【導(dǎo)讀】產(chǎn)量為70000t/年，最終獲得的塔頂產(chǎn)品環(huán)己烯和的塔釜產(chǎn)品環(huán)氧環(huán)己烷。設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料，泡點(diǎn)回流，塔釜采用間接蒸汽加熱。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?？刂葡到y(tǒng)也有簡單的介紹。在設(shè)計(jì)中，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。

　　

【正文】 計(jì) 基本數(shù)據(jù)的查取 t1=30℃ ， t2=98℃ 環(huán)氧環(huán) 己烷定性溫度為 （ 30+98） /2=64℃ 此溫度下 cC =（ kg℃ ） 水的進(jìn)口溫度為 ?1T 160℃ ，根據(jù) )tt(Cq)TT(Cq 21cc,m21hh,m ??? ， cC =（ kg℃ ），得水的出口溫度為 ?2T 131℃ 水的定性溫度 （ 160+131） /2=℃ 流徑的選擇 由于高溫加熱劑及壓力高宜走管程，決定原料液走殼程，水走管程。 熱負(fù)荷的計(jì)算 Q=qm,hCc（ t1－ t2） =（ 98－ 30） =580kJ 傳熱溫度差計(jì)算 依照前言中的加熱方案，該原料預(yù)熱器擬采用 U 形管式換熱器。故傳熱推動力如下： 先求逆流時(shí)的平均溫度差： ℃981 6 0 301 3 1ln)9 8 01 6 0()301 3 1(ttlntt39。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 ， t?? ＝ ，故選用單殼程、偶數(shù)管程可行 。 ?tm= tΔ? ?t?m＝ ＝ ℃ 選 K 值，估算傳熱面積 取 K=400W/m2?℃ 28 23m 10580tK QS ??????計(jì) 初選換熱器型號 由于兩流體溫差大于 50℃ ，可選用 U 型管式換熱器，由 U 型管式換熱器的標(biāo)準(zhǔn)系列，初選換熱器型號為： 。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。 接管的計(jì)算與選擇 進(jìn)料管的選擇 進(jìn)料的體積流率： s/ 3L F mL F ms ?? ???? 料液在進(jìn)液管內(nèi)的流速 u=，則 s ?????? 按照 GB8163— 87，選擇冷軋無縫鋼管 ?? 核算 s/m7 2 5 0 0 4 22s ??????，在 ~，可用。 回流管的選擇 冷凝器安裝在塔頂時(shí)，回流液在管道中的流速一般不能過高，否則冷凝器高度也要相應(yīng)提高。 回流液的體積流率： s/m0 0 2 6 0 0 6 0 0MLL 3L DmL Dms ?? ???? 回流液在管內(nèi)的流速 u=，則 m0 0 02 s ?????? 按照 GB8163— 87，選擇冷軋無縫鋼管 4108?? 核算 s/ 0 0 0 9 22s ??????，在 ~，可用。 塔釜出液管的選擇 出料液的體積流率： s/ ML39。L39。 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 4133?? 核算 s/ 39。L4u 22s ??????，在 ~，可用。 塔頂蒸汽出口管 從塔頂至全凝器的蒸汽管，尺寸必須適合，以免產(chǎn)生過大壓降，特別在減壓過程中，過大壓降會影響塔的真空度。 出口蒸汽的體積流率： s/ 6 0 0 )( 6 0 0V R TV 3DDs ?? ????? 出口蒸汽在管內(nèi)的流速 u=18m/s，則 m26 97 s ?????? 按照 GB8163— 87，選擇冷軋無縫鋼管 8273?? 核算 s/ 6 9 7 22s ??????，在 ~，可用。 加熱蒸汽管的選擇 加熱蒸汽的體積流率： s/ )( RT39。VV39。 3WWs ?? ????? 加熱蒸汽在管內(nèi)的流速 u=15m/s，則 39。4d s ?????? 按照 GB8163— 87，選擇冷軋無縫鋼管 8273?? 核算 s/ 39。4u22s ??????，在 12~20m/s 之間，可用。 30 第 4 章 自動控制系統(tǒng) 自動控制概述及要求 要對精餾塔實(shí)施有效的自動控制，必須首先了解精餾塔的控制目標(biāo)。精餾塔的控制目標(biāo)一般從質(zhì)量指標(biāo)，產(chǎn)品產(chǎn)量和能量消耗消耗三方面考慮。任 何精餾塔的操作情況同時(shí)受約素條件的制約，因此，在考慮精餾塔控制方案時(shí)，一定要把這些因素考慮進(jìn)去。 （ 1）質(zhì)量指標(biāo) 質(zhì)量指標(biāo)必須符合規(guī)定的要求。一般應(yīng)是塔頂或塔底產(chǎn)品之一達(dá)到規(guī)定的純度，要求另一個(gè)產(chǎn)品也應(yīng)該維持在規(guī)定的范圍之內(nèi)，或者塔頂和塔底的產(chǎn)品均應(yīng)保證一定的純度要求。在精餾塔操作中使產(chǎn)品合格顯然是重要的。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。但絕不是說質(zhì)量越高越好。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，主要是能量消耗會增加很多。因此，總的價(jià)值反倒下降 了。由此可見，除了要考慮使產(chǎn)品符合規(guī)格外，還應(yīng)同時(shí)考慮產(chǎn)品的產(chǎn)量和能量消耗。 （ 2）產(chǎn)量指標(biāo) 產(chǎn)品產(chǎn)量亦即回收率在達(dá)到一定質(zhì)量指標(biāo)要求的前提下，應(yīng)盡可能高，這對于提高經(jīng)濟(jì)效益顯然是有利的。 產(chǎn)品的回收率定義為產(chǎn)品量與進(jìn)料中該產(chǎn)品組分量之比。 （ 3）能耗要求和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 精餾過程中消耗的能量，主要是再沸器的加熱量和冷凝器的冷卻量消耗；此外，他和附屬設(shè)備及管線也要散失部分能量。 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。且任何事物總有一定限度的。 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)品回收率就增長不多了。應(yīng)當(dāng)指出，精餾塔的操作情況，必須從整個(gè)經(jīng)濟(jì)效益來衡量。在精餾操作中，質(zhì)量指標(biāo)產(chǎn)品，回收率和能量消耗均是要控制的目標(biāo)。其中質(zhì)量指標(biāo)是必要條件，在質(zhì)量指標(biāo)一定的條件下，應(yīng)使產(chǎn)品的產(chǎn)量盡可能提高一些，同時(shí)能量消耗盡可能低一些。 （ 4）約束條件 為保證正常操作，需規(guī)定某些參數(shù)的極限值，并作為約束條件。塔內(nèi)氣體的流速過低時(shí)，對于某些師板精餾塔會產(chǎn)生漏液現(xiàn)象，從而影響操作。由于塔板上液層增高，氣相通過液層的阻力增大，因而可用測量差 壓的方法檢測塔的液泛現(xiàn)像。當(dāng)差壓過高時(shí)， 31 則通過差壓控制系統(tǒng)減小氣體流速。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。為精餾過程提供能量的再沸器和冷凝器，也都從在一定限制。再沸器的加熱，受塔壓；同時(shí)在沸器兩側(cè)間的溫差不能超過其臨界溫差，否則會導(dǎo)致給熱系數(shù)下降，傳熱量降低。對冷凝器冷卻能力影響最大的是冷卻介質(zhì)的溫度。而在介質(zhì)條件不變時(shí)，又與塔的操作壓力有關(guān)；同時(shí)餾出產(chǎn)品組分的變化也將影響到冷凝器的冷卻能力限制。在確定精餾塔的控制方案時(shí)，必須考慮到上述的約束條件，以使精餾塔工作與正常 操作區(qū)內(nèi)。 （ 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。影響物料平衡的因素包括進(jìn)料塔和進(jìn)料成分的變化，頂部流出物及底部出料的變化。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。同時(shí)，物料平衡和能量平衡之間又是相互影響的。 自動控制設(shè)計(jì) 由于主要產(chǎn)品是塔底采出液且全部為液相進(jìn)料，實(shí)際操作回流比大于最小回流比，所以采用提餾段指標(biāo)的控制方案，以提餾段塔板溫度為被控變量， 加熱蒸汽量為操作量（ VS,），控制 VS,用定值控制來保持塔頂回流量 LS恒定 。 除了主要控制系統(tǒng)外，還有幾個(gè)輔助控制系統(tǒng)，對進(jìn)料量 F 和塔頂餾出液 D，按物料平衡關(guān)系各設(shè)有液位調(diào)節(jié)器做均勻控制： 塔底采出量（環(huán)氧環(huán)己烷產(chǎn)量） W 為定值控制 。 在塔頂設(shè)有壓力控制系統(tǒng)，以維持塔壓恒定 。 提餾段控溫時(shí)，回流量采用定制控制，保持塔底產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)在規(guī)定范圍內(nèi)。 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)過程中各種對象在廠區(qū)中的 位置，以獲得最合理的物料和人員的流動路線，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。 總平面布置圖又稱廠區(qū)布置，將生產(chǎn)、運(yùn)輸、安全、衛(wèi)生、管理各部門及車間進(jìn)行統(tǒng)籌安排，尋求物料和人員的最佳流動布局，因此是全局性的?？倛D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。 布置原則及方法 為 使化工廠運(yùn)轉(zhuǎn)正常，綜合利用廠區(qū)的各種有利因素，廠區(qū)的布置原則如下： （ 1） 滿足生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)囊? 符合生產(chǎn)工藝流程的要求，避免生產(chǎn)流程的交叉往復(fù)，使物料的輸送距離盡可能做到最短； 供水、供熱、供電、供汽及其他公用設(shè)施盡可能靠近負(fù)荷中心，使公用工程介質(zhì)的運(yùn)輸距離最小； 廠區(qū)內(nèi)的道路徑直短捷，人流與貨流之間避免交叉和迂回。貨運(yùn)量大，車輛往返頻繁的設(shè)施宜靠近廠區(qū)邊緣地段； 廠區(qū)布置還要求廠容整齊，廠區(qū)環(huán)境優(yōu)美，布置緊湊，用地節(jié)約。 （ 2） 滿足安全和衛(wèi)生要求 化工廠生產(chǎn)具有易燃、易爆和有毒有害等特點(diǎn)，廠區(qū)布置應(yīng)嚴(yán)格遵 守防火、衛(wèi)生等安全規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)印有關(guān)規(guī)定； 火災(zāi)危險(xiǎn)性較大的車間與其他車間的間距應(yīng)按規(guī)定的安全距離設(shè)計(jì)； 經(jīng)常散發(fā)可燃?xì)怏w的場所，如易燃液體罐區(qū)等，應(yīng)遠(yuǎn)離各類明火源； 火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)性較大和散發(fā)有毒害氣體的車間、裝置，應(yīng)盡量采用露天或半敞開的布置； 環(huán)境潔凈要求較高的工廠應(yīng)與污染源保持較大的距離。 33 （ 3） 滿足有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范 總平面布置圖的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。常用的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范有：建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、《工礦企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》、《化工企業(yè)總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)規(guī)范》、《煉油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、《石油化工企業(yè)設(shè) 計(jì)防火規(guī)范》、《廠礦道路設(shè)計(jì)規(guī)范》、《工業(yè)企業(yè)衛(wèi)生防護(hù)距離標(biāo)準(zhǔn)》。 （ 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。 （ 5） 滿足工廠發(fā)展的要求 為適應(yīng)市場的激烈競爭，化工廠布置應(yīng)為工廠的發(fā)展留有余地。 （ 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，裝卸對高程的要求。設(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)盡量與自然地形相適應(yīng)，力求使場地的土石方工程量最小。 綜合考慮廠區(qū)布置如下： 圖 廠區(qū)布置圖 34 結(jié) 論 針對雙氧水催化氧化環(huán)己烯合成環(huán) 氧環(huán)己烷的反應(yīng)產(chǎn)物，提出了采用常壓精餾工藝分離精制環(huán)氧環(huán)己烷，并自行設(shè)計(jì)了精餾塔及相關(guān)設(shè)備。相關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便由環(huán)氧環(huán)己烷的年產(chǎn)量，依據(jù)物料衡算、熱量衡算、相關(guān)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)估算或?qū)嶒?yàn)資料，經(jīng)由計(jì)算分析確定各個(gè)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)與類型，最終確定出能夠完成環(huán)氧環(huán)己烷精制工段的工藝流程。 本設(shè)計(jì) 中涉及到數(shù)據(jù)均是經(jīng)過查詢相關(guān)技術(shù)手冊和嚴(yán)密考證得到，計(jì)算中的估算數(shù)據(jù)也是經(jīng)過試差得到，計(jì)算過程嚴(yán)謹(jǐn)，能夠達(dá)到環(huán)氧環(huán)己烷精制工段工藝設(shè)計(jì)的要求，最終使純度達(dá)到 98％ 。 其精餾工藝可滿足所設(shè)計(jì)的環(huán)氧環(huán)己烷精制的要求 ，可作為工業(yè)生產(chǎn)的依據(jù) 。 （ 1） 本設(shè)計(jì)采用泡點(diǎn)進(jìn)料。 （ 2） 塔釜采用間接蒸汽加熱。 （ 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 。 （ 4） 本設(shè)計(jì)還對一些輔助設(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。 35 參考文獻(xiàn) [1]王亞新，張結(jié)實(shí) .環(huán)氧環(huán)己烷的市場分析與應(yīng)用前景 [J].化工新型材料， 20xx， 36（ 6） ： 1920. 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