【基于計(jì)算機(jī)輔助的環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)14000字（論文）】

基于計(jì)算機(jī)輔助的環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)目 錄總論 1課題背景 1環(huán)氧氯丙烷的發(fā)展情況 1環(huán)氧氯丙烷的生產(chǎn)工藝 4計(jì)算機(jī)輔助軟件 6環(huán)氧氯丙烷的工藝流程 8AspenPlus建模步驟 8環(huán)氧氯丙烷的工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 10環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)過(guò)程分析 10生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)與優(yōu)化 14AspenPlus物性選擇 14物料平衡分析 14換熱器E101操作參數(shù)的確定 14反應(yīng)器R101反應(yīng)條件的確定 15分離塔B4的操作參數(shù)的確定 15精餾塔B5各項(xiàng)參數(shù)的確定 16精餾塔操作條件的確定 18設(shè)計(jì)與校核 20塔B4的設(shè)計(jì)與校核 20塔B5的設(shè)計(jì)與校核 21物料衡算 23基礎(chǔ)設(shè)施及設(shè)備人員管理費(fèi)用 24廢污處理與生產(chǎn)安全 28廢污的處理 28生產(chǎn)安全 28結(jié) 論 30參考文獻(xiàn) 321總論1.1課題背景1.1.1環(huán)氧氯丙烷的基本性質(zhì)1.1.2環(huán)氧氯丙烷的應(yīng)用1.2環(huán)氧氯丙烷的發(fā)展情況1.2.1世界環(huán)氧氯丙烷的生產(chǎn)狀況1.2.2世界環(huán)氧氯丙烷的消費(fèi)狀況1.2.3國(guó)內(nèi)環(huán)氧氯丙烷的生產(chǎn)狀況 生產(chǎn)能力生產(chǎn)工藝1中石化齊魯分公司氯堿廠3.2丙烯高溫氯化法2天津渤天化工有限責(zé)任公司2.8醋酸丙烯酯法33.2丙烯高溫氯化法4江蘇揚(yáng)農(nóng)化工股份有限公司6.0甘油法5山東鑫岳化工集團(tuán)有限公司6.0丙烯高溫氯化法6江蘇安邦電化有限公司2.0丙烯高溫氯化法7藍(lán)星新材料有限公司3.0丙烯高溫氯化法8江蘇三蝶化工公司2.5丙烯高溫氯化法1.2.4國(guó)內(nèi)環(huán)氧氯丙烷的消費(fèi)狀況1.3環(huán)氧氯丙烷的生產(chǎn)工藝1.3.1丙烯高溫氯化法丙烯高溫氯化法又稱氯丙烯法最早是由美國(guó)Shell公司提出并實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)化的，以丙烯、石灰乳和氯氣為合成原料。主要反應(yīng)式如下:(1)CH3-CH=CH2+Cl2→Cl-CH2-CH=CH2+HCl(2)CH2=CH-CH2-Cl+Cl2+H2O→Cl-CH2-CHCl-CH2OH（70％）+Cl-CH2-CHOH-CH2Cl（30％）+HCl(2)ClCH2CHClCH2OH+1/2Ca(OH)2→ClCH2CHOCH2+1/2CaCl2+H2O其主要的生產(chǎn)步驟包括：首先把丙烯加熱，升成高溫的時(shí)候通入氯氣生成氯丙烯；然后再把氯丙烯次氯酸化合成二氯丙醇（DCH）；最后將二氯丙醇皂化合成最終的環(huán)氧氯丙烷。工藝成熟和操作穩(wěn)定是丙烯高溫氯化法最顯著的特點(diǎn)，深受國(guó)外企業(yè)的喜愛(ài)。當(dāng)然這一方法有優(yōu)點(diǎn)也就有缺點(diǎn)，它的缺點(diǎn)也很明顯：“三廢”排放量極大，耗能高以及副產(chǎn)品過(guò)多等，尤其是它的主要原料丙烯的價(jià)格容易受原油價(jià)格的影響。1.3.2醋酸丙烯酯-丙烯醇法起初由原蘇聯(lián)科學(xué)院和日本昭和電工各自成功開(kāi)發(fā)了醋酸丙烯酯-烯丙醇法,蘇聯(lián)采用了先氯化后水解的工藝,而昭和電工則是采用了先水解后氯化的工藝。丙烯、氧氣、醋酸、氯氣和石灰是其主要的原料。主要的反應(yīng)步驟為：首先將丙烯、氧氣和醋酸進(jìn)行氣相催化氧乙酰化，反應(yīng)合成醋酸烯丙酯；其次再把醋酸烯丙酯水解，反應(yīng)生成烯丙醇；再由烯丙醇與氯加成合成高濃度的二氯丙醇；最后，二氯丙醇在堿的作用下環(huán)化脫氯化氫生成環(huán)氧氯丙烷。該法反應(yīng)條件溫和，操作穩(wěn)定，“三廢”排放量也相對(duì)較少，但是反應(yīng)步驟過(guò)多從而顯得比較麻煩，成本太高。1.3.3丙烯醛法及丙酮法DOW公司開(kāi)發(fā)了丙烯醛法。該法主要是先把丙烯氧化為丙烯醛，丙烯醛進(jìn)一步氧化再加氫合成二氯丙醇，最后皂化生成環(huán)氧氯丙烷。因?yàn)樵摲ǔ杀緦?shí)在是消耗過(guò)高，至今也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。丙酮法也是，繁瑣的步驟，過(guò)高的成本，使其難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。1.3.4甘油法起初的甘油法制備環(huán)氧氯丙烷并不被看好，成本過(guò)高使其難以發(fā)展。不過(guò)，隨著現(xiàn)在生物柴油的發(fā)展和石油燃料的價(jià)格攀升，反而讓甘油法占據(jù)了一定的優(yōu)勢(shì)?？偟闹v，該法的工藝步驟還是相對(duì)比較清晰的：甘油和氯化氫反應(yīng)生成二氯丙醇，然后由二氯丙醇在堿性溶液下皂化得到環(huán)氧氯丙烷［9］。（1）氯化反應(yīng)氯化過(guò)程簡(jiǎn)而言之就是甘油與氯化氫的反應(yīng)。甘油在一定的溫度下，通過(guò)催化劑（一般采用醋酸或路易斯酸）的作用，和氯化氫發(fā)生取代反應(yīng)，得到一氯丙二醇和二氯丙醇。當(dāng)然，二氯丙醇才是氯化反應(yīng)中我們所需要的最終產(chǎn)物。唯一需要注意的是，因?yàn)樵消}酸屬于液體鹽酸，在反應(yīng)過(guò)程中不斷把水帶入到了反應(yīng)體系之中，而大量的水會(huì)影響二氯丙醇的產(chǎn)量，因此，除水工序（蒸餾水）也是重中之重。至于為什么選用氯化氫，是因?yàn)槁然瘹浍@得途徑簡(jiǎn)便，可以反復(fù)利用，大大節(jié)省了所需成本。（2）環(huán)化反應(yīng)環(huán)化反應(yīng)又稱之為皂化反應(yīng)，可以簡(jiǎn)單分為三個(gè)階段：誘導(dǎo)、加速和完成。該反應(yīng)主要是將前面氯化反應(yīng)生成的二氯丙醇與堿液（一般采用一定濃度比例的氫氧化鈣或氫氧化鈉）進(jìn)行反應(yīng)。二氯丙醇脫去一分子氯化氫后環(huán)化，生成環(huán)氧氯丙烷。需要注意的是，在環(huán)化進(jìn)行時(shí)，堿液的量一定要把控到位（略微過(guò)量），過(guò)多過(guò)少都會(huì)影響環(huán)氧氯丙烷的轉(zhuǎn)化率。而且，在反應(yīng)的時(shí)候，需要及時(shí)地把環(huán)氧氯丙烷分離提取出來(lái)，否則會(huì)影響產(chǎn)品的收率。影響環(huán)化反應(yīng)的因素有很多：溫度、時(shí)間及原料比例等，要按照實(shí)際情況好好把控。1.3.5環(huán)氧丙烷氧化法環(huán)氧丙烷氧化法的特別之處在于選擇了環(huán)氧丙烷作為反應(yīng)的原料，隨即在催化劑（正磷酸三鋰）的作用下，丙烯醇與氯氣進(jìn)行反應(yīng)，生成二氯丙醇，最后在堿性環(huán)境下皂化，生成產(chǎn)品環(huán)氧氯丙烷。1.3.6氯丙烯直接環(huán)氧化法氯丙烯直接環(huán)氧化法克服了一些丙烯高溫氯化法的缺點(diǎn)，如“三廢”排放量多，工藝流程長(zhǎng)等。因?yàn)樵摲ㄖ苯邮〉袅寺却蓟驮砘瘍纱蟛襟E，直接進(jìn)行了環(huán)氧化，所以收率較高。當(dāng)然，這也不是完美的工藝流程。催化劑的較高成本使得該法并沒(méi)有被普遍使用。Interox和Pcuk這兩個(gè)方法相對(duì)比較成熟。1.4計(jì)算機(jī)輔助軟件1.4.1常用計(jì)算機(jī)輔助軟件在當(dāng)代社會(huì)，化工這一行業(yè)在越來(lái)越多的方面起到著越愈發(fā)重要的作用。當(dāng)然，隨著化工領(lǐng)域扮演著如此重要的角色，它的發(fā)展和進(jìn)步便成了必然趨勢(shì)。人們?cè)诨ゎI(lǐng)域常常會(huì)遇到各種各樣的復(fù)雜計(jì)算及工藝流程的模擬，很顯然，僅僅只是憑借人腦，很難完成這種高復(fù)雜的作業(yè)。于是，計(jì)算機(jī)輔助軟件就顯得格外重要，它們能夠充分幫助設(shè)計(jì)者解決各種設(shè)計(jì)難題，使得效率與收益得到肉眼可見(jiàn)的高度提高。工作效率的提高是現(xiàn)如今最需要的社會(huì)進(jìn)步發(fā)展的必要因素之一。ChemCAD這一軟件適用于設(shè)計(jì)及工藝流程的優(yōu)化，操作界面簡(jiǎn)單易學(xué)，但是它的數(shù)據(jù)庫(kù)較小，物性相對(duì)較少，這也在某些方面限制了它的運(yùn)用。設(shè)計(jì)院運(yùn)用的不是很多，一般用在中高校的教學(xué)上。AspenPlus這個(gè)軟件實(shí)際上是一個(gè)集設(shè)備設(shè)計(jì)、流程模擬和優(yōu)化的大型通用模擬工具[3]。AspenPlus有著豐富的物性模型以及巨大的數(shù)據(jù)庫(kù)，滿足了廣大使用者的各項(xiàng)需求。物性模型和數(shù)據(jù)是確保它得到精確可靠的模擬結(jié)果的關(guān)鍵因素，因此人們借助它解決了許許多多復(fù)雜的難題。與此同時(shí)，它也是唯一一個(gè)同時(shí)包含序貫（SM）模塊和聯(lián)立方程（EO）兩種算法的模擬工具軟件，許多公司為了使其物性計(jì)算方法標(biāo)準(zhǔn)化而采用AspenPlus的物性系統(tǒng)，并與其自身的工程計(jì)算軟件相結(jié)合，所以人們普遍認(rèn)為AspenPlus非常適用于化工等領(lǐng)域。當(dāng)然，這個(gè)軟件依然會(huì)不斷進(jìn)步完善，越來(lái)越完美。1.4.2AspenPlus軟件的應(yīng)用實(shí)例隨著社會(huì)不斷發(fā)展進(jìn)步，該軟件也被越來(lái)越多的設(shè)計(jì)者所使用，當(dāng)然，它給我們?nèi)粘Ｉ顜?lái)了巨大的收益。中石化天津公司利用AspenPlus模擬軟件對(duì)柴油加氫裝置進(jìn)行了模擬計(jì)算，建立了柴油蒸餾裝置的基本模型，并且對(duì)物料、能量及相對(duì)平衡開(kāi)展了模擬計(jì)算，模擬所得到的塔溫、氣體流量、輕烴產(chǎn)量與實(shí)際裝置的運(yùn)行狀態(tài)，與實(shí)際運(yùn)行相比較，誤差較小，模擬結(jié)果對(duì)現(xiàn)有裝置有著優(yōu)化和指導(dǎo)作用，降低了能耗，大大提高了企業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益[3]。2環(huán)氧氯丙烷的工藝流程2.1AspenPlus2.1.1物性選擇的原則物性原則實(shí)際上，NRTL-NTL和其它方程式都是基于這一原理所創(chuàng)建的，并且其運(yùn)算符可以針對(duì)該模型，用于計(jì)算液體的活度系數(shù)，并可修改Wong-sandier狀態(tài)方程的同時(shí)，還能根據(jù)該方程式來(lái)計(jì)算氣液平衡裝置。物性方程從電解質(zhì)溶液的角度來(lái)看，這種溶液將會(huì)影響這一行業(yè)的諸多方面。所以，我們需要計(jì)算方案來(lái)解決問(wèn)題。在模擬的過(guò)程進(jìn)行時(shí)，一旦出現(xiàn)鹽酸及其它酸性溶液或是鹽溶液等，則需要通過(guò)電解質(zhì)溶液計(jì)算系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行精確計(jì)算。2.1.1.3物性方程Redlich-Kwong當(dāng)操作員使用NRLT-RK和其他方程式時(shí)，他們可以使用狀態(tài)方程式來(lái)計(jì)算熱力學(xué)性質(zhì)。如果壓力值在10個(gè)大氣壓以內(nèi)，那么該方程式仍具備高度適用性。應(yīng)當(dāng)注意的是，如果壓力值過(guò)于高，那么狀態(tài)方程的適用性將大打折扣。2.1.1.4方程Wilson通常對(duì)于這類方程，它對(duì)絕大多數(shù)化合物都具有一定的適用性，特別是對(duì)醛類或醇類等物質(zhì)。一旦說(shuō)設(shè)計(jì)者們想要根據(jù)這個(gè)二元系統(tǒng)來(lái)計(jì)算多元系統(tǒng)的活度系數(shù)，那么該方程也就能發(fā)揮出它至關(guān)重要的作用。但是，如果讓它轉(zhuǎn)向應(yīng)用于別的某些混合相等，那就沒(méi)有原本的那種高度適應(yīng)性了，大打折扣。由于材料屬于一類極性物質(zhì)及一系列與大氣壓高度相似的操作過(guò)程，所以在生死熟慮之后，NRTL方程被確定為進(jìn)行本次計(jì)算設(shè)計(jì)的物性方程。2.1.2生產(chǎn)工藝模型的建立（1）繪制流程圖：根據(jù)實(shí)際情況，仔細(xì)觀察并分析各個(gè)不同單元的排列分布或是組合在一起的方式是否符合正確要求，推測(cè)出最為符合最為理想的模擬流程。（2）規(guī)定設(shè)置全局：在明確設(shè)計(jì)的名稱及與之相對(duì)應(yīng)的用戶名參數(shù)之后，推選出一個(gè)符合實(shí)際情況、符合邏輯的單位。（3）輸入反應(yīng)物：參考資料文獻(xiàn)中所提及的化學(xué)反應(yīng)以及物料的組成，在結(jié)合實(shí)際情況去確定工藝流程中的化學(xué)組分，當(dāng)然，在反應(yīng)中生成的電解質(zhì)離子也是需要統(tǒng)計(jì)計(jì)算的。（4）明確物性方法：物性方法選擇合不合理決定著最后運(yùn)算結(jié)果的精不精確。雖然在上述軟件中，對(duì)方程進(jìn)行了預(yù)載，但要想獲取正確的方程離不開(kāi)經(jīng)驗(yàn)，離不開(kāi)實(shí)際情況。（5）設(shè)置進(jìn)料的物流：不同的數(shù)據(jù)需要設(shè)定不同的物流，包括了壓強(qiáng)、溫度、液氣比等方面，全部設(shè)定完后，給予模擬。（6）設(shè)置操作單元的條件：實(shí)際上，單元操作的條件就是對(duì)工藝對(duì)產(chǎn)品的要求。2.1.3設(shè)置操作單元操作參數(shù)的好壞（準(zhǔn)確與否）實(shí)際上會(huì)對(duì)運(yùn)算結(jié)果的準(zhǔn)確性起著決定性的作用。而我本人則使用了FlossheetDesignSpec，通過(guò)它來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)范，將溫度和壓力充分的優(yōu)化。與此同時(shí)，還可以充分提高精餾塔的回流比。2.1.3.1設(shè)置精餾塔單元精餾塔在本次的模擬設(shè)計(jì)中扮演著重要的角色，是不可缺少的部分。此次的模擬設(shè)計(jì)能不能成功，關(guān)鍵就在于精餾塔的設(shè)置，結(jié)合這一軟件來(lái)講，主要分為五個(gè)具體的步驟，由本人對(duì)其分別進(jìn)行闡述：（1）物料衡算根據(jù)送料的條件來(lái)分析，對(duì)輸入的條件用簡(jiǎn)捷設(shè)計(jì)模擬進(jìn)行快速的計(jì)算。在計(jì)算的過(guò)程中當(dāng)然會(huì)涉及到一些問(wèn)題，且該計(jì)算所涉及到的一些問(wèn)題主要有兩方面：第一方面是對(duì)部件組分進(jìn)行分割，觀察它們是否能夠清晰地被顯示出來(lái)；第二方面是對(duì)重要塔頂和塔底組成的估算，目的是能夠獲得輕、重兩個(gè)關(guān)鍵組分及其回收率。（2）簡(jiǎn)捷模塊計(jì)算在計(jì)算上述塔前，把前面所得到的輕、重組分的回收率輸入到控制面板中，隨后開(kāi)始對(duì)回流比進(jìn)行調(diào)改，確保完成之后運(yùn)行程序，在結(jié)果中找出塔板數(shù)、回流比等重要參數(shù)。（3）靈敏度分析法雖說(shuō)從軟件上得到的設(shè)定值滿足要求的參數(shù)，但它不一定是最合適的參數(shù)，因此，我們需要運(yùn)用靈敏度來(lái)分析，即窮舉概率參數(shù)，來(lái)操作模擬運(yùn)行，得到最佳的參數(shù)。靈敏度分析法的具體步驟如下：1）參照對(duì)應(yīng)的回流比和塔徑比值，從回流比和塔板數(shù)兩者當(dāng)中分別進(jìn)行選擇，選擇出最為適合的值。2）通過(guò)不同位置不同的進(jìn)料板，執(zhí)行不同的模擬操作，來(lái)獲得相對(duì)應(yīng)的成品。從這些成品之中，挑選出來(lái)最好最佳的一組成品，然后對(duì)相對(duì)應(yīng)的位置進(jìn)行分析。值得一提的是，這一系列的數(shù)據(jù)都能被當(dāng)模塊使。（4）運(yùn)用詳細(xì)計(jì)算模塊計(jì)算通過(guò)運(yùn)用這種模塊中的Traysizing來(lái)進(jìn)行計(jì)算，獲得與之相對(duì)應(yīng)的塔徑。（5）核算結(jié)合上述材料，參照所獲得的結(jié)果，進(jìn)行合理的調(diào)整，同時(shí)校核該塔，就能夠獲得所需要的參數(shù)。2.2環(huán)氧氯丙烷的工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)2.2.1原材料以及原材料標(biāo)準(zhǔn)高純度的甘油，鹽酸及醋酸。2.2.2設(shè)計(jì)的要求對(duì)于此產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，它的年產(chǎn)量達(dá)三萬(wàn)噸，純度不低于99.95%，回收率也是達(dá)到了99.8%，并且在它的生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有造成污染，完全符合環(huán)保的要求。2.3環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)過(guò)程分析2.3.1環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)方式的選擇目前社會(huì)的發(fā)展不論是科學(xué)技術(shù)還是經(jīng)濟(jì)都是非常迅速的。在這高速發(fā)展時(shí)期，同樣也暴露出了值得深思的問(wèn)題，能源的緊張便是其中之一。對(duì)此，可替代能源生物柴油便成了各國(guó)關(guān)注的重點(diǎn)，發(fā)展也隨之變得越來(lái)越快。在生物柴油的生產(chǎn)過(guò)程中，甘油是其最大最顯著的副產(chǎn)物，因此，甘油得到了充分的運(yùn)用，甘油法制環(huán)氧氯丙烷也逐漸成了核心制備工藝流程。2.3.2流程模擬模型的選擇2.3.2.1工藝流程在模擬反應(yīng)的流程中，選擇固定床反應(yīng)器來(lái)進(jìn)行反應(yīng)，并且選擇甘油及鹽酸來(lái)用做反應(yīng)的原料。在充分添入催化劑（醋酸）之后，在混合加熱（九十?dāng)z氏度及十個(gè)大氣壓）的操作條件下，于固定床反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)。需要注意的是，該反應(yīng)流程是一次性的，不進(jìn)行循環(huán)后續(xù)。通過(guò)物性分析，選用板式分離塔是分離效率最高的，最為理想。因?yàn)樵诜磻?yīng)過(guò)程中，必然會(huì)存在著一些未反應(yīng)的甘油，所以我們運(yùn)用板式分離塔將其分離并進(jìn)行二次使用。鹽酸等從塔頂采出，未反應(yīng)的甘油從塔底采出，并進(jìn)行提純，把鹽酸和催化劑等從中分離出去。在本次的模擬流程中，儀器內(nèi)部使用銅來(lái)做內(nèi)襯，這樣可以避免發(fā)生腐蝕反應(yīng)，影響物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率，同時(shí)可以延長(zhǎng)儀器的使用壽命，完全符合環(huán)保的宗旨。不復(fù)雜的流程且能循環(huán)，大大減少了不必要的浪費(fèi)，降低了成本。凡事有優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)必然存在一定的缺陷，例如，該反應(yīng)的過(guò)程中需要連續(xù)不斷地補(bǔ)充催化劑（醋酸），能耗比較高。但盡管如此，本次模擬流程的物質(zhì)轉(zhuǎn)化率依舊高達(dá)98％。2.3.2.2熱力學(xué)模型通常的話，在模擬單元操作過(guò)程時(shí)，化工熱力學(xué)的性質(zhì)的計(jì)算都是重中之重。化工熱力學(xué)包含了換熱、相平衡數(shù)等方面。它的特別之處就在于，沒(méi)有一個(gè)符合各個(gè)物系相的模型。熱力學(xué)模型決定著整個(gè)模擬流程能否獲得精確的結(jié)果，由此就可以看出化工熱力學(xué)的計(jì)算模型有多么關(guān)鍵?？紤]到此次流程的模擬中含有鹽酸、醋酸等，本人選擇用E-NETL法來(lái)計(jì)算。2.3.3反應(yīng)系統(tǒng)分析2.3.3.1反應(yīng)系統(tǒng)流程圖圖2-1反應(yīng)流程圖反應(yīng)系統(tǒng)流程敘述如圖所示，物料S1是催化劑,物料S2是甘油，還有物料S3是氯化氫，先把這三個(gè)物料分別放入E101中，進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度穩(wěn)定達(dá)到九十?dāng)z氏度之后，再通入R101當(dāng)中，隨后生成所需要的混合物。2.3.4分離系統(tǒng)的分析2.3.4.1部分分離系統(tǒng)流程圖圖2-2粗分離流程圖2.3.4.2分離過(guò)程的簡(jiǎn)述如圖所示，生成物S5流進(jìn)塔B4，然后順利進(jìn)行分離的操作。分離完之后，物料S7從B4塔塔頂流出，然后流入B5，緊接著，物料S8從B4塔塔底流出，混合以醋酸與水。B5塔的主要作用就是把鹽酸和醋酸分離開(kāi)來(lái)，物料S10鹽酸與水從B5塔底流出，物料S9醋酸則從塔頂流出。物料S8由鹽酸和甘油組成，順利進(jìn)入B6塔之后，物料S11從B6塔頂流出，由鹽酸、甘油及二氯丙醇組成，隨后再流入B8塔。物料S12是甘油，從B6塔塔底流出。從B8塔塔頂流出的物料S13為二氯丙醇，塔底流出的物料S14為鹽酸、甘油及二氯丙醇。生產(chǎn)過(guò)程分析生產(chǎn)工藝的選擇從當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的階段來(lái)看，制備環(huán)氧氯丙烷的工藝方法有很多種。例如丙烯高溫氯化法，雖說(shuō)它的運(yùn)用在之前確實(shí)很廣泛，但是其高耗能、低轉(zhuǎn)化率是真的缺陷太明顯了，而且安全性還不是很高，所以丙烯高溫氯化法的工藝與現(xiàn)在的化工發(fā)展理念顯得有點(diǎn)格格不入。還有醋酸丙烯酯法、丙醛法等也是，存在較為明顯的缺陷。而本文中的甘油法，相比較之下，工藝流程簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)化率高，安全性也高，具備一系列優(yōu)勢(shì)，前景十分廣闊。生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介在模擬流程進(jìn)行生產(chǎn)模擬時(shí)，先E101進(jìn)行加熱，直到里面的混合物達(dá)到反應(yīng)所要求的溫度，在這之后，流入R101之中，加入反應(yīng)所需要的催化劑（醋酸），進(jìn)行下一步反應(yīng)。該反應(yīng)生成的混合物含有異丙醇等。此混合物先流入B4塔中，醋酸及鹽酸的混合物從其塔頂流出，而甘油從其底部流出。B5塔會(huì)把醋酸與鹽酸分離開(kāi)來(lái)，分別從塔底塔頂流出。待B6塔把異丙醇分離掉之后，最終通過(guò)B8塔進(jìn)行充分提純，保證其轉(zhuǎn)化率。2.3.6 過(guò)程模擬圖圖2-3過(guò)程模擬圖3生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)與優(yōu)化3.1AspenPlus是否選對(duì)物性方程計(jì)算，是流程模擬能否成功的關(guān)鍵。該軟件有著巨大且豐富的數(shù)據(jù)庫(kù)，并且包含了各種各樣的計(jì)算模型體系，所以只要物性計(jì)算方程選對(duì)，最后運(yùn)算的結(jié)果是非?？捎^的。3.1.1確定物料組分表3-1物料組分ComponentIDTypeComponentnameFormulaGLYCE-01CONGLYCEROLC3H8O3HCLCONHYDROGEN-CHLORIDHCLC3H6CL2OCON2,3-DICHLORO-1-PROPC3H6CL21:3-D-02CON1,3-DICHLORO-2-PROPC3H6CL2ACETI-01CONACETIC-ACIDC2H4O2-1H2OCONWATERH2O3.2物料平衡分析3.1.1輸入原料把甘油和鹽酸當(dāng)作原料。3.1.2輸出產(chǎn)品產(chǎn)品是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.95%的環(huán)氧氯丙烷。3.2.3物料平衡表3-2物料的進(jìn)出流量物料名稱進(jìn)口流量（kmol/h）出口流量（kmol/h）鹽酸10035.36甘油648.96CH3COOH110201.676C3H6Cl2O090.583C3H5OCl09.6水0110.08E101表3-3E101的操作參數(shù)操作溫度（℃）操作壓力（bar）熱量（Mmcal/hr）物流量（kmol/hr）1239010541.40210064110R101在本次的流程模擬中，在反應(yīng)器R101中，催化劑（醋酸）的使用量達(dá)到了適中的狀態(tài)，使得反應(yīng)充分進(jìn)行。而且，其有著完好的再生性，使用的時(shí)長(zhǎng)長(zhǎng)達(dá)十二個(gè)月。各個(gè)反應(yīng)床層都是用這一催化劑進(jìn)行反應(yīng)的。該反應(yīng)器最佳的反應(yīng)溫度是九十?dāng)z氏度，達(dá)到這一溫度后，重化物的溶解力大大提高，碳元素的沉降速率也顯著下降。反應(yīng)器的內(nèi)部壓力為十個(gè)大氣壓以下，便于采集測(cè)定數(shù)據(jù)。B4這個(gè)塔的作用就是分離混合物，再對(duì)分離的物質(zhì)進(jìn)行降溫，使得該物質(zhì)的收率大大增加，便于收集。當(dāng)然，前提是得找出最佳的操作參數(shù)。3.5.1進(jìn)料位置和收率的關(guān)系如圖所示，橫坐標(biāo)指的是塔板數(shù)，縱坐標(biāo)指的是吸收率，從圖中可以發(fā)現(xiàn)處于第11塊板的時(shí)候，吸收率能夠在1處得以收斂。通過(guò)簡(jiǎn)單的塔去對(duì)分離過(guò)程進(jìn)行模擬，從而使得設(shè)備能夠得到優(yōu)化，然后對(duì)塔板數(shù)進(jìn)行計(jì)算。最后開(kāi)始進(jìn)行精確的計(jì)算，確定最適的回流比和最適的進(jìn)料板位置。3.5.2回流比與收率的關(guān)系圖3-2回流比和收率的關(guān)系如圖所示，橫坐標(biāo)指的是比率，縱坐標(biāo)指的是吸收率。很明顯的，一旦比率的值達(dá)到了0.22后，吸收率在1出開(kāi)始收斂。B5這個(gè)塔的主要作用就是把醋酸和鹽酸兩個(gè)物質(zhì)分離開(kāi)來(lái)。收率實(shí)際上指的是在化學(xué)反應(yīng)中，得到的產(chǎn)品數(shù)量與計(jì)算得到的產(chǎn)品數(shù)量的比值，并且，當(dāng)比率的值越是高，在實(shí)際的生產(chǎn)中，產(chǎn)品得到的越是多。精餾塔B5進(jìn)料板位置和產(chǎn)品收率的關(guān)系圖3-3進(jìn)料板位置和產(chǎn)品收率的關(guān)系如圖所示，圖表的橫坐標(biāo)指的是塔板位置數(shù)，縱坐標(biāo)指的是產(chǎn)品收率。很明顯，在22號(hào)至26號(hào)的時(shí)候，收率無(wú)限接近于1，所以可以得到的結(jié)果是，最為理想的位置就是22號(hào)。3.6.2精餾塔B5回流比和收率的關(guān)系在精餾的過(guò)程當(dāng)中，液體蒸發(fā)完會(huì)聚集在塔頂，其中有一部分因冷凝而返回到塔中，余下的部分流出，這兩者的比值即是所謂的回流比。這一值能夠直接體現(xiàn)出產(chǎn)品質(zhì)量的高低。圖標(biāo)3-4回流比和收率的關(guān)系如圖所示，橫坐標(biāo)指的是回流比，縱坐標(biāo)指的是收率。從圖中可以清楚的看到，回流比對(duì)收率的影響不是很大，一旦它的值達(dá)到1.9以后，會(huì)在1出逐漸收斂。精餾塔B5優(yōu)化結(jié)果表3-4精餾塔B5的優(yōu)化結(jié)果理論板數(shù)28回流比2.5最佳進(jìn)料板數(shù)14回流速率（kmol/hr）1250塔頂壓力（bar）10塔底壓力（bar）10.2B6這個(gè)塔的作用就是把該物質(zhì)分離出來(lái)，并且使得純度得到更高的標(biāo)準(zhǔn)，除此之外，它也在把醋酸從中分離出去。B6進(jìn)料塔板數(shù)選擇不同的塔板數(shù)，物質(zhì)的純度也是高低不同的，所以參考下圖，簡(jiǎn)單表明了位置和收率之間的聯(lián)系。圖3-5進(jìn)料板位置和收率的關(guān)系如圖所示，橫、縱坐標(biāo)分布清晰，橫坐標(biāo)指的是進(jìn)料的位置，縱坐標(biāo)指的是產(chǎn)品的收率，圖中很明顯的表現(xiàn)出，在進(jìn)料板達(dá)到8號(hào)之前，收率變化極為明顯，會(huì)逐漸增大，處于9～27號(hào)時(shí)，收率基本上是維持著不變，所以這也說(shuō)明，9號(hào)是最佳進(jìn)料板。B6回流比的確定圖3-6回流比與收率的關(guān)系如圖所示，存在著橫、縱坐標(biāo)，其中橫坐標(biāo)指的是回流比，縱坐標(biāo)指的是收率。從圖中觀察得出，在0～0.045的時(shí)候，收率逐漸增大，過(guò)了0.045的時(shí)候，基本上維持不變，所以不難得出，當(dāng)0.045的時(shí)候，即是最佳回流比。在完成了以上步驟之后得到塔B6的優(yōu)化結(jié)果，如下表所示。表3-5塔B6的優(yōu)化結(jié)果理論板數(shù)34采出比0.045回流比2.5最適進(jìn)料板數(shù)18塔頂壓力（bar）10塔頂溫度℃216塔底壓力（bar）10.2塔底溫度℃3084設(shè)計(jì)與校核在對(duì)模擬流程設(shè)計(jì)執(zhí)行操作及驗(yàn)證操作步驟時(shí)，該軟件中的Sizing數(shù)據(jù)和Rating數(shù)據(jù)對(duì)于運(yùn)行的結(jié)果都是非常關(guān)鍵的。對(duì)于這兩個(gè)數(shù)據(jù)，操作員在計(jì)算塔高和塔板數(shù)的時(shí)候，可以通過(guò)簡(jiǎn)單輸入前面與之相關(guān)的數(shù)據(jù)以達(dá)到完成任務(wù)的目的。然后等相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)出來(lái)以后，根據(jù)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行四舍五入，最后達(dá)到校核的目的。B4該塔是一座分離塔，能把輕、重組分分離開(kāi)來(lái)，輕組分從其塔頂流出，而重組分反之，從塔底流出。它的生產(chǎn)能力受到了板間間距的影響，與此同時(shí)，板間間距對(duì)塔的高度有著深深的影響，所以說(shuō)，把塔的高度提高，那么，板間間距就理所當(dāng)然增大了。板間間距增大的好處就是流速變快，便于流程的進(jìn)行。先根據(jù)上述情況對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，接著再去獲取校核的參數(shù)即可。當(dāng)然，不僅僅是把所需要的參數(shù)輸入完畢，還得針對(duì)塔不同的部位進(jìn)行不同的調(diào)整，例如篩板：三角形的板孔還要分為行排列和叉排列。因?yàn)橐好娴奶荻炔皇呛艽?，所以選用插排列的三角形孔板最佳。一般來(lái)說(shuō)，有四種不同中心距的三角形排列閥門：75mm，100mm，125mm和150mm的；還有三種叉排的：65mm，80mm和100mm的。降液管對(duì)于該塔是非常重要的，它的作用不僅僅在于把液體相互連通，更是能夠把氣泡去除掉，大大地提高塔板之間的效率。降液管的選擇也是非常講究的，粗的塔用彎形管，而細(xì)的塔則用圓形管。還有降液管的直徑大小也會(huì)影響塔的效率。化工原理中提及，根據(jù)局部阻力的值確定h0，該管底部一般不會(huì)低于30mm，過(guò)小的話便會(huì)引起管路的問(wèn)題，當(dāng)然，也不能夠過(guò)于大，要適宜。所有步驟的最后都離不開(kāi)核算，最大液泛因子應(yīng)當(dāng)在0.8及以下，最大落水管應(yīng)當(dāng)在0.25及以上，托盤間距應(yīng)當(dāng)在0.5及以下，此次相應(yīng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)分布如下表。第頁(yè)5物料衡算原料HCL原料甘油催化劑醋酸未反應(yīng)鹽酸水副產(chǎn)物MoleFlow(kmol/hr)1006411052.6111.45718.562MassFlow(kg/hr)3646.0645894.0626605.78216002799.9982063.606Enthalpy(Gcal/hr)-2.206-10.202-12.01-1.736-8.017-1.992MassFlow(kg/hr)H2O310.5151672.583traceCUT6605.7820.2351100.1480.002HCL3646.0641289.249＜0.001GLYCE-015894.602825.168ALPHA-010.00227.2660.3391:3-D-01tracetrace1238.097MoleFlow(kmol/hr)H2O17.23692.842traceCUT1100.00418.32＜0.001HCL10035.36＜0.001GLYCE-01648.96ALPHA-01＜0.0010.2950.0041:3-D-1tracetrace9.599反應(yīng)結(jié)束的醋酸產(chǎn)品環(huán)氧氯丙烷MoleFlow(kmol/hr)91.65545.165MassFlow(kg/hr)55054177.3Enthalpy(Gcal/hr)-9.625-1.227MassFlow(kg/hr)H2O0.025traceCUT5502.3793.015HCLGLYCE-01ALPHA-012.5964174.1221:3-D-01trace0.162MoleFlow(kmol/hr)H2O0.001traceCUT91.6260.05HCLGLYCE-01ALPHA-010.02845.1141:3-D-1trace0.0016基礎(chǔ)設(shè)施及設(shè)備人員管理費(fèi)用本次模擬工段中涉及到了三個(gè)部分的費(fèi)用，第一部分是基礎(chǔ)的設(shè)施費(fèi)用，包括了安裝費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)等；第二部分是工作人員的工資薪水等；第三部分是設(shè)備設(shè)施的成本費(fèi)用，包括了原料費(fèi)等。（1）基礎(chǔ)設(shè)施費(fèi)用本次設(shè)計(jì)中，基礎(chǔ)設(shè)施所需費(fèi)用達(dá)到了450萬(wàn)元。如下，根據(jù)該式對(duì)購(gòu)買費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算并獲取相應(yīng)的結(jié)果：450×1.12=504如下，根據(jù)該式對(duì)安裝費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算并獲取相應(yīng)的結(jié)果：450×40%=180如下，根據(jù)該式對(duì)管道布置費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算并獲取相應(yīng)的結(jié)果：450×15%=67.5如下，根據(jù)該式對(duì)儀表安裝費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算并獲取相應(yīng)的結(jié)果：450×15%=67.5如下，根據(jù)該式對(duì)電力費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算并獲取相應(yīng)的結(jié)果：450×10%=45如下，根據(jù)該式對(duì)建筑費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算并獲取相應(yīng)的結(jié)果：450×15%=67.5如下，根據(jù)該式對(duì)公共設(shè)施費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算并獲取相應(yīng)的結(jié)果：450×30%=135如下，根據(jù)該式對(duì)土地購(gòu)置費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算并獲取相應(yīng)的結(jié)果：450×10%=45消安費(fèi)達(dá)到了18萬(wàn)元左右，因此總費(fèi)用如下：450+504+180+67.53+45+135+45+18=1579.5（2）其它費(fèi)用從培訓(xùn)費(fèi)用方面來(lái)看，是預(yù)算的人數(shù)×0.6×(600元/人+850元/人月×培訓(xùn)時(shí)間），如下，根據(jù)該式對(duì)總費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算并獲取相應(yīng)的結(jié)果：10×0.6(0.06+0.085×3)=1.89如下，根據(jù)該式對(duì)辦公費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算并獲取相應(yīng)的結(jié)果：10×0.1=1如下，根據(jù)該式對(duì)設(shè)計(jì)費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算并獲取相應(yīng)的結(jié)果：1579.5×0.05=78.975萬(wàn)元如下，根據(jù)該式對(duì)其余費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算并獲取相應(yīng)的結(jié)果：1.89+1+78.975=81.865萬(wàn)元從預(yù)備費(fèi)用方面來(lái)看，可以分為基本費(fèi)用和漲價(jià)預(yù)算費(fèi)用這兩個(gè)部分，分別根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施費(fèi)用以及其它費(fèi)用的10%、5%來(lái)計(jì)算，在此之后將兩個(gè)值予以累計(jì)：其它費(fèi)用

(1579.5+81.865)×10%=166.136萬(wàn)元(1579.5+81.865)×5%=83.068萬(wàn)元從貸款利息方面來(lái)看，按照上述費(fèi)用的70%以及7%年利率予以計(jì)算并獲取下述的結(jié)果：(1579.5+81.865+360.54)70%×7%=99.073如下，根據(jù)該式對(duì)固定總資產(chǎn)進(jìn)行計(jì)算并獲取相應(yīng)的結(jié)果：1579.5+81.865+360.54+99.073=2120.978萬(wàn)元表7-1原材料費(fèi)用一覽表原料規(guī)格消耗量（t/a）單價(jià)/元萬(wàn)元/年甘油90％4250030004800水軟化水400000.41600鹽酸98％2700015004050過(guò)熱蒸汽10atm2001401280電力80V/22Hz0.5750總計(jì)12480根據(jù)年薪五萬(wàn)作為基準(zhǔn)，對(duì)員工工資薪水予以計(jì)算：10×50000=50根據(jù)固定資產(chǎn)的3%作為基準(zhǔn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室的維護(hù)費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算并獲取相應(yīng)的結(jié)果：2120.978×3%=63.629萬(wàn)元根據(jù)該資產(chǎn)的5%作為基準(zhǔn)對(duì)檢修維護(hù)費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算并獲取相應(yīng)的結(jié)果：2120.978×5%=106.049萬(wàn)元根據(jù)該資產(chǎn)的10%作為基準(zhǔn)對(duì)折舊費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算并獲取相應(yīng)的結(jié)果：2120.978×10%=212.098萬(wàn)元如下，根據(jù)下述的式子對(duì)生產(chǎn)成本費(fèi)用予以計(jì)算并獲取具體的結(jié)果：12480+50+106.049+212.098=12848.147萬(wàn)元根據(jù)該資產(chǎn)的8%作為基準(zhǔn)去針對(duì)管理費(fèi)進(jìn)行計(jì)算并獲取相應(yīng)的結(jié)果：12848.147×8%=1027.852萬(wàn)元根據(jù)該資產(chǎn)的6%作為基準(zhǔn)去針對(duì)研發(fā)以及銷售費(fèi)進(jìn)行計(jì)算并獲取相應(yīng)的結(jié)果：12848.147×6%=770.889萬(wàn)元如下，根據(jù)下述的式子對(duì)總成本費(fèi)用予以計(jì)算并獲取相應(yīng)的結(jié)果：12848.147+1027.852+770.889=14646.888萬(wàn)元銷售額環(huán)氧氯丙烷的年產(chǎn)量達(dá)到30000噸，售價(jià)為1.8萬(wàn)元/噸。焦油這種物質(zhì)，其年產(chǎn)量達(dá)到了0.24萬(wàn)噸，售價(jià)為0.25萬(wàn)元/噸。如下，根據(jù)下述的式子對(duì)總銷售額予以計(jì)算并獲取相應(yīng)的結(jié)果：300001.824000.2554600萬(wàn)元秉承20%稅率的原則對(duì)增值稅費(fèi)用予以計(jì)算，計(jì)算原則為其售價(jià)，減去原料、電力和蒸汽的成本之后，再與0.2相乘，最終除以1.2所得：(54600-14646.888-12848.147)0.2/1.24517.494萬(wàn)元。秉承20%稅率的原則對(duì)所得稅費(fèi)用予以計(jì)算，其計(jì)算原則為售價(jià)減去相應(yīng)的成本之后，再減去工資薪水以及增值稅，把所得值與0.2相乘所得：(54600-14646.888-12848.147-50-4517.949)0.24507.403萬(wàn)元如下，根據(jù)下述的式子對(duì)流動(dòng)資金費(fèi)用予以計(jì)算并獲取相應(yīng)的結(jié)果：14646.888×0.2=2929.378萬(wàn)元如下，根據(jù)下述的式子對(duì)總投資費(fèi)用予以計(jì)算并獲取相應(yīng)的結(jié)果：12848.147+2929.378+99.073=15876.598萬(wàn)元一整年的利潤(rùn)收益來(lái)看，主要是把銷售額減去與之相應(yīng)的成本、工資薪水以及增值稅，如下：54600-14646.888-12848.147-50-4517.949=22537.016萬(wàn)元從企業(yè)經(jīng)濟(jì)方面考慮，對(duì)其投資回收期而言，主要是總投資付出的費(fèi)用與年利潤(rùn)之間的商，如下：（14646）/（9449.03）=1.55（14646）/（24615.126）=0.5957廢污處理與生產(chǎn)安全7.1廢污的處理化學(xué)這方面在近年來(lái)發(fā)展十分迅速，因此，環(huán)境保護(hù)方面也越來(lái)越受到重視?；ゎI(lǐng)域中，存在著“三廢”，分別是廢氣、廢水及廢渣?！叭龔U”如果不經(jīng)過(guò)專業(yè)的處理，對(duì)于環(huán)境的危害是十分嚴(yán)重的，更是會(huì)對(duì)人體造成嚴(yán)重的危害，所以，化工廢污的處理必然是重中之重。而且，不同的廢物有著不同的處理方式。在本次的工藝流程模擬中，產(chǎn)生的廢污主要是氯化氫廢氣、含有高鹽的有機(jī)廢水及少量廢渣，分別給予不同的處理方式。對(duì)于氯化氫廢氣，在經(jīng)過(guò)一定的純化之后，完完全全可以當(dāng)做原料繼續(xù)投入工藝使用，達(dá)到循環(huán)的效果。含有高鹽的有機(jī)廢水在進(jìn)行蒸發(fā)處理之后，加入一定量的硫酸溶液，生產(chǎn)硫酸鈣物質(zhì)投入其它工藝使用。廢渣便由工作人員收集并送往相應(yīng)的處理中心。在廢污達(dá)到處理的標(biāo)準(zhǔn)之后，才能進(jìn)行使用。7.2生產(chǎn)安全在本次的模擬工藝流程中，環(huán)氧氯丙烷和二氯丙醇這兩種物質(zhì)具有很強(qiáng)的毒性，如果對(duì)于安全方面不加以重視，不但會(huì)造成工場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的損失，更是會(huì)造成人員的生命危險(xiǎn)。人體一旦接觸到，就會(huì)有刺痛感，并且傷及腎臟，造成無(wú)法估量的傷害。鑒于環(huán)氧氯丙烷和二氯丙醇所具有的毒性，必須采用相關(guān)的安全措施，使得操作人員的生命財(cái)產(chǎn)得到安全的保障。環(huán)氧氯丙烷的閃點(diǎn)是非常低的，存放的地方必須遠(yuǎn)離火源，禁止明火，不但如此，還要遠(yuǎn)離胺類、堿類物質(zhì)，防止其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。還有，收納環(huán)氧氯丙烷的容器必須得嚴(yán)密，不得滲漏。定期的人員檢測(cè)是非常有必要的，并加以配備合理的消防安全設(shè)備來(lái)防止突發(fā)狀況。該物質(zhì)運(yùn)輸?shù)那闆r必須也加以考慮，制定好相關(guān)安全措施，緊貼標(biāo)識(shí)，