【正文】 3 年 Venturello 等研究開發(fā)了雜多離子 /PTC/H2O2 復(fù)合催化體系應(yīng)用于烯烴的環(huán)氧化，此方法具有工藝簡(jiǎn)單、催化活性及選擇性高、綠色化及易于工業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)密度（ 20/4℃ ） ，不溶于水，能與乙醇、丙酮、醚等揮發(fā)物質(zhì)相溶；易燃、易揮發(fā)、無腐蝕性。由于環(huán)氧環(huán)己烷分子結(jié)構(gòu)中存在十分活潑的環(huán)氧基，使其能與胺、酚、醇、羧酸等反應(yīng)生成一系列高附加值的化合物。本設(shè)計(jì)通過翻閱大量的資料進(jìn)行 物性數(shù)據(jù)處理、塔板計(jì)算、結(jié)構(gòu)計(jì)算、流體力學(xué)計(jì)算以及計(jì)算接管壁厚。此外，還對(duì)一些輔助設(shè)備進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括全凝器、再沸器和原料預(yù)熱器，對(duì)本設(shè)計(jì)中需要的自動(dòng)控制系統(tǒng)也有簡(jiǎn)單的介紹。環(huán)氧環(huán)己烷的用途很廣，可作為中間體用于制備農(nóng)藥克螨特，己二酸、尼龍 6環(huán)氧類涂料、橡膠促進(jìn)劑、燃料等化工產(chǎn)品也是一種應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛的有機(jī)溶劑， 為此，研究開發(fā)經(jīng)濟(jì)適用的高純環(huán)氧環(huán)己烷 的生產(chǎn)技術(shù)具有重要意義。由于 1,2環(huán)氧環(huán)己烷分子結(jié)構(gòu)中存在十分活潑的環(huán)氧基，使其能與胺、酚、醇、羧酸等反應(yīng)生成一系列高附加值的化合物。在工藝路線設(shè)計(jì)及催化劑的選擇上采用以過氧化氫為氧源，在溫和的條件下由環(huán)己烯催化環(huán)氧化直接合成環(huán)氧環(huán)己烷?；诖死碚?，工業(yè)上對(duì)熱敏性物料的分離主要采用以下兩種方法： （ 1） 采用減壓或高真空精餾，降低蒸氣壓 在減壓下，純物質(zhì)的沸點(diǎn)較正常壓力下要低。 環(huán)氧環(huán)己烷的分離采用常壓間歇精餾與減壓間歇精餾相結(jié)合的方法。 環(huán)氧環(huán)己烷精制工藝的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 關(guān)于環(huán)氧環(huán)己烷分離提純方法主要 是以 環(huán)氧環(huán)己烷作為環(huán)己酮的副產(chǎn)進(jìn)行分離提純 ， 對(duì)以環(huán)氧環(huán)己烷為合成產(chǎn)品進(jìn)行分離的文獻(xiàn)報(bào)道較少。 日本 Tahara 等曾在 1974 年提出一種回收環(huán)氧環(huán)己烷的方法。 工藝的選用 雙氧水催化氧化環(huán)己烯制備環(huán)氧環(huán)己烷過程中所得到的產(chǎn)物是一種含有多組分的混合物，環(huán)氧環(huán)己烷需要通過分離達(dá)到一定純度后方可被利用。39。 為求出塔內(nèi)不同位置的物性數(shù)據(jù)，需確定所處的溫度，由于塔內(nèi)由上向下溫度不斷上升，因此物性數(shù)據(jù)也不斷變化，在設(shè)計(jì)中可利用不 同塔段的平均溫度以求得近似的物性數(shù)據(jù)。 塔徑計(jì)算需要確定空塔氣速 u，空塔氣速由極限空塔氣速（最大空塔氣速） maxu 乘以安全系數(shù)得到，計(jì)算空塔氣速需要知道操作物系的負(fù)荷系數(shù) C， C 值由表面張力為20dyn/cm的物系負(fù)荷系數(shù) 20C 計(jì)算而得， 20C 由史密斯關(guān)聯(lián)圖查得。L39。u Ts ??? 精餾塔有效高度的計(jì)算 精餾段有效高度為 Z 精 =（ N 精 ? 1） HT=（ 13? 1） =（ m） 提餾段有效高度為 Z 提 =（ N 提 ? 3） HT=（ 13? 3） =（ m） 在進(jìn)料板處及提餾段各開 1 個(gè)人孔，其高度均為 ，故精餾塔的有效高度為 Z 有效 =（ Z 精 + Z 提 ） +2=++（ 2） =（ m） 精餾塔實(shí)際高度的計(jì)算 根據(jù)要求：塔頂空間高度為（ ~） HT，則取其為 ；塔底空間高度要求儲(chǔ)存液量停留時(shí)間為 3~8min 且液面至最下層塔板 1~2m,故取塔底空間高度 2m。 18 提餾段 39。 塔板布置設(shè)計(jì) 本塔采用 F1 型浮閥，閥孔直徑 d0=39mm，閥片直徑 48mm，閥片厚 2mm，最大開度，靜止開度 ,閥質(zhì)量 33g。ttAN a ???? ，又4/Nd Vu 20 s0 ??， v00 uF ?? 精餾段 41 . 5 6 4u20 ???? ?? ??? 提餾段 41 . 5 6 4u20 ???? ?? ??? 動(dòng)能因數(shù)變化不大，仍在 8～ 12 范圍內(nèi)，開孔率 % .0 3 923922 ???? 塔板流體力學(xué)驗(yàn)算 氣相通過浮閥塔板的壓降 根據(jù) 1cp hhhh ??? ? 計(jì)算塔板壓降 求干板阻力， 臨界孔速： 精餾段 s/ 1c0 ? 提餾段 s/ 2c0 ? 閥孔氣速： 精餾段 s/ 1c0 ? 提餾段 s/ 2c0 ? 因?yàn)?c00 uu ? ，則 hc 可按Lc ??計(jì)算，即 20 精餾段 m0 43 4 L1c ????? 提餾段 2c ? 板上充氣液層阻力 h1 可取充氣系數(shù) 0? =。 按泛點(diǎn)率 =80%計(jì)算如下 ： hs??????? 整理得 += 或 Vs=— 霧沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任取兩個(gè) Lh 值，依上式算出相應(yīng)的 Vs 值列于下表中 表 霧沫夾帶線 Lh/（ m3/s） Vs/（ m3/s） 液泛線 由 dL1cdLpwT hhhhhhh)hH( ????????? 確定液泛線。 按照固定的液氣比，由上圖查出塔板的氣相負(fù)荷上限 ? ? s/ 3m a xs ? ，氣相負(fù)荷下限 ? ? s/ 3m ins ? ?！?） 塔頂： ℃ （飽和氣） → ℃ （飽和液） 冷卻水溫度： 20℃ →35 ℃ 逆流操作： Δt1=℃ ,Δt2=℃ ttln ttt2121m ????? ?????℃ 塔頂 Wh==液化潛 熱 ： r=r1+r2=+=熱負(fù)荷 rWQ h?? ==106kJ 傳熱面積： 26m 9 2 6 QA ?????? 設(shè)備型號(hào) G500I1640 再沸器的設(shè)計(jì) 選用 150℃ 飽和水蒸汽加熱，傳熱系數(shù)取 K=700kcal/（ m2r = 1r + 2r =+=℃ 20ln39。tK 39。t2121m ?????????????? 計(jì)算 R 和 P 4 2 1 3 11 6 0tt TTR 12 21 ??????? 5 2 6 0 3098tT ttP 11 12 ??????? 由 R 和 P 查 手冊(cè) ， t?? ＝ ，故選用單殼程、偶數(shù)管程可行 。 3L W mL W ms ?? ???? 29 出料液在管內(nèi)的流速 u=，則 00 39。4d s ?????? 按照 GB8163— 87，選擇冷軋無縫鋼管 8273?? 核算 s/ 39。如果產(chǎn)品質(zhì)量不合格，它的價(jià)值就將永遠(yuǎn)低于合格產(chǎn)品。 在一定的純度要求下，增加塔內(nèi)的上升蒸汽是有利于提高產(chǎn)品回收率的；同時(shí)也意味著再沸器的能量消耗也要增大。由于塔板上液層增高，氣相通過液層的阻力增大，因而可用測(cè)量差 壓的方法檢測(cè)塔的液泛現(xiàn)像。 （ 5）精餾塔的干擾因素 凈流失在一定的物料平衡和能量平衡的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因此，一切因素均通過物料平衡影響他的正常操作。 32 第 5 章 廠區(qū)布置 概述 在廠址選擇后，化工廠的總平面布置圖設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是結(jié)合廠區(qū)的各種自然條件和外部條件，確定生產(chǎn)過程中各種對(duì)象在廠區(qū)中的 位置，以獲得最合理的物料和人員的流動(dòng)路線，創(chuàng)造協(xié)調(diào)而又合理的生產(chǎn)和生活環(huán)境，組織全廠構(gòu)成一個(gè)能高度發(fā)揮效益的生產(chǎn)整體。 （ 4） 滿足施工和安裝的作業(yè)要求 工廠布置應(yīng)考慮大型設(shè)備的吊裝，廠內(nèi)道路的路面結(jié)構(gòu)和載荷標(biāo)準(zhǔn)等應(yīng)滿足施工安裝的要求。 （ 1） 本設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料。 （ 3） 設(shè)計(jì)的精餾塔塔徑為 ， 有效高度為 ， 塔板采用分塊式塔板和單溢流弓形降液管，板間距為 。 （ 6） 滿足豎向布置的要求 豎向布置主要滿足生產(chǎn)工藝布置和運(yùn)輸，裝卸對(duì)高程的要求。總圖設(shè)計(jì)時(shí)要結(jié)合建廠地區(qū)的具體條件，按照原料進(jìn)廠到成品出廠的整個(gè)生產(chǎn)工藝過程，經(jīng)濟(jì)合理地布置廠區(qū)內(nèi)的建、構(gòu)筑物，搞好平面和豎向的關(guān)系；組織好廠內(nèi)外交通運(yùn)輸?shù)?，以達(dá)到工藝流程合理、總體布置緊湊、投資節(jié)省、用地節(jié)約、建成后能較快投產(chǎn)的目的。影響能量平衡的因素主要是進(jìn)料溫度或熱焓的變化，再沸器加熱量和冷凝器冷卻量的變化，此外還有塔的環(huán)境溫度等變化。每個(gè)精餾塔都存在著一個(gè)最大操作壓力限制，超過這個(gè)壓力，塔的安全就沒有保障。 在單位進(jìn)料量的能耗增加到一定數(shù)值后，再繼續(xù)增加塔內(nèi)的上升蒸汽，則產(chǎn)品回收率就增長(zhǎng)不多了。由于質(zhì)量超過規(guī)定，產(chǎn)品的價(jià)值并不因此而增加；而產(chǎn)品產(chǎn)量卻可能下降，同時(shí)操作成本，主要是能量消耗會(huì)增加很多。 30 第 4 章 自動(dòng)控制系統(tǒng) 自動(dòng)控制概述及要求 要對(duì)精餾塔實(shí)施有效的自動(dòng)控制，必須首先了解精餾塔的控制目標(biāo)。L4u 22s ??????，在 ~，可用。采用此換熱器，則要求過程的總傳熱系數(shù)為 )m/( 10580tS QK 23m ℃實(shí)需 ??????? 法蘭的設(shè)計(jì) 由于常壓操作，所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑選用相應(yīng)法蘭。A ?????? 設(shè)備型號(hào)： Gtln39。℃ ） =2926J/（ m2/m 指相鄰兩橫排的中心線距離 單板壓降 Δp/Pa 414 液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間 θ/s 26 降液管內(nèi)清液層高度 Hd/m 泛點(diǎn)率 /％ 氣相負(fù)荷上限（ Vs） max 霧沫夾帶控制 氣相負(fù)荷下限（ Vs） min 漏液控制 操作彈性 附屬設(shè)備的設(shè)計(jì) 全凝器的設(shè)計(jì) 有 機(jī) 物蒸 汽冷 凝 器設(shè) 計(jì)選 用的 總 體傳 熱系 數(shù) 一般 范圍 為 500 ～ 1500kcal/（ m2因此，可將上式簡(jiǎn)化，得 32h2h2s ??? 在操作范圍內(nèi)取若干個(gè) Lh 值，依上式算出相應(yīng)的 Vs 值列于下表 表 液泛線 Lh/（ m3/s） Vs/（ m3/s） 液相負(fù)荷上限 液體的最大流量應(yīng)保證在降液管中停留時(shí)間不低于 3~5s。因此，氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨葹椋? 精餾段： 1cp ????? 單板壓降 aLpp P4 1 0 1 20 6 8 ??????? ?700Pa 提餾段： 1cp ????? 單板壓降 aLpp P4 1 1 1 70 6 8 ??????? ?700Pa 液泛 為了防止液泛現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制液管中清液層高度 )hH(H wTd ??? 。取同一橫排的孔心距 t=，則可按下式估算排間距 NtA39。 h Tf ??? ????? 故降液管設(shè)計(jì)合理。各項(xiàng)計(jì)算如下： 堰長(zhǎng) lW D)~(lw? ??? 溢流堰高度 hw 溢流堰高度計(jì)算公式 W0LW hhh ?? 選用平直堰，堰上液層高度 W0h 依下式計(jì)算，即 32WhW0 lLE10 ????????? 近似取 E=1，則 m01 36 0000 3232WhW0 ??????? ????????????? 取板上液層高度 hL=，故 W0LW hhh ?? ==（ m） 弓形降液管寬度 Wd 及截面積 Af 為求降液管的寬（ Wd）和降液管的面積（ Af） ， 需查圖獲得，此圖的橫坐標(biāo)值為lw/D， 用 K 表示。Lm20 ??????????????? ?? s/ 39。Lm20 ??????????????? ?? s/ 0 7 VV39。 在這一部分的計(jì)算中，要計(jì)算出指定體系的塔頂溫度（ td）、加料板處溫度（ tf），精餾段溫度（ t1）。x39。 塔頂 塔 底 圖 環(huán)氧環(huán)己烷精制工段工藝流程圖 冷 卻 器 再 沸 器 環(huán)己烯儲(chǔ)罐 環(huán)氧環(huán)己烷 儲(chǔ) 罐 全 凝 器 精 餾 塔 預(yù) 熱 器 原 料 冷 卻 器 6 第 三 章 精制工段工藝設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)條件 原料為含環(huán)氧環(huán)己烷 40％（質(zhì)量分?jǐn)?shù) ,下同）的環(huán)己烯 — 環(huán)氧環(huán)己烷混合物，環(huán)氧環(huán)己烷產(chǎn)量 70000 噸 /年。然后將此其在 壓力下進(jìn)行減壓蒸餾，收集 44~86℃ 的餾分，即得到 81％的環(huán)氧環(huán)己烷。較適宜的脫除戊醇的反應(yīng)條件為 ：催化劑三氟化硼乙醚用量為總原料量％ ~％，反應(yīng)時(shí)間為 1~2h，反應(yīng)溫度為 30~55