【導(dǎo)讀】化工設(shè)計；化工原理；化工設(shè)備選型；化工手冊；設(shè)計說明書規(guī)范、整潔，文字力求簡練；嚴(yán)格按照湖南科技大學(xué)論文格式撰寫論文；[主要對學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）的工作態(tài)度，研究內(nèi)容與方法，工作量，文獻(xiàn)應(yīng)用，創(chuàng)新性，實用性，本設(shè)計是年產(chǎn)萬噸環(huán)氧丙烷的工藝設(shè)計。設(shè)計采用了氯醇法進(jìn)行環(huán)氧丙烷的生。主要是利用氯氣和水反應(yīng)生成次氯酸，然后利用次氯酸與丙烯反應(yīng)生成氯丙醇，氯。丙醇再進(jìn)入皂化塔與氫氧化鈣反應(yīng)生成產(chǎn)品環(huán)氧丙烷。介紹了環(huán)氧丙烷生產(chǎn)工藝流程的選擇和論證，對整個工藝裝。流程的安全生產(chǎn)和三廢處理作了相關(guān)說明。環(huán)氧丙烷的實際意義·························&#

　　

【正文】 圖 氯醇法工序流程示意圖 工藝水在熱交換器 1 中和來自皂化塔的熱廢液進(jìn)行熱交換 ， 并預(yù)熱到約 40 ℃ ， 然后 泵入管式反應(yīng)器 2， 此后將氣態(tài)氯噴入管式反應(yīng)器和工藝水混合 ， 再將丙烯氣體噴入管式反應(yīng)器與氯水反應(yīng)。新供給的丙烯稍比氯氣過量。 在管式反應(yīng)器中 ， 大約進(jìn)行了全部氯醇化反應(yīng)的 45%。 反應(yīng)溶液、含在氯氣和丙烯氣中的氣體雜質(zhì)被新加入的工藝水排出管式反應(yīng)器并送入塔式反應(yīng)器 3。 在塔式反應(yīng)器中進(jìn)行剩下的 55%的氯醇化反應(yīng) 。 氯氣和丙烯經(jīng)各自的分散噴嘴噴入塔式反應(yīng)器 ， 反應(yīng)后過剩的丙烯氣從塔式反應(yīng)器頂部引出 ， 然后經(jīng)冷凝器 5 冷凝 ， 并經(jīng)分離器 7 分離排除副產(chǎn)物 （ 二氯丙烷 ） 后 ， 由循環(huán)氣鼓風(fēng) 機(jī) 4 加壓循環(huán)再使用。排出的30%NaOH 去焚燒裝置 尾氣排放或 氯丙醇 循環(huán)氣 去皂化工序 4Wt% 65℃氯丙醇 循環(huán)氣 循環(huán)氣 工藝水 氯氣 丙烯氣 1 2 3 4 5 6 7 9 8 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 副產(chǎn)物被送至貯罐 8 中。 利用循環(huán)氣體的氣升效應(yīng)使塔式反應(yīng)器內(nèi)的大量反應(yīng)液循環(huán) ，同時該工序裝有一套在線分析儀 ， 以監(jiān)視循環(huán)氣中丙烯和雜質(zhì)的濃度 ， 當(dāng)雜質(zhì)濃度過高時 ， 將部分循環(huán)氣排至工序之外。 為進(jìn)一步提高丙烯的利用率 ， 最大限度地回收排放尾氣中的丙烯氣 ， 設(shè)置了第二氯醇化塔 。 預(yù)熱到約 40 ℃ 的工藝水與噴入的氯氣混合 ， 變成氯水后進(jìn)入 氯醇化塔底部 ，再將含有丙烯氣的循環(huán)氣噴入第二氯醇化塔 ， 再進(jìn)行氯醇化反應(yīng) ， 反應(yīng)液經(jīng)除害塔 9 用30%Ca(OH)2 堿洗除去鹽酸和氯氣后 ， 氯丙醇溶液從除害塔底排出泵入塔式反應(yīng)器 ， 除害塔頂引出的尾氣丙烷排至大氣或送至焚燒裝 置。 氯醇化反應(yīng)產(chǎn)生的氯丙醇大約是 4%， 65 ℃ 的溶液 ， 并含有幾乎等摩爾的鹽酸。 經(jīng)氯醇過熱器由直接蒸發(fā)調(diào)節(jié)閥加熱并控制溫度約 80 ℃ 。 該溶液將送至下一個工序（皂化工序） 皂化工序 皂化工序流程示意圖 見圖 貯槽 皂化塔 閃蒸罐 再沸器 加熱器 貯槽 圖 皂化工序流程示意圖 氯丙醇溶液在貯槽 1 中貯存一段時間，然后從貯槽抽出規(guī)定量的氯丙醇與處理后的電石渣混合后送人環(huán)氧丙烷皂化塔 2。 環(huán)氧丙烷皂化塔有 3 個作 用 ： 中約 2%的鹽酸 ， ， 也就是進(jìn)行皂化反應(yīng) ， 3. 蒸餾分 離， 迅速將生成的環(huán)氧丙烷取出 ， 與廢水分離并濃縮。 水蒸汽由塔底吹入 ， 作為皂化反應(yīng)和蒸餾分離的熱源。皂化塔是一個篩板塔 ， 為減少蒸汽消耗和提高環(huán)氧丙烷分離效率 ， 在減壓下操作。反應(yīng)產(chǎn)生的粗環(huán)氧丙烷自塔頂以 3 4 5 6 1 2 氯丙醇 處理后電石渣 水蒸氣 蒸汽 80℃廢水 廢水 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 90%～ 95%的濃度餾出 ，塔頂氣相物料先至第一冷凝器，用工藝水冷卻至約 56 ℃ ，冷凝液流入第三冷凝器用冷凍鹽水冷至 10 ℃ 左右，不凝氣體通過尾氣排入大氣，冷凝液則流入 貯槽 6。 為了防止減壓操作下吸入空氣與環(huán)氧丙烷形 成爆炸組成 ， 裝有一套在線氧分析儀 ， 隨時監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)氧濃度 ， 以便監(jiān)控氧氣濃度。當(dāng)氧氣濃度上升時 ， 則往塔內(nèi)通入氮?dú)?， 以維持塔內(nèi)壓力處于正常 ， 并確保安全。 皂化廢水含 4%氯化鈣 ， 過剩的 氫氧化鈣 和電石渣夾帶的雜質(zhì) ， 由皂化塔底排出。 由于環(huán) 氧丙烷皂化塔在減壓下操作 ， 所以廢水中化學(xué)含氧量和生物含氧量值較低。 （塔釜溫度在 105 ℃ ）。 從塔底出來的廢水溫度大約為 80 ℃ ，廢水經(jīng)經(jīng)閃蒸罐 3 閃蒸后產(chǎn)生蒸汽并回收。廢水大量的顯熱被用于環(huán)氧丙烷前餾塔再沸器 4 作為熱源 ， 并且當(dāng)電石渣被送到汽提塔時也作為電石渣加熱器 5 的 熱源。熱量回收后的廢水被送入廢水預(yù)處理工序。 精制工序 精制工序具體流程 見圖 前餾塔 再沸器 精餾塔 分離器 油貯器 水貯罐 冷凝器 檢驗槽 貯槽 回收塔 圖 精制工序流程示意圖 工序生產(chǎn)的粗環(huán)氧丙烷送至前餾 塔 1。環(huán)氧丙烷前餾塔的再沸器 2 用皂化廢水的熱量加熱。 前餾塔底排出的液體進(jìn)入精餾塔 3， 環(huán)氧丙烷由塔 1 和 3 頂部餾出 ， 高沸物以精餾塔底部排出。高沸物含 PDC、 PCH、 DCIP、水等物 ， 經(jīng)油水分離器 4 分離為兩層，即油層和水層 ， 兩層物料分別貯于油貯槽 5 和水貯槽 6。 水 油 85℃ 50℃ 粗環(huán)氧丙烷 環(huán)氧丙烷 環(huán)氧丙烷 7 7 8 1 3 2 4 5 6 9 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 環(huán)氧丙烷前餾塔 1 和精餾塔 3 均為撓性一板式塔 ， 并且在常壓下操作 ， 塔 1 和 3 底部液體溫度分別約為 15 ℃ 和 80 ℃ ， 并且不會因為分解引起產(chǎn)品變質(zhì)。在塔 1 和 3 頂部餾出的環(huán)氧丙 烷經(jīng)冷凝器 7 冷卻至 10 ℃ 以下存人檢驗槽 8，經(jīng)質(zhì)量檢查合格后送入環(huán)氧丙烷貯槽 ， 有一部分不合格的進(jìn)入回收塔精餾后再進(jìn)入貯槽 。 電石渣預(yù)處理工序 氯丙醇皂化用的電石渣通過管線從界區(qū)外供應(yīng)到裝置內(nèi)。電石渣由加熱器 1 加熱后（ =70 ℃ ） 加入電石 渣汽提塔 2， 在汽提塔內(nèi) ， 電石渣中的乙炔和氨被從塔底吹入的大量空氣和水蒸汽汽提吹出。脫除乙炔和氨后電石渣被送入電石渣增稠器 3， 在增稠器中氫氧化鈣的濃度被濃縮到 15%～ 17%， 增稠了的電石渣由增稠器底部排出 ， 送入濃度調(diào)整槽 5， 然后作為石灰乳用于環(huán)氧丙烷皂化塔。 加熱器 汽提塔 增稠器 溢流罐 濃度調(diào)整槽 圖 電石渣預(yù)處理工序流程圖 廢水預(yù)處理工序 廢水處理工序 見圖 圖 廢水預(yù)處理流程示意圖 增稠器 溢流罐 預(yù)熱器 加熱器 去界外 回收顯熱后皂化廢水 去界外 廢水槽 去皂化塔 處理后電石渣 稠電石渣 水蒸汽 空氣 乙炔、氨排放 ≥ 70℃ 電石渣 1 2 3 4 5 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 來自環(huán)氧丙烷皂化塔的廢水經(jīng)過前餾塔再沸器和電石渣預(yù)處理工序的加熱器回收其熱量后送至廢水增稠器。增稠器的溢流液被送至增稠器的溢流罐 ， 然后在工藝水的預(yù)熱器中回收熱量后被送到廢水槽 ， 此后該廢水被送到界區(qū)外 。 增稠器底部出來的溶液在熱水加熱器 5 中回收熱量后被送到界區(qū)外。 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 第四章 物料衡算部分 計算依據(jù) ： 生產(chǎn)能力： 年產(chǎn) 25000 噸的環(huán)氧丙烷 年工作日： 以 300 天計算 日產(chǎn)量： 250001000/300=104kg 小時產(chǎn)量： 104/24= kg 由主副反應(yīng)可以知道，副產(chǎn)物主要是二氯丙烷和氯化氫，我們這里也只考慮二氯丙烷和氯化氫。 從前面的工藝說明我們可以知道， 在管式反應(yīng)器中氯醇法反應(yīng)了 45%，在塔式反應(yīng)器以及利用了 氯醇化塔的反應(yīng)產(chǎn)物的進(jìn)入，相當(dāng)于反應(yīng)了 55%，因此在計算過程中把管式反應(yīng)器作為第 1 部分，而塔式反應(yīng)器 +氯醇化塔作為第 2 部分。 倒推法計算： 由于皂化反應(yīng)后生成的粗環(huán)氧丙烷只以 90%～ 95%的濃度進(jìn)入了精制工序，我們在這里取以 95%的濃度進(jìn)入。 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 皂化階段：（環(huán)氧丙烷收率： 95%） = kmol 氯醇化反應(yīng)時生成的氯丙 醇 純度為 96%，由主反應(yīng)方程式可知 ， 需生成的氯丙 醇為：（ kmol） 氯氣與丙烯完全反應(yīng)生成氯丙醇的實際用量為 %， 純度為 %， 所以生成的次氯酸為： = kg/h， 所以氯氣的含量為 71/= kg/h 丙烯新供給時比氯氣過量 ，按丙烯 ： 氯氣 =： 1 計算，則丙烯的流量為 = kg/h 第 1 部分的物料衡算 ： 圖 管式反應(yīng)器流程示意圖 第一部分氯醇化進(jìn)行了 45%，則反應(yīng) 生成的氯丙 醇為： = kg/h 反應(yīng)需氯氣為： 71= kg/h 反應(yīng)需丙烯為： 42= kg/h 反應(yīng)需反應(yīng)水為： 18= kg/h 反應(yīng)生成的氯化氫為： = kg/h。 二氯丙烷和水的流量放在總體的物料衡算中計算 。 第 1 部分物料衡算見如下表 ： 表 第 1 部分物料衡算 單位 kg/h 進(jìn)料 出料 氯氣 氯氣 丙烯 丙烯 氯化氫 0 氯化氫 氯丙醇 0 氯丙醇 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 第 2 部分的物料衡算 第二部分的物料衡算基于塔式反應(yīng)器和氯醇塔的工藝流程 (圖 )。 圖 塔式反應(yīng)器和 氯醇 塔流程示意圖 第二部分氯化醇進(jìn)行了 55%， 反應(yīng)生成的氯化醇為： = kg/h 反應(yīng)需氯氣為 ： /71= kg/h 反應(yīng)需丙烯為 ： /42= kg/h 反應(yīng)需反應(yīng)水為： /7118= kg/h 反應(yīng)生成的氯化氫為： = kg/h 第 2 部分物料衡算見如下表 ： 表 第 2 部分物料衡算 單位 kg/h 進(jìn)料 出料 氯氣 氯氣 丙烯 丙烯 氯化氫 氯化氫 氯丙醇 氯丙醇 氯氣的純度為 %, 所以氯氣中的雜質(zhì)含量為： = kg/h 主反應(yīng)只使用了 %的氯氣，還 有 %的氯氣參與了副反應(yīng)， 有 %成為廢氣，有 %的氯氣參與了生成二氯丙烷 的副反應(yīng)， 那么生成的二氯丙 烷為：（ ） 113=氯化氫揮發(fā)了 1%， 剩余的溶于水成為鹽酸溶液， 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 鹽酸液為： （ ） =由工藝說明可知氯丙醇濃度為 4%，純度為 96%，則氯丙醇為 （ ） ，則水的流量為 ； 鹽酸為 2%， 鹽酸為 （ ） ， 則水的流量為 118552kg/h， 按理論計算可知， 需要 水的流量為 +118552++ =(27 立方米每小時 )。 水和二氯丙烷總的物料衡算見下表 ： 表 水和二氯丙烷物料衡算表 單位 kg/h 進(jìn)料 出料 二氯丙烷 0 二氯丙烷 水 270000 水 皂化塔的物料衡算 ：環(huán)氧丙烷，二氯丙烷，少量的水。 ： 氯化鈣 ， 氫氧化鈣，電石渣 ， 大量的水 設(shè)計時設(shè)氯丙醇的轉(zhuǎn)化率為 100%，另取環(huán)氧丙烷，二氯丙烷 100%蒸出 ，水和其他蒸出 1%。 氫氧化鈣在皂化反應(yīng)中的用途： a 與氯丙醇反應(yīng)：實際與氫氧根離子反應(yīng)的氯丙醇為 kmol，因此需要的氫氧化鈣為 kmol，生成了 kmol 的氯化鈣 和 kmol 的水 ； b 與鹽酸反應(yīng)： 由于工業(yè)生產(chǎn)中是利用過量的氫氧化鈣中和 2%的鹽酸液，由第二部分的物料衡算可知鹽酸為 kmol， 在等摩爾的計算中可以得出需要?dú)溲趸} kmol， 生成了 kmol（ kg/h）的氯化 鈣和 kmol 的水 。 所以 總體需要?dú)溲趸}為 += kmol，在本設(shè)計中我們通入 kmol/h的氫氧化鈣進(jìn)入皂化反應(yīng)階段。因此最后剩余 kmol/h()。 氯丙醇 kg/h kmol/h 氫氧化鈣 kg/h kmol/h 二氯丙烷 kg/h kmol/h 氯化氫 kg/h kmol/h 水 kg/h kmol/h ： 和氯丙醇反應(yīng)耗氫氧化鈣的量 kmol/h 生成氯化鈣的量 kmol/h 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 生成水的量 kmol/h 生成環(huán)氧丙烷的量 kmol/h kg/h 和氯化氫反應(yīng)耗氫氧化鈣的量 kmol/h 生成氯化鈣的量 kmol/h 生成水的量 kmol/h （ 1）塔頂 環(huán)氧丙 烷 kg/h kmol/h 二氯丙烷 kg/h kmol/h 水 kg/h kmol/h （ 2） 塔底 水 kg/h kmol/h 氫氧化鈣 kg/h 氯化鈣 kg/h ： 表 皂化塔物料衡算表 進(jìn)料 出料 組分 kmol/h kg/h 水 Ca(OH)2 二氯丙烷 氯丙醇 氯化氫 環(huán)氧丙烷 0 0 組分 kmol/h kg/h 水 Ca(OH)2 二氯丙烷 氯丙醇 0 0 氯化氫 0 0 環(huán)氧丙烷 成品塔的物料衡算 ： 環(huán)氧丙烷 = kg/h kmol/h 水 kg/h kmol/h 二氯丙烷 kg/h kmol/h 設(shè)計時要求環(huán)氧丙烷的含量為 99%（塔頂鎦出液），塔底出料含環(huán)氧丙烷不能超過3%。將進(jìn)料的三組分看成兩組分處理，將二氯丙烷和其他雜質(zhì)也作為水處理。 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 圖 成品塔流程示 意圖 則： =D99%+(FD)3% F=++= 得 D= ： 表 成品塔物料衡算表 進(jìn)料 塔頂出料 塔底出料 組分 環(huán)氧丙烷 水 二氯丙烷 kmol/h kg/h kmol/h kg/h kmol/h kg/h 回收塔的衡算 ： 考慮到成品有時不合格，需打入回收塔重新精餾，設(shè)成品塔出料不合格率為 20%，其含環(huán)氧丙烷為 96%。 則回收塔的進(jìn)料為 環(huán)氧丙烷 20%96%+(FD) 3%= kmol 水和其他 20%4%+(FD) = kmol 回收塔精餾時要求塔頂出料環(huán)氧丙烷含量大于 99%，塔底含量小于 1%。計算時分別取 99%和 1%。 ：環(huán)氧丙烷 kmol/h 水和其他 kmol/h 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 圖 回收塔流程示意圖 與成品塔同理： =D99%+(FD)1% F=+= 得 D= kmol/h,W= kmol/h 表 ： 表 回收塔物料衡算表 進(jìn)料 塔頂出料 塔底出料 組分 kg/h kmol/h 組分 kg/h kmol/h kg/h kmol/h 環(huán)氧丙烷 環(huán)氧 丙烷 15.21 水和其他 水和 其他 398 150.599 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 第五章 熱量衡算 皂化第一冷凝器 環(huán)氧丙烷： kg/h kmol/h 100 ℃ 水 (g) ： kg/h kmol/h 100 ℃ 二氯丙烷 ： kg/h kmol/h 100 ℃ 工藝?yán)渌? kg/h kmol/h 25 ℃ 表 [14]： 表 各組分熱力學(xué)數(shù)據(jù)表 組分 比熱 J/(mol*K） 汽化熱（ kJ/mol） 環(huán)氧丙烷 水 二氯丙烷 298 （ 1）熱平衡 H2O 的冷凝降溫?zé)? Q1=1000+(10056) =103 kJ 環(huán)氧丙烷的降溫?zé)? Q2=1000（ 10056） =103 kJ 二氯丙烷的降溫?zé)? Q3=1000+298(10056) =103 kJ Q 總 =（ ++） 103 =103= kw 設(shè)計時取傳熱損失