年產2萬噸環(huán)氧丙烷的工藝設計資料

6666年產2萬噸環(huán)氧丙烷的工藝設計新目錄TOC\o"1-5"\h\z第一章結論 31』原料的性質 3.1.］丙烯 3.2氯氣 31.1.3石灰 3L2環(huán)氧丙烷性質及性能 3L2.1產品名稱與結構式 3L2.2理化性質 31.2.3環(huán)氧丙烷安全與毒性 3L3環(huán)氧丙烷市場發(fā)展簡介 3第二章環(huán)氧丙烷工藝的選擇 32』典型工藝介紹 32.L1氯醇法 32.L2共氧化法 32.1.3過氧化氫直接氧化法（HPPO法） 32.1.4氧氣直接氧化法 32?2工藝方法的選擇 3法生產環(huán)氧丙烷機理 32.2.2反應速率的影響因素 3第三章工藝流程說明 33?1生產過程 33.L1氯醇法工序TOC\o"1-5"\h\z3.L2皂化工序 33.1.3精制工序 33.L4電石渣預處理工序 33.L5廢水預處理工序 3J.L1計算依據(jù) 3■M.2第1部分的物料衡算： 3第2部分的物料衡算 3皂化塔的物料衡算 3成品塔的物料衡算： 3■M.6回收塔的衡算： 3熱量衡算 3皂化第一冷凝器 3皂化第二冷凝器 3423皂化第三冷凝器 3工藝水加熱一 3皂化塔熱量衡算 3成品塔的熱量衡算 3回收塔的熱量衡算 3蒸汽耗量總表 3非標準設備的計算及定型設備選型 3非標準設備的計算 3定型設備的選擇 3工藝管道計算 3第五章安全與三廢治理 35」原料物的特征及防護措施 3廢氣的排放 3廢水的排放 3第六章技術經濟分析 36J成本計算62前景分析第七章結論參考文獻 3摘要本設計是年產2萬噸環(huán)氧丙烷的工藝設計。設計采用了氯醇法進行環(huán)氧丙烷的生產。主要是利用氯氣和水反應生成次氯酸，然后利用次氯酸與丙烯反應生成氯丙醇，氯丙醇再進入皂化塔與氫氧化鈣反應生成產品環(huán)氧丙烷。本設計共有七章。介紹了環(huán)氧丙烷生產工藝流程的選擇和論證，對整個工藝裝置進行了物料和能量衡算，對非標準設備和主要管道進行了計算和選型，最后對該工藝流程的安全生產和三廢處理作了相關說明。關鍵詞環(huán)氧丙烷；工藝設計；工藝流程；氯醇法ABSTRACTChlorohydrinationmethodwasadoptedfortheprocessdesignoftheproductionofpropyleneoxide.Propyleneandchlorinereactedinthepresenceofwatertoformtheintermediate,andpropylenechlorohydrinwasdehydrochlorinatedbyacalciumhydroxidesolutiontoformpropyleneoxide.Thisdesigncontainseightparagraphs.Thisdocumentismainlytointroducethedemonstrationandchoosingoftheprocessdesignfortheproductionofpropyleneoxide.Thecalculationofmaterialandenergybalanceofpropyleneoxidewerecarriedoutbasedonthetechnologicalequipments.Thenon-standardequipmentequipmentsandmainpipelineswerecalculatedandchoosed.Finally,theworksafetyandthreeindustrialwastesdisposalwasalsointroduced-Keywords:propyleneoxide；technologicalplanning；processflow；chlorohydrinationmethod第一章緒論原料的性質丙烯分子式C3H6,結構式CH3?CH=CH2,分子量42,常溫常壓下，無色氣體，帶有甜味。氣體的密度L87kg/m3,液體的密度513.9kg/n?。熔點?185.2℃,沸點?47.7C。化學性質很活潑，與空氣混合形成爆炸性混合物，爆炸極限2.0?11.0%（體積）。主要用于制環(huán)氧丙烷、聚丙烯、丙烯脂等。一般由熱裂化和催化裂化氣體中分出，也是輕油裂解制乙烯時的副產品。氯氣分子式C12,分子量70.91。在常溫常壓下，是一種黃綠色、具有刺激性氣味的氣體,能溶于水。沸點-34.6-Co密度3.17kg/m3。氯氣的毒性很大，能刺激粘膜、呼吸道和眼睛，還可引起肺水腫，使用時要特別注意，防止中毒。氯氣的化學性質非常活潑，能氧化幾乎所有的金屬、氫以及許多處于低價態(tài)的元素化合物，還能與水、堿等發(fā)生反應。氯氣和氫氣混合時能發(fā)生爆炸，爆炸極限為4.0?96.0%（氫氣體積含量）。氯氣由氯堿車間供給，用電解飽和食鹽水的方法制得。本工段通過氯氣跟水及丙烯反應得到氯丙醇。此外氯可用于合成農藥、塑料、纖維、橡膠等。石灰主要成分是氧化鈣，分子式CaO,純的為白色，含有雜質時為淡灰色或淡黃色，一般呈塊狀，有時呈粉狀。露置在空氣中漸漸吸收CO2而生成CaCO3。氧化鈣的密度為3350kg/m3,熔點為2580C。易溶于酸，難溶于水，但能與水化合生成氫氧化鈣，可用石灰石置于石灰窖中燃燒而制得。環(huán)氧丙烷性質及性能品名稱與結構式產品名稱：環(huán)氧丙烷英文名稱：Propyleneoxide；簡稱：PO結構式。分子式：c3H60分子量：58.08摩爾質量：58.08g/mol理化性質環(huán)氧丙烷在常溫常壓下為無色透明低沸易燃液體，具有類似酸類氣味；環(huán)氧丙烷工業(yè)產品為兩種旋光異構體的外消旋混合物。凝固點：-C沸點：34.24-C相對密度（20-0：0.859折射率（HD）：1.3664粘度（25"C）：0.28inPa-S蒸汽壓（25℃）：75.86kPa燃燒熱：1887.6kj/mol標準摩爾燃燒給：1915kJ/mol（據(jù)《石油化工設計手冊》）閃點（開杯）：?37-C爆炸極限（在空氣中）（V/V%）：3.1—27.5%（VOL）溶解性：與水部分混溶［20-C時水中溶解度40.5%（重量）；水在環(huán)氧丙烷中的溶解度12.8%（重量）］,與乙醇、乙醛混溶，并與二氯甲烷、戊烷、戊烯、環(huán)戊烷、環(huán)戊烯等形成二元共沸物?；瘜W性質：活潑，易開環(huán)聚合，可與水、氨、醇、二氧化碳等反應，生成相應的化合物或聚合物。在含有兩個以上活潑氫的化合物上聚合，生成的聚合物通稱聚酸多元醇。環(huán)氧丙烷安全與毒性環(huán)氧丙烷產品是易燃品，應貯存于通風、干燥、低溫（25t以下）陰涼處，不得于日光下直接曝曬并隔絕火源。環(huán)氯丙烷有毒性，液態(tài)的環(huán)氯丙烷會引起皮膚及眼角膜的灼傷，其蒸汽有刺激和輕度麻醉作用，長時間吸入環(huán)氧丙烷蒸汽會導致惡心、嘔吐、頭痛、眩暈和腹瀉等癥狀。所有接觸環(huán)氧丙烷的人員應穿戴規(guī)定的防護用品，工作場所應符合國家的安全和環(huán)保規(guī)定。環(huán)氧丙烷是易燃、易爆化學品，其蒸汽會分解。應避免用銅、銀、鎂等金屬處理和貯存環(huán)氧丙烷。也應避免酸性鹽（如氯化錫、氯化鋅）、堿類、叔胺等過量地污染環(huán)氧丙烷。環(huán)氧丙烷發(fā)生的火災應用特殊泡沫液來滅火。L3環(huán)氧丙烷市場發(fā)展簡介⑶⑷前幾年，我國聚氨生產發(fā)展較快，在那個時候國內引進的裝置已有100多套，生產能力達18?20萬噸/年，需要環(huán)氧丙烷12?13萬噸年。1993年我國進口聚醒6萬噸，廣東、福建兩省外向型企業(yè)進口6萬噸左右，共折合環(huán)氧丙烷10萬噸左右。2000年，我國聚酸需求量為33?36萬噸，屆時需環(huán)氧丙烷28?31萬噸。環(huán)氧丙烷水合制得的丙二醇是不飽和聚酯樹脂的主要原料。不飽和聚酯樹脂大量用來制造表面涂料及增強塑料，2008年我國進口23.013萬噸，折環(huán)氧丙烷22.43萬噸。2008年我國生產丙二醇需消耗環(huán)氧丙烷25.14萬噸。環(huán)氧丙烷還用來生產多種表面活性劑。2008?2011年我國環(huán)氧丙烷的消費構成、需求量及價格分別見表1.2、表1.3和表1.4O表1.1國內環(huán)氧丙烷的消費構成%消200200201201費去向8年9年0年1年聚5442.55.63.酸8.4194丙4.7二醇651.40.31.其769他表L2國內環(huán)氧丙烷需求量單位:萬噸年份2002002012018901需求量752.356.557.758.表L3國內環(huán)氧丙烷價格單位：千元/噸TOC\o"1-5"\h\z年 200 200 201 201份 8 9 0 1價 12? 12. 13. 13.格 5-12-7 5-12.6- 2-13.5 3-13.6從表1.1可以看出，我國環(huán)氧丙烷的消費構成也是比較正常的。世界各主要生產國環(huán)氧丙烷的消費構成比一般是聚醛62?65%,丙二醇23?25%,其他13%。由此看來，我國丙二醇生產的發(fā)展還要加快步伐。根據(jù)世界各主要生產國的經驗，我國環(huán)氯丙烷消費量今后將以11?12%的速度增長，因此我國的總需求量將為我國環(huán)氧丙烷的生產帶來巨大的市場。由表L2可以看出，國內環(huán)氯丙烷需求量增長較快，2008年至2011年的年均增長率達15.7%。由表L3看出，國內環(huán)氯丙烷的價格也基本穩(wěn)定在12.5?13.6左右，并穩(wěn)定增長。由于環(huán)氧丙烷市場形勢前幾年較為樂觀，行業(yè)利潤可觀，而且又是消耗氯的有效途徑之一，因而隨著氯堿行業(yè)的擴產，環(huán)氧丙烷也開始越來越受到業(yè)內人士的關注，產能擴張的空間仍很大。第二章環(huán)氧丙烷工藝的選擇典型工藝介紹目前環(huán)氧丙烷生產工藝主要有氯醇化法、共氧化法（也稱間接氧化法）和直接氧化法巴現(xiàn)在世界生產環(huán)氧丙烷的主要工業(yè)化方法為氯醇化法和共氧化法，其中共氧化法又分為乙苯共氧化法和異丁烷共氧化法。近幾年，異丙苯氧化法和過氧化氫直接氧化法已開發(fā)成功并先后實現(xiàn)工業(yè)化生產，以氧氣作為氧化劑的直接氧化法也在開發(fā)中。氯醇法氯醇法生產歷史悠久，工業(yè)化已有60多年，以美國陶氏化學（DowChemical）公司的氯醇法為代表。氯醇法的主要工藝過程為丙烯氯醇化、石灰乳皂化和產品精制，其特點是生產工藝成熟、操作負荷彈性大、選擇性好，對原料丙烯的純度要求不高，從而可提高生產的安全性，建設投資少。由于固定資產投入少，產品成本較低，其產品具有較強的成本競爭力。目前世界環(huán)氧丙烷約40%的產能為氯醇法。氯醇法的缺點是水資源消耗大，產生大量廢水和廢渣，每生產1t環(huán)氧丙烷產生40?50t含氯化物的皂化廢水和2t以上的廢渣，該廢水具有溫度高、pH值高、氯根含量高、COD含量高和懸浮物含量高的“五高”特點，難以處理。同時，氯醇法還消耗大量高能耗的氯氣和石灰原料，而氯和鈣在廢水和廢渣中排放掉，生產過程中產生的次氯酸對設備的腐蝕也比較嚴重。中國環(huán)氧丙烷生產始于20世紀60年代，采用自行開發(fā)的氯醇法工藝路線。20世紀80年代末和90年代初，中國先后引進了日本旭硝子公司、三井東壓公司、昭和電工公司和美國陶氏公司氯醇法技術，錦化化工、山東濱化、中石化上海高橋石化、天津大沽化工等企業(yè)環(huán)氧丙烷裝置建成投產后取得了較好的經濟效益，生產水平得到較大提高。目前，除中海殼牌25萬t/a環(huán)氧丙烷裝置采用共氧化法外，國內現(xiàn)有80%的環(huán)氧丙烷產能使用氯醇法。共氧化法共氧化法又稱哈康法，包括異丁烷共氧化法和乙苯共氧化法2種，分別由異丁烷或乙苯與丙烯進行共氧化反應，生成叔丁醇或苯乙烯，同時聯(lián)產環(huán)氧丙烷。共氧化法由美國奧克蘭公司開發(fā)，現(xiàn)為美國萊昂德爾（Lyondell,也譯為利安德）公司所有。共氧化法克服了氯醇法的腐蝕大、污水多等缺點，具有產品成本低（聯(lián)產品分攤成本）和環(huán)境污染較小等優(yōu)點。自1969年工業(yè)化以來，在世界范圍發(fā)展迅速，目前，共氧化法環(huán)氧丙烷產能已占世界總產能的55%左右。共氧化法的缺點是工藝流程長，原料品種多，丙烯純度要求高，工藝操作在較高的壓力下進行，設備材質多采用合金鋼，設備造價高，建設投資大。同時，環(huán)氧丙烷在共氧化法生產中，只是1個產量較少的聯(lián)產品，每噸環(huán)氧丙烷要聯(lián)產2.2?2.5t苯乙烯或2.3t叔丁醇，原料來源和產品銷售相互制約因素較大，必須加以妥善解決，只有環(huán)氧丙烷和聯(lián)產品市場需求匹配時才能顯現(xiàn)出該工藝的優(yōu)勢。此外，共氧化法產生的污水含COD也比較高，處理費用約占總投資的10%。國內環(huán)氧丙烷生產一直采用氯醇法工藝。2006年3月，隨著中海殼牌年產25萬t環(huán)氧丙烷裝置投產，環(huán)氧丙烷生產格局發(fā)生一定變化。中海殼牌項目是目前國內最大的1套環(huán)氧丙烷裝置，也是唯一采用環(huán)氧丙烷/苯乙烯共氧化聯(lián)產法工藝的環(huán)氧丙烷裝置。2009年底，Lyondell與中石化合資在鎮(zhèn)海建設的28萬t/a共氧化法環(huán)氧丙烷生產裝置已經建成投產。過氧化氫直接氧化法（HPP0法）過氧化氫真接氧化法是由過氧化氫（雙氧水）催化環(huán)氧化丙烯制環(huán)氧丙烷的新工藝,生產過程中只生成環(huán)氧丙烷和水，工藝流程簡單，產品收率高，沒有其他聯(lián)產品，基本無污染，屬于環(huán)境友好的清潔生產系統(tǒng)。目前過氧化氫真接氧化法工藝分別由贏創(chuàng)工業(yè)集團（原德固薩，Degussa）與伍德（Uhde）公司、陶氏化學和巴斯夫（BASF）公司聯(lián)合開發(fā)和工業(yè)化推廣。2001年，贏創(chuàng)工業(yè)集團和伍德公司在德國法蘭克福建設了1套過氧化氫法試驗性裝置，測試最佳催化劑和測定臨界參數(shù)，并開始對技術進行工業(yè)化設計。2003年，贏創(chuàng)推出該技術的商業(yè)化工藝包。2006年5月，韓國環(huán)氧丙烷和聚酯薄膜生產商SKC公司從贏創(chuàng)和伍德購買專利，開始在韓國蔚山建設世界第1套過氧化氫法環(huán)氧丙烷裝置，該裝置生產規(guī)模為10萬t/a,2008年7月已建成投產，生產運行良好。贏創(chuàng)工業(yè)集團正在與俄羅斯天然氣寡頭Gazprom的子公司Sibur談判，計劃在俄羅斯建設過氧化氫和環(huán)氧丙烷聯(lián)合生產裝置。2001年，陶氏化學從EniChem公司購買了利用過氧化氫作為氧化劑來生產環(huán)氧丙烷的實驗室技術，還包括在意大利的1套試驗裝置。2003年，陶氏化學和巴斯夫開始合作開發(fā)過氧化氫法技術并將其商業(yè)化。2006年，陶氏化學與巴斯夫公司共同宣布在比利時安特衛(wèi)普合資建設30萬t/a過氧化氫法環(huán)氧丙烷裝置，計劃于2009年初建成投產。2008年6月，陶氏化學與泰國SlamCement集團（SCG）合資建立的SCG-DOW集團在泰國的環(huán)氧丙烷裝置動工，使用陶氏與巴斯夫聯(lián)合開發(fā)的過氧化氫法工藝，產能為39萬t/a,該項目預計將于2011年投入運營。陶氏化學還計劃2010年在瑞士開工建設38萬t/a過氧化氫法環(huán)氧丙烷項目。中國大連化學物理研究所也從事過氧化氫法技術的研究。2002年，大連化物所與中石化簽訂了中試合作合同，2005年上半年大連化物所“反應控制相轉移催化丙烯氧化制環(huán)氧丙烷小試研究”通過了由中石化組織的技術鑒定。2008年8月，大連化物所研發(fā)的雙氧水直接氧化丙烯制環(huán)氧丙烷技術通過了由遼寧省科技廳組織的鑒定。氣直接氧化法美國Lyondell公司正在開發(fā)將丙烯、氫氣、氧氣轉化為環(huán)氧丙烷的直接氧化技術,使用1種由鈿和鈦的硅酸鹽組成的雙功能催化劑，用氫和氧產生過氧化氫后立即將丙烯轉化為環(huán)氧丙烷,整個工藝過程在1臺反應器內完成。該公司在美國建有1套實驗裝置,以進一步將此工藝推向工業(yè)化。目前該工藝尚處于試驗階段。工藝方法的選擇目前，國際上環(huán)氧丙烷生產工藝主要采用氯醇法和共氧化法。氯醇法工藝簡單，技術成熟，建設規(guī)模靈活缺點是能耗大、三廢多。而共氧化法工藝流程長，技術難度較大,裝置規(guī)模不能過小并受聯(lián)產品平衡的制約等。根據(jù)國情，我國均采用氯醇法生產環(huán)氧丙烷。氯醇法生產環(huán)氧丙烷機理由文獻可知氯醇法生產環(huán)氧丙烷分三步進行，即氯氣先于水反應生成次氯酸，丙烯同次氯酸反應生成氯丙醇，后者皂化生成環(huán)氧丙烷⑸。其反應式如下：CL+H2O=HC1+HC1O(這是可逆反應)OHCl ClOHII-II€HS-CH=CH?+HCIO--CH2—CH—CIf2或CH,-CH—<H2CH^—<H—CH.+MOH CH3—CHCH?+MCI+H2O||"\/2OHCl. 。(or€H3—€H—CH2) M-NaorCaIIClOH上述過程是按內部親核取代SN2機理進行的氯丙醇在堿性催化解離平衡中發(fā)生閉環(huán)反應形成環(huán)氯丙烷。自反應物中迅速除去產物，有利于平衡向右移動。

OHCH3OHCH3-CH-CH24-oh-<=±CCHj—CH—CHj—<H CH2+。1一+出0在堿性環(huán)境中環(huán)氧丙烷還會開環(huán)水解形成丙二醇:1h。叫一CH CH,->CH.—€H—CH. 二CH,—CH；+OH\/||||0 O-OH OHOH由于氯丙醇閉環(huán)反應的速率大大高于環(huán)氧丙烷開環(huán)反應的速率，在100℃反應時,兩者之比高達830,因而選用短的停留時間，環(huán)氧丙烷產率幾乎可以不受水解作用的影響。反應速率的影響因素(1)反應過程中酸堿性和溫度對原料的影響：由于氯氣與水是可逆反應，而且反應的方向性和體系的酸堿度有密切的關系，在堿性條件下，反應向正反應方向移動，這是由于OH-離子的中和作用.而在酸性條件下，反應方向是逆向移動。在中性條件，C12和H2O的作用關系實際上是比較復雜的，既有C12的水合作用也有C12的水解作用，這個作用和溫度有一定的關系，在低溫條件，C12的水合作用為主，我們可以從氯水的低溫飽和溶液冷凍，可以得到它的水合物的晶體C12?nH2O。而水解作用的產物和溫度有關,在低溫下，主要是HC1O和鹽酸；而在高溫和堿性條件下，主要產物則是C1O3-和Ch因此在該設計中選取了為堿性低溫條件下。(2)裝置設備雜質的影響：新建的環(huán)氧丙烷裝置，其設備管線在制造、運輸、安裝過程中不可避免存在油污、表有涂層如防銹漆、鐵銹、軋制鱗片、泥沙、焊渣、焊藥等污物，這些物質的存在不僅影響開車的順利進行，而且還影響產品的質量，收率及設備的使用壽命切。環(huán)氧丙烷是極活潑的中間體，在鐵、鋅、無機酸、堿等污染物存在下能促進其聚合的發(fā)生，因而在開車前必須保持有關設備管線潔凈。常規(guī)的化學清洗方法就可以達到此目的。常規(guī)化學清洗一般按下列程序進行：水沖洗，堿洗脫脂，脫脂后水沖洗，酸洗，酸洗后水沖洗，漂洗，中和鈍化，檢查及人工處理。(3)石灰中MgO和溫度的影響：朱保福等人詳細研究了石灰中MgO和溫度對丙醛生成的影響⑴，具體見圖2.1：

ppfrl10000.02.04.06.08.0】。?0Wt%Mio分*0.02.0 6ppfrl10000.02.04.06.08.0】。?0Wt%Mio分*0.02.0 6?。Mg。”?福號ttE$.01Q.0W%(C)(d)圖2.1MgO和溫度對丙醛生成量的影響由圖2.1c,d可得出：石灰中含有MgO時對氯丙醇皂化反應速度有一定影響，MgO含量越高,反應速度越慢。由圖2.1c可知MgO含量一定時，皂化反應溫度越高，丙醛生成量越大。在MgO含量小于2%時，二者呈近于平緩的直線關系，在5%以上時為曲線關系。由圖2.1a可知溫度一定時，MgO含量越高，丙醛生成量越大。在工業(yè)生產中，80℃的皂化條件下，為防止生成較多的丙醛，石灰中MgO含量應控制在2%以下。第三章工藝流程說明生產過程氯醇化法生產環(huán)氧丙烷的工藝過程，因原料和設備的選型不同而不同⑺。現(xiàn)介紹以丙烯、氯氣和電石渣為原料，以管式反應器、塔式反應器及皂化塔為主要設備的一種氯醇化法生產過程。該過程由氯醇化、皂化、精制、電石渣預處理、廢水預處理5個工序組成，整個過程由集散系統(tǒng)控制。氯醇法工序氯醇法的工序見圖3.11、熱交換器2、管式反應器3、塔式反應器4、鼓風機5、冷凝器4、鼓風機5、冷凝器6、第二氯醇化塔7、分離器8、貯罐9、除害器圖3.1氯醇法工序流程示意圖工藝水在熱交換器1中和來自皂化塔的熱廢液進行熱交換，并預熱到約40°C,然后泵入管式反應器2,此后將氣態(tài)氯噴入管式反應器和工藝水混合，再將丙烯氣體噴入管式反應器與氯求反應。新供給的丙烯稍比氯氣過量。在管式反應器中，大約進行了全部氯醇化反應的45%o反應溶液、含在氯氣和丙烯氣中的氣體雜質被新加入的工藝水排出管式反應器并送入塔式反應器3。在塔式反應器中進行剩下的55%的氯醇化反應。氯氣和丙烯經各自的分散噴嘴噴入塔式反應器，反應后過剩的丙烯氣從塔式反應器頂部引出，然后經冷凝器5冷凝，并經分離器7分離排除副產物（二氯丙烷）后，由循環(huán)氣鼓風機4加壓循環(huán)再使用。排出的副產物被送至貯罐8中。利用循環(huán)氣體的氣升效應使塔式反應器內的大量反應液循環(huán)，同時該工序裝有一套在線分析儀，以監(jiān)視循環(huán)氣中丙烯和雜質的濃度，當雜質濃度過高時，將部分循環(huán)氣排至工序之外。為進一步提高丙烯的利用率，最大限度地回收排放尾氣中的丙烯氣，設置了第二氯醇化塔。預熱到約40C的工藝水與噴入的氯氣混合，變成氯水后進入氯醇化塔底部，再將含有丙烯氣的循環(huán)氣噴入第二氯醇化塔，再進行氯醇化反應，反應液經除害塔9用30%Ca（OH）2堿洗除去鹽酸和氯氣后，氯丙醇溶液從除害塔底排出泵入塔式反應器，除害塔頂引出的尾氣丙烷排至大氣或送至焚燒裝置。氯醇化反應產生的氯丙醇大約是4%,65C的溶液，并含有幾乎等摩爾的鹽酸。經氯醇過熱器由直接蒸發(fā)調節(jié)閥加熱并控制溫度約80 該溶液將送至下一個工序（皂化工序）皂化工序皂化工序流程示意圖見圖3.21、貯槽2、皂化塔3、閃蒸罐4、再沸器5、加熱器6、貯槽

圖3.2皂化工序流程示意圖氯丙醇溶液在貯槽1中貯存一段時間，然后從貯槽抽出規(guī)定量的氯丙醇與處理后的電石渣混合后送人環(huán)氧丙烷皂化塔2。環(huán)氧丙烷皂化塔有3個作用：1.用石灰乳中和氯丙醇中約2%的鹽酸，2.將氯丙醇皂化成環(huán)氧丙烷，也就是進行皂化反應，3.蒸儲分離,迅速將生成的環(huán)氧丙烷取出，與廢水分離并濃縮。水蒸汽由塔底吹入，作為皂化反應和蒸饋分離的熱源。皂化塔是一個篩板塔，為減少蒸汽消耗和提高環(huán)氧丙烷分離效率，在減壓下操作。反應產生的粗環(huán)氧丙烷自塔頂以90%?95%的濃度偏出，塔頂氣相物料先至第一冷凝器，用工藝水冷卻至約56-C,冷凝液流入第三冷凝器用冷凍鹽水冷至10左右，不凝氣體通過尾氣排入大氣，冷凝液則流入貯槽6。為了防止減壓操作下吸入空氣與環(huán)氧丙烷形成爆炸組成，裝有一套在線氧分析儀，隨時監(jiān)測系統(tǒng)內氧濃度，以便監(jiān)控氧氣濃度。當氧氣濃度上升時，則往塔內通入氮氣，以維持塔內壓力處于正常，并確保安全。皂化廢水含4%氯化鈣，過剩的氫氧化鈣和電石渣夾帶的雜質，由皂化塔底排出。由于環(huán)氧丙烷皂化塔在減壓下操作，所以廢水中化學含氧量和生物含氧量值較低。（塔釜溫度在105-C）o從塔底出來的廢水溫度大約為80C,廢水經經閃蒸罐3閃蒸后產生蒸汽并回收。廢水大量的顯熱被用于環(huán)氧丙烷前饋塔再沸器4作為熱源，并且當電石渣被送到汽提塔時也作為電石渣加熱器5的熱源。熱量回收后的廢水被送入廢水預處理工序。精制工序精制工序具體流程見圖331、前館塔2、再沸器3、精餌塔4、分離器5、油貯器6、水貯罐7、冷凝器8、檢驗槽9、貯槽10、回收塔圖3.3精制工序流程示意圖工序生產的粗環(huán)氧丙烷送至前譙塔1。環(huán)氧丙烷前饋塔的再沸器2用皂化廢水的熱量加熱。前儲塔底排出的液體進入精儲塔3,環(huán)氧丙烷由塔1和3頂部饋出，高沸物以精儲塔底部排出。高沸物含PDC、PCH、DCIP、水等物，經油水分離器4分離為兩層，即油層和水層，兩層物料分別貯于油貯槽5和水貯槽6。環(huán)氧丙烷前儲塔1和精儲塔3均為撓性一板式塔，并且在常壓下操作，塔1和3底部液體溫度分別約為15C和80C,并且不會因為分解引起產品變質。在塔1和3頂部儲出的環(huán)氧丙烷經冷凝器7冷卻至10C以下存人檢驗槽8,經質量檢查合格后送入環(huán)氧丙烷貯槽，有一部分不合格的進入回收塔精儲后再進入貯槽。電石渣預處理工序氯丙醇皂化用的電石渣通過管線從界區(qū)外供應到裝置內。電石渣由加熱器1加熱后(>=70D加入電石渣汽提塔2,在汽提塔內，電石渣中的乙快和氨被從塔底吹入的大量空氣和水蒸汽汽提吹出。脫除乙煥和氨后電石渣被送入電石渣增稠器3,在增稠器中氫氧化鈣的濃度被濃縮到15%?17%,增稠了的電石渣由增稠器底部排出，送入濃度調整槽5,然后作為石灰乳用于環(huán)氧丙烷皂化塔。1、加熱器2、汽提塔3、增稠器4、溢流罐5、濃度調整槽

圖3.4電石渣預處理工序流程圖廢水預處理工序廢水處理工序見圖3.5圖3.5廢水預處理流程示意圖來自環(huán)氧丙烷皂化塔的廢水經過前饋塔再沸器和電石渣預處理工序的加熱器回收其熱量后送至廢水增稠器。增稠器的溢流液被送至增稠器的溢流罐，然后在工藝水的預熱器中回收熱量后被送到廢水槽，此后該廢水被送到界區(qū)外。增稠器底部出來的溶液在熱水加熱器5中回收熱量后被送到界區(qū)外。第四章設計計算物料衡算計算依據(jù)生產能力：年產20000噸的環(huán)氧丙烷年工作日：以300天計算日產量： 20000x1000/300=6.67x104kg小時產量：6.67xl04/24=2777.78kg主反應CH3-CHKCH2+Cl3TCH,-*CH*-CH2C1+C1-CH,-'CH-CH2cl+H2O->CH3-CH-CH2+H*OHLl寂丙睥副反應液相副反應CH?~*ch-ch2ci+crTClClCH.-CH-CH2二氯丙烷CH3-CH-CH?+CH3-、CH-CHCTt)HCl_CH、、 JCHj一CH簿>CH__CH《ch3+H*二茶二異丙醍氣相副反應CH-CH=CH2+Cl2TCH?-CH-CH?二氯丙烷ClCl由主副反應可以知道，副產物主要是二氯丙烷和氯化氫，我們這里也只考慮二氯丙烷和氯化氫。從前面的工藝說明我們可以知道，在管式反應器中氯醇法反應了45%,在塔式反應器以及利用了氯醇化塔的反應產物的進入，相當于反應了55%,因此在計算過程中把管式反應器作為第1部分，而塔式反應器+氯醇化塔作為第2部分。倒推法計算:由于皂化反應后生成的粗環(huán)氧丙烷只以90%?95%的濃度進入了精制工序，我們在這里取以95%的濃度進入。皂化階段：(環(huán)氧丙烷收率：95%)2777.78/0.95=2923.98kg=2923.98/58kmol=50.41kmol氯醇化反應時生成的氯丙醇純度為96%,由主反應方程式可知，需生成的氯丙醇為:50.41x94.5/0.96=4962.57kg(52.51kmol)氯氣與丙烯完全反應生成氯丙醇的實際用量為99.2%,純度為99.8%,所以生成的次氯酸為：52.51x52.5=2756.98kg/h，所以氯氣的含量為2756.98/52?5x71/0?992/0?998=3766.09kg/h丙烯新供給時比氯氣過量，按丙烯：氯氣=1.05：1計算，則丙烯的流量為3766.09x1.05=3954.40kg/11第1部分的物料衡算：醯二輛除氮隱水丙烯氯氣水丙烯鹽酸和氯丙尊的溶液圖4」管式反應器流程示意圖第一部分氯醇化進行了45%,則反應生成的氯丙醇為：4962.57X0.45=2233.16kg4i反應需氯氣為：2233.16/94.5X71=1677.82kg/h反應需丙烯為:2233.16/94.5X42=992.52kg/h反應需反應水為：1677.82/71X18=425.36kg/h反應生成的氯化氫為：1677.82/71X36.5=862.54kg/h。二氯丙烷和水的流量放在總體的物料衡算中計算。第1部分物料衡算見如下表4.1：表4.1第1部分物料衡算單位kg/hSS出料氯氣 3766.092088.27丙烯 3954.402961.88氯化氫 0862.54氯丙醇2233.16第2部分的物料衡算第二部分的物料衡算基于塔式反應器和氯醇塔的工藝流程（圖4.2）。丙烯氣鹽酸氯氣圖4.2塔式反應器和氯醇塔流程示意圖第二部分氯化醇進行了55%,反應生成的氯化醇為：4962.57-2233.16=2729.41kg/h反應需氯氣為：2729.41794.5X71=2050.68kg/h反應需丙烯為：2729.41794.5X42=1213.07kg/h反應需反應水為：2729.41/71X18=69L96kg/h反應生成的氯化氫為：2729.41/71X36.5=1403.15kg/h第2部分物料衡算見如下表4.2：表4.2第2部分物料衡算單位kg/h出料氯氣 2088.2737.59

2961.88862.542233.16丙烯2961.88862.542233.161748.81氯化氫2265.69氯丙醇4962.57氯氣的純度為99.8%,所以氯氣中的雜質含量為：3766.09kg/liX0.002=7.53kg4i主反應只使用了99.6%的氯氣，還有0.4%的氯氣參與了副反應，有0.05%成為廢氣，有0?35%的氯氣參與了生成二氯丙烷的副反應，那么生成的二氯丙烷為：(3766.09?7.53)X0.0035/71X113=20.93kg4i氯化氫揮發(fā)了1%,剩余的溶于水成為鹽酸溶液，鹽酸液為：2265.69X(1-0.01)=2243.03kg/li由工藝說明可知氯丙醇濃度為4%,純度為96%,則氯丙醇為50.41kmol(4764.07kg),則水的流量為H4337.68kg/h；鹽酸為2%,鹽酸為61.45kmol(2243.03kg),則水的流量為109908.47kg/h,按理論計算可知，需要水的流量為114337.68+109908.47+425.36+691.96=225363.47kg/ho水和二氯丙烷總的物料衡算見下表4.3：表4.3水和二氯丙烷物料衡算表單位kg/h出料二氯丙烷 023000020.93230000水

225363.47皂化塔的物料衡算料：環(huán)氧丙烷，二氯丙烷，少量的水。料：氯化鈣，氫氧化鈣，電石渣，大量的水設計時設氯丙醇的轉化率為100%,另取環(huán)氧丙烷，二氯丙烷100%蒸出，水和其他蒸出1%。氫氧化鈣在皂化反應中的用途：a與氯丙醇反應：實際與氫氧根離子反應的氯丙醇為50.41kmol,因此需要的氫氧化鈣為50.41kmob生成了50.41kmol的氯化鈣和50.41kmol的水；b與鹽酸反應：由于工業(yè)生產中是利用過量的氫氧化鈣中和2%的鹽酸液，由第二部分的物料衡算可知鹽酸為61.45kmol,在等摩爾的計算中可以得出需要氫氧化鈣30.73kmob生成了30.73kmol(3411.03kg/h)的氯化鈣和61.45kmol的水。所以總體需要氫氧化鈣為50.41+30.73=81.14kmol,在本設計中我們通入81.2kmol/h的氫氧化鈣進入皂化反應階段。因此最后剩余0.06kmol/h(4.44kg/h)。.進料氯丙醇 .進料氯丙醇 4764.07kg/li氫氧化鈣 6004.36kg/h二氯丙烷 20.93kg/h氯化氫 2243.03kg/h水 225363.47kg/h.皂化塔的物料計算：和氯丙醇反應耗氫氧化鈣的量生成氯化鈣的量生成水的量生成環(huán)氧丙烷的量和氯化氫反應耗氫氧化鈣的量生成氯化鈣的量生成水的量81.2kmol/li0.22kmol/li61.45kmol/Ii1252049kmol/li50.41kmol/h50.41kmol/h50.41kmol/h50.41kmol/h30.73kmol/h30.73kmol/li61.45kmol/h5.出料2923.78kg/h50.41kmol/h(1)塔頂環(huán)氧丙烷2923.78kg/h50.41kmol/h二氯丙烷20.93kg/h227376.9kg/h水 225363.47kg4i氫氧化鈣 4.44kg/h氯化鈣 9006.54kg/h6.皂化塔的物料衡算見如下表4.4：0.22kmol/li12632.05kmol/Ii12520.19kmoini0.06kmol/h81.14kmol/Ii表4.4皂化塔物料衡算表出料組分kmol/h組分kmol/hkg/h水12520.19kg/h水12632.05225363.47227376.9Ca(OH)281.2Ca(OH)20.066004.364.44二氯丙烷0.22二氯丙烷0.2220.9320.93氯丙醇50.41氯丙醇4764.07氯化氫61.45氯化氫2243.03環(huán)氧丙烷環(huán)氧丙烷2923.7850.414.1.5成品塔的物料衡算:L進料環(huán)氧丙烷 2923.78X0.95=2777.59kg/h 47.89kmol/h水 227376.9kg/h 1263.05kmol/h二氯丙烷20.93kg/h 0.22kmol/h設計時要求環(huán)氧丙烷的含量為99%（塔頂鋪出液），塔底出料含環(huán)氧丙烷不能超過3%。將進料的三組分看成兩組分處理，將二氯丙烷和其他雜質也作為水處理。D環(huán)氯丙烷99%,水和其他為1%

?二氯丙烷，水環(huán)氯丙烷FI二氯丙烷，水環(huán)氯丙烷FI環(huán)氯丙烷線其他97%圖4.3成品塔流程示意圖貝I）：47.89=D99%+（F-D）3% F=47.89+126.31+0.22=174.42得0=45.872.成品塔的物料衡算如下表4.5：表4?5成品塔物料衡算表進料出料 出料組kmokgkkkk分1/h/hmolhg/hmol/hg/h環(huán)氧47.8 277 4 2 2 1

丙烷97.595.87660..0217.力126.2274616二氯31376.9丙烷0.22丙烷97.595.87660..0217.力126.2274616二氯31376.9丙烷0.2220..5650.29934.1.6回收塔的衡算:考慮到成品有時不合格，需打入回收塔重新精儲，設成品塔出料不合格率為20%,其含環(huán)氧丙烷為96%o則回收塔的進料為環(huán)氧丙烷45.87X20%X96%+(F-D)X3%=12.66kmol水和其他45.87X20%X4%+(F-P)X0.97=128.36kmol回收塔精儲時要求塔頂出料環(huán)氧丙烷含量大于99%,塔底含量小于1%。計算時分別取99%和1%。12.66kmol/Ii128.36kmol/I).12.66kmol/Ii128.36kmol/I)環(huán)氧丙烷99%

D環(huán)氧丙烷水和其他F環(huán)氧丙烷水和其他F環(huán)氧丙烷1%I圖4.4回收塔流程示意圖與成品塔同理：12.66=099%+(產?0)1% /=12.66+128.36=141.02

得D=11.48kmol/hJV=129,54kmol/h.回收塔的物料衡算如表4.6：表4.6回收塔物料衡算表塔頂出料底出料組分kg/hkmkg/ol4imog/hmol/h141環(huán)氧734.12.6726.0.丙烷28742.53.5413128.12其他36.12988.23024.2熱量衡算皂化第一冷凝器1.已知進料59.87kmol/Ii100?c150.62kmol/h100?C0.23kmol/ti100?C14934.35kmol/h25?C環(huán)氧丙烷：3472.2kg/h水(g) ；2711.22kg/h二氯丙烷：26.17kg/h工藝冷水：268818.38kg/h

2,各組分的熱力學數(shù)據(jù)如下表4.71川：表4.7各組分熱力學數(shù)據(jù)表組分 比熱汽化熱J/(mol*K)(kj/mol)環(huán)氧丙烷水二氯丙烷80.79環(huán)氧丙烷水二氯丙烷80.7975.29129826.9940.6631.38t=[(100-30.78)-(56-25)]/ln[(100—30.78)/(56-25)]=47.58C由文獻[12,156?165]可知￡取1000W/mZKS=Q=1901.55/1000/47.58=39.97Hl4.2.2皂化第二冷凝器L已知進料環(huán)氧丙烷 59.87kmol/h56℃冷凍水150.62kmol/h10℃TOC\o"1-5"\h\z設出料環(huán)氧丙烷冷凝80%,冷凝后溫度為27℃出料環(huán)氧丙烷(g) 59.87x20% 27℃環(huán)氧丙烷Q)59.87x80% 27t冷凍水 150.62kmol/h 15C2.計算(1)熱平衡gl=59.87X(56-27)X80.79=140270.02kJ⑵環(huán)氧丙烷的相變熱e2=59.87X0.8X26.99X1000=12.93X105kJQ=2i+e2=140270.02+12.93X105=14.33X105k.J取熱損失為5%,。X2/0.95=1.51X106kj⑵換熱面積的計算加=[(56-15)-(27-10)]/lll(56-15)/(27-10)=27.25℃同上由文獻[12]可知取K=1000取S=17m2S=Q/(K取S=17m2⑶冷凍水的用量W=15.08X105/(15-10)/75.291=4005.79kJ4.23皂化第三冷凝器.已知進料環(huán)氧丙烷59.87X20% 27C出料環(huán)氧丙烷59.87X20% 10*C設冷凍鹽水進料溫度為5-C,出料時12*Co.計算(1)熱平衡環(huán)氧丙烷的降溫冷凝熱為9.87X20%X(27-10)+59.87X20%X26.99X1000=323178.26kJ取損失為5%,則。為323178.26/0.95=3.40Xl^kj(2)換熱面積的計算2=[(27-12)-(10-5)]/ln(27-12)/(10-5)=9.1℃同上由文獻[12,156?165],取K=1000S=Q/(心〃〃)=15?08X100000/3600/9.1=46.03(3)冷凍鹽水的量W=340187.64/(12-5)/75.291=645.47k.J冷凝耗熱總表皂化第一冷凝器 皂化第二冷凝器 皂化第三冷凝器所需熱量(kJ)6.85X106 1.51X1063.40X1054.2.4工藝水加熱器L已知4.2.4工藝水加熱器L已知進料工藝水268818.38kg/h14934.35kmol/h25"C加熱蒸汽取140。以68.1kmol/h通入。出料工藝水40"C.熱量衡算(1)工藝水升溫熱=14934.35X75.291X(40-25)=16.87KJ/h=4686.11kw設傳熱時熱損失為5%=4686.11X1.05=4920.42kw⑵傳熱面積的計算加熱介質：140?Ct80-C被加熱介質25C—40CAr=[(140-40)-(80-25)]/111(140-40)/(80-25)=75,27同時由文獻[12]可知取K=3000S=Q 468.611/3000/75.27=2075.24m2.加熱蒸汽耗量的計算1kg該蒸汽冷凝到80℃放出的熱量為：(7Wr+1000/18X75.291X(140-80)/1000=16.87X1000000/(7W得蒸汽的量為5588.2kg/h.2.5皂化塔熱量衡算L已知：進料氯丙醇，氫氧化鈣溶液為80C,設反應全在皂化塔中進行(即在混合器中不反應)物質的進出料組成見皂化塔物料衡算表4.4。2.計算：各物質的參數(shù)表如下表1聞物質表4.8物質表4.8各物質熱力學數(shù)據(jù)表物質Cp(J/Cp(J/moLmoLK)Cp(J/moLmoLK)環(huán)氧丙烷75.291 二氯環(huán)氧丙烷75.291 二氯丙烷80.79 氫氧化鈣99.687.5氯化738鈣塔頂物質的平均比熱為：75.291X31%+80.79X65%+99.6X4%=79.84J/mol.k(塔頂主要為環(huán)氧丙烷出料，但水的比例還是占31%)塔底物質的平均比熱為：75.291X99.14%+87.5X0.27%+738X0.59%=79.23J/mol.k(塔底水的比例非常大，幾乎占了99.14%)氫氧化鈣和氯化氫的反應熱為32.48X-129.59X1000=-4.21X106kJ氫氧化鈣和氯丙醇的反應熱為63.02X33X1000=2.08X106kJ所以塔內反應共生成熱為-4.21X106+2.08X106=-2.13X106kJ將塔內物料加熱到所需溫度吸收的熱量為：塔頂水汽化熱為：150.62X40.66X1000=6.12X106kJ塔頂二氯丙烷的汽化熱為0.23X31.38X1000=7217.4kJ塔頂物料升溫熱為(59.87+150.62+0.23)X79.84X(100-80)=0.3365X106kJ塔底物料的升溫熱為(14911.71+0.07+95.57)X79.23X(105-80)=29.73X106kJ皂化塔共需補償?shù)臒崃繛?2.13X106+6.12X106+7217.4kJ+0.3365X106+29.73X106kJ=34.06X106kJ設實際生產中，熱損失為5%,貝肝卜償量為1.05X34.06X106=35.77X106kJ共需140C的水蒸氣為35.77X106/75.291/(140.80)X18=142526kg/h另閃蒸罐將塔底物料降為95-C,回收節(jié)約蒸汽為：(105-95)X79.23=792.3kg/11則共需蒸汽=142526?792.3=141733.7kg/114.2.6成品塔的熱量衡算L已知：進出料組成見成品塔物料衡算表4.5設進料溫度15-C,塔頂出料35C,塔底出料802.計算(1)熱平衡成品塔中無化學反應，成品塔再沸器要提供的熱量為塔內各物種的升溫熱和汽化熱。環(huán)氧丙烷的升溫，汽化熱為：55.22X80.79X(35-15)+4.65X80.79X(80-15)=113643.25二氯丙烷和水的升溫熱(因二氯丙烷的含量很少，計算時按純水計算)0.56X75.291X(35-15)+150.29X75.291X(80-15)=736349.74成品塔需要提供的熱量為113643.25+736349.74=849992.99取傳熱效率為5%,外界蒸汽提供熱量為849992.99/0.95=894729.47(2)換熱面積的計算被加熱介質溫度取恒溫80C,加熱蒸汽為140c的水蒸汽，加熱介質后冷凝為100Ar=(60-20)/ln(60/20)=36.41t依文獻［12,156?165］可知取K=1000S=Q/(KAtm)=894729.47/1000/3600/36.41X1000=6.83Hl2(3)需要蒸汽量的計算lkgl40C的水蒸汽冷凝至100℃放出的熱量為：40.66X68.1+1000/18X75.291X(140-100)/1000=2935.93蒸汽的量為：894729.47/2935.93=304.75kg4i4.2.7回收塔的熱量衡算L已知：進出料組成見回收塔物料衡算表4.6

物質的進料溫度為20-C2.計算(1)熱平衡1)環(huán)氧丙烷的汽化升溫熱為：15.21X80.79X(35-20)+0.15X80.79X(80-20)=19159352)水的升溫熱為0.14X75.291X15+150.6X75.291X60=680487.59回收塔需要提供的熱量為：680487.59+19159.35=699646.94取熱損失為5%,則需總熱量為：699646.94/(l-0.05)=736470.46kJ(2)換熱面積的計算1)加熱介質看做恒溫80°C,加熱介質水蒸汽為140?100,Co2)Ar=(60-20)/hi(60/20)=36.41℃3)依文獻［12,156?165］可知取K=10004)S=Q/(心〃〃)=736470?46/1000/3600/36.41X1000=5.62Hl(3)蒸汽耗量的計算為：736470.46/2935.93=250.85kg/h4.2.8蒸汽耗量總表蒸汽的耗量見表4?9。表4上堂耗量表 項目 kmol/hkg/h 工藝水熱耗蒸汽 310.4655883堇化塔加熱器耗蒸汽 7874.091417337成.品塔再沸器耗蒸汽 16.9313.94304.7513.94回收塔再沸器耗蒸汽

8215.42250.858215.42蒸汽消耗總量147877.64.3非標準設備的計算及定型設備選型4.3.1非標準設備的計算1管式反應器取管徑為165mmX4.5mm已知進入管式反應器的液體流量為270000kg/h11出管流量為268818.38kg/h 268.82nT/h則流體的流速為："=4仆/(㈤d)=4X268.82/3600/3.14/0.156/0.156=3.76m/s(公式來源于文獻[13])2塔式反應器和氯醇塔：由于在物料衡算時已經將它們看做一個整體，這里的計算我們也把它們看做一個整體，意思就是把這兩個塔用一個總塔來使用，凡是符合這個總塔規(guī)格的兩個反應塔都可以使用在本設計中。根據(jù)化工設計的經驗選取塔的直徑為1400mm"=4#/(㈤d)=4X268.82/3600/3.14/1.4/1.4=0.049in/s取反應的時間為300s則塔高為300X0.006=14.7m考慮到其他因素，塔的高度取整為15m03皂化塔的計算：皂化塔大致分上下兩段，下段直徑較大，為反應饋出段；上段直徑較小，為分儲段。因此皂化塔的計算因結構復雜，缺乏相關數(shù)據(jù)，根據(jù)參考眾多設計皂化塔的具體資料選擇01400/900X26000,不銹鋼材料。4成品塔的計算：(1)已知進料：環(huán)氧丙烷 3654.95X0.95=3472.2kg/h 59.87kmol/h水 2711.22kg/h 150.62kmol/li二氯丙烷 26.17kg/li 0.23kmol/h塔頂出料:環(huán)氧丙烷 55.22kmol/h水，二氯丙烷0.56kmol/li塔釜出料：環(huán)氧丙烷 4.65kmol/1)水，二氯丙烷150.29kmol/h塔頂壓力：18kpa(表壓)塔頂溫度：35*C塔釜溫度：80*C(2)物理數(shù)據(jù)的計算1)液相密度：由〉0=a/戶+必/0公式Ml可得I/。=150.29/154.94/1000+4.56/154.94/823則p\=990.099kg/m32)氣相體積：%=(55.22+0.56)x1000x22.4x[(273+35)xl.013]/273/l.I93/1000=55.782X2.4X0.958=1196.97m3/h=0.33m3/S3)氣相密度：a=WJV.=(55.22x58+0.56x18)/1196.97=2.684kg/nf4)液相流量：L=(150.29x18+4.56x58)/990.099=2.9967J/h求得：乙/Lx、07H=2.9967/1196.97*19.2=0.0481(3)取塔間距為400mm,塔上液體高為50mm.Z/=300inm=0.3m由文獻[15,64?70]可知：C20=0.058C=0.058Xy(b/20)=0.058X%43/20=0.0732t/max=0.0732X7(990.099-2.684)/V2.684=1.404m/sl7=(0.6-0.8)Umax取U=0.6t/max=0.71.4X04=0.983in/s貝Ud=74x0.33/3.14/0.983=0.654=654mm取標準塔徑圓整800mm(4)成品塔理論塔板數(shù)的求法N小加=叫N/(1-刈))/(小/(1-4川/lga(公式見文獻[13])身為平均相對揮發(fā)度，飽和蒸汽壓35C時，水的為5.621kpa,飽和蒸氣壓80C時，水的為47.38kpa,我們只知道25C時，環(huán)氧丙烷的為75.86kpa,由Antoine方程式3計算得35P時，環(huán)氧丙烷的為85.21kpa,80c時，環(huán)氯丙烷的為167.45kpa所以平均相對揮發(fā)度為：7.16所需最少理論塔板數(shù)為Nmi〃=lg[(xo/(l-x?))/(%?Z(l-x..))]/lg①=6.12取整數(shù)，得(5)塔板效率的計算：由典型塔板效率經驗數(shù)值中以及文獻[13,310]和最常用的方法O,Connell中Eo=49(〃〃)?0?2S再利用其全塔板效率的關聯(lián)圖，該設計的效率為35%。則塔高Z=2V/￡XH=7/0.35X400=8000mm(公式見文獻[13,310?311]此塔高不包含再沸器，再沸器取3000mm含再沸器為11000mm4.3.2定型設備的選擇主要的定型設備的選擇主要的定型設備有氯醇循環(huán)泵，成品回流泵，成品進料泵，二氯丙烷泵，氯醇過料泵，工藝總水壓力泵，因該設計設備很多，設備規(guī)格見主要設備明細表。氯醇化反應溶液循環(huán)量的計算氯丙醇溶液的濃度為4%,每平方米(該溶液的密度為lOOOkg/m')溶氯3340/94.5=0.423kmol=9.478nm/m為簡化條件，氯丙醇水溶液的密度和氯在水中溶解度都按純水計算，在常壓下和50C時，氯在水中的溶解度為1.225nm'/m)設吸收氯至飽和度75%,則循環(huán)溶液和氯丙醇溶液的比為：9.478/(1.225X0.75)=10,316對于年產2萬噸的該環(huán)氧丙烷裝置，每小時循環(huán)氯丙醇液量=62O3.53/O.(MX1O.316=1599.9噸/時=15999nT/h則平均每臺循環(huán)泵的循環(huán)量為：1599.9/6=266.6nf/h4.33工藝管道計算1工藝水的進入總管水的流量V=270000kg/h=270nT/h=0.075m/s其中水的密度為1000kg/nT

依文獻［13,381］可選取O=159mm的無縫鋼管，代入公式〃="7質，得u=3.8m/s,符合要求。2丙烯進入總管丙烯的流量=4943.56kg/h=3386nT/h=0.94nf/s（氣態(tài)丙烯的密度為1.46）取丙烯的流速為36in/sd=河/邛=74x0.94/3.14/36=182mm依文獻［13,381］可選取0=219mm03氯氣進入總管氯氣的流量=4708.16kg4i=196L73nf41=0.544m'/s（氯氣的密度為2.4）取氯氣的流速為36in/sd=J4v/甲=74x0.544/3.14/36=139mm依文獻［13］可選取￡>=150mnu4氯醇化反應出料管該管道中物料由物料衡算可知，因氯丙醇和氯化氫大部分溶于水，近似處理為溶液的體積等于水的體積。則：V=270000kg/li=270in/Ii=0.075in/s由管式反應器的計算可知流速為3.76in/s貝！）d=^4x0.075/3.14/3.76=158mm依文獻［13,381］可選取￡>=219mmo5氫氧化鈣輸入管計算時氫氧化鈣為7000.4kg/h,濃度為30%,則整個流體的體積為：7000.4/0.3/3600X1000=0.0065nT/s取流速為1.2m/sd=J4V/%/=74x0.0065/3.14/1.2=83mm依文獻［13,381］可選取0=100mmo6主要設備明細表4.10：表4/0主要設備明細表序設備名規(guī)格型號材附機型號序設備名規(guī)格型號材附機型號號稱 料功率1循環(huán)泵⑻150F-90B不Y315LW-4 7序設備名 規(guī)格型號材 附機型號 臺號稱 料功率序設備名 規(guī)格型號材 附機型號 臺號稱 料功率66序設備名 規(guī)格型號材 附機型號 臺號稱 料功率序設備名 規(guī)格型號材 附機型號 臺號稱 料功率66工藝水150AFB-3壓力泵⑼ 5皂化釜150AFB-3底泵⑼ 5泥漿泵⑼80AFB-60銹I▼JT不銹▼IT不銹石灰乳65AFB-25送料泵⑼A不

銹AhyI▼IT

不拿過料泵叫IS200-150-315B如/FTV1▼f,不成品進40WM.90料泵叫200KWB3Y315LW-4200KWB3Y315LW-4200KWB3YB90s?2,4

KWYB180M-4

-W18.5KWB3YB180M-4-W18.5KWB3

YB180L-4

22KWB340W-9010111213流泵叫回收進

料泵叫二氯丙

烷泵叫回收回流泵叫皂化塔成品塔40WM.9040W-9040WM-9091200/900*8*2600(p900*14*30000不銹鋼不銹不銹鋼不銹Z27222KWB3YB180L-422KWB3Z27222KWB3YB180L-422KWB3序設備名規(guī)格型號材附機型號 臺號稱 料功率序設備名規(guī)格型號材附機型號 臺號稱 料功率序設備名 規(guī)格型號材 附機型號 臺號稱 料功率序設備名 規(guī)格型號材 附機型號 臺號稱 料功率6614回收塔15第二氯醇塔16第一分離器17第二分離器18第三分離器19二氯丙烷分離罐20閃蒸罐(p500*230不00銹鋼(p2000*16鈦000(pl200*10鈦*340091600*10鈦*15000(p800*8*2鈦700(p500*220鈦0(pl800*15鋼*600021粗PO貯(pl600*8*不罐3500銹11111111成品貯

罐回收回流罐釜液中

間罐工藝水加熱器皂化第

一冷凝

器

皂化第

二冷凝

器

皂化第

三冷凝器(p3600*60

00(pl200*6*3500(pl800*40

00

Qsh-24(p500*430不0,F248銹(p500*422不6,F248銹鋼(p400*600不0,F226銹(p500*30011211111122232425262728293031成品第32一冷凝33器34成品第35二冷凝器成品第

三冷凝

器回收第一冷凝器回收第

二冷凝

器成品塔再沸器回收塔再沸器0,F226

(p450*400

0,F225

(p400*300

0,F226(p700*300

0,F227

(p300*300

0

(p600*300

0

(p600*280

0不

銹▼IT

不

銹不

銹ZrHVl▼1T

不鋼不銹鋼鋼鋼111116666第五章安全與三廢治理原料物的特征及防護措施刈氯氣為黃綠色氣體，有強烈的刺激性，高壓下可呈液態(tài)。人吸入氯會刺激鼻、咽及上呼吸道，過量可能造成肺積水、工人吸煙又暴露于氯中會加強毒性作用。高濃度下會嚴重刺激，造成灼熱刺痛感、發(fā)紅、起泡，直接接觸其液體會造成嚴重的刺激、灼傷，甚至凍瘡。食入氯液體可能造成疼痛、灼傷、口渴、痙攣及惡心，甚至造成死亡。眼睛接觸氯會嚴重刺激，造成灼熱、刺痛感、發(fā)紅、流淚及起泡，直接接觸其液體可能造成灼傷及永久損傷，甚且失明。丙烯在此過程中是易燃易爆的氣體；環(huán)氧丙烷的沸點只有30C左右，也是易燃易爆品，設計時要考慮氯氣，環(huán)氧丙烷，丙烯的安全防護。.氯氣生產，使用，貯存等廠房結構，應充分利用自然通風條件換氣，在環(huán)境氣候條件允許下，可采用半敞開式結構；不能采用自然通風的場所，應采用機械通風，但不宜使用循環(huán)風。.生產，使用氯氣的車間，空氣中氯氣含量最高允許濃度為1mg/n?.氯化系統(tǒng)管道必須完好，連接緊密，無泄漏。.定期清除滯留在反應設備和管道內的反應生成物，消除阻塞。.氯化設備和管道處的連接墊料選用石棉板，石棉橡膠板，氟塑板，浸石墨的石棉繩等，嚴禁使用橡膠墊。.液氯汽化器，蒸發(fā)器，貯罐等，必須有壓力表，液面計，溫度計等安全裝置。.設備管道檢修時，必須切斷物料來源和傳動設備電源，然后泄壓，進行氣體置放后方可操作。操作時應有專人監(jiān)護。需要動火時，必須辦理動火手續(xù)。.液氯貯槽，計量槽，汽化器中液氨充裝量不得超過全容積的80%。.防護用品應定期檢查，定期更換。.生產，使用，貯存崗位必須配備兩套以上的隔離式面具，操作人員必須每人配備一套過濾式面具，并定期檢查，以防失效。.生產，使用，貯存現(xiàn)場應具備有一定數(shù)量的藥品，吸氯者應迅速撤離現(xiàn)場，嚴重時及時送醫(yī)院治療。.建筑物的耐火等級為一級廠房。.各層必須有必要的消防器材。廢氣的排放氯醇系統(tǒng)排空氣,含丙烯,水蒸汽及少量其他氣體。控制氯氣41%,尾氣流量＜15nm3/h,每班檢測一次。皂化，精儲系統(tǒng)尾氣排空，含PO,水蒸汽及其他氣體。控制POW1%,尾氣流量<3nm3/h9每班檢測一次。廢水的排放皂化下水排入下水沉清池后進入污水處理廠進行處理,達到國家排放標準后在由地下管排出，其排放量約48?53nl3/h,其中含氯化鈣及少量其他物質，其中氯化鈣,氫氧化鈣經沉降后用車拉走?？刂艭OD<2000mg/1,丙二醇<0.02%（但在該設計沒有考慮丙二醇），PH值：10?12,每小時檢測一次。第六章技術經濟分析成本計算

1建廠成本（一）購置設備：6000萬元（二）安裝工程：1500萬元（三）建筑工程：1000萬元（四）其他費用：800萬元（五）總費用：9300萬元2原材料及產品，副產品的價格見下表6.1：表6.1各物質價格表單價工業(yè)用氯氣1635丙烯6250生石灰220水4.5環(huán)氧丙烷14200二氯丙烷3000單位元/噸元/噸元/噸元/噸元/噸元/噸元/噸氯化鈣單位元/噸元/噸元/噸元/噸元/噸元/噸元/噸6503原料總耗量氯氣4308.16噸/年丙烯4543.56噸/年水168818.38噸/年生石灰6700.4噸/年4產品及副產品產量環(huán)氧丙烷2057L62噸/年二氯丙烷153.48噸/年氯化鈣207.86噸/年5原材料成本核算氯氣50424459.5元/年丙烯212460200元/年生石灰11088633.6元/年水967746.10元/年總成本274941039.3元/年6產品銷售額核算環(huán)氧丙烷292117004元/年氯化鈣135109元/年二氯丙烷460440元/年總銷售額292712553元/年7年盈利292712553-274941039.3=17771513.7元/年=1777.15萬元前景分析原投資為9300萬元，而該裝置年凈產值為1777.15萬元。如果用1000萬元支付工人工資和其他費用。在保證正常生