年產10萬噸聚碳酸酯化工廠初步設計說明

1、 . . . . 57/61年產10萬噸聚碳酸酯化工廠初步設計摘 要聚碳酸酯是由雙酚A鈉鹽與光氣進行反應，產物簡聚體進行縮聚反應獲得。本設計時年產10萬噸聚碳酸酯廠工藝設計，主要進行了工藝計算、設備選型，并繪制了全廠平面布置圖、帶控制點的工藝流程圖、車間的立面圖和平面圖。關鍵詞：聚碳酸酯，雙酚A，工藝，圖Polycarbonate Process of The Technological Designof 100,000 t Polycarbonate Per YearABSTRACTPolycarbonate is deserved by the Bisphenol-A of Sodium

2、salt and phosgene. This indication is to design for a chemical factory, which produce100,000 t Polycarbonate process yearly. It include the main equipment computation and the shaping in the technical process of Polycarbonate CHP, entire factory floor-plan, synthetic CHP total flow chart, workshops e

3、levation and horizontal plan.KEY WORDS：Polycarbonate，Bisphenol-A ，Technology ，Chart目 錄 TOC o 1-3 h z HYPERLINK l _Toc2011984141 概述 PAGEREF _Toc201198414 h 1HYPERLINK l _Toc2011984151.1設計依據 PAGEREF _Toc201198415 h 1HYPERLINK l _Toc2011984161.1.1課題背景 PAGEREF _Toc201198416 h 1HYPERLINK l _Toc2011984171

4、.1.2我國聚碳酸酯產業(yè)現狀 PAGEREF _Toc201198417 h 1HYPERLINK l _Toc2011984181.1.3國際聚碳酸酯需求概況 PAGEREF _Toc201198418 h 2HYPERLINK l _Toc2011984191.2設計依據 PAGEREF _Toc201198419 h 3HYPERLINK l _Toc2011984201.3設計原則 PAGEREF _Toc201198420 h 3HYPERLINK l _Toc2011984211.4設計任務 PAGEREF _Toc201198421 h 3HYPERLINK l _Toc2011

5、984221.5 勞動安全衛(wèi)生 PAGEREF _Toc201198422 h 4HYPERLINK l _Toc2011984232 工藝設計 PAGEREF _Toc201198423 h 5HYPERLINK l _Toc2011984242.1工藝流程設計 PAGEREF _Toc201198424 h 5HYPERLINK l _Toc2011984252.1.1 工藝流程設計的重要性 PAGEREF _Toc201198425 h 5HYPERLINK l _Toc2011984262.1.2 工藝流程設計的原則 PAGEREF _Toc201198426 h 5HYPERLINK

6、 l _Toc2011984272.1.3 工藝流程選擇分析與研究 PAGEREF _Toc201198427 h 5HYPERLINK l _Toc2011984282.1.4 工藝流程設計 PAGEREF _Toc201198428 h 6HYPERLINK l _Toc2011984292.1.5生產工藝流程敘述 PAGEREF _Toc201198429 h 7HYPERLINK l _Toc2011984302.1.6工藝流程設計參數 PAGEREF _Toc201198430 h 8HYPERLINK l _Toc2011984312.2工藝計算 PAGEREF _Toc20119

7、8431 h 8HYPERLINK l _Toc2011984322.2.1物料衡算 PAGEREF _Toc201198432 h 8HYPERLINK l _Toc2011984332.2.2熱量衡算 PAGEREF _Toc201198433 h 14HYPERLINK l _Toc2011984343 工藝計算與設備選型 PAGEREF _Toc201198434 h 18HYPERLINK l _Toc2011984353.1 塔的工藝與選型 PAGEREF _Toc201198435 h 18HYPERLINK l _Toc2011984363.1.1 T101 PAGEREF _

8、Toc201198436 h 18HYPERLINK l _Toc2011984373.1.2最小回流比的計算 PAGEREF _Toc201198437 h 19HYPERLINK l _Toc2011984383.1.3全塔理論塔板數 PAGEREF _Toc201198438 h 20HYPERLINK l _Toc2011984393.1.4 精餾段理論塔板數 PAGEREF _Toc201198439 h 21HYPERLINK l _Toc2011984403.1.5板效率與實際塔板數 PAGEREF _Toc201198440 h 22HYPERLINK l _Toc201198

9、4413.1.6塔和塔板主要工藝尺寸計算 PAGEREF _Toc201198441 h 22HYPERLINK l _Toc2011984423.1.7塔板負荷性能方程 PAGEREF _Toc201198442 h 26HYPERLINK l _Toc2011984433.3 氣流干燥器的工藝計算與選型 PAGEREF _Toc201198443 h 31HYPERLINK l _Toc2011984443.4 過濾設備的工藝計算與選型 PAGEREF _Toc201198444 h 35HYPERLINK l _Toc2011984454 設備型號一覽表 PAGEREF _Toc2011

10、98445 h 38HYPERLINK l _Toc2011984464.1 泵的選擇 PAGEREF _Toc201198446 h 38HYPERLINK l _Toc2011984474.2 容器、罐的選擇 PAGEREF _Toc201198447 h 39HYPERLINK l _Toc2011984484.3冷凝器、再沸器的選擇 PAGEREF _Toc201198448 h 40HYPERLINK l _Toc2011984495廠制和廠址選擇 PAGEREF _Toc201198449 h 42HYPERLINK l _Toc2011984505.1廠制概況 PAGEREF _

11、Toc201198450 h 42HYPERLINK l _Toc2011984515.1.1工廠組織 PAGEREF _Toc201198451 h 42HYPERLINK l _Toc2011984525.1.2工作制度 PAGEREF _Toc201198452 h 42HYPERLINK l _Toc2011984535.1.3人員配備 PAGEREF _Toc201198453 h 42HYPERLINK l _Toc2011984545.2廠址選擇 PAGEREF _Toc201198454 h 43HYPERLINK l _Toc2011984555.2.1 建廠依據 PAGER

12、EF _Toc201198455 h 43HYPERLINK l _Toc2011984565.2.2 指導方針 PAGEREF _Toc201198456 h 43HYPERLINK l _Toc2011984575.2.3 選廠經過 PAGEREF _Toc201198457 h 43HYPERLINK l _Toc2011984586 全廠總平面設計 PAGEREF _Toc201198458 h 44HYPERLINK l _Toc2011984596.1總平面設計任務和步驟 PAGEREF _Toc201198459 h 44HYPERLINK l _Toc2011984606.1.

13、1總平面設計任務 PAGEREF _Toc201198460 h 44HYPERLINK l _Toc2011984616.1.2工廠組織 PAGEREF _Toc201198461 h 44HYPERLINK l _Toc2011984626.2總平面設計原則 PAGEREF _Toc201198462 h 44HYPERLINK l _Toc2011984636.3總平面布置評述 PAGEREF _Toc201198463 h 45HYPERLINK l _Toc2011984647 公用工程和輔助設計方案 PAGEREF _Toc201198464 h 47HYPERLINK l _To

14、c2011984658 設計結果 PAGEREF _Toc201198465 h 51HYPERLINK l _Toc2011984668.1設計成果 PAGEREF _Toc201198466 h 51HYPERLINK l _Toc2011984678.2圖紙與比例 PAGEREF _Toc201198467 h 51HYPERLINK l _Toc201198468總 結 PAGEREF _Toc201198468 h 52HYPERLINK l _Toc201198469致 PAGEREF _Toc201198469 h 53HYPERLINK l _Toc201198470參 考 文

15、 獻 PAGEREF _Toc201198470 h 541 概述1.1設計依據1.1.1聚碳酸酯產業(yè)的現狀由于世界金融市場處于混亂狀態(tài)，2009年亞洲雙酚A(BPA)市場，將繼續(xù)面臨困難時期的挑戰(zhàn)，除非經濟走勢上行，來自下游環(huán)氧樹脂和聚碳酸酯(PC)工業(yè)的需求才會稍有提升。一家亞洲貿易商于表示，要使雙酚A(BPA)市場上揚，至少在今后6個月以后。隨著雙酚A(BPA)現貨的急劇下滑，該工業(yè)處于不景氣狀態(tài)。截至2008年12月，雙酚A(BPA)價格與當年7月相比、下降了近40%。由于全球金融市場惡化和經濟衰退帶來的影響，來自聚碳酸酯(PC)和環(huán)氧樹脂工業(yè)需求的疲軟，而導致雙酚A(BPA)市場的不

16、振，將可能會持續(xù)到年底。雖然新的環(huán)氧樹脂和聚碳酸酯(PC)，生產裝置已于2008年投運，但經濟的下行趨勢和競爭的加劇，已大大擠壓了一些公司的邊際利潤，迫使一些生產商降低開工率或延長裝置停工期。雙酚A(BPA)發(fā)展在2008年也受到一些負面的影響，來自與雙酚A(BPA)接觸的健康危害的爭論，已促使一些國家如加拿大在食品容器應用中禁用這種化學品。鑒于終端用戶減少購買量，亞洲地區(qū)一些雙酚A(BPA)生產商紛紛降低開工率，以減少這種高成本材料不斷增多的庫存。中國大多數環(huán)氧樹脂裝置，目前開工率都在5060%。集團公司-三井化學公司合資的，10萬噸/年雙酚A(BPA)裝置于2008年12月投產后，又使該地

17、區(qū)新增了供應量，預計雙酚A(BPA)價格一度會下跌至底線。另外貿易商和終端用戶的調查指出，如果需求繼續(xù)疲軟，則對雙酚A(BPA)價格的支撐會很小。2009年也會出現一些新的貿易動向，中國與東南亞國家聯盟(ASEAN)成員國之間的自由貿易協定(FTA)將實施，按照新的法則，雙酚A(BPA)從ASEAN出口將執(zhí)行零關稅。東南亞國家聯盟(ASEAN)有2家主要的雙酚A(BPA)生產商：拜耳公司在泰國擁有16萬噸/年裝置，三井化學公司在新加坡擁有23萬噸/年裝置。1.1.2課題背景聚碳酸酯（簡稱）是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根據酯基的結構可分為脂肪族、芳香族、脂肪族芳香族等多種類型。其中由于

18、脂肪族和脂肪族芳香族聚碳酸酯的機械性能較低，從而限制了其在工程塑料方面的應用。目前僅有芳香族聚碳酸酯獲的了工業(yè)化生產。聚碳酸酯是一種性能優(yōu)異的通用工程塑料，自問世以來迅速在發(fā)達國家形成產業(yè)化生產，且技術持續(xù)發(fā)展，裝置規(guī)模不斷擴大。由于聚碳酸酯光學透明性好、抗沖擊強度高，并具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、耐蠕變性、抗寒性、電絕緣性和阻燃性等特點，使之在透明建筑板材、電子電器、光盤媒介、汽車工業(yè)等領域得到廣泛應用。聚碳酸酯的應用開發(fā)是向高復合、高功能、專用化、系列化方向發(fā)展，目前已推出了光盤、汽車、辦公設備、箱體、包裝、醫(yī)藥、照明、薄膜等多種產品各自專用的品級牌號。我國在聚碳酸酯研發(fā)上雖起步較早，先后有不少企

19、業(yè)進行研發(fā)生產，但由于工藝技術落后、生產裝置規(guī)模較小、產能低、產品質量差，目前僅剩一家企業(yè)維持生產，國市場所需的聚碳酸酯不得不大量依賴進口。因此，大力加強聚碳酸酯研發(fā)，加速實現其規(guī)模產業(yè)化，已成為國家的重要戰(zhàn)略需求。我國聚碳酸酯長期依賴國外進口，2000年進口量為23萬噸，到2008年增至101.7萬噸，增長了近4倍，2008年國聚碳酸酯的表觀消費量接近80萬噸，未來幾年將保持10-15%的增長率。中國聚碳酸酯的產能僅為26萬噸，而且絕大部分為合資或獨資企業(yè)，對外依存度非常高。對我國聚碳酸酯生產企業(yè)來講，加快技術進步已刻不容緩。1.1.3聚碳酸酯市場需求概況20世紀末，世界聚碳酸酯的產量約11

20、4萬噸，聚碳酸酯按功能特性分為一系列品級，如通用級、透明級、醫(yī)藥食品級等。各品級又可進一步細分為更多的具體牌號。一些大的生產廠商可提供幾十個品級、上百個牌號產品。聚碳酸酯的應用開發(fā)是向高復合、高功能、專業(yè)化、系列化方向發(fā)展。2004 年世界聚碳酸酯表觀消費量278.2 萬t,光學介質是聚碳酸酯消費增長最快的領域, 消費比例占24%; 其次是電子/電氣和建材, 各占19%; 汽車約占13%,詳見下表1-3 全球聚碳酸酯消費表用途北美/萬t西歐/萬t日本/萬t亞洲其他/萬t其他/萬t合計/萬t比例%汽車13.57.13.010.02.035.613電子電器7.511.56.122.95.053.0

21、19片材13.513.36.114.17.054.019光學介質11.012.03.536.94.067.024其他18.57.16.628.87.668.625合計64.051.025.3112.325.6278.2100北美的汽車產業(yè)所消費的聚碳酸酯遠高于西歐、日本與其它地區(qū), 約占全球汽車領域消費量的38 %。歐洲受氣候影響, 對制造絕熱玻璃的薄膜和片材需求較高, 占全球該類產品總消費量的25%。亞洲地區(qū)( 不包括日本) 在電子、電器產品和光學相關產品領域消費的聚碳酸酯在世界所占比例相當高, 電子、電器領域占全球該類產品消費量43%, 光學產品占全球該類產品消費量54%.可見國外聚碳酸酯

22、應用的最大的市場是電子/電氣(寶庫計算機、辦公設備和光盤)，透明薄板和片材以與汽車工業(yè)。在未來的一段時間，聚碳酸酯的需求量將持續(xù)增長，亞太、拉丁美洲將是增長最快的地區(qū)。預計到2007年，世界聚碳酸酯的需求量將達到億噸，其中計算機、光盤等信息產業(yè)方面的增長最快。1.2設計原則(1)遵守法則，法規(guī)，貫徹黨的基本建設方針，實事，因地制宜(2)合理利用國家資源和財產，最大限度的發(fā)揮硬件設施的在潛力，節(jié)約土地，減少投資，降低成本；(3)采用成熟的。先進的工藝流程，設備，學習先進的生產技術，努力實現自動化?，F代化提高產品的科技含量；(4)一輕化工業(yè)產品批量小、品種多的特點，努力做到“一錢多用，一錢多能”，

23、是本廠具有較強的市場適應力； (5)盡可能創(chuàng)造良好的勞動條件，以利于勞動工人的身心健康；(6)大多數廠房，特別是主要生產車間的布置，應考慮到日照方位和主導風向，保證自然通風，廠前區(qū)和防污染的車間放在上風向，產生粉塵、煙、熱等的車間與易燃庫布置在下風向；(7)近期建設和遠期發(fā)展相結合，主要生產車間留有適當的發(fā)展余地，輕化工工廠變化較快，綜合利用較廣，加工深度較深，大多數工藝流程更新快，這要求在設計實現留有較大的預留地，以滿足工廠發(fā)展變化的需要；(8)為保證平面圖具有建筑藝術性，廠房形狀要規(guī)則簡單，使道路徑直，廠房中心線保持垂直或平行；(9)采取各種措施，提高建筑系數和場地利用稀疏。建筑系數一般為

24、25%40%，場地利用系數一般為50%60%，這是總平面設計的主要技術經濟指標。1.3設計任務年產10萬噸聚碳酸酯化工廠設計，完成對廠址的選擇和對工藝流程的可行性分析，進行物料衡算和熱量衡算，主要設備的計算和選型，畫出工藝流程圖，主要的反應設備裝置圖，全廠平面圖以與各車間平面布置圖與立面圖。1.4 環(huán)境保護與三廢處理隨著世界特別是我國環(huán)境的明顯惡化，國民的環(huán)境保護意識逐步提高，為了我們生存環(huán)境，為了我們自己，為了我們的子后代，必須保護環(huán)境。對污染源、廢水、廢氣、廢渣、噪音粉塵煙等的具體防止和處理方法主要依據環(huán)境保護法與相應的可行性研究、環(huán)保報告和初審意見來確定，同時加強對員工環(huán)保意識的教育，對

25、表現比較好者給予物質上面的獎勵，引領其他員工向他們學習。同時我們將嚴格執(zhí)行國家有關對化工企業(yè)環(huán)保的標準：(1)地面水環(huán)境質量標準GB3838-88；(2)環(huán)境空氣質量標準GB3095-96；(3)城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準GB3096-93；(4)工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標準GB12348-90；(5)車間空氣中有害物質的最高允許濃度；(6)居民區(qū)大氣中有害物質的最高允許濃度；(7)污水綜合排放標準GB8978-96；(8)鍋爐大氣污染物排放標準GB13271-91；(9)大氣污染物綜合排放標準GB16297-1996。經處理過的排入城鎮(zhèn)排水管道的工業(yè)廢水和生活廢水，應符合：(1)水溫不高于40；(2)不產

26、生易燃易爆和有毒氣體；(3)不傷害養(yǎng)護人員；(4)對病原體必須嚴格消毒滅菌；(5)有毒物質最高容許濃度應符合工業(yè)“三廢”排放試行規(guī)定。 對于廢渣一般采用填埋、焚化、堆肥前應取得衛(wèi)生部門的同意，不允許污染水源土壤。局部派出的有害氣體應凈化回收后再向大氣排放。1.5 勞動安全衛(wèi)生工業(yè)衛(wèi)生包括防塵防毒、防暑降溫、防寒防濕、防噪音、振動控制等，對于一般化工廠有一定的規(guī)定。(一)根據車間對勞動保護的設計規(guī)工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準TJ36-79規(guī)定：浴室：衛(wèi)生等級為一級、二級的車間應設車間浴室，三級在車間附近貨場去附近設集中浴室，四季可在居住區(qū)設集中浴室?？赡芤鸾浧つw吸收急性中毒的車間一設事故淋浴。(二)更

27、衣室：一級車間的存衣室，便服、工作服應分別存放。二級車間的存衣室，便服、工作服可同室存放。三級車間的存衣室，便服、工作服可同室存放，存放室和休息室和并設置。四級車間的存衣室和休息室和并設置，可在適當地點存放工作服。易沾染經皮膚吸收的有毒氣體的車間，設置洗衣房。2 工藝設計2.1工藝流程設計2.1.1 工藝流程設計的重要性(1)工藝流程設計是工藝設計的基礎。工藝流程設計是工廠設計中最主要的容，是工藝設計的核心。因為工藝流程設計的質量直接決定車間的生產產品質量、生產能力、操作條件、安全生產、三廢治理、經濟效益等一系列根本性問題。(2)工藝流程設計是物料衡算、設備選型的基礎。從哲學角度來說，工藝流程

28、設計是定性分析工作階段，物料衡算是定量計算階段。一般來說，先定性后定量，所以，工藝流程設計是物料衡算的前提和基礎。2.1.2 工藝流程設計的原則(1)先進性工藝流程的先進性從兩個方面考慮：一方面是技術的先進；一方面是經濟上的合理。兩方面同等重要，缺一不可。(2)可靠性所設計的工藝流程必須可靠即經過實驗室、工業(yè)小試、中試，證明技術是成熟的，生產安全可靠，才可以設計選用。(3)結合國情，因地制宜工藝流程的選擇從技術角度來說，應盡量采用新工藝、新技術，單從具體情況考慮，并不必選擇國外的先進的技術。因為國外的技術往往價格較高，技術性強，沒有實用價值。所以，結合實際，選擇自己易于掌握和改進的技術要方便、

29、實用。2.1.3 工藝流程選擇分析與研究目前，聚碳酸酯的生產方法主要有溶液光氣法、酯交換法、界面縮聚光氣法和非光氣法。(1)溶液光氣法該工藝是將光氣通入含有雙酚A堿性水溶液和二氯甲烷溶劑中進行進行界面縮聚反應，然后將聚合物從溶液中分離出來。與其它的生產方法相比，溶液光氣法由于經濟性較差已完全淘汰。(2)酯交換法酯交換法又稱傳統熔融工藝，其實也是一種間接光氣法工藝。它是以苯酚原料，經過光氣法反應生成碳酸二苯酯，然后再鹵化鋰等催化劑和添加存在下和雙酚A進行酯交換反應，生成低聚物，在進一步縮聚得到聚碳酸酯。盡管該工藝生成成本低于其它生產工藝，但由于其生產出來的聚碳酸酯光學性能較差，催化劑易污染，并且

30、由于存在副產品酚而導致產品分子量較低，應用圍有限，因此限制了該工藝的商業(yè)應用。(3)界面縮聚光氣法界面縮聚光氣法工藝是將雙酚A和燒堿溶液配制成雙酚A鈉鹽，同時加入酚，然后送入光氣反應器。加入二氯甲烷，通光氣進行光氣化反應，反應完成后將反應液送到縮聚反應器，加入三乙胺和燒堿溶液，進行縮聚反應。然后分離含有聚合物的有機相和水相，對有機相進行洗滌、干燥，最后成粒就得聚碳酸酯成品。(4)非光氣法非光氣法是先以液相氧化碳基法生產碳酸二甲酯(DMC)，再與醋酸苯酯酯交換生成碳酸二苯酯(DPC)，然后在熔融狀態(tài)下與雙酚A進行酯交換，縮聚制得聚碳酸酯。因此無副產物，基本無污染，特別是不使用劇毒光氣，因此深受世

31、界各大公司的重視，紛紛致力開發(fā)。綜上所述，非光氣法工藝是一種全封閉、無副產物、污染少、符合環(huán)境要求的綠色工藝，已經由外國公司研究成功，但是由于國仍在研究發(fā)展中，工藝不成熟，本設計不采用，而界面縮聚光氣法工藝成熟，反映在常溫常壓下進行，對設備要求不高，產品質量好，尤其是截止2004年底，全世界聚碳酸酯總生產能力接近3.3Mta 。其中光氣法生產工藝約占總生產能力的90%。所以本設計采用界面縮聚光氣法。2.1.4 工藝流程設計工藝流程的設計參照各方資料，盡量做到簡單高效。主要工藝采取界面光氣法進行聚碳酸酯的合成。界面縮聚光氣法工藝是將雙酚A和燒堿溶液配制成雙酚A鈉鹽，同時加入酚，然后送入光氣反應器

32、。加入二氯甲烷，通光氣進行光氣化反應，反應完成后將反應液送到縮聚反應器，加入三乙胺和燒堿溶液，進行縮聚反應。然后分離含有聚合物的有機相和水相，對有機相進行洗滌、干燥，最后成粒就得聚碳酸酯成品。在設計過程中盡可能多的省去了不必要的繁冗過程。務求工藝流程的簡潔高效，而必不可少的設備要設計地能夠經受不良環(huán)境的考驗。以下為大體的工藝流程圖。聚碳酸酯生產流程圖2.1.5生產工藝流程敘述(1)雙酚A鈉鹽合成反應將氫氧化鈉水溶液(7%)通入反應釜(R101)中，同時加入的還有苯酚、雙酚A、亞硫酸氫鈉。攪拌反應一小時，由釜底出料進入儲罐,然后由泵打入冷卻器(H103)冷卻到10，再送入攪拌反應釜(R102)中

33、。(2)光氣反應將來自光氣站的光氣通過穩(wěn)壓罐(V101)和緩沖罐(V102)進入冷卻器(H102)冷卻到 5然后與來自二氯甲烷儲罐的溫度為5的二氯甲烷混合進入光氣反應釜。同時進入的還有來自換熱器(H103)的雙酚A鈉鹽混合液。攪拌反應一小時，控溫在20左右。反應完全，將多余的光氣通入緩沖罐(V102)中。通入氮氣，將反應液壓入油水分離器(V105)，氫氧化鈉、亞硫酸鈉、氯化鈉水溶液由油水分離器頂部出去，再進入反應釜(R106)中，其中加入氯化鋇，攪拌反應半小時，生成沉淀亞硫酸鋇，將反應液通入板式壓濾機進行過濾。濾液分成兩部分一部分送回反應釜(R101)繼續(xù)利用，另一部分通道反應釜(R107)中

34、與加入的氯化氫溶液反應半小時，然后把反應液通入水處理車間。由誰有分離器底部出來的有機相，由泵通入反應釜(R103)。(3)縮聚反應將來自水油分離器(R103)的有機相在堿性條件下，三甲基芐基作為催化劑，進行縮聚反應，反應時間為一小時，控溫在25。反應完畢后加入甲酸中和反應液中的堿液，測pH為3左右方可，然后進行水洗，直至水洗液中沒有氯離子為止。將反應液通入儲罐中。(4)后處理有機相通入反應釜(R104)中，再加入沉淀劑丙酮攪拌半小時，將含有末狀物的反應液通入轉鼓真空過濾器中，將分離出的產品PC通過短管型氣流干燥器和真空箱干燥器，的末狀產物，在通過擠出造粒的產品PC。由真空過濾器分離出的有機相通

35、入儲罐中，通過泵打到蒸餾釜(R105)中進行蒸餾，蒸餾時間一小時，控溫在60。二氯甲烷和丙酮變成蒸汽有釜頂進入換熱器(H104)中，冷卻至溫度20，進入精餾塔(T101)中，塔頂出二氯甲烷，塔底出丙酮。來自蒸餾釜(R105)釜底的有機相先進入換熱器(H107)中，冷卻到20，然后進入精餾塔(T102)，塔頂出苯碳酰氯，塔底出簡聚體和催化劑。2.1.6工藝設計損失率原料廠外運輸損失率% 0.5原料廠外運輸損失率% 0.5產品廠里儲運損失率% 0.5產率% 85 2.2工藝計算2.2.1物料衡算1)：物料衡算的原理方法步驟(1)：原理對于連續(xù)穩(wěn)定過程,物料衡算的方程是：M=M出 (2-1)即：初始

36、輸入量=最終輸出量 對不連續(xù)過程,物料衡算的方程為： M=M出+M累積 (2-2)即：初始輸入量+生成輸入量=最終輸出量+消耗量(2)：方法本設計屬于連續(xù)反應,采用第一種計算方法(3)：步驟：a：收集數據：原理,產品規(guī)格 ：過程單位時間的物流量 ：有關消耗定額 ：有關轉化率選擇性單程收率b：畫物料流程圖,確定衡算對象,根據題目要求它可以是總物料某個組分某個元素等c：確定衡算圍：根據題目要求它可以是一個系統一個車間某個設備等;某個設備的局部等 d：確定衡算基準： 根據題目要求它可以是單位質量單位時間等e：列出輸入輸出物料平衡表：2)：物料衡算過程(1)：收集數據表2-1原料性質原料名稱密度(Kg

37、/m3)摩爾質量(g/mol)沸點()含量(%)比熱容J/(mol.)光氣1381998.39957.7二氯甲烷133685409850.88雙酚A1150228360.598426.34氫氧化鈉25(2)：確定單位時間物流量： 年工作天數：365-(t1+t2+t3)選擇不連續(xù)工作制度：T1=52+1+1+2+3=59(其中對于工廠,星期六照常上班,故只有星期天休息,一年52周共52天,再加上勞動節(jié)1天,元旦1天,國慶節(jié)2天,春節(jié)3天)T2設備大中小修與正常檢修總天數,反應釜取6天/年T3設備加工不同物料時的換料時間(不計)故年工作天數=365-(52+7+6)=3

38、00d/a聚碳酸酯日產量：100000t/a300d/a=334t/d(3)：由已知消耗定額(以每噸產品計)消耗定額是指生產每噸合格產品需要的原料輔料與試劑等的消耗量表2-2 消耗定額光氣489.24Kg/1t二氯甲烷4427.4Kg/1t雙酚A968.8Kg/1t氫氧化鈉565.13Kg/1t水9202Kg/1t(4)：原料日凈耗量：光氣：489.24Kg/t334t/d=163406Kg/d 二氯甲烷：4427.4Kg/t334t/d=1478751.6Kg/d 雙酚A：968.8Kg/t334t/d=323579.2Kg/d 氫氧化鈉：565.13Kg/t334t/d=188753.4K

39、g/d 原料年凈耗量：光氣：163406Kg/d1000Kg/t300d/a=49021.8t/a 二氯甲烷1478751.6Kg/d1000Kg/t300d/a=443625.48t/a 雙酚A：323579.2Kg/t1000Kg/t300d/a=97073.76t/a 氫氧化鈉：188753.4Kg/d1000Kg/t300d/a=56626.02t/a 原料廠貯存運輸損失率為5%,則聚碳酸酯工廠的原料年入廠量：光氣：49021.8t/a(1-0.05)=51601.9t/a 二氯甲烷：443625.48t/a(1-0.05)=466974.2t/a 雙酚A：97073.76t/a(1-

40、0.05)=102182.9t/a 氫氧化鈉：56626.02t/a(1-0.05)=59606.3t/a又原料廠外運輸損失率為5%,則DDS皮革鞣劑工廠的原料年外購量光氣：51601.9t/a(1-0.05)=54317.8t/a 二氯甲烷：466974.2t/a(1-0.05)=491551.8t/a 雙酚A：102182.9t/a(1-0.05)=107560.9t/a 氫氧化鈉：59606.3t/a(1-0.05)=62743.5t/a(5)：衡算結果表2-3 物料衡算一覽表（1）原料消耗定額(Kg/t)轉化率(%)單程收率(%)日凈耗量(Kg/d)原料年凈耗量(t/a)損失率(%)廠

41、年儲量(t/a)年訂貨量(t/a)光氣489.24989516340649021.8551601.954317.8二氯甲烷4427.498951478751.6443625.4845466974.2491551.8雙酚A968.89895323579.297073.765102182.9107560.9NaOH565.139895188753.456626.02559606.362743.5(6)：合成聚碳酸酯生產流程圖(7)：確定衡算圍,并進行深入計算： = 1 * GB3 ： 雙酚A鈉鹽合成釜：每小時進料量為： 雙酚A：13482.5Kg/h 氫氧化鈉：7864.7Kg/h 苯酚：69.6

42、Kg/h 亞硫酸氫鈉：23.6Kg/h 水：104488.2Kg/h每小時出料量為： 雙酚A鈉鹽：16084.4Kg/h氫氧化鈉：3134.0Kg/h 苯酚：69.6Kg/h 亞硫酸鈉：28.6Kg/h 水：106617.0Kg/h合計： 每小時進料量為：125928.6Kg/h每小時出料量為：125928.6Kg/h = 2 * GB3 ：光氣釜：每小時進料量為：雙酚A鈉鹽：16084.4Kg/h光氣：6808.6Kg/h二氯甲烷： 61614.7Kg/h苯酚：69.6Kg/h亞硫酸鈉：28.6Kg/h氫氧化鈉：3134.0Kg/h水： 106617.0Kg/h每小時出料量為：二氯甲烷： 6

43、1614.7Kg/h光氣： 952.4Kg/h亞硫酸鈉：28.6Kg/h氫氧化鈉：3107.5Kg/h簡聚體：16173.1Kg/h氯化鈉：5765.5Kg/h苯酰氯;95.1Kg/h水： 106617.0Kg/h合計： 每小時進料量為：194353.9Kg/h每小時出料量為：194353.9Kg/h = 3 * GB3 ：縮聚釜：每小時進料量為：三乙胺：81.0Kg/h簡聚體：16173.1Kg/h二氯甲烷：61614.7Kg/h氫氧化鈉：4851.9Kg/h苯酰氯：95.1Kg/h水：14555.8Kg/h每小時出料量為：三乙胺：81.0Kg/h聚碳酸酯：15596.5Kg/h簡聚體：32

44、3.46Kg/h苯酰氯： 95.1Kg/h二氯甲烷： 61614.7Kg/h氫氧化鈉： 4851.9Kg/h氯化鈉： 576.6Kg/h水： 14555.8Kg/h合計： 每小時進料量為：97371.6Kg/h每小時出料量為：97371.6Kg/h = 4 * GB3 ：蒸餾釜：每小時進料量為：催化劑： 81.0Kg/h 簡聚體：323.5Kg/h苯酰氯：95.1Kg/h二氯甲烷：61614.7Kg/h 丙酮：20000 Kg/h 聚碳酸酯： 15596.5 Kg/h每小時出料量為：催化劑： 81.0Kg/h簡聚體： 323.5Kg/h苯酰氯： 95.1Kg/h二氯甲烷： 61614.7Kg/

45、h丙酮： 20000Kg/h聚碳酸酯： 15596.5 Kg/h合計： 每小時進料量為：97710.8Kg/h每小時出料量為：97710.8Kg/h(8)：列出輸入-輸出物料衡算平衡表雙酚A鈉鹽合成釜：表2-4物料衡算一覽表（2）名稱進料出料Kg/hKmol/hW%Mol%Kg/hKmol/hW%Mol%雙酚A13482.559.110.71.0氫氧化鈉7864.7196.66.23.23134.078.352.51.3苯酚69.60.70.150.269.60.80.10.07亞硫酸氫鈉23.60.30.050.10.1雙酚A鈉鹽16084.459.112.80.9亞硫酸鈉28.60.30.

46、03水104488.25804.982.995.5106617.05923.284.597.7光氣反應釜：表2-5物料衡算一覽表（3）名稱進料出料Kg/hKmol/hW%Mol%Kg/hKmol/hW%Mol%雙酚A鈉鹽16084.459.18.30.8光氣6808.668.83.61.0952.49.60.50.13二氯甲烷61614.7724.931.610.661614.7724.931.610.5苯酚69.60.80.060.07亞硫酸鈉28.60.30.040.0328.60.30.040.02氫氧化鈉3134.078.351.61.13107.577.71.61.1簡聚體16173

47、.163.78.30.9苯酰氯95.10.80.160.05氯化鈉5765.598.43.01.4水106617.05923.254.886.4106617.05923.254.885.93.縮聚反應釜：表2-6物料衡算一覽表（4）名稱進料出料kg/hkmol/hW%mol%kg/hkmol/hW%mol%催化劑81.00.40.040.0681.00.40.040.03簡聚體16173.163.716.63.7323.51.30.30.1氫氧化鈉4851.9121.35.07.14851.9121.312.37.0二氯甲烷61614.7724.963.342.161614.7724.963.

48、341.9苯酰氯95.10.80.060.1495.10.80.060.07聚碳酸酯15596.561.47.83.6氯化鈉576.69.80.60.5水14555.8808.715.046.914555.8808.715.046.84.蒸餾釜：表2-7物料衡算一覽表（5）名稱進料出料kg/hkmol/hW%mol%kg/hkol/hW%mol%催化劑81.00.40.040.0681.00.40.040.06簡聚體323.51.30.30.15323.51.30.30.15苯酰氯95.10.80.060.0995.10.80.060.09二氯甲烷61614.7724.963.163.9616

49、14.7724.963.163.9聚碳酸酯15596.561.416.05.415596.561.416.05.4丙酮20000344.820.530.420000344.820.530.42.2.2熱量衡算(一) 計算的基本原理化工生產過程往往伴隨著能量的變化，尤其是反應過程，為維持在一定溫度下進行反應，常有熱量的加入或放出。因此能量衡算也是化工設計中與其重要的組成部分，能量衡算是以熱力學第一定律為依據，能量是熱能、電能、化學能、動能、輻射能的總稱?；どa中最常用的 能量形式為熱能，故化工設計中經常把能量計算稱為熱量計算。通過熱量衡算可確定傳熱設備的熱負荷，以此為設計傳熱型設備的形式、尺寸

50、、傳熱面積等并為反應器、結晶器、塔式設備、輸送設備、壓縮系統、分離與各種儀表等提供參數，以確定單位產品的能量消耗指標；同時也為非工藝專業(yè)(熱工、電、給水、冷暖)設計停工設計條件做準備。熱量計算與設備計算的關系非常密切，因此經常將熱量放在設備工藝計算同時進行。一般在 物料計算后先粗算一個過程的設備臺數大小，設定一個基本形式和傳熱形式，然后進行該設備的熱量計算，如熱量計算的 結果與設備形式、大小有矛盾，則必須重新設計設備的 大小和形式或加上適當的附件，以使設備既能滿足物料衡算的要求又能滿足熱量衡算的要求。能量衡算的基本方程式根據熱力學第一定律，能量衡算方程式的一般形式為：式中，體系總能量變化；體系

51、從環(huán)境中吸收的能量；環(huán)境對體系所做的功；在熱量衡算中，如果無軸功條件下，進入系統加熱量與離開系統的熱量應平衡，即在實際中對傳熱設備的熱量衡算可表示為：其中：所處理的物料帶入設備的熱量；換熱劑與設備和物料傳遞的熱量(符號規(guī)定加熱劑加入熱量為“+”，冷卻劑吸收熱量為“”)；化學反應熱(符號規(guī)定過程放熱為“+”，過程吸熱為“”)；離開設備物料帶走的熱量；設備消耗熱量；設備向周圍散失的熱量，又稱熱損失;(二) 熱量衡算(1)雙酚A鈉鹽合成釜 進料溫度與出料溫度：表2-8物料衡算一覽表（6）進料介質溫度出料介質溫度氫氧化鈉20雙酚A鈉鹽25亞硫酸氫鈉20氫氧化鈉：25苯酚20苯酚25雙酚A20亞硫酸鈉2

52、5水2025反應式為：由于各種物料都是在常溫下加入，所以根據化學反應方程可求得化學反應熱，所以在衡算過程中對于主反應1mol雙酚A反應需要吸收的熱量副反應1mol亞硫酸氫鈉反應需要放出的熱量所以對于所有的化學反應熱則由后面光氣反應釜的設備計算得：熱損失取總熱量的5%所以由代如有關數據得： 需采用夾套進行換熱,采用冷凍鹽水冷卻： 進口溫度： -10 出口溫度：0介質用量： (2)光氣反應釜進料溫度與出料溫度：表2-9物料衡算一覽表（7）進料介質溫度出料介質溫度光氣5光氣20二氯甲烷5簡聚體20苯酚10二氯甲烷20雙酚A鈉鹽10氫氧化鈉20亞硫酸鈉10苯酰氯20氫氧化鈉10氯化鈉20水10水20反

53、應式為反應的標準生成焓：所以反應放熱為：由后面的設備計算知設備的質量：6938.7kg熱損失取總熱量的5% 所以所以由 代入有關數據得：需采用夾套進行換熱，采用50換熱：進口溫度 50 出口溫度 10 介質用量：3 工藝計算與設備選型3.1 塔的工藝與選型3.1.1T101計算依據：(1)塔T101進、出物料流量組成：表3-1物料組成名稱進料出料Kg/hKmol/hW%Mol%Kg/hKmol/hW%Mol%二氯甲烷61614.7724.975.567.860382.4710.175.367.5丙酮20000344.824.532.219800341.424.732.5.對T101進行物料衡算

54、要求本精餾塔的釜殘液中二氯甲烷的量不高于6%，塔頂餾出液中二氯甲烷的回收濾為98%。由： (1)塔頂易揮發(fā)組分回收率塔底南揮發(fā)組分回收率進料組成：釜殘液組成：原料液平均摩爾質量：原料液流量：由于 所以全塔物料衡算：則：3.1.2最小回流比的計算(1) 二氯甲烷和丙酮的飽和蒸汽壓 ：二氯甲烷和丙酮的飽和蒸汽壓可根據Antoine方程求算，即(2)式中 ：t 物系溫度，飽和蒸汽壓，KpaA，B，C Antoine常數其中： 丙酮的常數 A=7.11714 B=1210.595 C=229.664 二氯甲烷的常數 A=7.4092 B=1325.9 C=252.6(2)塔操作壓力 ：表32塔操作壓力

55、組分飽 和 蒸 汽 壓Pa塔頂進料塔底丙酮(B)424.4185.4744.4二氯甲烷(A)754.73511275.6(4)平均相對揮發(fā)度為：塔頂 ： 進料 ： 塔底 ： 全塔平均相對揮發(fā)度 ： (5)最小回流比 ：取操作回流比 ： 3.1.3全塔理論塔板數(1)最小理論塔板數 采用芬克斯方程計算 ：(3)(2)理論塔板數 采用德公式計算 ：(4) 式中 ： 上式適用條件為 ： 0.010.9 則： 所以 ：(不包括再沸器) 按標準圓整N為13(不包括再沸器)3.1.4 精餾段理論塔板數(1)最小理論塔板數 采用芬克斯方程計算 ：(5)(2)理論塔板數 采用德公式計算 ： 式中 ： 上式適用

56、條件為 ： 0.010.9 則： 0.010.9 所以 ： (不包括再沸器)按標準圓整N為3(不包括再沸器)3.1.5板效率與實際塔板數(1)在已知條件下的全塔效率可以由下式進行計算 ： 由全塔效率 ： (6)式中 ： E全塔效率；NT理論版層數；Np實際板層數 塔板效率由奧康奈爾()關聯方程計算 ：(7)式中 ： 塔頂與塔底平均溫度下的相對揮發(fā)度； u塔頂與塔底平均溫度下的液相粘度 (2)加料位置 由精餾塔的計算可知，精餾塔的加料板位于從塔頂往下數的第10塊塔板。3.1.6塔和塔板主要工藝尺寸計算(1)塔高根據給定的分離任務，由理論塔板數計算塔的有效(接觸段)高度。(9)式中 ： Z塔高，m

57、;NT塔所需的理論板層數;ET總板效率; HT塔板間距，m;采用較大的板間距可以允許有較高的空塔氣速，而不至于產生嚴重的霧沫夾帶現象，塔徑雖可以小些，但塔高要增加，取板間距：HT=600mm ，板上清夜層高度：HL=100mm 則： Z=9.87m(2) 塔徑根據圓管的流量公式，可以寫出塔徑與氣體流量與空塔氣速的關系， 即：(10) 式中 ： 塔徑， m；Vs塔氣體流量， m3/s；空塔氣速，即空塔計算的氣體線速度，m/s。塔徑的計算關鍵在于確定適宜的空塔汽速U， 有：(11)式中 ： 極限空塔汽速，m/s；負荷系數；液相密度，Kg/m3；汽相密度，Kg/m3。負荷系數的值取決于阻力系數與液滴

58、直徑，可以由使密斯負荷關聯圖查得。首先，取塔板液上層高度hL為0.1m，則HT-HL=500mm精餾段操作壓力 ： 常壓P=35mmHg操作溫度 ： T=333K物質的物性： 氣態(tài)密度：液體密度：表面力：液相負荷：氣相負荷由化工手冊查得粘度：L=0.08平均相對揮發(fā)度：=1.75L=0.14利用公式：(12)代入數值： 由圖查得： 又利用公式 (13)代入數值，得： 塔板允許有效空塔氣相速度(以截面積扣除降液管面積計算的速度) (14)代入數值：表觀空塔氣相速度(按全塔截面計)：初估塔徑：(15)圓整得： D=3600mm(3) 溢流裝置采用U形流、弓形降液管、平形受液盤與平形流堰，計算如下。

59、.溢流堰長lW取堰長lw為0.60D，即： .出口堰高hW (16)由，查圖得：E為0.38所以， 則， .降液管寬度Wd降液管面積Af由，查圖得：Wd/D=0.124， Af/AT=0.075 故， 液體在降液管中停留的時間：m(大于5，符合要求). 降液管底隙高度h0取液體通過降液管底隙的流速uo為0.08m/s依公式：計算降液管底隙高度ho (17)(4)塔板布置 .取邊緣區(qū)寬度WC=0.065m、安定區(qū)寬度WS=0.1m .開孔區(qū)面積(18)其中：代入數值得： (5)篩孔數n與開孔率取篩孔的孔徑d為20mm，正三角形排列，不銹鋼的板厚為4mm，取 t/d=4.0， 故，孔中心距 ： 塔

60、板上開孔區(qū)開孔率，即 每層塔板上的開孔面積為 氣體通過篩孔的汽速3.1.7塔板負荷性能方程(1) 霧沫夾帶線 = 1 * Arabic 1 根據Hunt的經驗式 (19)式中 Af=4.8m2(a)近似取E1.0，hW=0.168m， lw=2.16m故 (b) 取霧沫夾帶極限值 ev為0.1Kg液/kg氣，已知，并將(a)、(b)代入Hunt經驗式，得 ： 整理得 ： (2)液泛線 為防止液泛，降液管的清夜層高度Hd應為 ： 式中 ： 故：(a) 近似取， 則 ：(b) 因為由得為0.7， 其中 ：(c)(d) 將HT為0.5m，hW為0.057m，為0.057與(b)、(c)、(d)代入(