年產(chǎn)450噸丁酮乙二醇縮酮的車間工藝設(shè)計-課程設(shè)計說明書

精細化學(xué)品生產(chǎn)技術(shù)課程設(shè)計說明書題目:年產(chǎn)450噸丁酮乙二醇縮酮的車間工藝設(shè)計

TOC\o"1-3"\h\u3433課程設(shè)計任務(wù)書 36532總論 66171.產(chǎn)品概述 630087第一章工藝流程概述 9211131.產(chǎn)品介紹 965761.1產(chǎn)品名稱：丁酮乙二醇縮酮 9263871.2分子式： 977501.3產(chǎn)品性質(zhì) 9167191.4產(chǎn)品用途 9190042.工藝流程概述 9137052.1合成路線 932852.2生成工藝流程框圖[13] 10309843原輔料介紹 10258873.1丁酮 10148403.2乙二醇 11119094.對苯二甲酸 12318084.1名稱：對苯二甲酸 12171094.2物理性質(zhì) 1225524.3化學(xué)性質(zhì) 1395614.4毒性危害 13318785.環(huán)己烷 13184375.2物理性質(zhì) 13193705.3化學(xué)性質(zhì) 14170915.4毒性和危害 1431244第二章工藝計算 1522113第一節(jié)物料衡算 15294431.做出物料流程圖，確定計算范圍 1581112物料計算[5] 162979第二節(jié)熱量衡算 17176131.熱量平衡式 17269832.熱量衡算 17301462.3物料帶入設(shè)備的熱量Q1（設(shè)室溫為25℃） 18253192.4、反應(yīng)釜回流過程的熱量衡算[10] 19213702.5加熱劑與反應(yīng)系統(tǒng)交換的總熱量Q 1976522.6.能量匯總表： 2024759第三章設(shè)備計算和選型 20191923.1.反應(yīng)罐 20269313.1.1材質(zhì) 20225243.1.2.結(jié)構(gòu) 20199453.2.攪拌器 2023613.3.原料的原始密度的計算 2051703.4每晝夜處理的物料總體積 20163783.5.反應(yīng)器的工藝計算及選型 21224243.6選型[12] 2118515第四章主要技術(shù)經(jīng)濟指標 2451474.1物料規(guī)格表： 24213884.2.車間水.電.水蒸氣的消耗量M 25304124.3成本消耗綜合表： 2619075第五章環(huán)保安全 27123925.1.環(huán)境保護 27203005.2．安全措施 2726069第六章設(shè)備結(jié)構(gòu)圖 2822994第七章設(shè)計的體會和收獲 2928362第八章參考文獻 30課程設(shè)計任務(wù)書題目：年產(chǎn)450噸丁酮乙二醇縮酮的車間工藝設(shè)計任務(wù)與要求：1．設(shè)計原始數(shù)據(jù)年產(chǎn)量；450噸年工作日：240天生產(chǎn)工藝原理：以丁酮、乙二醇為原料，對甲苯磺酸為催化劑，環(huán)己烷為帶水劑，生產(chǎn)制備丁酮乙二醇縮酮。反應(yīng)溫度：回流反應(yīng)時間：3小時其中丁酮的轉(zhuǎn)化率為95%，丁酮乙二醇縮酮的收率為85%。其它工藝參數(shù)通過查資料自己確定。2．物料規(guī)格原料與產(chǎn)物規(guī)格（純度）乙二醇98.0%丁酮99.0%環(huán)己烷99.0%對甲苯磺酸98.0%丁酮乙二醇縮酮98.0%3．工藝計算物料衡算熱量衡算設(shè)備計算4．編制設(shè)計說明書設(shè)計說明書的內(nèi)容：一、總論（1）概述所設(shè)計產(chǎn)品的性能、用途和在國民經(jīng)濟中或?qū)θ嗣裆畹闹匾?；該產(chǎn)品的市場需求，該產(chǎn)品的生產(chǎn)方法及特點。（2）文獻綜述通過查閱國內(nèi)外期刊文獻，簡述該產(chǎn)品的生產(chǎn)試驗概況，國內(nèi)外的生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。（1000字以上）（3）項目來源由教師指定的課題（4）設(shè)計產(chǎn)品所需的主要材料的規(guī)格、來源以及水、電、汽的供應(yīng)情況、結(jié)合設(shè)計地區(qū)供應(yīng)情況加以說明。二、生產(chǎn)流程和生產(chǎn)方案的確定根據(jù)查閱文獻或?qū)嶋H調(diào)查所掌握的情況，或依據(jù)科學(xué)試驗報告或小試結(jié)果進行放大設(shè)計，分析各種生產(chǎn)方法及其特點。簡要敘述自己設(shè)計所選定的生產(chǎn)方法的依據(jù)和特點。畫出一個簡單流程圖。三、工藝計算包括物料衡算與能量衡算，計算結(jié)果匯總于物料衡算表和熱量衡算表中，并將計算基準轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)能力的基準，包括時間基準和單位產(chǎn)品基準。四、主要設(shè)備的工藝計算和設(shè)備選型根據(jù)設(shè)計任務(wù)工作量的大小，對反應(yīng)釜進行工藝計算并進行選型。并根據(jù)生產(chǎn)能力，按物料衡算和熱量衡算的結(jié)果，對其它設(shè)備都作為輔助設(shè)備進行選型。如泵、壓縮機、換熱器、槽罐等。五、原材料、動力消耗定額六、車間成本估算七、環(huán)境保護及安全措施八、設(shè)計的體會和收獲九、參考文獻十、附工程圖紙（1）帶控制點的工藝流程圖（2）主要設(shè)備裝配圖參考書《化工設(shè)計手冊》（上、下冊），國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計院編《精細化工反應(yīng)器及車間工藝設(shè)計》（左識之主編），華東理工大學(xué)出版社《化工制圖》《工程制圖》（化工）《化工工藝設(shè)計概論》學(xué)生簽名：課程設(shè)計要求每組人員4人，已大致分配，若需要調(diào)整，組員之間可以互換，但不能增加或減少原組人員數(shù)量。調(diào)整后，把最終的名單重新報給指導(dǎo)老師。每組自定設(shè)立一個負責人，進行統(tǒng)一分工；組員之間要互相配合、合理分工；個人完成自己的任務(wù)，最后匯總成篇；“心得體會”部分必須個人完成。課程設(shè)計要求在十八周上交，每人打印一份上交指導(dǎo)老師，同時在“目錄”加“*”備注自己完成的部分。（打印順序：封面→目錄→任務(wù)書→正文）總論1.產(chǎn)品概述丁酮乙二醇縮酮不僅僅是作為有機合成的中間體或特殊溶劑使用，而且還是果香型、木香型日用香精[1].由于其原料來源豐富,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,近十幾年作為新型香料在日用香精和食品香精中均有廣泛應(yīng)用。因此,研究和開發(fā)丁酮縮乙二醇具有一定的意義。2.現(xiàn)行的工藝：近年來丁酮縮乙二醇在香料中廣泛的得到應(yīng)用，越來越多的人對其進行研究，向著越來越高效和環(huán)保的反面發(fā)展。以下是近幾年來丁酮縮乙二醇的合成方法（1）丁酮縮乙二醇的一般合成工藝是：由丁酮和乙二醇反應(yīng)而得,用硫酸、磷酸、對甲苯磺酸和氨基磺酸等作催化劑,其最佳合成工藝條件為:醇酮物質(zhì)的量的比為1.2:1,催化劑加入量為2%,以環(huán)己烷作為帶水劑,反應(yīng)完畢后,經(jīng)精制工序,可制得質(zhì)量高、產(chǎn)品收率好的產(chǎn)品。此工藝其優(yōu)點是催化劑價廉易得,但是反應(yīng)結(jié)束后,分離催化劑與產(chǎn)物需進行中和、水洗等過程,工藝復(fù)雜,產(chǎn)生廢水污染環(huán)境,并且質(zhì)子酸對設(shè)備具有較強的腐蝕作用。(2).以復(fù)合固體酸SO42-/Fe2O3-TiO2為多相催化劑,通過丁酮和乙二醇反應(yīng)合成了丁酮縮乙二醇。在酮醇物質(zhì)的量比為1∶1.5,催化劑用量為反應(yīng)物料總質(zhì)量的2%,帶水劑選用環(huán)己烷,反應(yīng)時間1.5h的條件下,丁酮縮乙二醇的收率可達92.7%,此反應(yīng)知SO42-/Fe2O3-TiO2是合成丁酮縮乙二醇的良好催化劑,其活性高,易分離,污染少,有一定的工業(yè)應(yīng)用價值。(3)甲殼素(chitin)是自然界中大量存在的氨基多糖,其脫乙酰基產(chǎn)物殼聚糖(chitosan)與硫酸反應(yīng)所形成的殼聚糖硫酸鹽不溶于水,也不溶一般的有機溶劑,對酯化和醚化具有一定的催化作用,以殼聚糖硫酸鹽為催化劑,丁酮和乙二醇為原料,環(huán)己烷作為帶水劑，合成了丁酮縮乙二醇。催化劑效果良好,并可重復(fù)使用。對環(huán)境友好。（4）以一水合硫酸氫鈉作催化劑,在適宜的條件下,合成了丁酮縮乙二醇,產(chǎn)率可達91.5%，一水合硫酸氫鈉是合成丁酮縮乙二醇的良好非質(zhì)子酸催化劑,它具有催化活性高,可重復(fù)使用,催化劑與反應(yīng)體系易于分離，來源廣泛,價格低廉,性質(zhì)穩(wěn)定,減少三廢污染等特點。因此,一水合硫酸氫鈉是工業(yè)合成環(huán)己酮縮乙二醇的有價值的催化劑。（5）以活性炭負載具有Keggin結(jié)構(gòu)的硅鎢酸和磷鎢酸作為催化劑,比較它們對縮酮反應(yīng)的催化效果,結(jié)果表明:它們對丁酮的縮合反應(yīng)都具有良好的催化活性;而負載型磷鎢酸的催化穩(wěn)定性更好，用活性炭負載雜多酸催化合成丁酮縮乙二醇,催化活性高,后處理簡單,環(huán)境污染少.其中以活性炭負載磷鎢酸為催化劑,更具催化劑重復(fù)使用性能好的特點,這是一種有著工業(yè)應(yīng)用前景的催化劑。3.市場與前景：由于丁酮縮乙二醇具有的特性使其廣泛的應(yīng)用于香料中，日用品中，隨著日用品的發(fā)展，丁酮縮乙二醇的需求越來越多，應(yīng)用越來越廣泛，合成丁酮所乙二醇的方法也越來越多。丁酮縮乙二醇將會向著更加高效，低成本，更加環(huán)保，綠色，更具可持續(xù)發(fā)展的方法發(fā)展。第一章工藝流程概述產(chǎn)品介紹1.1產(chǎn)品名稱：丁酮乙二醇縮酮1.2分子式：1.3產(chǎn)品性質(zhì)產(chǎn)品是一種無色透明的液體，具有果香，不溶于水，溶于乙醇等有機溶劑。它具有香味，常用于香精中，原料來源廣豐富，生產(chǎn)工藝簡單，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。在日用香料和食用香精中應(yīng)用廣泛。1.4產(chǎn)品用途他可作為化學(xué)工業(yè)合成中間體和溶劑，也可以用作香精和香料添加劑。工藝流程概述2.1合成路線在反應(yīng)釜中加入丁酮、乙二醇、一定量的對苯二甲酸和環(huán)己烷溶劑共沸劑，裝上攪拌器、分水器、回流冷凝管和溫度計，加熱反應(yīng)3小時，反應(yīng)產(chǎn)生水和共沸劑共沸蒸出，至沒水產(chǎn)生，結(jié)束反應(yīng)、冷卻、過濾、蒸餾收集一定溫度范圍內(nèi)的餾分。[2]Na2CO32.2生成工藝流程框圖Na2CO3丁酮乙二醇丁酮乙二醇對苯二甲酸環(huán)己烷減壓蒸餾分層分離中和洗滌縮合反應(yīng)減壓蒸餾分層分離中和洗滌縮合反應(yīng)環(huán)己烷油水分離產(chǎn)品環(huán)己烷油水分離產(chǎn)品 3原輔料介紹3.1丁酮中文名稱：2-丁酮中文別名：丁酮;;MEK；;2-氧代丁烷英文名稱：2-Butanone外觀與性狀：無色液體，有似丙酮的氣味。3.1.1物理性質(zhì)熔點℃)：-85.9；相對密度（水=1）：0.81；沸點(℃)：79.6；相對蒸氣密度（空氣=1）：2.42；飽和蒸氣壓(kPa)：9.49(20℃)；燃燒熱(kJ/mol)：2441.8；臨界溫度(℃)：260；臨界壓力(MPa)：4.40；辛醇/水分配系數(shù)的對數(shù)值：0.29；閃點(℃)：-9；爆炸上限%(V/V)：11.4；引燃溫度(℃)：404；爆炸下限%(V/V)：1.7；溶解性：溶于水、乙醇、乙醚，可混溶于油類3.1.2化學(xué)性質(zhì)丁酮由于具有羰基及與羰基相鄰接的活潑氫，因此容易發(fā)生各種反應(yīng)。與鹽酸或氫氧化鈉一起加熱發(fā)生縮合，生成3,4-二甲基-3-己烯-2-酮或3-甲基-3-庚烯-5-酮。長時間受日光照射時，生成乙烷、乙酸、縮合產(chǎn)物等。用硝酸氧化時生成聯(lián)乙酰。用鉻酸等強氧化劑氧化時生成乙酸。丁酮對熱比較穩(wěn)定，500℃以上熱裂生成烯酮或甲基烯酮。與脂肪族或芳香族醛發(fā)生縮合時，生成高分子量的酮、環(huán)狀化合物、縮酮以及樹脂等。例如與甲醛在氫氧化鈉存在下縮合，首先生成2-甲基-1-丁醇-3-酮，接著脫水生成甲基異丙烯基酮。該化合物受日光或紫外光照射時發(fā)生樹脂化。與苯酚縮合生成2,2-雙(4-羥基苯基)丁烷。與脂肪族酯在堿性催化劑存在下反應(yīng)，生成β-二酮。在酸性催化劑存在下與酸酐作用發(fā)生?；磻?yīng)，生成β-二酮。與氰化氫反應(yīng)生成氰醇。與氨反應(yīng)生成酮基哌啶衍生物。丁酮的α-氫原子容易被鹵素取代生成各種鹵代酮，例如與氯作用生成3-氯-2-丁酮。與2,4-二硝基苯肼作用生成黃色的2,4-二硝基苯腙(m.p.115℃)。3.1.3毒性和危害健康危害：對眼、鼻、喉、粘膜有刺激性。長期接觸可致皮炎。該品常與己酮同-[2]混合應(yīng)用，能加強己酮-[2]引起的周圍神經(jīng)病現(xiàn)象，但單獨接觸丁酮未發(fā)現(xiàn)有周圍神經(jīng)病現(xiàn)象。燃爆危險：該品易燃，具刺激性。3.2乙二醇名稱：乙二醇（ethyleneglycol）又名“甘醇”、“1,2-亞乙基二醇”，簡稱EG。化學(xué)式為(HOCH2)?乙二醇是無色無臭、有甜味液體，對動物有毒性，人類致死劑量約為1.6g/kg。乙二醇能與水、丙酮互溶，但在醚類中溶解度較小。用作溶劑、防凍劑以及合成滌綸的原料。乙二醇的高聚物聚乙二醇（PEG）是一種相轉(zhuǎn)移催化劑，也用于細胞融合；其硝酸酯是一種炸藥。[3]3.2.2物理性質(zhì)冰點：-12.6℃沸點：197.3℃密度：相對密度(水=1)1.1155(20℃）；相對密度(空氣=1)2.14外觀與性狀：無色、有甜味、粘稠液體蒸汽壓：0.06mmHg(0.06毫米汞柱)/20℃閃點：111.1℃粘度：25.66mPa.s(16℃）[1]溶解性：與水/乙醇/丙酮/醋酸甘油吡啶等混溶，微溶于乙醚，不溶于石油烴及油類，能夠溶解氯化鋅/氯化鈉/碳酸鉀/氯化鉀/碘化鉀/氫氧化鉀等無機物。表面張力：46.49mN/m(20℃)燃點：418℃燃燒熱：1180.26KJ/mol在25攝氏度下，相對介電常數(shù)為37濃度較高時易吸潮3.2.3化學(xué)性質(zhì)由于分子量低,性質(zhì)活潑,可起酯化/醚化/醇化/氧化/縮醛/脫水等反應(yīng)。與乙醇相似，主要能與無機或有機酸反應(yīng)生成酯，一般先只有一個羥基發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)升高溫度、增加酸用量等，可使兩個羥基都形成酯。如與混有硫酸的硝酸反應(yīng)，則形成二硝酸酯。酰氯或酸酐容易使兩個羥基形成酯。乙二醇在催化劑（二氧化錳、氧化鋁、氧化鋅或硫酸）作用下加熱，可發(fā)生分子內(nèi)或分子間失水。乙二醇能與堿金屬或堿土金屬作用形成醇鹽。通常將金屬溶于二醇中，只得一元醇鹽；如將此醇鹽（例如乙二醇一鈉）在氫氣流中加熱到180～200°C，可形成乙二醇二鈉和乙二醇。此外用乙二醇與2摩爾甲醇鈉一起加熱，可得乙二醇二鈉。乙二醇二鈉與鹵代烷反應(yīng)，生成乙二醇單醚或雙醚。乙二醇二鈉與1，2－二溴乙烷反應(yīng)，生成二氧六環(huán)。此外，乙二醇也容易被氧化，隨所用氧化劑或反應(yīng)條件的不同,可生成各種產(chǎn)物,如乙醇醛HOCH2CHO、乙二醛OHCCHO、乙醇酸HOCH2COOH、草酸HOOCCOOH及二氧化碳和水。乙二醇與其他二醇不同,經(jīng)高碘酸氧化可發(fā)生碳鏈斷裂。應(yīng)用乙二醇?？纱娓视褪褂?。在制革和制藥工業(yè)中，分別用作水合劑和溶劑。乙二醇的衍生物二硝酸酯是炸藥。乙二醇的單甲醚或單乙醚是很好的溶劑，如甲溶纖劑HOCH2CH2OCH3可溶解纖維、樹脂、油漆和其他許多有機物。乙二醇的溶解能力很強，但它容易代謝氧化，生成有毒的草酸，因而不能廣泛用作溶劑。屬于低毒類化學(xué)物。對苯二甲酸4.1名稱：對苯二甲酸中文別名：精對苯二甲酸;PTA;1,4-苯二甲酸;對苯二(甲)酸,對酞酸;松油苯二甲酸;純對苯二酸;對酞酸;對苯二酸;對二苯甲酸英文名稱：p-phthalicacid分子式C8H6O4；HOOCC6H4COOH分子量：166.134.2物理性質(zhì)該品為白色晶體或粉末，低毒，可燃。若與空氣混合，在一定的限度內(nèi)遇火即燃燒甚至發(fā)生爆炸。自燃點680℃燃點384~421℃升華熱98.4kJ/mol燃燒熱3225.9kJ/mol閃點>110℃密度1.55g/cm3。溶于堿溶液，微溶于熱乙醇，不溶于水、乙醚、冰醋酸、乙酸乙酯、二氯甲烷、甲苯、氯仿等大多數(shù)有機溶劑，可溶于DMF、DEF和DMSO等強極性有機溶劑。4.3化學(xué)性質(zhì)對苯二甲酸可發(fā)生酯化反應(yīng)；在強烈條件下，也可發(fā)生鹵化、硝化和磺化反應(yīng)。[3]4.4毒性危害毒性：屬低毒類。健康危害：對眼睛、皮膚、粘膜和上呼吸道有刺激作用危險特性：遇高熱、明火或與氧化劑接觸，有引起燃燒的危險。燃燒（分解）產(chǎn)物：一氧化碳、二氧化碳。環(huán)己烷5.1名稱：環(huán)己烷，別名六氫化苯，為無色有刺激性氣味的液體。不溶于水，溶于多數(shù)有機溶劑。極易燃燒。一般用作一般溶劑、色譜分析標準物質(zhì)及用于有機合成，可在樹脂、涂料、脂肪、石蠟油類中應(yīng)用，還可制備環(huán)己醇和環(huán)己酮等有機物。[3]5.2物理性質(zhì)熔點(℃)6.5相對密度（水=1）0.78沸點(℃)80.7閃點(℃)-16.5折射率1.42662相對蒸氣密度（空氣=1）2.90飽和蒸氣壓(kPa)13.098(25.0℃)臨界溫度(℃)280.4臨界壓力(MPa)4.05辛醇/水分配系數(shù)的對數(shù)值7（計算值）外觀與性狀：無色液體，有刺激性氣味。溶解性：不溶于水，溶于乙醇、乙醚、苯、丙酮等多數(shù)有機溶劑[2]。狀態(tài)：為有汽油氣味的無色流動性液體,不溶于水，可與乙醇、乙醚、丙酮、苯等多種有機溶劑混溶,在甲醇中的溶解度為100份甲醇可溶解57份環(huán)己烷(25℃)。5.3化學(xué)性質(zhì)易揮發(fā)和極易燃燒，蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限1.3～8.3%(體積)。遇明火、高熱極易燃燒爆炸。與氧化劑接觸發(fā)生強烈反應(yīng)，甚至引起燃燒。在火場中，受熱的容器有爆炸危險。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴散到相當遠的地方，遇火源會著火回燃。[2]對酸、堿比較穩(wěn)定，與中等濃度的硝酸或混酸在低溫下不發(fā)生反應(yīng)，與稀硝酸在100℃以上的封管中發(fā)生硝化反應(yīng)，生成硝基環(huán)己烷。在鉑或鈀催化下，350℃以上發(fā)生脫氫反應(yīng)生成苯。與氧化鋁、硫化鉬、鈷、鎳、鋁一起于高溫下發(fā)生異構(gòu)化，生成甲基戌烷。與三氯化鋁在溫和條件下則異構(gòu)化為甲基環(huán)戊烷。環(huán)己烷也可以發(fā)生氧化反應(yīng)，在不同的條件下所得的主要產(chǎn)物不同。例如在185～200℃，10～40大氣壓下，用空氣氧化時，得到90%的環(huán)己醇。若用脂肪酸的鈷鹽或錳鹽作催化劑在120～140℃、18～24大氣壓下，用空氣氧化，則得到環(huán)己醇和環(huán)己酮的混合物。高溫下用空氣、濃硝酸或二氧化氮直接氧化環(huán)己烷得到己二酸。在鈀、鉬、鉻、錳的氧化物存在下，進行氣相氧化則得到順丁烯二酸。在日光或紫外光照射下與鹵素作用生成鹵化物。與氯化亞硝酰反應(yīng)生成環(huán)己肟。用三氯化鋁作催化劑將環(huán)己烷與乙烯反應(yīng)生成乙基環(huán)己烷、二甲基渙、二乙基環(huán)己烷和四甲基環(huán)己烷等。5.4毒性和危害毒性：屬低毒類。有刺激和麻醉作用健康危害：對眼和上呼吸道有輕度刺激作用。持續(xù)吸入可引起頭暈、惡心、倦睡和其他一些麻醉癥狀。液體污染皮膚可引起癢感。燃爆危險：該品極度易燃第二章工藝計算物料衡算做出物料流程圖，確定計算范圍[4]廢酸丁酮縮乙二醇縮合反應(yīng)丁酮環(huán)己烷對苯二甲酸乙二醇廢酸丁酮縮乙二醇縮合反應(yīng)丁酮環(huán)己烷對苯二甲酸乙二醇 1.1根據(jù)物料流程圖，可以確定縮合反應(yīng)的物料衡算1.2對間歇生產(chǎn)可確定計算基準為千克/天，則需要計算每天生產(chǎn)及原料投料量。反應(yīng)如下： 加熱催化劑 72.1262.08118.201811 132物料計算[5]2.1丁酮縮乙二醇及原料丁酮每天生產(chǎn)丁酮乙二醇縮酮的質(zhì)量：450000/240=1875Kg每天需要投放丁酮純的質(zhì)量：（1875*72.12）/（118.20*0.85）=1345.93Kg實際每天投放原料丁酮的質(zhì)量：1345.93/0.99=1359.52Kg雜質(zhì)的質(zhì)量：1359.52-1345.93=13.59Kg實際丁酮反應(yīng)的質(zhì)量：1345.93*0.95=1278.63Kg剩余的質(zhì)量：1345.93-1278.63=67.3Kg2.2原料乙二醇為了讓丁酮轉(zhuǎn)化率達到最高，選擇乙二醇與丁酮的投料比為1.2:1每天需要純乙二醇的質(zhì)量：（1345.93*62.08*1.2）/72.12=1390.27Kg實際每天投放原料乙二醇的質(zhì)量：1390.27/0.98=1418.64Kg雜質(zhì)的質(zhì)量：1418.64-1390.27=28.37Kg實際反應(yīng)的質(zhì)量：（1278.63*62.08）/72.12=1100.63Kg剩余乙二醇的質(zhì)量：1390.27-1100.63=289.64Kg2.3每天需要對苯二甲酸的質(zhì)量：1345.93*0.02=26.92Kg每天實際投放對苯二甲酸的質(zhì)量：26.92/0.98=27.47Kg雜質(zhì)的質(zhì)量:27.47-26.92=0.55Kg2.4環(huán)己烷純的質(zhì)量生成水的質(zhì)量：（1278.63*18）/72.12=319.13Kg查閱資料可得環(huán)己烷帶水能力大約為6.5Kg帶走1Kg水則需要純環(huán)己烷的質(zhì)量：319.13*6.5=2074.32Kg實際需要投放環(huán)己烷的質(zhì)量：2074.32/0.99=2095.27Kg雜質(zhì)的質(zhì)量：2095.27-2074.32=20.95Kg2.5出反應(yīng)器的物料2.5.1每天反應(yīng)生成的丁酮乙二醇縮酮：（1278.63*118.20）/72.12=2095.59Kg2.6、物料衡算列表：2.6.1、進料量：物料名稱含量%折純量kg實際進料量質(zhì)量kgKmol丁酮99丁酮：1345.931359.5218.85雜質(zhì)：13.59乙二醇98乙二醇：1390.271418.6422.85雜質(zhì)：28.37對甲苯磺酸98對甲苯磺酸：26.9227.470.16雜質(zhì)：0.55環(huán)己烷99環(huán)己烷：2074.322095.2724.94雜質(zhì)：20.95合計4900.90Kg2.6.2、出料量物料名稱：實際出料量質(zhì)量：kgKmol丁酮縮乙二醇2095.5917.73水319.1317.73環(huán)己烷2095.2724.94廢酸及其他雜質(zhì)390.91合計4900.9第二節(jié)熱量衡算1.熱量平衡式[6]、[7]依據(jù)Q進=Q出Q1:料帶入設(shè)備的熱量，KJ；Q2:加熱劑或冷卻劑與系統(tǒng)交換的熱量（加熱為“+”，冷卻為“－”），KJ；Q3:過程的熱效應(yīng)（放熱為“+”，吸熱為“－”），KJ；Q4:物料出設(shè)備時帶走的熱量，KJ；Q5:設(shè)備各部件所消耗的熱量，KJ；Q6:設(shè)備向四周散失的熱量，又稱熱損失，KJ平衡式：Q1＋Q2＋Q3＝Q4＋Q5＋Q6Q1＝G·Cp·TQ4＝G·Cp·TQ2＝Q4＋Q5＋Q6－Q1－Q32.熱量衡算2.1過程效應(yīng)[8]2.1.1查資料得：水的燃燒熱：q＝218.14KJ/mol2.1.2.燃燒熱的估算：qc=109.07n+∑k△（卡拉奇茲法）n—化合物燃燒時的電子轉(zhuǎn)移數(shù)；△—取代基的熱量校正值；k—同一取代基的數(shù)目。2.1.3.丁酮燃燒熱的估算qc=109.0722+127.20=2426.74kJ2.1.3乙二醇的燃燒熱的估算：qc=109.076+254.39=763.20kJ2.1.4丁酮縮乙二醇的燃燒熱的估算：qc=109.0732+227.20=3544.64kJ2.1.5過程的熱效應(yīng)Qr=∑qc（反）-∑qc（產(chǎn)）=2426.74+763.20-(3544.64+218.14)=-572.84kJ熱效應(yīng)Q物料出設(shè)備時所帶走的熱量Q4[9]2.2.1丁酮縮乙二醇帶走的熱量2.2.2水帶走的熱量2.2.3未反應(yīng)的丁酮帶走的熱量2.2.4未反應(yīng)的乙二醇帶走的熱量2.2.5環(huán)己烷帶走的熱量2.2.6對甲苯磺酸帶走的熱量質(zhì)量分數(shù)：因其質(zhì)量分數(shù)太小所以其帶走的熱量可忽略不計。2.2.7物料帶出設(shè)備的熱量為Q4Q4=1830553.398+504317.58+58457.49+258484.58+2666973.97=5318787.02KJ2.3物料帶入設(shè)備的熱量Q1（設(shè)室溫為25℃）[10]2.3.1丁酮帶入設(shè)備的熱量2.3.2乙二醇帶入設(shè)備的熱量2.3.3環(huán)己烷帶入設(shè)備的熱量2.3.4物料帶入設(shè)備的熱量Q1Q1=921760.90+948711.91+2102758.93=3973231.74KJ2.4、反應(yīng)釜回流過程的熱量衡算[10]設(shè)反應(yīng)釜回流時的回流物為環(huán)己烷和反應(yīng)生成的水，形成醇水共沸物，水被帶出，使反應(yīng)向正方向進行。因為前面算得環(huán)己烷為2074.32㎏，生成水的量為319.13㎏，所以回流物含量之比為2074.32：319.13=6.5：1。設(shè)每分鐘的回流量占總質(zhì)量的1/25。即每分鐘回流為1/25（2074.32+319.13）=95.738㎏2.41.環(huán)己烷和水每分鐘內(nèi)回流的量G（環(huán)己烷）=95.738×6.5/7.5=82.97㎏G（水）=95.738-82.97=12.768㎏2.4.2每分鐘回流物放出的熱量設(shè)回流時，回流物被冷卻到90℃環(huán)己烷回流時放出的熱量水回流時放出的熱量：2.4.3回流3小時被冷凝器帶走的熱量Q=180min×(2252.64+800.362)=549540.36kJ2.4.4環(huán)己烷打回反應(yīng)釜吸收熱量，設(shè)生成的水完全被分水器分去，只有環(huán)己烷回流到反應(yīng)釜，則回流３小時被冷凝器帶走的熱量可只計環(huán)己烷回流時放出的熱量Q0=180min×2252.64=405475.2kJ2.5加熱劑與反應(yīng)系統(tǒng)交換的總熱量Q[10]Q=Q4-Q1-Q3+Q0=5318787.02-3973231.74-(-10801.49)+405475.2=1761832.37假設(shè)Q5+Q6=15%Q2=QQ2=Q5+Q6+Q=15%Q2+Q=2349109.83KJQ5+Q6=15%Q2=352366.4742.6.能量匯總表：熱量衡算熱量KJ匯總進料Q1Q2Q33973231.742349109.83-10801.496311540.08出料Q45318787.026311540.08Q5Q6352366.474回流吸熱405475.2第三章設(shè)備計算和選型3.1.反應(yīng)罐3.1.1材質(zhì)本工藝是有機酸、無機酸存在的反應(yīng)，由于搪玻璃反應(yīng)鍋能耐大多數(shù)無機酸、有機酸、有機溶劑等介質(zhì)的腐蝕，且其廣泛用于精細化工生產(chǎn)中有鹽酸、硫酸、硝酸等存在時的各種反應(yīng)最后考慮到生產(chǎn)流程的特點和經(jīng)濟效益，選用搪玻璃反應(yīng)鍋，俗稱搪瓷鍋。3.1.2.結(jié)構(gòu)搪玻璃型反應(yīng)器（K型），是鍋蓋和鍋體可分開的。3.2.攪拌器采用漿式攪拌器。漿式攪拌器結(jié)構(gòu)簡單，一般由兩塊平漿葉組成，在小容量低粘度均相液體混合中廣泛采用，適于本工藝。3.3.原料的原始密度的計算[10]查相關(guān)資料得：水在4℃時的密度為999.82㎏·m-33.3.1丁酮的密度ρ=0.81×999.82=809.85㎏·m-33.3.2乙二醇的密度ρ=1.14×999.82=1139.79㎏·m-33.3.3環(huán)己烷的密度ρ=0.948×999.82=947.83㎏·m-33.4每晝夜處理的物料總體積[10]3.4.1丁酮的體積3.4.2乙二醇的體積3.4.3環(huán)己烷的體積3.4.4對甲苯磺酸的體積3.4.5總體積Vd=V1+V2+V3+V4=1787.31+1244.65+2210.60+23.68=5266.24L3.5.反應(yīng)器的工藝計算及選型[11]3.5.1.反應(yīng)時間為3h,設(shè)一個生產(chǎn)周期持續(xù)時間為Ｔ＝4h（加輔助時間），則每臺設(shè)備每一個晝夜應(yīng)操作的批數(shù)：（批）裝料系數(shù)設(shè)為3.5.2公稱容積計算3.6選型[12]3.6.1根據(jù)搪玻璃開式反應(yīng)缺罐的規(guī)格和本題算的公稱容積，選用1500L的反應(yīng)罐。3.6.2公稱容積為1500L的反應(yīng)罐的技術(shù)參數(shù)3.6.3技術(shù)參數(shù)公稱容積1500公稱直徑(mm)1300計算容積(L)1720夾套換熱面積(m2)5.34公稱壓力容器內(nèi)：0.2介質(zhì)穩(wěn)定及容器材質(zhì)0~180℃(材質(zhì)為Ｑ235-A,QＱ235-B)或高于-30~240℃攪拌軸公稱直徑(mm)80攪拌器功率(kw)3.0電動機形式Y(jié)型或yB型系列（同步轉(zhuǎn)速1500r/min）重量(㎏)2350參考價格(萬元)1.8注：(1)攪拌器為錨式、框式；(2)公稱轉(zhuǎn)速：錨式、框式攪拌器63、85r/min漿式攪拌器125r/min，80r/min；葉輪式攪拌器125r/mi3.6.4主要尺寸單位mm公稱容積(L)公積直徑D1H0H1H2H3H1500130013003310500435127614003.6.5.管口尺寸單位mm溫度計管口d40H2SO4進口e25出料口i40冷凝水進口25冷凝水出口503.6.6工作參數(shù)公稱容積L1500允許工作壓力MPa罐內(nèi)≤4，夾套內(nèi)≤6允許工作溫度℃罐內(nèi)0~200，夾套內(nèi)0~200允許電機功率kw4.0允許攪拌速度r/min框63、85，葉輪≤130玻璃層耐溫急變冷沖擊110℃，熱沖擊120℃實際容積L1720傳熱面積F·m25.343.6.7減速機的選用表減速機型號及規(guī)格BLD4.0-3-i-TB4電動機型號TO2-41-4T2功率kw4.0輸出轉(zhuǎn)速63185/1300攪拌器型式葉式/框式密封容器規(guī)格Dgmm100密封形式機械密封填料密封標準號編制中放料閥規(guī)格100型式上展式或下展式標準號HG5--79溫度計套管型號帶翼溫度計標準號HG5-275-79HG5-276-79第四章主要技術(shù)經(jīng)濟指標4.1物料規(guī)格表：原料及產(chǎn)物規(guī)格價格產(chǎn)地單位丁酮99%9800元/噸中國灃悅化工（佛山）有限公司乙二醇99%6000元/噸成都成都國濤化工有限公司環(huán)己烷99%10200元/噸日本上海琦忠有限公司對甲苯磺酸98%7500元/噸上海上海裕陽化工有限公司4.1.1生產(chǎn)單耗每天生產(chǎn)產(chǎn)品：生產(chǎn)每噸產(chǎn)品消耗的丁酮的量：年耗丁酮的量：則年耗丁酮的費用為：4.1.2生產(chǎn)每噸產(chǎn)品消耗的乙二醇的量：年耗乙二醇的量年耗乙二醇的費用為4.1.3生產(chǎn)每噸產(chǎn)品消耗的對甲苯磺酸的量：年耗對甲苯磺酸的量年耗對甲苯磺酸的費用為4.1.4生產(chǎn)每噸產(chǎn)品消耗的環(huán)己烷的量：年耗環(huán)己烷的量年耗環(huán)己烷的費用為4.2.車間水.電.水蒸氣的消耗量M4.2.1M＝Q2/[C(Tk-Th)]其中QⅡ——加熱劑與反應(yīng)系統(tǒng)交換的熱量：kJC——加熱劑的比熱；kJ/(kg·K)Tk——加熱劑的最終溫度；KTh——加熱劑的最初溫度Q2=2349109.83kJC水＝4.31kJ/(kg·K)Tk＝378.15KTh=298.15K4.2.2水的消耗量M（1）單批消耗量：M=2349109.83÷[4.31×(378.15-298.15)]=6812.964kg（2）年消耗量：M=6812.964×6×240＝14755496kg=9810.668T（3）經(jīng)濟指標：每一噸水費用為3元，則年消耗費用：9810.668×3＝2.9432萬元4.2.3、電能的消耗量：E根據(jù)E＝Q2/3600ηE其中ηE——電熱裝置的效率：0.75~0.85，取ηE＝0.80（1）單批耗量：E＝2349109.83/（3600×0.80）＝81.566KW/h（2）年消耗量：E=81.566×6×240＝117455.04KW/h（3）經(jīng)濟指標：每一度電費用為0.7元，則單批消耗費用：81.566×0.7＝57.1元年耗費用：117455.04×0.7＝8.222萬元4.2.4、蒸汽的消耗量間接蒸汽加熱的消耗量（常壓）根據(jù)D＝Q2/[H-C×(T-273.15)]/η其中H——蒸汽的焓值KJ/KgC——冷凝水的比熱KJ/（Kg·K）T——冷凝水的溫度，Kη——熱效率，0.85～0.95，取0.90計算（1）單批消耗量：D=2349109.83/[2746.54-4.186×（298.15-273.15）]/0.90＝987.43kg（2）年消耗量：987.43×6×240=1421895.881kg=1421.90T（3）經(jīng)濟指標每一噸水費用為3元，則年耗費用：1421.90×3＝4265.7元4.3成本消耗綜合表：名稱消耗量年耗費丁酮326.285T320萬元乙二醇340.474T204.29萬元對甲苯磺酸6.5925T4.95萬元環(huán)己烷502.866T512.924萬元水9810.668T2.9432萬元電能117455.04KW/h8.222萬元燃料1421.90T0.42657萬元合計1053.75577萬元第五章環(huán)保安全5.1.環(huán)境保護（1）．“三廢”的來源生產(chǎn)過程中工業(yè)廢水的主要來源式縮合反應(yīng)中生成的水；水洗產(chǎn)生的廢水；多次反應(yīng)生成其它廢液；副反應(yīng)生成的酯、醚等及廢酸和乙二醇，環(huán)己烷等產(chǎn)生的廢氣。（2）．治理方法目前，各部門對三廢的治理都極為關(guān)注。先應(yīng)從工藝上減小廢酸的產(chǎn)生，廢水經(jīng)過處理再利用?？苫厥盏沫h(huán)己烷、乙二醇等物料要進行回收。5.2．安全措施（1）.