季戊四醇畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、季戊四醇畢業(yè)設(shè)計(jì)、乙刖百季戊四醇是由甲醛和乙醛縮合而成，在涂料、汽車、輕工、建筑、合成樹(shù)脂、炸藥等方面具有廣泛的應(yīng)用，止匕外，還用于醫(yī)藥、農(nóng)藥等生產(chǎn)?；谠谏轿魅S有限公司實(shí)習(xí)所得，同時(shí)結(jié)合專業(yè)課的深入學(xué)習(xí)以及老師的悉心教導(dǎo)，我開(kāi)展了對(duì)季戊四醇的車間工藝設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)內(nèi)容以甲醛、乙醛和氫氧化鈉為原料經(jīng)過(guò)縮合反應(yīng)，得到季戊四醇混合物，在經(jīng)過(guò)中和、脫醛、蒸發(fā)、結(jié)晶工序得到季戊四醇晶體，最后經(jīng)過(guò)分離、干燥等工序得到季戊四醇產(chǎn)品。由此工藝可知，設(shè)計(jì)任務(wù)是非常龐大的，這不僅要求我們要有扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)，更要有靈敏的理解感悟能力，同時(shí)要熟練掌握計(jì)算機(jī)，熟練運(yùn)用畫(huà)圖工具，其成果包括工藝流程圖、主設(shè)備圖、車

2、間布置圖、物料衡算、熱量衡算、工藝設(shè)備選型設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)核算、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)、查閱英文文獻(xiàn)并翻譯等。由此可見(jiàn)任務(wù)極其艱巨，在設(shè)計(jì)中我多次無(wú)從下手，苦惱之極，但靜下心來(lái)仔細(xì)研究、摸索，終有路可尋，雖然很辛苦，當(dāng)從中所學(xué)知識(shí)及能力是無(wú)法估量的，精神上更加豐富。本設(shè)計(jì)為初步設(shè)計(jì)，我按照設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求內(nèi)容，一步一步完成，但由于經(jīng)驗(yàn)不足，理論和實(shí)踐知識(shí)不夠扎實(shí)，在設(shè)計(jì)中還有大量不足之處，誠(chéng)請(qǐng)老師給予指正。2011年05月30日I/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計(jì)年產(chǎn)10000噸季戊四醇生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)10000噸季戊四醇生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)。季戊四醇是一種典型的新戊基結(jié)構(gòu)四元醇，又名四羥甲基甲烷，化學(xué)名稱

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

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

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

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

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

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

9、外生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場(chǎng)分析1.2.1 國(guó)外生產(chǎn)現(xiàn)狀據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)得知1,56,2002年產(chǎn)量為38萬(wàn)噸左右，裝置開(kāi)工率約為76%,其生產(chǎn)主要集中在西歐、北美和亞洲地區(qū)，其中西歐地區(qū)生產(chǎn)能力為15.9萬(wàn)噸/年；亞洲地區(qū)（除日本外）生產(chǎn)能力為15.6萬(wàn)噸/年；北美地區(qū)生產(chǎn)能力為101萬(wàn)噸/年；日本生產(chǎn)能力為43萬(wàn)噸/年；其他地區(qū)和國(guó)家生產(chǎn)能力為4.0萬(wàn)噸/年左右。至2006年，當(dāng)年全世界季戊四醇的總生產(chǎn)能力約為61.0萬(wàn)噸，產(chǎn)量約為45.0萬(wàn)噸，裝置開(kāi)工率約為73.8%，其主要生產(chǎn)地依然在歐美地區(qū)。到2009年為止，國(guó)外有25家季戊四醇生產(chǎn)企業(yè)，其總生產(chǎn)能力為44萬(wàn)噸/年，其中美國(guó)占12.95%。主要的生產(chǎn)

10、廠家有美國(guó)Hercules公司、美國(guó)赫司特/塞拉尼斯公司、瑞典柏仕德（Perstorp/司、中國(guó)臺(tái)灣李長(zhǎng)榮化工公司、加拿大Chemcel公司、德國(guó)德固薩公司、日本三菱瓦斯化學(xué)公司、日本廣榮化學(xué)公司等，詳情見(jiàn)表1.2。其中柏仕德（Perstorp冶司為全球最大的季戊四醇生產(chǎn)廠家，它在印度、意大利、美國(guó)和德國(guó)都建有生產(chǎn)企業(yè)和裝置。具擁有5.7萬(wàn)噸/年的季戊四醇生產(chǎn)能力，占全球生產(chǎn)總能力的9%。20062011年期間，美國(guó)醇酸樹(shù)脂消費(fèi)量的年增長(zhǎng)率2%;西歐季戊四醇硝酸酯的年均增長(zhǎng)率1%;期間日本由于醇酸樹(shù)脂需求少，季戊四醇消費(fèi)量的年均增長(zhǎng)率較緩慢。表1.2國(guó)外季戊四醇的生產(chǎn)廠單位：萬(wàn)噸/年國(guó)家公司名

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

12、印度印度印度印度日本日本日本日本韓國(guó)DegussaAGUralkhimplast公司Metafrax公司PolisanBoya公司AlliedResins&ChemicalsKanoria公司柏仕德印度化工（PerstorpIndiaChemicals）公司Rinki公司）榮（Koei）公司二菱瓦斯（MGC）公司二菱（Mitsui）化學(xué)公司三井化學(xué)公司Yu-Jin公司1.2.2 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀1,6,7我國(guó)季戊四醇的生產(chǎn)始于1957年，當(dāng)時(shí)年產(chǎn)量只有20噸，到20世紀(jì)90年代才開(kāi)始快速發(fā)展，1997年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)能力和產(chǎn)量分別為5萬(wàn)噸/年和2萬(wàn)噸左右，2002年的生產(chǎn)能力和產(chǎn)量分別為10萬(wàn)噸

13、/年和5.1萬(wàn)噸。隔年2003年生產(chǎn)能力和產(chǎn)量又增加到12萬(wàn)噸/年以上和6.5萬(wàn)噸左右，生產(chǎn)能力與產(chǎn)量年均增長(zhǎng)率分別為15.7%和21.7%。到2004年底，我國(guó)季戊四醇的生產(chǎn)能力達(dá)到16.5萬(wàn)噸/年，2004年產(chǎn)量達(dá)到10.8萬(wàn)噸/年。截止到2008年8月，我國(guó)季戊四醇產(chǎn)能已達(dá)到29萬(wàn)噸/年，產(chǎn)量為17.5萬(wàn)噸，開(kāi)工率約58%o經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)季戊四醇的生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)水平逐步得到了較大的提高。至20世紀(jì)90年代以來(lái)到目前為止我國(guó)季戊四醇生產(chǎn)廠家有近30家，其中生產(chǎn)規(guī)模較大的企業(yè)有湖北省宜化集團(tuán)有限責(zé)任公司、湖南衡陽(yáng)三化實(shí)業(yè)股份有限公司、云南天然氣化工廠和保定市化工原料廠等。表1.3為我

14、國(guó)季戊四醇主要生產(chǎn)廠家和生產(chǎn)能力。3/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計(jì)表1.3我國(guó)季戊四醇主要生產(chǎn)廠家和生產(chǎn)能力（t/a）湖北省宜化集團(tuán)有限責(zé)任公司150002002年擴(kuò)能湖南衡陽(yáng)三化實(shí)業(yè)股份有限公司13000云天化集團(tuán)公司100001999年建成投產(chǎn)定市化工原料廠100002003年建成投產(chǎn)吉化公司長(zhǎng)松化工廠7500江蘇力強(qiáng)集團(tuán)公司化工廠6000河南濮陽(yáng)甲醇廠5000遼河油田有機(jī)化工廠3000近幾年來(lái)我國(guó)季戊四醇迅速發(fā)展，19952004年，我國(guó)季戊四醇產(chǎn)量年均增長(zhǎng)率為16.2%。而且也由僅有一套萬(wàn)噸級(jí)規(guī)模增加到四套。其中有二套生產(chǎn)裝置為采用先進(jìn)技術(shù)新建的裝置。盡管我國(guó)近年來(lái)季戊四醇發(fā)展加快，但是與國(guó)際

15、水平和國(guó)內(nèi)下游產(chǎn)品需求仍存在較大差距。存在主要問(wèn)題有：一是裝置規(guī)模小，至2004年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)能力超過(guò)5000t/a廠家僅有7家，80%企業(yè)生產(chǎn)能力低于5000t/a,而且多數(shù)能力為1000-3000t/a左右，還有的采用落后的鈣法生產(chǎn)，環(huán)境污染嚴(yán)重，生產(chǎn)成本高，長(zhǎng)期處于停產(chǎn)或半停產(chǎn)狀態(tài)；二是裝置能力過(guò)剩，開(kāi)工率低下，盡管到2004年國(guó)內(nèi)產(chǎn)量增長(zhǎng)幅度高于生產(chǎn)能力增長(zhǎng)幅度，裝置開(kāi)工率由1998年的40%增加到目前的55%左右，但是仍有近一半裝置處于停產(chǎn)狀態(tài)；三是合成技術(shù)落后，目前國(guó)內(nèi)能夠采用自行開(kāi)發(fā)技術(shù)建設(shè)萬(wàn)噸級(jí)裝置，但是合成技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相比，仍存在環(huán)境污染嚴(yán)重，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，檔次低，產(chǎn)品質(zhì)量

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

17、醇工業(yè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。在2002年以前，我國(guó)季戊四醇的進(jìn)口量一直呈增加趨勢(shì)，其中2001年進(jìn)口量達(dá)到10667噸，歷史最高記錄。隨后，隨著國(guó)內(nèi)生產(chǎn)能力和產(chǎn)量的不斷增加，進(jìn)口量大幅度減少。2006年進(jìn)口量2445噸，2007年為2283噸，2008年進(jìn)口量為2萬(wàn)噸，同比減少約7.8%。2009年16月份進(jìn)口量為914噸，同比減少25.4%;在進(jìn)口的同時(shí)，我國(guó)季戊四醇也有少量出口，且出口量逐年增加。2006年出口量為32665噸，2007年增加到46014噸，2008年進(jìn)一步增加到63274噸，同比增長(zhǎng)37.5%,2009年16月份出口量達(dá)到22429噸，同比減少39.3%回。近幾年我國(guó)季戊四醇的進(jìn)出

18、口情況見(jiàn)表1.4。表1.4我國(guó)季戊四醇的進(jìn)出口情況/(t/a)/(力Ibn/t)/(t/a)/（力美兀/t）20029822867.41321984.8200326411126.578471008.9200422311289.1156051081.8200519861353.5201511094.0200624551349.5326651154.9200722831825.7460141567.0200821042281.4632741876.32009(16)2141935.4224291300.71997年至2008年底，季戊四醇市場(chǎng)大起大落。國(guó)內(nèi)一些老企業(yè)退出，漂陽(yáng)化工、鵬鑫化工等新興企

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

20、1.38據(jù)預(yù)計(jì)，到2012年我國(guó)對(duì)季戊四醇的總需求量將達(dá)到約15.7萬(wàn)噸，其中醇酸樹(shù)脂所占比例將有所下降，而潤(rùn)滑油松香酯和聚氨酯領(lǐng)域比例將有所上升，這些領(lǐng)域?qū)疚焖拇假|(zhì)量要求比醇酸樹(shù)脂領(lǐng)域要高，而且對(duì)雙季戊四醇和三季戊四醇的需求將快速增加。屆時(shí)的產(chǎn)能將達(dá)到約35萬(wàn)噸，屆時(shí)產(chǎn)能將過(guò)剩，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈10。1.3 主要生產(chǎn)方法自從1938年美國(guó)以甲醛與乙醛在堿性介質(zhì)中縮合季戊四醇實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)季戊四醇的合成工藝的研究就一直沒(méi)有停止，其生產(chǎn)技術(shù)得到了快速的發(fā)展。主要的方法有Cannizzaro法和縮合加氫法兩類。1.3.1 Cannizzaro（康尼扎羅）法1,11,12在堿存在

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

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

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

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

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

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

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

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

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

30、分離器進(jìn)行氣固分離，干料自底部流入料倉(cāng)，含有細(xì)料的粉塵自上部排出進(jìn)入二級(jí)旋風(fēng)分離器。分離的細(xì)料每小時(shí)放料一次進(jìn)行回收。分離后含有粉塵的熱空氣進(jìn)入脈沖袋濾器進(jìn)行過(guò)濾，每?jī)尚r(shí)放料一次?；?yàn)合格后包裝入庫(kù)。10/92季戊四醇畢業(yè)設(shè)計(jì)3物料衡算3.1 工藝流程框圖xa乙用3.2 計(jì)算依據(jù)(1)生產(chǎn)能力：年產(chǎn)1萬(wàn)噸季戊四醇按工作日為300天每年來(lái)計(jì)算10000日廣里=33噸300(2)相關(guān)物性數(shù)據(jù)表3.1物性數(shù)據(jù)表原料名稱規(guī)格配比熔點(diǎn)c沸點(diǎn)c密度g/cm3氫氧化鈉純度30%1.340.00318.413901.3279甲醛純度37%6.530.03-92-19.20.815乙醛純度98%144.05-

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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