年產(chǎn)13000噸鄰苯二甲酸二丁酯生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)(參考版)
2025-06-10 01:26本頁面
【正文】 通過衡算各工序物料平衡和能量平衡，主體設(shè)備酯化反應(yīng)器、蒸餾器選型正確，設(shè)計(jì)合理，滿足工藝要求，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。選擇和確定優(yōu)化的生產(chǎn)工藝流程，對(duì)酯化反應(yīng)進(jìn)行了物料衡算及能量衡算，對(duì)主體設(shè)備酯化反應(yīng)器、蒸餾器進(jìn)行了選型和設(shè)計(jì)計(jì)算。 蒸餾塔的工藝計(jì)算:（1） 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率： 丁醇的摩爾質(zhì)量：=78 kg/kmol 水的摩爾質(zhì)量：=18 kg/kmol （2） 原料液及塔項(xiàng)、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 kg/kmol kg/kmol kg/kmol(3) 精餾塔的參數(shù)計(jì)算結(jié)果如下： 氣相流量：= kmol/h 液相流量：= kmol/h 氣相密度：= kg/ 液相密度：=810 kg/(4) 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算： 采用氣相負(fù)荷因子法計(jì)算適宜的空塔氣速。本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離丁醇水混合物，工業(yè)上采用減壓下水蒸氣蒸餾的辦法，脫醇塔可采用填料塔。表46 烷基化反應(yīng)釜的主要結(jié)構(gòu)尺寸表項(xiàng) 目結(jié)構(gòu)名稱項(xiàng) 目結(jié)構(gòu)名稱容 積筒體高度夾套直徑2200mm夾套高度筒體直徑2000mm保溫材料玻璃棉夾套的筒體和封頭壁厚7mm釜體的筒體和封頭壁厚10保溫層厚度60 蒸餾塔的設(shè)計(jì) 蒸餾塔的確定工業(yè)上，塔設(shè)備主要用于蒸餾和吸收傳質(zhì)單元操作過程。對(duì)于外徑大于1m的圓筒型設(shè)備 壁厚,m； 導(dǎo)熱系數(shù), ℃； 室外總給熱系數(shù),取10℃； 被絕熱管道、設(shè)備外壁溫度，℃； 保溫層外表面溫度，℃； 最熱月平均溫度，℃。 保溫材料的選擇保溫層是為了防止生產(chǎn)過程中的設(shè)備和管道周圍環(huán)境散發(fā)或吸收熱量而進(jìn)行的絕熱過程，主要是用來減少設(shè)備、管道及其附近的熱量損失，以及保證操作人員的安全，改善勞動(dòng)條件，防止?fàn)C傷。(2) 攪拌機(jī)本設(shè)計(jì)攪拌器形式為槳式攪拌器，其轉(zhuǎn)速為50rpm。 攪拌裝置的選擇為了使參加反應(yīng)的物料混合均勻，接觸良好，以加速反應(yīng)的進(jìn)行，需在釜體內(nèi)置攪拌裝置，攪拌裝置由攪拌軸和攪拌器組成，攪拌裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)一般是由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器減速到攪拌器所需要的轉(zhuǎn)速后，再通過聯(lián)軸器來帶動(dòng)。法蘭墊片的選擇：材料用石棉橡膠板，厚=2，其標(biāo)準(zhǔn)為JC12566。有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)，可作為補(bǔ)強(qiáng)金屬截面積計(jì)算，故不需要另行補(bǔ)強(qiáng)。人孔補(bǔ)強(qiáng)校核：由表可知人孔超出不另行補(bǔ)強(qiáng)的最大孔徑范圍，故必須作補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，開孔直徑 d=400+22=404。則許用外力=，故用S封=10mm時(shí)外壓穩(wěn)定安全。考慮到封頭與筒體的焊接方便，取封頭與筒體等壁厚，即S封=10mm。筒體外徑， 筒體高度，L=++=1800+25+500/3=故 =查《過程設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》（華東理工大學(xué)出版社，2006）圖821，由==202可查得系數(shù)A= B=70則許用外壓力MPaP因此壁厚取10mm滿足外壓要求.考慮到壁厚附加量 =+=則筒體壁厚為:,圓整后取S=12mm。工程上筒體和封頭往往取相同厚度，這樣容易焊接。表45 焊接接頭系數(shù)表焊縫結(jié)構(gòu)焊縫系數(shù)全部無損探傷 局部無損傷 不進(jìn)行探傷雙面焊的全焊透對(duì)接焊縫單面焊的對(duì)接焊縫沿焊縫根部全長有點(diǎn)緊貼基本金屬的焊板單面對(duì)焊接根據(jù)鋼板的規(guī)格，選取7mm。釜體的筒體和底封頭既受內(nèi)壓的作用，又受外壓的作用，內(nèi)壓設(shè)計(jì)壓力為P=，設(shè)計(jì)壓力的取法是考慮操作過程中出現(xiàn)的最大壓力差，所以取P=。②確定夾套高度 按式=，圓整后?。健１?1 設(shè)備裝料系數(shù)表?xiàng)l件裝料系數(shù)范圍貯槽和計(jì)量槽～不帶攪拌或攪拌緩慢的反應(yīng)釜～帶攪拌的反應(yīng)釜～易起泡沫在沸騰條件下操作的設(shè)備～表42 幾種反應(yīng)釜的Ht/Di值表種類釜內(nèi)物料類型Ht/Di一般反應(yīng)釜?dú)庖合嘈?～2液固/液液相型1～發(fā)醇釜類～表43 以內(nèi)徑為公稱直徑的橢圓形封頭的尺寸、內(nèi)表面積和容積表公稱直徑曲面高度直邊高度/mm內(nèi)表面積/mm容積/mm190047525200050025(2) 確定筒高比當(dāng)=2000mm，=25mm時(shí)，查得筒體1m高的容積為V=，故按式： =，則Ht/Di=。因反應(yīng)物料為液液反應(yīng)，由表可知，Ht/Di=1～，初選取Ht/Di=，由下面公式計(jì)算:m反應(yīng)釜的內(nèi)徑Di的估算值應(yīng)圓整到公稱直徑系列。 酯化過程主體設(shè)備攪拌反應(yīng)釜的設(shè)計(jì) 攪拌反應(yīng)釜釜體和夾套的設(shè)計(jì)與計(jì)算(1) 確定筒體和封頭首先計(jì)算加入反應(yīng)釜中物料的總面積，苯酐和正丁醇的分額最多，其他的物料可忽略不計(jì)；再計(jì)算反應(yīng)后體積變化，其中苯酐和正丁醇為主要成分，最后通過比較來決定容積的大小?；鶞?zhǔn)：140℃，1h平均熱容值為：DBP 140200℃ 丁醇 140200℃ 水 140200℃ 應(yīng)用加熱容加和性:料液: 塔頂: % 水 取水的熱容: 塔底:98% DBP 取DBP的熱容為: 設(shè)回流比R=L/D=8L= kg/hV=L+D=+= kg/h由汽液平衡數(shù)據(jù)知,%的餾出液沸點(diǎn)為190℃穩(wěn)態(tài)時(shí): 輸入能量=輸出能量 假設(shè)全冷凝,蒸汽=潛熱+顯熱蒸汽在沸點(diǎn)時(shí)的比焓計(jì)算有兩各方法:一為基準(zhǔn)溫度時(shí)的汽化潛熱+將蒸汽加熱到沸點(diǎn)的顯熱。以整個(gè)蒸餾塔，包括冷凝器和再沸器作為系統(tǒng)邊界。=10%= kJ則： =90%=90% kJ則: kJ kJ表34 酯化能量衡算表名稱熱量（吸收熱量為“+”，釋放熱量為“”）/kJ輸入物料焓（）0熱交換量（）過程熱效率（）輸出物料焓（）設(shè)備消耗熱量（）0熱損失（）則: 所以 酯化反應(yīng)釜中能量守恒。 生成物的標(biāo)準(zhǔn)生成熱，KJ/mol； 反應(yīng)物的標(biāo)準(zhǔn)生成熱，KJ/mol。物料化學(xué)變化過程，除化學(xué)反應(yīng)外，往往伴隨著物料狀態(tài)變化熱效率，但本工藝流程中物理過程熱效率較低，可以忽略不計(jì)，則過程熱效率可由下式計(jì)算： －化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)，kJ； －物理過程熱效應(yīng)，kJ?！妫基團(tuán)摩爾熱容值[溫度(25℃)]摩爾熱容值[溫度(70℃)]CH3CH2O (2) 由于是間歇過程，所以較小可以忽略。物料進(jìn)入設(shè)備時(shí)的溫度為25℃,則熱量衡算的基準(zhǔn)為25℃,則: 參考《精細(xì)化工反應(yīng)器及車間工藝設(shè)計(jì)》，利用Missenard法計(jì)算液體定壓比熱容，查取結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。 蒸餾過程的的物料衡算方框圖塔頂產(chǎn)品D水 丁 醇塔底液WDBP 98%水 2% 蒸 餾 塔DBP %丁醇 %水 %原料液F圖22 蒸餾過程的物料衡算圖 蒸餾過程的物料衡算原料液為: DBP= kg 丁醇= kg 水= kg所以:F=DBP平衡:塔底液W=總物料平衡:塔頂產(chǎn)品D=FW==水平衡:出料的水=*2%+= kg丁醇平衡:塔頂蒸出的丁醇為: kg表22 蒸餾過程的物料核算表加入支出序號(hào)物料名稱組成數(shù)量(kg)序號(hào)物料名稱組成數(shù)量(kg)1原
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