【甘油法年產(chǎn)10萬(wàn)噸環(huán)氧氯丙烷的工藝設(shè)計(jì)7000字（論文）】

II甘油法年產(chǎn)10萬(wàn)噸環(huán)氧氯丙烷的工藝設(shè)計(jì)目錄14564引言 1130741甘油法制環(huán)氧氯丙烷的基本論述 215891.1環(huán)氧氯丙烷的用途 2193181.2環(huán)氧氯丙烷的理化性質(zhì) 2298631.3環(huán)氧氯丙烷的制備 3121291.3.1丙烯高溫氯化法 3145281.3.2醋酸丙烯脂法 468331.3.3甘油法 4150081.4甘油法制環(huán)氧氯丙烷 624921.4.1生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述 6202531.4.2工藝流程簡(jiǎn)圖 7267642工藝計(jì)算 867762.1物料衡算 864542.1.1氯化反應(yīng)器 8291602.1.2精餾塔 9291233熱量衡算 11313123.1反應(yīng)器熱量衡算 1157603.2精餾塔熱量衡算 12301724設(shè)備選型 13316664.1精餾塔的選型 13326074.2換熱器的選型 15291834.3儲(chǔ)罐的選型 15106494.4泵的選型結(jié)果 16315005結(jié)論 1627100附錄甘油法生產(chǎn)環(huán)氧氯丙烷工藝流程圖 1820513參考文獻(xiàn) 19摘要:環(huán)氧氯丙烷在化學(xué)工程、醫(yī)學(xué)與藥品制備以及輕工業(yè)等化學(xué)生產(chǎn)領(lǐng)域具有很重要的作用，是一種很重要的化工原料。本設(shè)計(jì)是根據(jù)環(huán)氧氯丙烷在工業(yè)方面的多種需求，通過(guò)比較幾種生產(chǎn)環(huán)氧氯丙烷的主要方法，然后充分理解合成環(huán)氧氯丙烷的反應(yīng)原理以及生產(chǎn)步驟完成設(shè)計(jì)。最終選擇甘油法，原因是這種方法相比于其他工藝方法具有高效和產(chǎn)品收率高等優(yōu)勢(shì)，而且選擇這種方法能夠有效的減少對(duì)環(huán)境的污染，充分的利用有限能源。關(guān)鍵詞：環(huán)氧氯丙烷；甘油法；二氯丙醇引言我國(guó)現(xiàn)在生產(chǎn)環(huán)氧氯丙烷占比最大的方法是丙烯高溫氯化法，丙烯高溫氯化法在整個(gè)市場(chǎng)中的比例占到了74%，甘油法生產(chǎn)工藝占到了20%，而醋酸丙烯脂法生產(chǎn)工藝所占比例僅占6%[1]。其中甘油法不但擁有能耗低，副產(chǎn)物少，生產(chǎn)成本相對(duì)較低的優(yōu)勢(shì)，而且甘油原料在市場(chǎng)中又存在含量高、價(jià)格低、雜質(zhì)少等多種優(yōu)勢(shì)，因此在未來(lái)生產(chǎn)中具有很大的潛力。又因?yàn)楦视头ㄔ谖磥?lái)許多新建的項(xiàng)目中占比達(dá)到了70%，所以在未來(lái)幾年甘油法生產(chǎn)工藝將會(huì)成為生產(chǎn)環(huán)氧氯丙烷最主要工藝。用于合成甘油是環(huán)氧氯丙烷的一種主要用途，在化工生產(chǎn)領(lǐng)域具有重大的意義。其他用途包括合成聚合材料，這種用途在材料行業(yè)被廣泛使用，也在汽車行業(yè)和航空航天工業(yè)中具有很大的潛力，環(huán)氧氯丙烷在制造其他化工產(chǎn)品及其它衍生物中也扮演了很重要的角色[2]。環(huán)氧氯丙烷在最近幾年因?yàn)槠涓鞣N特殊和有利的性質(zhì)，生產(chǎn)需求十分旺盛，在許多方面都被普遍使用，并且在目前發(fā)展很迅速的建筑業(yè)也有著強(qiáng)大的發(fā)展需求，因此環(huán)氧氯丙烷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景十分廣闊。當(dāng)能夠有效解決原料和能源問(wèn)題的時(shí)候，環(huán)氧氯丙烷產(chǎn)業(yè)將會(huì)有巨大的發(fā)展機(jī)會(huì)，屆時(shí)環(huán)氧氯丙烷無(wú)論是產(chǎn)量還是市場(chǎng)占比都會(huì)大大提高，環(huán)氧氯丙烷在不久的將來(lái)會(huì)有廣闊的發(fā)展前景[3]。1甘油法制環(huán)氧氯丙烷的基本論述1.1環(huán)氧氯丙烷的用途制造塑料以及各種特性不同聚合物是環(huán)氧氯丙烷的主要用途，也是生產(chǎn)甘油及其其他物質(zhì)的重要原料，還是重要的基礎(chǔ)材料和中間物質(zhì)，還是氯堿產(chǎn)品的主要原材料[4]。其主要用途包括以下幾方面:

(1)用于制造甘油在上個(gè)世紀(jì)末，因?yàn)槟菚r(shí)的原油價(jià)格不是太昂貴，導(dǎo)致以此為原料生產(chǎn)的環(huán)氧氯丙烷被利用有效方法制得的合成甘油產(chǎn)量增多，從而大量應(yīng)用于醇酸樹(shù)脂、日用品等工業(yè)，但隨著之后工業(yè)的發(fā)展，技術(shù)的改進(jìn)造成大量的廉價(jià)甘油的出現(xiàn)而使得本工藝失去優(yōu)勢(shì)被市場(chǎng)淘汰[5]。

(2)應(yīng)用于聚合材料

在環(huán)氧樹(shù)脂的合成中，以環(huán)氧氯丙烷為反應(yīng)物得到的環(huán)氧樹(shù)脂具有難收縮、極易粘合、高穩(wěn)定、耐腐蝕、導(dǎo)電性好以及耐沖擊等優(yōu)點(diǎn)，從而在材料行業(yè)中被廣泛應(yīng)用。在合成橡膠的生產(chǎn)中，合成橡膠因?yàn)楹锌估匣?、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、封閉性高、耐燃以及難與臭氧發(fā)生反應(yīng)等性能[6]。因此，在重工業(yè)中，在密封材料以及管道方面不斷得到重視與應(yīng)用。在其他方面環(huán)氧氯丙烷通過(guò)縮合反應(yīng)得到的聚合物，被大量應(yīng)用于粘結(jié)劑。

(3)其他衍生物及用途

除了在以上方面有多種用途，環(huán)氧氯丙烷還在炸藥、絕緣材料、復(fù)合材料、表面活性物質(zhì)、農(nóng)業(yè)、制藥業(yè)、粘合劑、合成樹(shù)脂、穩(wěn)定劑等多種方面也有很多的作用，是一種非常重要的化工原材料[7]。1.2環(huán)氧氯丙烷的理化性質(zhì)表1-1環(huán)氧氯丙烷的相關(guān)性質(zhì)性質(zhì)數(shù)據(jù)分子量92.85沸點(diǎn)/℃116.11熔點(diǎn)/℃-25.6閃點(diǎn)/℃40.6臨界壓力/MPa5.63臨界溫度/K593.3飽和蒸氣壓/kPa1.801.3環(huán)氧氯丙烷的制備1.3.1丙烯高溫氯化法制造環(huán)氧氯丙烷最普遍的方法為丙烯高溫氯化法，在當(dāng)前世界所采用生產(chǎn)工藝中比例達(dá)到了90%，其最早是由美國(guó)的殼牌公司開(kāi)發(fā)應(yīng)用并發(fā)展的。這種方法是以丙烯、氯氣和石灰三種物質(zhì)為主要原材料進(jìn)行反應(yīng)的[8]。關(guān)鍵的生產(chǎn)流程大致為，首先將丙烯與液氯作為反應(yīng)物在高溫條件進(jìn)行氯化反應(yīng)得到產(chǎn)物氯丙稀與HCl，然后將氯丙稀與次氯酸進(jìn)行反應(yīng)得到產(chǎn)物二氯丙醇，在最后將得到的二氯丙醇作為反應(yīng)物進(jìn)行皂化反應(yīng)，再經(jīng)過(guò)一系列精餾提純等操作得到環(huán)氧氯丙烷[9]。反應(yīng)式如下：（1）氯丙烯制造過(guò)程（2）合成二氯丙醇過(guò)程皂化過(guò)程丙烯高溫氯化法的幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)是當(dāng)前占比重，生產(chǎn)步驟連貫，安全性高，各個(gè)工藝流程十分成熟，穩(wěn)定性也高。利用這種方法不但能夠生產(chǎn)環(huán)氧氯丙烷，而且還能制造氯丙稀和甘油等其他化工產(chǎn)品[10]。但這種方法的不足是氯氣會(huì)腐蝕設(shè)備，而且會(huì)產(chǎn)生多余廢物，并且得到的產(chǎn)品比率不高，消耗能源較多。在工藝流程中會(huì)產(chǎn)生大量的含有氯化物和含氯化鈣的廢水，而且對(duì)于廢水和其他廢物的處理費(fèi)用比較昂貴[11]。1.3.2醋酸丙烯脂法國(guó)外某些公司和科學(xué)院在二十幾年前就成功創(chuàng)造出新的環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)工藝。其中有些采用的是先用含氯物質(zhì)反應(yīng)然后再進(jìn)行水解的方法，而其他的則采用的是先水解然后再與含氯物質(zhì)反應(yīng)的方法。這種方法的主要生產(chǎn)步驟是，首先在催化劑作用下制造醋酸丙烯酯，然后將醋酸丙烯酯作為反應(yīng)物進(jìn)行水解反應(yīng)得到產(chǎn)物烯丙醇，之后將烯丙醇和氯氣作為反應(yīng)物進(jìn)行反應(yīng)生成二氯丙醇，最后將二氯丙醇在堿性環(huán)境下進(jìn)行皂化反應(yīng)生成環(huán)氧氯丙烷[11]。其反應(yīng)式如下：（1）合成醋酸丙烯酯（2）制造烯丙醇（3）合成二氯丙醇（4）皂化過(guò)程這種方法的主要優(yōu)勢(shì)有防止了反應(yīng)溫度帶來(lái)的危害，反應(yīng)條件穩(wěn)定，可控性高，可操作性高，產(chǎn)率高，污染少這幾點(diǎn)。利用這種方法雖然可以制得純度很高的丙烯醇，但是該工藝也存在工藝步驟多，催化劑需求量高，對(duì)設(shè)備要求嚴(yán)格，資金要求多等不足之處。1.3.3甘油法甘油法工藝流程是以工業(yè)甘油、燒堿和HCl為主要反應(yīng)物進(jìn)行反應(yīng)的。主要生產(chǎn)步驟為甘油和氣態(tài)HCl在合適的溫度和壓力，并且在有催化劑的條件下進(jìn)行反應(yīng)，得到產(chǎn)物二氯丙醇；之后將二氯丙醇作為反應(yīng)物在含有OH-物質(zhì)的環(huán)境下進(jìn)行反應(yīng)得到產(chǎn)物環(huán)氧氯丙烷。反應(yīng)方程式如下：（1）甘油氯氫化（2）二氯丙醇皂化反應(yīng)甘油氯化皂化法反應(yīng)過(guò)程甘油氯化皂化法工藝流程：催化劑氫氧化鈉精餾精餾萃取皂化氯萃取皂化氯氫化甘油氣相冷凝液環(huán)氧氯丙烷精餾凈化氯化氫液相產(chǎn)品回收氯化鈉精餾凈化圖1甘油作為原料制備環(huán)氧氯丙烷工藝流程簡(jiǎn)圖采用甘油法的工藝生產(chǎn)環(huán)氧氯丙烷，既減少了對(duì)原料為原油的問(wèn)題的困擾，又不浪費(fèi)本就有限的石油資源，并且相對(duì)來(lái)說(shuō)還減少了之前各種方法對(duì)環(huán)境造成的影響。相對(duì)于其他工藝方法制造環(huán)氧氯丙烷，甘油法在資金消耗方面又較為經(jīng)濟(jì)[12]。采用甘油法生產(chǎn)工藝對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，既有效利用了本就豐富的農(nóng)業(yè)資源，又對(duì)我國(guó)資源和經(jīng)濟(jì)的有效利用和可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。1.4甘油法制環(huán)氧氯丙烷1.4.1生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述（1）連續(xù)氫氯化在以甘油和氣體HCl為反應(yīng)物的氯氫化過(guò)程中，將乙二酸作為催化劑，通過(guò)一系列反應(yīng)操作最后得到的比例占70%而所占比例為30%，除此之外還得到其他副產(chǎn)物。連續(xù)氫氯化過(guò)程的工業(yè)化要概括分析轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)速率和反應(yīng)選擇性等各種專業(yè)性指標(biāo)，然后經(jīng)過(guò)有效的過(guò)程步驟以及操作從而完成想要的操作。甘油法的連續(xù)氫氯化過(guò)程屬于多相反應(yīng)，原料在生產(chǎn)步驟的流動(dòng)中需要進(jìn)行不斷攪拌的操作，從而達(dá)到利于傳質(zhì)和傳熱的界面要求；在其他方面，因?yàn)楦视头ǖ倪B續(xù)氫氯化過(guò)程是可逆反應(yīng)，所以在反應(yīng)過(guò)程中應(yīng)最大限度降低返混的情況，通過(guò)以上操作能有效提高反應(yīng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)化率、收率以及速率[13]。連續(xù)氫氯化過(guò)程中的反應(yīng)器需要帶有冷凝裝置。為了達(dá)到氣液兩相混合充分的目的，可以采用反應(yīng)器，但這種裝置的不足是會(huì)造成返混的情況。所以為了有效減少返混的情況，可以采用將復(fù)數(shù)的反應(yīng)器進(jìn)行連續(xù)連接，這樣隨著相連的釜數(shù)的增加，會(huì)將返混情況帶來(lái)的危害降到最低。但隨著反應(yīng)器數(shù)量的不斷增多，降低返混狀況的效率也會(huì)不斷減小，而且其他方面的問(wèn)題也會(huì)對(duì)應(yīng)的增多，所以在工藝生產(chǎn)過(guò)程中只要3到4個(gè)就能夠達(dá)成目標(biāo)。將合適量的催化劑與甘油混合得到的反應(yīng)物輸送到反應(yīng)器中，然后通過(guò)進(jìn)料泵把反應(yīng)物加入到吸收塔中，最后吸收氯氫化反應(yīng)剩余的氣體后輸送到反應(yīng)器中。從反應(yīng)器中流出的反應(yīng)液再按順序經(jīng)過(guò)安裝在之后的反應(yīng)器，到最后反應(yīng)物會(huì)被輸送到貯罐中，并且有效的控制各反應(yīng)器中含量的液位保持同一位置[14]。之后將氣體先經(jīng)過(guò)干燥，然后進(jìn)行減壓操作，再之后將反應(yīng)物按順序依次輸送到3個(gè)反應(yīng)器中與原料甘油發(fā)生氯氫化反應(yīng)，之后將得到的產(chǎn)物和從各個(gè)反應(yīng)器中蒸出，經(jīng)過(guò)以上操作得到的產(chǎn)物先經(jīng)過(guò)冷凝操作再輸送到氣相冷凝器。通過(guò)吸收塔將處理之后，在通過(guò)之前的設(shè)備之后再經(jīng)過(guò)之后的吸收塔通過(guò)堿性物質(zhì)吸收多余后置空。（2）精餾分離常規(guī)壓力下完成的簡(jiǎn)單精餾操作，從塔頂?shù)玫降腄CH含量占到了99%，收率達(dá)到了90%以上；通過(guò)精餾操作也可以實(shí)現(xiàn)母液的分離目的，先去除氣體HCl，之后通過(guò)一系列操作分離DCH。經(jīng)過(guò)論證，當(dāng)回流比R達(dá)到了，以及操作壓力在范圍之間，能夠最有效的完成分離操作，得到的產(chǎn)品純度能達(dá)到95%以上。因此，減壓精餾的操作壓力最好為2.6-5.3KPa，塔釜溫度為90-114℃。（3）皂化過(guò)程在生產(chǎn)二氯丙醇的過(guò)程中存在水解反應(yīng)和皂化反應(yīng)兩種類型，在這個(gè)過(guò)程中皂化反應(yīng)是主要反應(yīng)而水解反應(yīng)是次要反應(yīng)。主要反應(yīng)為二氯丙醇發(fā)生反應(yīng)生成環(huán)氧氯丙烷，次要反應(yīng)為主反應(yīng)產(chǎn)生的環(huán)氧氯丙烷發(fā)生水解形成甘油[15]。這兩種反應(yīng)都在又堿性物質(zhì)參與的情況才能發(fā)生，堿性物質(zhì)可以使用Ca(OH)2和NaOH以及其他堿性物質(zhì)。1.4.2工藝流程簡(jiǎn)圖甘油和己二酸在氯化反應(yīng)塔中經(jīng)過(guò)混合，再加入氫氧化鈉混合反應(yīng)最后經(jīng)過(guò)精餾塔得到反應(yīng)產(chǎn)物環(huán)氧氯丙烷。整個(gè)流程如下圖：氯化氫氫氧化鈉混合塔環(huán)化塔精餾塔精餾塔氯化反應(yīng)器混合塔環(huán)化塔精餾塔精餾塔氯化反應(yīng)器甘油環(huán)氧氯丙烷已二醇廢液廢液圖2甘油法制環(huán)氧氯丙烷工藝物料簡(jiǎn)圖2工藝計(jì)算2.1物料衡算設(shè)計(jì)任務(wù)：年產(chǎn)量10萬(wàn)噸環(huán)氧氯丙烷/年

設(shè)計(jì)依據(jù)：

1.年工作日按300天計(jì)，每天24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)，即7200小時(shí)/年，則每小時(shí)生成環(huán)氧氯丙烷的產(chǎn)量為13.89噸；

2.原料純度：甘油95%，5%

；HCl100%;

3.原料配比：甘油:HCl=1：0.8

4.反應(yīng)方程式及產(chǎn)物;（1）甘油氯氫化（2）二氯丙醇皂化反應(yīng)2.1.1氯化反應(yīng)器以甘油為原料，己二酸為催化劑然后在115℃下氯氫化生成二氯丙醇和水，該轉(zhuǎn)化率為92%[4]。以1000kg/h甘油為計(jì)算基準(zhǔn)，甘油與HCl進(jìn)料為1:0.8，可以得到原料甘油進(jìn)料從而可以計(jì)算得原料HCl進(jìn)料量和出料量。原料甘油的規(guī)格是純度為95％；則含有甘油的量：1000kg/h×95％=950kg/h=10.33kmol/h原料甘油中水的含量：1000kg/h×5％=50kg/h=2.78kmol/h甘油轉(zhuǎn)化率為92%，則參加反應(yīng)的甘油量:950kg/h×92%=874kg/h=9.5kmol/h未反應(yīng)的甘油含量：950kg/h-874kg/h=76kg/h按年產(chǎn)量10萬(wàn)噸的要求，每小時(shí)二氯丙醇的產(chǎn)量：Kg/h比例系數(shù)：1.39×kg/h/950kg/h=14實(shí)際上每小時(shí)按照要求生產(chǎn)的二氯丙醇的量為：950kg/h×14=13300kg/h=103.1kmol/h反應(yīng)產(chǎn)生的水量：212.8kmol/h=3830.4kg/h原料中的水量：50kg/h×14=700kg/h=38.88kg/h輸出的水量：3830.4kg/h+38.88kg/h=3869.28kg/h=214.96kg/h輸入的甘油含量：950kg/h×14=13300kg/h=144.56kmol/h參加反應(yīng)的甘油：874kg/h×14=12236kg/h=133kmol/h未反應(yīng)（輸出）的甘油：76kg/h×14=1064kg/h=11.56kmol/h由此可知氯化氫：進(jìn)料：144.56kmol/h×2=289.12kmol/h=10552.88kg/h出料：11.56kmol/h×2=23.12kmol/h=843.88kg/h反應(yīng)器物料衡算結(jié)果如表所示：表2.1氯化反應(yīng)器進(jìn)料衡算表進(jìn)料組分甘油氯化氫二氯丙醇水合計(jì)摩爾流量kmol/h144.56289.1200433.68質(zhì)量流量kg/h13300.0010552.880023852.88表2.2氯化反應(yīng)器出料衡算表出料組分甘油氯化氫二氯丙醇水合計(jì)摩爾流量kmol/h11.5623.12132.99214.96382.63質(zhì)量流量kg/h1064.00843.8817156.383869.2822933.542.1.2精餾塔在精餾塔T101中的物質(zhì)為在連續(xù)化氫氯化過(guò)程中未完全反應(yīng)掉的HCl，還有在反應(yīng)中起到催化劑作用的己二酸以及連續(xù)氫氯化過(guò)程產(chǎn)生的副產(chǎn)物和H2O。而在精餾塔T101精餾的過(guò)程中作為催化劑的己二酸和副產(chǎn)物由于進(jìn)料和出料質(zhì)量流量保持不變，所以不帶入衡算過(guò)程。在進(jìn)行精餾塔的物料衡算時(shí)采用清晰分割的方法，因?yàn)楫a(chǎn)物二氯丙醇為重關(guān)鍵組分，剩余HCl為輕關(guān)鍵組分，以水為非輕關(guān)鍵組分，即：進(jìn)料量：F=23.12+132.99+214.96=371.07kmol/h進(jìn)料中各個(gè)組分流量如表2.1所示：表2.3進(jìn)料中各組分流量組分氯化氫二氯丙醇水合計(jì)摩爾流量kmol23.12132.99214.96371.07z9.8938.6851.43100設(shè)氯化氫為物料1，二氯丙醇為物料2，水為物料3即：D=371.07×（0.088-0.001）/(0.999-0.001)=32.34kmol/h;W=F-D=338.73kmol/h組分物料衡算，由清晰分割可知：d1=DxLK,D=32.34×0.999=32.31kmol/hd2=D-d1-d3=32.34-32.31+0.07=0.15d3=f3=0.07w1=WxLK,W=338.73×0.001=0.338kmol/hw2=W-w1-w3=338.73-0.338-214.96=123.43kmol/w3=214.96kmol/h二氯丙醇精餾塔物料衡算數(shù)據(jù)匯總表如表所示：表2.4精餾塔T101物料衡算數(shù)據(jù)表組成kmol/hzkmol/hxkmol/hx二氯丙醇132.9938.6832.3199.35123.4336.43氯化氫23.129.890.150.40.3380.09水214.9651.430.070.21214.9663.46合計(jì)371.0710032.53100338.73100在甘油法制備環(huán)氧氯丙烷的生產(chǎn)步驟中，由氯化反應(yīng)器中出來(lái)的粗產(chǎn)品經(jīng)過(guò)初餾塔T101之后還要經(jīng)過(guò)純化精餾塔T102，與初餾塔T101的物料衡算方式相同，在純化近餾塔T102的塔頂出料計(jì)算結(jié)果如下表：組分二氯丙醇氯化氫水合計(jì)Kg/h15799.0412.343869.2819650.66表2.5精餾塔T102物料衡算數(shù)據(jù)表3熱量衡算3.1反應(yīng)器熱量衡算圖3反應(yīng)器熱量衡算簡(jiǎn)圖根據(jù)上面的熱量衡算簡(jiǎn)圖能夠直觀的看出焓值的變化，再通過(guò)查詢進(jìn)料物質(zhì)甘油以及HCl在115℃以及114.57℃下的比熱參數(shù)，然后根據(jù)進(jìn)料物質(zhì)的質(zhì)量流量，就可以得到進(jìn)料和出料總焓值。反應(yīng)計(jì)算結(jié)果如下表：表3.1反應(yīng)器熱量衡算表名稱進(jìn)料出料溫度℃114.57115壓力MPa0.10.1水蒸氣壓力0.680.47質(zhì)量流量kg/h23852.8822933.54焓kj/h-11.2×-11.1×Qkj/h1.1×3.2精餾塔熱量衡算圖4精餾塔熱量衡算簡(jiǎn)圖根據(jù)上面的熱量衡算簡(jiǎn)圖，精餾塔和反應(yīng)器的熱量變化稍有不同，通過(guò)查詢進(jìn)料物質(zhì)二氯丙醇以及出料物質(zhì)C3H6Cl2O和C3H7ClO2在不同溫度下的比熱參數(shù)，然后根據(jù)進(jìn)料物質(zhì)的質(zhì)量流量，就可以得到進(jìn)料和出料總焓值。反應(yīng)計(jì)算結(jié)果如下表：表3.2精餾塔熱量衡算表組分進(jìn)料出料C3H6Cl2OC3H7ClO2溫度℃249.23168.6214.53壓力MPa0.70.10.1流量111質(zhì)量流量kg/h17156.3816413.12743.25焓kj/h-6.55×-3.24×-5.4×Qkj/h-7.895×4設(shè)備選型4.1精餾塔的選型通過(guò)查詢有關(guān)資料，可以對(duì)生產(chǎn)步驟中的初餾塔T101進(jìn)行計(jì)算得到生產(chǎn)所需的各種設(shè)備要求。塔徑的計(jì)算通過(guò)查詢相關(guān)資料以及之前的物料衡算可知甘油以及HCl的平均密度、質(zhì)量流量以及液相的平均表面張力和粘度，再通過(guò)公式進(jìn)行計(jì)算。使m,m,能得到m根據(jù)公式通過(guò)查詢Smith泛點(diǎn)關(guān)聯(lián)圖可知：得:所以求得氣速：m/s選擇表觀氣速：m/s所以得到大致的塔徑：m最后取整得塔徑D=2.8m然后核算塔徑，進(jìn)行霧沫夾帶計(jì)算：m，m降液管面積：m2m/s霧沫夾帶：所以持續(xù)時(shí)間：s>4s所以確定塔徑為2.8m塔板數(shù)的確定先求得全塔效率，根據(jù)全塔效率公式，再查詢相關(guān)數(shù)據(jù)可得0.425，通過(guò)全塔效率可得實(shí)際塔板數(shù)，精餾段塔板數(shù)N精=提餾段塔板數(shù)N提=所以初餾塔總的塔板數(shù)為18塔高的確定為塔板間距；塔頂空間的高度；塔底空間的高度，通過(guò)查閱資料可知相關(guān)數(shù)據(jù)。再根據(jù)下面公式可得：=18.6m通過(guò)計(jì)算和查閱相關(guān)資料得到的塔設(shè)備數(shù)據(jù)如下:表4.1精餾塔T101選型結(jié)果名稱編號(hào)理論板數(shù)實(shí)際板數(shù)進(jìn)料板溫度/℃壓力/Kpa塔徑/m塔高/m初餾塔T1015186115151.982.818.6二是純化精餾塔，通過(guò)和初餾塔相似的計(jì)算得到的塔設(shè)備數(shù)據(jù)如下:表4.2精餾塔T102選型結(jié)果名稱編號(hào)理論板數(shù)實(shí)際板數(shù)進(jìn)料板溫度/℃壓力/Kpa塔徑/m塔高/m純化精餾塔T101184132114.5-99.301.525.624.2換熱器的選型在甘油法的生產(chǎn)步驟中起作用的換熱器主要有預(yù)熱器和冷凝器。列管式換熱器包括封頭法蘭、介質(zhì)、結(jié)管法蘭以及換熱管束，封頭，介質(zhì)這幾大部件，之后根據(jù)《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》的指導(dǎo)，進(jìn)行換熱器的選型[14]。表4.3換熱設(shè)備選型結(jié)果名稱編號(hào)公稱直徑DN/mm公稱壓力PN/MPa管程數(shù)N管數(shù)量n流通面積/cm2管長(zhǎng)度L/m換熱面積/m2預(yù)熱器E-101465631621980500094.75冷凝器E-1021704.53455825008.85冷凝器E-1035150.93182257300056.6冷凝器E-1044654.53143198250058.44.3儲(chǔ)罐的選型表4.4儲(chǔ)罐的選型結(jié)果名稱編號(hào)公稱容積/m2內(nèi)徑/mm高度/mm公稱直徑/mm直徑/mm充裝系數(shù)滯留時(shí)間/h粗產(chǎn)品儲(chǔ)罐V-1010.8160001140080025000.75120DCH儲(chǔ)罐V-1026160001140060018000.75120ECH儲(chǔ)罐V-1030.5160001140060018000.750.2廢液儲(chǔ)罐V-10442000013500150036000.750.2廢水儲(chǔ)罐V-1052.52000013500135032000.75244.4泵的選型結(jié)果表4.5泵的選型結(jié)果名稱編號(hào)型號(hào)轉(zhuǎn)速r/min流量m3/h揚(yáng)程H/mm效率軸功率/kw電機(jī)功率/kw質(zhì)量/kg進(jìn)料泵P-101IS50-32-1603200309000586.238.670出料泵P-102IS65-50-1251650129000650.560.6265進(jìn)料泵P-103IS50-32-20032008.615000674.286.462出料泵P-104IS50-32-20016507.210500680.410.6562回流泵P-105IS65-50-12532007.215000732.634.565進(jìn)料泵P-106IS50-32-20016507.215000560.820.9662進(jìn)料泵P-107IS50-32-20016507.215000620.760.87625結(jié)論在這次生產(chǎn)環(huán)氧氯丙烷的工藝設(shè)計(jì)中采用了甘油法生產(chǎn)路線，通過(guò)了解與甘油法有關(guān)的工藝流程知識(shí)，以及生產(chǎn)步驟中需要的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)，充分解決了甘油法工藝流程中可能出現(xiàn)的各種問(wèn)題，在這之后再優(yōu)化相關(guān)部分。選擇主反應(yīng)設(shè)備反應(yīng)釜以及精餾塔進(jìn)行物料衡算、熱量平衡的計(jì)算，最終計(jì)算得出符合設(shè)計(jì)的結(jié)論。本次設(shè)計(jì)我消除了原有工藝方法合成環(huán)氧氯丙烷過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物對(duì)人身和環(huán)境可能帶來(lái)的安全問(wèn)題，甘油法合成環(huán)氧氯丙烷啶相比于其他工藝方法具有高效、污染小、產(chǎn)品收率高等優(yōu)勢(shì)，并且采用甘油法制備環(huán)氧氯丙烷