【正文】 —參與化學(xué)反應(yīng)的A的物質(zhì)量 —A的物質(zhì)分子量 =()= = =又因此過程吸熱，故 又∵ ∴=表25 反應(yīng)釜的熱量衡算所得數(shù)據(jù)名稱 熱量 000表26 精餾塔的熱量衡算所得數(shù)據(jù)名稱 熱量 000 精餾塔熱量衡算表27 各物質(zhì)在各溫度下的焓值溫度 ℃丁醇丙二醇丁醚二丙二醇丁醚25℃105℃135℃96℃115℃140℃℃ (1) 以減壓塔為研究體系QD2N7N9N5N3QW2N4圖22 減壓塔研究體系圖列熱量衡算方程： (24)對減壓塔進料液列焓方程：= =對塔頂出液列焓方程：= =對塔釜出液列焓方程：=將上面所得值代入公式（24）可得： (2) 以常壓塔、冷凝器和再沸器的常壓塔釜液為研究體系：N8N3N1QW1N2N6QD1圖23 常壓塔釜液研究體系圖列熱量衡算方程： （25）對常壓塔進料液列焓方程：= =對塔頂餾出液列焓方程：= 將上面所得值代入公式（25）得： （3） 以常壓塔冷凝器為研究體系：列熱量平衡方程： (26)回流液： （4） 物料平衡方程：對塔頂全凝液列焓方程：= =將上面所得值代公式（26）得： （5） 以減壓塔冷凝器為體系，列熱量平衡方程： (27) 塔底回流液列焓方程：= = 將上面所得值代入公式（27）得： 表28 反應(yīng)過程中焓的計算表（單位）表29 反應(yīng)過程中精餾塔塔頂和塔釜的熱量出入（單位） 氣液外循環(huán)反應(yīng)器的設(shè)計 反應(yīng)壓力： MPa，反應(yīng)溫度：138 ℃ 反應(yīng)釜的容積 釜內(nèi)混合物密度計算：查得：，則可算得體積： ()，則 反應(yīng)釜筒體高度和直徑的計算（1）反應(yīng)釜筒體直徑的確定 反應(yīng)釜內(nèi)混合物粘度不大，取高徑比。 丁醇的基團結(jié)構(gòu)為（CH3)+3（CH2）+(OH)由上表可算出一定溫度下丁醇的比熱容： 25℃ =（++）/74= ℃ 50℃ =（++）/74= ℃ ℃ =+（）/25（）=℃138℃ =+（）/25（13825）=℃ 同理可得出各物質(zhì)定性溫度下的比熱容，如下表23：比熱容25℃℃138℃丁醇環(huán)氧丙烷丙二醇丁醚表23 各物質(zhì)定性溫度下的比熱容以25 ℃丁醇（l）的標準摩爾生成焓為例，其他物質(zhì)的標準摩爾生成焓計算方法與其相同。第二步：反應(yīng)物料在138 ℃ 恒溫反應(yīng)2 h，熱量衡算基準為138 ℃。 熱量衡算按能量守恒定律，在無軸功條件下，進入系統(tǒng)的能量與離開系統(tǒng)的能量應(yīng)該平衡，在實際中對傳熱設(shè)備的熱量衡算可由下式表示： 式中：所處理的物料帶入設(shè)備中的熱量， 加熱劑或冷卻劑與設(shè)備和物料傳遞的能量（符號規(guī)定加熱劑加入熱量為“+”，冷卻劑吸收熱量為“”） 過程的熱效應(yīng)（符號規(guī)定過程放熱為“+”，過程吸熱為“”，注意與熱烙符號相反，即=.如過程放熱為“”，則為“+”） 離開設(shè)備物料帶走的熱量 設(shè)備各部件所消耗的熱量 設(shè)備向四周散失的熱量，又稱熱損失 本設(shè)計因是間歇生產(chǎn)，以每批處理物料為基準，且熱量衡算和物料衡算相結(jié)合，通過工藝計算，可確定設(shè)備工藝尺寸，如設(shè)備的臺數(shù)、容積、傳熱面積等。對車間設(shè)計，熱量衡算是在物料衡算的基礎(chǔ)上進行的。塔底丙二醇丁醚的質(zhì)量占塔底產(chǎn)品總量的2%，即=2% = 正丁醇質(zhì)量為：= 正丁醇的質(zhì)量分數(shù)：=== 由得 聯(lián)立解得： （1）塔頂產(chǎn)品 丁醇質(zhì)量： == 丙二醇丁醚質(zhì)量： 二丙二醇丁醚質(zhì)量： 塔頂丁醇塔頂丙二醇丁醚 （2）塔底產(chǎn)品 丙二醇丁醚質(zhì)量： 二丙二醇丁醚質(zhì)量： 塔頂二丙二醇丁醚其他物質(zhì)質(zhì)量： 塔底丙二醇丁醚塔底二丙二醇丁醚 反應(yīng)器物料衡算 設(shè)丁醇轉(zhuǎn)換率為，則進入反應(yīng)器的丁醇量為 由于進料摩爾比，丁醇：環(huán)氧丙烷（PO）=：1 則質(zhì)量比，丁醇：環(huán)氧丙烷（PO）=：1 則進入反應(yīng)器的環(huán)氧丙烷（PO）質(zhì)量為： 由= 且 解得 丁醇投入量= PO投入量= 能量衡算 精細化工生產(chǎn)一般在規(guī)定的壓力、溫度和時間等工藝條件下進行。如果把損失的物料量合并到出物料當中，物料衡算可用下式表示： F = D + W 即 輸入 = 輸出 + 累積物料平衡是質(zhì)量守衡定律的具體表現(xiàn)形式，對物料進行平衡計算叫物料衡算，物料衡算的具體任務(wù)是：對過程(裝置)的每一股物料進行分析和定量計算，以確定它們的數(shù)量、組成和相互的比例關(guān)系，并且確定它們在物理變化和化學(xué)變化過程中相互轉(zhuǎn)移的定量關(guān)系。最后，根據(jù)計算確定產(chǎn)品總的經(jīng)濟效果，從而，對整個過程進行可行性分析和評價。 物料衡算物料衡算是化工計算的基礎(chǔ)，是化工計算中最基本、最主要的內(nèi)容之一。目前大部分研究仍僅限于實驗驗證和仿真分析，在實際生產(chǎn)中相關(guān)應(yīng)用成果較少。（2）反應(yīng)器尺寸受噴嘴限制，不易于控制液位。（2）同Buss反應(yīng)器相比，其反應(yīng)速率慢一些。反應(yīng)截面積小為達到足夠高產(chǎn)能，需使反應(yīng)器加長，這會增加設(shè)備投資和消耗，工業(yè)上不易實現(xiàn)。（2）反應(yīng)慢，產(chǎn)物中容易溶解未反應(yīng)單體，操作不安全。能耗低，具有廣泛的適應(yīng)性，環(huán)保。強化傳質(zhì)，反應(yīng)速率大，操作周期短，產(chǎn)品色澤好，DCS完全自動化控制，占地面積小，能耗低，有較廣的產(chǎn)品適應(yīng)性。表11 各種反應(yīng)器及其優(yōu)缺點反應(yīng)器 攪拌釜式 管式 Press式 Buss回路 催化精餾優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備投資低、操作靈活性大、攪拌功率大。隨著我國石油化工的不斷發(fā)展，由丙烯合成環(huán)氧丙烷的大噸位裝置以及先進技術(shù)在我國的相繼投產(chǎn)，大力開發(fā)和研制非均相催化反應(yīng)合成丙二醇醚的工藝勢在必行[13]。該工藝由遼寧化工研究院開發(fā)，居國內(nèi)領(lǐng)先地位[12]?，F(xiàn)在，國內(nèi)生產(chǎn)丙二醇醚的工藝技術(shù)大體有三種：單釜間歇式工藝、液固相固定床連續(xù)化生產(chǎn)工藝和催化精餾塔式連續(xù)化生產(chǎn)工藝。因而物耗和能耗都很高，產(chǎn)量和質(zhì)量也并不穩(wěn)定。 國內(nèi)丙二醇醚類產(chǎn)品的生產(chǎn)，基本上也是采用環(huán)氧丙烷和低碳醇進行加合反應(yīng)的方法。該工藝具有工藝過程簡單、流程短、易于操作等特點。預(yù)期目標是為工業(yè)生產(chǎn)丙二醇丁醚的設(shè)計改進等提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)參考，并設(shè)計出過程簡單、傳熱效果好、操作容易、三廢少、選擇性高、收率高的工藝流程。利用這些數(shù)據(jù)和擬定的丙二醇丁醚的產(chǎn)量，設(shè)計反應(yīng)器，求出反應(yīng)釜容積、夾套高度、夾套直徑、浮閥塔塔高、塔徑、填料塔的塔板數(shù)等一系列數(shù)據(jù)。 設(shè)計的研究思路及預(yù)期要達到的目標本文的研究主要采用文獻資料法和比較研究法，以相關(guān)文獻為依據(jù)，在文獻中查找丙二醇丁醚合成工藝、外循環(huán)以及乙氧基化相關(guān)的原理和機理，車間工藝設(shè)計的條件，以及相關(guān)催化劑的使用要求。趙兵等用雜多酸催化合成了丙二醇單乙醚乙酸酯。以離子交換樹脂、分子篩、雜多酸等為代表的固體酸催化劑在酯化反應(yīng)中的應(yīng)用被廣泛研究[79]。使用這類液體催化劑的酯化反應(yīng)為均相反應(yīng)，催化劑不易分離，而且設(shè)備腐蝕嚴重。酯化反應(yīng)一般采用液體酸催化劑，共有無機酸和有機酸兩大類。合成二元醇醚羧酸酯就利用了這個特性，和低碳脂肪酸進行酯化反應(yīng)，進而將二元醇醚化合物衍生化，制備一系列具有獨特功能的新型醇醚溶劑。因此，本課題的研究工作在國民經(jīng)濟中具有實用價值與理論意義[5,6]。相反，乙二醇醚因其對人體有殺傷力，如有較大毒性導(dǎo)致畸形、溶解紅血球，并對骨骼發(fā)育具有破壞作用，美國等國家早已限制其應(yīng)用和發(fā)展，同時作為它的優(yōu)良替代品“丙二醇醚”已經(jīng)越來越被廣大用戶所接受，在市場上更是供不應(yīng)求。鑒于Press式外循環(huán)反應(yīng)器生產(chǎn)該產(chǎn)品的工藝流程設(shè)計對今后該產(chǎn)品的合成效率具有研究意義，以及對工業(yè)化生產(chǎn)具有現(xiàn)實應(yīng)用意義，作者以環(huán)氧丙烷和丁醇為原料，采用固體堿為催化劑，在溫度為120～140 ℃，～ MPa，摩爾比為1 : ，遵照質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律，就合成丙二醇丁醚的關(guān)鍵問題進行了分析和綜述。據(jù)相關(guān)機構(gòu)預(yù)測，而到2015年需求量將達到12萬噸左右。丙二醇醚主要包括丙二醇甲醚（PM）、丙二醇乙醚（PE）、丙二醇丁醚（PB）等及其對應(yīng)的酯類[1,2]。希望通過本次設(shè)計，能夠為進一步優(yōu)化我國丙二醇醚的生產(chǎn)工藝做出一點貢獻。設(shè)計年產(chǎn)3000噸的丙二醇丁醚車間，通過物料衡算和能量衡算，確定反應(yīng)釜容積、筒體高度及直徑，確定填料塔塔板數(shù)、填料高度以及塔徑大小