年產(chǎn)300噸對(duì)羥基苯甲醛生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

季戊四醇是由甲醛和乙醛縮合而成，在涂料、汽車、輕工、建筑、合成樹(shù)脂、炸藥等方面具有廣泛的應(yīng)用，此外，還用于醫(yī)藥、農(nóng)藥等生產(chǎn)?；谠谏轿魅S有限公司實(shí)習(xí)所得，同時(shí)結(jié)合專業(yè)課的深入學(xué)習(xí)以及老師的悉心教導(dǎo)，我開(kāi)展了對(duì)季戊四醇的車間工藝設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)內(nèi)容以甲醛、乙醛和氫氧化鈉為原料經(jīng)過(guò)縮合反應(yīng)，得到季戊四醇混合物，在經(jīng)過(guò)中和、脫醛、蒸發(fā)、結(jié)晶工序得到季戊四醇晶體，最后經(jīng)過(guò)分離、干燥等工序得到季戊四醇產(chǎn)品。由此工藝可知，設(shè)計(jì)任務(wù)是非常龐大的，這不僅要求我們要有扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)，更要有靈敏的理解感悟能力，同時(shí)要熟練掌握計(jì)算機(jī)，熟練運(yùn)用畫圖工具，其成果包括工藝流程圖、主設(shè)備圖、車間布置圖、物料衡算、熱量衡算、工藝設(shè)備選型設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)核算、設(shè)計(jì)說(shuō)明書的撰寫、查閱英文文獻(xiàn)并翻譯等。由此可見(jiàn)任務(wù)極其艱巨，在設(shè)計(jì)中我多次無(wú)從下手，苦惱之極，但靜下心來(lái)仔細(xì)研究、摸索，終有路可尋，雖然很辛苦，當(dāng)從中所學(xué)知識(shí)及能力是無(wú)法估量的，精神上更加豐富。本設(shè)計(jì)為初步設(shè)計(jì)，我按照設(shè)計(jì)任務(wù)書要求內(nèi)容，一步一步完成，但由于經(jīng)驗(yàn)不足，理論和實(shí)踐知識(shí)不夠扎實(shí)，在設(shè)計(jì)中還有大量不足之處，誠(chéng)請(qǐng)老師給予指正。2011年05月30日年產(chǎn)300噸對(duì)羥基苯甲醛生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)300噸對(duì)羥基苯甲醛生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)。對(duì)羥基苯甲醛縮寫為PHB,分子式C7H6O2,為白色或淡黃色針狀結(jié)晶，具有芳香氣味。熔點(diǎn)116.4-117℃,微溶于水，易溶于熱水、甲醇、丙酮和乙醚等有機(jī)溶劑［，在空氣中易升華，相對(duì)密度1.129。對(duì)羥基苯甲醛是一種十分重要的精細(xì)化工原料，廣泛用于醫(yī)藥、香料、農(nóng)藥、石油化工、電鍍等領(lǐng)域本設(shè)計(jì)所采用對(duì)甲酚催化氧化法，對(duì)甲酚催化氧化法與其它方法相比具有收率和純度高、三廢少、反應(yīng)緩和、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)該法已成為將來(lái)對(duì)羥基苯甲醛生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括工藝設(shè)計(jì)，物料衡算，熱量衡算，工藝設(shè)備計(jì)算與選型，安全與環(huán)保，經(jīng)濟(jì)核算。本設(shè)計(jì)所得成果主要有設(shè)計(jì)說(shuō)明書，工藝流程圖，主設(shè)備圖，車間布置圖。關(guān)鍵詞：對(duì)羥基苯甲醛，對(duì)甲酚催化氧化法，車間工藝，設(shè)計(jì)TheProductionProcessDesignoftheWorkshopfor

PentaerythritolwithanAnnualOutputof300TonsAbstractThedesignistheproductionprocessdesignoftheworkshopforpentaerythritolwithanannualoutputof10,000tons.Pentaerythritolisatypicalstructureoffour-neopentylalcohol,alsoknownasfour-hydroxymethylmethane,anditschemicalnameis2,2-bis(hydroxymethyl)-1,3-propanediol,anditsappearanceiswhitepowderCrystalline,odorless,slightlysweet,flammable,toxic,solubleinwater,slightlysolubleinethanol,notsolubleinglycerol,ethyleneglycol,formamide,acetone,benzene,carbontetrachloride,etherandpetroleumetherOrganicsolvents.Theroutesusedinthedesignprocessarethefollowing:formaldehydeandacetaldehydeasrawmaterials,sodiumhydroxideascatalystarecondensedinthecondensationreactionkettle,andthentheyaerpassedintothereactorforneutralizationandremovalofthetowerleadstodealdehydesformaldehyde,andthenpartofthewaterissteamedthroughtheevaporator,andthenmixtureiscrystallizedinthecrystallizationandreceivepentaerythritol,andthedryingcrystalisreceivedthroughthedryer,thefinalproductcanbeobtained.Thedesignelementsincludeprocessdesign,materialbalance,heatbalance,calculationandselectionofprocessequipment,safetyandenvironmentalprotectionandeconomicaccounting.Themainresultsofthedesignarethedesignspecifications,processmaps,masterplans,workshoplayout.Keywords:pentaerythritol,lowsodium,shopprocess,designTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1引言 1\o"CurrentDocument"產(chǎn)品簡(jiǎn)介 1\o"CurrentDocument"國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場(chǎng)分析 2\o"CurrentDocument"國(guó)外生產(chǎn)現(xiàn)狀 2國(guó)內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀 3\o"CurrentDocument"國(guó)內(nèi)外季戊四醇市場(chǎng)分析 4\o"CurrentDocument"主要生產(chǎn)方法 6\o"CurrentDocument"Cannizzaro（康尼扎羅）法 6縮合加氫法 7\o"CurrentDocument"2生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì) 8\o"CurrentDocument"生產(chǎn)方法 8反應(yīng)原理 8\o"CurrentDocument"工藝流程 8\o"CurrentDocument"縮合 9\o"CurrentDocument"中和 9\o"CurrentDocument"脫醛 9\o"CurrentDocument"蒸發(fā) 10結(jié)晶分離 10\o"CurrentDocument"干燥 10\o"CurrentDocument"3物料衡算 11\o"CurrentDocument"工藝流程框圖 11\o"CurrentDocument"計(jì)算依據(jù) 11\o"CurrentDocument"其他數(shù)據(jù) 11\o"CurrentDocument"各工序的物料衡算 12縮合 12\o"CurrentDocument"中和 13\o"CurrentDocument"脫醛 15\o"CurrentDocument"蒸發(fā) 16\o"CurrentDocument"結(jié)晶 17\o"CurrentDocument"分離 18\o"CurrentDocument"干燥 20\o"CurrentDocument"4熱量衡算 23\o"CurrentDocument"熱量衡算目的 23\o"CurrentDocument"熱量衡算依據(jù) 23\o"CurrentDocument"各物質(zhì)熱力學(xué)參數(shù) 23\o"CurrentDocument"各工段的熱量衡算 23\o"CurrentDocument"縮合 23中和 27脫醛 30蒸發(fā) 33結(jié)晶 38分離 40\o"CurrentDocument"干燥 42\o"CurrentDocument"5設(shè)備設(shè)計(jì)與選型 47\o"CurrentDocument"主要設(shè)備設(shè)計(jì)與計(jì)算 47\o"CurrentDocument"反應(yīng)釜 47\o"CurrentDocument"脫醛塔 56\o"CurrentDocument"脫醛塔的進(jìn)料儲(chǔ)罐 60\o"CurrentDocument"其他設(shè)備選型 62\o"CurrentDocument"設(shè)備一覽表 63\o"CurrentDocument"6安全與環(huán)保 64\o"CurrentDocument"安全 64\o"CurrentDocument"危險(xiǎn)因素分析 64\o"CurrentDocument"擬采取的措施 65環(huán)保 70\o"CurrentDocument"主要污染源 70\o"CurrentDocument"擬采取的措施 71\o"CurrentDocument"7車間布置設(shè)計(jì) 72\o"CurrentDocument"車間布置的基本原則和要求 72\o"CurrentDocument"基本原則 72\o"CurrentDocument"基本要求 72\o"CurrentDocument"車間布置 74\o"CurrentDocument"廠房布置 74\o"CurrentDocument"設(shè)備布置 74\o"CurrentDocument"8經(jīng)濟(jì)核算 76\o"CurrentDocument"概述 76\o"CurrentDocument"原材料消耗定額 76\o"CurrentDocument"經(jīng)濟(jì)核算 76\o"CurrentDocument"工程費(fèi)用 76\o"CurrentDocument"其他費(fèi)用 78\o"CurrentDocument"預(yù)備費(fèi)用 79\o"CurrentDocument"專項(xiàng)費(fèi)用 79產(chǎn)品單位成本 80流動(dòng)資金 82所得稅 82投資回收期（靜態(tài)分析法） 82\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 83結(jié)束語(yǔ) 86致謝 871引言1.1產(chǎn)品簡(jiǎn)介季戊四醇（pentaerythritol,簡(jiǎn)稱PE）是一種典型的新戊基結(jié)構(gòu)四元醇，又名四羥甲基甲烷，化學(xué)名稱為2,2—雙（羥甲基）一1,3一丙二醇，分子式:C5Hl2O4,結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖1.1，其外觀為白色粉末狀結(jié)晶、無(wú)臭，略有甜味，可燃，無(wú)毒，溶于水，微溶于乙醇，不可溶于甘油、乙二醇、甲酰胺、丙酮、苯、四氯化碳、乙醚和石油醚等有機(jī)溶劑。其部分物性數(shù)據(jù)見(jiàn)表1.1。PE與醛、酮反應(yīng)生成縮醛和縮酮，與硝酸反應(yīng)生成四硝基季戊四醇。與有機(jī)酸、酸酐反應(yīng)制成有機(jī)酯，與鹵化氫反應(yīng)生成季戊四醇鹵化物。季戊四醇是由甲醛和乙醛縮合而成，在涂料、汽車、輕工、建筑、合成樹(shù)脂、炸藥等方面具有廣泛的應(yīng)用，主要用于制樹(shù)脂、涂料和炸藥等，也用于生產(chǎn)色漆、清漆和印刷油墨等的松香脂，還可用于制干性油、阻燃性涂料和航空潤(rùn)滑油等。季戊四醇的脂肪酸酯是高效的潤(rùn)滑劑和聚氯乙烯增塑劑，其環(huán)氧衍生物則是生產(chǎn)非離子表面活性劑的原料。此外，還用于醫(yī)藥、農(nóng)藥等生產(chǎn)［1~4］。OHI黑2HO-H2C—C—CH2-OHCh2OH圖1.1季戊四醇結(jié)構(gòu)式表1.1季戊四醇部分?jǐn)?shù)據(jù)物性參數(shù)數(shù)值相對(duì)密度1.395g/cm3分子量136.15熔點(diǎn)261-262℃沸點(diǎn)276℃折射率1.548溶解性1g/18mL水（15℃）國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場(chǎng)分析國(guó)外生產(chǎn)現(xiàn)狀據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)得知[1,5?6]2002年產(chǎn)量為38萬(wàn)噸左右，裝置開(kāi)工率約為76%,其生產(chǎn)主要集中在西歐、北美和亞洲地區(qū)，其中西歐地區(qū)生產(chǎn)能力為 15.9萬(wàn)噸/年；亞洲地區(qū)（除日本外）生產(chǎn)能力為15.6萬(wàn)噸/年；北美地區(qū)生產(chǎn)能力為101萬(wàn)噸/年；日本生產(chǎn)能力為43萬(wàn)噸/年；其他地區(qū)和國(guó)家生產(chǎn)能力為4.0萬(wàn)噸/年左右。至2006年，當(dāng)年全世界季戊四醇的總生產(chǎn)能力約為61.0萬(wàn)噸，產(chǎn)量約為45.0萬(wàn)噸，裝置開(kāi)工率約為73.8%，其主要生產(chǎn)地依然在歐美地區(qū)。到2009年為止，國(guó)外有25家季戊四醇生產(chǎn)企業(yè)，其總生產(chǎn)能力為44萬(wàn)噸/年，其中美國(guó)占12.95%。主要的生產(chǎn)廠家有美國(guó)Hercules公司、美國(guó)赫司特/塞拉尼斯公司、瑞典柏仕德（Perstorp）公司、中國(guó)臺(tái)灣李長(zhǎng)榮化工公司、加拿大Chemcel公司、德國(guó)德固薩公司、日本三菱瓦斯化學(xué)公司、日本廣榮化學(xué)公司等，詳情見(jiàn)表1.2。其中柏仕德（Perstorp）公司為全球最大的季戊四醇生產(chǎn)廠家，它在印度、意大利、、美國(guó)和德國(guó)都建有生產(chǎn)企業(yè)和裝置。其擁有5.7萬(wàn)噸/年的季戊四醇生產(chǎn)能力，占全球生產(chǎn)總能力的9%。2006~2011年期間，美國(guó)醇酸樹(shù)脂消費(fèi)量的年增長(zhǎng)率2%；西歐季戊四醇硝酸酯的年均增長(zhǎng)率1%；期間日本由于醇酸樹(shù)脂需求少，季戊四醇消費(fèi)量的年均增長(zhǎng)率較緩慢。表1.2國(guó)外季戊四醇的生產(chǎn)廠單位：萬(wàn)噸/年國(guó)家公司名稱生產(chǎn)能力備注美國(guó)Aqualon公司2.2美國(guó)賽拉尼斯（Celanese）公司3.5美國(guó)柏仕德（Perstorp）公司2美國(guó)Hercules2.5加拿大Chemcell2.5巴西COPENOR公司0.88智利OXIQUIM公司1.5意大利阿爾德（Alder）公司0.8意大利柏仕德（Perstorp）公司3意大利Polioli1.2西班牙PolialcoSA3.3

續(xù)表1.2國(guó)家公司名稱 生產(chǎn)能力 備注智利意大利意大利意大利西班牙瑞典OXIQUIM公司阿爾德（Alder）公司柏仕德（Perstorp）公司PolioliPolialcoSA太爾（Dynea）公司 Perstorp與NesteOxo合資德國(guó)俄羅斯俄羅斯土耳其印度印度印度印度日本日本日本日本韓國(guó)DegussaAGUralkhimplast公司Metafrax公司PolisanBoya公司AlliedResins&ChemicalsKanoria公司柏仕德印度化工（PerstorpIndiaChemicals）公司Rinki公司廣榮（Koei）公司二菱瓦斯（乂60公司二菱（乂詼山）化學(xué)公司三井化學(xué)公司Yu-Jin公司國(guó)內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀[1,6,7]我國(guó)季戊四醇的生產(chǎn)始于1957年，當(dāng)時(shí)年產(chǎn)量只有20噸，到20世紀(jì)90年代才開(kāi)始快速發(fā)展，1997年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)能力和產(chǎn)量分別為5萬(wàn)噸/年和2萬(wàn)噸左右，2002年的生產(chǎn)能力和產(chǎn)量分別為10萬(wàn)噸/年和5.1萬(wàn)噸。隔年2003年生產(chǎn)能力和產(chǎn)量又增加到12萬(wàn)噸/年以上和6.5萬(wàn)噸左右，生產(chǎn)能力與產(chǎn)量年均增長(zhǎng)率分別為15.7%和21.7%。到2004年底，我國(guó)季戊四醇的生產(chǎn)能力達(dá)到16.5萬(wàn)噸/年，2004年產(chǎn)量達(dá)到10.8萬(wàn)噸/年。截止到2008年8月，我國(guó)季戊四醇產(chǎn)能已達(dá)到29萬(wàn)噸/年，產(chǎn)量為17.5萬(wàn)噸，開(kāi)工率約58%。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)季戊四醇的生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)水平逐步得到了較大的提高。至20世紀(jì)90年代以來(lái)到目前為止我國(guó)季戊四醇生產(chǎn)廠家有近30家，其中生產(chǎn)規(guī)模較大的企業(yè)有湖北省宜化集團(tuán)有限責(zé)任公司、湖南衡陽(yáng)三化實(shí)業(yè)股份有限公司、云南天然氣化工廠和保定市化工原料廠等。表1.3為我國(guó)季戊四醇主要生產(chǎn)廠家和生產(chǎn)能力。表1.3我國(guó)季戊四醇主要生產(chǎn)廠家和生產(chǎn)能力（t/a）生產(chǎn)廠家生產(chǎn)能力備注湖北省宜化集團(tuán)有限責(zé)任公司150002002年擴(kuò)能湖南衡陽(yáng)三化實(shí)業(yè)股份有限公司13000云天化集團(tuán)公司100001999年建成投產(chǎn)定市化工原料廠100002003年建成投產(chǎn)吉化公司長(zhǎng)松化工廠7500江蘇力強(qiáng)集團(tuán)公司化工廠6000河南濮陽(yáng)甲醇廠5000遼河油田有機(jī)化工廠3000近幾年來(lái)我國(guó)季戊四醇迅速發(fā)展，1995?2004年，我國(guó)季戊四享產(chǎn)量年均增長(zhǎng)率為16.2%。而且也由僅有一套萬(wàn)噸級(jí)規(guī)模增加到四套。其中有二套生產(chǎn)裝置為采用先進(jìn)技術(shù)新建的裝置。盡管我國(guó)近年來(lái)季戊四醇發(fā)展加快，但是與國(guó)際水平和國(guó)內(nèi)下游產(chǎn)品需求仍存在較大差距。存在主要問(wèn)題有：一是裝置規(guī)模小，至2004年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)能力超過(guò)5000t/a廠家僅有7家，80%企業(yè)生產(chǎn)能力低于5000t/a,而且多數(shù)能力為1000-3000t/a左右，還有的采用落后的鈣法生產(chǎn)，環(huán)境污染嚴(yán)重，生產(chǎn)成本高，長(zhǎng)期處于停產(chǎn)或半停產(chǎn)狀態(tài)；二是裝置能力過(guò)剩，開(kāi)工率低下，盡管到2004年國(guó)內(nèi)產(chǎn)量增長(zhǎng)幅度高于生產(chǎn)能力增長(zhǎng)幅度，裝置開(kāi)工率由1998年的40%增加到目前的55%左右，但是仍有近一半裝置處于停產(chǎn)狀態(tài)；三是合成技術(shù)落后，目前國(guó)內(nèi)能夠采用自行開(kāi)發(fā)技術(shù)建設(shè)萬(wàn)噸級(jí)裝置，但是合成技術(shù)與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)相比，仍存在環(huán)境污染嚴(yán)重，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，檔次低，產(chǎn)品質(zhì)量較差等差距。2002年以前我國(guó)每年大量進(jìn)口季戊四醇滿足國(guó)內(nèi)需求，從某種程度也說(shuō)明了當(dāng)時(shí)我國(guó)季戊四醇已存在產(chǎn)品質(zhì)量低、結(jié)構(gòu)不合理等問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外季戊四醇市場(chǎng)分析目前全球季戊四醇供需基本平衡，消費(fèi)需求穩(wěn)步緩慢增長(zhǎng)，近年來(lái)年均增長(zhǎng)率約為2.5%左右，從區(qū)域性結(jié)構(gòu)來(lái)看，亞洲仍是今后世界季戊四醇工業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)地區(qū)。市場(chǎng)需求增長(zhǎng)速度較快，近幾年亞洲地區(qū)（除日本外）市場(chǎng)需求年均增長(zhǎng)率為8%左右，今后繼續(xù)保持較高增長(zhǎng)速度。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上看，由于高檔特種涂料及飛機(jī)、轎車潤(rùn)滑油工業(yè)發(fā)展，二和三季戊四醇市場(chǎng)需求增加。目前全球生產(chǎn)能力難以滿足市場(chǎng)需求，且供需矛盾日益突出，成為世界季戊四醇工業(yè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。在2002年以前，我國(guó)季戊四醇的進(jìn)口量一直呈增加趨勢(shì)，其中2001年進(jìn)口量達(dá)到10667噸，歷史最高記錄。隨后，隨著國(guó)內(nèi)生產(chǎn)能力和產(chǎn)量的不斷增加，進(jìn)口量大幅度減少。2006年進(jìn)口量2445噸，2007年為2283噸，2008年進(jìn)口量為2萬(wàn)噸，同比減少約7.8%。2009年1?6月份進(jìn)口量為914噸，同比減少25.4%；在進(jìn)口的同時(shí)，我國(guó)季戊四醇也有少量出口，且出口量逐年增加。2006年出口量為32665噸，2007年增加到46014噸，2008年進(jìn)一步增加到63274噸，同比增長(zhǎng)37.5%,2009年1?6月份出口量達(dá)到22429噸，同比減少39.3%網(wǎng)。近幾年我國(guó)季戊四醇的進(jìn)出口情況見(jiàn)表1.4。表1.4我國(guó)李戊四醇的進(jìn)出口情況年份進(jìn)口量/（t/a）進(jìn)口平均金額/（萬(wàn)美元/。出口量/（t/a）出口平均金額/（萬(wàn)美元/t）20029822867.41321984.8200326411126.578471008.9200422311289.1156051081.8200519861353.5201511094.0200624551349.5326651154.9200722831825.7460141567.0200821042281.4632741876.32009(1?6)2141935.4224291300.71997年至2008年底，季戊四醇市場(chǎng)大起大落。國(guó)內(nèi)一些老企業(yè)退出，溧陽(yáng)化工、鵬鑫化工等新興企業(yè)加入；國(guó)外塞拉尼斯裝置關(guān)閉、Perstorp德國(guó)工廠爆炸，國(guó)內(nèi)外季戊四醇產(chǎn)能、產(chǎn)量的變化導(dǎo)致產(chǎn)品價(jià)格大幅波動(dòng)，最高達(dá)到13300元/噸，最低僅為5500元/噸［9］。表1.5為近幾年來(lái)我國(guó)季戊四醇的供需平衡情況。表1.5近幾年來(lái)我國(guó)季戊四醇的供需平衡情況（單位：萬(wàn)t/a）年份產(chǎn)量進(jìn)口量出口量表觀消費(fèi)量20025.100.980.016.0720036.500.260.785.98200410.800.221.569.46續(xù)表1.5年份產(chǎn)量進(jìn)口量出口量表觀消費(fèi)量200514.600.202.0212.78200614.000.253.2710.98200715.000.234.6010.63200817.500.216.3311.38據(jù)預(yù)計(jì)，到2012年我國(guó)對(duì)季戊四醇的總需求量將達(dá)到約15.7萬(wàn)噸，其中醇酸樹(shù)脂所占比例將有所下降，而潤(rùn)滑油松香酯和聚氨酯領(lǐng)域比例將有所上升，這些領(lǐng)域?qū)疚焖拇假|(zhì)量要求比醇酸樹(shù)脂領(lǐng)域要高，而且對(duì)雙季戊四醇和三季戊四醇的需求將快速增加。屆時(shí)的產(chǎn)能將達(dá)到約35萬(wàn)噸，屆時(shí)產(chǎn)能將過(guò)剩，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈［10］。主要生產(chǎn)方法自從1938年美國(guó)以甲醛與乙醛在堿性介質(zhì)中縮合季戊四醇實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)季戊四醇的合成工藝的研究就一直沒(méi)有停止，其生產(chǎn)技術(shù)得到了快速的發(fā)展。主要的方法有Cannizzaro法和縮合加氫法兩類。Cannizzaro（康尼扎羅）法［1,11,12］在堿存在下，首先是三分子甲醛與一分子乙醛縮合反應(yīng)形成季戊四糖（多羥甲基醛），季戊四糖與甲醛都無(wú)a氫原子，進(jìn)一步發(fā)生氧化還原，甲醛較活潑，被氧化為酸，生成甲酸鈉，季戊四糖被還原成醇根據(jù)催化劑的不同，該法又分為以下四種。氫氧化鈣法以氫氧化鈣作為堿性催化劑，簡(jiǎn)稱“鈣法”。“鈣法”原材料成本低廉，但后處理增加沉淀和過(guò)濾步驟以除去鈣離子。此外，產(chǎn)品中殘余“鈣灰”在高溫下對(duì)季戊四醇的分解有催化作用。另外有些研究認(rèn)為Ca2+會(huì)催化甲醛縮合為甲醛聚糖的副反應(yīng)，對(duì)提高季戊四醇的收率不利。氫氧化鈉法氫氧化鈉法是以氫氧化鈉作為堿性催化劑，簡(jiǎn)稱鈉法。季戊四醇的生產(chǎn)經(jīng)歷了由鈣法向鈉法轉(zhuǎn)變的過(guò)程。根據(jù)反應(yīng)溫度的不同，鈉法又分為高溫法和低溫法。高溫法使反應(yīng)的溫度控制在40?80℃,在反應(yīng)終了時(shí)升溫至85℃,以甲醛自身的Cannizzaro反應(yīng)破壞過(guò)量甲醛。低溫法則將反應(yīng)溫度控制在25?30℃,以減少副反應(yīng)?；旌蠅A法[13]該方法采用堿性相對(duì)較弱的碳酸鹽和碳酸氫鹽混合物作為堿性縮合反應(yīng)的催化劑，合成原理與傳統(tǒng)方法“鈉法”相似，即先進(jìn)行Aldol醇醛縮合反應(yīng)，再經(jīng)過(guò)Cannizzaro反應(yīng)得到季戊四醇和甲酸鈉，不同的是該工藝中增加了將甲酸鹽在貴金屬催化劑作用下，通過(guò)氧化或水解轉(zhuǎn)化為碳酸鹽和碳酸氫鹽的工序，作為后批次生產(chǎn)用催化劑從而實(shí)現(xiàn)催化劑的循環(huán)利用，節(jié)省了大量的堿，降低了生產(chǎn)成本，有利于提高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益；該工藝副產(chǎn)物少，無(wú)“三廢”產(chǎn)生，對(duì)設(shè)備的腐蝕性小是一種可持續(xù)發(fā)展的綠色工藝，發(fā)展前景看好。目前，該工藝還處于中試階段。交換離子催化法該工藝使用的是固定床間歇式反應(yīng)器，以強(qiáng)堿性離子交換樹(shù)脂為縮合劑，控制一定的停留時(shí)間。交換柱的流出物經(jīng)蒸餾分離出甲醛，母液濃縮分離出季戊四醇和甲酸鈉。離子交換樹(shù)脂用稀的強(qiáng)堿溶液（如質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的NaOH溶液）再生，然后用蒸餾回收的甲醛溶液進(jìn)行洗滌。該法能有效地抑制甲醛的自身縮合的副產(chǎn)物，但工藝較為復(fù)雜，對(duì)離子交換樹(shù)脂的再生和洗滌較為繁瑣，且同樣面臨著副產(chǎn)物甲酸鈉的問(wèn)題，產(chǎn)品的規(guī)模也不會(huì)太大，該法尚處在摸索階段?？s合加氫法[14~15]該方法是將甲醛、乙醛和三乙胺及水按一定比例混合后，在低溫下縮合生成三羥甲基乙醛，再在減壓下蒸餾，分離出來(lái)的三乙胺返回縮合工序循環(huán)使用。三羥甲基乙醛再在加壓下催化加氫，使醛基還原為羥基而制得季戊四醇。與傳統(tǒng)的方法相比較。該法不僅反應(yīng)溫度較低、后處理步驟簡(jiǎn)單、產(chǎn)品質(zhì)量好、節(jié)省了甲醛和大量的堿。而且解決了傳統(tǒng)生產(chǎn)方法中副產(chǎn)甲酸鹽的存在問(wèn)題，對(duì)環(huán)境污染較小。另外，該法提純精制工藝簡(jiǎn)單、所需設(shè)備少、投資省、成本低，適合規(guī)?；B續(xù)生產(chǎn)，但該工藝對(duì)氫源質(zhì)量、加氫設(shè)備和催化劑等的要求高，因而目前還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。2生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)生產(chǎn)方法本設(shè)計(jì)采用以氫氧化鈉為催化劑的“氫氧化鈉法”（即鈉法）。雖然氫氧化鈉的價(jià)格較貴，但由于副產(chǎn)物甲酸鈉易溶于水，使后處理步驟減少，減少了處理成本。此外，產(chǎn)品中“鈉灰”的存在不致促進(jìn)季戊四醇的分解反應(yīng)，減少了副產(chǎn)物的生成，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，并且鈉法工藝在我國(guó)普遍采用，技術(shù)成熟易于操作。反應(yīng)原理[15~17]反應(yīng)式：4CH2O+CH3CHO+NaOH- -C（CH20H）4+HCOONa反應(yīng)機(jī)理：CH3CHO+HCHO?——CH2O^CH2-CHOCH20H—CHCH20H—CH2-CHO十HCHOHOH2C—CH-CHOCh2ohHOH2c—CH—CHOCHHOH2c—CH—CHOCH20H+HCHOCH20HHOH2c—C—CHOCH20HCH20HH0H2C—C—CHO十CH20HH0H2C—C—CHO十HCHOCh2ohNaOH.HOH.C-C-CH.OH+HCOONa2 ? 2Ch2oh2.3工藝流程本設(shè)計(jì)采用低溫鈉法，生產(chǎn)過(guò)程分為七個(gè)工序，包括縮合、中和、脫醛、蒸發(fā)、結(jié)晶、分離、干燥。首先甲醛（過(guò)量較多）與乙醛在堿性水溶液中反應(yīng)，生成物為含有季戊四醇、甲酸鈉和甲醛的水溶液，其中甲酸鈉含量約是季戊四醇的一半。因?yàn)榧姿徕c在水中的溶解度比季戊四醇大的多（季戊四醇易溶于熱水），因此將縮合反應(yīng)液經(jīng)過(guò)脫醛、降溫、濃縮、結(jié)晶、離心分離、水洗等步驟處理后得到不含甲酸鈉和甲醛的季戊四醇濕結(jié)晶，最后干燥得到季戊四醇成品。結(jié)晶后的母液經(jīng)分步結(jié)晶法逐一回收甲酸鈉及季戊四醇。為提高回收率，可進(jìn)行多次循環(huán)回收。圖2.1為生產(chǎn)工藝流程方框圖。甲醛乙醛氫氧化鈉圖甲醛乙醛氫氧化鈉圖2.1季戊四醇生產(chǎn)工藝方框圖縮合縮合為放熱反應(yīng)，反應(yīng)釜為夾套式，冷卻介質(zhì)為冷凍鹽水。首先將適量的甲醛溶液（濃度為37%）用泵送入縮合釜。在攪拌的情況下，調(diào)節(jié)冷卻器鹽水，使溫度保持在10?12℃。于15分鐘內(nèi)將適量的稀堿（30%NaOH溶液）加入縮合釜內(nèi)。調(diào)節(jié)鹽水量控制料溫，逐步升溫至15?18℃,然后將適量的乙醛（98%）根據(jù)先快后慢的程序在4小時(shí)內(nèi)加完。在前半小時(shí)內(nèi)加入乙醛總量的60%。使料液上升到高峰溫度33?34℃,然后繼續(xù)加乙醛用鹽水將溫度控制在（29±1）℃。其反應(yīng)條件如下：投料配比（甲醛：乙醛：堿）為6.5：1：1.3（摩爾比）。中和加完乙醛后，保溫反應(yīng)1.5小時(shí)，料液殘醛、殘堿合格為反應(yīng)終點(diǎn)，用甲酸中和至酸值為pH=5?7為中和終點(diǎn)，將此縮合液用泵送入縮合液貯槽。脫醛縮合液自縮合液貯槽，經(jīng)預(yù)熱器，從塔中部進(jìn)入脫醛塔。經(jīng)過(guò)脫醛塔精餾，一次濃縮液自塔釜流出，進(jìn)入蒸發(fā)原液槽。塔頂餾出稀醛溶液，從塔中部進(jìn)入加壓脫醇塔，經(jīng)過(guò)脫醇塔精餾，塔頂餾出甲醇液，進(jìn)入甲醇貯槽，甲醛自塔釜流出進(jìn)入甲醛槽。蒸發(fā)脫醛濃縮液進(jìn)入蒸發(fā)器，用蒸汽加熱蒸發(fā)，真空度控制在（47?54）kPa,水分在加熱室里汽化，在蒸發(fā)室里進(jìn)行汽液分離，水蒸汽被抽真空的下水冷凝帶走。料液在設(shè)備內(nèi)濃縮。當(dāng)相對(duì)密度達(dá)到1.20?1.28后，停止加熱，將濃縮液放入結(jié)晶釜攪拌、冷卻。結(jié)晶分離[18~20]蒸發(fā)濃縮液在結(jié)晶釜內(nèi)攪拌、冷卻降溫至30?25℃,形成季戊四醇結(jié)晶液，流入離心機(jī)內(nèi)進(jìn)行分離。母液用泵打入母液沉降槽，濾餅用水洗滌至洗液有甜味為止，洗液再打入蒸發(fā)原液槽。洗滌后的濾餅繼續(xù)脫水5?15分鐘，含水(6?12)%為離心終點(diǎn)，停機(jī)后將濕結(jié)晶出料至料斗，用螺旋輸送機(jī)送去干燥。干燥空氣經(jīng)過(guò)濾器、風(fēng)機(jī)、蒸汽加熱器、電加熱器等設(shè)備加熱到150?180℃,再經(jīng)過(guò)文丘里管，進(jìn)入干燥直管。離心后的季戊四醇濕結(jié)晶經(jīng)料斗、螺旋輸送機(jī)進(jìn)入文丘里管上口與熱風(fēng)混合，在干燥直管內(nèi)被熱風(fēng)干燥，干料進(jìn)入一級(jí)旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離，干料自底部流入料倉(cāng)，含有細(xì)料的粉塵自上部排出進(jìn)入二級(jí)旋風(fēng)分離器。分離的細(xì)料每小時(shí)放料一次進(jìn)行回收。分離后含有粉塵的熱空氣進(jìn)入脈沖袋濾器進(jìn)行過(guò)濾，每?jī)尚r(shí)放料一次?；?yàn)合格后包裝入庫(kù)。3物料衡算工藝流程框圖用晶用晶計(jì)算依據(jù)（1）生產(chǎn)能力：年產(chǎn)1萬(wàn)噸季戊四醇按工作日為300天每年來(lái)計(jì)算日產(chǎn)量=幽2=33噸300（2）相關(guān)物性數(shù)據(jù)表3.1物性數(shù)據(jù)表原料名稱 規(guī)格配比分子量熔點(diǎn)℃沸點(diǎn)℃ 密度g/cm3氫氧化鈉純度30%1.340.00318.413901.3279甲醛純度37%6.530.03-92-19.20.815乙醛純度98%144.05-123.5210.788甲酸純度87%0.346.038.6100.81.226甲酸鈉68.012533601.92注：以日產(chǎn)量為基準(zhǔn)其他數(shù)據(jù)物料比：甲醛：乙醛：NaOH=6.5：1：1.3（摩爾比）損耗率：1%日最終生產(chǎn)季戊四醇量"3*106*98%=0.2375x106mol136.15

日實(shí)際生產(chǎn)季戊四醇量二2,377*105=2.548x105mol0.997反應(yīng)式：4CH2O+CH3CHO+NaOH-一C；CH2OH)4+HCOONa日用氫氧化鈉量=2.548x105x1.3=3.3124x105mol日甲醛用量=2.548x105x6.5=16.562x105mol日乙醛用量=2.548x105x1=2.548x105mol日甲酸用量=2.548x105x0.3=0.7568x105mol各工序的物料衡算縮合(1)流程示意圖（2）反應(yīng)式4CH24CH2O+CH3CHO十NaOHC(CH2OH〕4十HCOONa（3）計(jì)算過(guò)程流股1為30%NaOH溶液，其中:①NaOH：2.548x105x1.3=3.3124x105mol=13.2496噸水：17.1754x105mol=30.9157噸流股2為37%甲醛溶液，其中：甲醛：2.548x105x6.5=16.562x105mol=49.7357噸水：47.0473x105mol=84.6851噸流股3為98%乙醛溶液，其中：乙醛：2.548x105x1=2.548x105mol=11.2239噸水：0.1273x105mol=0.2291噸流股4為混合液，其中：季戊四醇：2.5225x105mol氫氧化鈉：0.7568x105mol甲醛：6.3063x105mol雙季戊四醇：2.5225x105x2%=0.05045x105mol甲酸鈉：2.5225x105mol⑥水：63.7319x105mol（4）物料衡算一覽表表3.2縮合工序物料衡算一覽表組分一進(jìn)料（流股1）出料（流股2）kmol/d%（mol）kmol/d%（mol）h2o643574.166373.1983.99NaOH331.243.8275.681.00CHO1656.219.09630.638.31CH3CHO254.82.94C10H24O75.0450.066HCOONa252.253.32C5H12O4252.253.32總計(jì)8677.2410075891003.4.2中和（1）流程示意圖（2）反應(yīng)式HCOOH十NaOH HCOONa+H2O（3）計(jì)算過(guò)程流股1為縮合釜出來(lái)的混合液，其中：季戊四醇：2.5225x105mol氫氧化鈉：0.7568x105mol甲醛：6.3063x105mol雙季戊四醇：2.5225x105x2%=0.05045x105mol甲酸鈉：2.5225x105mol⑥水：63.7319x105mol流股2為85%甲酸溶液，其中：甲酸：2.548x105x0.3=0.7568x105mol小, G—85%）x0.7568x105 1水： =0.3415x105mol85%x68.01股3為中和釜出來(lái)的混合液，其中：季戊四醇：2.4973x105mol甲醛：6.2432x105mol雙季戊四醇：0.0499455x105mol甲酸鈉：0.7492x105+2.4973x105=3.2465x105mol水：63.4327x105mol（4）物料衡算一覽表表3.3中和工序物料衡算一覽表組分一進(jìn)料（流股1）進(jìn)料（流股2）出料（流股3）kmol/d%（mol）kmol/d%（mol）kmol/d%（mol）NaOH75.681.00HCOOH630.6394.86C5H12O252.253.64249.733.31續(xù)表3.3組分.進(jìn)料（流股1）進(jìn)料（流股2）出料（流股3）kmol/d%（mol）kmol/d%（mol）kmol/d%（mol）C10H24O75.0450.704.994550.066CHO252.253.64624.328.27h2o6339.0491.0234.155.146343.2784.06HCOONa324.654.30總計(jì)6924.265100664.781007547100脫醛（1）流程示意圖M脫盛J（2）計(jì)算過(guò)程流股1為中和釜出來(lái)的混合液，其中：季戊四醇：2.4973x105mol甲醛：6.2432x105mol雙季戊四醇：0.0499455x105mol甲酸鈉：0.7492x105+2.4973x105=3.2465x105mol水：63.4327x105mol流股2為輕組分，其中：甲醛：6.1808x105mol由于甲醛沸點(diǎn)低常溫下就為氣體，故假設(shè)其完全脫除流股3為脫醛塔出來(lái)的混合液，其中：①季戊四醇：2.4723x105mol②雙季戊四醇：0.04945x105mol③甲酸鈉：3.2140x105mol④水：62.7984x105mol（3）物料衡算一覽表表3.4脫醛工序物料衡算一覽表組分-進(jìn)料（流股1）出料（流股2）出料（流股3）kmol/d%（mol）kmol/d%（mol）kmol/d%（mol）C5H12。249.733.31247.233.61C10H24O74.990.0664.9450.72CH。624.328.27618.08100H2。6343.2784.066279.8491.63HCOONa324.654.30321.404.04總計(jì)7547100618.081006853.415100蒸發(fā)（1）流程示意圖（2）計(jì)算過(guò)程流股1為脫醛塔出來(lái)的混合液，其中：季戊四醇：2.4723x105mol雙季戊四醇：0.04945x105mol③甲酸鈉：3.2140x105mol④水：62.7984x105mol流股2為蒸發(fā)出去的水，其中：, 62.7984x105x182.4723x105x136.15水： - 1.25 1.253.2140x105x68.010.04945x105x254125 125=67.5993x106g=67.5993噸=37.5552x105mol流股3為蒸發(fā)后的混合液，其中：季戊四醇：2.4476x105mol雙季戊四醇：0.04896x105mol甲酸鈉：3.1819x105mol水：62.7984x105-37.5552x105:25.2432mol（3）物料衡算一覽表表3.5蒸發(fā)工序物料衡算一覽表組分一進(jìn)料（流股1）出料（流股2）出料（流股3）kmol/d%（mol）kmol/d%（mol）kmol/d%（mol）C5H12。247.233.61244.767.92C10H24O74.9450.724.8961.58H2。6279.8491.633755.521002524.3281.64HCOONa321.404.04318.1910.29總計(jì)6853.4151003755.521003092.1661003.4.5結(jié)晶（1）流程示意圖（2）計(jì)算過(guò)程流股1為蒸發(fā)后的混合液，其中：季戊四醇：2.4476x105mol雙季戊四醇：0.04896x105mol甲酸鈉：3.1819x105mol水：62.7984x105—37.5552x105=25.2432mol流股2為結(jié)晶后的混合晶液季戊四醇：2.4231x105mol雙季戊四醇：0.04847x105mol甲酸鈉：3.1501x105mol水：24.9908x105mol（3）物料衡算一覽表表3.6結(jié)晶工序物料衡算一覽表進(jìn)料（流股1）出料（流股2）組分kmol/d%（mol）kmol/d%（mol）C5H12。244.767.92242.317.92C10H24O74.8960.164.8470.14H2。2524.3281.642499.0881.64HCOONa318.1910.29315.0110.29總計(jì)3092.1661003061.2471003.4.6分離（1）流程示意圖(2)計(jì)算過(guò)程流股1為結(jié)晶后的混合晶液，其中：季戊四醇：2.4231x105mol雙季戊四醇：0.04847x105mol甲酸鈉：3.1501x105mol④水：24.9908x105mol流股2為廢液，其中：①甲酸鈉：3.1186x105mol②水：假設(shè)季戊四醇中的含水量為9%，那么9%x2.3989x105x136.15季戊四醇中的水二 (1-9%)x18=1.7946x105mol廢液中的水=24.9908x105x99%-1.7946x105=24.9908x105mol③雙季戊四醇：假設(shè)廢液中的雙季戊四醇占總量的50%那么廢液中雙季戊四醇為雙季戊四醇=0.04847x105x99%x50%=0.023995x105mol流股3為產(chǎn)品，其中:①季戊四醇晶體中的季戊四醇：2.3989x105mol②雙季戊四醇：0.04847x105x99%x50%=0.023995x105mol③季戊四醇晶體中的水：假設(shè)季戊四醇中的含水量為9%,那么9%x2.3989x105x136.15季戊四醇中的水= =1.7946x105mol（1-9%）x18（3）物料衡算一覽表表3.7分離工序物料衡算一覽表組分-進(jìn)料（流股1）出料（流股2）出料（流股3）kmol/d%（mol）kmol/d%（mol）kmol/d%（mol）C5H12。242.317.92239.8956.88C10H24O74.8470.142.399511.952.39950.57H2。2499.0881.642294.6387.95179.4642.55HCOONa315.0110.29311.860.092總計(jì)3061.2471002608.8895100421.74951003.4.7干燥（1）流程示意圖%干燥…（2）計(jì)算過(guò)程流股1為產(chǎn)品，其中：①季戊四醇晶體中的季戊四醇：2.3989x105mol②雙季戊四醇：0.04847x105x99%x50%=0.023995x105mol③季戊四醇晶體中的水：

假設(shè)季戊四醇中的含水量為9%,那么季戊四醇中的水二=1.7946x105mol9%*2.3989義105季戊四醇中的水二=1.7946x105mol流股2為干燥出去的物質(zhì)，其中：①雙季戊四醇：假設(shè)在成品季戊四醇中雙季戊四醇占0.5%則成品中的雙季戊四醇量為太-1rm而右33X106X0.5^% 八八八//d -I雙季戊四醇= =0.0064961x105mol254干燥出去的雙季戊四醇量為雙季戊四醇=0.023995x105—0.0064961x105=0.0174989x105mol②水：假設(shè)在成品季戊四醇中水的含量占1.5%，則成品中的水的含量為:33x33x106x1.5%18=0.2750x105mol那么干燥出去的水的量為水=1.7946x105x99%—0.275x105=15017x105mol流股3為最終成品，其中：①季戊四醇：2.3749x105mol②雙季戊四醇：假設(shè)在成品季戊四醇中雙季戊四醇占0.5%，則成品中的雙季戊四醇量為:雙季戊四醇=33x106、0.5%=0.0064961x105mol254③水：假設(shè)在成品季戊四醇中水的含量占1.5%則成品中的水的含量為.33x106x1.5%八水= =0.2750x105mol18（3）物料衡算一覽表表3.8干燥工序物料衡算一覽表組分進(jìn)料（流股1）出料（流股2）出料（流股3）kmol/d%（mol）kmol/d%（mol）kmol/d%（mol）C5H12。239.8956.88237.4989.41C10H24O72.39950.571.749891.150.649610.24h2o179.4642.55150.1798.8527.5010.35總計(jì)421.7495100151.91989100265.639611004熱量衡算熱量衡算目的熱量衡算的主要目的是為了確定設(shè)備的熱負(fù)荷，根據(jù)設(shè)備熱負(fù)荷的大小、所處理物料的性質(zhì)及工藝要求在選擇傳熱面積的型式、計(jì)算傳熱面積、確定設(shè)備的主要工藝尺寸。熱量衡算依據(jù)熱量衡算的主要依據(jù)是能量守恒定律［22］，以車間物料衡算的結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行的，所以車間物料衡算表是進(jìn)行車間熱量衡算的首要條件。各物質(zhì)熱力學(xué)參數(shù)（標(biāo)況下）表4.1物質(zhì)的熱力學(xué)參數(shù)［23~24］物質(zhì)溫度KAH9cmKJ/molAH9fmKJ/molAG9fmKJ/molS9mJ/(mol?K)Cp9mJ/(mol?K)甲醛298570.8-115.90-109.91218.7835.39乙醛298-166.36-133.30264.2255.32氫氧化鈉298-425.60-379.5364.4859.54甲酸298254.6-424.72-361.41128.9599.04季戊四醇2982761.9-920.5-613.92198.07190.41雙季戊四醇298甲酸鈉298111.46水298-285.83-237.17869.9175.291各工段的熱量衡算縮合.1.1計(jì)算條件（1）流程示意圖（2）衡算數(shù)據(jù)流股1為30%NaOH溶液，其中NaOH的量為3.3124x105mol=13.2496噸，水的量為17.1754x105mol=30.9157噸流股2為37%甲醛溶液，其中甲醛的量為16.562x105mol=49.7357噸，水的量為47.0473x105mol=84.6851噸流股3為98%乙醛溶液，其中乙醛的量為2.548x105mol=11.2239噸，水的量為0.1273x105mol=0.2291噸流股4為混合液，其中季戊四醇的量為2.5225x105mol,氫氧化鈉的量為0.7568x105mol，甲醛的量為6.3063x105mol，雙季戊四醇的量為0.05045x105mol，甲酸鈉的量為2.5225x105mol，水的量為63.7319x105mol4.4.1.2計(jì)算過(guò)程對(duì)于有傳熱要求的設(shè)備，其熱平衡方程式為：Q1+Q2=Q3+ Q4+Q5式中：Q1一物料帶入設(shè)備的熱量kJQ2一過(guò)程熱效應(yīng)kJQ3一物料離開(kāi)設(shè)備所帶走的熱量kJQ4—加熱或冷卻設(shè)備所消耗的熱量kJQ5一設(shè)備向環(huán)境散失的熱量kJ（1）Q]的計(jì)算（物料帶入設(shè)備的熱量）Q]=工nCpT（以0℃為基準(zhǔn)）①Cp計(jì)算Cp的計(jì)算可以通過(guò)熱熔溫度關(guān)聯(lián)式來(lái)計(jì)算，則所得各物質(zhì)的Cp值見(jiàn)下表：表4.2物質(zhì)的Cp值一覽表單位：J/（moleK）溫度A(NaOH)B（甲醛）C（乙醛）D（水）25℃59.5435.3955.3275.291

②各物質(zhì)的Q：1Q1A=3.3124義105*59.54義298=5.8772義109JQ1b=16.562義105*35.39義298=17.4666義109JQ1c=2.548x105x55.32x298=4.2005x109JQ1D=（17.1754+47.0473+0.1273）x105x75.291x298=64.35x105x75.291x298=144.3803x109jQ1=Q1JQ1-JQ1-c+Q1-D=（5.8772+17.4666+4.2005+144.3803）x109j=171.9246x109j其中雜質(zhì)的?！负雎圆挥?jì)Q2的計(jì)算（過(guò)程熱效應(yīng)）Q2為縮合釜中的過(guò)程反應(yīng)熱，作為反應(yīng)器設(shè)計(jì)時(shí)常以0℃作為基準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行熱量衡算，在縮合反應(yīng)中由副反應(yīng)的發(fā)生，但發(fā)生的量少，反應(yīng)熱較小，故可以忽略不計(jì)，只以主反應(yīng)來(lái)計(jì)算。一般來(lái)說(shuō)0℃時(shí)的反應(yīng)熱與25℃時(shí)的反應(yīng)熱相差不大，在實(shí)際的熱量衡算時(shí)常用25℃時(shí)的反應(yīng)熱。據(jù)化學(xué)工程手冊(cè)得25℃時(shí)的各物質(zhì)的生成熱如下表所示：表4.325℃下各物質(zhì)的生成焓單位：kJ/mol溫度A(NaOH)B（甲醛）C（乙醛）D（季戊四醇）E（甲酸鈉）25℃-425.60-115.90-166.36-920.5-424.72反應(yīng)式:4CH24CH20+CH3CH0+NaOHC(CH20H)4十HCOONa計(jì)算式：—920.5—424.72-（-425.60—4x115.90-166.26）=-298.66kJ/mol其副反應(yīng)忽略不計(jì)，縮合釜中總的反應(yīng)熱為：-289.66kJ/molQ2=2.5225x105x289.66=7.3067x107kJQ3的計(jì)算（物料離開(kāi)設(shè)備所帶走的熱量）縮合釜內(nèi)反應(yīng)生成季戊四醇，最終還有甲醛及氫氧化鈉剩余，反應(yīng)為放熱反應(yīng)但釜內(nèi)溫度保持在29℃作用，并假設(shè)雙季戊四醇的Cp值與季戊四醇的相等。Q3=工nCpT（以0℃為基準(zhǔn)）①Cp計(jì)算Cp的計(jì)算可以通過(guò)熱熔溫度關(guān)聯(lián)式來(lái)計(jì)算則出料液中各物質(zhì)的Cp值見(jiàn)下表：表4.4出料液中各物質(zhì)的Cp值單位：J/（mol-K）溫度A（季戊四醇）B(NaOH)C（甲醛）D（雙季戊四醇）E（甲酸鈉）F（水）25℃190.4159.5435.01190.41111.4675.291②各物質(zhì)的Q3Q34=2.5225x105x190.41x302=145.0534x108JQ3B=0.7568x105x59.54x302=13.6081x108JQ3C=6.3063x105x35.01x302=66.6766x108JQ3d=0.05045x105x190.41x302=2.9011x108JQ3e=2.5225x105x111.46x302=84.9097x108JQ3F=63.7319x105x75.291x302=1449.1284x108JQ3=Q3-JQ3-JQ3-c+Q3-D+Q3-JQ3-F=(145.0534+13.6081+66.6766+2.9011+84.9097+1449.1284)義108=176.2277x109J(4)Q4+Q5的計(jì)算有熱平衡方程式可得：因?yàn)镼1 +Q2=Q3+ Q4 +Q5所以Q4+Q5=Q1+Q2-Q3由以上數(shù)據(jù)可得Q4+Q5=(171.9246+73.067-176.2277)x109=68.76387x109J4.4.2中和計(jì)算條件(1)流程示意圖（2）衡算數(shù)據(jù)流股1為縮合釜出來(lái)的混合液，其中季戊四醇的量為2.5225x105mo1，氫氧化鈉的量為0.7568x105mo1，甲醛的量為6.3063x105mo1，雙季戊四醇的量為0.05045x105mo1，甲酸鈉的量為2.5225x105mo1，水的量為63.7319x105mo1流股2為85%甲酸溶液，其中甲酸的量為 0.7568x105mo1，水的量為0.3415x105mo1流股3為中和釜出來(lái)的混合液，其中季戊四醇的量為2.4973x105mo1,甲醛的量為6.2432x105mo1,雙季戊四醇的量為0.0499455x105mo1,甲酸鈉的量為3.2465x105mol，水的量為63.4327x105mol計(jì)算過(guò)程對(duì)于有傳熱要求的設(shè)備，其熱平衡方程式為：Q1 +Q2 =Q3+ Q4 +Q5式中：Q1一物料帶入設(shè)備的熱量kJQ2一過(guò)程熱效應(yīng)kJQ3一物料離開(kāi)設(shè)備所帶走的熱量kJQ4—加熱或冷卻設(shè)備所消耗的熱量kJQ5一設(shè)備向環(huán)境散失的熱量kJ（1）Q］的計(jì)算（物料帶入設(shè)備的熱量）中和釜中主要是除去氫氧化鈉剩余物質(zhì)，本設(shè)計(jì)假設(shè)其完全中和。中和釜中進(jìn)料來(lái)自縮合釜的出料，假設(shè)物料在管道中無(wú)熱損耗，并控制溫度在29℃。那么Q1=176.2277x109J即：Q1A=2.5225x105x190.41x302=145.0534x108JQ2b=0.7568x105x59.54x302=13.6081x108JQ1c=6.3063x105x35.01x302=66.6766x108JQ1d=0.05045x105x190.41x302=2.9011x108JQ1e=2.5225x105x111.46x302=84.9097x108JQ1f=63.7319x105x75.291x302=1449.1284x108JQ1="Q1.J-c+-JQ1.J-F二（145.0534+13.6081+66.6766+2.9011+84.9097+1449.1284）義108=176.2277x109J其中雜質(zhì)的?！负雎圆挥?jì)Q2的計(jì)算（過(guò)程熱效應(yīng)）Q2為中和釜中的反應(yīng)熱，反應(yīng)溫度保持在29℃,29℃下反應(yīng)物的生成熱即生成焓ah如下表：表4.529℃下各物質(zhì)生成焓單位：kJ/mol溫度ABCD（甲酸）（NaOH）（甲酸鈉）（水）29℃-424.72-425.60-424.72-285.83反應(yīng)式HCOOH+NaOH ?HCOONa十H2O計(jì)算式-424.72-285.83-（-424.72-425.60）=139.77kJ/mol甲酸鈉的量為：0.7492x105molQ2=0.7492x105x139.77x103=104.7157x108J（3）Q3的計(jì)算①Cp計(jì)算中和釜中用甲酸與氫氧化鈉反應(yīng)完全中和堿，最終得到甲酸鈉，假設(shè)29℃下Cp近似取25℃下的Cp值。Q3=EnCpT（以0℃為基準(zhǔn)）Cp的計(jì)算可以通過(guò)熱熔溫度關(guān)聯(lián)式來(lái)計(jì)算，則出料液中各物質(zhì)的Cp值見(jiàn)下表：溫度A（季戊四醇）B（甲醛）C（雙季戊四醇）D（甲酸鈉）E（水）25℃190.4135.01190.41111.4675.291表4.6各物質(zhì)Cp值單位：J/（mol?K）②各物質(zhì)的Q3Q3T=2.4972x105x190.41x302=143.6043x108J=6.2432x105x35.01x302=66.0095x108JQ3-C=0.0499455x105x190.41x302=2.8721x108JQ3-D=3.2465x105x111.46x302=109.2802x108JQ3-E=63.4327x105x75.291x302=1442.3252x108JQ3二Q3-JQ3-b+Q3-c+Q3-d+Q3-E=(143.6043+66.0095+2.8721+109.2802+1442.3252)x108=176.40913x109J（4）Q4+Q5的計(jì)算有熱平衡方程式可得:即:Q4+Q,"JQ2-Q3由以上數(shù)據(jù)可得Q+Q=(176.2277+10.47157—176.40913)x109=10.29014x109J4.4.3脫醛4.4.3.1計(jì)算條件（1）流程示意圖（2）衡算數(shù)據(jù)流股1為中和釜出來(lái)的混合液，其中季戊四醇的量為2.4973x105mo1,甲醛的量為6.2432x105mo1，雙季戊四醇的量為0.0499455x105mo1，甲酸鈉的量為3.2465x105mol，水的量為63.4327x105mol流股2為輕組分，其中甲醛的量為6.1808x105mo1，由于甲醛沸點(diǎn)低常溫下就為氣體，故假設(shè)其完全脫除流股3為脫醛塔出來(lái)的混合液，其中季戊四醇的量為2.4723x105mo1，雙季戊四醇的量為0.04945x105mo1，甲酸鈉的量為3.2140x105mo1，水的量為62.7984x105mo14.4.3.2計(jì)算過(guò)程對(duì)于有傳熱要求的設(shè)備，其熱平衡方程式為：Q1 +Q2=Q3+ Q4+Q5式中：Q1一物料帶入設(shè)備的熱量kJQ2一過(guò)程熱效應(yīng)kJQ3一物料離開(kāi)設(shè)備所帶走的熱量kJQ4—加熱或冷卻設(shè)備所消耗的熱量kJQ5一設(shè)備向環(huán)境散失的熱量kJ（1）Q］的計(jì)算脫醛塔中進(jìn)料來(lái)自中和釜的出料，假設(shè)物料在管道中無(wú)熱損耗那么Q1A=2.4972義105*190.41義302=143,6043義108JQ1B=6.2432義105*35.01義302=66.0095義108JQ1^=0.0499455x105x190.41x302=2.8721x108JQ1d=3.2465x105x111.46x302=109.2802x108JQ1e=63.4327x105x75.291x302=1442.3252x108JQ「"Q1-JQ1-c+Q1-d+Q1-e=(143.6043+66.0095+2.8721+109.2802+1442.3252)x108=176.40913x109JQ2的計(jì)算脫醛塔中無(wú)化學(xué)反應(yīng)，故無(wú)化學(xué)反應(yīng)熱即Q廣0JQ3的計(jì)算①Cp計(jì)算脫醛塔中主要是脫去中的甲醛，因?yàn)榧兹┑姆悬c(diǎn)非常低，低于常溫，故假設(shè)甲醛完全脫去。Q3=EnCpT(以0℃為基準(zhǔn))Cp的計(jì)算可以通過(guò)熱熔溫度關(guān)聯(lián)式來(lái)計(jì)算，則出料液中各物質(zhì)的Cp值見(jiàn)下表：表4.6各物質(zhì)Cp值單位：J/(mol?K)溫度A（季戊四醇）B（甲醛）C（雙季戊四醇）D（甲酸鈉）E（水）29℃190.4135.01190.41111.4675.291②各物質(zhì)的Q3Q3A=2.4723x105x190.41x302=142.1667x108JQ3B=6.1807x105x35.01x302=65.3487x108JQ3^=0.04945x105x190.41x302=2.8436x108JQ3d=3.2140x105x111.46x302=108.1862x108JQ3e=62.7984x105x75.291x302=1427.9026x108JQ3=Q3y+Q3-JQ3-c+Q3-JQ3-E=(142.1667+65.3487+2.8436+108.1862+1427.9026)x108=174.64478x109JQ4+Q5的計(jì)算有熱平衡方程式可得：即：Q4+Q5=Q1+Q2-Q3由以上數(shù)據(jù)可得Q4+Q5=(176.40193+0-174.64478)x109=1.75715x109J4.4.4蒸發(fā)計(jì)算條件(1)流程示意圖（2）衡算數(shù)據(jù)流股1為脫醛塔出來(lái)的混合液，其中季戊四醇的量為2.4723x105mo1,雙季戊四醇的量為0.04945x105mo1，甲酸鈉的量為3.2140x105mo1，水的量為62.7984x105mo1流股2為蒸發(fā)出去的水，其中水的量為37.5552x105mo1流股3為蒸發(fā)后的混合液，其中季戊四醇的量為2.4476x105mo1，雙季戊四醇的量為0.04896x105mo1，甲酸鈉的量為3.1819x105mo1，水的量為25.2432mo14.4.4.2計(jì)算過(guò)程（1）Q］的計(jì)算（物料帶入設(shè)備的熱量）①Cp計(jì)算蒸發(fā)器中進(jìn)料來(lái)自脫醛塔的釜液，假設(shè)物料在管道中無(wú)熱損耗，則進(jìn)料液中各物質(zhì)的Cp值見(jiàn)下表：表4.6各物質(zhì)Cp值單位：J/（mo1?K）溫度A（季戊四醇）B（雙季戊四醇）C（甲酸鈉）D（水）29℃190.41190.41111.4675.291②各物質(zhì)的Q1：01A=2.4723x105x190.41x302=142.1667x108JQ1B=0.04945x105x190.41x302=2.8436x108JQ1C=3.2140x105x111.46x302=108.1862x108J

Q1D=62.7984義105*75,291義302=1427.9026義108JJ"—Q1.JQ1.JQ1.D二(142.1667+2.8436+108.1862+1427.9026)義108=168.10991x109JQ2的計(jì)算H2O(l) AH2O(g)水在100℃,50kPa下發(fā)生汽化，變?yōu)闅鈶B(tài)的水蒸汽，并從蒸發(fā)室中蒸發(fā)出去。根據(jù)資料可查得，任何壓強(qiáng)下化合物的活化熱均可按下式計(jì)算：q=(―28.5)lgpTq/b.62.(1—Tr)IkJ/kg式中：p一對(duì)比壓強(qiáng)(實(shí)際壓強(qiáng)與臨界壓強(qiáng)之比值)TR一對(duì)比溫度(實(shí)際溫度與臨界溫度之比值)TC一臨界溫度K水的臨界壓力為：P=22.05MPa水的臨界溫度為：T=374.3℃50x10350x10322.05x106=2.2676x10-3R647.3373——=0.5762(-28.5)xlg(2.2676x10-3(-28.5)xlg(0.62x(1-0.5762)=-14.4692kJ/kg=-260.4456J/molQ2=nqv=37.5552x105x(-260.4456)=-9.7811x108J

%的計(jì)算①Cp計(jì)算固體的比熱容可采用科普定律來(lái)計(jì)算即:工即:工CpnM式中：Cp一元素的原子比熱容kJ/kg?℃n—固體分子中同種原子的個(gè)數(shù)M一化合物分子量表4.7元素原子的比熱容_ CpkJ/kg?℃元素液態(tài)固體碳C2.81.8氫H4.32.3氧O6.04.0其它元素8.06.2注：1kcal=4.187kJ上述公式計(jì)算出的時(shí)20℃時(shí)的比熱容，不在20℃時(shí)各化合物的比熱容將與算出的比熱容有出入，凡高于20℃時(shí)的化合物，比熱容可根據(jù)上述公式計(jì)算所得結(jié)果再加大20?25%。本設(shè)計(jì)將所得結(jié)果加大為原來(lái)的120%。即:季戊四醇:x120%x4.1875x2.8+12x4.3+4xx120%x4.187136.15=3.3065kJ/(kg?℃)雙季戊四醇:x120%x4.18710x2.8+22x4.3+7xx120%x4.187254=3.2560kJ/(kg?℃)甲酸鈉:

68.018.0+4.3+2.8+2x6.0一 x120%x4.18768.012.0021kJ/(kg?℃)水：水：2x4.3+2x4.3+6.0 x120%x4.187184.0753kJ/(kg