【文章內(nèi)容簡介】 計(jì)的工藝流程必須可靠即經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)小試、中試，證明技術(shù)是成熟的，生產(chǎn)安全可靠，才可以設(shè)計(jì)選用。(3)結(jié)合國情，因地制宜工藝流程的選擇從技術(shù)角度來說，應(yīng)盡量采用新工藝、新技術(shù)，單從具體情況考慮，并不必選擇國外的先進(jìn)的技術(shù)。因?yàn)閲獾募夹g(shù)往往價格較高，技術(shù)保密性強(qiáng)，沒有實(shí)用價值。所以，結(jié)合實(shí)際，選擇自己易于掌握和改進(jìn)的技術(shù)要方便、實(shí)用。 工藝流程選擇分析與研究目前，聚碳酸酯的生產(chǎn)方法主要有溶液光氣法、酯交換法、界面縮聚光氣法和非光氣法。(1)溶液光氣法該工藝是將光氣通入含有雙酚 A 堿性水溶液和二氯甲烷溶劑中進(jìn)行進(jìn)行界面縮聚反應(yīng)，然后將聚合物從溶液中分離出來。與其它的生產(chǎn)方法相比，溶液光氣法由于經(jīng)濟(jì)性較差已完全淘汰。(2)酯交換法酯交換法又稱傳統(tǒng)熔融工藝，其實(shí)也是一種間接光氣法工藝。它是以苯酚原料，經(jīng)過光氣法反應(yīng)生成碳酸二苯酯，然后再鹵化鋰等催化劑和添加存在下和雙酚 A 進(jìn)行酯交換反應(yīng)，生成低聚物，在進(jìn)一步縮聚得到聚碳酸酯。盡管該工藝生成成本低于其它生產(chǎn)工藝，但由于其生產(chǎn)出來的聚碳酸酯光學(xué)性能較差，催化劑易污染，并且由于存在副產(chǎn)品酚而導(dǎo)致產(chǎn)品分子量較低，應(yīng)用范圍有限，因此限制了該工藝的商業(yè)應(yīng)用。(3)界面縮聚光氣法界面縮聚光氣法工藝是將雙酚 A 和燒堿溶液配制成雙酚 A 鈉鹽，同時加入酚，然后送入光氣反應(yīng)器內(nèi)。加入二氯甲烷，通光氣進(jìn)行光氣化反應(yīng)，反應(yīng)完成后將反應(yīng)液送到縮聚反應(yīng)器內(nèi)，加入三乙胺和燒堿溶液，進(jìn)行縮聚反應(yīng)。然后分離含有聚合物的有機(jī)相和水相，對有機(jī)相進(jìn)行洗滌、干燥，最后成粒就得聚碳酸酯成品。(4)非光氣法非光氣法是先以液相氧化碳基法生產(chǎn)碳酸二甲酯(DMC)，再與醋酸苯酯酯交換生成碳酸二苯酯(DPC)，然后在熔融狀態(tài)下與雙酚 A 進(jìn)行酯交換，縮聚制得聚碳酸酯。因此無副產(chǎn)物，基本無污染，特別是不使用劇毒光氣，因此深受世界各大公司的重視，紛紛致力開發(fā)。綜上所述，非光氣法工藝是一種全封閉、無副產(chǎn)物、污染少、符合環(huán)境要求的綠色工藝，已經(jīng)由外國公司研究成功，但是由于國內(nèi)仍在研究發(fā)展中，工藝不成熟，本設(shè)計(jì)不采用，而界面縮聚光氣法工藝成熟，反映在常溫常壓下進(jìn)行，對設(shè)備要求不高，產(chǎn)品質(zhì)量好，尤其是截止 2022 年底，全世界聚碳酸酯總生產(chǎn)能力接近 ／a 。其中光氣法生產(chǎn)工藝約占總生產(chǎn)能力的 90%。所以本設(shè)計(jì)采用界面縮聚光氣法。 工藝流程設(shè)計(jì)工藝流程的設(shè)計(jì)參照各方資料，盡量做到簡單高效。主要工藝采取界面光氣法進(jìn)行聚碳酸酯的合成。界面縮聚光氣法工藝是將雙酚 A 和燒堿溶液配制成雙酚 A 鈉鹽，同時加入酚，然后送入光氣反應(yīng)器內(nèi)。加入二氯甲烷，通光氣進(jìn)行光氣化反應(yīng)，反應(yīng)完成后將反應(yīng)液送到縮聚反應(yīng)器內(nèi)，加入三乙胺和燒堿溶液，進(jìn)行縮聚反應(yīng)。然后分離含有聚合物的有機(jī)相和水相，對有機(jī)相進(jìn)行洗滌、干燥，最后成粒就得聚碳酸酯成品。在設(shè)計(jì)過程中盡可能多的省去了不必要的繁冗過程。務(wù)求工藝流程的簡潔高效，而必不可少的設(shè)備要設(shè)計(jì)地能夠經(jīng)受不良環(huán)境的考驗(yàn)。以下為大體的工藝流程圖。 7 / 62聚碳酸酯生產(chǎn)流程圖 生產(chǎn)工藝流程敘述(1)雙酚 A 鈉鹽合成反應(yīng)將氫氧化鈉水溶液(7%)通入反應(yīng)釜(R101) 中，同時加入的還有苯酚、雙酚 A、亞硫酸氫鈉。攪拌反應(yīng)一小時，由釜底出料進(jìn)入儲罐,然后由泵打入冷卻器(H103)冷卻到10℃，再送入攪拌反應(yīng)釜 (R102)中。(2)光氣反應(yīng)將來自光氣站的光氣通過穩(wěn)壓罐(V101)和緩沖罐(V102)進(jìn)入冷卻器(H102)冷卻到 5℃然后與來自二氯甲烷儲罐的溫度為 5℃的二氯甲烷混合進(jìn)入光氣反應(yīng)釜。同時進(jìn)入的還有來自換熱器(H103)的雙酚 A 鈉鹽混合液。攪拌反應(yīng)一小時，控溫在 20℃左右。反應(yīng)完全，將多余的光氣通入緩沖罐(V102)中。通入氮?dú)猓瑢⒎磻?yīng)液壓入油水分離器(V105)，氫氧化鈉、亞硫酸鈉、氯化鈉水溶液由油水分離器頂部出去，再進(jìn)入反應(yīng)釜(R106)中，其中加入氯化鋇，攪拌反應(yīng)半小時，生成沉淀亞硫酸鋇，將反應(yīng)液通入板式壓濾機(jī)進(jìn)行過濾。濾液分成兩部分一部分送回反應(yīng)釜(R101)繼續(xù)利用，另一部分通道反應(yīng)釜(R107) 中與加入的氯化氫溶液反應(yīng)半小時，然后把反應(yīng)液通入水處理車間。由誰有分離器底部出來的有機(jī)相，由泵通入反應(yīng)釜(R103)。(3)縮聚反應(yīng)將來自水油分離器(R103)的有機(jī)相在堿性條件下，三甲基芐基作為催化劑，進(jìn)行縮聚反應(yīng)，反應(yīng)時間為一小時，控溫在 25℃。反應(yīng)完畢后加入甲酸中和反應(yīng)液中的堿液，測 pH 為 3 左右方可，然后進(jìn)行水洗，直至水洗液中沒有氯離子為止。將反應(yīng)液通入儲罐中。(4)后處理有機(jī)相通入反應(yīng)釜(R104)中，再加入沉淀劑丙酮攪拌半小時，將含有末狀物的反應(yīng)液通入轉(zhuǎn)鼓真空過濾器中，將分離出的產(chǎn)品 PC 通過短管型氣流干燥器和真空箱干燥器，的末狀產(chǎn)物，在通過擠出造粒的產(chǎn)品 PC。由真空過濾器分離出的有機(jī)相通入儲罐中，通過泵打到蒸餾釜(R105)中進(jìn)行蒸餾，蒸餾時間一小時，控溫在 60℃。二氯甲烷和丙酮變成蒸汽有釜頂進(jìn)入換熱器(H104)中，冷卻至溫度 20℃，進(jìn)入精餾塔(T101)中，塔頂出二氯甲烷，塔底出丙酮。來自蒸餾釜(R105)釜底的有機(jī)相先進(jìn)入換熱器(H107)中，冷卻到 20℃，然后進(jìn)入精餾塔(T102) ，塔頂出苯碳酰氯，塔底出簡聚體和催化劑。 工藝設(shè)計(jì)損失率原料廠外運(yùn)輸損失率% 原料廠外運(yùn)輸損失率% 產(chǎn)品廠里儲運(yùn)損失率% 產(chǎn)率% 85 工藝計(jì)算 物料衡算1)：物料衡算的原理?方法?步驟(1)：原理對于連續(xù)穩(wěn)定過程,物料衡算的方程是：ΣMλ=ΣM 出 　　　　　　(21)即： 初始輸入量=最終輸出量 對不連續(xù)過程,物料衡算的方程為： ΣMλ=ΣM 出 +M 累積 　　　 (22)即：初始輸入量+生成輸入量= 最終輸出量+消耗量(2)：方法本設(shè)計(jì)屬于連續(xù)反應(yīng),采用第一種計(jì)算方法(3)：步驟：9 / 62a：收集數(shù)據(jù)：①：原理,產(chǎn)品規(guī)格 ? ②：過程單位時間的物流量 ? ③：有關(guān)消耗定額 ? ④：有關(guān)轉(zhuǎn)化率 ?選擇性?單程收率?b：畫物料流程圖,確定衡算對象,根據(jù)題目要求它可以是總物料某個組分某個元素等c：確定衡算范圍：根據(jù)題目要求它可以是一個系統(tǒng)一個車間某個設(shè)備等。某個設(shè)備的局部等 d：確定衡算基準(zhǔn)： 根據(jù)題目要求它可以是單位質(zhì)量單位時間等e：列出輸入輸出物料平衡表：2)：物料衡算過程(1)：收集數(shù)據(jù)表 21 原料性質(zhì)原料名稱 密度 (Kg/m3)摩爾質(zhì)量(g/mol)沸點(diǎn)(℃) 含量(%)比熱容J/(mol.℃)光氣 1381 99 99 二氯甲烷 1336 85 40 98 雙酚 A 1150 228 98 氫氧化鈉 40 1390 7 (2)：確定單位時間內(nèi)物流量： 年工作天數(shù)：365(t 1+t2+t3)選擇不連續(xù)工作制度：T1=52+1+1+2+3=59(其中對于工廠,星期六照常上班,故只有星期天休息,一年 52 周共 52 天,再加上勞動節(jié) 1 天,元旦 1 天,國慶節(jié) 2 天,春節(jié) 3 天)T2設(shè)備大?中? 小修及正常檢修總天數(shù),反應(yīng)釜取 6 天/年?T3設(shè)備加工不同物料時的換料時間(不計(jì))?故年工作天數(shù)=365(52+7+6)=300d/a∴聚碳酸酯日產(chǎn)量：100000t/a247。300d/a=334t/d(3)：由已知消耗定額(以每噸產(chǎn)品計(jì))消耗定額是指生產(chǎn)每噸合格產(chǎn)品需要的原料?輔料及試劑等的消耗量?表 22 消耗定額光氣 二氯甲烷 雙酚 A 氫氧化鈉 水 9202Kg/1t(4)：原料日凈耗量：光氣： 334t/d=163406Kg/d 二氯甲烷： 334t/d=雙酚 A： 334t/d=氫氧化鈉： 334t/d= 原料年凈耗量：光氣： 163406Kg/d247。1000Kg/t300d/a=二氯甲烷 247。1000Kg/t300d/a=雙酚 A： 247。1000Kg/t300d/a=氫氧化鈉： 247。1000Kg/t300d/a= 原料廠內(nèi)貯存運(yùn)輸損失率為 5%,則聚碳酸酯工廠的原料年入廠量：光氣： 247。()=二氯甲烷： 247。()=雙酚 A： 247。()=氫氧化鈉： 247。()=又原料廠外運(yùn)輸損失率為 5%,則 DDS 皮革鞣劑工廠的原料年外購量光氣： 247。()=二氯甲烷： 247。()=雙酚 A： 247。()=氫氧化鈉： 247。()= (5)：衡算結(jié)果表 23 物料衡算一覽表（1）11 / 62原料 消耗定額(Kg/t)轉(zhuǎn)化率(%)單程收率(%)日凈耗量(Kg/d)原料年凈耗量(t/a)損失率(%)廠內(nèi)年儲量(t/a)年訂貨量(t/a)光氣 98 95 163406 5 二氯甲烷 98 95 5 雙酚A 98 95 5 NaOH 98 95 5 (6)：合成聚碳酸酯生產(chǎn)流程圖(7)：確定衡算范圍,并進(jìn)行深入計(jì)算： ①： 雙酚 A 鈉鹽合成釜： 每小時進(jìn)料量為： 雙酚 A： 氫氧化鈉：