【正文】 H24O7 H2O HCOONa 總計(jì) 100 100 分離 （ 1）流程示意圖 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 19 頁 共 87 頁 （ 2）計(jì)算過程 流股 1 為結(jié)晶后的混合晶液，其中： ① 季戊四醇： 5? ② 雙季戊四醇： m 5? ③ 甲酸鈉： 5? ④ 水： m 5? 流股 2 為廢液，其中： ① 甲酸鈉： 5? ② 水：假設(shè)季戊四醇中的含水量為 9%，那么 季戊四醇中的水18%)91( %95?? ???? m o 5?? 廢液中的水 55 % ????? m o 5?? ③ 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 %50%99100 4 8 4 5 ???? m o 5?? 流股 3 為產(chǎn)品，其中 ： 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 20 頁 共 87 頁 ① 季戊四醇晶體中的季戊四醇： 5? ② 雙季戊四醇： %50%99100 4 8 4 5 ??? m o 5?? ③ 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18%)91( %95?? ???? m 5? （ 3）物料衡算一覽表 表 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） C5H12O C10H24O7 H2O HCOONa 總計(jì) 100 100 100 干燥 （ 1）流程示意圖 （ 2）計(jì)算過程 流股 1 為產(chǎn)品，其中： ① 季戊四醇晶體中的季戊四醇： 5? ② 雙季戊四醇： %50%99100 4 8 4 5 ??? m o 5?? ③ 季戊四醇晶體中的水： 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 21 頁 共 87 頁 假設(shè)季戊四醇中的含水量為 9%，那么 季戊四醇中的水18%)91( %95?? ???? m 5? 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 % 則成品中的雙季戊四醇量為 雙季戊四醇 254 % 6 ??? m o l100 0 6 4 9 6 5?? 干燥出去的雙季戊四醇量為 雙季戊四醇 55 100 0 6 4 9 6 2 3 9 9 ???? m o l100 1 7 4 9 8 5?? ② 水： 假設(shè)在成品季戊四醇中水的含量占 %，則成品中的水的含量為： 水 18 % 6 ??? m 5?? 那么干燥出去的水的量為 水 55 102 7 %99107 9 4 ????? m o l1015017 5?? 流股 3 為最終成品，其中： ① 季戊四醇： 5? ② 雙季戊四醇： 假設(shè)在成品季戊四醇中雙季戊四醇占 %，則成品中的雙季戊四醇量為： 雙季戊四醇 254 % 6 ??? m o l100 0 6 4 9 6 5?? ③ 水： 假設(shè)在成品季戊四醇中水的含量占 % 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 22 頁 共 87 頁 則成品中的水的含量為 水18 % 6 ??? m 5?? （ 3）物料衡算一覽表 表 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） C5H12O C10H24O7 H2O 總計(jì) 100 100 100 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 23 頁 共 87 頁 4 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。分離的細(xì)料每小時(shí)放料一次進(jìn)行回收。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。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 10 頁 共 87 頁 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。 中和 加完乙醛后，保溫反應(yīng) 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。在前半小時(shí)內(nèi)加入乙醛總量的 60％。 首先將適量的甲醛溶液（濃度為 37%）用泵送入縮合釜。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。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。而且解決了傳統(tǒng)生產(chǎn)方法中副產(chǎn)甲酸鹽的存在問題，對(duì)環(huán)境污染較小。 縮合加氫法 [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，分離出來的三乙胺返回縮合工序循環(huán)使用。 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)堿性離子交換樹脂為縮合劑，控制一定的停 留時(shí)間。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)破壞過量甲醛。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。 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α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。 表 近幾年來我國(guó)季戊四醇的供需平衡情況（單位：萬 t∕ a） 年份 產(chǎn)量 進(jìn)口量 出口量 表觀消費(fèi)量 2020 2020 2020 續(xù)表 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 6 頁 共 87 頁 年份 產(chǎn)量 進(jìn)口量 出口量 表觀消費(fèi)量 2020 2020 2020 2020 據(jù)預(yù)計(jì)，到 2020 年我國(guó)對(duì)季戊四醇的總需求量將達(dá)到約 萬噸，其中醇酸樹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。近幾年我國(guó)季戊四醇的進(jìn)出口情況見表 。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。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。盡管我國(guó)近年來季戊四醇發(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。表 為我國(guó)季戊四醇主要生產(chǎn)廠家和生產(chǎn)能力。到 2020 年底，我國(guó)季戊四醇的生產(chǎn)能力達(dá)到 萬噸∕年， 2020 年產(chǎn)量達(dá)到 萬噸∕年。 2020~2020 年期間，美國(guó)醇酸樹脂消費(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脂需求少，季戊四醇消費(fèi)量的年均增長(zhǎng)率較緩慢。 到 2020 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 萬噸∕年，其中美國(guó)占 %。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。其部分物性數(shù)據(jù)見表 。 本設(shè)計(jì)所采用的工藝路線為：以甲醛和乙醛為原料，氫氧化鈉為催化劑在縮合釜內(nèi)發(fā)生縮合反應(yīng)，再通入中和釜中進(jìn)行中和，通入脫醛塔脫除甲醛，經(jīng)過蒸發(fā)器蒸出部分 水，再在結(jié)晶釜中結(jié)晶出季戊四醇，在通過干燥器干燥晶體，最終就可獲得產(chǎn)品。由此可見任務(wù)極其艱巨，在設(shè)計(jì)中我多次無從下手，苦惱之極，但靜下心來仔細(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)及能力是無法估量的，精神上更加豐富。中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 I 頁 共 III 頁 前 言 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)。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)說明書的撰寫、查閱英文文獻(xiàn)并翻譯等。季戊四醇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） — 1，3— 丙二醇，其外觀為白色粉末狀結(jié)晶、無臭，略有甜味，可燃，無毒，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。 關(guān)鍵詞： 季戊四醇，低溫鈉法，車間工藝，設(shè)計(jì) 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 III 頁 共 III 頁 目 錄 1 引言 ............................................................................................................................1 產(chǎn)品簡(jiǎn)介 .................................................................................................................1 國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場(chǎng)分析 .................................................................................2 國(guó)外生產(chǎn)現(xiàn)狀 ......................................................................................................2 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀 ......................................................................................................3 國(guó)內(nèi)外季戊四醇市場(chǎng)分析 ..................................................................................4 主要生產(chǎn)方法 .........................................................................................................6 Cannizzaro（康尼扎羅）法 .................................................................................6 縮合加氫法 ..........................................................................................................7 2 生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì) ............................................................................................................8 生產(chǎn)方法 .................................................................................................................8 反應(yīng)原理 .................................................................................................................8 工藝流程 .................................................................................................................8 縮合 .................