《年產(chǎn)2000噸苯甲酰丙酮的合成工藝設(shè)計(jì)》7400字（論文）

年產(chǎn)2000噸苯甲酰丙酮的合成工藝設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u22824引言 190571苯甲酰丙酮簡要概述 2267951.1理化性質(zhì) 2219801.2在化工行業(yè)的重要作用 372412生產(chǎn)原料簡介 339512.1苯甲酰氯 3208432.2丙酮 3115523苯甲酰丙酮的合成設(shè)計(jì) 464493.1反應(yīng)原理 4273633.2工藝合成流程 4147954工藝設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算 6122964.1工藝計(jì)算的依據(jù) 6224384.2物料衡算 6266794.3熱量衡算 8278901.計(jì)算Q1 1054804.3.4精餾階段熱量衡算 11108185設(shè)備選型 12272495.1選擇原則 12290235.2主要設(shè)備的選型 12315155.3其他設(shè)備的選擇 15254746總結(jié) 1613801參考文獻(xiàn) 17摘要：本設(shè)計(jì)以年產(chǎn)2000噸苯甲酰丙酮為目標(biāo)，通過對比多種合成苯甲酰丙酮的生產(chǎn)工藝，最終確定以苯甲酰氯和丙酮為原料，氫氧化鈉試劑為堿性催化劑，經(jīng)過反應(yīng)釜反應(yīng)后，對初步產(chǎn)物水洗、過濾，之后用精餾塔對其精制，干燥后即可得到產(chǎn)品。依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，選擇該工藝合成過程中所需要的最合適的工藝條件，進(jìn)而確定主要的生產(chǎn)設(shè)備。通過對反應(yīng)物和生成物進(jìn)行物料衡算并對反應(yīng)消耗和產(chǎn)生的熱量進(jìn)行熱量衡算來驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性，最后結(jié)合預(yù)期目標(biāo)和實(shí)際情況用CAD軟件繪制工藝流程圖。本設(shè)計(jì)原材料易得，生產(chǎn)成本相對較低，產(chǎn)品純度較高，適用于工廠規(guī)?；a(chǎn)。關(guān)鍵詞：苯甲酰氯；丙酮；苯甲酰丙酮；物料衡算；熱量衡算引言化學(xué)工作者對于苯甲酰丙酮在不同方面的諸多用途都有著很濃厚的興趣[1]。它在農(nóng)藥、醫(yī)療、染料中間體等的合成上都有極其大的作用，也是用于參與有機(jī)合成的重要試劑[2]。作為β-二酮，與金屬離子配位的能力較強(qiáng)[3-4]。隨著生活質(zhì)量的不斷改善，我國不論是在醫(yī)藥、農(nóng)療方面還是在染料上的需求都大大提升[5]。然而傳統(tǒng)的苯甲酰丙酮合成工藝由于存在諸多不足，已經(jīng)不能滿足市場對產(chǎn)品的要求。因此十分有必要在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)一種新的高效、安全、環(huán)保的苯甲酰丙酮生產(chǎn)工藝。傳統(tǒng)合成苯甲酰丙酮的工藝有多種：1.向乙酸乙酯中加入冷卻的乙醇鈉，再和苯乙酮作用[6]。有產(chǎn)物析出后，將無水乙醚加入析出的粗產(chǎn)品中，過濾、洗滌、干燥后把粗品置于水中溶解，最后使用乙酸進(jìn)行酸化處理即可得到純物質(zhì)。該工藝所獲得的產(chǎn)品收率低、生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量廢水；2.在乙醚溶劑中，加入苯甲酰氯和乙酰乙酸乙酯，二者充分反應(yīng)后制得[7]。該工藝的合成過程雖然簡單，對于生產(chǎn)設(shè)備的要求也不是很高，但反應(yīng)得到的產(chǎn)物要經(jīng)過5個(gè)小時(shí)的加水回流，再將水蒸氣蒸餾后的餾出液冷卻、過濾，才能得到最終的產(chǎn)品。在實(shí)際生產(chǎn)中，該工藝耗時(shí)長，會(huì)增加反應(yīng)成本，不適合大規(guī)模生產(chǎn)苯甲酰丙酮；3.一定量的苯乙酮和乙酐分別冷卻處理，再把它們加入提前溶解在水中的乙酸鈉，為使溶液飽和，需要另外加入三氟化硼，再經(jīng)過蒸餾制得油狀物，冷卻的晶體用乙醚萃取，干燥后得到產(chǎn)品[8]。該工藝操作復(fù)雜，制得產(chǎn)品的質(zhì)量不穩(wěn)定，因此這些工藝還有優(yōu)化的空間。本設(shè)計(jì)選擇苯甲酰氯和丙酮為生產(chǎn)原料，堿性試劑氫氧化鈉為催化劑，經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)換、分離得到產(chǎn)物。該工藝的原料相比于以上三種方法更容易獲得，產(chǎn)品純度可達(dá)到99.3%以上，收率約為83.4%。整個(gè)工藝會(huì)有少量的廢液產(chǎn)生，雜質(zhì)也相對較少，耗費(fèi)的成本更低，所需時(shí)間更短，并且符合高效節(jié)能、綠色環(huán)保、產(chǎn)品穩(wěn)定等原則。1苯甲酰丙酮簡要概述1.1理化性質(zhì)苯甲酰丙酮又稱為1-苯基-1，3-丁二酮，英文名為1-Benzoylacetone，化學(xué)式為C10H10O2，分子質(zhì)量為162.19，苯甲酰丙酮是不溶于水，易溶于苯、乙醇、乙醚、四氯化碳、純堿溶液等等的黃色晶體粉末，但是苯甲酰丙酮微溶于冷水。它的相對密度為1.06g/cm3，熔點(diǎn)為60℃，常壓條件下，沸點(diǎn)為261.5℃。該產(chǎn)品需要密封儲(chǔ)存。1.2在化工行業(yè)的重要作用苯甲酰丙酮是制備有機(jī)過氧化物、化工中間體和樹脂的重要原材料，也是一種優(yōu)良的螯合劑。因此在國內(nèi)外的化工生產(chǎn)行業(yè)具有極其重要的地位。近年來，由于國內(nèi)外化工行業(yè)的發(fā)展，以及在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)包括在染料上的需求量的逐步提升，使得這些化工生產(chǎn)所需要的基礎(chǔ)原料的市場需求量正在實(shí)現(xiàn)成倍式的增長，價(jià)格也持續(xù)居高不下，因此苯甲酰丙酮在國內(nèi)外擁有很大的銷售市場。隨著我國生產(chǎn)苯甲酰丙酮的工藝在不斷完善，性能在不斷改進(jìn)，今后我國有望成為苯甲酰丙酮的主要生產(chǎn)國和出口國，并且苯甲酰丙酮在未來幾年、十幾年、甚至幾十年里，具有良好的市場前景并且能夠持續(xù)長遠(yuǎn)發(fā)展。在此條件下，苯甲酰丙酮的車間生產(chǎn)工藝也需要慢慢改進(jìn)，本設(shè)計(jì)對以往生產(chǎn)苯甲酰丙酮的工藝進(jìn)行創(chuàng)新，提出一種新的生產(chǎn)方式，嘗試以此提高苯甲酰丙酮的產(chǎn)量，使它的效果更完善，并保證整個(gè)生產(chǎn)流程具備生產(chǎn)設(shè)備優(yōu)良、生產(chǎn)過程合理、質(zhì)量管理嚴(yán)格以及質(zhì)量檢測達(dá)標(biāo)等GMP國家要求水平。2生產(chǎn)原料簡介2.1苯甲酰氯苯甲酰氯，英文名為Benzoylchloride，分子式為C7H5ClO，分子量為140.57。易溶于醇、醚類溶劑中，也可溶于氯仿、二氧化碳等。苯甲酰氯能分解在質(zhì)子溶劑之中，是具備易燃燒特性的一種無色透明液體。苯甲酰氯作為重要的化工原料，可用于橡膠、塑料工業(yè)的助劑、是合成樹脂的中間體、亦可以制備醫(yī)藥、染料等。由于具有毒性，在生產(chǎn)過程中應(yīng)當(dāng)配備相應(yīng)的安全設(shè)施。車間要安裝干粉、二氧化碳滅火器用于緊急救火。2.2丙酮丙酮，英文名為Propanone，分子式為C3H6O，分子量為58.08，會(huì)散發(fā)出危害人體的刺鼻性氣味?？扇我獗壤芙庠谒?，能與醇、醚、氯仿等大多數(shù)溶劑互相融合。在化工生產(chǎn)中，可作為有機(jī)合成的原料。如生產(chǎn)醫(yī)藥、制作涂料、制備毒品原料等，還可于石油行業(yè)的提取劑[9-11]。由于丙酮具有易燃性，因此存放點(diǎn)應(yīng)該具備良好的通風(fēng)條件，遠(yuǎn)離火種，防止出現(xiàn)火花。3苯甲酰丙酮的合成設(shè)計(jì)3.1反應(yīng)原理合成苯甲酰丙酮的反應(yīng)式：圖1苯甲酰丙酮的合成路線在該工藝合成中，其特征在于采用連續(xù)反應(yīng)釜，將堿性試劑氫氧化鈉加入反應(yīng)釜中，按一定的流速向反應(yīng)釜中依次加入苯甲酰氯和丙酮。確保反應(yīng)液的溫度穩(wěn)定在合適的范圍內(nèi)，在攪拌器的作用下，苯甲酰氯和丙酮充分混合得到最初產(chǎn)物，經(jīng)過后續(xù)裝置處理得到粗品，最后經(jīng)水洗、精制、干燥得到產(chǎn)物。3.2工藝合成流程3.2.1合成工序流程圖圖2苯甲酰丙酮的工藝流程圖3.2.2生產(chǎn)流程概述在苯甲酰丙酮生產(chǎn)中，用到的設(shè)備主要包括圖2中的丙酮儲(chǔ)罐V-101、苯甲酰氯儲(chǔ)罐V-102、丙酮過熱器E-101、苯甲酰氯過熱器E-102、反應(yīng)釜R-101、廢液池R-105、粗品罐V-104、精餾塔T-101、產(chǎn)品罐V-106。苯酮和苯甲酰氯在參與反應(yīng)之前應(yīng)該分別存放在丙酮儲(chǔ)罐、苯甲酰氯儲(chǔ)罐中，為反應(yīng)做好準(zhǔn)備。將丙酮通過罐區(qū)泵從丙酮儲(chǔ)罐調(diào)入過熱器中，加熱后送往加入堿性氫氧化鈉試劑的反應(yīng)釜，與此同時(shí)，將過熱器加熱過的苯甲酰氯也加入反應(yīng)釜中。反應(yīng)釜中的原料混合后，開啟攪拌器，使原料可以充分接觸并盡可能多的發(fā)生取代反應(yīng)，同時(shí)確保反應(yīng)釜的溫度在本設(shè)計(jì)規(guī)定范圍內(nèi)，以保證產(chǎn)品純度和轉(zhuǎn)化率。由于苯甲酰氯在質(zhì)子溶劑中分解，丙酮也易溶于水，故將反應(yīng)后得到的物質(zhì)存儲(chǔ)在粗品罐中，采用水洗的方法去除未反應(yīng)完全的物料，再經(jīng)過過濾送入精餾塔。未反應(yīng)完全的殘留液經(jīng)水洗后進(jìn)入廢液池。而精餾塔中的物質(zhì)經(jīng)過進(jìn)一步提純，干燥后即可獲得純度為99.3%的苯甲酰丙酮，精餾塔中產(chǎn)生的雜質(zhì)回收利用進(jìn)行二次處理。整個(gè)生產(chǎn)過程節(jié)約能源，很少產(chǎn)生嚴(yán)重危害人體健康的物質(zhì)，而且副產(chǎn)物少，降低了工廠的經(jīng)濟(jì)開支。精制的苯甲酰丙酮要密封保存，不能直接暴露在陽光下，存放點(diǎn)必須具備通風(fēng)、低溫、干燥等特點(diǎn)，并且不能讓溫度高于25℃。苯甲酰丙酮易燃燒，因此在生產(chǎn)和存放地點(diǎn)附近要杜絕接觸到火源，并配備充足的滅火裝置。由于本產(chǎn)品具有毒性，所以為了保證生產(chǎn)員工的安全，車間要配備防毒面具、呼吸器等全套救生設(shè)備。4工藝設(shè)計(jì)相關(guān)計(jì)算4.1工藝計(jì)算的依據(jù)1.反應(yīng)階段：苯甲酰氯（含量為98.4%）和丙酮（含量為98.7%）在過熱器中無損失，進(jìn)入溫度為45℃～50℃的反應(yīng)釜后，大約有10.7%的苯甲酰氯沒有和丙酮反應(yīng)。本階段的收率為89.3%。2.水洗階段：經(jīng)過水洗裝置除去未反應(yīng)的物料后進(jìn)行干燥處理。本階段收率達(dá)到95.1%。以上兩個(gè)階段完成后的總收率為84.9%。3.精餾階段：經(jīng)精餾塔提純，使苯甲酰丙酮的純度達(dá)到99.3%，本階段的收率約為98.9%。以上三個(gè)階段結(jié)束后得到的最終產(chǎn)物的總收率為83.4%。本次生產(chǎn)的預(yù)期目標(biāo)為年產(chǎn)2000噸苯甲酰丙酮，由于目前生產(chǎn)流程尚不成熟，在生產(chǎn)過程中，必須每天按時(shí)對生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行清潔，對產(chǎn)生的廢液進(jìn)行回收利用或處理。為了確保安全生產(chǎn)和產(chǎn)品品質(zhì)，每年需要停產(chǎn)一段時(shí)間對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行一至二次大檢修。因此假設(shè)每年生產(chǎn)50周，每周生產(chǎn)7天，每天生產(chǎn)20個(gè)小時(shí)，剩余4個(gè)小時(shí)讓機(jī)器休息，那么每年生產(chǎn)時(shí)間為7000小時(shí)。為了達(dá)到預(yù)期的2000噸產(chǎn)量，在成品收率為83.4%的前提下，計(jì)算出每個(gè)小時(shí)產(chǎn)出的苯甲酰丙酮質(zhì)量為：4.2物料衡算4.2.1計(jì)算的原則反應(yīng)方程式：C7H5ClO+C3H6O=C10H10O2+HCl，其中，反應(yīng)方程式中涉及的四種物質(zhì)的相對分子質(zhì)量比為140.57：58.08：162.19：36.50物料衡算公式為：——投入反應(yīng)釜的物料總量——離開系統(tǒng)的產(chǎn)物的總量（包括產(chǎn)品和雜質(zhì)）——系統(tǒng)中剩余物質(zhì)的總量（1）反應(yīng)階段該反應(yīng)每個(gè)小時(shí)向反應(yīng)釜中加入含量為98.4%的苯甲酰氯300kg，含量為98.7%的丙酮125kg，根據(jù)反應(yīng)方程式可知：純苯甲酰氯的質(zhì)量為：純丙酮的質(zhì)量為：反應(yīng)前所含雜質(zhì)1的總量：消耗的苯甲酰氯質(zhì)量：消耗的丙酮量：氯化氫的生成量：未參與反應(yīng)的苯甲酰氯總量：未參與反應(yīng)的丙酮總量：反應(yīng)釜中生成的苯甲酰丙酮質(zhì)量：表1物料衡算表成分反應(yīng)前質(zhì)量/kg反應(yīng)后質(zhì)量/kg苯甲酰氯295.2031.59丙酮123.3814.46苯甲酰丙酮/304.16氯化氫/68.45雜質(zhì)16.436.43總計(jì)425.0425.0（2）水洗階段本階段的收率達(dá)到95.1%，計(jì)算出水洗后的產(chǎn)品質(zhì)量：（3）精餾階段本階段收率為98.9%，純度為99.3%，計(jì)算出每個(gè)小時(shí)的產(chǎn)量：4.3熱量衡算4.3.1熱量衡算目的一般情況下，在任何生產(chǎn)工藝中，當(dāng)原料加入反應(yīng)釜后就會(huì)發(fā)生一系列的反應(yīng)，這些反應(yīng)伴隨的能量變化會(huì)不同程度的影響系統(tǒng)中的熱量，因此要通過熱量衡算，推斷系統(tǒng)中的熱量是否平衡，以確保工藝流程順利進(jìn)行[12]。4.3.2熱量衡算依據(jù)熱量守恒公式如下：根據(jù)平衡式可推出：其中：Q1、Q4——進(jìn)入設(shè)備或離開設(shè)備時(shí)物料帶入或帶出的總熱量，kJQ2——反應(yīng)釜中的換熱器交換的熱量，kJQ3——反應(yīng)過程的熱效應(yīng)，kJQ5——設(shè)備損失熱量和向四周散失的熱量之和，kJ（1）在0℃、1.01×105Pa為標(biāo)準(zhǔn)的前提下，計(jì)算Q1和Q4其中：M——進(jìn)入或離開設(shè)備的質(zhì)量，kgCP——物料的比熱容，kJ/（kg·k）T——物料溫度，℃（2）計(jì)算Q3的依據(jù);其中：QR——化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)，kJQp——物理反應(yīng)熱效應(yīng)，kJ（可忽略）R——物料的平均相變熱，kJ/kg（3）計(jì)算Q5的依據(jù)（假設(shè)熱量損失是Q4的8%）4.3.3反應(yīng)階段熱量衡算45℃的溫度下，苯甲酰氯和丙酮在堿性試劑NaOH的催化下生成苯甲酰丙酮。因此進(jìn)入系統(tǒng)的總熱量是二者反應(yīng)的熱量。苯甲酰氯的比熱容為1.56kJ/kg·k，丙酮的比熱容為2.15kJ/kg·k，苯甲酰丙酮的比熱容為1.85kJ/kg·k，氯化氫的比熱容為0.9kJ/kg·k。1.計(jì)算Q12.已知，苯甲酰氯的燃燒熱為3205kJ/mol，丙酮的燃燒熱為1789kJ/mol，苯甲酰丙酮的燃燒熱為3526kJ/mol，263.61kg苯甲酰氯和108.92kg丙酮反應(yīng)生成304.16kg產(chǎn)物，由于反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，Q3取負(fù)值。3.以每個(gè)小時(shí)為單位計(jì)算反應(yīng)結(jié)束后的物質(zhì)離開反應(yīng)釜帶走的總熱量Q4苯甲酰氯所含熱量：丙酮所含熱量：苯甲酰丙酮所含熱量：氯化氫所含熱量：4.計(jì)算Q55.計(jì)算換熱器交換的熱量Q24.3.4精餾階段熱量衡算（1）預(yù)熱階段：一次進(jìn)料289.26kg的苯甲酰丙酮（45℃），出料289.26kg苯甲酰丙酮（265℃）。苯甲酰丙酮的比熱容為1.85kJ/kg·k，汽化熱為389.35kJ/kg。1.進(jìn)料熱量Q12.出料熱量Q43.苯甲酰丙酮?dú)饣瘯?huì)吸收熱量，Q3取負(fù)值4.計(jì)算損失的熱量Q55.計(jì)算精餾塔加熱提供的熱量Q2（2）冷凝階段：該過程只有相變，故總熱量即為液化放熱。苯甲酰丙酮從塔頂餾出m1為286.08kg，計(jì)算出冷凝液：苯甲酰丙酮所含熱量：出料熱量Q4由于液化過程放熱，因此Q3為正4.熱損失Q55.計(jì)算被冷凝器吸收的熱量Q2（3）冷卻階段：265℃的餾出物經(jīng)冷卻器冷卻至25℃。1.計(jì)算Q12.出料熱量Q43.計(jì)算Q34.熱損失Q55．計(jì)算Q25設(shè)備選型5.1選擇原則設(shè)備選型是化工合成設(shè)計(jì)中相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)。設(shè)備的選擇關(guān)乎著工藝流程是否能順利進(jìn)行，也關(guān)乎著生產(chǎn)設(shè)備是否具備綠色、節(jié)能的理念。故而選擇合適的設(shè)備十分重要。在設(shè)備選取時(shí)要注意設(shè)備必須具備科學(xué)性與環(huán)保性。選擇的設(shè)備要同時(shí)符合以下要求：a.生產(chǎn)設(shè)備的操作簡單、便于加工、高效節(jié)能。b.設(shè)備必須具備相應(yīng)的通用性能、容易檢維修、采購價(jià)格合理等特點(diǎn)。5.2主要設(shè)備的選型5.2.1反應(yīng)釜的選擇由反應(yīng)原料的存在狀態(tài)可以知道，這個(gè)反應(yīng)過程屬于液-液反應(yīng)。由于本設(shè)計(jì)的產(chǎn)物種類相對單一，只有很少量的副產(chǎn)物生成，結(jié)合文獻(xiàn)確定選擇常壓連續(xù)反應(yīng)釜。表2裝料系數(shù)的選擇物理/化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)裝料系數(shù)(ε)不起泡0.7～0.8沸騰或起泡0.4～0.6存儲(chǔ)或計(jì)量設(shè)備0.85～0.9表3常見攪拌罐的長徑比類型物料類型H/Di一般攪拌罐液-液相液-固相氣-液相1.00～1.250.95～2.011.75～2.55表4橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)公稱直徑DN（mm）曲面高度h1（mm）直邊高度h2（mm）內(nèi)表面積F（m2）容積V（m3）10002502540501.161.211.240.1510.1620.170（1）確定筒體積和封頭反應(yīng)釜每小時(shí)投入反應(yīng)物苯甲酰氯和丙酮的量分別為300kg和125kg，反應(yīng)生成物進(jìn)入粗品罐，因此反應(yīng)釜的體積應(yīng)該為兩種原料的體積和。主要公式：即：由于本反應(yīng)為液-液相反應(yīng)，并且始終在45℃～50℃的溫度下進(jìn)行反應(yīng)，在反應(yīng)釜中不會(huì)發(fā)生沸騰現(xiàn)象且起泡很少，可忽略。整個(gè)反應(yīng)只需要一臺反應(yīng)釜，結(jié)合物料存在狀態(tài)，確定裝料系數(shù)ε取0.7，H/Di取1.25，設(shè)備臺數(shù)n為1。代入公式，可得：結(jié)合計(jì)算可知，反應(yīng)釜容納的物料體積為577.33L，而在實(shí)際生產(chǎn)過程中要留出一些多余的空間以防止在攪拌時(shí)有物料溢出或者物料反應(yīng)不充分造成原料損耗，故而反應(yīng)釜的體積V選擇1000L更為合理，反應(yīng)釜的內(nèi)徑Di為1000mm。封頭的公稱直徑DN取相同數(shù)值。（2）確定筒體的高度DN=1000mm時(shí)，由上文的表4確定曲面高度為250mm，當(dāng)選擇直邊高度為25mm的罐體時(shí)，對應(yīng)的封頭容積V0為0.151m3。查閱文獻(xiàn)，確定筒高選擇1m時(shí)，容積為V1=0.785m3，內(nèi)表面積為3.14m2。取整為1100mm，驗(yàn)證是否符合要求，因?yàn)閕=1.1在1.00～1.25之間，所以筒體高度為1100mm合理。（3）確定夾套直徑：查閱資料可知，當(dāng)筒體直徑范圍在700-1500mm之間時(shí)，夾套尺寸在此基礎(chǔ)上加100mm即可。（4）夾套高度的計(jì)算因此，夾套高度選擇700mm。5.2.2反應(yīng)釜中攪拌裝置的選型在苯甲酰丙酮的合成工序中，由于生成產(chǎn)物的過程中會(huì)導(dǎo)致溶液的粘度不斷增加，因此為了加大兩種原料之間的接觸面積，提高反應(yīng)速率，使原料充分反應(yīng)，本設(shè)計(jì)的反應(yīng)釜需要配備攪拌裝置。其中，推進(jìn)式、渦輪式、框式攪拌器較為常用?；谕七M(jìn)式攪拌器構(gòu)造更為簡單、成本相對偏低、循環(huán)性能優(yōu)異、可以均勻溫度等，并且它適用于流量大的液-液混合體系的生產(chǎn)工藝中，因此，我們選擇有較好攪拌效果、能夠平穩(wěn)運(yùn)行的推進(jìn)式攪拌器。5.3其他設(shè)備的選擇5.3.1換熱器的選擇換熱器，是一種高效節(jié)能的設(shè)備，用于不同溫度的多種流體之間進(jìn)行換熱。為了使流體的溫度始終滿足工藝所需的要求，換熱器會(huì)將高溫流體中的一部分熱量轉(zhuǎn)移到低溫流體中。查閱大量文獻(xiàn)后，我發(fā)現(xiàn)有兩類換熱器被大多工藝設(shè)計(jì)者所青睞：板式換熱器、列管換熱器。（1）板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)及適用條件：a.結(jié)構(gòu)比其他換熱器緊湊，傳熱效果更好；b.能通過調(diào)整板數(shù)改變傳熱面積且單位傳熱面積大，損失的熱量少；c.由于耗費(fèi)的材料不多，因此更加經(jīng)濟(jì)節(jié)能；d.便于清潔和檢維修。適用于液-液相和液-汽相的熱交換。（2）列管式換熱器的優(yōu)點(diǎn)及適用條件：a.傳熱面積大且易傳熱；b.有較強(qiáng)的適應(yīng)性；c.制作材料常見易得。d.換熱器的結(jié)構(gòu)簡單。適用于高溫或高壓的情況下或大型設(shè)備中。本設(shè)計(jì)的反應(yīng)溫度要恒定在45℃至50℃，因此換熱器要有很好的傳熱性能，結(jié)合以上信息，確定選用板式換熱器更為合理。除此以外，可以通過強(qiáng)化換熱器，來提高傳熱的速率，從而節(jié)約能耗，降低生產(chǎn)成本。采用提高傳熱系數(shù)、擴(kuò)大傳熱面積等方法均可以達(dá)到強(qiáng)化換熱器的效果[13]。5.3.2粗品罐的選型粗品罐是用來儲(chǔ)存的儀器，由表2可知，裝料系數(shù)ε可以選取0.9。粗品罐接收的物料主要包括苯甲酰丙酮和雜質(zhì)共289.26kg，苯甲酰丙酮的密度約為1.12g/cm3。又因?yàn)榇制饭薜膫€(gè)數(shù)n為1，代入公式，可得：由于苯甲酰丙酮中所含雜質(zhì)的密度未知且含量相對較少，因此計(jì)算過程中將雜質(zhì)計(jì)入苯甲酰丙酮中。依據(jù)數(shù)據(jù)，選擇粗品罐的公稱容積為500L的立式橢圓形封頭容器（此時(shí)容積選取較大，可以忽略將雜質(zhì)計(jì)入苯甲酰丙酮帶來的誤差）。5.3.3精餾塔的選型精餾裝置的工作原理是利用沸點(diǎn)不同，將物料分為兩組：低沸點(diǎn)組和高沸點(diǎn)組。由于低沸點(diǎn)組汽化會(huì)向塔頂升騰；而高沸點(diǎn)組向下蔓延，與低沸點(diǎn)組的熱蒸汽接觸，以達(dá)到相際傳質(zhì)。查閱文獻(xiàn)對設(shè)備選型[14]，為了優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)計(jì)，確定選擇便于檢維修的構(gòu)造簡單的板式精餾塔，以提高效率、穩(wěn)定生產(chǎn)、節(jié)約費(fèi)用。6總結(jié)本設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)合成苯甲酰丙酮的方式不同，選擇了苯甲酰氯和丙酮為生產(chǎn)原料，在一定溫度下反應(yīng)，經(jīng)過水洗、過濾、精餾、干燥等一系列工藝，在滿足年產(chǎn)2000噸苯甲酰丙酮的工藝要求的前提下，同時(shí)也保證了產(chǎn)品的純度。在本工藝設(shè)計(jì)中，以每年的生產(chǎn)時(shí)間為7000小時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出每個(gè)小時(shí)至少生產(chǎn)285.71kg苯甲酰丙酮。通過物料衡算和熱量衡算，驗(yàn)證該設(shè)計(jì)能達(dá)到預(yù)期產(chǎn)量，最后，結(jié)合查閱到的文獻(xiàn)和計(jì)算出的數(shù)據(jù)選取了最合適的工藝條件，確定了主要的設(shè)備選型，據(jù)此繪制出該設(shè)計(jì)的工藝流程圖。本設(shè)計(jì)的工藝簡單、產(chǎn)生的廢水量相較于其他工藝更少，產(chǎn)品純度和收率都提升顯著，而且生產(chǎn)原料易得、生產(chǎn)成本低，符合生產(chǎn)中節(jié)能高效、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的要求。由于此次合成工藝得到的產(chǎn)品純度相對較好，并且有較高的產(chǎn)率，很大程度上降低了原料的損失，在提倡“綠水青山即為金山銀山”的今天達(dá)到了綠色環(huán)保的同時(shí)節(jié)約了能源損耗。為日后的工業(yè)生產(chǎn)提供了很好的借鑒作用，因此該