年产万吨丁醇丙烯净化及羰基合成车间的初步设计

PAGEPAGE8第一章总论1.1概述意义与作用丁醇是重要的根本有机化工原料。它有三个重要的品种：正丁醇、异丁醇。正丁醇主要用于生产丙烯酸丁酯、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、联二酸二丁酯等酯类产物。前者用于涂料和粘合剂，后者为PVC的增塑剂。用丁醇生产的邻苯二甲酸二丁酯和脂肪族二元酸酯类增塑剂，遍及用于种种塑料和橡胶制品的生产。丁醇是生产丁醛、丁酸、丁胺和醋酸丁酯等有机化合物的原料，可用做树脂、油漆、粘接剂的溶剂及选矿用的消泡剂，也可用做油脂、药物和香料的萃取剂及醇酸树脂涂料的添加剂。1.1.2国内外现状及生长前景1.外洋生长表面丁醇是随着石油化工、聚乙烯塑料产业的生长和羰基合成产业技能的生长迅速生长起来的。羰基合成反响技能是1938年在德国最先开发乐成的，随着在英、美、法、意等国度得到生长。自低压铑法问世以来，该法在丁辛醇产业领域独领风骚，先后转让给9个国度，共建立了23套装置，采取该法生产的丁醛产量凌驾3.5mt/a，占丁醛总产量的70%。所有新建装置全部采取低压铑法，该法以其技能优势正在逐步淘汰高压铑法。近10年来，随着各国对情况掩护认识的提高，烟气脱硫的要害技能有了飞速的生长，尤其是一些经济发达的国度，投入大量人力、财力进行开发并取得显著成效。据有关资料统计，到1998年止，美国投产了相当于装机容量150 GW的电厂烟气脱硫装置；德国投产了相当于装机容量30 GW的电厂烟气脱硫装置；日本已建成投产大型脱硫装置1 400台（套），相当于装机容量39 GW。2.国内生长表面我国的丁醇生产技能在1980年以前主要采取粮食发酵法制丁醇，采取乙醛缩合法制丁烯醛，丁烯醛缩合、加氢制丁醇。由于工艺技能落后，这类的丁醇生产装置已经停产。1976年，吉化公司从德国BASF公司引进50kt/a的高压铹法丁辛醇装置。1982年建成投产。随后，大庆石化总厂，齐鲁石化公司从英国DAVY公司成套引进丁辛醇生产技能，并在1986年，1987年相继投产。（1）1992年北京化工四厂从日本三菱化学公司引进丁醇生产的专利技能及要害设备，于1996年投产。（2）1996年齐鲁石化公司在原有装置的底子上，将原来低压羰基合成气相循环法改为液相循环法。在反响器稳定的情况下，将产量扩大为原来的1.9倍。1998年吉化公司对原有的BASF高压羰基合成装置进行改革。引进了UCC/DAVY第四代低压液相循环羰基合成技能，在保存了原装置的异构物疏散、丁醛缩合、辛烯醛液相加氢、醇的精馏疏散等几部分的底子上，另外扩建了一套气相加氢、丁醛缩合、液相加氢、醇精馏疏散系统，改革后的装置于2000年8月投产。产物的性质与特点本装置产物为丁醇。1.丁醇（Butylalcohol）分子式C4H9OH，有四种同分异构体——正丁醇CH3CH2CH2CH2OH，异丁醇（CH3）2CHCH2OH，仲丁醇CH3CH（OH）CH2CH3和叔丁醇（CH3）3COH。均为无色有毒的易燃液体，能溶于多种有机溶剂中。2.正丁醇（n-Butylalcohol）英文名称1-Butanol。产物理化性质：分子式C4H10；系统命名为1-丁醇。分子量：74.12，熔点-90.2℃，相对密度为0.810g/mol。无色透明液体，沸点117.5℃，凝固点-89.5℃，闪点36-38℃，自然点365℃，微溶于水，能与乙醇和乙醚混溶。3.异丁醇（i-Butylalcohol）产物理化性质：分子式C4H10；系统命名为2-甲基-1-丙醇。分子量：74.12，熔点-108℃，相对密度为0.805g/mol。无色透明液体，沸点108.0℃，凝固点37.7℃，闪点28℃，自燃点426.6℃，易溶于水，乙醇和乙醚。折光率（n20）：1.395-1.397。产物的生产要领概述丁醇的生产工艺有两种路线。一种是以乙醛为原料，巴豆醛缩合加氢法；另一种是以丙烯为原料的羰基合成法。由于发酵法及乙醛法工艺流程长，设备腐化严重，极不经济，现有装置已根本淘汰。当今丁醇生产的主要要领是以丙烯为原料的羰基合成法。以丙烯为原料的羰基合成法又分为高压钴法、改性铑法、高压铑法和改性铑法。其中改性铑法是今世丁醇合成技能的主流。改性铑法又分为气相循环和液相两种。液相循环改性铑法是当今世界最先进，最遍及使用的丁醇合成技能。高压羰基合成技能是1940年由德国开发乐成的，1970年生长到顶峰。该法以钴盐作为催化剂，反响压力为20-30Mpa。中压羰基合成技能是壳牌公司首先采取的。该法采取一种有机膦配位体钴做催化剂。反响温度在104—200℃，反响压力为6.5Mpa。低压羰基合成技能是在70年代中期出现的，是丁醇生产技能的一个突破。1976年低压铹法羰基合成丁醛产业装置在波多黎各投产乐成。液相循环改性铑法：外洋对液相循环改性铑法技能加以生长、改造，形成有特色的专项技能，主要技能代表有四家公司，具体情况如下：DAVY/DOW联合开发的第二代丙烯铑法低压羰基合成技能—液相循环法。三菱化工开发的铑法低压羰基合成技能。鲁尔公司的羰基合成工艺。BASF的羰基合成工艺。1.2设计依据1.首选依据是老师摆设的“任务”—年产三万吨丁醇丙烯净化及羰基合成车间的开端设计。3.再者依据2010年9月在大庆石化公司结业实习中得到的全部信息及相关知识。4.依据学苑出书社出书的《化工工程设计》。5.依据大庆石化公司体例的《丁辛醇车间—员工教诲培训课本》。1.3厂址选择厂址选择原则厂址选择对付整个设计事情来说，是十分重要的环节。在厂址的选择中，不但要考虑自然条件还需要顾及原料和制品的供销，运输情况，燃料、水、电、气的供给，劳动后备力量的来源，施工条件，修建质料的资源等问题。厂址选择应该遵守以下根本原则：1.凭据国度都市或区域要求，对峙产业结构要大疏散，小会合的原则，又要考虑到邻近企业的协作干系。2.对峙视察研究，实事求是的原则对建厂根本条件进行科学阐发。贯彻以农业为底子，以产业为指导目标，节约用地，尽量不占或少占农田。3.注意情况掩护，工场与居住区要满足卫生防护，重视对三废处理惩罚园地的公道选择，尽量少对生态、自然风物的破坏和影响。4.地形选择要适合工场的总面积的摆设，并有生长余地，厂址的自然地形坡度要与修建物的相对摆设，运输干系和地面摆设等要求相近似本次设计的厂址选择大庆市位于黑龙江省西部、松嫩平原中部。东南距黑龙江省会哈尔滨市150公里，西北距齐齐哈尔市139公里。全市总面积21494平方公里，其中市区5107平方公里。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　大庆市地处北温带大陆性季民风候区，受蒙古内陆冷空气和海洋暖流季风的影响，总的特点是：冬季严寒有雪；夏季温热多雨；春、秋季多风。全年无霜期较短。龙凤区位于黑龙江省西部、大庆市东部，是大庆中心城的“三颗星”之一，东部与大庆高新技能财产开发区隔路相望，西邻大庆石油治理局采油二厂、四厂，北靠大庆市人民政府，南与安达市接壤。龙凤区地区辽阔，共分龙凤、卧里屯、兴化三个区块。下辖一镇——龙凤镇，面积410平方公里，人口16万，其中，农村人口2.3万，现有耕地面积4.5万亩，草原面积10.3万亩，荒水面积8.8万亩。有“一田三草二水五分荒”之称，极具开发前景。龙凤区交通便利，四通八达。滨洲铁路贯穿全境，与东北、华北铁路网密切相联，相同着东北和华北要地，301国道斜穿我区，成为我区与哈尔滨等以南地区、齐齐哈尔等以北地区相相互同的纽带和桥梁。哈大高速公路的终端就在该区境内，从龙凤出发至省城哈尔滨的行程仅需1个多小时，远程客车可直接通达省内外40多个地市县，区内乡村通车率100％。区内距哈尔滨内河码头仅150公里，距大连港不敷1000公里，那里有通往全国各大口岸的客运班轮和通往香港、日本、韩国、波斯湾、南非等国度及地区的定期货运班轮；龙凤距哈尔滨、齐齐哈尔两个飞机场只有2个多小时的路程，从那里可飞往香港、东京、汉城等国度和地区，发达的交通已经使龙风成为大庆对外联络的门户    卧里屯是以滨洲铁路和跃进大街为主轴，形成南地方、北铁路、东产业、西居住、中间辅以较大面积生态绿地的会合组团式结构。    卧里屯具有优越的区域自然地理情况。区域地处松嫩平原，气候属于大陆性气候。黑土泛金，资源极为富厚。地下蕴藏着石油、天然气、土碱、土盐、土硝等自然资源，为生长石油、石油化工提供了得天独厚的自然条件，现在龙凤地区已经成为全国最大的石油化工生产基地之一。　　通讯设施齐备,中国人民银行、中国银行、中国农业银行、中国建立银行等均有常设办事机构。全区巨细商业网点漫衍遍及。卧里屯邮局、石油治理局东风电话站、石化总厂电话站三大通讯枢纽。全区现已开通6万门程控电话，百人电话拥有量38部。邮政信函、邮政特快专递快捷方便。依据厂址选择原则厂址选在黑龙江省大庆市龙凤区卧里屯镇。1.4设计范围与生产设计范围丁醇装置以丙烯，合成气为原料，采取低压羰基合成要领生成正丁醇。丁醇装置设计年运行时间为7562小时，7426小时生产丁醇，剩余136小时为生产切换时间，预计每年进行5次切换，每次平均27小时生产制度生产口号为“宁静生产，一次完成”。实行“四班三倒制”人员组成如表1-1表1-1羰基缩合车间人员组成人员名称人数倒班制车间主任班长醛岗亭工人技能工人临时工人1482若干八小时事情制四班三倒制四班三倒制八小时事情制八小时事情制在职工人共计15人，临时工人若干。车间主任白昼在车间主持事情，每班由一个班长领导倒班人员进行倒班。原料及产物规格主要原料规格及技能指标表1-2丙烯原料规格及技能指标化学级丙烯丙烯95×10-2mol最低丙烷、甲烷和乙烷5×10-2mol最高乙烯20×10-6mol最高甲基乙炔及丙二烯15×10-6mol最高氧5×10-6mol最高总硫1×10-6wt最高C4及C4以上的烃5×10-6mol最高乙炔1×10-6mol最高氢5×10-6mol最高总氯（以HCL计）1×10-6mol最高续表绿油10×10-6wt最高水份20×10-6wt最高醇（以甲醇计）5×10-6wt最高CO+CO215×10-6mol最高进界区状态；液态压力：2.2-2.8MPa.a温度：情况在生产丁醇历程中，原料合成气与丙烯中含有H2O、S、O2、As和炔烃等杂质，这些杂质容易使催化剂活性低落，甚至中毒失去活性，影响装置的正常生产，必须进行精制脱出丙烯中的微量杂质，包管装置的正常进行。因此工段主要为利用催化剂将微量杂质脱出。催化剂的规格见表1-3。表1-3催化剂规格名称型号规格规格一次用量硫化铂进口：C53-2国产：BC-02-0093mm直径挤压成型脱除合成气中的氧1121（第一层）5.5m3Pt≥0.08×10-2wt活性碳进口：207A国产：JB-15-10目颗粒状脱除合成气中的羰基铁和羰基镍11208.5mCTC值55-60×10-2水分≤10×10-2wt浸苛性钠的活性氧化铝进口：ICI-59国产：T4023-5mm球脱除合成气中的氨1121（第一层）4m3Na2O≥12×10-2wtAl2O3（高外貌）Al2O3（高外貌）其余松密度≥900kg/m3铑催化剂ROPAC国产：BG-2-007Rh；19-21×10-2wtOXO反响催化剂年用量70kg氯化物：≤0.1×10-2wt铁：≤0.005×10-2wt锌：≤0.005×10-2wt三苯基膦TPP白色晶状小片或颗粒OXO反响助催化剂年用量≤34000kg熔点：78.5-81.5℃三苯基膦≥99×10-2wt钠≤5×10-6wt灰份≤100×10-6wt干燥损失≤2.5×10-6wt1.6综合经济技能指标技能经济是人类社会进行物质生产历程是不可以缺少的两方面，任何技能的社会实践都离不开经济；而任何技能的优劣与否，脱离了经济效益的标准都是无法判断的。技能经济是技能生产方面的经济问题，技能经济阐发是对差别技能政策、技能方案、技能步伐进行经济效果的评定、论证和预测，力求技能上先进和经济上公道相结合，为确定对生长最有利的技能提供科学依据和最佳方案，也是技能经济阐发的根本任务。起底子目的就是是每一项工程，每一个企业都用尽量少的物质消耗生产出更多切合社会需求的合格产物，取得最大的使用代价，从而实现最大经济效益。笔者对建立3万t／a丁醇装置的建厂指标进行了估算，其原料、公用工程需用量如下：表1-4经济指标一览表项目指标丙烯万t氢气(标准态)万m3合成气(标准态)(H2：CO—1：1)万m3水t／h电万kW·h汽t／h总投资亿元年销售收入万元年利税万元年利润万元4.41184048691072159618.78.26652471684612409第二章工艺设计与盘算2.1工艺原理净化的合成气与丙烯，在铑催化剂的作用下产生羰基合成反响生成丁醛，反响方程式如下：（1）丙烯醛化生成正丁醛：CH=+CO+CHO（2）丙烯醛化生成异丁醛：CH=+CO+（）CHCHO上述两个反响，正丁醛是目的产物，而异丁醛是副产物。在选择的反响条件下，正丁醛/异丁醛生成的比率为10：1。2.2工艺路线的选择本设计是年产3万吨丁醇合成气净化及羰基合成车间工艺的开端设计。本设计以净化后的合成气和丙烯为原料，采取低压气相循环改性铑法进行羰基合成反响。2.3.工段工艺流程OXO反响从原料净化工序来的丙烯进料气体，与来自合成气车间的合成气相殽杂，在OXO反响器进料压力PIC301控制下，有FIC304控制进料流量，进入OXO反响器1103。1103是带搅拌的釜式反响器，内有冷却盘管和进料气体分派器，并装填有Rh/Tpp丁醛的催化剂溶液，在气体分派器以及3401搅拌器的作用下，原料气体以小气泡的形式扩散在催化剂溶液中，并于90-110℃1103里产生OXO反响生成丁醛。OXO反响是放热反响，反响热通过产物丁醛的蒸发脱除一部分，通过调温水换热脱除一部分。反响温度由TIC305通过冷却盘管的调温水控制。调温水系统是一个闭路循环回路，由调温水泵3202A/B保持循环，输送到1103盘管的调温水温度为55℃，从1103盘管出来时温度升到80-90℃然后在调温水冷却器1505中由TIC409控制，将调温水冷却到55℃后进到调温水缓冲罐1107。1107对调温水介质随反响热的变革日产生的膨胀起一个缓冲作用。反响产物丁醛被循环气体从反响器中汽提出来，经过雾沫疏散器1104撤除循环气体中夹带的含有催化剂的液滴，去羰基合成循环冷却器1506，将产物丁醛冷凝下来，并将循环气体冷却到40℃，然后进入羰基合成产物收集器。图2-1带控制点的工艺流程图2.4工艺参数丁醇生产的工艺参数如下表：表2-1工艺参数表序号工艺参数位号单位指标1界区丙烯压力FIC101MPa2.4±0.12丙烯压力PIC205MPa2.0±0.13OXO反响温度TIC305℃87-1204OXO反响液位LI306%8038-485OXO进料压力PIC301MPa＜1.956OXO系统压力PIC305MPa1.65±0.027OXO气相CO浓度AR30110-22.0-4.5OXO反响参数对反响速率和正/异构比的影响1分压的影响任何反响物的分压升高都市加快它所参加的反响的反响速率，但反响物分压的改变并不能平均的改变它参加的反响的反响速率，各反响物分压的影响如下：氢气分压增加，反响速率增加不大，正/异比变革也不大，但如果氢气分压增加太高，则丙烷生成量增加，一般氢气分压控制在0.352MPa。一氧化碳分压增加，反响速率增加不大，正/异比明显下降，生产中控制一氧化碳分压在0.070—0.084MPa之间，若一氧化碳分压低于0.042MPa，则丙烯加氢生成丙烷大大增加，若一氧化碳分压高于0.131MPa，老催化剂失活速率加快。丙烯的分压增加，反响速率加快，正/异比增高，2温度的影响反响温度升高，反响速率加快，对正/异比没有影响，温度升高1℃速率约莫提高6％，在催化剂使用后期，可适当提高反响温度，以提高反响速率。反响温度升高加快催化剂的失活速度三苯基磷浓度的影响：三苯基磷浓度增加，正/异比增大，反响速率低落，生产中控制三苯基磷浓度在9.5—0.011Wt之间。铑浓度的影响铑浓度增加，反响速率明显加快，正/异比稍有增加。2.5物料衡算物料衡算的意义和作用物料衡算是化工盘算中最根本，最重要的之一，是进行化工盘算的底子。在化学工程中，为了导出某一历程的根本方程式和创建数学模型，设计或改革工艺流程和设备，了解和控制生产操纵流程，核算生产历程的经济效益等都要惊醒物料衡算。物料衡算在生产和设计中都得到遍及的应用在工场设计中，物料衡算是在工艺流程及工艺参数确定后即开始的一项化工盘算事情。因此，设计事情从定性阐发转入定量盘算。物料衡算是通过每一道工序的物料变革情况进行平衡盘算，从而得到在正常生产情况下各股物料的量。通过物料平衡在已知产物生产任务情况下算出所需要的原质料，生成的副产物及废物等的生成量，大概在已知原料投放情况下，算生产物，副产物及废物量。别的，通过物料衡算，不但可以算出原质料消耗定额，并在此次底子上作出能量平衡，算出动量消耗和消耗定额。算出生产历程所需要热量或冷量，同时为设备选型和盘算提供依据。物料衡算的结果直接干系到生产本钱和车间运输量，对工场技能经济指标有举足轻重的影响。物料衡算的要领与步调1.收集盘算数据（1）原料、辅料、中间产物及产物的规格；（2）历程中单位时间内的物流量；（3）有关消耗定额；（4）有关转化率；（5）有关物理化学常数。如相对密度，相平衡常数等。2.画物料流程图3.确定衡算范畴4.确定盘算基准.物料衡算本次设计为年产丁醇30000吨，以每小时投料量作为盘算基准。一年的事情日按315天盘算，每天事情24小时，设计中采取已知下列数据：丙烯的摩尔质量为42.1kg/kmol.一氧化碳的摩尔质量为28.01kg/kmol.氢气的摩尔质量为2kg/kmol.正丁醛的摩尔质量为72.11kg/kmol.异丁醛的摩尔质量为72.11kg/kmol.正丁醇的摩尔质量为74.11kg/kmol.异丁醇的摩尔质量为74.11kg/kmol.合成气中CO占49.0，氢气占50.4%，杂质（CH4+N2+Ar）占0.6。由于合成气净化历程中杂质为10-6/mol数量级，物料变革可以忽略不计，所以对合成气净化历程不进行物料衡算，直接对羰基合成反响进行物料衡算。涉及到的反响有：CH=+CO+CHOCH=+CO+（）CHCHOCH=+上述三个反响，正丁醛是目的产物，而异丁醛是副产物，在选择的反响条件下，正丁醛/异丁醛生成的比率为10：1。丙烯除了进行上述两个反响外，还与氢气产生加氢反响生成，丁醛/丙烷的生成比率为11：0.3。物料盘算：盘算基准取120Kmol/h进入反响器。1.进入反响器的物料120Kmol/h合成气中含CO==58.8Kmol/hH2==60.48Kmol/h因为H2过量，所以以CO为反响基准，需C3H658.8Kmol/h2.主副反响消耗CO的量[4]因为产物nn-bal:ni-bal=10:1所以主反响消耗CO的量==53.45Kmol/hC3H6的量==53.45Kmol/h生成正丁醛的量==53.45Kmol/h副反响消耗CO的量==5.35Kmol/hC3H6的量==5.35Kmol/h生成异丁醛的量==5.35Kmol/h3.主副反响消耗H2的量主反响消耗H2==5.35Kmol/h副反响消耗H2==5.35Kmol/h，因为nn-bal:nC3H8=11:0.3,正丁醛:nC3H8=11:0.3，所以反响生成C3H8的量=1.60Kmol/h所以三个反响共消耗H2=1.60+58.8=60.40Kmol/h反响剩余的H2=60.48–60.4=0.08Kmol/h4.主、副反响共消耗C3H6=1.60+58.8=60.4Kmol/h因为丙烯净化后组成为C3H695%，其余为C3H8所以丙烯用量为60.4÷95%=63.58Kmol/h其中含C3H8的量=63.58-60.4=3.18Kmol/h5.反响后C3H8=3.18+1.60=4.78Kmol/h6.反响生成的主、副产物的量正丁醛=53.445Kmol/h，异丁醛=5.35Kmol/h，nC3H8=4.78Kmol/h，表2-2反响器进口物料平衡表组分Kmol/h%(mol)分子量Kg/h%(wt)C3H660.432.942.12542.8456.87H268.4832.952120.962.71CO58.832.0328.011646.9936.83C3H83.181.7344.1140.243.14杂质0.720.392820.160.45合计183.581004471.19100表2-3反响器进口物料平衡表组分Kmol/h%(mol)分子量Kg/h%(wt)正丁醛53.4583.0272.113654.2886.21异丁醛5.358.372.11385.798.63C3H84.787.4444.1210.804.71H20.0080.1220.16忽略杂质0.721.122820.160.45合计64.381004471.19100其中：1.杂质为CH4+Ar+N2，所以分子量取平均值，为28便于盘算。2.H2质量百分比为3×10-5数量级，故忽略盘算。经核算：n合成气=58.8+60.48+0.72=120Kmol/hM合成气=117+20.16+1694.04=1831.80Kmol/hn丙烯=60.4+3.18=63.58Kmol/hM丙烯=2542.84+140.24=2683.08Kmol/h如图2-1：羰基合成装置合成气1831.8Kmol/h正丁醛3654.28Kmol/h异丁醛385.79Kmol/h丙烯2683.-8Kmol/hC3H8210.80Kmol/hH20.16Kmol/h杂质20.16Kmol/h图2-2物料平衡图2.6热量衡算能量衡算的意义与作用在化工生产历程中，各工序都要在严格控制的工艺下（如温度、压力、流量、浓度等）进行。经历种种化学变革和物理变革，进行着物质的生产。在这历程中，种种化工单位操纵，大概有动量的通报（如流量传送）；大概有热量的通报（如换热设备）；大概有陪同热量的质量通报（如精馏，吸收等）。若有化学反响，则不但兼有“三传”（动量通报，热量通报，质量通报），还具有“一反”（化学反响产生的热效应—吸收或放热）。物质在整个历程中产生质量的通报和能量的变革。前者可从物料衡算中求得，后者则依据能量守衡定律，利用能量通报和转化的规律，通过平衡盘算求得，这样的化工盘算称为能量衡算。化工生产中，能量衡算归纳综合起来应用于以下几个方面：(1)确定效率如流体输运、搅拌、破坏等单位操纵中所需效率。(2)确定热量或冷量如蒸发、蒸馏、冷凝、冷却、闪蒸等所需要的热量或冷量。(3)确定供热效率或放热效率如化学反响中，由于热效应（使体系的温度上升或下降）需确定的热量或冷量。(4)确定节能步伐为充实利用余热，低落总能量消耗所采取的相应步伐。由此可见，能量衡算作为化工盘算的一部分是非常重要的，所以我们必须对能量衡算进行认真严格的盘算。热量衡算及所需媒质的量热平衡式：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6；（2-1）式中Q1—处理惩罚物料时需要的热量kJ；Q2—加热剂或冷却剂与设备和物料通报的热量（标记规定加热剂加入热量为“＋”，冷却剂吸收热量为“－”）kJ；Q3—历程的热效应（标记规定放热为“＋”，历程吸热为“－”，注意：Q与热焓标记相反，即Q=－H。如历程放热则H为“－”，则Q为“＋”）kJ；Q4—离开设备物料带出的热量kJ；Q5—设备各部件所消耗的热量kJ；Q6—设备向四周散失的热量，又称热损失kJ。物料表表2-4反响器进口物料表反响器进口物质C3H6H2COC3H8杂质Kmol/h60.468.4858.83.180.72%mol32.932.9532.031.730.39表2-5反响器出口物料表反响器出口物质n-Bali-BalC3H8H2杂质Kmol/h53.455.354.7880.080.72%mol83.028.37.440.121.12生成热和燃烧热表2-6生成热和燃烧热表1atm,25℃下生成热ΔH/Kcal/mol1atm,25℃下燃烧热ΔH/Kcal/molCO,g-26.416i-Bal,g-596.8H2,g-1.0H2,g-68.31n-Bal,g-52.40CO,g-67.62C3H8-24.820C3H6-490.2C3H64.88临界温度，临界压力表2-7临界温度和临界压力表临界温度tc/℃临界压力pc/atmCO-140.2334.53H2-239.9012.80C3H691.845.6n-Bal25339.5C3H896.5941.98各键的ΔT、ΔP表2-8各键的ΔT和ΔP表ΔTΔP-CHO0.0480.33-CH-0.0120.210CH3-0.0200.227气体热容Cp°表2-9气体热容Cp°ab×103c×106CO6.34241.8363-0.2801H26.4241.039-0.07804C3H62.25345.116-13.740C3H82.41057.195-17.533热量盘算据物料衡算，净化后合成气设为120Kmol/h进入，H2:CO=50.4:49.0，由于净化所撤除的杂质量过小，所以忽略不计。为了调治H2与CO的比1.07-1.09需加高纯度氢气，所以在盘算中以H2:CO=1.08:1为基准。则：nH2==62.31Kmol/hnH2==57.69Kmol/h1.合成气初始状态为40℃90℃，进入1120：查表得：tcCO=-140.23℃,pcCO=34.53atm=3.5MPatcH2=-239.90℃,pcH2=12.80atm=1.3MPa求QCO：QCO=n·Cp°（t2-t1）[6]（2-2）（1）求　CO的Cp-Cp°：　　TrCO=T/Tc==2.55PrCO=P/Pc==0.743查表得　Cp-Cp°＝0.2Kcal/(Kmol·K)=0.837KJ/(Kmol·K)（2）求　CO的Cp°：Cp°=a+bT+cT2（2-3）表2-10CO的a、b、c的值ab×103c×106CO6.34241.8363-0.280140℃Cp°=6.3424+1.8363×313/103-0.2801×3132/106=6.8898Kcal/(Kmol·K)=28.83KJ/(Kmol·K)90℃Cp=6.3424+1.8363×363/103-0.2801×3632/106=6.9721Kcal/(Kmol·K)=29.17KJ/(Kmol·K)所以=(Cp1+Cp2)/2=1/2(28.83+29.17)=29KJ/(Kmol·K)所以Cp=Cp°+0.837=29.837KJ/(Kmol·K)所以QCO==48.1×29.837×（90-40）=71757.99KJ/(Kmol·K)同理求得QH2=72971.4KJ/h所以Q总=QH2+QCO=72971.4+71757.99=144729.39KJ/h=0.14×106KJ/h2.合成气从1120出来经加热器1520加热到180℃，进入1121历程中物料由90℃——→180℃同理求得QCO=128333.21kJ/hQH2=132679.76kJ/hQ总=QH2+QCO=128333.21+132679.76=261012.97kJ/h=0.26×106kJ/h3.OXO反响器：因为反响温度为95℃，且已知25℃下的反响数据，所以假设如下热力学途径：95℃，反应物料25℃，反应物料25℃，反应后物料95℃，反应后物料ΔH1ΔH3ΔH2ΔH图2-2热力学途径图2-3热力学途径（1）ΔH1求：CO的Cp-Cp°：TrCO=T/Tc==2.51PrCO=P/Pc==0.457查图得　Cp-Cp°＝0.11Kcal/(kmol·K)=0.460kJ/(kmol·K)求：CO的Cp°：Cp°=a+bT+cT2（2-4）95℃Cp°=6.3424+1.8363×368/103-0.2801×3682/106=6.9803Kcal/(kmol·K)=29.12kJ/(kmol·K)25℃Cp°=6.3424+1.8363×298/103-0.2801×2982/106=6.8647Kcal/(kmol·K)=28.72kJ/(kmol·K)所以=(Cp1+Cp2)/2=1/2(29.12+28.72)=28.965kJ/(kmol·K)所以Cp=28.965+0.460=29.425kJ/(kmol·K)求　H2的Cp°：Cp°=a+bT+cT2（2-5）表2-11H2的a、b、c的值ab×103c×106H26.4241.039-0.0780495℃Cp°=6.424+1.039×368/103-0.7804×3682/106=6.701Kcal/(kmol·K)=28.048kJ/(kmol·K)25℃Cp°=6.424+1.039×298/103-0.7804×2982/106=6.664Kcal/(kmol·K)=27.895kJ/(kmol·K)所以=(Cp1+Cp2)/2=1/2(28.048+27.895)=27.97kJ/(kmol·K)求：H2的Cp-Cp°：TrCO=T/Tc==2.51PrCO=P/Pc==0.457查图得　Cp-Cp°＝0.11Kcal/(kmol·K)=0.460kJ/(kmol·K)求：C3H6的Cp°：TrCO=T/Tc==0.91PrCO=P/Pc==0.346查图得　Cp-Cp°＝6Kcal/(kmol·K)=25.104kJ/(kmol·K)Cp°=a+bT+cT2（2-6）表2-12求Cp°时a、b、c的值ab×103c×106C3H62.25345.116-13.74095℃Cp°=2.253+45.116×368/103-13.740×3682/100.6=16.996Kcal/(kmol·K)=71.111kJ/(kmol·K)25℃Cp°=2.253+45.116×298/103-13.740×2982/106=13.838Kcal/(kmol·K)=51.898kJ/(kmol·K)所以=(Cp1+Cp2)/2=1/2(71.111+51.898)=64.505kJ/(kmol·K)Cp=64.505+25.104=89.609kJ/(kmol·K)ΔH1n-Bal=∑n·Cp.m·(T2-T1)（2-7）=（53.45×29.425+53.45×27.97+53.45×89.609）×（25-95）=-550015.47kJ/hΔH1i-Bal=∑n·Cp.m·(T2-T1)（2-8）=（5.35×29.425+5.35×27.97+5.35×89.609）×（25-95）=-55056.74kJ/hΔH1C3H8=∑n·Cp.m·(T2-T1)（2-9）=（1.60×27.97+1.60×89.609）×（29-95）=-11506.60kJ/h(2)反响热ΔH2由于查到的数据为n-Bal和C3H8在25℃，1atm下的生成热，i-Bal查到的数据为20℃，1atm下的燃烧热，所以：ΔH298reacn-Bal=∑（niΔH298.°f）prod-∑（niΔH298.°f）reactant=ΔH298.°n-Bal-ΔH298.°H2-ΔH298.°C3H6-ΔH298.°CO=1×(-52.40)-1×(-26.416)-1×(-1.0)-1×4.88=-29.864Kcal/mol=-124950.98kJ/kmolΔH293reaci-Bal=∑（niΔH293.°C）reactant-∑（niΔH293.°C）prod=ΔH298.°C3H6+ΔH298.°CO+ΔH298.°H2-ΔH298.°i-Bal=1×(-490.2)-1×(-67.82)-1×(-68.31)-1×(-596.8)=-29.33Kcal/mol=-122716.72kJ/kmolΔH298reacC3H8=∑（niΔH298.°f）prod-∑（niΔH298.°f）reactant=ΔH298.°C3H8-ΔH298.°H2-ΔH298.°C3H6=1×(-24.820)-1×(-1.0)-1×4.88=-28.7Kcal/mol=-120080.8kJ/kmol(3)ΔH3由于n-Bal、i-Bal热容不能直接查到，所以由Rihani-Doraiswamy法查得,如下表表2-13a、b、c、d的值n-Bal官能团ab×102c×104d×1061个CH3-0.60872.1433-0.08520.0011352个-CH2-0.39450.1363-0.01970.0025961个-CHO3.51840.94370.0614-0.006978合计4.19617.3596-0.2632-0.000651所以：Cp°n-Bal=4.1961+7.3596×T/102-0.2632×T2/104-0.000651×T3/10695℃Cp°=4.1961+7.3596×368/102-0.2632×3682/104-0.000651×3683/106=28.4675Kcal/(kmol·K)=119.11kJ/(kmol·K)25℃Cp°=4.1961+7.3596×298/102-0.2632×2982/104-0.000651×2983/106=24.5276Kcal/(kmol·K)=102.62kJ/(kmol·K)=(Cp1+Cp2)/2=1/2(119.11+102.62)=110.86kJ/(kmol·K)表2-14a、b、c、d的值i-Bal官能团ab×102c×104d×1062个CH3-0.60872.1433-0.08520.0011351个-CH--3.52323.4158-0.28160.0080151个-CHO3.51840.94370.0614-0.006978合计1.21268.6461-0.39060.003307所以：Cp°i-Bal=1.2126+8.6461×T/102-0.3906×T2/104+0.003307×T3/10695℃Cp°=1.2126+8.6461×368/102-0.3906×3682/104+0.003307×3683/106=27.7405Kcal/(kmol·K)=116.06kJ/(kmol·K)25℃Cp°=1.2126+8.6461×293/102-0.3906×2932/104+0.003307×2933/106=23.2618Kcal/(kmol·K)=97.33kJ/(kmol·K)所以=(Cp1+Cp2)/2=1/2(116.06+97.33)=107.05kJ/(kmol·K)求：C3H8的Cp°：Cp°=a+bT+cT2表2-15a、b、c的值aB×103c×106C3H82.41057.195-17.53395℃Cp°=2.410+57.195×368/103-17.533×3682/106=21.084Kcal/(kmol·K)=88.22kJ/(kmol·K)25℃Cp°=2.410+57.195×298/103-17.533×2982/106=17.897Kcal/(kmol·K)=74.88kJ/(kmol·K)所以=(Cp1+Cp2)/2=1/2(88.22+74.88)=81.55kJ/(kmol·K)所以：ΔH1n-Bal=∑n·Cp.m·(T2-T1)（2-10）=（53.45×110.865）×（25-95）=414801.40kJ/hΔH1i-Bal=∑n·Cp.m·(T2-T1)（2-11）=（5.35×107.05）×（25-95）=40090.225kJ/hΔH1C3H8=∑n·Cp.m·(T2-T1)（2-12）=1.60×81.55×（25-95）=9133.6kJ/h(4)ΔHn-BalΔHn-Bal=ΔH1+ΔH2+ΔH3（2-13）=-550015.47-29.864×53.45+414801.40=-6.80×106kJ/hΔHi-Bal=ΔH1+ΔH2+ΔH3（2-14）=-55056.74-29.33×5.35+40090.225=-0.67×10-6ΔHC3H8=ΔH1+ΔH2+ΔH3（2-15）=--11506.60-28.7×1.60+9133.6=-0.195×106kJ/h(5)QQ=-6.80×106-0.67×106-0.195×106=-7.67×106kJ/h(6)设计热损失为总热量的5%则=0.05（ΔH）=0.05×（-7.67×106）=-0.38×106kJ/h(7)由热平衡方程式ΔH=Q1+Q2所以Q1=ΔH-Q2=-7.67×106-（-0.38×106）=-7.29×106kJ/hQ1为负值，说明反响为放热反响，需要由热载体取出热量，其值为7.29×106kJ/h。4.殽杂丁醛从1104出来经冷却器1506冷却到40℃历程中物料由95℃——→40℃，同理求得n-Bal=111.11KJ/hi-Bal=109.41KJ/hC3H8=83.015KJ/hH2=27.99KJ/hQ总=ΔH=∑n·Cp.m·(T2-T1)（2-16）=(53.45×111.11+5.35×109.41+4.78×83.015+0.08×27.99)×(40-95)=-0.38×106kJ/h生产丁醇，丁醛与产物生产的速率比都是1：1的，所以nn-BaOH年生产量为：则实际生产n-Bal的量：所以凭据比例向回推算：(1)合成气初始状态为40℃90℃，进入1120：Q总=144729.39×=0.32×kJ/h(2)合成气从1120出来经加热器1520加热到180℃，进入1121：Q总=261012.97×=0.58×kJ/h(3)OXO羰基合成反响器：Q总=-7.29××=16×kJ/h(4)殽杂丁醛从1120出来经冷却器1506冷却到40℃：Q总=-0.38××=0.85×kJ/h(5)殽杂丁醛从1120出来经换热器1507升温到80℃：Q总=-0.26××=0.57×kJ/h第三章设备选型3.1要害设备的选择釜容积的盘算Vh===347.14m3/h（3-1）由==（3-2）δ=CA=（3-3）由文献查得=1min由设计所知，反响为气相反响，装料系数为0.6。由设计已知设备台数m=1台由连续反响釜反响容积盘算公式得：V===9.64m3（3-4）3.1.2釜的高度与直径的盘算设釜的内径为D0，筒体高度为H，高径比为r（即r=H/D0；r一般取1-3之间），在确定了壳体的H/D0；之后，可忽略罐底封头的容积。V==[9]（3-5）故D=取r=H/D0=1.32D=2.103m=2103mm将盘算结果圆整为标准直径得D0=2200mm，并于《化工设备设计底子》（天大出书社）查得封头容积为1.54m3直边高度为40mm.H==2.145m=2145mm3.1.3釜的壁厚的盘算由已知Pc=1.05Pg=1.051.6=1.68MPaD=2200mmPg=1.6MPa选择筒体质料16MnR,查《化工设备机器底子》，则质料在100℃下许用应力=157MPa（开端设计在16～36mm范畴内。焊接讨论系数取为局部无损探伤的带垫板的单面对焊接缝，取值为0.80。所以应用公式[10]：得（3-6）=mm查得负偏差C1在8～25mm范畴内为0.8mm,腐化裕度设为2mm.所以：d=26.93+2=28.93mmn=d+C1+△（3-7）=16.81+0.80+0.39=18mm（圆整值△=0.39）e=n-C1-C2=18-2-0.8=15.2mm由此可得到圆筒体的最大允许事情压力[Pw]=[]t（3-8）==1.72MPa3.1.4釜的封头盘算EQ由=18mm,查得封头直边高度h2=40mm.取Hi/D==0.25得Hi=0.252200=5500mm，盘算封头壁厚与筒体壁厚根本相同，所以为焊接方便，取二者一致为18mm。3.2其他设备的选择3.2.1反响釜的选择搅拌反响釜的工艺要求通常包罗反响釜的容积，最大事情压力、事情温度、事情介质、腐化情况、传热面积、换热、搅拌方法、转速及功率、接口管方位与尺寸简直定等。由于影响搅拌历程的因素极其庞大，因此搅拌器选型的资料也较多，并且各自实验重点差别结论也不尽相同。选型即要考虑搅拌效果，也应考虑动力消耗问题。另外选型时还要考虑简板器的结构。3.2.2搅拌轴、搅拌器及传动装置的选择1.搅拌轴盘算从强度考虑，由d=365.09盘算轴径:（3-9）d=365.09×=308.4mm从刚度考虑，由d=1537盘算轴径:（3-10）d=1537×=317.6mm式中，轴质料选用45号钢，取[τ]=30MPa，[θ]=0.5o/m,G=8.0×104MPa,参考公称轴径系列，取d=320mm。2.搅拌器的选择[11]凭据工艺要求，选用直径1920mm，轴径ф320mm的碳钢制框式搅拌器，标记标记为：搅拌器1920-320，HG5-757-78。3.电机选择传动效率包罗减速器、联轴器和密封装置处的效率。设整个系统的总效率为0.95（一般可凭据现场情况类比），则电机效率Pe为：Pe==23.51KW凭据事情情况及与减速器联接的形式，可选用Y90L-4，6V安装形式的电动机。4.联轴器选择选用立式夹壳联轴器HG5-213-65,标记标记为:联轴器Dg95HG5-213-65.5.机座选择由于搅拌轴轴向力不大，联轴器为夹壳式，故选用J-A形机座。由于减速器轴径为95mm，故选用J-A-95型机座即可。6.轴封装置为密封可靠，选用单端面小弹簧平衡型机器密封。7.填料箱凭据操纵条件选用带衬套及冷却水套铸铁填料箱，标记为：填料箱Pg6,Dg95,HG5-214-81。8.视镜选用碳钢带颈视镜IPg6,Dg125,JB595-64-3，重6.7公斤。3.2.3支座的选择因反响釜外有保温层，故选B形悬挂式支座。第四章车间摆设设计的原则4.1车间摆设设计的原则车间设备摆设的原则化工场的设备的摆设，气温比力低的地区有特殊的要求，均将设备摆设于室内。一般的情况下：室内和露天的联合摆设，在条件许可的情况下，最大限度的实现化工场的联合露天摆设。露天摆设有以下的优点：可以节约修建面积节省基建投资，可以节约土建施工质量，加快基建投资进度。有火警及爆炸危险性的设备，露天摆设可低落耐火品级，低落厂房造价有利于化工场的生产防火、防爆、另有防毒，对毒性比力大大概剧毒的化工生产除外，对化工场的扩建，改建具有很大的灵活性。车间设备平面摆设的原则车间的平面摆设中，厂房的外型有长方形，‘L’型、‘T’型和‘II’型等等。长方形便于平面图的摆设，节约用地利于设备的排列，缩短管线，易于交通摆设收支口，但是要适应地形要求和生产的需要而选择形状。厂房的柱网摆设，凭据厂房的结构而定，宜采取筐加结构。在一幢厂房中不宜采取多种柱距，厂房的宽度，生产厂房为了尽可能的利用自然光和通风以及修建经济上的要求，一般采取单层厂房宽度不宜凌驾30米，多层的厂房宽度不宜凌驾24米。进行车间摆设时，考虑厂房的宁静收支口，一般不少于2个，对防火宁静问题必须慎重的考虑。车间设备立面摆设原则化工场的厂房，以工艺流程的需要，设计成单层，多层大概单层和多层两者相结合的形式。工程设计中由于单层厂房建立的用度比力低，所以大多采取单层，但是有时候为了节约用地大概因为建立用地的限制用多层。化工场房的高度，主要又工艺设备摆设的要求所决定。厂房的垂直摆设充实利用空间，每层高度取决于设备的崎岖，安装的位置，查验的要求及安装卫生等条件。有爆炸危险的车间宜用单层，厂房内设置多层的操纵台以满足产业设备位差的要求。4.2车间设备摆设一般情况可采取室内露天联合摆设，在条件许可的情况下，采取有效步伐最大限度的采取化工场的联合露天化摆设。设备露天摆设有下列优点：增加可用修建面积，节约修建投资，节约土建施工工程量，加快基建进度，对付容易爆炸危险性的设备，露天摆设可低落厂房耐火品级，低落厂房造价，有利于化工生产的防火、防爆和防毒，对厂房的扩建，改建具有较大的灵活性。第五章情况掩护产业“三废”主要是指废气、废水、废渣。“三废”对情况的危害很大，如果不实时地加以处理惩罚直接排放，将会对情况造成很大的破坏，因此应予以高度重视。5.1三废的产生情况废气：稳定塔受槽中气相组分通过除沫网排放至燃料气网。废液：1123水洗塔在洗涤后产生的废液。废渣：1120净化槽含有活性碳废催化剂。1121净化槽中含浸苛性钠活性氧化铝，氧化锌等废催化剂。5.2三废处理惩罚情况废气的处理惩罚要领通常有吸收法和燃烧法。在本设计中用燃烧法，由火把系统燃烧撤除。废液的处理惩罚要领有控制PH值法、油和油脂的处理惩罚和有机废水生化处理惩罚。在本设计中送至废冷凝液贮槽1118。废渣的处理惩罚要领有点火法和宁静填埋法[14]。本设计中将废渣送至产业垃圾厂，进行填埋和点火.第六章公用工程6.1供水用水种类随着水的用途而异分为生产用水、生活用水、消防用水三类。（1）水源选择：可供产业用的水源有地面水（河水、湖水、水库等等），地下水（如井水）以及自来水，如果有自来水可有限考虑自来水。（2）净水循环系统利用：循环水的冷却可用以节能。（3）排水：产业废水的排放比力的大，危险也比力大。另有生活污水和雨水雾水，采取系统的引流，摆设公道的排放。本设计采取的生产用水是自来水，源于水库。6.2供电供电的重要性在化工生产中起着举足轻重的作用。（1）厂区的变配电工程：变压器容量，总配电所以及总压所的主结线圈和二次线圈总变电所的丈量，信号控制，继电掩护，电器设备的选择，导线截面的选择，主要设备质料表。（2）车间电力设计：车间配电系统图，车间电力平面图，车间电力设备以及质料表。（3）车间照明设计：光源和照明方法的选择，照明器的摆设，照度盘算，照明供电系统，导线选择以及线路的铺设方法。（4）车间配变电设计：车间配电柜的数量，位置。车间配电柜的主结线，电器设备的选择，防雷掩护，接地装置和掩护接零宁静步伐（5）电气防爆：生产中需要使用一些易燃易爆的介质，可能完全殽杂形成爆炸性的殽杂物，到一定的浓度和比例引起火警。为了防备电器设备和线路引起的火警事故，凭据产生的种种水平的差别，将其分为各个品级以便采取相应的步伐。6.3供暖主要以锅炉方法提供能量，使在比力低的情况温度下仍然能保持适合的事情大概生活条件的一种技能手段。（1）通常日均温度≤5℃的天数历年平均在九十天以上的地区应该会合取暖。（2）采暖的介质：对付成片会合摆设的厂区修建物，应该尽量采取热水采暖，以利用蒸汽凝结水的采取和利用；对付厂区内疏散摆设的修建物，可用热水采暖大概蒸汽采