畢業(yè)設(shè)計----年產(chǎn)十萬噸甘油的生產(chǎn)車間工藝設(shè)計

1、<p>　　年產(chǎn)十萬噸甘油的生產(chǎn)車間工藝設(shè)計</p><p>　　[摘 要]：甘油，學(xué)名丙三醇。因其具有吸濕性、保溫性、高粘度、水溶性、無毒、有甜味、微生物易分解、有三個羥基可制成一些衍生物等特性，是一種重要的輕化工原料。本設(shè)計為年產(chǎn)十萬噸甘油的生產(chǎn)工藝設(shè)計。目前，在國內(nèi)生產(chǎn)甘油又有多種方法，而本設(shè)計是由環(huán)氧氯丙烷法生產(chǎn)甘油工藝的設(shè)計；主要設(shè)計內(nèi)容有原料的存儲罐，以及生產(chǎn)過程如蒸發(fā)，換熱等工序的計算。

2、主要以物料衡算和熱量衡算進(jìn)行工藝計算和設(shè)備選型.在選型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了設(shè)備的校核。繪制了工藝流程圖，主要設(shè)備裝配圖，車間設(shè)備立面圖和全廠平面布置圖。</p><p>　　[關(guān)鍵詞]：環(huán)氧氯丙烷；甘油；反應(yīng)釜；蒸發(fā)塔。</p><p>　　Technological design of outputting 100,000 tons of glycerin process workshop p

3、er year</p><p>　　Abstract: Glycerin, scientific name being glycerol, is an important light industry raw material, because of its characteristic of moisture absorption, heat preservation, heat viscosity, wate

4、r-soluble, no-poison, taste sweet, bacterium resolve easily, and there are three hydroxyl groups could be made into derivatives. Technological of outputting 100,000 tons of glycerin process workshop per year are designed

5、 in this paper. There are many ways to produce glycerin, but the epichlorohydrin is adopte</p><p>　　Key words: Epichlorohydrin; Glycerin, reactor; evaporation tower</p><p><b>　　目錄</b>

6、;</p><p><b>　　摘 要：I</b></p><p>　　Abstract ：II</p><p><b>　　1概述1</b></p><p>　　1.1甘油研究背景1</p><p>　　1.1.1甘油性質(zhì)及用途1</p><

7、p>　　1.2.甘油的生產(chǎn)工藝1</p><p>　　1.2.1 天然甘油的生產(chǎn)1</p><p>　　1.2.2合成甘油的生產(chǎn)2</p><p>　　1.2.3發(fā)酵甘油的生產(chǎn)3</p><p>　　1.3甘油發(fā)展現(xiàn)狀4</p><p>　　1.4甘油的市場分析4</p><p&g

8、t;　　1.5甘油的發(fā)展前景7</p><p>　　1.6本設(shè)計的任務(wù)以及選題意義7</p><p><b>　　2工藝說明9</b></p><p>　　2.1主要生產(chǎn)甘油的工藝說明9</p><p>　　2.1.1油脂皂化制皂9</p><p>　　2.1.2天然油脂水解法9<

9、;/p><p>　　2.1.3丙烯醛法9</p><p>　　2.1.4 環(huán)氧氯丙烷法9</p><p>　　2.2 工藝流程方案10</p><p>　　2.3 主要工藝參數(shù)說明10</p><p>　　3生產(chǎn)工藝設(shè)計計算11</p><p>　　3.1 主要化學(xué)反應(yīng)11</p&

10、gt;<p>　　3.1.1 化學(xué)反應(yīng)11</p><p>　　3.1.2 化學(xué)反應(yīng)物料衡算11</p><p>　　3.2反應(yīng)器的設(shè)計11</p><p>　　3.2.1 反應(yīng)釜體積計算11</p><p>　　3.2.2 反應(yīng)釜直徑和高度的計算12</p><p>　　3.2.3 反應(yīng)釜的熱

11、量衡算：12</p><p>　　3.2.4第二個反應(yīng)的反應(yīng)器設(shè)計14</p><p>　　3.3反應(yīng)釜的強度校核16</p><p>　　3.3.1 選擇材料16</p><p>　　3.3.2 計算壓力和封頭的壁厚16</p><p>　　3.3.3 反應(yīng)器的質(zhì)量載荷計算16</p>&l

12、t;p>　　3.3.4 塔的自陣周期計算18</p><p>　　3.3.5 地震載荷計算18</p><p>　　3.3.6 風(fēng)載荷計算20</p><p>　　3.3.7各種載荷引起的軸向應(yīng)力22</p><p>　　3.3.8筒體的強度與穩(wěn)定性校核23</p><p>　　3.3.9 筒體和裙座水

13、壓試驗應(yīng)力校核24</p><p>　　3.3.10 裙座水壓試驗應(yīng)力校核25</p><p>　　3.3.11 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計25</p><p>　　3.3.12 地腳螺栓計算26</p><p>　　4 附屬設(shè)備的計算28</p><p>　　4.1 儲罐的設(shè)計28</p><p>

14、;　　4.1.1 容積的計算：28</p><p>　　4.1.2 容器的選型28</p><p>　　4.2 反應(yīng)釜攪拌器的選型29</p><p>　　4.2.1 攪拌器的計算29</p><p>　　4.2.2攪拌功率計算29</p><p>　　4.3 換熱器的計算30</p><

15、;p>　　4.3.1 確定換熱器的類型30</p><p>　　4.3.2 估算傳熱面積30</p><p>　　4.3.3 換熱器工藝結(jié)構(gòu)尺寸31</p><p>　　4.3.4核算總傳熱系數(shù)31</p><p>　　4.4 蒸發(fā)器的選擇33</p><p>　　4.4.1 蒸發(fā)器選擇原則33<

16、;/p><p>　　4.4.2 蒸發(fā)量計算33</p><p>　　4.4.3蒸發(fā)器的主要尺寸計算35</p><p>　　4.5 真空濃縮罐36</p><p><b>　　4.6 泵36</b></p><p>　　4.7精餾塔的設(shè)計36</p><p>　　5

17、車間設(shè)備布置說明39</p><p>　　5.1 車間布置設(shè)計的意義39</p><p>　　5.2 車間布置的原則39</p><p>　　5.3 車間設(shè)備布置39</p><p>　　5.4 車間布置的任務(wù)39</p><p>　　5.5 設(shè)備布置設(shè)計注意的問題39</p><p&g

18、t;　　5.5.1 露天化布置與室內(nèi)布置39</p><p>　　5.5.2 生產(chǎn)流程化布置40</p><p>　　5.5.3 集中化布置40</p><p>　　5.5.4 操作、安裝與檢修要求40</p><p>　　5.5.5 設(shè)備布置與廠房建筑40</p><p>　　5.5.6 設(shè)備布置與安全衛(wèi)生

19、40</p><p>　　5.6車間設(shè)備布置的方法與步驟40</p><p><b>　　6 總結(jié)42</b></p><p><b>　　主要符號說明43</b></p><p><b>　　致 謝44</b></p><p><b&

20、gt;　　參考文獻(xiàn)45</b></p><p>　　附錄1工藝流程圖46</p><p>　　附錄2主要設(shè)備裝配圖46</p><p>　　附錄3車間立面圖46</p><p>　　附錄4全廠平面圖46</p><p><b>　　1概述</b></p><

21、;p><b>　　1.1甘油研究背景</b></p><p>　　1.1.1甘油性質(zhì)及用途</p><p>　　甘油（歷史），1779年由斯柴爾（Scheel）首先發(fā)現(xiàn)，1823年人們認(rèn)識到油脂成分中含有Chevreul,希臘語為甘甜的意思，因此命名為甘油（Glycerine）。第一次世界大戰(zhàn)期間，因其為制造火藥的原料，則產(chǎn)量大增，是最簡單的三羥基醇。分子式：C

22、3H8O3，結(jié)構(gòu)簡式HOCH2CH（OH）CH2OH，又稱丙三醇。在自然界中甘油主要以甘油酯的形式廣泛存在于動植物體內(nèi)，在棕櫚油和其他極少數(shù)油脂中含有少量甘油，是一種無色粘稠液體，具有甜味。熔點20℃，沸點290℃（分解），相對密度1.2613（20／4℃)。純甘油可形成結(jié)晶固體，冷至－15～－55℃時最易結(jié)晶，吸水性很強，可與水混溶，并可溶于丙酮、三氯乙烯及乙醚-醇混合液。甘油與一元醇化學(xué)性質(zhì)相似：例如與金屬鈉反應(yīng)生成一元甘油醇鈉,與

23、干燥的氯化氫氣反應(yīng)，生成2，3-二羥基-1-氯丙烷和1，3-二羥基-2-氯丙烷。在乙醚溶液中與氯化氫反應(yīng)，主要生成2-羥基-1，3-二氯丙烷。氧化時生成甘油醛、甘油酸；還原時生成丙二醇。（性狀與穩(wěn)定性）無色粘稠狀液體；味略甜，與水及乙醇可任意比例混合，在潮濕空氣中能吸收水分，遇冷時間過長能析出結(jié)晶塊，稍加溫</p><p>　　甘油，因其具有吸濕性、保溫性、高粘度、水溶性、無毒、有甜味、微生物易分解、有三個羥基可

24、制成一些衍生物等特性，是一種重要的輕化工原料。在合成樹脂工業(yè)、食品工業(yè)、國防工業(yè)、紡織工業(yè)、藥物合成、煙草、化妝品等工業(yè)具有廣泛的用途。在合成樹脂工業(yè)用于制造醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂、甘油松香樹脂、改性酚醛樹脂、失水蘋果酸干樹脂、聚醚樹脂、聚氨酯樹脂。醫(yī)藥工業(yè)用于制造甘油硼酸、胃沅酶等。食品工業(yè)用于做甜味劑等，也是聚氨酯泡沫反應(yīng)的引發(fā)劑、載色劑、潤滑劑、煙草吸濕劑、啤酒阻酵劑、糖果防結(jié)晶劑、乳脂防酸劑、冷凍食品保鮮劑。國防工業(yè)用于制造硝化甘油

25、炸藥。紡織印染工業(yè)用作紡織物的防縐防縮處理劑、擴散劑、滲透劑、潤滑劑。化工生產(chǎn)中用于溶劑、吸收劑、防凍劑等。此外，還用作在涂料、炸藥、塑料、牙膏、化妝品、食品、煙草、化工、造紙、電工材料等工業(yè)。</p><p>　　1.2.甘油的生產(chǎn)工藝</p><p>　　甘油產(chǎn)品分為天然甘油和化學(xué)合成甘油，天然甘油主要以植物油脂和動物脂肪為原料,生產(chǎn)某些產(chǎn)品過程所得的副產(chǎn)品,例如油脂皂化制皂、油脂水解

26、和油脂醇解;合成甘油則是將石油化工產(chǎn)品經(jīng)化學(xué)合成制得。</p><p>　　1.2.1 天然甘油的生產(chǎn)</p><p>　　天然甘油主要來自肥皂生產(chǎn)和油脂裂解過程的副產(chǎn)品；1948 年以前，甘油全部從動植物油脂制皂的副產(chǎn)物中回收。直到目前，天然油脂仍為生產(chǎn)甘油的主要原料，其中約42％的天然甘油來自制皂副產(chǎn)，58％來自脂肪酸生產(chǎn)。由于該方法以天然油脂為原料，且甘油是副產(chǎn)物，我國的化學(xué)工作者設(shè)

27、想將其用于油腳的廢水處理和利用上，既起到環(huán)保的作用，又得到一定的經(jīng)濟效應(yīng)。</p><p>　?。?）、油脂皂化制皂</p><p>　　油脂皂化是油脂與堿液在一定條件下反應(yīng)生成肥皂及甘油的過程,其反應(yīng)方程式如下：</p><p>　　甘三酯 苛性鈉 肥皂 甘油</p><p&g

28、t;　　皂化反應(yīng)產(chǎn)物分成2 層：上層主要是含脂肪酸鈉鹽（肥皂）及少量甘油：下層是廢堿液，為含有鹽類、氫氧化鈉的甘油稀溶液，一般含甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)9％～16％，無機鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)8％～20％。</p><p><b>　　（2）、油脂水解</b></p><p>　　油脂與過量水在一定條件下反應(yīng)生成脂肪酸和甘油的過程,其理論上總反應(yīng)方程式</p><p>

29、;　　甘三酯 水 脂肪酸 甘油</p><p>　　由于油脂水解工藝多、操作條件差異大,所得的甜水濃度及雜質(zhì)含量并不相同,甘油在甜水中的濃度約為12% ~18%,其中較為現(xiàn)代的高溫高壓連續(xù)逆流水解法因不使用催化劑,僅利用高壓蒸汽促使油脂水解,所得的甜水質(zhì)量好,可進(jìn)一步加工成高品質(zhì)甘油。</p><p><b>　?。?）油脂醇解&

30、lt;/b></p><p>　　油脂與過量低碳鏈醇(如甲醇)在一定條件下反應(yīng)生成脂肪酸酯和甘油的過程,反應(yīng)方程式如下:</p><p>　　甘三酯 甲醇 脂肪酸甲酯 甘油</p><p>　　在此反應(yīng)過程中,每生產(chǎn)1Kg脂肪酸甲酯,約產(chǎn)生0·1Kg左右的甘油,迅速升溫的生物柴油(

31、即脂肪酸甲酯)投資熱使得以其副產(chǎn)品為來源的甘油受到重視。</p><p>　　無論是制皂廢液，還是油脂水解得到的甘油水所含的甘油量都不高（質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%左右），而且都含有各種雜質(zhì)。所以，需要凈化、濃縮的過程先得到粗甘油，然后將粗甘油進(jìn)行蒸餾，脫色、脫臭的精制過程才能得到天然甘油。</p><p>　　1.2.2合成甘油的生產(chǎn)</p><p>　　從丙烯合成甘油的多種

32、途徑可歸納為2 大類，即氯化和氧化?，F(xiàn)在工業(yè)上仍在使用丙烯氯化法及丙烯過乙酸氧化法。</p><p><b>　?。?）丙烯醛法</b></p><p>　　首先，丙烯氣相氧化合成丙烯醛，然后丙烯醛用異丙醇還原合成合成丙烯醇；最后丙烯醇過氧化氫羥基化合成甘油。過氧化氫則用異丙醇氧化制得。</p><p><b>　?。?）環(huán)氧氯丙烷法

33、</b></p><p>　　丙烯高溫氯化成氯丙烯，氯丙烯再氯化成二氯丙醇。二氯丙醇與石灰乳反應(yīng)，得到環(huán)氯丙烴。經(jīng)分離精制后送入水解器，用10%苛性鈉或者碳酸鈉水溶液進(jìn)行水解，得到水解液中含有大量氯化鈉和稀甘油水溶液，進(jìn)入多效蒸發(fā)器，濃縮得到80%的甘油，最后經(jīng)真空蒸餾、活性炭脫色、離子交換樹脂處理，得到精制甘油。</p><p>　　1.2.3發(fā)酵甘油的生產(chǎn)</p>

34、;<p>　　發(fā)酵甘油的生產(chǎn)是利用淀粉類原料（谷物、玉米、紅薯等）或糖蜜原料，經(jīng)生物發(fā)酵而產(chǎn)生。</p><p>　　我國研究發(fā)酵法始于20世紀(jì)50年代中期，從60年代興起的耐高滲透酵母菌種的研究和應(yīng)用到70年代處于鼎盛時期，到1994年至1995年，開始進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)，特別是山東、江蘇、甘肅等地的企業(yè)。</p><p><b>　　1.3甘油發(fā)展現(xiàn)狀</b&g

35、t;</p><p>　　目前，國內(nèi)甘油發(fā)展迅速，但主要制備方法的發(fā)展現(xiàn)狀有：</p><p>　?。?）．合成甘油。合成甘油是用丙烯作原料經(jīng)高溫氯化得到氯丙烯，再經(jīng)次氯酸氧化、脫氯化氫后得到環(huán)氧氯丙烷；環(huán)氧氯丙烷再水解，脫氯化氫最終得到甘油。在二十世紀(jì)七十年代石油危機前，本甘油總產(chǎn)量的50%和54%。但是，隨著原油價格不斷上漲，合成甘油的利潤空間不斷縮小。我國錦州某廠計劃經(jīng)濟年代曾引進(jìn)1

36、.5萬噸/年合成甘油生產(chǎn)裝置，八十年代后期起該裝置就一直停產(chǎn)。2006年初，陶氏化學(xué)公司也關(guān)閉了它在美國德克薩斯州的最后一套生產(chǎn)合成甘油裝置。</p><p>　?。?）發(fā)酵甘油。在一定的生化條件下，淀粉經(jīng)發(fā)酵可生成甘油。早在二次世界大戰(zhàn)期間，德國就已擁有該技術(shù)，但一直未投入工業(yè)生產(chǎn)。我國研究發(fā)酵法生產(chǎn)甘油已有近40年歷史。1969年導(dǎo)致中蘇邊境沖突的珍寶島事件爆發(fā)后，當(dāng)時的輕工業(yè)部向無錫輕工業(yè)學(xué)院（今江南大學(xué)）

37、下達(dá)了該研究項目。之后，歷經(jīng)“七五”、“八五”、“九五”科技攻關(guān)，該院開發(fā)的好氧發(fā)酵法輝煌一時，九十年代后期國內(nèi)建起許多千噸級發(fā)酵甘油生產(chǎn)裝置，并于1997年將該技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了美國ADM公司。但是，隨著全球油脂化工尤其是近幾年生物柴油產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，甘油開始過剩，價格迅速下滑，使發(fā)酵法喪失了競爭力。</p><p>　?。?）．作為油脂化工副產(chǎn)物的甘油。油脂經(jīng)水解或醇解得到脂肪酸（皂）或脂肪酸酯，同時伴生十分之一左

38、右的甘油，這是甘油的最主要來源。油脂水解制脂肪酸或皂是一門古老的工業(yè)，中國制皂工業(yè)也有百年歷史。但由于中國人口多、，長期以來油脂化工原料多為油脂加工時產(chǎn)生的油腳（酸化油）、肉類加工廠副產(chǎn)的動物脂肪以及餐飲業(yè)廢棄油（地溝油）等，還有一部分非食用油（蓖麻油等）。因此，規(guī)模小、技術(shù)，是中國化學(xué)工業(yè)中最薄弱的環(huán)節(jié)之一。據(jù)不完全統(tǒng)計，2003年中國有100家左右的脂肪酸生，總產(chǎn)能約45萬噸/年，產(chǎn)量約為30～35萬噸。這些企業(yè)的甘油總產(chǎn)量在2～3

39、萬噸。甘油作為制皂業(yè)的副產(chǎn)物，中國洗協(xié)有相關(guān)統(tǒng)計數(shù)字。然而，由于受到洗滌劑工業(yè)的擠壓，多年來中國制皂業(yè)生產(chǎn)規(guī)模停滯在60萬噸左右，相應(yīng)的甘油產(chǎn)量也停滯不前。油脂通過和低碳脂肪醇（甲醇為主）的酯交換反應(yīng)得到脂肪酸酯，并伴生甘油。2003年，中國天然脂肪醇總產(chǎn)能尚不足10萬，因此副產(chǎn)甘油的數(shù)量也十分有限。2004年以來，中國的油脂化學(xué)工業(yè)有了很快發(fā)展，外資企業(yè)和民營資本大舉進(jìn)入該行業(yè)。同時，生物柴油產(chǎn)業(yè)也開始迅速（但帶有盲目性）地發(fā)展，正在

40、迅速的改變著中國甘油工業(yè)</p><p>　　盡管中國甘油工業(yè)分散、弱小，但是作為人們熟知的一種多元醇，甘油有其傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟的發(fā)展及人民生活狀況的改善，中國對甘油的需求量不斷增加，甘油市場也在不斷擴大。</p><p>　　1.4甘油的市場分析</p><p>　　據(jù)英國著名油脂化工專家Frank Gunstone估計，全球甘油市場容量2000年在75萬

41、噸，2005年為86萬噸，2010年將達(dá)到100萬噸。當(dāng)時，他對生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度及影響估計不足。根據(jù)Frost&Suliven的調(diào)查，2004年全球甘油產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到約130萬噸，消費量97萬噸。</p><p>　　中國的甘油市場容量究竟有多大？中國每年進(jìn)口數(shù)量可觀的甘油以滿足國內(nèi)市場需求。表1是2003～2006年間中國甘油的進(jìn)口量。由表1[1]可見，2003年甘油進(jìn)口總量已經(jīng)達(dá)到13萬噸，加上國

42、內(nèi)產(chǎn)量，估計甘油市場容量已在16萬噸左右。2003年以后，中國甘油產(chǎn)量增加，進(jìn)口量開始減少，但由于中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，以及甘油精煉設(shè)施不足，精甘油的進(jìn)口量仍不斷增加。</p><p>　　下表1.2中列出甘油的主要用途，其多數(shù)工業(yè)用途與消費者的日常生活關(guān)系密切，它們必將隨著社會消費水平的提高而獲得發(fā)展，從而增加對甘油的需求量。值得注意的是，我國與發(fā)達(dá)國家在甘油的消費構(gòu)成上存在較大差別，見下表1.3。由表1.3可見

43、[2]，我國的甘油市場，在藥品、化妝品工業(yè)以及聚氨酯工業(yè)方面的比例明顯偏低，而在醇酸樹脂生產(chǎn)中所占的比例明顯偏高。據(jù)此分析，無論從人均消費量，還是從消費構(gòu)成方面講，中國的甘油市場仍有很大的增長潛力。</p><p>　　表1.1 2003～2006年間中國甘油進(jìn)口量（單位：噸）</p><p>　　表1.2甘油的主要用途</p><p>　　1.3發(fā)達(dá)國家在甘油消費

44、構(gòu)成上的差別</p><p>　　原油價格暴漲為油脂化工的發(fā)展提供了難得的機遇。同時，生物柴油作為新興產(chǎn)業(yè)正在包括中國在內(nèi)的許多國家崛起。這兩方面發(fā)展的結(jié)果，一是原來的油脂供需平衡被打破，導(dǎo)致油脂庫存下降、價格上升；二是使副產(chǎn)甘油過剩，其價格下滑。在中國，近幾年油脂化學(xué)工業(yè)發(fā)展迅猛，脂肪酸和天然脂肪醇的產(chǎn)能急速膨脹，加上生物柴油設(shè)施不斷興建和投運，使得中國的甘油產(chǎn)量急劇上升。</p><p&g

45、t;　?。?）脂肪酸產(chǎn)能。下表1.4中列出了2005年以來中國新增或擴建的油脂水解裝置。僅僅這些已投運的新建裝置的產(chǎn)能已在80萬噸以上，幾乎是2003年中國原有產(chǎn)能的一倍；而且，這里尚未包括一些產(chǎn)能在3萬噸以下的小裝置。據(jù)筆者了解，上述新的生產(chǎn)裝置一般運行情況良好。這意味著新增甘油產(chǎn)能8萬噸左右。</p><p>　?。?）醇產(chǎn)能。近幾年中國的天然脂肪醇裝置的產(chǎn)能也在迅速擴張，表1.5知,自2006年以來新建的脂

46、肪醇裝置的產(chǎn)能。可見，兩年內(nèi)將新增產(chǎn)能29萬噸。有統(tǒng)計報道，2005年中國脂肪醇產(chǎn)量11.3萬噸，2006年14.4萬噸，而2007年估計將突破20萬噸，意味著新增甘油產(chǎn)量1萬噸以上。</p><p>　?。?）原有的油化企業(yè)雖然規(guī)模較小，但數(shù)量不少，甘油產(chǎn)能多數(shù)在千噸級。例如中天化工、杭州油化、中鼎油化、華龍化工等。估計這些企業(yè)的甘油總產(chǎn)量在2～3萬噸。</p><p>　?。?）國洗協(xié)

47、統(tǒng)計，2004年中國制皂業(yè)的甘油產(chǎn)量為2.38萬噸，其中納愛斯公司一家就生產(chǎn)了1.35萬噸。考慮到中國制皂業(yè)變化不大，制皂業(yè)副產(chǎn)的甘油總量不會超過3萬噸。以上四方面加起來，全國甘油總產(chǎn)能在15～17萬噸。由此可見，最近三年中國油脂化學(xué)工業(yè)新增的甘油產(chǎn)能約在10萬噸甚至更多，大約是2003年產(chǎn)量的兩倍。這里尚不包括生物柴油產(chǎn)業(yè)新增的甘油產(chǎn)量。表1.4、1.5中分列出中國新增油脂水解裝置產(chǎn)能和中國新增脂肪醇裝置產(chǎn)能。然而，這僅僅是已建和在建

48、裝置中的一部分。由此可以看出，生物柴油的總產(chǎn)能已在50萬噸以上。但是，據(jù)《中國化工報》2006年6，由于資源缺乏，2005年中國生物柴油實際產(chǎn)量僅在5萬噸左右。雖然這個數(shù)字并非正式的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，但據(jù)此估計，相應(yīng)的副產(chǎn)甘油的產(chǎn)量應(yīng)在1萬噸以內(nèi)。2006年至今，中國又建起多套生物柴油裝置，估計副產(chǎn)甘油的數(shù)量不超過3萬噸。再加上6萬多噸（精制甘油）進(jìn)口量，目前中國的甘油市場容量應(yīng)在23～26萬噸左右，占世界市場的1/5以上，而且繼續(xù)呈現(xiàn)快速增長

49、的勢頭。</p><p>　　表1.4 2005年以來中國新增油脂水解裝置產(chǎn)能 </p><p>　　表1.5 2006年以來中國新增脂肪醇裝置產(chǎn)能</p><p>　　1.5甘油的發(fā)展前景</p><p>　　甘油已經(jīng)成為自然界賜予人類的最廉價的多元醇。因此，拓展甘油應(yīng)用領(lǐng)域、開發(fā)高附加值產(chǎn)品已是當(dāng)今油脂化學(xué)工業(yè)面臨的熱點問題之一。

50、可以從以下三方面擴大甘油市場。</p><p>　　（1）擴大在日化、醫(yī)藥、食品工業(yè)等傳統(tǒng)領(lǐng)域中甘油的應(yīng)用和替代，這一領(lǐng)域甘油消費量大，消費者熟悉其使用方法，因此是擴大現(xiàn)有甘油市場的主攻方向。這需要增加甘油精練裝置的產(chǎn)能，提供高質(zhì)量甘油。</p><p>　　（2）取代或部分取代石油基多元醇，尤其是取代乙二醇、丙二醇等與甘油分子結(jié)構(gòu)相似的石油基多元醇。利用甘油的價格優(yōu)勢進(jìn)行配方應(yīng)用研究，

51、將是擴大甘油市場的重要方向。譬如，用于汽車防凍液、擋風(fēng)玻璃清洗液的配方中。</p><p>　?。?）以甘油作原料進(jìn)行深加工，生產(chǎn)高附加值的衍生物，將為甘油市場開辟廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。有些深加工技術(shù)已實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，如：①由甘油制環(huán)氧氯丙烷。全球環(huán)氧氯丙烷市場在100萬噸左右，其中陶氏化學(xué)公司在美國有環(huán)氧氯丙烷產(chǎn)能38萬噸，在德國有10.5萬噸，幾乎占全球產(chǎn)能的一半。2007年3月26日，陶氏化學(xué)公司宣布，將在上?；?/p>

52、園區(qū)建造世界級15萬噸/年環(huán)氧氯丙烷裝置，該裝置以甘油為原料，預(yù)計2009～2010年投產(chǎn)。陶氏認(rèn)為，甘油法已成為最有競爭力的生產(chǎn)環(huán)氧氯丙烷的新方法。比利時的Solvay公司已在法國建有1萬噸/年產(chǎn)能的生產(chǎn)裝置，正準(zhǔn)備在泰國建10萬噸/年新裝置，計劃2009年中期投運。在國內(nèi)，楊農(nóng)化工已經(jīng)建成兩套3萬噸/年甘油法生產(chǎn)環(huán)氧氯丙烷的裝置。②由甘油制丙二醇。全球1,2丙二醇市場需求量在100萬噸/年以上。美國密蘇里大學(xué)G.J.Suppes為1

53、,2-丙二醇的研究工作多年，并已于2006年末建成1萬噸/年的生產(chǎn)裝置。該項研究獲得2006年度的美國總統(tǒng)綠色化學(xué)獎。1,3-丙二醇是新型聚酯Sorona（聚對苯二甲酸丙二醇酯）的單體之一。利用生物方法將甘油轉(zhuǎn)化成1,3-丙二醇也已獲得成功</p><p>　　1.6本設(shè)計的任務(wù)以及選題意義</p><p>　　隨著中國工業(yè)的高速發(fā)展，市場對于甘油的需求也逐漸增加。但是在中國以前的甘油生產(chǎn)

54、中，主要靠天然法來生產(chǎn)甘油，但這種方法的甘油產(chǎn)量低，純度低，因此遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足甘油的市場需求。鑒于此，本設(shè)計擬進(jìn)行以下工作：</p><p>　　設(shè)計方案采取合成法，采用環(huán)氧氯丙烷合成甘油。此方法具有流程短、設(shè)備簡單、投資費用小等特點，而且可規(guī)模放大，適合于規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。</p><p>　　設(shè)計存在的主要關(guān)鍵問題是：一是甘油的制取方法；二是水解工藝路線的確定；三是反應(yīng)條件的確定。其中反應(yīng)

55、條件的確定包括反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間的確定、溶液中堿含量的的確定以及產(chǎn)物的分離。</p><p>　　設(shè)計主要完成以下主要任務(wù)：</p><p>　　1、全廠工藝流程、及企業(yè)組成； </p><p>　　2、本車間的產(chǎn)品特點及工藝流程、車間布置； </p><p>　　3、主要設(shè)備的規(guī)格型號、工藝參數(shù)； </p&g

56、t;<p>　　4、輔助設(shè)備的名稱、規(guī)格、型號。 </p><p><b>　　2工藝說明</b></p><p>　　2.1主要生產(chǎn)甘油的工藝說明</p><p>　　2.1.1油脂皂化制皂</p><p>　　用油脂皂化制皂提取甘油工藝主要采用傳統(tǒng)蒸餾法即將皂化廢液經(jīng)過澄清處理得到精廢液，接著濃縮為質(zhì)

57、量分?jǐn)?shù)40%的甘油，回收鹽后濃縮為質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%的甘油，再真空蒸餾、活性炭處理、壓濾得到甘油產(chǎn)品。該法存在著產(chǎn)品質(zhì)量低和能耗高等缺點，致使我國的低級甘油過剩，而98%以上的皂化或藥用級甘油，尤其是99.9%的高純度甘油，主要靠進(jìn)口。梁秉華等在采用傳統(tǒng)工藝制得質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%的甘油后，提出新的工藝流程：首先采用陽離子型高離子澄清劑進(jìn)行中性條件下的第2 步澄清處理，減少了副反應(yīng)，除色和除臭效果好；第2 步為色譜分離，使離子物和非離子物的鹽、膠

58、體和有色物從甘油中排除；最后進(jìn)行樹脂脫色、脫鹽和真空濃縮，制得高純度甘油。整個生產(chǎn)過程在100 ℃下進(jìn)行，濃縮階段也在110 ℃下進(jìn)行，雜質(zhì)少、能耗低，可制得低成本相當(dāng)藥用二級甘油。并且小試和中試對比了新、舊工藝在質(zhì)量、技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)和環(huán)保方面的特點和優(yōu)勢，分析了工業(yè)化規(guī)模的可行性。</p><p>　　2.1.2天然油脂水解法</p><p>　　由植物油脂水解制皂所得廢液中制取甘油，此廢

59、液中含有甘油6%~15%，無機鹽8%~16%，堿金屬0.1%~0.5%，其他有機物0.1%~2%。</p><p>　　先將一部分脂肪酸或油脂或含有剩余油脂的皂基加入皂化副產(chǎn)物廢液中。煮沸使其發(fā)生皂化反應(yīng)，反應(yīng)完成后，靜止并且降溫，出去上層皂基，在下層廢液中加入0.35%左右的硫酸鋁，并加鹽酸調(diào)節(jié)，使得PH在4.5~5.0左右。過濾，所得的濾液在4.5~5.0之間，加硫酸鋁時應(yīng)不再有沉淀生成，而加氫氧化鈉時，濾液

60、中應(yīng)該出現(xiàn)絮狀沉淀。否則將應(yīng)再用硫酸鋁和鹽酸重新處理，硫酸鋁可用三氯化鐵或明礬代替。酸處理所得的溶液應(yīng)呈透明狀，除濾時候濾液往往有渾濁現(xiàn)象，應(yīng)送回原濾液中再用鹽酸處理。過濾所得的透明溶液中加入濾液量的0.03%~0.05%的氫氧化鈉，攪拌均勻后再過濾，濾液的PH值為8.5~ 9.0。將濾液放入蒸發(fā)罐中，用火直接加熱煮沸，邊濃縮，邊補濾液。蒸發(fā)罐內(nèi)的液體要保持一定的質(zhì)量，不能蒸干。隨著濾液不斷蒸發(fā)，蒸發(fā)罐內(nèi)溶液的甘油含量逐漸增加，當(dāng)沸點達(dá)

61、到125~130攝氏度時候，甘油含量在70%左右，在蒸發(fā)過程中，當(dāng)溫度達(dá)到105~110攝氏度時，開始析出食鹽，在蒸發(fā)罐底放一個淺口盤，隨時取出濃縮所形成的鹽類，還可以將濾液在自然循環(huán)蒸發(fā)器中用低壓蒸汽真空蒸發(fā)，濃縮過程形成的鹽用蒸發(fā)器底部的鹽箱回收。</p><p>　　濃縮后的粗甘油采用真空蒸餾塔法精致，將蒸餾所收集的甘油加入漂白槽中，加入活性炭或硅藻土，也74~79攝氏度下攪拌1~2小時，進(jìn)行漂白，脫臭，然

62、后再同樣的溫度下過濾，即得到高純的的優(yōu)質(zhì)甘油。</p><p><b>　　2.1.3丙烯醛法</b></p><p>　　將丙烯醛和水蒸氣的混合氣體與25%的氧氣（以丙烯計，重量%）通過丙烯醛反應(yīng)器，反應(yīng)器為固定床，內(nèi)裝以碳化硅載體的氧化銅催化劑。反應(yīng)在300~400攝氏度溫度下進(jìn)行。丙烯醛收率為68%~85%，丙烯轉(zhuǎn)化率為6%~7%。反應(yīng)氣經(jīng)丙烯醛分離塔分離重組分

63、后，與異丙醇一起經(jīng)汽化器送入丙烯醛反應(yīng)器。丙烯醛與異丙醇以1：（2~10）的比例配制。丙烯醇反應(yīng)器為多管式固定床反應(yīng)器，裝有氧化鎂—氧化鋅催化劑。反應(yīng)在400攝氏度下進(jìn)行，反應(yīng)收率約為80%，同時副產(chǎn)等摩爾的丙酮。生成的丙烯醇經(jīng)分離塔提純后于過氧化氫水溶液一起進(jìn)入丙烯醇羥化反應(yīng)器，在少量三氧化鎢存在的條件下，與50~70攝氏度下反應(yīng)2~3個小時，生成縮水甘油?？s水甘油經(jīng)水解后進(jìn)入多效蒸發(fā)塔，蒸出多余水分，然后加入少量堿經(jīng)閃蒸塔和真空蒸餾

64、塔精致后得到成品甘油。</p><p>　　2.1.4 環(huán)氧氯丙烷法</p><p>　　用環(huán)氧氯丙烷合成的甘油， 是一種工藝成熟、產(chǎn)品質(zhì)量好的生產(chǎn)方法。1980年我國就引進(jìn)了生產(chǎn)裝置， 目前我國合成甘油的年產(chǎn)能力在5 kt 以上，但長期以來受原料環(huán)氧氯丙烷貨緊價高的影響，使合成甘油的生產(chǎn)能力無法發(fā)揮。國外合成甘油產(chǎn)量很大，美國年產(chǎn)甘油300 kt，其中合成甘油150 kt。</p&

65、gt;<p>　　將純度大于95%的丙烯經(jīng)干燥預(yù)處理后于氯氣在一定比例下迅速通過氯化反應(yīng)器，反應(yīng)溫度500攝氏度左右。然后極冷送入分離塔分離未反應(yīng)的丙烯，得到的氯丙烯送入次氯酸化反應(yīng)器。</p><p>　　氯丙烯與次氯酸在20~30攝氏度下反應(yīng)，收率90%~92%。反應(yīng)混合物經(jīng)分離器分離去次氯酸的水層后，得到的二氯丙醇油層與15%的石灰乳與80~90攝氏度下反應(yīng)，反應(yīng)液經(jīng)蒸汽蒸餾，塔頂蒸去環(huán)氧氯丙

66、烷與水的共沸物。然后經(jīng)精制可得純度為98%的環(huán)氧氯丙烷。環(huán)氧氯丙烷經(jīng)分離后精制送入水解罐，在140攝氏度每1.4兆帕壓力下，于10%的苛性鈉（或碳酸鈉）水溶液下進(jìn)行水解，水解液含大量氯化鈉和稀甘油水溶液，在多效蒸發(fā)器中濃縮，得到90%的粗甘油，再在150攝氏度每1.37兆帕的壓力下減壓精餾后得到純度為99%的甘油在環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)中，產(chǎn)生大量副產(chǎn)品三氯丙烷，可綜合利用，通過加熱水解制各甘油</p><p><

67、b>　　綜合方法如下：</b></p><p>　　(1)水解。在反應(yīng)器內(nèi)加入1 mol 三氯丙烷副產(chǎn)品（混合物，沸程130～170 ℃），加熱回流，滴加醋酸鈉水溶液（醋酸鈉用量是三氯丙烷質(zhì)量的3％），滴完后即開始滴加1.5 mol 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％氫氧化鈉溶液，滴加時間約為2 h，回流溫度由100 ℃左右逐步因共沸作用而降低到90 ℃左右，此后，因水解作用沸點逐步上升，直到110 ℃為止，（在

68、滴完后約1 h），抽樣觀察。反應(yīng)物中油相消失，由二相變?yōu)橐幌?，?10 ℃保持10 min 后，并在攪拌中逐步降溫到70 ℃后繼續(xù)攪拌1 h，開動真空泵，脫氣10 min，然后在常壓條件下加熱到85 ℃， 放料， 用鹽酸中和到pH為6 為止，冷卻。</p><p>　　(2)甘油水的純化。經(jīng)中和的產(chǎn)品是甘油水的飽和食鹽溶液，加入少量多聚氯化鋁凈水劑，靜置過夜，過濾去除不凈雜質(zhì)，去除表層浮油，如有結(jié)晶鹽析出， 必須

69、用少量清水洗除鹽表面所吸附的甘油，再把洗液過濾后和第一次的濾液合并。所得產(chǎn)品為淺黃色的甘油食鹽溶液。</p><p>　　(3)脫鹽。把以上所制的產(chǎn)品在真空中（6.666～10.666 kPa）脫水，沸點約50～60 ℃，當(dāng)水餾出量約為總體積的1/6 時，即把殘液過濾脫鹽，濾出的鹽分必須先用未濃縮的甘油溶液來洗滌，再用淡水洗滌，洗液和濃縮液合并，重新真空蒸餾脫鹽，如此反復(fù)5～6 次，直到濃縮液中甘油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)8

70、0％以上，即可用為粗甘油處理。</p><p>　　(4)離子交換處理。把粗甘油用水稀釋到質(zhì)量分?jǐn)?shù)20％左右，先用陰陽離子混合的離子交換柱處理，然后依次用陰離子樹脂，陽離子樹脂處理，如此反復(fù)3 次，待甘油溶液中不含氯離子或鈉離子，即可得去離子甘油水溶液。</p><p>　　(5)濃縮和蒸餾。把上述的甘油水溶液在13.332kPa，60 ℃左右濃縮到質(zhì)量分?jǐn)?shù)91.3％， 用氫氧化鈉把pH

71、調(diào)節(jié)到8.5，然后在933.254 Pa，170 ℃進(jìn)行蒸餾，可得純度在98％以上的純甘油</p><p>　　但是此種方法也存在的主要問題如管線鹽堵。甘油生產(chǎn)經(jīng)蒸發(fā)、蒸餾、回收等過程，伴有大量鹽析出。易造成管線堵塞，影響生產(chǎn)，這是甘油裝置最大的難題。但可用控制甘油濃度的辦法來控制鹽的結(jié)晶速度和粒度，減少鹽堵現(xiàn)象；還有能耗高。本裝置生產(chǎn)甘油耗能比國內(nèi)同類的皂化甘油裝置高得多。如何減少能耗，提高能量利用率，也是一個

72、很有研究意義的課題。</p><p>　　2.2 工藝流程方案</p><p>　　由于天然法生產(chǎn)的甘油產(chǎn)量較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)需求，故國內(nèi)一般用運用合成法萊制取甘油，此設(shè)計采用環(huán)氧氯丙烷法制取甘油，其生產(chǎn)工藝如下：</p><p>　　環(huán)氧氯丙烷蒸發(fā)精餾離心分離 減壓濃縮</p><p><b>　　精制成品甘

73、油</b></p><p>　　2.3 主要工藝參數(shù)說明</p><p>　　在用環(huán)氧氯丙烷法生產(chǎn)甘油的時候，主要用了涉及工藝參數(shù)：</p><p>　　環(huán)氧氯丙烷水解時候用了15%的Na2CO3溶液做堿。</p><p>　　反應(yīng)溫度在125℃，常壓下進(jìn)行。為減少副反應(yīng)的發(fā)生，進(jìn)料的環(huán)氧氯丙烷濃度盡量大，這里取100%純度的進(jìn)料

74、。</p><p><b>　　3生產(chǎn)工藝設(shè)計計算</b></p><p>　　3.1 主要化學(xué)反應(yīng)</p><p>　　3.1.1 化學(xué)反應(yīng)</p><p>　　在制取甘油的生產(chǎn)工藝中，由于天然法制取甘油的產(chǎn)量較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足中國的甘油市場，故生產(chǎn)甘油多數(shù)用合成法。本設(shè)計方案采取合成法，用環(huán)氧氯丙烷合成甘油，具體生產(chǎn)

75、過程計算如下。在用環(huán)氧氯丙烷生產(chǎn)甘油時，主要發(fā)生下列反應(yīng)，本設(shè)計則是針對此系列反應(yīng)過程進(jìn)行的相關(guān)計算：</p><p><b>　　第一個反應(yīng)：</b></p><p>　　CH2CHOCH2CI+H2O——→CH2OHCHOHCH2CI +21.51kcal/mol</p><p><b>　　第二個反應(yīng)：</b>

76、;</p><p>　　CH2OHCHOHCH2CI+1/2Na2CO3——→CH2OHCHOCH2+NaCI+1/2CO3+1/2H2O -3.2 kcal/mol </p><p><b>　　第三個反應(yīng)：</b></p><p>　　CH2OHCHOCH2+H2O——→CH2OHCHOHCH2OH +18.1 kcal/mol&

77、lt;/p><p>　　3.1.2 化學(xué)反應(yīng)物料衡算</p><p><b>　　計算物料衡算：</b></p><p>　　設(shè)計任務(wù)為年產(chǎn)十萬噸甘油，工作日為365-設(shè)備維修日25天=340天；</p><p>　　以每小時生成甘油為準(zhǔn)，即:</p><p>　　F(甘油)=10×107/

78、340×24×92=133.2kmol/h</p><p>　　由于生產(chǎn)的甘油只含98%的純甘油，故</p><p>　　F (成品甘油)= 133.2/98%=136.0 kmol/h;</p><p>　　已知環(huán)氧氯丙烷（以下簡稱ECH）的轉(zhuǎn)化率為96%，故：</p><p>　　F (ECH)= 136.0/0.99

79、=137.4 kmol/h;</p><p><b>　　3.2反應(yīng)器的設(shè)計</b></p><p>　　3.2.1 反應(yīng)釜體積計算</p><p>　　第一個反應(yīng)的反應(yīng)器設(shè)計,本反映在125℃條件下進(jìn)行</p><p><b>　　根據(jù)體系物料衡算有</b></p><p>

80、;　　F (ECH) =137.4 kmol/h，F(xiàn) (水)=28 kmol/h</p><p>　　所以 F(總進(jìn)料)= 137.4+28=165.4 kmol/h=0.046 kmol/min</p><p>　　ECH的體積流量為q（ech）=137.4×92.5/1.81×103=7.0 m3/h</p><p>　　水的體積流量為q（水

81、）=18×28/1.0×103=0.504 m3/h</p><p>　　進(jìn)口體積流量為q（總）=7.504 m3/h</p><p>　　CA0=137.4/7.504=18.4 kmol/ m3</p><p>　　已知反映的動力學(xué)方程為-R=k1Ca,, 查得k1得7.7×10-5min-1</p><p>

82、;　　則根據(jù)反映動力學(xué)方程式求得體積為：</p><p>　　=0.046×0.99/7.7×10-5×18.4</p><p><b>　　=30.85 m3</b></p><p>　　設(shè)反應(yīng)器的裝料系數(shù)為0.9，則反應(yīng)器的有效體積為V;</p><p><b>　　V = V

83、（r）/</b></p><p>　　=30.85/0.9</p><p><b>　　=34.3 m3</b></p><p><b>　　物料的平均停留時間</b></p><p>　　t= V（r）/ q（總）=30.85/7.504</p><p><

84、;b>　　=4.1h</b></p><p>　　3.2.2 反應(yīng)釜直徑和高度的計算</p><p>　　在已知反應(yīng)斧的操作容積后，首先要選擇罐體適宜的長徑比(H/Di)，以確定罐體直徑和高度。選擇罐體長徑比主要考慮以下兩方面因素：</p><p>　　1、長徑比對攪拌功率的影響：在轉(zhuǎn)速不變的情況下，PD5（其中D---攪拌器直徑，P——攪拌功率）

85、，P隨釜體直徑的增大，而增加很多，減小長徑比只能無謂地?fù)p耗一些攪拌功率。因此一般情況下，長徑比應(yīng)選擇大一些。</p><p>　　2、長徑比對傳熱的影響：當(dāng)容積一定時，H/Di越高，越有利于傳熱。</p><p>　　長徑比的確定通常采用經(jīng)驗值[3]，即見下表3.1</p><p>　　表3.1 罐體長徑比經(jīng)驗表</p><p>　　取H/D

86、=1.2，采用橢圓形釜底，封頭高度H1=0.25D，體積V=0.131D3，則反應(yīng)釜直徑D：</p><p>　　H2=0.95D=1.2D-0.25D=0.95D;</p><p>　　V=/4×D2H2+0.131D3 (H2=0.95D)</p><p>　　34.3=/4×D×0.95D+0.131D3</p>

87、<p><b>　　D=4.97m</b></p><p><b>　　H=1.2 </b></p><p><b>　　H=5.96m</b></p><p>　　3.2.3 反應(yīng)釜的熱量衡算：</p><p>　　由于連續(xù)式反應(yīng)器是一封閉物系，則由熱量衡算方程

88、式可導(dǎo)出下式：</p><p>　　上式為間歇釜式反應(yīng)器反應(yīng)物料的溫度與時間的關(guān)系式，式中</p><p>　　mt—反應(yīng)物料質(zhì)量，kg； </p><p>　　Cp，t—反應(yīng)物料從基準(zhǔn)溫度改變到實際溫度的平均熱容，J/kg℃；</p><p>　　Tc—傳熱介質(zhì)溫度，℃； </p><p>　　T—反應(yīng)物系溫度，℃；

89、</p><p><b>　　τ —反應(yīng)時間，S</b></p><p>　　(－HR)—基準(zhǔn)溫度下反應(yīng)熱，J/kmol； </p><p>　　K0—總傳熱系數(shù)， J/m2s℃；即：W/m2.℃</p><p>　　Ah—傳熱面積，m2</p><p>　　等溫反應(yīng)，dT=0，上式變?yōu)?KAh

90、(Tc－T)=(－HR)(－rA)VR </p><p>　　可查得： －HR=412J/kmol</p><p>　　則 </p><p>　　若為等溫操作，則反應(yīng)過程放出的熱量等于載熱體移走的熱量，首先計算出放熱量，根據(jù)下式計算出傳熱面積</p><p><b>　　總傳熱系數(shù)計算：

91、</b></p><p>　　式中K0---總傳熱系數(shù)，W/m2.℃</p><p>　　---給熱系數(shù)，W/m2.℃；</p><p>　　R---污垢熱阻，m2℃/W；</p><p><b>　　---壁厚，m；</b></p><p>　　---設(shè)備壁導(dǎo)熱系數(shù)，W/m℃。<

92、;/p><p>　　下標(biāo) i、o、m分別表示設(shè)備內(nèi)、外和平均。</p><p>　　常用污垢熱阻大致范圍可查</p><p><b>　　R=4.159</b></p><p><b>　　=10</b></p><p><b>　　給熱系數(shù)的確定</b>&

93、lt;/p><p>　　釜側(cè)的傳熱膜系數(shù)，可采用如下的關(guān)聯(lián)式求取，在夾套傳熱的場合為：</p><p>　　式中Di---釜內(nèi)徑，m； </p><p>　　---熱流體的導(dǎo)熱系數(shù) ，W/m.k；</p><p>　　，s---流體的粘度及流體在側(cè)壁上的粘度， Pa·S；</p><p>　　Cp---熱容，J/

94、kgK</p><p><b>　　代入數(shù)據(jù)：</b></p><p><b>　　當(dāng) 時；</b></p><p>　　式 u---水在夾套內(nèi)流速，m/s； </p><p>　　De ---夾套的當(dāng)量直徑，m。</p><p>　　夾套直徑Dj的計算：</

95、p><p>　　Dj可根據(jù)罐體內(nèi)徑按下表3-2推薦的數(shù)據(jù)選取。</p><p>　　表3.2 夾套直徑Dj與罐體直徑Di的關(guān)系（mm）</p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　　代入總計算公式得：</b></p><p><b>　　傳熱面

96、積：</b></p><p>　　同理，對于第二個反應(yīng)器的計算，計算方法如同反應(yīng)器一。</p><p>　　3.2.4第二個反應(yīng)的反應(yīng)器設(shè)計</p><p>　　本反應(yīng)分別在110攝氏度和125攝氏度條件下進(jìn)行計算方法同第一個反應(yīng)器，同樣可計算出體積，熱量衡算，和強度校核.</p><p>　　反應(yīng)釜體積計算：已知對于第一次反應(yīng)的

97、料液出口濃度有</p><p>　　CA=CAO+k1t （由于k1t值較小，故可粗略認(rèn)為出口料液濃度守恒）</p><p>　　=18.4 kmol/ m3</p><p>　　即18.4 kmol/ m3的CH2OHCHOHCH2CI和98%的Na2CO3同時進(jìn)料。查的資料的98%的Na2CO3的密度為2.532g/cm3；反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為0.8；</p>

98、;<p>　　全混釜式反應(yīng)器示意圖</p><p>　　對于第二個反應(yīng)器進(jìn)行物料衡算，</p><p>　　N（ Na2CO3）=76.1/0.98=77.3kmol/h, N(C3H6O2CI)=158.8 kmol/h; F（C3H5O2）=85.0 kmol/h，F(xiàn)（NaCI）=67.2 kmol/h，F(xiàn)（CO2）=25.3 kmol/h，F(xiàn)（H2O）=10.3

99、kmol/h</p><p>　　則F（總進(jìn)料2）=77.3+158.8=236.1 kmol/h=0.66 kmol/min;</p><p>　　CA=18.4 kmol/ m3</p><p>　　q(Na2CO3)=77.3×106/2.532×103</p><p><b>　　=3.3 m3/h<

100、;/b></p><p>　　C(Na2CO3)=77.3/3.3</p><p>　　=23.4 kmol/h</p><p>　　=0.006 kmol/min</p><p>　　已知該反應(yīng)的動力學(xué)方程為-Ra=k2 CA2(1-Xa2) 且k2=1.12×104</p><p>　　則可計算此

101、反應(yīng)釜的有效體積為</p><p>　　=0.66×0.8/18.42×（1-0.8）×1.12×104</p><p><b>　　=32.3 m3</b></p><p><b>　　裝料系數(shù)取0.9</b></p><p><b>　　V= V

102、（r）/</b></p><p><b>　　=32.3/0.9</b></p><p><b>　　=35.9 m3</b></p><p>　　反應(yīng)釜直徑和高度的計算</p><p>　　同理V=/4×D2H2+0.131D3 (H2=0.95D)</p>

103、<p>　　可計算的D=5.02m；</p><p><b>　　H=6.02m</b></p><p>　　同樣可計算出第三個感應(yīng)器的體積；</p><p>　　第三個反應(yīng)的反應(yīng)器設(shè)計，本反映在120℃條件下進(jìn)行</p><p>　　同樣，CA02=K2+ CA，由于反應(yīng)速率小，故可認(rèn)為反映濃度依然守衡，即

104、 CA0=18.4 kmol/ m3，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為0.8</p><p>　　已知進(jìn)料C（CH2OHCHOCH2）=18.4 kmol/ m3</p><p>　　F(總進(jìn)料3)= F（C3H5O2）+ F（NaCI）+F（H2O）=170+67.2+10.3</p><p>　　=247.5 kmol/h</p><p>　　=0.0687

105、5 kmol/min</p><p>　　且已知此反應(yīng)的動力學(xué)方程為-Ra1=k3 CA2 k3==9×105</p><p>　　=0.06875×0.8/18.4×9×105</p><p><b>　　=33.2 m3</b></p><p><b>　　裝料系

106、數(shù)取0.9</b></p><p><b>　　V= V（r）/</b></p><p><b>　　=33.2/0.9</b></p><p><b>　　=36.8 m3</b></p><p>　　H=0.95D=1.2D-0.25D=0.95D</p&

107、gt;<p>　　V=/4×D2H2+0.131D3 (H2=0.95D)</p><p>　　36.8=3.14/4×0.95D+0.131D3</p><p>　　D=5.04 m </p><p><b>　　H=6.05 m</b></p><p>　　此反應(yīng)的三個反應(yīng)

108、釜采用三釜串聯(lián)試反應(yīng)</p><p>　　3.3反應(yīng)釜的強度校核</p><p>　　由于第二個，第三個的反應(yīng)釜設(shè)備的強度校核方法如第一個。故只對第一個反應(yīng)釜進(jìn)行強度校核</p><p>　　3.3.1 選擇材料</p><p>　　簡體與封頭的材料選用20R，裙座材料選擇Q235-A，材料的有關(guān)性能參數(shù)如下：</p><

109、p><b>　　，</b></p><p><b>　　，，</b></p><p>　　3.3.2 計算壓力和封頭的壁厚</p><p><b>　　筒體：</b></p><p>　　封頭，采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭</p><p>　　加上壁厚量C=

110、3mm，并圓整，還應(yīng)考慮剛度，穩(wěn)定性以及多種的載荷等因素，取筒體，封頭和裙座的名義厚度Sn均為20mm，Se=Sn-C=20-3=17mm</p><p>　　3.3.3 反應(yīng)器的質(zhì)量載荷計算</p><p>　　(1) 反應(yīng)器的外殼和裙座質(zhì)量</p><p><b>　　反應(yīng)器高為 </b></p><p><

111、b>　?。?）封頭質(zhì)量</b></p><p>　　查的 DN4970mm，厚20mm的封頭質(zhì)量為680kg</p><p>　　m2=680×2=1360kg</p><p><b>　?。?）裙座質(zhì)量</b></p><p><b>　　按圓筒型計算</b></

112、p><p>　　（4） 塔內(nèi)的質(zhì)量</p><p>　?。?） 人孔，法蘭，接管與附屬物的質(zhì)量</p><p>　　（6） 保溫材料的質(zhì)量</p><p>　?。?） 平臺，扶梯質(zhì)量</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　qP—平臺單位質(zhì)量，為1

113、50kg/m2；</p><p>　　HF—扶梯高度，為13m；</p><p>　　qF—籠式扶梯的單位質(zhì)量，為40kg/m；</p><p>　　n—平臺數(shù)量，2個。</p><p>　?。?）操作時塔內(nèi)物料質(zhì)量</p><p><b>　　其中 </b></p><p

114、>　?。?）全塔操作質(zhì)量、全塔最小質(zhì)量及最大質(zhì)量</p><p><b>　　全塔操作質(zhì)量</b></p><p><b>　　全塔最大質(zhì)量：</b></p><p><b>　　全塔最小質(zhì)量：</b></p><p>　　3.3.4 塔的自陣周期計算</p>

115、<p><b>　　塔自振周期：</b></p><p>　　3.3.5 地震載荷計算 </p><p>　　由文獻(xiàn)[4]查得： Tg=0.3（2類場地土，近震）。</p><p><b>　　地震影響系數(shù)</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù)CZ=0.5。</p>

116、;<p>　　，所以必須考慮高振型影響。</p><p>　　確定危險界面，如附圖。0-0截面為裙座基底截面，1-1截面為裙座人孔出截面，2-2截面為裙座與塔體焊縫處截面。</p><p>　　計算危險截面得地震彎矩。</p><p><b>　　0-0截面</b></p><p><b>　　1

117、-1截面</b></p><p><b>　　2-2截面</b></p><p>　　3.3.6 風(fēng)載荷計算</p><p><b>　?。?）風(fēng)振計算</b></p><p>　　各計算塔段的風(fēng)振系數(shù)由式計算。計算結(jié)果列于表3.3。</p><p>　　（2）有

118、效直徑Dei</p><p>　　設(shè)籠式扶梯與塔頂管線成90°角，取平臺構(gòu)建的投影面積∑A=0.5m2，則Dei取下使計算值中的較大者。</p><p>　　式中，塔和管線的保溫層厚度，塔頂管線外徑</p><p><b>　　。</b></p><p>　　表3.3 各塔段的風(fēng)振系數(shù)</p>&

119、lt;p>　　各塔段Dei計算結(jié)果列于表3.4。</p><p>　　表3.4 各塔段有效直徑Dei</p><p>　?。?）水平風(fēng)力計算 </p><p>　　由下使計算各塔段的水平風(fēng)力 </p><p>　　各段有關(guān)參數(shù)及計算結(jié)果列于表3.5。</p><p>　　表3.5 各塔段水平風(fēng)力計算結(jié)