[应用化工技术]应用化工技术 应用化工技术

2016-08-10 04:45:11 文章

滨州职业学院
BINZHOU VOCATIONAI COLLEGE

毕业论文

姓名 学号

李国良 6309041120

专业班级 2009 级应用化工技术一班 系院名称 轻纺化工学院 指导老师 王婷

2011 年 6 月 15 日

年产十

万吨甘油的生产车间工艺设计

[摘要]:甘油,即丙三醇。具有吸湿性、保温性、高粘度、水溶性、无毒、 有甜味、有三个羟基可制成一些衍生物等特性,是一种重要的化工原料。 本设计为年产十万吨甘油的生产工艺设计。目前,在国内生产甘油又有多 种方法,而本设计是由环氧氯丙烷法生产甘油工艺的设计;主要设计内容 有原料的存储罐,以及生产过程如蒸发,换热等工序的计算。主要以物料 衡算和热量衡算进行工艺计算和设备选型.在选型的基础上绘制了工艺流程 图,主要设备装配图,车间设备立面图和全厂平面布置图。

Abstract: Glycerin, scientific name being glycerol, is an important light industry raw material, because of its characteristic of moisture absorption, heat preservation, heat viscosity, water-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 in this paper. There are many ways to produce glycerin, but the epichlorohydrin is adopted in this paper.The main design includes the calculations of raw material storage tank, and the process of production, such as evaporation and heat transfer. The calculations and equipment selections are completed through mass balance and heat balance, The engineering flow sheet, the main equipment assembling drawing, workshop appliance elevation drawing and floor plan of plant are completed also. Key words: Epichlorohydrin; Glycerin, reactor; evaporation tower

目录 1 概述 ................................................ 1
1.1 甘油研究背景 ............................................ 1 1.1.1 甘油性质和用途 .....................................1 1.2.甘油的生产工艺 .......................................... 2 1.2.1 天然甘油的生产 .....................................2 1.2.2 合成甘油的生产 .....................................3 1.2.3 发酵甘油的生产 .....................................4 1.3 甘油发展现状 ............................................ 5 1.4 甘油的市场分析 .......................................... 6 1.5 甘油的发展前景 ......................................... 10 1.6 本设计的任务以及选题意义 ............................... 11

2 工艺说明 ........................................... 12
2.1 主要生产甘油的工艺说明 .................................12 2.1.1 油脂皂化制皂 ...................................... 12 2.1.2 天然油脂水解法 ....................................12 2.1.3 丙烯醛法 .......................................... 13 2.1.4 环氧氯丙烷法 ...................................... 14 2.2 工艺流程方案 ........................................... 15 2.3 主要工艺参数说明 ....................................... 16

3 生产工艺设计计算 ................................... 16
3.1 主要化学反应 ........................................... 16 3.1.1 化学反应 .......................................... 16 3.1.2 化学反应物料衡算 ..................................16

I

3.2 反应器的设计 ........................................... 17 3.2.1 反应釜体积计算 ....................................17 3.2.2 反应釜直径和高度的计算 ............................ 18 3.2.3 反应釜的热量衡算: ................................ 18 3.2.4 第二个反应的反应器设计 ............................ 21

4 车间设备布置说明 ................................... 23
4.1 车间布置设计的意义 .....................................23 4.2 车间布置的原则 ......................................... 23 4.3 车间设备布置 ........................................... 23 4.4 车间布置的任务 ......................................... 24 4.5 设备布置设计注意的问题 .................................24 4.5.1 露天化布置与室内布置 .............................. 24 4.5.2 生产流程化布置 ....................................25 4.5.3 集中化布置 ........................................ 25 4.5.4 操作、安装与检修要求 .............................. 25 4.5.5 设备布置与厂房建筑 ................................ 26 4.5.6 设备布置与安全卫生 ................................ 26 4.6 车间设备布置的方法与步骤 ............................... 26

5 总结 ............................................... 27 参考文献 ............................................. 28 致谢 ................................................. 29

II

年产十万吨甘油的生产车间工艺设计

1 概述
1.1 甘油研究背景
1.1.1 甘油性质和用途
甘油(历史) ,1779 年由斯柴尔(Scheel)首先发现,1823 年人们认识到油脂成分 中含有 Chevreul,希腊语为甘甜的意思,因此命名为甘油(Glycerine) 。第一次世界大 战期间,因其为制造火药的原料,则产量大增,是最简单的三羟基醇。分子式:C3H8O3, 结构简式 HOCH2CH(OH)CH2OH,又称丙三醇。在自然界中甘油主要以甘油酯的形式广泛 存在于动植物体内, 在棕榈油和其他极少数油脂中含有少量甘油, 是一种无色粘稠液体, 具有甜味。熔点 20℃,沸点 290℃(分解) ,相对密度 1.2613(20/4℃)。纯甘油可形 成结晶固体,冷至-15~-55℃时最易结晶,吸水性很强,可与水混溶,并可溶于丙酮、 三氯乙烯及乙醚-醇混合液。甘油与一元醇化学性质相似:例如与金属钠反应生成一元 甘油醇钠,与干燥的氯化氢气反应,生成 2,3-二羟基-1-氯丙烷和 1,3-二羟基-2-氯丙 烷。 在乙醚溶液中与氯化氢反应, 主要生成 2-羟基-1, 3-二氯丙烷。 氧化时生成甘油醛、 甘油酸;还原时生成丙二醇。 (性状与稳定性)无色粘稠状液体;味略甜,与水及乙醇 可任意比例混合,在潮湿空气中能吸收水分,遇冷时间过长能析出结晶块,稍加温可再 溶,故应密闭贮存。甘油于 10℃左右与硫酸、硝酸混合酸反应,生成甘油三硝酸酯,俗 称硝酸甘油,这个化合物经轻微碰撞即分解成大量的气体、水蒸气和二氧化碳,发生爆 炸。硝酸甘油还常用作强心剂和抗心绞痛药。脂肪酰氯或酸酐可酯化甘油。甘油与过氧 化氢、过氧酸、亚铁盐、稀硝酸等反应,生成甘油醛、二羟基丙酮;与浓硝酸作用生成 甘油酸。甘油也可被四乙酸铅或高碘酸氧化。甘油与硫酸钾或浓硫酸加热发生分子内失 水,生成丙烯醛。
1

甘油,因其具有吸湿性、保温性、高粘度、水溶性、无毒、有甜味、微生物易分解、 有三个羟基可制成一些衍生物等特性,是一种重要的轻化工原料。在合成树脂工业、食 品工业、国防工业、纺织工业、药物合成、烟草、化妆品等工业具有广泛的用途。在合 成树脂工业用于制造醇酸树脂、环氧树脂、甘油松香树脂、改性酚醛树脂、失水苹果酸 干树脂、聚醚树脂、聚氨酯树脂。医药工业用于制造甘油硼酸、胃沅酶等。食品工业用 于做甜味剂等,也是聚氨酯泡沫反应的引发剂、载色剂、润滑剂、烟草吸湿剂、啤酒阻 酵剂、糖果防结晶剂、乳脂防酸剂、冷冻食品保鲜剂。国防工业用于制造硝化甘油炸药。 纺织印染工业用作纺织物的防绉防缩处理剂、扩散剂、渗透剂、润滑剂。化工生产中用 于溶剂、吸收剂、防冻剂等。此外,还用作在涂料、炸药、塑料、牙膏、化妆品、食品、 烟草、化工、造纸、电工材料等工业。

1.2.甘油的生产工艺
甘油产品分为天然甘油和化学合成甘油,天然甘油主要以植物油脂和动物脂肪为原 料,生产某些产品过程所得的副产品,例如油脂皂化制皂、油脂水解和油脂醇解;合成甘油 则是将石油化工产品经化学合成制得。

1.2.1 天然甘油的生产
天然甘油主要来自肥皂生产和油脂裂解过程的副产品;1948 年以前,甘油全部从 动植物油脂制皂的副产物中回收。直到目前,天然油脂仍为生产甘油的主要原料,其中 约42%的天然甘油来自制皂副产, 58%来自脂肪酸生产。 由于该方法以天然油脂为原料, 且甘油是副产物,我国的化学工作者设想将其用于油脚的废水处理和利用上,既起到环 保的作用,又得到一定的经济效应。 (1) 、油脂皂化制皂 油脂皂化是油脂与碱液在一定条件下反应生成肥皂及甘油的过程,其反应方程式如 下:
RCOOCH + 3NaOH RCOOCH2 3RCOONa + CHOH CH2OH RCOOCH2 CH2OH

甘三酯

苛性钠

肥皂

甘油

2

皂化反应产物分成2 层:上层主要是含脂肪酸钠盐(肥皂)及少量甘油:下层是废 碱液,为含有盐类、氢氧化钠的甘油稀溶液,一般含甘油质量分数9%~16%,无机盐 质量分数8%~20%。 (2) 、油脂水解 油脂与过量水在一定条件下反应生成脂肪酸和甘油的过程,其理论上总反应方程式

甘三酯

脂肪酸

甘油

由于油脂水解工艺多、操作条件差异大,所得的甜水浓度及杂质含量并不相同,甘油 在甜水中的浓度约为12% ~18%,其中较为现代的高温高压连续逆流水解法因不使用催化 剂,仅利用高压蒸汽促使油脂水解,所得的甜水质量好,可进一步加工成高品质甘油。 (3)油脂醇解

RCOOCH2 R'COOCH +3H2O

RCOOCH2 +

CH2OH

油脂与过量低碳链醇(如甲醇)在一定条件下反应生成脂肪酸酯和甘油的过程,反应 方程式如下:

R'COOCH

CHOH

R"COOCH2
甘三酯 甲醇 脂肪酸甲酯

R"COOCH2
甘油

CH2O

在此反应过程中,每生产 1Kg 脂肪酸甲酯,约产生 0·1Kg 左右的甘油,迅速升温的生
RCOOCH2 物柴油(即脂肪酸甲酯)投资热使得以其副产品为来源的甘油受到重视。 CH2OH

NaOCH3 无论是制皂废液,还是油脂水解得到的甘油水所含的甘油量都不高(质量分数 10% RCOOCH + 3CH3OH

左右) ,而且都含有各种杂质。所以,需要净化、浓缩的过程先得到粗甘油,然后将粗
RCOOCH2 甘油进行蒸馏,脱色、脱臭的精制过程才能得到天然甘油。 CH2OH

Catalyst

3RCOOCH

+

CHOH

1.2.2 合成甘油的生产
从丙烯合成甘油的多种途径可归纳为 2 大类, 即氯化和氧化。 现在工业上仍在使用
3

丙烯氯化法及丙烯过乙酸氧化法。 (1)丙烯醛法 首先,丙烯气相氧化合成丙烯醛,然后丙烯醛用异丙醇还原合成合成丙烯醇;最后 丙烯醇过氧化氢羟基化合成甘油。过氧化氢则用异丙醇氧化制得。

(2)环氧氯丙烷法 丙烯高温氯化成氯丙烯,氯丙烯再氯化成二氯丙醇。二氯丙醇与石灰乳反应,得到 环氯丙烃。经分离精制后送入水解器,用 10%苛性钠或者碳酸钠水溶液进行水解,得到

CH2CHCH3 + O2 + H2 水解液中含有大量氯化钠和稀甘油水溶液,进入多效蒸发器,浓缩得到 80%的甘油,最 CH2CHCHO CH CIO
2

后经真空蒸馏、活性炭脱色、离子交换树脂处理,得到精制甘油。 H2O

O

CH CH22 CH2 CI

CH

2 CHOH + Ca OH

CH3 CH CH2CHCHO +
2

CHCI2 + CI2 2CI
2 2 CH

CH2 CH3 CHOH
2

CH

CH O

CH2CI + HCI CHCH2OH CH2

CHOH + HCI

CH OH CH CI CaCI2 CH22 + 2CI

+ CH3CCH3

2 CHCH2CICH 2 O

CH2CI + NaOH + H2O

CHOH + NaCI CH2OH

1.2.3 发酵甘油的生产
发酵甘油的生产是利用淀粉类原料(谷物、玉米、红薯等)或糖蜜原料,经生物发 酵而产生。

CH2OH HO CHOH

我国研究发酵法始于 20 世纪 50 年代中期,从 60 年代兴起的耐高渗透酵母菌种的

CHCH2OH + CH2 2 2 研究和应用到 70 年代处于鼎盛时期,到 1994 年至 1995 年,开始进入工业生产,特别
是山东、江苏、甘肃等地的企业。

CH2OH
4

1.3 甘油发展现状
目前,国内甘油发展迅速,但主要制备方法的发展现状有: (1) .合成甘油。合成甘油是用丙烯作原料经高温氯化得到氯丙烯,再经次氯酸氧 化、脱氯化氢后得到环氧氯丙烷;环氧氯丙烷再水解,脱氯化氢最终得到甘油。在二十 世纪七十年代石油危机前,本甘油总产量的 50%和 54%。但是,随着原油价格不断上涨, 合成甘油的利润空间不断缩小。我国锦州某厂计划经济年代曾引进 1.5 万吨/年合成甘 油生产装置,八十年代后期起该装置就一直停产。2006 年初,陶氏化学公司也关闭了它 在美国德克萨斯州的最后一套生产合成甘油装置。 (2)发酵甘油。在一定的生化条件下,淀粉经发酵可生成甘油。早在二次世界大 战期间,德国就已拥有该技术,但一直未投入工业生产。我国研究发酵法生产甘油已有 近 40 年历史。1969 年导致中苏边境冲突的珍宝岛事件爆发后,当时的轻工业部向无锡 轻工业学院(今江南大学)下达了该研究项目。之后,历经“七五”“八五”“九五” 、 、 科技攻关,该院开发的好氧发酵法辉煌一时,九十年代后期国内建起许多千吨级发酵甘 油生产装置,并于 1997 年将该技术转让给了美国 ADM 公司。但是,随着全球油脂化工 尤其是近几年生物柴油产业的快速发展,甘油开始过剩,价格迅速下滑,使发酵法丧失 了竞争力。 (3) .作为油脂化工副产物的甘油。油脂经水解或醇解得到脂肪酸(皂)或脂肪酸 酯,同时伴生十分之一左右的甘油,这是甘油的最主要来源。油脂水解制脂肪酸或皂是 一门古老的工业,中国制皂工业也有百年历史。但由于中国人口多、 ,长期以来油脂化 工原料多为油脂加工时产生的油脚(酸化油) 、肉类加工厂副产的动物脂肪以及餐饮业 废弃油(地沟油)等,还有一部分非食用油(蓖麻油等) 。因此,规模小、技术,是中 国化学工业中最薄弱的环节之一。 据不完全统计, 2003 年中国有 100 家左右的脂肪酸生, 总产能约 45 万吨/年,产量约为 30~35 万吨。这些企业的甘油总产量在 2~3 万吨。甘 油作为制皂业的副产物, 中国洗协有相关统计数字。 然而, 由于受到洗涤剂工业的挤压, 多年来中国制皂业生产规模停滞在 60 万吨左右,相应的甘油产量也停滞不前。油脂通
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过和低碳脂肪醇(甲醇为主)的酯交换反应得到脂肪酸酯,并伴生甘油。2003 年,中国 天然脂肪醇总产能尚不足 10 万,因此副产甘油的数量也十分有限。2004 年以来,中国 的油脂化学工业有了很快发展,外资企业和民营资本大举进入该行业。同时,生物柴油 产业也开始迅速(但带有盲目性)地发展,正在迅速的改变着中国甘油工业的面貌。 尽管中国甘油工业分散、弱小,但是作为人们熟知的一种多元醇,甘油有其传统的 应用领域。随着经济的发展及人民生活状况的改善,中国对甘油的需求量不断增加,甘 油市场也在不断扩大。

1.4 甘油的市场分析
据英国著名油脂化工专家 Frank Gunstone 估计,全球甘油市场容量 2000 年在 75 万吨,2005 年为 86 万吨,2010 年将达到 100 万吨。当时,他对生物柴油产业的发展速 度及影响估计不足。根据 Frost&Suliven 的调查,2004 年全球甘油产能已经达到约 130 万吨,消费量 97 万吨。 中国的甘油市场容量究竟有多大?中国每年进口数量可观的甘油以满足国内市场 需求。表 1 是 2003~2006 年间中国甘油的进口量。由表 1[1]可见,2003 年甘油进口总量 已经达到 13 万吨,加上国内产量,估计甘油市场容量已在 16 万吨左右。2003 年以后, 中国甘油产量增加,进口量开始减少,但由于中国经济的快速发展,以及甘油精炼设施 不足,精甘油的进口量仍不断增加。 下表 1.2 中列出甘油的主要用途,其多数工业用途与消费者的日常生活关系密切, 它们必将随着社会消费水平的提高而获得发展,从而增加对甘油的需求量。值得注意的 是,我国与发达国家在甘油的消费构成上存在较大差别,见下表 1.3。由表 1.3 可见[2], 我国的甘油市场,在药品、化妆品工业以及聚氨酯工业方面的比例明显偏低,而在醇酸 树脂生产中所占的比例明显偏高。据此分析,无论从人均消费量,还是从消费构成方面 讲,中国的甘油市场仍有很大的增长潜力。

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表 1.1 2003~2006 年间中国甘油进口量(单位:吨)

年份 粗甘油 精甘油 合计

2003 90537 45550 136087

2004 — 45672

2005 18476 58973 79296

2006 35334 61862 97196

表 1.2 甘油的主要用途

工业 食品工业

用途 润滑剂、甜味剂、溶剂(香精、色素) 、制备单甘酯、聚甘油 酯 (乳化剂、人造奶油) 、保湿剂(宠物食品) 、增口味剂

医药工业 化妆品工业 涂料(醇酸树 脂) 烟草工业 炸药工业 聚氨酯工业

润湿剂、润滑剂、溶剂、平滑剂、祛痰剂、止咳糖浆等 牙膏、漱口液、护肤品、护发品、皂类 玻璃纸生产、柔软剂、塑化剂

三乙酸甘油酯、粘结剂、增塑剂 消化甘油、固体火箭燃料的粘结剂 柔性聚氨酯泡沫塑料的主要原料之一、环氧丙烷/环氧树脂加 成

纺织工业 造纸工业

用引发剂、吸水性树脂等

棉纱、布匹的润滑、上胶、柔软

润湿剂、塑化剂

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表 1.3 发达国家在甘油消费构成上的差别

消费构成% 相关工业 中国 药品、化妆品 食品 烟草 醇酸树脂 聚氨酯 玻璃纸 炸药 其他 7.3 49.0 5.2 1.5 3.1 23.2 11.5 美国 39.5 14.5 15.8 9.2 10.5 2.0 0.6 7.9 西欧 23.1 5.6 16.9 13.1 13.1 4.4 3.1 20.6 5.3 19.5 11.6 3.8 1.9 23.9 日本 34.0 全球平均 37 12 9 13 11 2 3 15

原油价格暴涨为油脂化工的发展提供了难得的机遇。同时,生物柴油作为新兴产业 正在包括中国在内的许多国家崛起。这两方面发展的结果,一是原来的油脂供需平衡被 打破,导致油脂库存下降、价格上升;二是使副产甘油过剩,其价格下滑。在中国,近 几年油脂化学工业发展迅猛,脂肪酸和天然脂肪醇的产能急速膨胀,加上生物柴油设施 不断兴建和投运,使得中国的甘油产量急剧上升。 (1)脂肪酸产能。下表 1.4 中列出了 2005 年以来中国新增或扩建的油脂水解装置。 仅仅这些已投运的新建装置的产能已在 80 万吨以上,几乎是 2003 年中国原有产能的一 倍;而且,这里尚未包括一些产能在 3 万吨以下的小装置。据笔者了解,上述新的生产 装置一般运行情况良好。这意味着新增甘油产能 8 万吨左右。 (2)醇产能。近几年中国的天然脂肪醇装置的产能也在迅速扩张,表 1.5 知,自 2006 年以来新建的脂肪醇装置的产能。可见,两年内将新增产能 29 万吨。有统计报道,2005 年中国脂肪醇产量 11.3 万吨,2006 年 14.4 万吨,而 2007 年估计将突破 20 万吨,意味

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着新增甘油产量 1 万吨以上。 (3)原有的油化企业虽然规模较小,但数量不少,甘油产能多数在千吨级。例如 中天化工、杭州油化、中鼎油化、华龙化工等。估计这些企业的甘油总产量在 2~3 万 吨。 (4)国洗协统计,2004 年中国制皂业的甘油产量为 2.38 万吨,其中纳爱斯公司一 家就生产了 1.35 万吨。考虑到中国制皂业变化不大,制皂业副产的甘油总量不会超过 3 万吨。以上四方面加起来,全国甘油总产能在 15~17 万吨。由此可见,最近三年中国 油脂化学工业新增的甘油产能约在 10 万吨甚至更多,大约是 2003 年产量的两倍。这里 尚不包括生物柴油产业新增的甘油产量。表 1.4、1.5 中分列出中国新增油脂水解装置产 能和中国新增脂肪醇装置产能。然而,这仅仅是已建和在建装置中的一部分。由此可以 看出,生物柴油的总产能已在 50 万吨以上。但是,据《中国化工报》2006 年 6,由于 资源缺乏, 2005 年中国生物柴油实际产量仅在 5 万吨左右。 虽然这个数字并非正式的统 计数据,但据此估计,相应的副产甘油的产量应在 1 万吨以内。2006 年至今,中国又建 起多套生物柴油装置, 估计副产甘油的数量不超过 3 万吨。 再加上 6 万多吨 (精制甘油) 进口量,目前中国的甘油市场容量应在 23~26 万吨左右,占世界市场的 1/5 以上,而且 继续呈现快速增长的势头。
表 1.4 2005 年以来中国新增油脂水解装置产能

企业 嘉里粮油 益海粮油 泰柯棕化 双马油化 博兴华润 油

地点 上海市 江苏连云港 江苏张家港 江苏如皋 化山东博兴

产能 (万吨) 投运日期 10.0 10.0 10.0 20.0 9.0 2005.1 2005.6 2006.3 2006.12 2007.5

备注

由 1.8 万吨扩至 11 万吨

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天柱化肥 关氏-东 马 东马棕榈 天宇油化 合计

山东平度 广州市

4.0 7.5

2006.12 2007.3

江苏张家港 四川泸州

7.5 3.0 81.0

2007.6 由 3 万吨扩至 6 万吨

表 1.5 2006 年以来中国新增脂肪醇装置产能

企业 华兴化工

地点 辽宁辽阳

产能(万吨) 6.0 10.0

投运日期 2006 年底 2007 年底 2006(扩建) 2006(扩建) 2006

备注

龙宇化工 四方行化工 中乐油化

河南商丘 湖北武汉 上海

3.4 1.5 2.0

计划到 5.0 万 吨

益海/沙索 合计

江苏连云港

6.0 29.0

2007 三季度

1.5 甘油的发展前景
甘油已经成为自然界赐予人类的最廉价的多元醇。因此,拓展甘油应用领域、开发 高附加值产品已是当今油脂化学工业面临的热点问题之一。可以从以下三方面扩大甘油 市场。 (1)扩大在日化、医药、食品工业等传统领域中甘油的应用和替代,这一领域甘 油消费量大,消费者熟悉其使用方法,因此是扩大现有甘油市场的主攻方向。这需要增

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加甘油精练装置的产能,提供高质量甘油。 (2)取代或部分取代石油基多元醇,尤其是取代乙二醇、丙二醇等与甘油分子结 构相似的石油基多元醇。利用甘油的价格优势进行配方应用研究,将是扩大甘油市场的 重要方向。譬如,用于汽车防冻液、挡风玻璃清洗液的配方中。 (3)以甘油作原料进行深加工,生产高附加值的衍生物,将为甘油市场开辟广阔 的应用领域。有些深加工技术已实现了产业化,如:①由甘油制环氧氯丙烷。全球环氧 氯丙烷市场在 100 万吨左右,其中陶氏化学公司在美国有环氧氯丙烷产能 38 万吨,在 德国有 10.5 万吨,几乎占全球产能的一半。2007 年 3 月 26 日,陶氏化学公司宣布,将 在上海化工园区建造世界级 15 万吨/年环氧氯丙烷装置,该装置以甘油为原料,预计 2009~2010 年投产。陶氏认为,甘油法已成为最有竞争力的生产环氧氯丙烷的新方法。 比利时的 Solvay 公司已在法国建有 1 万吨/年产能的生产装置, 正准备在泰国建 10 万吨 /年新装置,计划 2009 年中期投运。在国内,杨农化工已经建成两套 3 万吨/年甘油法生 产环氧氯丙烷的装置。②由甘油制丙二醇。全球 1,2 丙二醇市场需求量在 100 万吨/年以 上。美国密苏里大学 G.J.Suppes 为 1,2-丙二醇的研究工作多年,并已于 2006 年末建成 1 万吨/年的生产装置。该项研究获得 2006 年度的美国总统绿色化学奖。1,3-丙二醇是新 型聚酯 Sorona(聚对苯二甲酸丙二醇酯)的单体之一。利用生物方法将甘油转化成 1,3丙二醇也已获得成功。 2007 年初, 杜邦化学公司已在美国田纳西州建成首套生物法年产 4.5 万吨 1,3-丙二醇的生产装置,直接用淀粉作原料。以上两个甘油加工项目已经取得 显著的成功,更多的研究项目正在探索和开发过程中。

1.6 本设计的任务以及选题意义
随着中国工业的高速发展,市场对于甘油的需求也逐渐增加。但是在中国以前的甘 油生产中,主要靠天然法来生产甘油,但这种方法的甘油产量低,纯度低,因此远远不 能满足甘油的市场需求。鉴于此,本设计拟进行以下工作: 设计方案采取合成法,采用环氧氯丙烷合成甘油。此方法具有流程短、设备简单、 投资费用小等特点,而且可规模放大,适合于规模化工业生产。

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设计存在的主要关键问题是:一是甘油的制取方法;二是水解工艺路线的确定;三 是反应条件的确定。其中反应条件的确定包括反应温度和反应时间的确定、溶液中碱含 量的的确定以及产物的分离。 设计主要完成以下主要任务: (1)全厂工艺流程、及企业组成; (2)本车间的产品特点及工艺流程、车间布置; (3)主要设备的规格型号、工艺参数; (4)辅助设备的名称、规格、型号。

2 工艺说明
2.1 主要生产甘油的工艺说明
2.1.1 油脂皂化制皂
用油脂皂化制皂提取甘油工艺主要采用传统蒸馏法即将皂化废液经过澄清处理得 到精废液,接着浓缩为质量分数 40%的甘油,回收盐后浓缩为质量分数 80%的甘油,再 真空蒸馏、活性炭处理、压滤得到甘油产品。该法存在着产品质量低和能耗高等缺点, 致使我国的低级甘油过剩,而 98%以上的皂化或药用级甘油,尤其是 99.9%的高纯度甘 油,主要靠进口。梁秉华等在采用传统工艺制得质量分数 40%的甘油后,提出新的工艺 流程: 首先采用阳离子型高离子澄清剂进行中性条件下的第 2 步澄清处理, 减少了副反 应,除色和除臭效果好;第 2 步为色谱分离,使离子物和非离子物的盐、胶体和有色物 从甘油中排除;最后进行树脂脱色、脱盐和真空浓缩,制得高纯度甘油。整个生产过程 在 100 ℃下进行,浓缩阶段也在 110 ℃下进行,杂质少、能耗低,可制得低成本相当 药用二级甘油。并且小试和中试对比了新、旧工艺在质量、技术经济指标和环保方面的 特点和优势,分析了工业化规模的可行性。

2.1.2 天然油脂水解法
由植物油脂水解制皂所得废液中制取甘油,此废液中含有甘油 6%~15%,无机盐 8%~16%,碱金属 0.1%~0.5%,其他有机物 0.1%~2%。
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先将一部分脂肪酸或油脂或含有剩余油脂的皂基加入皂化副产物废液中。煮沸使其 发生皂化反应,反应完成后,静止并且降温,出去上层皂基,在下层废液中加入 0.35% 左右的硫酸铝,并加盐酸调节,使得 PH 在 4.5~5.0 左右。过滤,所得的滤液在 4.5~5.0 之间,加硫酸铝时应不再有沉淀生成,而加氢氧化钠时,滤液中应该出现絮状沉淀。否 则将应再用硫酸铝和盐酸重新处理,硫酸铝可用三氯化铁或明矾代替。酸处理所得的溶 液应呈透明状,除滤时候滤液往往有浑浊现象,应送回原滤液中再用盐酸处理。过滤所 得的透明溶液中加入滤液量的 0.03%~0.05%的氢氧化钠, 搅拌均匀后再过滤, 滤液的 PH 值为 8.5~ 9.0。将滤液放入蒸发罐中,用火直接加热煮沸,边浓缩,边补滤液。蒸发罐 内的液体要保持一定的质量,不能蒸干。随着滤液不断蒸发,蒸发罐内溶液的甘油含量 逐渐增加,当沸点达到 125~130 摄氏度时候,甘油含量在 70%左右,在蒸发过程中,当 温度达到 105~110 摄氏度时,开始析出食盐,在蒸发罐底放一个浅口盘,随时取出浓缩 所形成的盐类,还可以将滤液在自然循环蒸发器中用低压蒸汽真空蒸发,浓缩过程形成 的盐用蒸发器底部的盐箱回收。 浓缩后的粗甘油采用真空蒸馏塔法精致,将蒸馏所收集的甘油加入漂白槽中,加入 活性炭或硅藻土,也 74~79 摄氏度下搅拌 1~2 小时,进行漂白,脱臭,然后再同样的温 度下过滤,即得到高纯的的优质甘油。

2.1.3 丙烯醛法
将丙烯醛和水蒸气的混合气体与 25%的氧气(以丙烯计,重量%)通过丙烯醛反应 器,反应器为固定床,内装以碳化硅载体的氧化铜催化剂。反应在 300~400 摄氏度温度 下进行。丙烯醛收率为 68%~85%,丙烯转化率为 6%~7%。反应气经丙烯醛分离塔分离 重组分后,与异丙醇一起经汽化器送入丙烯醛反应器。丙烯醛与异丙醇以 1: (2~10)的 比例配制。丙烯醇反应器为多管式固定床反应器,装有氧化镁—氧化锌催化剂。反应在 400 摄氏度下进行,反应收率约为 80%,同时副产等摩尔的丙酮。生成的丙烯醇经分离 塔提纯后于过氧化氢水溶液一起进入丙烯醇羟化反应器,在少量三氧化钨存在的条件 下,与 50~70 摄氏度下反应 2~3 个小时,生成缩水甘油。缩水甘油经水解后进入多效蒸

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发塔,蒸出多余水分,然后加入少量碱经闪蒸塔和真空蒸馏塔精致后得到成品甘油。

2.1.4 环氧氯丙烷法
用环氧氯丙烷合成的甘油, 是一种工艺成熟、产品质量好的生产方法。1980 年我 国就引进了生产装置, 目前我国合成甘油的年产能力在 5 kt 以上,但长期以来受原料 环氧氯丙烷货紧价高的影响, 使合成甘油的生产能力无法发挥。 国外合成甘油产量很大, 美国年产甘油 300 kt,其中合成甘油 150 kt。 将纯度大于 95%的丙烯经干燥预处理后于氯气在一定比例下迅速通过氯化反应器, 反应温度 500 摄氏度左右。然后极冷送入分离塔分离未反应的丙烯,得到的氯丙烯送入 次氯酸化反应器。 氯丙烯与次氯酸在 20~30 摄氏度下反应,收率 90%~92%。反应混合物经分离器分 离去次氯酸的水层后,得到的二氯丙醇油层与 15%的石灰乳与 80~90 摄氏度下反应,反 应液经蒸汽蒸馏,塔顶蒸去环氧氯丙烷与水的共沸物。然后经精制可得纯度为 98%的环 氧氯丙烷。环氧氯丙烷经分离后精制送入水解罐,在 140 摄氏度每 1.4 兆帕压力下,于 10%的苛性钠(或碳酸钠)水溶液下进行水解,水解液含大量氯化钠和稀甘油水溶液, 在多效蒸发器中浓缩,得到 90%的粗甘油,再在 150 摄氏度每 1.37 兆帕的压力下减压 精馏后得到纯度为 99%的甘油在环氧氯丙烷生产中,产生大量副产品三氯丙烷,可综合 利用,通过加热水解制各甘油 综合方法如下: (1)水解。在反应器内加入 1 mol 三氯丙烷副产品(混合物,沸程 130~170 ℃) , 加热回流,滴加醋酸钠水溶液(醋酸钠用量是三氯丙烷质量的 3%) ,滴完后即开始滴加 1.5 mol 的质量分数 20%氢氧化钠溶液,滴加时间约为 2 h,回流温度由 100 ℃左右逐 步因共沸作用而降低到 90 ℃左右, 此后, 因水解作用沸点逐步上升, 直到 110 ℃为止, (在滴完后约 1 h) ,抽样观察。反应物中油相消失,由二相变为一相,在 110 ℃保持 10 min 后,并在搅拌中逐步降温到 70 ℃后继续搅拌 1 h,开动真空泵,脱气 10 min, 然后在常压条件下加热到 85 ℃, 放料, 用盐酸中和到 pH 为 6 为止,冷却。
14

(2)甘油水的纯化。经中和的产品是甘油水的饱和食盐溶液,加入少量多聚氯化铝净 水剂,静置过夜,过滤去除不净杂质,去除表层浮油,如有结晶盐析出, 必须用少量 清水洗除盐表面所吸附的甘油,再把洗液过滤后和第一次的滤液合并。所得产品为浅黄 色的甘油食盐溶液。 (3)脱盐。 把以上所制的产品在真空中 (6.666~10.666 kPa) 脱水, 沸点约 50~60 ℃, 当水馏出量约为总体积的 1/6 时,即把残液过滤脱盐,滤出的盐分必须先用未浓缩的甘 油溶液来洗涤,再用淡水洗涤,洗液和浓缩液合并,重新真空蒸馏脱盐,如此反复 5~6 次,直到浓缩液中甘油的质量分数达 80%以上,即可用为粗甘油处理。 (4)离子交换处理。把粗甘油用水稀释到质量分数 20%左右,先用阴阳离子混合的 离子交换柱处理,然后依次用阴离子树脂,阳离子树脂处理,如此反复 3 次,待甘油溶 液中不含氯离子或钠离子,即可得去离子甘油水溶液。 (5)浓缩和蒸馏。把上述的甘油水溶液在 13.332kPa,60 ℃左右浓缩到质量分数 91.3%, 用氢氧化钠把 pH 调节到 8.5,然后在 933.254 Pa,170 ℃进行蒸馏,可得纯 度在 98%以上的纯甘油。 但是此种方法也存在的主要问题如管线盐堵。 甘油生产经蒸发、 蒸馏、 回收等过程, 伴有大量盐析出。易造成管线堵塞,影响生产,这是甘油装置最大的难题。但可用控制 甘油浓度的办法来控制盐的结晶速度和粒度,减少盐堵现象;还有能耗高。本装置生产 甘油耗能比国内同类的皂化甘油装置高得多。如何减少能耗,提高能量利用率,也是一 个很有研究意义的课题。

2.2 工艺流程方案
由于天然法生产的甘油产量较低,远远不能满足国内需求,故国内一般用运用合成 法莱制取甘油,此设计采用环氧氯丙烷法制取甘油,其生产工艺如下: 环氧氯丙烷 精制 蒸发 成品甘油 精馏 离心分离 减压浓缩

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2.3 主要工艺参数说明
在用环氧氯丙烷法生产甘油的时候,主要用了涉及工艺参数: (1) 环氧氯丙烷水解时候用了 15%的 Na2CO3 溶液做碱。 (2) 反应温度在 125℃,常压下进行。为减少副反应的发生,进料的环氧氯丙烷 浓度尽量大,这里取 100%纯度的进料。

3 生产工艺设计计算
3.1 主要化学反应
3.1.1 化学反应
在制取甘油的生产工艺中,由于天然法制取甘油的产量较低,远远不能满足中国的 甘油市场, 故生产甘油多数用合成法。 本设计方案采取合成法, 用环氧氯丙烷合成甘油, 具体生产过程计算如下。在用环氧氯丙烷生产甘油时,主要发生下列反应,本设计则是 针对此系列反应过程进行的相关计算: 第一个反应: CH2CHOCH2CI+H2O——→CH2OHCHOHCH2CI 第二个反应: CH2OHCHOHCH2CI+1/2Na2CO3——→CH2OHCHOCH2+NaCI+1/2CO3+1/2H2O -3.2 kcal/mol 第三个反应: CH2OHCHOCH2+H2O——→CH2OHCHOHCH2OH +18.1 kcal/mol +21.51kcal/mol

3.1.2 化学反应物料衡算
计算物料衡算: 设计任务为年产十万吨甘油,工作日为 365-设备维修日 25 天=340 天; 以每小时生成甘油为准,即: F(甘油)=10× 7/340× 92=133.2kmol/h 10 24× 由于生产的甘油只含 98%的纯甘油,故
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F (成品甘油)= 133.2/98%=136.0 kmol/h; 已知环氧氯丙烷(以下简称 ECH)的转化率为 96%,故: F (ECH)= 136.0/0.99=137.4 kmol/h;

3.2 反应器的设计
3.2.1 反应釜体积计算
第一个反应的反应器设计,本反映在 125℃条件下进行 根据体系物料衡算有 F (ECH) =137.4 kmol/h,F (水)=28 kmol/h 所以 F(总进料)= 137.4+28=165.4 kmol/h=0.046 kmol/min ECH 的体积流量为 q(ech)=137.4× 92.5/1.81× 3=7.0 m3/h 10 水的体积流量为 q(水)=18× 28/1.0× 3=0.504 m3/h 10 进口体积流量为 q(总)=7.504 m3/h CA0=137.4/7.504=18.4 kmol/ m3 已知反映的动力学方程为-R=k1Ca,, 查得 k1 得 7.7× -5min-1 10 则根据反映动力学方程式求得体积为:
V(r ) ? F 总 进 料 )? X ( (
AF

- X A 1)

K 1C A O

=0.046× 0.99/7.7× -5× 10 18.4 =30.85 m3 设反应器的装料系数为 0.9,则反应器的有效体积为 V; V = V(r)/ ? =30.85/0.9 =34.3 m3 物料的平均停留时间 t= V(r)/ q(总)=30.85/7.504 =4.1h
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3.2.2 反应釜直径和高度的计算
在已知反应斧的操作容积后,首先要选择罐体适宜的长径比(H/Di),以确定罐体直 径和高度。选择罐体长径比主要考虑以下两方面因素: (1)长径比对搅拌功率的影响:在转速不变的情况下,P?D5(其中 D---搅拌器直 径,P——搅拌功率),P 随釜体直径的增大,而增加很多,减小长径比只能无谓地损 耗一些搅拌功率。因此一般情况下,长径比应选择大一些。 (2)长径比对传热的影响:当容积一定时,H/Di 越高,越有利于传热。 长径比的确定通常采用经验值[3],即见下表 3.1
表 3.1 罐体长径比经验表

反应器种类 一般反应器

填装物料类型 液液相或液固相物料 气液相物料

高径比(H/Di) 1~1.3 1~2 1.7~2.5

发酵罐

液相物料

取 H/D=1.2,采用椭圆形釜底,封头高度 H1=0.25D,体积 V=0.131D3,则反应釜直 径 D: H2=0.95D=1.2D-0.25D=0.95D; V= ? /4× 2H2+0.131D3 D (H2=0.95D)

34.3= ? /4× 0.95D+0.131D3 D× D=4.97m H=1.2 H=5.96m

3.2.3 反应釜的热量衡算:
由于连续式反应器是一封闭物系,则由热量衡算方程式可导出下式:
m t C p ,t dT d? ? K 0 A h (T C ? T ) ? ( ? ? H R )( ? r A )V R

上式为间歇釜式反应器反应物料的温度与时间的关系式,式中

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mt—反应物料质量,kg; Cp,t—反应物料从基准温度改变到实际温度的平均热容,J/kg℃; Tc—传热介质温度,℃; T—反应物系温度,℃; τ —反应时间,S (-?HR)—基准温度下反应热,J/kmol; K0—总传热系数, J/m2s℃;即:W/m2.℃ Ah—传热面积,m2 等温反应,dT=0,上式变为 KAh(Tc-T)=(-?HR)(-rA)VR
KA h (T c ? T ) ? ( ? ? H R )( ? r A )V R

可查得: -?HR=412J/kmol
rA ? VR T = 3 0 .8 5 14400 = 0 .0 0 2 2 m / s
3

Q ? 412 ? 0.0022 ? 30.85 ? 0.06182 kJ

若为等温操作, 则反应过程放出的热量等于载热体移走的热量, 首先计算出放热量, 根据下式计算出传热面积
Q ? ( ? ? H R )( ? r A )V R Q? K 0 A h (T ? T c ) Ah ? K 0 (T ? T c )

总传热系数计算:

K0 ?

1 1 ?0 ? R0 ?

? bD0 ?Dm

? Ri

D0 Di

?

D0 ? iDi

式中 K0---总传热系数,W/m2.℃ ?---给热系数,W/m2.℃; R---污垢热阻,m2℃/W; ?---壁厚,m; ?---设备壁导热系数,W/m℃。 下标 i、o、m 分别表示设备内、外和平均。

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常用污垢热阻大致范围可查 R=4.159 ? 1 0 ?=10 m m
? ? 45 w
?4

?m ?k ?

D 0 ? 4 . 98 m

给热系数的确定 釜侧的传热膜系数,可采用如下的关联式求取,在夹套传热的场合为: ? nD 2 ? ? 3 ? C p ? ? ? ? ? ? i Di
0 .1 4 2

?

? 0 .3 6 ? ?

?

? ?

3

? ?? ? ? ?s ? ? ?s ?

式中 Di---釜内径,m; ?---热流体的导热系数 ,W/m.k; ?,?s---流体的粘度及流体在侧壁上的粘度, Pa· S; Cp---热容,J/kgK 代入数据:
? i ? 0 . 36 ( 2 ? 4 . 97
2

? 850
?3

0 . 31 ? 10

)

2/3 3

2 . 3 ? 0 . 31 ? 10 0 . 36
2

?3

?

0 . 45 4 . 97

?(

0 . 31 0 . 45

)

0 . 14

? i ? 6 4 .9 8 w / ? m k ?

当 R e ? 3600 时;

? 0 ? 9300

u

0 .8 0 .2

w/m K

2

De

式 u---水在夹套内流速,m/s; De ---夹套的当量直径,m。 夹套直径 Dj 的计算: Dj 可根据罐体内径按下表 3-2 推荐的数据选取。
表 3.2 夹套直径 Dj 与罐体直径 Di 的关系(mm)

Di Dj 则

500~600 Di+50
De ? Di ? 3 0 0 ? 5 2m7 0 m

700~1800 Di+100

2000~3000 Di+200

3000~5000 Di+300

20

? 0 ? 9300 ?

17

0 .8 0 .2

? 6 4 0 7 8 .8 w /(m K )
2

5 .2 7

代入总计算公式得: K 0 ? 400 w /m 2℃ 传热面积: A h ?
Q K 0 (TC ? T ) ? 2 7 9 6 0 .8 4 0 0 (1 4 0 ? 1 2 5) ? 4 .7 m
2

同理,对于第二个反应器的计算,计算方法如同反应器一。

3.2.4 第二个反应的反应器设计
本反应分别在 110 摄氏度和 125 摄氏度条件下进行计算方法同第一个反应器,同样 可计算出体积,热量衡算,和强度校核. 反应釜体积计算:已知对于第一次反应的料液出口浓度有 CA=CAO+k1t (由于 k1t 值较小,故可粗略认为出口料液浓度守恒) =18.4 kmol/ m3 即 18.4 kmol/ m3 的 CH2OHCHOHCH2CI 和 98%的 Na2CO3 同时进料。查的资料的 98%的 Na2CO3 的密度为 2.532g/cm3;反应转化率为 0.8; 对于第二个反应器进行物料衡算, N( Na2CO3)=76.1/0.98=77.3kmol/h, N(C3H6O2CI)=158.8 kmol/h; F(C3H5O2)

=85.0 kmol/h, (NaCI) F =67.2 kmol/h, (CO2) F =25.3 kmol/h, (H2O) F =10.3 kmol/h 则 F(总进料 2)=77.3+158.8=236.1 kmol/h=0.66 kmol/min; CA=18.4 kmol/ m3 q(Na2CO3)=77.3× 106/2.532× 3 10 =3.3 m3/h C(Na2CO3)=77.3/3.3 =23.4 kmol/h =0.006 kmol/min 已知该反应的动力学方程为-Ra=k2 CA2(1-Xa2) 且 k2=1.12× 4 10 则可计算此反应釜的有效体积为
V? R ? ? F? 总 进 料 2 ? ? ? X
AF

? X

A2

?

? Ra

21

=0.66× 0.8/18.42× (1-0.8)× 1.12× 4 10 =32.3 m3 装料系数取 0.9 V= V(r)/ ? =32.3/0.9 =35.9 m3 反应釜直径和高度的计算 同理 V= ? /4× 2H2+0.131D3 D 可计算的 D=5.02m; H=6.02m 同样可计算出第三个感应器的体积; 第三个反应的反应器设计,本反映在 120℃条件下进行 同样,CA02=K2+ CA,由于反应速率小,故可认为反映浓度依然守衡,即 CA0=18.4 kmol/ m3,反应转化率为 0.8 已知进料 C(CH2OHCHOCH2)=18.4 kmol/ m3 F(总进料 3)= F(C3H5O2)+ F(NaCI)+F(H2O)=170+67.2+10.3 =247.5 kmol/h =0.06875 kmol/min 且已知此反应的动力学方程为-Ra1=k3 CA2
V?r ? ? F? 总 进 料 3 ? X K 3C A 2
A3

(H2=0.95D)

k3==9× 5 10

=0.06875× 0.8/18.4× 105 9× =33.2 m3 装料系数取 0.9 V= V(r)/ ? =33.2/0.9

22

=36.8 m3 H=0.95D=1.2D-0.25D=0.95D V= ? /4× 2H2+0.131D3 D (H2=0.95D)

36.8=3.14/4× 0.95D+0.131D3 D=5.04 m H=6.05 m 此反应的三个反应釜采用三釜串联试反应

4 车间设备布置说明
4.1 车间布置设计的意义
车间布置设计是工厂设计中很重要的一环,一个合理的车间布置设计,不仅可在建 设投资经济效益等方面取得良好效果,并且对今后的正常安全生产﹑车间管理﹑设备维 修﹑能量利用﹑物料运输﹑人流往来等多方面有极大影响[10]。

4.2 车间布置的原则
车间平面布置首先必须适合全厂总平面布置的要求,应尽可能使各车间的平面布置 在总体上达到协调、整齐、紧凑、美观、相互融洽,浑为一体。 (1)辅料车间与使用设备靠近。 (2)按节省能源的角度,把设备分布在两面楼层。做到减轻楼层负荷减少输送数 量和管道的密度。 (3)合理安排通道以及楼梯的位置。 (4)设备要统一安排,排列整齐,有足够的操作空间。

4.3 车间设备布置
保证工艺流程的通畅,即保证工艺流程在水平方向和垂直方向的连续性,以便生产 连续正常进行。 (1)考虑合适的设备间距,设备间距过大会增加建筑面积,拉长管道,从而增加 建筑和管道的投资, 同时操作和管理都不方便。 设备间距过小, 虽可以节省占地和投资,

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但会带来操作、安装和维修的困难。 (2)满足生产方便操作,如彼此相连续的各工序的设备,应尽量配置靠近些,以 缩短联系她们的输送线路,设备之间尽可能达到自动流送物料,这样可减少输送设备。 (3)满足安装检修拆卸的要求,一般厂房大门的宽度要比所需要通过的设备宽度 大 0.2 米左右,本厂车间大门设计为 4 米。 (4)考虑运输通道,如每排设备至少一侧要留有通道,大的室内设备在底层还要 留有移出通道,并接近主道路布置。通道的宽度取决于运输工具、运输物件的外形尺寸 及人流、货流通过量,主干道宽度 7~8m,车间通道宽 4~5m。 (5)采光和照明 由于车间不设置围墙,车间主要采用天然采光,夜间电灯照明。 全选用开启式照明器,用绝缘性能好的灯座。灯管选用透射性能好的镁光灯。 (6)采暖和通风 本工厂采用集中采暖式的蒸汽采暖,能量来自于本厂锅炉房。办 公、生活区设有空调。

4.4 车间布置的任务
车间设备布置的任务,是确定设备在车间空间的位置,确定建、构建物及场地的位 置与结构尺寸,确定人流通道及设备的支撑方式等。 优良的车间布置设计,不仅要符合总图要求,符合工艺流程物料走向原则,符合生 产安全剂环保要求,还必须做到操作维修方便,投资少,经济合理;做到设备排列紧凑、 整齐、美观。为此,必须充分熟悉与掌握总图布置条件和工艺流程;必须充分并正确利 用国家标准和设计规范;必须充分重视学习并利用已有的设计经验;必须很好地协同各 专业利用最新的设计成果和技术,进行创造性工作。

4.5 设备布置设计注意的问题
4.5.1 露天化布置与室内布置
设备露天化有许多优点:节约建筑面积,节省基建投资,有利于化工生产的防火, 防爆和防毒。因此,对不需要经常操作的设备或可以用自动化仪表操作控制的设备,例 如:塔器、液体原料及成品储罐、气柜、冷凝器等,可进行露天或半露天布置。

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对不允许有显著温度变化, 不能收大气影响的设备, 以及经常要监测, 就近操作的设备, 如各种反应罐、压缩机、泵,及装有精密度高的仪表的设备应布置在室内。

4.5.2 生产流程化布置
一般说,流程化布置,可以节约管线,可以使设备紧凑,节约投资。所以布置时一 定要满足工艺流程顺序。保证水平方向和垂直方向的连续性。能使压差输送的物料,应 充分按设备位差布置;在不影响流程顺序的原则下,可将较高设备集中布置,以充分利 用空间,减少厂房结构的变化。一般将高位槽、计量槽布置在最高层,储槽布置在最底 层,以利用流体位差进行输送;在保证流程在垂直方向连续性的同时,应避免多层厂房 中的操作人员多次往返于楼层之间。

4.5.3 集中化布置
在保证流程化布置的同时,相同的或同类设备,尽可能几种布置,便于统一管理和 操作。 例如炼油厂, 将上百台换热器集中在一起, 合理的组织热量交换, 以节约热量 (冷 量) ,同时缩短管线。合成氨厂将合成压缩机、循环机和冰机放在一个厂房内,将不同 的塔体放在一起,布置在一个塔架上,可以减少投资和维修费用。

4.5.4 操作、安装与检修要求
(1 ) 必须留有足够的操作空间 (2) 在操作岗位上,要工人必须看到所有监测点的现场仪表,必须保证工人在工段 巡回的道路和到操作点的通道畅通。 (3) 必须保证设备有足够的检修位置和空间, 保证设备或检修工器具方便进出通道。 经常搬动的设备,应在设备附近设置大门或安装孔。大门宽度应比最大设备宽 0.5 米。不常检修的设备,可在墙上设置安装孔。通过楼层的设备,楼面上要设置吊装孔。 厂房比较短时,吊装孔常在靠山墙的一端。 (4) 设备之间要留有适当的间距 必须考虑设备的检修拆卸以及运送物料所需的起重运输设备、设备吊杆、吊车梁、 吊装孔及相应空间。如不设永久性的起重吊装设备,应考虑安装临时起重运输设备的场

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地及预埋吊钩和相应的空间,如厂房内设永久性的起重吊装设备,则要考虑起重运输设 备本身的高度,并使起重高度大于沿途运输中通过的最高设备的高度,且有被拆卸物的 停放场地。

4.5.5 设备布置与厂房建筑
(1) 设备布置要避开建筑物的柱子、主梁、沉降缝、伸缩缝。 (2) 笨重的或产生很大振动的设备,如压缩机、甩干机、滚筒干燥机、粉碎机、工 业炉等尽可能布置在底层。振动设备的基础,不能和建筑物的柱、墙连在一起。 (3) 设备特别是高大设备,不要布置在窗前以免影响采光。 (5) 要求低温的可以露天布置的设备,如凉水塔等,宜布置在高层建筑物的北侧。

4.5.6 设备布置与安全卫生
(1) 有爆炸、易燃危险的设备、最好露天布置。 (2) 有毒的、有粉尘和排放腐蚀气体的设备,如若必须放在室内,应集中布置,并 做好通风排毒防腐处理。 (3) 处理腐蚀性物料的设备,最好布置在底层,并设置在铺砌有耐腐蚀材料的围堤 中。 (4) 易燃易爆车间,每层必须设置畅通的道路和应急通道,以利于人员疏散和消防。

4.6 车间设备布置的方法与步骤
(1) 根据生产流程、生产性质、生产阶段、原料性质以及各专业要求,按照车间在 总平面上的位置和设计规范,初步划分生产、辅助生产和生活区,并确定厂房的平面结 构及柱距宽度。 (2) 在直角坐标纸上用 1:100 的比例绘出厂房的平面、立面、轮廓草图。 (3) 按同样的比例 (1: 100) 用纸板支座全部设备平面图, , 按工艺流程和生产性质, 将工艺流程划分为几个工段。根据总图布置和工艺流程,在厂房内布置所有设备。可以 提出多种方案,进行比较。 (4) 选出比较满意的两三个方案,广泛征求总图、土建、机械、给排水、自控、电

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气等有关专业的意见。最后选出其中最好的,并进行必要的修改、调整。 (5) 对选定的方案,绘出设备布置初稿,初稿要明确表示厂房的大小、层数、层高、 间距、跨度、门窗位置、大小及开启方向、预留孔、地坑、操作平台及其它构筑物的位 置、尺寸。画出全部设备初步布置设计方案图。 在本设计中按照以上规则进行了年产 10 万吨甘油工艺车间布置图的设计。

5 总结
本设计经过三个月的努力,在老师精心的指导下,查阅了大量的相关书籍、文献的 基础上,已基本圆满完成了设计任务。 本次毕业设计是一个复习与提高、理论与实际相结合的过程,综合运用了所学的理 论知识和实习积累的知识,缩小了理论与实践之间的距离,同时提高了自己对理论知识 的理解。 在设计过程中,学习并掌握了查阅文献资料、数据、控理分析资料数据以及编写文 件等技能。 初步了解了用环氧氯丙烷水解法生产甘油的工艺过成。在国内外制取甘油的发展方 向.同时培养了科学的工作方法,循序渐进,思路清晰,同时又反复设计,不断提高,以 求精益求精,提高了独立思考与科学分析问题的能力。达到了解决专业范围内一般技术 问题的训练。 本设计的题目是《年产十万吨甘油的生产车间工艺设计》 ,重点说明了甘油生产、精炼 过程。在本次设计中,始终贯彻了党和政府的方针政策,遵循国家工业企业设计规范, 并体现出技术先进, 经营管理, 符合国情的设计原则。 但是由于本人在工程方面的学习、 实践还是相对较少,加上时间有限,设计的还不够全面,阐述不够详尽,使得本设计只 能作为工程建设的初步设计,这也是本设计的不足之处。

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参考文献
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致谢
大学三年的学习时光已经接近尾声,在此我想对我的母校,我的父母、亲人们,我 的老师和同学们表达我由衷的谢意。 这次毕业论文设计我得到了很多老师和同学的帮助,其中我的论文指导老师王婷老 师对我的关心和支持尤为重要。每次遇到难题,我最先做的就是向王老师寻求帮助,而 王老师每次不管忙或闲,总会抽空来找我面谈,然后一起商量解决的办法。王老师平日 里工作繁多,但我做毕业设计的每个阶段,从选题到查阅资料,设计提纲的确定,中期 设计的修改,后期设计格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。这几个月以来, 不仅在学业上给我以精心指导,同时还在思想给我以无微不至的关怀,在此谨向王老师 致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学,和曾经在各个方面给予过我帮助的 伙伴们,在此,我再一次真诚地向帮助过我的老师和同学表示感谢!

李国良
2011.6.15

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