化工设计第二章化工工艺设计

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亭酸甲酯) • 化学名称:3,3-二甲基-戊烯[4]-酸甲酯 • (登记号为63721-05-1) • 化学结构式: • 化学物理性质
产品为无色透明液体、带有酯香味、微溶于水、可 溶于多种有机溶剂、中性。
化学物理性质
产品为无色透明液体、带有酯香味、微溶于水、可溶于多种有
。 机溶剂、中性
分子式: 分子量: 含量 沸程 折光率 相对密度 闪点
1.3 工艺流程说明及流程简述
1.3.1工艺流程说明 内容:化学反应式、投料比及收率、主要化工单 元操作的工艺参数
化学反应式(含主、副反应化学方程式)
例:化学反应式
投料比及收率等
例: 投料比:乙腈:甲醇:氯化氢:甲醇=1:1:1.1:2.2(摩尔比)
乙腈:四氯化碳=1:4.5714(重量比) 以乙腈计,本工段原乙酸三甲酯的收率为85.05%,含量≥98%。
3. 公用工程物料平衡图(UFD)
应按物料类别编制,表示需要和产生公用 物料的主要设备、主要公用物料干线、控 制方案、流量和技术参数等,并应标注设 备位号和名称
4. 工艺管道及仪表流程图(PID)
2.4 工艺管道及仪表流程图(PID)的设计 (由工艺和自控人员共同完成的)
内容:
1.设备 a. 全部编有位号的设备(包括备用设备) b.成套供应的机组制造厂的初步供应范围 c.全部设备管口 d.非定型设备的内件应适当的表示,如塔板形式、与进出管道有关 的塔板序号,折流板、除雾器、加热或冷却盘管等。 e.如有工艺要求时,应注明设备安装高度以及设备之间相对高度 f.泵、压缩机、风机等转动设备的驱动形式 g.利旧设备
1.2 工艺说明 1.2.1工艺技术路线、生产方法、工艺特点 1.2.1.1工艺技术路线
一、工艺技术路线选择
选择的依据:

技术的先进性

技术的可靠性

技术的经济性

例:贲亭酸甲酯是合成许多种拟除虫菊酯杀虫剂的关键中间
体,而生产贲亭酸甲酯,异戊烯醇和原乙酸三甲酯又是至关
重要的。就目前国内外生产的情况来看,大致可以分为异丁
偏氯乙烯法,不采用原乙酸三甲酯,但生产过程 中废酸、废碱量大。生产工艺中需多次提纯精馏、 反应步骤多、能耗高,总收率仅为31.1%(以异戊二 烯计)。
3.相模法 相模法是采用异戊烯醇和原乙酸三甲酯合 成贲亭酸甲酯,具体化学反应式如下。
相模法,虽然反应步骤较异丁烯法长,但反应较 为平稳,无需特殊设备,总收率可达到64.85%( 以异戊二烯计)。原乙酸三乙酯生产工艺改为原 乙酸三甲酯工艺后,原乙酸三甲酯的合成较原乙 酸三乙酯合成难度高,需要严格控制反应条件, 方可达到较高的收率,采用甲醇为原料后,生产 成本大大下降,经济效益较好。

放量(公斤)
1 酯化釜 1.84 废气
氯化氢气体 86.4%
氨气13.6%
1.8安全与卫生(安监总危化〔2007〕225号)
a. 生产过程主要物料的危险性、的危害性分析 • 火灾、爆炸危险物料:装置中火灾、爆炸危险物料的种类、数量
、性质和使用条件
• 毒性物料:装置中使用的毒性物料的种类、数量、毒性和使用条 件
• 装填系数: 0.7 100% 70%
1.0
1.4 .2主要设备设计参数
设备名称(设备位号):
介质名称及流量(kg/h) 操作温度℃ 操作压力(G)(MPa) 系统 操作时间(h) 反应物料重量(kg/批) 热 负 荷(MJ/hr) 传热系数(KJ/m2.hr.℃) 设 备 容 积(m3) 操 作 容 积(m3) 设备换热面积(m2) 填料高度(m) 等
2. 工艺流程图(PFD)(工艺物料流程图) 应表示完整的生产过程,包括主要工艺设备(不需画出备用设 备)、主要工艺管道、操作条件、控制方案和物流数据、换热 设备热负荷等。其中物流数据可以用物料平衡和热量平衡表的 形式列出。
• 物料平衡表 • 物料平衡表是反应工艺流程图上各点物料编号的物料平衡。物
料平衡表可以合并在工艺流程图上。内容:气、液、固体数量 、组分量,操作条件、分子量、密度、粘度、导热系数、比热 、表面张力、蒸汽压等。 3. 公用工程物料平衡图(UFD) 4. 工艺管道及仪表流程图(PID)
年消耗量
0.8 MPa
t
3.050
152.5
0.4MPa
t
0.248
12.4
30℃
m3
207
10350
-15℃
MJ
3868
193400
380V
kJ
1.238X106
6.190X107
备注
1.6定员表
生产班次、每班的操作人员、每班的管理人 员(立表处理)
1.7三废排放量及有害物质量
序 名称 单位产品的排 组成及含量 备注
1.9主要节能措施(江苏省工业固定资产投资项目节 能分析专章(或者专篇)编制大纲(2007年版))
a. 用能标准和节能规范 b. 能源供应状况 c. 能源消耗状况 d.能源消耗指标分析 e.节能措施和效果分析 f. 结论
• 2.0主要分析控制指标 • 采用表格
二、工艺设计图纸设计要求
1.工艺设计首页图 内容:设备的代号和画法、管道的画法和管道号编制的规定、所有 阀门符号说明、仪表字母的代表的意义 首页图是项目设计的标准之一,是施工单位读图的说明(各个 国家,各行业的以上的规定均有区别)
1.2.1.2生产方法
简述产品的生产方法
例:
原乙酸三甲酯工段(简称原酸酯工段)
在反应釜中加入一定量的乙睛、甲醇及四 氯化碳,搅拌冷却至-10℃,边搅拌边通入一 定量的氯化氢气体,通气结束后,在0℃左右 保温搅拌10小时,再加入适量甲醇,并在 35℃下保温搅拌10小时,过滤除去副产物氯 化铵,脱溶后再经精馏得产品原乙酸三甲酯 。
1.1 概述
1.1.1装置能力,及装置的组成(说明产品年生产能力、
年操作时间、产品方案) 1.1.2 装置的组成及其名称 本装置由几个工段组成,各工段的名称 例: 本工段产品为1.1.1-三甲氧基乙烷(简称原乙酸三甲酯),含 量≥98%,规模65吨/年
1.1.2 产品名称与规格
例: • 中文名称:Biblioteka Baidu,3-二甲基-戊烯[4]-酸甲酯(简称为贲
1.4主要设备选型计算及设计参数
1.4.1 说明对装置有决定性影响的设备(包括反应设备、 传质设备和主要机泵等)的型式、能力、备用情况 ,论述其技术可靠性。
• 例:HCl气体通气釜 反应物料775.1公斤/批,约0.7m3。选用KR-1000型
搪玻璃反应器一台,每台容积1000升,换热面积 4.53m2。选圆盘式叶轮式搅拌器 n=130r/min,电机 功率3.0kW,电机要求防爆型。
• 腐蚀物料:装置中使用的腐蚀物料的种类、数量、形态和使用条 件
• 其它危害:如高温灼伤、粉尘、坠落、放射性等 b. 针对生产特点具体说明设计中采用的安全措施如: • 工艺路线、设备材料的选择 • 泄压、防爆、防火灾措施 • 火灾检测、报警设施 • 水、蒸汽、泡沫、化学、等灭火消防设施 • 可燃气体泄漏、报警设施 • 生产控制报警、停车连锁措施和事故状态紧急停车设施 • 通风除尘、减噪设施 • 事故淋浴、洗眼器、特殊劳保用具及相关的急救医疗设施等
主要化工单元操作的工艺参数
内容: 各单元的操作温度、压力、进料量、操作周 期、控制指标(搅拌速度、加料速度等) 可以用表格
流程说明应叙述以下内容
要点:叙述物料通过工艺设备的顺序和生成物的去 向;说明主要操作技术条件。如温度、压力、流量 配比及主要控制方案等;如系间断操作,则需说明 一次操作加料量和时间周期;连续操作或间断操作 时需要说明工艺设备常用、备用工作情况;说明副 产物的回收、利用和三废处理方案。
C8H14O2 142.2 ≥98% 6063℃ (2kPa) nD201.423 d200.899 41℃
1.1.3副产品的回收利用
1.1.4装置组成与设备布置原则
装置组成
• 装置由几个工段组成 • 每个工段由几个主要操作单元组成 设备布置原则
装置的布置按照流程化、集中化、定型化,以工艺流程为 主要依据利用多层框架进行设备布置。充分利用空间;管 道走向顺畅,空间距离短,并充分利用位差使物料自流, 节约了动力消耗;将功能相同、相近的设备集中安排,同 时要考虑设备的检修和催化剂装填的空间的原则。
化工设计
化工工艺设计
化工工艺设计的主要内容 工艺计算
a.物料衡算 b.热量衡算 c.主要设备的工艺计算 编制工艺设计说明书 设计图纸 编制操作手册、安全手册等
化工设计依据
a.技术公关合同书 b.中间试验报告 c.设计任务书(设计委托书) d. 工艺软件包
1.基础设计(初步设计)设计说明书工艺部分 的编制要求
烯法、偏氯乙烯法和相模法,下面简单介绍这三种生产方法

1. 异丁烯法 异丁烯法是从异丁烯开始合成贲亭酸甲酯
,具体化学反应式如下。
异丁烯法虽然反应步骤少,总收率也可达80% 以上(以异丁烯计),但是反应需要在高温高 压条件下进行,设备投资大,工业化生产有相 当的难度。
2. 偏氯乙烯法 偏氯乙烯法是用异戊二烯和偏氯乙烯来合成 ,具体化学反应式如下。
1.2.1.3 工艺流程特点
按照以下几个方面的内容叙述: (主要是工艺设计方面的内容) • 工艺的先进性(含节省能源、节省资源、安全、环
境保护等方面的先进性)
• 技术的可靠性 • 技术的安全性 • 技术的经济性
例: • 按照中间体、成品的投料量和反应周期要求,优化流程,设备布
置,在各生产环节中相对独立,不产生交叉干扰,便于工业化生 产。同时将各工段集中布置在统一的框架内,减少了输送流体的 管道,降低了投资。 • 流程尽量按照位差自流布置,减少了流体中转设备,有效的防止 了泵等动设备在生产过程中的跑冒滴漏损失,减少了对环境的污 染。 • 采用了先进的称量模块,将依靠流量计量进料和高位槽的传统控 制方式,改为重量计量和控制方式,大大提高了计量精度,简化 了工艺流程,方便了生产操作。 • 采用有效的过滤设备,减少了工作强度,减少了操作时间,提高 了产品的收率。 • 脱溶操作采用循环冷却水冷凝、冷却回收溶剂,保证了溶剂回收 利用率。 • 产品的精馏,采用高效的不锈钢丝网填料(φ300X8000)、采用 减压精馏,减少了副反应,提高了产品的收率。 • 将精馏残液和混合溶剂作为燃料,降低了焚烧炉的燃料消耗。
说明产品及原料的储存、运输方式及有关安全措施 和注意事项。
工艺流程简述:(例) 原料乙腈经乙腈原料桶由乙腈卸桶泵(P0102)、甲醇经甲醇贮槽(V0102 )由甲醇液下泵(P0101)送到通气釜(R0101),四氯化碳经四氯化碳贮 槽(V0103)由四氯化碳液下泵(P0103)送至带有电子称量系统、搅拌、 通气及温度计的通气釜中,以上原料都由电子称量系统精确计量。然后开 动搅拌,在通气釜的夹套内通入冷冻盐水,使物料冷却至-10℃后,缓慢通 入适量的干燥氯化氢气体,并将通气釜釜温保持在-10℃~0℃,通气毕, 在0℃~5℃保温搅拌2小时,然后将物料放入带有搅拌、通气及温度计的酯 化釜(R0102)中。在酯化釜的夹套中通入蒸汽,使物料缓慢升温至25℃ ,并在此温度下保温搅拌10小时后,将经电子称量系统精确计量的甲醇加 入到酯化釜中,加大夹套中蒸汽的流量,使物料的温度升至35℃,使物料 的温度在35℃左右保温搅拌10小时,反应完毕,加大冷冻盐水的流量,使 物料冷却至0℃~5℃,再通入一定量的氨气至酯化釜进行中和,然后将物 料放至过滤器(X0101),酯化釜中剩余的氨气和氯化氢气体由排空管放空 。经过滤器过滤出的氯化铵盐,再用一定量的四氯化碳溶液冲洗,经过四 氯化碳冲洗后的氯化铵盐渣送环保废渣液处理工段处理。经过滤器滤出的 滤液和前馏份一起送进精馏塔(T0101)。在精馏塔的夹套内通入蒸汽,随 着温度的升高,依次蒸出混合溶剂、四氯化碳溶液,前馏份和产品原乙酸 三甲酯,蒸出的四氯化碳溶液送回至四氯化碳贮槽(V0103)中循环利用 ,产品原乙酸三甲酯送贲亭酸甲酯工段。混合溶剂和精馏残液送环保废渣 液处理工段处理。
可以立表处理
1.5 原材料、辅助动力消耗定额、技术规格及消 耗量
序号 名 称 规格 单位 消耗定额 年消耗量 备 注
1
乙腈 99% t
0.5
2626.32
a.原材料、辅助消耗定额、规格及消耗量
b.动力消耗定额、规格及消耗量
(消耗定额按照吨产品计)
序号
名称
1
蒸汽
2
循环冷却水
3
冷冻盐水
4

规格
单位
消耗定额
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