【導(dǎo)讀】設(shè)計(jì)是年產(chǎn)3萬噸環(huán)氧丙烷的工藝設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)采用了氯醇法進(jìn)行環(huán)氧。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。理以及經(jīng)濟(jì)合算等問題。設(shè)計(jì)說明書共有八章。介紹了環(huán)氧丙烷生產(chǎn)工藝流程的選擇和論證，計(jì)算和選型，最后對(duì)該工藝流程的安全生產(chǎn)和三廢處理作了相關(guān)說明。

　　

【正文】 和 kmol的水。 所以總體需要?dú)溲趸}為 += kmol，在本設(shè)計(jì)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 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 ： 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 生成水的量 kmol/h 生成環(huán)氧丙烷的量 kmol/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 氫氧化鈣 二氯丙烷 氯丙醇 氯化氫 環(huán)氧丙烷 0 0 組分 kmol/h kg/h 水 氫氧化鈣 二氯丙烷 氯丙醇 0 0 氯化氫 0 0 環(huán) 氧丙烷 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 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(jì)時(shí)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。 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 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 28 回收塔的衡算 ： 考慮到成品有時(shí)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(shí)要求塔頂出料環(huán)氧丙烷含量大于 99%，塔底含量小于1%。計(jì)算時(shí)分別取 99%和 1%。 ：環(huán)氧丙烷 kmol/h 水和其他 kmol/h 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 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 29 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 水和其他 水和 其他 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 30 第五章 熱量衡算 皂化第一冷凝器 環(huán)氧丙烷： ℃ 水 ： kg/h kmol/h 100℃ 二氯丙烷 ： ℃ 工藝?yán)渌? ℃ 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 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 31 Q 總 =（ ++） 103 =103= kw 設(shè)計(jì)時(shí)取傳熱損失 5% Q 總 =103=103 kJ (2)冷卻水出水溫度的計(jì)算 Q=WCp△ t （ t25） =65031000/() t= ℃ (3)換熱面積的計(jì)算 （以逆流算） 被加熱介質(zhì)： 25 ℃ → ℃ 加熱介質(zhì) ： 100 ℃ → 56 ℃ t= ? ? ? ?? ? 0 0 ??? /ln ? ? ? ?? ?2556/ 0 0 ?? = ℃ 由 文獻(xiàn) [12,156～ 165]可知 K 取 1000 W/ S= ? ?tmKQ ?/ = 皂化第二冷凝器 進(jìn)料 環(huán)氧丙烷 ℃ 冷凍 水 ℃ （由化學(xué)手冊(cè)查到冷凍水一般 7～ 12 ℃ ，這里我們?nèi)?10 ℃ ） 設(shè)出料環(huán)氧丙烷冷凝 80%，冷凝后溫度為 27 ℃ 出料 環(huán)氧丙烷（ g） 20% 27 ℃ 環(huán)氧丙烷（ l） 80% 27 ℃ 冷凍水 ℃ 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 32 2．計(jì)算 （ 1）熱平衡 Q1=（ 5627） = kJ (2)環(huán)氧丙烷的相變熱 Q2=1000=105 kJ Q= Q1+Q2=+105=105 kJ 取熱損失為 5%， Q 總 =Q/=105 kJ (2)換熱面積的計(jì)算 ? ? ? ?? ?10271556 ????? t /ln? ? ? ?1027/1556 ?? = ℃ 同上 由文獻(xiàn) [12]可知 取 K=1000 S= ? ?tmKQ ?/ =100000/3600/= m2 (3)冷凍水的用量 W=105/(1510)/= kJ 皂化第三冷凝器 進(jìn)料 環(huán)氧丙烷 20% 27 ℃ 出料 環(huán)氧丙烷 20% 10 ℃ 設(shè)冷凍鹽水進(jìn)料溫度為 5 ℃ ，出料時(shí) 12 ℃ 。 （ 1）熱平衡 環(huán)氧丙烷的降溫冷凝熱為 20%（ 2710） +20%1000= kJ 取損失為 5%，則 Q 為 （ 2）換熱面積的計(jì)算 ? ? ? ?? ?5101227 ????? t / ? ? ?510/1227ln ?= ℃ 同上 由文獻(xiàn) [12,156～ 165]， 取 K=1000 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 33 S= ? ?tmKQ ?/ =100000/3600/= m2 (3)冷凍鹽水的量 W=(125)/= kJ 工藝水加熱器 進(jìn)料 工藝水 kg/h kmol/h 25 ℃ 加熱蒸汽取 140 ℃ , 以 kmol/h 通入。 出料 工藝水 40 ℃ （ 1）工藝水升溫?zé)? =（ 4025） =設(shè)傳熱時(shí)熱損失為 5% == kw (2)傳熱面積的計(jì)算 加熱介質(zhì)： 140 ℃ →80 ℃ 被加熱介質(zhì) 25 ℃ →40 ℃ ? ? ? ?? ?2580401 4 0 ????? t / ? ? ? ?2580/40140ln ?? = 同時(shí)由 文獻(xiàn) [12]可知 取 K=3000 S= ? ?tmKQ ?/ = 1kg 該蒸汽冷凝到 80 ℃ 放出的熱量為： qmr+1000/18(14080)/1000=1000000/qm 得蒸汽的量為 kg/h 皂化塔熱量衡算 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 34 ： 進(jìn)料氯丙醇，氫氧化鈣溶液為 80 ℃ ，設(shè)反應(yīng)全在皂化塔中進(jìn)行（即在混合器中不反應(yīng)）物質(zhì)的進(jìn)出料組成見皂化塔物料衡算表 。 ： 各物質(zhì)的參數(shù)表如下 表 [14]： 表 各物質(zhì)熱力學(xué)數(shù)據(jù)表 物質(zhì) CP(J/) 物質(zhì) CP(J/) 水 二氯丙烷 環(huán)氧丙烷 氫氧化鈣 氯化鈣 738 塔 頂 物 質(zhì)的 平 均比 熱為 ： 31%+65%+4%= J/（塔頂主要為環(huán)氧丙烷出料，但水的比例還是占 31%） 塔底物質(zhì)的平均比熱為： %+%+738%= J/（塔底水的比例非常大，幾乎占了 %） 氫氧化鈣和氯化氫的反應(yīng)熱為 1000=106 kJ 氫氧化鈣和氯丙醇的反應(yīng)熱為 331000=106 kJ 所以塔內(nèi)反應(yīng)共生成熱為 106+106=106 kJ 將塔內(nèi)物料加熱到所需溫度吸收的熱量為： 塔頂水汽化熱為： 1000=106 kJ 塔頂二氯丙烷的汽化熱為 1000= kJ 塔頂物料升溫?zé)釣? （ ++） （ 10080） =106 kJ 塔底物料的升溫?zé)釣? （ ++） （ 10580） =106 kJ 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 35 皂化塔共需補(bǔ)償?shù)臒崃繛? 106+106++106+106 kJ =106kJ 設(shè)實(shí)際生產(chǎn)中，熱損失為 5%， 則補(bǔ)償量為 106=106 kJ 共需 140 ℃ 的水蒸氣為 106/(14080) 18=142526 kg/h 另閃蒸罐將塔底物料降為 95 ℃ ， 回收節(jié)約蒸汽為：（ 10595） = kg/h 則共需蒸汽 == kg/h 成品塔的熱量衡算 ： 進(jìn)出料組成見成品塔物料衡算表 設(shè)進(jìn)料溫度 15 ℃ ，塔頂出料 35 ℃ ，塔底出料 80 ℃ 。 （ 1）熱平衡 成品塔中無化學(xué)反應(yīng)，成品塔再沸器要提供的熱量為塔內(nèi)各物種的升溫?zé)岷推療帷? 環(huán)氧丙烷的升溫，汽化熱為： （ 3515） +（ 8015） = 二氯丙烷和水的升溫?zé)幔ㄒ蚨缺榈暮亢苌?，?jì)算時(shí)按純水計(jì)算） （ 3515） +（ 8015） = 成品塔需要提供的 熱量為 += 取傳熱效率為 5%，外界蒸汽提供熱量為 （ 2）換熱面積的計(jì)算 被加熱介質(zhì)溫度取恒溫 80 ℃ ， 加熱蒸汽為 140 ℃ 的水蒸汽，加熱介質(zhì)后冷凝為 100 ℃ 。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 36 ? ? )20/60ln(/2060 ??? t = ℃ 依 文獻(xiàn) [12,156～ 165]可知 取 K=1000 S= ? ?tmKQ ?/ =1000= m2 （ 3）需要蒸汽量的計(jì)算 1kg140 ℃ 的水蒸汽冷凝至 100 ℃ 放出的熱量為： +1000/18(140100)/1000= 蒸汽的量為： 回收塔的熱量衡算 ： 進(jìn)出料組成見回收塔物料衡算表 物質(zhì)的進(jìn)料溫度為 20 ℃ （ 1）熱平衡 1）環(huán)氧丙烷的汽化升溫?zé)釣椋? (3520)+(8020)= 2）水的升溫?zé)釣? 15+60= 回收塔需要提供的熱量為： += 取熱損失為 5%，則需總熱量為： ()= （ 2）換熱面積的計(jì)算 1）加熱介質(zhì)看做恒溫 80 ℃ ，加熱介質(zhì)水蒸汽為 140～ 100 ℃ 。 2） ? ? )20/60ln(/2060 ??? t = ℃ 3）依 文獻(xiàn) [12,156～ 165]可知 取 K=1000 4） S= ? ?tmKQ ?/ =1000= m2 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 37 （ 3）蒸汽耗量的計(jì)算為： 蒸汽耗量總表 蒸汽的耗量見表 。 表 蒸汽耗量表 項(xiàng)目 kmol/h kg/h 工藝水熱耗蒸汽 皂化塔加熱器耗蒸汽 成品塔再沸器耗蒸汽 回收塔再沸器耗蒸汽