萬噸聚碳酸酯工藝設計

年產10萬噸聚碳酸酯化工廠初步設計計時年產10萬噸聚碳酸酯廠工藝設計，重要進行了工藝計算、設備選型，并繪制了全PolycarbonateisdeservedbytheBisphenol-AofSodiumsaltandphosgene.Thindicationistodesignforachemicalfactyearly.ItincludethemainequipmentcomputationandtheshapinginthetechnicalprocessofKEYWORDS:Polycarbonate,Bisphenol-A,Technology1.1設計根據(jù)………………錯誤!未定義書簽。1.1.1課題背景…………錯誤!未定義書簽。1.1.2我國聚碳酸酯產業(yè)現(xiàn)實狀況……錯誤!未定義書簽。1.1.3國際聚碳酸酯需求概況…………錯誤!未定義書簽。1.2設計根據(jù)………………錯誤!未定義書簽。1.3設計原則………………錯誤!未定義書簽。1.4設計任務………………錯誤!未定義書簽。1.5勞動安全衛(wèi)生………錯誤!未2工藝設計…………………錯誤!未定義書簽。2.1工藝流程設計…………錯誤!未定義書簽。2.1.1工藝流程設計的重要性…………錯誤!未定義書簽。2.1.2工藝流程設計的原則……………錯誤!未定義書簽。2.1.3工藝流程選擇分析與研究……錯誤!未定義書簽。2.1.4工藝流程設計……………………錯誤!未定義書簽。2.1.5生產工藝流程論述………………錯誤!未定義書簽。2.1.6工藝流程設計參數(shù)………………錯誤!未定義書簽。2.2工藝計算………………錯誤!未定義書簽。2.2.1物料衡算……………錯誤!未定義書簽。2.2.2熱量衡算……………錯誤!未定義書簽。3工藝計算與設備選型……………………錯誤!未定義書簽。3.1塔的工藝與選型……………………錯誤!未定義書簽。3.1.1T101………3.1.2最小回流比的計算………………錯誤!未定義書簽。3.1.3全塔理論塔板數(shù)…………………錯誤!未定義書簽。3.1.4精餾段理論塔板數(shù)………………錯誤!未定義書簽。3.1.5板效率及實際塔板數(shù)……………錯誤!未定義書簽。3.1.6塔和塔板重要工藝尺寸計算……錯誤!未定義書簽。3.1.7塔板負荷性能方程………………錯誤!未定義書簽。3.3氣流干燥器的工藝計算與選型……錯誤!未定義書簽。3.4過濾設備的工藝計算與選型………錯誤!未定義書簽。4設備型號一覽表…………錯誤!未定義書簽。4.1泵的選擇………………錯誤!未4.3冷凝器、再沸器的選擇………………錯誤!未定義書簽。5廠制和廠址選擇…………………5.1廠制概況………………錯誤!未定義書簽。5.1.1工廠組織…………錯誤!未定義書簽。5.1.2工作制度…………錯誤!未定義書簽。5.1.3人員配置…………錯誤!未定義書簽。5.2廠址選擇………………錯誤!未定義書簽。5.2.1建廠根據(jù)…………錯誤!未定義書簽。5.2.2指導方針…………錯誤!未定義書簽。5.2.3選廠通過…………錯誤!未定義書簽。6全廠總平面設計…………錯誤!未定義書簽。6.1總平面設計任務和環(huán)節(jié)………………錯誤!未定義書簽。6.1.1總平面設計任務…………………錯誤!未定義書簽。6.1.2工廠組織…………錯誤!未定義書簽。6.2總平面設計原則………錯誤!未定義書簽。伴隨雙酚A(BPA)現(xiàn)貨的急劇下滑，該工業(yè)處在不景氣狀態(tài)。截至2023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將也許會持續(xù)到年終。雖然新的環(huán)氧樹脂和聚碳酸酯(PC),生產裝置已于2023年投運，減少動工率或延長裝置停工期。雙酚A(BPA)發(fā)展在2023年也受到某些負面的影響，來裝置于2023年12月投產后，又使該地區(qū)新增了供應量，估計雙酚A(BPA)價格一度會國擁有16萬噸/年裝置，三井化學企業(yè)在新加坡?lián)碛?3萬噸/年裝置。聚碳酸酯(簡稱PC)是分子鏈中具有碳酸酯基的高分子聚合物，根據(jù)酯基的構造其規(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，2023年進口量為23萬噸，到2023年增至101.7萬噸，增長了近4倍，2023年國內聚碳酸酯的表觀消費量靠近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，并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20世紀末，世界聚碳酸酯的產量約114萬噸，聚碳酸酯按功能特性分為一系列品2023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%;另一方面是電子/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北美/萬t西歐/萬t萬t其他/萬t合計/萬t比例%電子電器光學介質類產品總消費量的25%。亞洲地區(qū)(不包括日本)在電子、電器產品和光學有關產品領域消費的聚碳酸酯在世界所占比例相稱高，電子、電器領域占全光學產品占全球該類產品消費量54%.亞太、拉丁美洲將是增長最快的地區(qū)。估計到2023年，世界聚碳酸酯的需求量將到達(2)合理運用國家資源和財產，最大程度的發(fā)揮硬件設施的內在潛力，節(jié)省土地，減少(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(xiàn)自動化?，F(xiàn)(6)大多數(shù)廠房，尤其是重要生產車間的布置，應考慮到日照方位和主導風向，保證自(7)近期建設和遠期發(fā)展相結合，重要生產車間留有合適的發(fā)展余地，輕化工工廠變化(8)為保證平面圖具有建筑藝術性，廠房形狀要規(guī)則簡樸，使道途徑直，廠房中心線保(9)采用多種措施，提高建筑系數(shù)和場地運用稀疏。建筑系數(shù)一般為25%～40%,場地運用系數(shù)一般為50%～60%,這是總平面設計的重要技術經濟指標。伴隨世界尤其是我國環(huán)境的明顯惡化，國民的環(huán)境保護意識逐漸提高，為了我對于廢渣一般采用填埋、焚化、堆肥前應獲得衛(wèi)生部門的同意，不容許污染水室，四季可在居住區(qū)設集中浴室。也許引起經皮膚吸取急性(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重要的內容，是工(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，工藝流程設計是定碳酸二苯酯(DPC),然后在熔融狀態(tài)下質量好，尤其是截止2023年終，全世界聚碳酸酯總生產能力靠近3.3Mt/a。其中光氣法生產工藝約占總生產能力的90%。因此本設計采用界面縮聚光氣法。@@m篇m@生產工藝流程論述(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，同步加入的尚有苯酚、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。(2)光氣反應未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。同步進入的尚有來自換熱器(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，將多出的光氣通入緩沖罐(V102)中。通入氮氣，將反應液壓入油水分離器進行過濾。濾液提成兩部分一部分送回反應釜(R101)繼續(xù)運用，另一部分通道反應釜測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2.2工藝計算(1):原理對不持續(xù)過程，物料衡算的方程為：即：初始輸入量+生成輸入量=最終輸出量+消耗量(2):措施②:過程單位時間的物流量。③:有關消耗定額。素等2):物料衡算過程(1):搜集數(shù)據(jù)表2-1原料性質原料名稱密度(Kg/m3)沸點(℃)含量(%)比熱容光氣7天)光氣水(4):原料日凈耗量：原料廠內貯存運送損失率為5%,則聚碳酸酯工廠的原料年入廠量：雙酚A:又原料廠外運送損失率為5%,則DDS皮革鞣劑工廠的原料年外購量(5):衡算成果消耗定額率(%)率(%)日凈耗量原料年凈耗量(t/a)率(%)量(ta)光氣55甲烷55(6):合成聚碳酸酯生產流程圖②:光氣釜：③:縮聚釜：④:蒸餾釜：(8):列出輸入-輸出物料衡算平衡表名稱出料亞硫酸氫鈉亞硫酸鈉水名稱出料雙酚A鈉鹽光氣二氯甲烷亞硫酸鈉簡聚體氯化鈉水出料名稱催化劑簡聚體鈉二氯甲烷聚碳酸酯氯化鈉水出料名稱催化劑簡聚體二氯甲烷聚碳酸酯丙酮熱量衡算(一)計算的基本原理化工生產中最常用的能量形式為熱能，故化工設計中常常把能量計算稱為熱量計算。行。一般在物料計算后先粗算一種過程的設備臺數(shù)大小，設定一種基本形式和傳熱形式，然后進行該設備的熱量計算，如熱量計算的成果與設備形式、大小有矛盾，則必須重新設計設備的大小和形式或加上合適的附件，以使設備既能滿足物料衡算的規(guī)定Q→體系從環(huán)境中吸取的能量；W→環(huán)境對體系所做的功；在熱量衡算中，假如無軸功條件下，進入系統(tǒng)加熱量與離開系統(tǒng)的熱量應平衡，即在實際中對傳熱設備的熱量衡算可表達為：Q?→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Q?→離開設備物料帶走的熱量；Q。→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℃雙酚A鈉鹽亞硫酸氫鈉氫氧化鈉：亞硫酸鈉水Q=(59.1×356-286×0.3)×103=2.1C,=10.7%×1.80+6.2%×3.182+0.15%×1.70+0.05%×3.0Q=CmAt=0.4×13704.11×5=27408.22k熱損失取總熱量的5%Q=5%(Q+Q)=5%×(243+2.74)×10?=12.29×10kI因此由Q+Q+Q?=Q+Q?+Q進料介質溫度℃出料介質溫度℃光氣5光氣二氯甲烷5簡聚體二氯甲烷亞硫酸鈉氯化鈉水水反應式為反應的原則生成焓：=-(-842.6)+(-411.12)-(-626.32)-(-=-406.48+208.42×(293-因此反應放熱為：Q?=59.1×(-1479.8)×103=-8.75×102kJCp=12.7%×3.00+0.06%×1.70+0.04%×2.80+2.5%×2.80Q=C,m△t=4.06×10×125933.6=5.11×10°kJQ?=CmAt=0.4×11578.7×1熱損失取總熱量的5%因此Q=5%(Q+Q)=5%×(511+4.63)×10?=2.58×10?kJ因此由Q+Q?+Q?=Q+Q?+Q?需采用夾套進行換熱，采用50℃換熱：進口溫度50℃出口溫度10℃3.1塔的工藝與選型I.計算根據(jù)：(1)塔T101進、出物料流量構成：表3-1物料構成名稱出料二氯甲烷丙酮Ⅱ.對T101進行物料衡算規(guī)定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%。由于因此DX?=0.98×0.68×1068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(jù)Antoine方程求算，即式中:t——物系溫度，℃丙酮的常數(shù)二氯甲烷的常數(shù)(2)塔內操作壓力：塔底丙酮(B)二氯甲烷(A)取操作回流比：R=2R=1.62全塔理論塔板數(shù)(1)最小理論塔板數(shù)采用芬克斯方程計算：采用李德公式計算：上式合用條件為：0.01<X<0.9按原則圓整N為13(不包括再沸器)精餾段理論塔板數(shù)采用芬克斯方程計算：采用李德公式計算：(不包括再沸器)按原則圓整N為3(不包括再沸器)板效率及實際塔板數(shù)(1)在已知條件下的全塔效率可以由下式進行計算：Np——實際板層數(shù)E=0.49×(au)245式中：α——塔頂與塔底平均溫度下的相對揮發(fā)度； 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(shù)的第10塊塔板。塔和塔板重要工藝尺寸計算根據(jù)給定的分離任務，由理論塔板數(shù)計算塔的有效(接觸段)高度。NT塔內所需的理論板層數(shù)；采用較大的板間距可以容許有較高的空塔氣速，而不至于產生嚴重的霧沫夾帶現(xiàn)象，塔徑雖可以小些，但塔高要增長，(2)塔徑根據(jù)圓管內的流量公式，可以寫出塔徑與氣體流量及空塔氣速的關系，即：μ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合適的空塔汽速U,有：C——負荷系數(shù)；負荷系數(shù)的值取決于阻力系數(shù)及液滴直徑，可以由使密斯負荷關聯(lián)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表面張力：σ=24.3mN/m氣相負荷V=5635.609m3/h又運用公式塔板容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)表觀空塔氣相速度(按全塔截面計):u=0.8um=0.8×11.38=9.1(3)溢流裝置采用U形流、弓形降液管、平形受液盤及平形流堰，計算如下。I.溢流堰長lw取堰長lw為0.60D,即：lw=0.6×3.6=2.16mⅡ.出口堰高hwⅢ.降液管寬度Wa降液管面積Ar液體在降液管中停留的時間：IV.降液管底隙高度ho取液體通過降液管底隙的流速u?為0.08m/s計算降液管底隙高度hoI.取邊緣區(qū)寬度Wc=0.065m、安定區(qū)寬度Ws=0.1m取篩孔的孔徑d為20mm,正三角形排列，不銹鋼的板厚δ為4mm,取t/d=4.0,故，孔中心距：塔板上開孔區(qū)開孔率φ,即每層塔板上的開孔面積A.為A=φA?=0.057×3.4=0.1氣體通過篩孔的汽速塔板負荷性能方程(1)霧沫夾帶線1根據(jù)Hunt的經驗式式中f=4.8m2近似取E≈1.0,hw=0.168m,1w=2.16m故并將(a)、(b)代入Hunt經驗式，得：整頓得：為防止液泛，降液管內的清夜層高度Ha應為：H?≤φ(H?+hw)h=0.0000023V?2+0.1008+0.246L??=0.1035+0.0000023V2+0.、代入漏液點氣速式：代入上式并整頓得：取平堰、堰上液層高度how=0.006m作為液相負荷下限條件，近似對R101雙酚A鈉鹽合成釜1.反應釜體積對于R101反應釜根據(jù)前面物料橫算，因此投入反應釜的液體的體積：=11.28+3.64+0.07+104.確定。式中f為裝填系數(shù)，等于0.4~0.85,一般由經驗確定，也可以根據(jù)反應物料的性質不一樣而選擇；對于沸騰或氣泡的物料，可取小的系數(shù)，如0.4~0.6;對于不起泡沫或不沸騰的液體可取0.7~0.85。根據(jù)GB9845—1988(鋼制機械攪拌容器)圓整取V=160m3D=3600mmH=7250mm根據(jù)反應釜的壁厚計算公式：選用16MnR材料則：δ反應釜的質量：W=πDHδ?p=3.14×3.6×7.25×0.01反應釜的質量：2.封頭的選擇封頭選擇常用的原則橢圓形封頭，詳細的參數(shù)如下：直邊高度：h?=50mm壁厚：δ=20mm4.攪拌裝置的設計考慮攪拌流體黏度，并且攪拌的作用是要將物料充足混合，因此攪拌槳葉的形式選為漿式。其詳細參數(shù)如下：攪拌軸選用1Cr18Ni9Ti表3-3R101工藝尺寸釜釜內體積內徑高度Fδ功率工藝表3-4筒體夾內高度hσ體徑積mmm度mm3同上同上同上同上同上無同上無88物料平均直徑d=150um物料密度p=1530kg/m物料規(guī)定含水量有3%(濕基)減少到0.3%(濕基)干物料比熱C=1.256kJC物料臨界濕含量X=0.018kg/kg進入干燥管空氣進入溫度105℃空氣初始濕度H?=0.018kg/kg進入預熱齊溫度20℃其中空氣出口溫度比出口處濕球溫度高出20~50℃,這里取35℃,即t?=t+35t?=36.5+35=71.5℃物料蒸發(fā)所需熱量Q干燥產品升溫所需熱量Q空氣帶走熱量Q=L(1.01+1.88×0.018)(7干燥器熱量損失Q取干燥器熱量損失為有效耗熱量(Q+Q?)的15%提供應預熱器熱量為Q,=L(1.01+1.88×0.018)(于是有預熱器的熱負荷和加熱蒸汽消耗量：損失為有效傳熱量的15%,則蒸汽消耗量為：干躁器熱效率為：干燥器的直徑：查88.25絕干空氣物性為：λ=3.03×10?kw/m°cPx=1.007kg/m3μ=2.1×10~?Pass其中：Q=Q?+Qu=1360.6+116.01進口水分(濕基)出口水分(濕基出口空氣溫度空氣用量出口物料溫度出口氣體速度3.4過濾設備的工藝計算與選型轉鼓真空過濾機M102設計已知參數(shù)：聚碳酸酯進料量：水進料量：固相質量分數(shù)：固相密度：母液體積：母液密度：過濾時間：P=1200kg/mP=1193kg/m30分鐘(一)每一循環(huán)處理的懸浮母液的質量：其中：固相質量為W=W×w=16013.64×97%=15533.23kg每一循環(huán)所獲濾餅體積：其中：u為每m3濾液中固相密度每一循環(huán)濾液體積：V=Q,-V=13.423-12.944=0.479m2(二)過濾面積q:單位過濾面積所獲過濾液體積q.:單位過濾面積上過濾液體積過濾面積：設備參數(shù)表1:過濾時間k:過濾常數(shù)型號總過濾面積m2轉鼓傳動機型號攪拌傳動機型號總重kg同理對板框式壓濾機M101設計參數(shù)表3-6型號明流外形尺寸(長×寬×高/mm×mm×mm)過濾面積(m2)濾板材質5工作壓力(MPa)重量(kg)電機功率(kw)3型設備位號設備名稱壓力原動機功率(KW)型號高壓往復泵電動往復泵高壓往復泵8高壓往復泵16離心泵C4高壓往復泵5P105和P118型號相似容器的選擇：1.考慮合適的容積；2.根據(jù)介質性質選擇設備材質。見表4-2容器罐的選型設備位號設備名稱材質介質規(guī)格壓力(MPa)V101光氣穩(wěn)壓光氣V102光氣緩沖光氣4物V104混合溶劑316L二氯丙酮V106丙酮儲罐316L丙酮V107二氯甲烷316L二氯儲罐甲烷內徑×高×厚容積設計應用4.3冷凝器、再沸器的選擇表4-3冷凝器、再沸器的選型設備名稱介質設備公稱直面積管管數(shù)管長位號徑正三角氯甲烷同上2水同上3料同上4水同上5空氣同上6苯酰氯/冷凍同上7=300(天)本廠職工按工作性質分為：生產性人員和非生產性人員。生產人員占全長職工的60%左右，非生產人員占全廠人員的40%左右，在非生產性人員中：38%為科研人員(兼職行政人員),6%為保安人員，10%為勤雜人員。每個人員必須各司其職，處理好自己手頭的工作。工作制度由于聚碳酸酯得生產是一種持續(xù)生產得過程，假如停產一次花費比較大，因此本廠采用輪換倒班制度，持續(xù)工作制，法定節(jié)假日和星期假日仍舊按次執(zhí)行。因此一年的工作日工作日=365一設備維修日序號崗位名稱1門衛(wèi)2748217553成品庫27364鍋爐房272452712627248生產車間3769原料區(qū)2748(1)本化工廠是危險系數(shù)較大的精細化工廠，必須要遠離都市，以免有原料或者產(2)工業(yè)布局符合安全環(huán)境保護規(guī)定，地勢平整，減少了三通一平的工作量，(6)當?shù)貐^(qū)的地質條件不錯，地耐力符合全廠平面設計為本設計的一項重要任務，總平面設計的(1)在滿足生產流程條件下，結合廠區(qū)地形狀況，經濟合理的安排場內外各建筑物、構通、持續(xù)、短捷、防止交叉進行,是多種物料的輸送距離為最小。同步，應將水電汽(2)要可以充足結合場地優(yōu)勢、地位、地貌等有利條件，因地制宜，緊湊布置，節(jié)省土(3)大多數(shù)廠房，尤其是重要生產車間的布置，應考慮到日照方位和主導風向，保證自(4)各車間之間注意滿足防火、衛(wèi)生等國家安全規(guī)定，多種廠房按性質分區(qū)集中。對易燃易爆的各類儲罐和由危險性的庫房(油庫、危險品庫),應力爭遠離火源和人員往來集(6)綜合管線統(tǒng)籌安排，防止干擾，力爭管線短，拐彎(7)近期建設和遠期發(fā)展相結合，重要生產車間留有合適的發(fā)展余地，但必須注意與都(8)為示蹤平面圖具有建筑藝術性，廠房形狀要規(guī)則簡樸，是道途徑直，廠房中心線保(9)采用多種措施，提高建筑系數(shù)和場地運用稀疏。建筑系數(shù)一般為25%～40%,場地運用系數(shù)一般為50%～60%,這是總平面設計的重要技術經濟指標。(1)生產區(qū)布置：重要生產區(qū)選擇三層廠房，便于組織和運送及個工序的銜接，以便于(2)輔助車間布置：以生產車間為中心，根據(jù)總平面布置原則，綜合多種原因對各個輔(3)運送設備布置：車庫油庫均布置在主干道邊緣，道路設計為主力干道，寬12m人行道每邊各1.5m干道6m車間引道3～4m這樣有助于消防和道路的改造。(4)堆場和倉庫：布置在主導風向的下風向，置于廠區(qū)邊緣，靠近主生產車間，且位于(5)行政管理機構和福利區(qū)：辦公樓位于廠前區(qū)且位于主導風向的上風向。(6)綠化和美化區(qū)：本廠的綠化包括生產區(qū)、福利區(qū)的綠化帶。既有專門的綠化區(qū)，也2鍋爐房、水泵房