【正文】 總計(jì) 7547 100 100 100 蒸發(fā) （ 1）流程示意圖 （ 2）計(jì)算過程 流股 1 為脫醛塔出來的混合液，其中： ① 季戊四醇： 5? ② 雙季戊四醇： m 5? ③ 甲酸鈉： 5? 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 17 頁 共 87 頁 ④ 水： m 5? 流股 2 為蒸發(fā)出去的水，其中： 水： 55 ????? 2541004 55 ?????? ?? ? 噸 m o 5?? 流股 3 為蒸發(fā)后的混合液，其中： ① 季戊四醇： 5? ② 雙季戊四醇： m 5? ③ 甲酸鈉： 5? ④ 水： 55 105 5 5 9 8 ??? ? （ 3）物料衡算一覽表 表 蒸發(fā) 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 100 HCOONa 總計(jì) 100 100 100 結(jié)晶 （ 1）流程示意圖 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 18 頁 共 87 頁 （ 2）計(jì)算過程 流股 1 為蒸發(fā)后的 混合液，其中： ① 季戊四醇： 5? ② 雙季戊四醇： m 5? ③ 甲酸鈉： 5? ④ 水： 55 105 5 5 9 8 ??? ? 流股 2 為結(jié)晶后的混合晶液 ① 季戊四醇： 5? ② 雙季戊四醇： m 5? ③ 甲酸鈉： 5? ④ 水： m 5? （ 3）物料衡算一覽表 表 結(jié)晶 工序 物料衡算一覽表 組分 進(jìn)料（流股 1） 出料（流股 2） kmol/d %（ mol） kmol/d %（ mol） C5H12O C10H24O7 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。中和釜中進(jìn)料來自縮合釜的出料，假設(shè)物料在管道中無熱損耗，并控制溫度在 29℃。 nCpTQ ??3 （以 0℃為基準(zhǔn)） ① Cp 計(jì)算 Cp 的計(jì)算可以通過熱熔溫度關(guān)聯(lián)式來計(jì)算 則出料液中各物質(zhì)的 Cp 值見下表： 表 出料液中各物質(zhì)的 Cp 值 單位： J∕ (mol化驗(yàn)合格后包裝入庫。當(dāng)相對(duì)密度達(dá)到 ～ 后，停止加熱，將濃縮液放入結(jié)晶釜攪拌、冷卻。 1）℃。圖 為生產(chǎn)工藝流程方框圖。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 8 頁 共 87 頁 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）。離子交換樹脂用稀的強(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。季戊四醇的生產(chǎn)經(jīng)歷了由鈣法 向鈉法轉(zhuǎn)變的過程。 主要生產(chǎn)方法 自從 1938 年美國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，國內(nèi)外對(duì)季戊四醇的合成工藝的研究就一直沒有停止，其生產(chǎn)技術(shù)得到了快速的發(fā)展。 2020 年 1～ 6 月份進(jìn)口量為 914 噸，同比減少 ％；在進(jìn)口的同時(shí)，我國季戊四醇也有少量出口，且出口量逐年增加。 2020 年以前我國每年大量進(jìn)口季戊四醇滿足國內(nèi)需求，從某種程度也說明了當(dāng)時(shí)我國季戊四醇已存在產(chǎn)品質(zhì)量低、結(jié)構(gòu)不合理等問題。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，國內(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。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、美國和德國都建有生產(chǎn)企業(yè)和裝置。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。 2020 年 05 月 30 日 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 II 頁 共 III 頁 年產(chǎn) 10000 噸季戊四醇生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì) 摘要 本設(shè)計(jì)為年產(chǎn) 10000 噸季戊四醇生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)?；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)，我開展了對(duì)季戊四醇的車間工藝設(shè)計(jì)。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。此外，還用于醫(yī)藥、農(nóng)藥等生產(chǎn) [1~4]。 表 國外季戊四醇的生產(chǎn)廠 單位：萬噸∕年 國家 公司名稱 生產(chǎn)能力 備注 美國 Aqualon 公司 美國 賽拉尼斯（ Celanese）公司 美國 柏仕德（ Perstorp）公司 2 美國 Hercules 加拿大 Chemcell 巴西 COPENOR 公司 智利 OXIQUIM 公司 意大利 阿爾德（ Alder）公司 意大利 柏仕德（ Perstorp）公司 3 意大利 Polioli 西班牙 Polialco SA 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁 共 87 頁 續(xù)表 國家 公司名稱 生產(chǎn)能力 備注 智利 OXIQUIM 公司 意大利 阿爾德（ Alder）公司 意大利 柏仕德（ Perstorp）公司 意大利 Polioli 西班牙 Polialco SA 瑞典 太爾（ Dynea）公司 Perstorp 與 Neste Oxo 合資 德國 Degussa AG 俄羅斯 Uralkhimplast 公司 俄羅斯 Metafrax公司 土耳其 Polisan Boya 公司 印度 Allied Resinsamp。 中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 4 頁 共 87 頁 表 我國季戊四醇主要生產(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 湖南衡陽三化實(shí)業(yè)股份有限公司 云天化集團(tuán)公司 定市化工原料廠 吉化公司長松化工廠 江蘇力強(qiáng)集團(tuán)公司化工廠 河南濮陽甲醇廠 遼河油田有機(jī)化工廠 15000 13000 10000 10000 7500 6000 5000 3000 2020 年擴(kuò)能 1999 年建成投產(chǎn) 2020 年建成投產(chǎn) 近幾年來我國季戊四醇迅速發(fā)展， 1995～ 2020 年，我國季戊四醇產(chǎn)量年均增長率為 ％。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上看，由于高檔特種涂料及飛機(jī)、轎車潤滑油工業(yè)發(fā)展，二和三季戊四醇市場(chǎng)需求增加。 表 我國季戊四醇的進(jìn)出口情況 年份 進(jìn)口量 ∕ (t∕ a) 進(jìn)口平均金額 ∕ (萬美元∕ t) 出口量 ∕ (t∕ a) 出口平 均金額 ∕ (萬美元∕ t) 2020 2020 2020 2020 2020 2020 2020 2020(1~6) 9822 2641 2231 1986 2455 2283 2104 214 132 7847 15605 20201 32665 46014 63274 22429 1997 年至 2020 年底，季戊四醇市場(chǎng)大起大落。 氫氧化鈣法 以氫氧化鈣作為堿性催化劑，簡稱“鈣法”。低溫法則將反應(yīng)溫度控制在 25~30℃，以減少副中北大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 7 頁 共 87 頁 反應(yīng)。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。 反應(yīng)原理 [15~17] 反應(yīng)式： 4 C H 2 O C H 3 C H O N a O H C C H 2 O H 4 H C O O N a 反應(yīng)機(jī)理： C H 3 C H O H C H O C H 2 O H C H 2 C H O H C H OC H 2 O H C H 2 C H O H O H 2 C C HC H 2 O HC H O H C H OH O H 2 C C HC H 2 O HC H O H O H 2 C CC H 2 O HC H 2 O HC H O H C H O N a O H H C O O N aH O H 2 C CC H 2 O HC H