【導(dǎo)讀】本設(shè)計是年產(chǎn)八萬噸聚對苯二甲酸二乙醇脂合成的工藝設(shè)計。對PET的研究，生產(chǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的概述，闡述了其在化學(xué)工業(yè)中的作用與地位。在確定PET生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)。上進(jìn)行了物料衡算，熱量衡算，主要設(shè)備選型，工藝管路設(shè)計。軟件繪制主要設(shè)備圖，工藝流程圖以及車間布置圖。文中還對三廢處理及廢料回。收、節(jié)能措施與安全防范、技術(shù)經(jīng)濟(jì)初步分析核算進(jìn)行了簡單的闡述。第三酯交換器R103物料衡算......

　　

【正文】 2~3 2~3 ~ 5~6 P（ 105Pa） ~1 ~1 ~1 ~ ~ 主要計算過程 根據(jù)物料平衡關(guān)系示意圖，忽略催化劑、消光劑的影響。將 EG 投入漿料罐時，取室溫為 25℃。參考表 7的工藝條件參數(shù)。 進(jìn)料 EG 帶入的能量： HEG（ 25℃）＝ Hθ EG（ 25℃） NT0（ EG）＝－ (kg/h)/62(kg/kmol) ＝－ 式中 NT0（ EG） —— EG的進(jìn)料摩爾流量。 進(jìn)料 DMT 帶入的能量： HDMT(25℃ )=HDMTθ （ 25℃） NT0（ DMT） =－ ) ＝－ 式中 NT0（ DMT） —— DMT 的進(jìn)料摩爾流量 合計：－ － =－ 取第一酯交換反應(yīng)釜的溫度為 190℃，上升甲醇的質(zhì)量流量為，則 H 醇 （ 190℃）＝（ Hθ ＋ CPΔ T） N＝ [－ ＋ 103（ 190－ 25） ] 103247。 32＝ KJ/h H 醇?xì)?＝ 88 103（ 273＋ 139） 103247。 32＝ KJ/h 合計： ＋ ＝ KJ/h 取第二酯交換反應(yīng)釜的溫度為 210℃，上升甲醇的質(zhì)量流量為 ， 則 H 醇 （ 210℃）＝（ Hθ ＋ CPΔ T） N＝ [－ ＋ 103（ 210－ 25） ] 103247。 32＝ H 醇?xì)?＝ 88 103（ 273＋ 139） 103247。 32＝ 合計： ＋ ＝ 錯誤 !未指定書簽。 取第三酯交換反應(yīng)釜的溫度為 210℃，上升甲醇的質(zhì) ，則 H 醇 （ 210℃）＝（ Hθ ＋ CPΔ T） N＝ [－ ＋ 103（ 210－ 25） ] 103247。 32 ＝H 醇?xì)?＝ 88 103（ 273＋ 139） 103247。 32＝ 合計： ＋ ＝ 取第一縮聚反應(yīng)器的溫度為 235℃，上升乙二醇的質(zhì)量流量為 Kg/h，則 H 乙二醇 （ 235℃）＝（ Hθ ＋ CPΔ T） N＝ [－ ＋ 103（ 235－ 25） ] 103247。 62＝ KJ/h H 汽 ＝ 134 103（ 273＋ 143） 103/62＝ 合計： ＋ ＝ KJ/h 取第二縮聚反應(yīng)器的溫度為 275℃，上升乙二醇的質(zhì)量流量為 Kg/h，則 H 乙二醇 （ 275℃）＝（ Hθ ＋ CPΔ T） N＝ [－ ＋ 103（ 275－ 25） ] 103247。 62＝ — KJ/h H 汽 ＝ 134 103（ 273＋ 143） 103/62＝ 合計： ＋ ＝ KJ/h 取第二縮聚反應(yīng)器的溫度為 285℃，上升乙二醇的質(zhì)量流量為 ，則 H 乙二醇 （ 285℃）＝（ Hθ ＋ CPΔ T） N＝ [－ ＋ 103（ 285－ 25） ] 103247。 62＝ KJ/h H 汽 ＝ 134 103（ 273＋ 143） 103/62＝ 合計： ＋ ＝ KJ/h 出料熔體帶出 的能量： HPET（ 285℃）＝ [Hθ PET(25℃ )＋ CPΔ T ] NPET ＝ [－＋ K 103（ 285－ 25） ] 103247。 20200＝－ KJ/h 式中 NPET—— 出料熔體的質(zhì)量流量 總的能量平衡關(guān)系為： HEG（ 25℃）＋ HDMT（ 25℃）＋ Q 熱媒 ＝ HPET（ 285℃）＋Σ（ H 甲醇 ＋ H 乙二醇 ） 則 Q 熱媒 ＝（ － － － －－ ）－ (－ ) ＝ 錯誤 !未指定書簽。 盡管在聚酯工藝中所有的載熱管道均采用了包裹石棉的保溫措施，但還是避免不了一部分熱量的散失，這里以 10％的散失率來計算，所以熱煤爐消耗的功率為： W 熱媒 ＝ Q 熱媒 247。（ 1－ 10％）247。 3600＝ 247。 247。 3600 ＝ KW 各應(yīng)器能量平衡 表 各個反應(yīng)器熱量平衡表 第 五章 聚合釜及各設(shè)備選型 釜的選型 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)主要有釜體、攪拌裝置、傳熱裝置、工藝接管等組成。這里只對第一酯化釜的釜體進(jìn)行相關(guān)設(shè)計計算。 本工藝采用 酯交換法生產(chǎn) PET， 可采用如下方法計算釜的體積。 Wd Wd=80000 103/（ 300 24） =； t， t=3h； ，取 ； 故反應(yīng)液的體積為： VR= 3/1084 錯誤 !未指定書簽。 =； 反應(yīng)液的總體積為： VT= VR/= m3； 對于此反應(yīng)可選用 60m3不銹鋼聚合釜，此釜的直徑為 650mm，筒體切線長度為 975mm，長徑比為 ，釜重 。此釜封頭高度根據(jù)國標(biāo) h==162mm，封頭直邊高度為 100mm。反應(yīng)釜的殼套厚度選取 100mm。 其他設(shè)備的選型 其它的設(shè)備主要是泵的選擇。工業(yè)生產(chǎn)中有進(jìn)料泵、回流泵、塔底泵、循環(huán)設(shè)備 進(jìn) 出 熱交換 R101 R102 R103 MJ/h MJ/h R301 MJ/h MJ/h MJ/h R501 MJ/h MJ/h MJ/h R502 錯誤 !未指定書簽。 泵、產(chǎn)品泵等，石油 化工泵的選擇應(yīng)該滿足流量，揚(yáng)程、壓力、溫度、氣蝕余量等工藝參數(shù)的要求，滿足介質(zhì)特性的要求和現(xiàn)場安裝的要求。在選泵時： 首先要綜合考慮泵的流量。一方面，應(yīng)按設(shè)計要求達(dá)到的能力確定泵的流量，并使之與其他設(shè)備能力協(xié)調(diào)平衡；另一方面，也要根據(jù)生產(chǎn)需要確定泵的流量。在確定泵的流量時應(yīng)綜合考慮裝置的富裕能力及裝置內(nèi)各設(shè)備能力的協(xié)調(diào)平衡。 其次根據(jù)生產(chǎn)要求確定泵的揚(yáng)程。選泵時，由于工藝過程設(shè)計中管道系統(tǒng)壓力降計算比較復(fù)雜，因此泵的揚(yáng)程要留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，一般為正常需要揚(yáng)程的～ 倍。 最后根據(jù)流體輸送設(shè)備的特性 曲線確定蚌型選泵時，確定哪一種設(shè)備，應(yīng)在生產(chǎn)上所需要的流量和揚(yáng)程后進(jìn)行。 攪拌器的選型 攪拌葉與攪拌軸之間的夾角不同，對流體產(chǎn)生的攪拌效果不同，按此原則可將攪拌槳大致分為三類。 平葉槳：攪拌槳葉與攪拌軸平行，以剪切作用為主，流動類型為徑向流動，如平槳、直葉或彎葉渦輪槳、錨式槳、框式槳等。 折葉槳：攪拌槳葉與攪拌軸有一定的角度，以循環(huán)流動為主，流動類型為軸向流動，如斜槳、開啟式折葉渦輪槳和圓盤式折葉渦輪槳等。 螺旋葉面槳：攪拌槳葉繞攪拌軸螺旋上升，如推進(jìn)式槳、螺桿式槳、 螺帶式槳等。 一個好的選型方法最好具備兩個條件，一是選擇結(jié)構(gòu)合理，一是選擇方法簡便，而這兩點卻往往難以同時具備。由于液體的黏度對攪拌狀態(tài)有很大影響。所以根據(jù)攪拌介質(zhì)黏度大小來選型是一種基本的方法。 對于高黏度體系，由于黏度較大，不能有太大的剪切速率，否則易造成摩擦生熱，另外還會使攪拌軸承受較大的扭矩，攪拌功率大，能量消耗大，因此高黏體系需在很低的轉(zhuǎn)速下攪拌。在低攪拌轉(zhuǎn)速條件下，物料處于層流狀態(tài)，單靠流動是不能滿足混合需要的，所以需要有較大的推動面積及攪拌直徑。隨著黏度增高的各種攪拌器使用順序為推進(jìn)式、渦 輪式、槳式、錨式和螺帶式等。 根據(jù)攪拌過程的目的與攪拌器造成的流動狀態(tài)，本設(shè)計的攪拌器采用圓盤式斜葉渦輪槳和圓盤式直葉渦輪槳，攪拌級別為 710 級。根據(jù)《聚合物合成工藝設(shè)計》表 64 知圓盤式渦輪槳的 Z=4~8， d/D=1/4~1/2， b/d=1/8~1/5， C/D=1， ut=2~10m/s， d:L:b=20:5:4，因此取 d/D=1/3，則 d=2600=867mm L==867=217mm b==867=173mm 錯誤 !未指定書簽。 換熱器的選型 在釜體外側(cè) 安裝各種形狀的鋼結(jié)構(gòu)，使其與釜體表面形成密閉的空間，在此空間內(nèi)通入傳熱介質(zhì)，這種結(jié)構(gòu)稱為夾套，攪拌釜一般都采用夾套這種傳熱裝置。PET合成中有氣體蒸出，且易夾帶低聚物，所以夾套方式采用全包式，以便使低聚物遇到熱的上封頭時熔融，流回到反應(yīng)液中，防止物料掛壁。 當(dāng)需要的傳熱面積較大，單靠夾套面積不能滿足需求時，可采用內(nèi)置傳熱裝置的方法增加傳熱面積。內(nèi)置傳熱器的主要型式有蛇管（盤管）式、列管式、直管式、傳熱環(huán)等多種型式。因為反應(yīng)前期反應(yīng)體系的黏度不大，因此本設(shè)計采用列管式換熱器。 EG 進(jìn)料管道的選型 由《化工原理》查得， 20℃時 ,ρ＝ 1113 kg/m3，μ ＥＧ ＝ 23 mPa s，屬于高黏度液體， 查《聚合物合成工藝設(shè)計》，取 u＝ m/ VS＝ WS/ρ＝ kg h1247。 1113kg m3247。 3600s＝ m3/s d＝ (4VS/π u)1/2＝ [4 247。 ( )]1/2＝ m＝ mm 式中 WS —— EG 的質(zhì)量流量； VS—— EG 的體積流量。 根據(jù)《化工設(shè)備機(jī)械基 礎(chǔ)》附錄 7，采用Ф 80 3mm 的熱軋無縫鋼管。 第六章 聚酯生產(chǎn)的三廢處理 聚酯生產(chǎn)的三廢處理 國內(nèi)聚酯生產(chǎn)初期 ,由于生產(chǎn)不穩(wěn)定 ,廢水排放失控 ,廢水處理裝置故障多 ,廢水處理處于癱瘓狀態(tài) .隨著生產(chǎn)的穩(wěn)定 ,廢水排放的嚴(yán)格控制 ,設(shè)備和工藝的整改 ,廢水處理實現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放 .廢渣的處理也要做好 ,否則會造成二次污染 .因安全技術(shù)原因 ,目前未能進(jìn)行廢氣燃燒處理 . PET 生產(chǎn)中廢水的來源主要是：熱媒真空噴射水、鍋爐排放水、縮聚真空噴射水、酯化廢水汽提排放、 EG 和 TEG 回收廢水等。廢水處理主要有定期排放、經(jīng)廢水處 理塔和廢水處理站進(jìn)行處理。從歷史上看，如果生產(chǎn)穩(wěn)定、質(zhì)量穩(wěn)定，則廢水狀況明顯好轉(zhuǎn)，因此在主工藝上，力求穩(wěn)定生產(chǎn)，減少排放，減少開停車，減少一切意外事故的發(fā)生，只有在生產(chǎn)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，落地漿料，過濾器的清洗次數(shù)，各種不正常的大量排放才能得到有效的控制， 錯誤 !未指定書簽。 與聚酯生產(chǎn)廢水比較，廢渣的量較少，但隨著生產(chǎn)的繼續(xù)，廢渣不斷增多，處理不好，容易造成二次污染，廢渣量的多少，和生產(chǎn)量有直接關(guān)系，正常生產(chǎn)，各類過濾器清洗極少，工藝管道基本不用拆清，因而工藝排放極少，則落地 PTA、漿料等排放物極少。根據(jù)生產(chǎn)情況，廢渣主要有三個來 源，相應(yīng)有三種處理方法。 廢水中固體廢棄物：廢水中的固體物質(zhì)主要是清洗水中夾帶的 PTA、低聚物，地板清洗水中的二氧化鈦粉，切片粉末等，可靜置分層后處理。 乙二醇中的固體廢棄物：日常生產(chǎn)，會有較多的工藝清洗。如漿料管線的清洗，酯化過濾器的清洗，預(yù)縮釜、終縮釜的清洗等等。用水清洗之前，必須排放工藝物質(zhì)，排放物大多為 EG 和 PTA 的低聚物，利用建造分離池來處理廢棄物，減少了工人的勞動強(qiáng)度，也有利于 EG的回收，還減少二次污染。 廢料、廢塊：主要有聚酯廢塊和終縮釜、預(yù)縮釜固液分離器中分離的低聚物，可直接袋裝處理。 廢氣 處理：酯化廢水經(jīng)汽提塔汽提后，汽提塔頂部排出大量廢氣，主要成分是乙醛等小分子有機(jī)物。按設(shè)計此部分廢氣應(yīng)送到熱媒爐內(nèi)進(jìn)行焚燒，但因技術(shù)及安全原因，從汽提塔投用至今，汽提尾氣燃燒一直未實現(xiàn)。 燃燒廢氣：第一加強(qiáng)公司爐工的技術(shù)水平，減少不正常的燃燒；二是把好重油質(zhì)量關(guān)，采用低硫重油。 聚酯三廢處理工程實際上是一個系統(tǒng)工程，需要從多方面多層次入手，需要從思想認(rèn)識，措施重視各方面進(jìn)行加強(qiáng)。首先，必須穩(wěn)定生產(chǎn)量，減少三廢數(shù)量，如果生產(chǎn)不正常，無論是廢水、廢渣還是廢氣都大大增多，從而無法全部處理三廢；其次，三廢處理是個綜 合問題，必須全盤考慮，綜合治理，任何生產(chǎn)裝置都有一定的生產(chǎn)能力，污水處理裝置也不例外。因此，必須對三廢產(chǎn)生的所有環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。一切受控，三廢均能處理，任何環(huán)節(jié)的失控，都會影響全局。 良好的三廢處理，既產(chǎn)生良好的社會效益，還產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。如海南興業(yè)對縮聚真空噴射泵水系統(tǒng)進(jìn)行水質(zhì)處理后，增加了該水系統(tǒng)水的循環(huán)利用率，水消耗大大降低，由 1997 年前的每月消耗的 6萬噸水降到以后的每月 3 萬噸，既節(jié)約水資源，還每月節(jié)約水費上萬元。污水的達(dá)標(biāo)排放，改善了周圍的環(huán)境，排污費也從每月上萬元降到幾百元。 聚酯廢料的回收 聚對苯二甲酸乙二醇酯（ PET 或簡稱聚酯）主要用語生產(chǎn)纖維、聚酯瓶、薄膜等。廢聚酯的來源主要有兩部分，一部分是生產(chǎn)加工過程中產(chǎn)生的廢料、邊角料；第二部分則是廢氣的聚酯包裝，如聚酯瓶、聚酯薄膜等。第一種廢聚酯較干凈，可直接再利用；第二種廢料往往帶有污染物，必須經(jīng)過分離先除去污染物和附加物才能進(jìn)行回收利用。 錯誤 !未指定書簽。 廢聚酯的化學(xué)回收方法主要有以下幾種：甲醇醇解法、水解法、醣酵解法和乙二醇解法。 （ 1）甲醇醇解法的原理是利用廢聚酯與甲醇反應(yīng)，得到對苯二甲酸二甲酯和乙二醇。對苯二甲酸二甲酯可轉(zhuǎn)化為對苯二 甲酸或直接用作聚酯原料。甲醇醇解法的化學(xué)反應(yīng)是對苯二甲酸二甲酯與乙二醇發(fā)生酯交換反應(yīng)生成聚酯的逆反應(yīng)。 傳統(tǒng)的甲醇醇解工藝盡管解聚反應(yīng)比較簡單，但產(chǎn)品的提純卻很復(fù)雜。如果用于解聚的聚酯質(zhì)量低，就必須對甲醇、乙二