化工设计第二章化工工艺设计

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 。
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
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。
号
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
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。
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
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
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。
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
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。
1．3 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％。
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。
• 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
• 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
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）
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。
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））