生产管理知识-年产5000吨顺丁烯二酸二甲酯生产工艺设计(doc 45页)

5000t/a 马来酸二甲酯生产工艺设计 1 毕毕 业业 设设 计计 系 别： 化学与材料工程学院 课题名称：5000t/a 马来酸二甲酯 班 级： 化工 1211 指导教师： 刘承先 时 间： 2014 年 11 月 20 日 5000t/a 马来酸二甲酯生产工艺设计 2 目目 录录 1.总论7 1.1 设计依据7 1.2 建设规模 7 1.2.1 产品品种、规格、数量 .7 1.2.2 主要原料、产品的物理化学性质、规格、来源 .7 1.3 产品方案 8 1.3.1 产品的用途 .8 1.3.2 工艺路线 .8 1.3.3 工艺流程简述 .8 2.工艺计算：9 2.1 物料衡算： .10 2.1.1 基础数据： 10 2.1.2 原料、产品的技术规格.11 2.1.3 物料衡算: .11 2.2 热量衡算 .12 2.2.1 动力（水、电、气、汽）技术规格 12 2.2.2 热量衡算 12 3 设备选型计算.16 3.1 贮罐的选型说明及计算.16 3.2 反应釜的选型说明及计算 .18 3.3 换热器的选型说明及计算 .19 3.4 泵类的选型说明及计算 .20 4. 设备布置26 4.1 设备布置原则 .26 4.2 车间建筑要求 .26 4.3 设备布置 .26 5000t/a 马来酸二甲酯生产工艺设计 3 5.消耗定额、控制指标、定员.27 5.1 原材料、动力消耗定额及消耗量 .27 5.2 生产控制分析表 .28 5.3 定员 .28 6 三废处理及环境保护 .29 7、安全生产与劳动保护30 7.1 危险性物质物性一览表 .31 7.2 消防安全措施 .31 721 车间建筑安全要求.31 722 工艺安全措施.31 723 电气安全措施.32 7.3 劳动防护措施 .32 8.节能措施.35 致 谢.36 参考文献.37 5000t/a 马来酸二甲酯生产工艺设计 4 化工化工 12111211 班毕业设计任务书班毕业设计任务书 化工 1211 班，储莉 同学： 现下达给你毕业设计如下，要求你在预定的时间内，完成此项任务。 一、项目名称：一、项目名称： 5000 吨/年 马来酸二甲酯生产工艺设计 通过相关图书、期刊、电子资料等查询、论证，自行确定生产方法，经老师审阅后执行。 二、主要内容二、主要内容 1 1、开题报告、开题报告 （1）产品市场概况及前景、现有生产方法评价、以及选定的生产方法 （2）毕业设计主要工作 （3）工作进度安排 2 2、设计及说明书、设计及说明书 内容见指导书 3 3、设计图纸、设计图纸 （1）带控制点的工艺流程图 （2）物料流程图 （3）设备一览表 （4）设备平面布置图 三、工艺设计参数：三、工艺设计参数： （1）产品规模及规格： 年生产力：5000 吨/年 产品规格： 99%(wt) (2) 年开工时间： 300 天 （3）反应条件、消耗定额、收率等相关数据，请根据所选生产方法的文献确定。 （4）原料规格：所有原料是工业一级品，通过查阅资料得到。 （5）公用工程条件： 蒸汽： 8kg/cm2 循环冷却水： 20 电： 380V （6）厂址：常州地区，自然条件 主导风向 东南风 最大风速 20.3m/s 平均风速 3.1m/s 年平均降雨量 1076.1mm 年平均气温 15.4 5000t/a 马来酸二甲酯生产工艺设计 5 绝对最高气温 39.4 绝对最低气温 -15.5 年平均相对湿度 70% 年平均气压 1016.3mbar 地下水位 3.00m 地震烈度 6 四、设计中主要参考资料（参考书）四、设计中主要参考资料（参考书） （包括资料、规范、标准等）：（包括资料、规范、标准等）： 化工部设备设计中心站。 化工设备设计手册 、 化学工程师手册 。上海科学技术出版 社。1981。 国家医药管理局上海医药设计院编,化学工艺设计手册M（第二版）化学工业出版社 （等） 刘光启、马连湘、刘杰。 化学化工物性数据手册 。化学工业出版社，工业装备与信息 工程出版中心。2001。 化学工程手册编辑委员会。 化学工程手册 （1-6） 。化学工业出版社。1998。 化工部科技情报研究所，世界精细化工手册M,北京：科学出版社，1982.402 相关图书、期刊、电子资料等等 五、提交技术文件五、提交技术文件： 设计说明书：1 份 设计图纸：3 张（物料流程图、带控制点工艺流程图、设备平面布置图） 六、上交文件（装订）：六、上交文件（装订）： 1、开题报告：1 份（将此任务书装订在开题报告封面后第一页） 2、设计说明书：1 份； 附：设计图纸 3 张及设备一览表 3、草稿本 请将上述文件装在文件袋中上交。请将上述文件装在文件袋中上交。 设计指导老师：刘承先 2014、11、20 5000t/a 马来酸二甲酯生产工艺设计 6 常州工程职业技术学院毕业设计报告常州工程职业技术学院毕业设计报告 （ 20122012 届）届） 题目： 5000 吨/年顺丁烯二酸二甲酯生产工艺设计 学生： 储莉 系： 化学工程技术系 专业班级： 化工 1211 指导教师： 刘承先 专业技术职务： 教授 一、前言一、前言 1、课题的背景、目的和意义 课题的背景、目的和意义：顺丁烯二酸二甲酯与其它物质的共聚物可制成多种具有特 殊性能和用途的涂料、粘结剂、防缩整理剂等，有很大的市场应用价值。在顺丁烯二酸二 甲酯的生产应用中，若想提高产品生产率，简化后处理工艺，降低生产成本，则传统的以 硫酸为催化剂的生产工艺有必要向新型的绿色经济型工艺发展；而关键在于高效、廉价、 易于分离回收的新型催化剂的设计开发。沸石型分子筛具有催化活性高，环境污染小，能 够重复使用，且可以与多价金属阳离子进行离子交换改性等优势，将会成为马来酸二甲酯 生产工艺中催化剂发展方向之一。 近几年来，马来酸二甲酯的合成在技术上没有多大的进展，主要停留在20世纪70年代 的技术水平。国内用硫酸作为催化剂，它虽然价廉易得，但设备腐蚀严重，副反应多，有 大量富马酸二甲酷产生，山于在马来酸二甲酯中残存硫酸，因此，若用液碱中和将产生大 量废液，用釜蒸馏时也会有釜残产生造成损失，而影响马来酸二甲酯的收率。这几年在酯 化方面，出现了磷钨酸、硫酸铁、甲基磺酸、硫酸铁氨、对甲苯磺酸、硅钨酸、聚苯乙烯 磺酸、硫酸铁和三氯化铝等固体超强酸，它们的制备须高温净化分离，非常麻烦，需要自 己合成，制备催化剂本身就产生三废。 2、课题的现状与发展趋势；课题欲解决哪一方面的问题 生产顺丁烯二酸二甲酯的现状与发展趋势：现在用于顺丁烯二酸二甲酯催化合成的无 机酸类催化剂主要是硫酸。早先有美国专利报道，在泡帽塔反应器中，以硫酸为催化剂， 甲醇与顺酐按摩尔比1430混合，在100125下酯化反应20140min，马来酸二甲 酯收率达到96以上。目前国内用于顺丁烯二酸二甲酯合成的最常用无机酸催化剂也是硫 酸。然而真正涉及工艺方面的报道较少，只从少数文献得知酯化反应时间约需10小时左右。 国内外所报道的反应时间相差这么多，不排除可能是反应器及操作不同而造成的原因。总 之硫酸用作催化剂，其优点是可溶于反应体系中，使酯化反应在均相条件下进行；而且催 化活性高，价格便宜。缺点是硫酸有强氧化性，易使产品色泽变深；且又有强腐蚀性，易 腐蚀设备及排除的酸性废水易造成环境污染。所以被其它类型催化剂（离子交换树脂类催 化剂、固体酸类催化剂）逐步取代也是势在必行。 我欲解决催化剂这一方面的问题。 5000t/a 马来酸二甲酯生产工艺设计 7 二、课题方案的确定二、课题方案的确定 1、方案的原理、特点与选择依据 方案的原理：顺丁烯二酸二甲酯的合成分两步进行： （1）顺酐醇解生成顺丁烯二酸单甲酯 HC-C=OHC-C=O=O+CH3OHHC-COOCH3HC-COOH=+CH3OH加催化剂HC-COOCH3HC-COOCH3=+H2O 该反应过程中顺酐开环结合一分子水，反应迅速，无需催化剂。研究表明，第一步反 应容易进行，无需催化剂，基本上是不可逆的。第二步反应是可逆过程，速率较慢，是合 成顺丁烯二酸二甲酯的关键控制步骤，需在催化剂的作用下才能进行的比较迅速和完全。 （2）顺丁烯二酸单甲酯转化为双酯 该反应是可逆过程，是合成马来酸二甲酯的关键控制步骤，需在催化剂的作用下才能 进行的比较迅速和完全。 方案的特点：我选择磷钨酸。因为磷钨酸价廉易得，且具有与产品分离容易、酯化过程无 三废、其催化剂可循环使用、收率可达95%以上等优点。 方案的选择依据：传统生产DMM的方法是以顺酐为原料，在硫酸的催化作用下与甲醇进 1 行酯化反应，该生产工艺虽然催化剂硫酸的催化活性高、价格便宜，但存在副反应多、产 品容易异构化成富马酸二甲酯、设备腐蚀严重、后续处理复杂等缺点。固体酸包括杂多 2 酸、无机酸盐、金属氧化物、固体超强酸及沸石型分子筛等，具有很强的酸性，它作为一 类新型催化剂材料替代浓硫酸催化合成酯类物质，具有易分离，可再利用及不腐蚀设备等 优点，且反应活性和选择性都很高。前四类固体酸催化剂已广泛应用于各类酯化反应中， 但对顺丁烯二酸二甲酯的催化合成仍未见有报道。国内有何思列等人简单报道了以固体酸 催化剂催化合成顺丁烯二酸二甲酯，产品收率达到96以上；但是文中未指出是哪类固体 酸催化剂，而且也没有工艺条件；总之，可供参考的信息不多。与均相酸催化剂相比， 3 离子交换树脂既有很高的催化活性，又具有副反应少、无设备腐蚀及工艺流程简单等许多 优点。不足的是阳离子交换树脂本身价格较高，从而会增加生产工艺的整体成本。这几 4 年，我们发现磷钨酸价廉易得，且具有与产品分离容易、酯化过程无三废、其催化剂可循 环使用、收率可达95%以上等优点。 综上所述，我选择磷钨酸催化剂。 2、课题完成步骤 5000t/a 马来酸二甲酯生产工艺设计 8 课题完成步骤表课题完成步骤表 周次天数学习内容达成目标 13 设计准备动员讲课，明确设计任务要求，完成时间。 1-417 设计计算物料衡算、热量衡算、设备设计及选型。 5-715 绘图工艺流程图、物料流程图、设备平面布置图等。 84 编制设计说明书、 答辩 编制设计说明书，并与图纸装订成册。准备参加答 辩。 三、阶段性设计计划、设计目标与应用价值三、阶段性设计计划、设计目标与应用价值 1.第 1 周: 对生产的资料进行收集。为以后的设计准备素材。 2.第 2-4 周：物料衡算、热量衡算、设备设计及选型。对方案中的涉及的数据进行计算， 为确定设备和制图提供依据 3.第 5-7 周：制图 查看相关的文献，严格按照标准制图。 4.第 8 周：编写设计说明书和装订成册。合理的设计说明书可以更加的方便阅读，寻找信 息业更快。 四、参考文献四、参考文献 1、魏影 石油化工设计数据手册下 石油工业出版社 1985(3) 2、中国石化集团上海工程有限公司 化工工艺设计手册 化学工业出版社 2009(8) 3、申迎华，郭晓刚化工原理课程设计 化学工业出版社 2009-5-1 4、时钧 化学工程手册(上下)(第二版) 化学工业出版社 2002 五、指导教师审阅意见五、指导教师审阅意见 签名： 年 月 日 1.1.总总 论论 5000t/a 马来酸二甲酯生产工艺设计 9 1.11.1 设计依据设计依据 1、老师下达的“5000 吨/年 马来酸二甲酯生产工艺设计”设计任务书； 2、批准的 5000 吨/年顺丁烯二酸二甲酯生产工艺开题报告 3、建筑防火设计规范 GB50016-2008 4、石油化工防火规范 GB50160-2012 1.21.2 建设规模建设规模 1.2.1 产品品种、规格、数量产品品种、规格、数量 产品品种：马来酸二甲酯 年生产力：5000 吨/年 产品规格：98%(wt) 1.2.2 主要原料、产品的物理化学性质、规格、来源主要原料、产品的物理化学性质、规格、来源 1.顺酐 无色结晶粉末，有强烈刺激气味。溶于乙醇、乙醚和丙酮，难溶于石油醚和四氯化碳。 与热水作用生成马来酸。 全名：顺丁烯二酸二酸酐 熔点：52.8 别称：马来酸酐 沸点：202.2 化学式：C4H2O3 密度：1.48 分子量：98.06 闪点：103.3 物理性质：白色片状结晶，有强烈刺激气味，比重 1.48，易升华，遇水易潮解生成马来 酸。 危险特性：遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧的危险。有腐蚀性。 燃烧产物：CO,CO2 灭火方法：雾状水，泡沫，CO2，沙土 2.甲醇 物理性质 性状：无色透明，刺激性气味液体 爆炸下限：6% 临界温度：240 临界压力：7.95Mpa 引燃温度：464 爆炸上限：36.5% 化学性状 1.其外观呈无色透明液体状。遇冷聚合变混浊。能与水、乙醇、丙酮任意混溶。 2.在空气中能逐渐被氧化为甲酸，是强还原剂。在一般商品中，都加入 10%12%的甲醇 以防止聚合。 3.沸点 96/101.325kPa；闪点 140F(60)；d2525 1.0811.085；n20D 1.3746。 5000t/a 马来酸二甲酯生产工艺设计 10 4.LD50 大鼠口服：0.80g/kg。 5.市场上的甲醛是其水溶液，遇冷能聚合变浑，也可解聚成无色透明溶液。具有刺激性 气味，能使眼睛流泪。为强还原剂。通常为防止聚合加入 10%12%的甲醇。 1.31.3 产品方案产品方案 1.3.1 产品的用途产品的用途 无色油状液体，化工重要的有机原料，用作增塑剂，脂肪油类的防腐剂及有机合成的原 料。可作有机溶剂与高分子单体和合成树脂的增塑剂，也可作杀虫剂、杀菌剂、防锈添加剂、 有机合成中间体，当与其它物质的共聚物可成多功能性能及用途的涂料、粘合剂、防缩整理 剂等。 1.3.2 工艺路线工艺路线 1、现有生产工艺路线综述 目前，有利用各种催化剂催化合成马来酸二甲酯的方法 （1） 采用逐步酸化、逐步加料和离子交换冷冻法合成了十一钨铬铁杂多酸 H6Fe(H2O) CrW11O3910H2O 催化剂，通过化学分析、IR、UV 光谱对催化剂进行了表征。结果表明:当 甲醇与顺醉的物质的量比为 6：1，催化剂用量为 0.89，反应时间 2.5h，反应温度 97 一 9， 环己烷作为带水剂酯化率可达 92.83%。 利用杂多酸催化合成马来酸二甲酷活性高，催化剂用量小，反应条件温和，操作简便， 不腐蚀设备，不污染环境，是酯化反应的理想催化剂，催化剂重复使用 3 次，活性不降低。 克服了用浓硫酸作催化剂，设备腐蚀严重，污染重等缺点，而且，催化剂又可重复使用，从 而开拓了马来酸二甲酯催化剂的新领域，具有工业化的前景。 （2） 以苯乙烯二乙烯苯为原料，合成了 DZH 型树脂催化剂。通过静态动态等测试 方法，研究了树脂催化剂的热稳定性，优化了催化剂合成的工艺条件。制备的 DZH 型树脂催 化剂用于顺丁烯二酸酐酯化反应，在反应温度 90110.C、反应压力 0.6MPa、m（甲醇）: m（顺丁烯二酸酐）1.4、顺丁烯二酸酐空速 0.74h-1 条件下，顺丁烯二酸酐转化率 99.6%，马来酸二甲酯收率98.6%。 （3） 顺酐和甲醇在大孔径阳离子树脂催化剂的作用下进行醋化反应，生成顺丁烯二 酸二甲酯和水，经过脱低沸物，中和水洗，干燥及减压薄膜蒸馏等精制工序处理，制得成品 (产品纯度达到 99.0%以上) （4） 国内外顺酐酯化低压加氢的酯化过程中多用甲醇为酯化剂。甲醇作为酯化剂工艺 优点有:使酯化后的甲醇和水的分离变得容易;增加 DMM 的挥发度，使之气相加氢的操作范围 变宽;甲醇的酯化转化率高达 99.5%，故不存在 DMM 的提纯过程，不需要未反应的顺配和单甲 酯循环，只有甲醇提纯循环过程，从而大大简化了流程，故工程总投资比以乙醇为醋化剂时 减少 15% 。首先 将 过 量的甲醇和顺酐混合进人单醋化反应器，生成马来酸单甲醋，该过 5000t/a 马来酸二甲酯生产工艺设计 11 程较易进行，在较低温度下无需使用催化剂，并且具有较高的收率。然后马来酸单甲酯和甲 醇分别由顶部和下部进人双酯化反应生成 DMM。 固体酸包括杂多酸、无机酸盐、金属氧化物、固体超强酸及沸石型分子筛等，具有很强 的酸性，它作为一类新型催化剂材料替代浓 H2SO4 催化合成酯类物质，具有易分离，可再利 用及不腐蚀设备等优点，且反应活性和选择性都很高。 综上，我们认为用固体酸催化剂合成马来酸二甲酯具有实用价值，采用固体酸为催化剂， 催化顺酐的甲酯化反应合成马来酸二甲酯的生产路线，具有生产工艺简单、副产物少、产收 率高的特点，具有良好的开发前景。 2 2、反应原理: : 第一步: 顺酐醇解生成顺丁烯二酸单甲酯 C C4 4H H2 2O O3 3 + + CHCH3 3 OHOH C C5 5H H6 6O O4 4 第二步：顺丁烯二酸单甲酯转化为双酯 C C5 5H H6 6O O4 4 + + CHCH3 3 OHOH C C6 6H H8 8O O4 4 + + H H2 2O O 1.3.3 工艺流程简述工艺流程简述 甲醇由甲醇储罐（V101）经甲醇泵（P101）和顺酐(V102)进入混合罐(V)加热混合后打 入单酯反应釜(R102)，物料与带水剂二氯乙烷在配碱釜(R102)中进行反应，未反应的二氯乙 烷回到带水剂储罐(V106)，未反应完全的物料一部分通过回流罐回到单酯反应釜循环反应， 另一部分则反应后经过换热器(E102)升温后送入双酯反应釜(R101)，同时通入带水剂和甲醇， 塔顶的甲醇和水与少量单酯进入精馏塔精馏(T101)，分离出水和甲醇，双酯反应釜生成的双 酯送入碱洗槽进行碱洗，碱洗后的产品送入产品罐(V104)；单酯反应釜反应得到的单酯由单 酯反应釜底排出，经过冷凝打入配碱釜(R102)进行多次碱洗，将得到的粗产品打入中间罐中， 然后从中间罐将粗产品打入精馏塔(T101)，得到的产品由塔顶排出，经过碱洗后得到最终产 品，送入产品罐(V104)。 2.2.工艺计算工艺计算 2.12.1 物料衡算：物料衡算： 5000t/a 马来酸二甲酯生产工艺设计 12 2.1.12.1.1 基础数据：基础数据： 生产制度：5000 吨/年，300 天/年，产品规格 99% 2.1.2 原料、产品的技术规格原料、产品的技术规格 序号名 称规 格物 性备 注 1 顺酐 99% 固态 2 甲醇 99.6% 液态 3 1,2-二氯乙烷 99% 液态 4 磷钨酸固态 5NaOH 固态 中间产品的技术规格 序号名 称规 格物 性备 注 1 马来酸单酯 100% 液态 2 水 100% 液态 产品的技术规格 序号名 称规 格物 性备 注 1 马来酸双酯 99% 液态 2.1.3 物料衡算物料衡算: 主反应方程式：主反应方程式： C4H2O3 + CH3 OH C5H6O4 C5H6O4 + CH3 OH C6H8O4 + H2O 一年 300 个工作日，一天按 8 小时生产 生产的 500 吨/年的马来酸二甲酯需要的各物 质的物质的量质量分别为： n顺酐=（5000100099 .0%）/（30014493%100%）=124.45Kmol/day m顺酐=124.4598=12196.33kg/day 5000t/a 马来酸二甲酯生产工艺设计 13 v 顺酐=12196.33/0.934=13058L n甲醇=124.456=746.7Kmol/day m 甲醇=746.732=23894 kg/day v 甲醇=23894 /0.792=30169 L/day m磷钨酸=1.5%m顺酐=0.01512196.33=182.94kg/day v 带水剂=200L/day (1)(1)反应釜的物料平衡: : 顺酐选择性为 93%，生成马来酸二甲酯的物质的量为： mDMM=1.6680104 kg/day； nDMM= 115.7385Kmol/day m H2O 2.08310 3 kg/day； n H2O=115.7385Kmol/day v H2O = 2.08310 3 L/day v 甲醇=3.0169104 L/day m磷钨酸=1.5%m顺酐=0.01512196.33=182.94kg/day v 带水剂=200L/day 生成 1molDMM 需每天消耗的甲醇量为: 1.93124.45kmol =240.1885 kmol/day 剩余的甲醇的量： n甲醇=746.7-240.1885=506.5115kmol /day m甲醇=506.511532=1.6208104 kg/day (2)(2)中和釜的物料平衡: : 有 93%的顺酐转为目的产品，还有 7%的顺酐和甲醇反应生成副产物。反应方程式如下： C C4 4H H2 2O O3 3 + + CHCH3 3 OHOH C C5 5H H6 6O O4 4 顺酐每天的投料量为 101.65kmol，生成的单酯的量为 n单酯=124.457%=8.7115kmol/day m单酯=8.7115130=1132.495kg/day 根据上面的简图，可检验平衡： 进口物料总量：124.4598+746.732= 36090.5kg/day 出口物料总量：115.7385144+506.511532+115.738518=35174.5 kg/day 所以，进出口物料的量相等，则反应平衡 (3)精馏塔的计算: 反应釜中的气相产物经冷凝后分离出的甲醇和水的组成： n H2O=115.7385kmol/day n甲醇=746.7-240.1885=506.511kmol /day 每天总进料量为：n总=115.7385+506.511 =622.2495kmol/ day 反应C4H2O3 124.45Kmol /day CH3OH 746.7Kmol /day C6H8O4 115.7385Kmol/day CH3OH 506.5115Kmol/day H2O 115.7385Kmol/day 5000t/a 马来酸二甲酯生产工艺设计 14 摩尔组成： 甲醇 506.511 /622.2495=81.4% 水 115.7385/622.2495= 18.6% 以时间单位为基准，即总物料量F=D+W (1) 易挥发组分量FXF=DXD+WXW (2) 已知处理量 n总为 622.2495 kmol/ day，一天按 8 个小时来计算那么精馏塔的进料量为： F F=77.78kmol/h 要求 XD99.6%，XW0.2% 77.78=D+WD+W 77.7881.4%=99.6%D+0.2% W 所以计算得： D D=63.28kmol/ h W W=14.50kmol/ h 设备物料平衡表 序号组 分 kg/ht/dt/a w 1 顺酐 1524.512196.33365889999 2 甲醇 2986.723894716820099.6 3 水 260.42083624900 进 料 进料总计 4771.638173.3311451999 1 马来酸双酯 2085166805004000 2 剩余甲醇 202616208486240099.6 3 水 660.65285.31585599 出 料 出料总计 4771.638173.3311431895 2.22.2 热量衡算 2.2.12.2.1 动力（水、电、气、汽）技术规格动力（水、电、气、汽）技术规格 技术规格 序号 名 称规 格 1 蒸汽 3kg/cm3 2 循环冷却水 20 3 电 220V 380V 2.2.22.2.2 热量衡算热量衡算 1 换热器的计算：换热器的计算： （1）水冷换热器 E101 气相物料经过水冷凝冷下了甲醇、水和带水剂 5000t/a 马来酸二甲酯生产工艺设计 15 设冷却水的进口温度t1=25, 出口温度t2=35 物料的进口温度T1=90 , 出口温度T2=40 由于带水剂含量很少，可忽略 平均温度T=（90+40）/2=65 65+273.15=338.15K时，查化学工程手册1 得相关的数据和 公式： C CP P=A+BT+CT=A+BT+CT2 2+DT+DT3 3 理想热容系数 编号 ABCD 甲醇1 5.0521.69410- 2 6.17910- 6 -6.81110-9 水2 7.7014.59310- 4 2.52110- 6 -0.858910-9 由CP=A+BT+CT 2+DT3 计算得 Cp,1=5.052+1.69410-2338.15+6.17910-6338.152-6.81110- 9338.153=11.22kcal/kmol.k Cp,2=7.701+4.59310-4338.15+2.52110-6338.152-0.858910- 9338.153=8.11kcal/kmol.k CP=Cp,1 x +Cp,2(1-x) =11.220.814+8.11（1-0.814） =10.6415 kcal/kmol.k =(90-35）-(40-25)/1.3 =30.77 平均汽化潜热 根据化学工艺设计手册-上册可知 30.77时，r 水 = 24.7K J/Kg r甲醇 = 1193.4375KJ/Kg Wh =(m甲醇+m水）/（24360） =18280/8640 =0.212K J/s rm=1193.48(16200+2080)+2426.72080/(2080+16200) =1057.5427635=133.83kJ/kg Q=0.212133.83=282.78KJ/s=2.83105J/kg K 取 500 W/m2k A=Q/Ktm=(2.83105）/（50030.77）=18.4m2 冷却水的用量 Q Q=GCP(t2-t1) 查水的 CP=1.00kcal/k G=3.077105/(35-25) =3.077104 kg/h 2.单酯反应釜的计算 5000t/a 马来酸二甲酯生产工艺设计 16 12196.33KG/DAY 顺酐 99% 单酯 13214.5KG/DAY 23894KG/DAY 甲醇 99.6% 未反应甲醇 16208KG/DAY Q1：原料带入量 Q4:物料带出热 Q2：水蒸气供热 Q5：设备吸收热 Q3：反应过程热 Q6：环境损失热 Q1Q2Q3Q4Q5Q6 设基准温度为 25，原料进料温度 25，即 Q10 由于是连续反应，所以 Q50 热损失 Q6=10%Q2 Q3反应过程热 C4H2O3 + CH3 OH C5H6O4 C4H2O3 燃烧热-Hc=332.10kal/mol CH3 OH -Hc=170.9kcal/mol C5H6O4 -Hc=535.268kcal/mol Q3=(535.268-170.9-332.10) 12196.331000/98=1.678107KJ Q4物料带出热的计算 单酯带走的热量 25时 单酯 C25P=18.8+25.95+14.1+9.95=228.855J/(mol.k) 100时 C100P=22.5+26.7+15.5+11.55=263.131J/(mol.k) CP=(228.855+263.131)/2=245.993J/(mol.k) Q单酯=CMt=245.99313214.5/130.10(100-25)=1.87106KJ 未反应的甲醇带走的热量 25时 未反应的甲醇 C25P=9.95+10.5=85.481J/(mol.k) 100时 C100P=11.5+17.0=119.339J/(mol.k) Cp=(85.481+119.339)/2=102.4095J/(mol.k) Q 未反应甲醇=CMt=102.4095(1.6208104)/32(100-25)=3.8902106KJ Q4=Q单酯+Q未反应甲醇 物料 热量 5000t/a 马来酸二甲酯生产工艺设计 17 =1.87106+3.8902106 =5.76106KJ Q2=Q4+Q5+Q6-Q1-Q3 =5.76106+0+10%Q2-0+1.678107 Q2=2.5107KJ Q6=10%Q2=2.5106KJ 反应釜热量衡算表反应釜热量衡算表 进热量（kJ/h）出热量（kJ/h） 原料投入量 Q1 0 物料带出热 Q4 1.435106 水蒸汽加热 Q2 5.23106 设备吸收热 Q5 0 反应过程热 Q3 -3.27106 热损失 Q6 5.23105 总计 1.96106 KJ 总计 1.958106 KJ 3.双酯反应釜的计算 单酯 双酯 甲醇 水 鏻钨酸 杂质（含单酯） Q1：原料带入量 Q4：物料带出热 Q2：水蒸气供热 Q5：设备吸收热 Q3：反应过程热 Q6:环境损失热 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 C5H6O4 + CH3 OH C6H8O4 + H2O C5H6O4 Hc=535.268kcal/mol CH3 OH - Hc=170.9kcal/mol C6H8O4 Hc=629.697kcal/mol Q3=(-629.697+535.268+170.9)/13013214.593%10004.18 =3.021107KJ Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 物料 热量 5000t/a 马来酸二甲酯生产工艺设计 18 Q4=3.89107KJ Q2=3.26106KJ Q6=10%Q2 Q6=3.26 5 01 反应釜热量衡算表 进热量（kJ/h）出热量（kJ/h） 原料投入量 Q1 8.56105 物料带出热 Q4 2.59106 水蒸汽加热 Q2 1.01107 设备吸收热 Q5 0 反应过程热 Q3 -7.32106 热损失 Q6 1.01105 总计 3.63106 KJ 总计 3.6106 KJ 3 3 . .设备选型计算设备选型计算 3.13.1 贮罐的选型说明及计算贮罐的选型说明及计算 (1)甲醇贮罐 V101 要求：计算每天需要的甲醇体积 V 总=3.0169104L,根据生产情况选取 100 m3的贮罐， 根据化工工艺设计手册选用立式储备罐 公称容积 VN（m3） 100 5000t/a 马来酸二甲酯生产工艺设计 19 储罐内径（mm） 5200 罐壁高度 mm 5200 拱顶高度 mm 554 总高度 mm 5754 罐体材质 Q235-A,F 设计温度 -19-150 设计压力 Mpa -0.5-2 储罐总重 kg 6135 型号： A100/5200 图号： HG21504.1-92-201 (2)顺酐贮罐 V102 要求：计算每天需要的顺酐体积 V 总=1.3058104L,根据生产情况选取 100 m3的贮罐， 根据化工工艺设计手册选用立式储备罐 公称容积 VN（m3） 100 储罐内径（mm） 5200 罐壁高度 mm 5200 拱顶高度 mm 554 总高度 mm 5754 罐体材质 Q235-A,F 设计温度 -19-150 设计压力 Mpa -0.5-2 储罐总重 kg 6135 型号： A100/5200 图号： HG21504.1-92-201 (3)甲醇水溶液中间贮罐 V103 要求：计算每天需要处理的的甲醇水溶液体积 V 总2.49104L,根据生产情况选取 8 m3贮罐一个，根据化工工艺设计手册选用卧式椭圆形封头容器（JB1428-74） 公称容积 m3 8 实际容积 m3 8.41 筒体公称直径 DN（mm） 1600 筒体长度（mm） 3600 支座数量 3 设备净重量（kg） 654 图号 HG21504.1-92-67 型号 A8/1600 (4)产品贮罐 V104 要求：计算体积 V 总11.28m3,根据生产情况选取 16 m3贮罐一个，根据化工工艺设 计手册选用卧式椭圆形封头容器（JB1428-74） 公称容积 m3 16 实际容积 m3 16.22 筒体公称直径 DN（mm） 2000 筒体长度（mm） 4400 支座数量 3 5000t/a 马来酸二甲酯生产工艺设计 20 设备净重量（kg） 1230 图号 HG21504.1-92-71 型号 A16/2000 (5)精馏甲醇贮罐 V108 要求：计算每天需要处理的的甲醇水溶液体积 V 甲醇7600L,根据生产情况选取 8 m3 贮罐一个，根据化工工艺设计手册选用卧式椭圆形封头容器（JB1428-74） 公称容积 m3 8 筒体公称直径 DN（mm） 1600 筒体长 度（mm） 3600 支座数量 3 设备净重量（kg） 654 图号 HG21504.1-92-67 型号 A8/1600 3.2反应釜的选型说明及计算反应釜的选型说明及计算 (1) 酯化反应釜 R101 要求：常压下，处理量 V 总= V 甲醇+ V 带水剂 =3.0169104+200 =3.0369104 L 分两批生产: V1=V 总/2=3.0369104/2=15184.5L V2=15184.5/4=3796.125L 查化学工艺设计手册第二版下册 此处选取 5000L 的搪玻璃反应釜常压反应釜四个，分两批生产。 内部材质为不锈钢的反应釜: 公称容积 VN(L) 5000 公称直径 DN(mm) 1750 计算容积 V 计(L) 6011 容积系数 VN/VJ 0.83 夹套换热面积(m2) 14.89 公称压力 PN(Mpa) 容器内 1.0 夹套内 0.6 (2) 中和釜 R-102 要求：常压下，每个反应釜出来的处理量 V 总=2886L，所需氢氧化钠用量为 1358L，V 总=4282L，查化学工艺设计手册第二版下册，此处选取 5000L 的搪玻璃反应 釜常压反应釜两个。 内部材质为不锈钢的反应釜: 公称容积 VN(L) 5000 公称直径 DN(mm) 1750 计算容积 V 计(L) 5435 容积系数 VN/VJ 0.92 夹套换热面积(m2) 13.4 5000t/a 马来酸二甲酯生产工艺设计 21 公称压力 PN(Mpa) 容器内 1.0 夹套内 0.6 (3)配碱釜 R103 要求：常压下，V=5432.00/2=2716L 查化学工艺设计手册第二版下册，选取 3000L 的搪玻璃反应釜一个。 公称容积 VN(L) 3000 公称直径 DN(mm) 1600 计算容积 V 计(L) 3811 容积系数 VN/VJ 0.79 夹套换热面积(m2) 9.74 公称压力 PN(Mpa) 容器内 1.0 夹套内 0.6 3.3换热器的选型说明及计算换热器的选型说明及计算 (1) 水冷换热器 E101 要求：选取水冷的换热面积 A=10m2，热的甲醇、水和少量的带水剂蒸汽走壳程，冷却 水走管程。根据化工工艺设计手册选用列管式固定管板换热器： 筒体公称直径(mm) 400 公称压力 PN(Mpa) 0.6 换热管管长(mm) 1500 换热管外径壁厚(mm) 192 管程 I 管子根数 174 中心排管数 14 管程流通面积 (m2) 0.0307 换热面积 A(m2) 14.5 管心距(mm) 25 材质 不锈钢 型号 S-400I-1.5/19-0.6-14.5 被冷的热流 化工工艺设计手册选列管式固定管板换热器 (2)再沸器 E104 要求：计算换热面积 A=4.199m2,用蒸气加热，根据