.25、0.6 Mpa；夾套內(nèi)：0.6Mpa；介質(zhì)溫度及容器材料02000oC（材料為Q235-A,Q235-B）或高于-20200OC(材料為20R)攪拌軸公稱直徑dN/mm95電動機功率/kW錨式攪拌器5.05.5框式攪拌器槳式攪拌器葉輪式攪拌器7.5電動機型式Y(jié)型或YB型系列（同步轉(zhuǎn)速1500r/min）攪拌軸公稱轉(zhuǎn)速錨式、框式攪拌器63r/min、80/min；槳式攪拌器80r/min、125r/min；葉輪式攪拌器125r/min傳動裝置機型I減速機型號CWS125-300機型II

42、、IIIBLD-3懸掛式支座A5×4支承式支座2.5t×4參考質(zhì)量/kg335036685.3 其它設備的選型縮合工段苯回收崗位設備選型： 表6-6 縮合工段乙醇回收物料體積表名稱質(zhì)量m (kg)密度(kg/1)體積V (1)苯1298.170.881475.2水123.10.998123.5雜質(zhì)53.53226.6每批物料總體積為：Vd= 1475.2+123.5+26.6=1625.3(l)取裝料系數(shù)為 0.75，則蒸餾釜體積為：VT= Vd÷0.75= 1625.3÷0.75= 2167.1(l) 查 化工工藝設計手冊 (第三版，下冊)：取K型搪玻

43、璃蒸餾容器系列中的3000L蒸餾罐。相關的尺寸參數(shù)和管口參數(shù)如下；表 67 縮合工段乙醇回收設備參數(shù)公稱容積VN/L3000公稱直徑K型1750DN/mmF、P型1750計算容積VJ/L34983630D012201220D119001900D221962196D314001400-H025592100H1700560H2649-H3400400H4310680H51201600H16001800表6-8 縮合工段乙醇回收設備管口特性參數(shù)公稱容積容器蓋管口公稱直徑夾套管口公稱直徑蒸餾口a入手孔a溫度計口t視鏡S1 S2備用孔b放料口f進出口放氣閥g放凈口an1n2n3n43000400400&

44、#215;3001501251001256565G3/4/G1/2/注：以上表格中，上排為K型容器的管口參數(shù)，下排為F、P型容器的管口參數(shù)。第6章 廠區(qū)布置和車間布置設計6.1工廠設計的內(nèi)容與規(guī)范：工廠布置是設計的一個要環(huán)節(jié)，其布置是否合理，不僅與施工、安裝、建設、投資密切相關，而且與車間建成后的生產(chǎn)、管理、安全 和經(jīng)濟效益密切相關。 工廠布置涉及的對是生產(chǎn)過程中使用的機器設備，各種物料和從事生產(chǎn)的操作人員工廠布置的基本任務是結(jié)合廠區(qū)自然條件和外部條件確定生產(chǎn)工廠中各種機器設備的空間位置，使獲得最經(jīng)濟合理的物料和人員的流動路線。就大的空間范圍而言，就是在一個地區(qū)內(nèi)廠位置的確定是為就尋找最佳的廠

45、外運輸路線 ；就小范圍而言，就是在一個廠區(qū)內(nèi)，廠房位置的確定是為了尋找最佳的廠內(nèi)運輸路線。這說明廠址選擇工作和工廠布置工作任務的一致性，同時，也說明在不同工作階段工廠布置的著重點。 對于工廠布置，按我國習慣分法，可劃分廠區(qū)布置和車間布置。 車間布置是工藝專業(yè)向其他非工藝專業(yè)提供開展車間設計的基礎資料之一。若車間布置不合理，不僅將直接影響到操作條件的好壞、生產(chǎn)的正常進行和設備的安全運行，而且還導致基建時工程造價高、施工安裝不便，甚至造成車間建成出現(xiàn)一系列生產(chǎn)和管理的負面問題；因此本設計在車間布置時嚴格遵守如下設計規(guī)范和規(guī)定： GBJl6-87 建筑設計防火規(guī)范 (1987年) T536-79 工

46、業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準 (1978年) GBJ87-85 工業(yè)企業(yè)噪聲控制設計規(guī)范 (1985年) HGJ21-89 化工企業(yè)爆炸和火災危險環(huán)境電力設計規(guī)格(化學工業(yè)部 1989年) 中華人民共和國 炸危險場所電氣安全規(guī)程 (1987年，試行)藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范 (1998年修改)藥品生產(chǎn)管理規(guī)范 (中國醫(yī)藥工業(yè)公司，1985年)潔凈廠房規(guī)范 (GB50073-2001)6.2 廠址的選擇：廠址選擇應從國家政策、經(jīng)濟、環(huán)境保護等多方面綜合考慮雙酚A和環(huán)氧氯丙烷的這條生產(chǎn)工藝路線屬于污染較嚴重的一種，建議不要把廠址選在市區(qū)。如果選址選在城郊，最好選在下水側(cè)，以防止氰化物對城市用水造成污染。另外，選址最好是在交通較為方便的地方，便于原料和產(chǎn)品的運輸。6.3 車間的布置：本設計在確定了車間的火災危險類別、爆炸與火災危險性場所等級、衛(wèi)生標準、車間建筑 (構筑)物、露天場所的主要尺寸和全部工藝設備的空間位置后對車間進行了如下布置。6.3.1 輔助生產(chǎn)和行政-生活布置：