《新建年产500吨丙环唑溴化工段工厂工艺设计》

诚信申明本人申明我声明，所呈交毕业设计论文年产500吨丙环唑溴化工段生产工艺设计是本人在指导老师孙德伟老师细心指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中所引用的他人的文字，研究成果，是我查阅资料认真思考独立完成的据实查证。我毕业设计所撰写的内容及所参考的资料均真实、可靠，如有不实之处，我愿按照学校有关规定，承担一切后果。本人签名日期年月日年产500吨丙环唑溴化工段生产工艺设计马鸿飞化学工程与工艺专业化工0906班学号090101153指导老师孙德伟助教摘要丙环唑是一种具有保护和治疗作用的内吸性三唑类杀菌剂，可被根、茎、叶部吸收，并能很快地在植物株体内向上传导，防治子囊菌，担子菌和半知菌引起的病害，特别是对小麦全蚀病、白粉病、锈病、根腐病，水稻恶菌病，香蕉叶斑病具有较好的防治效果。本设计针对丙环唑溴化工段合成工艺，在查阅了多种关于丙环唑的书籍及学术论文的基础上，在孙德伟老师悉心指导，实现年产500吨光丙环唑溴化工段生产车间设计，介绍了丙环唑的制备方法及工艺流程。本文重点完成了物料衡算、热量衡算以及主要设备计算。关键词丙环唑物料衡算热量衡算设备计算500TONSOFPROPICONAZOLEBROMIDESECTIONPRODUCTIONDESIGNABSTRACTPROPICONAZOLEISAKINDOFPROTECTIVEANDTHERAPEUTICEFFECTOFTHEABSORPTIONOFTRIAZOLEFUNGICIDES,ROOTS,STEMS,LEAVESABSORBEDANDREACHDOWNQUICKLYINTHEBODYOFTHEPLANTSTRAINSUPWARDCONDUCTION,PREVENTIONANDTREATMENTOFASCOMYCETES,BASIDIOMYCETESANDSEMIKNOWNDISEASESCAUSEDBYBACTERIA,ESPECIALLYFORALLDISEASEOFWHEAT,POWDERYMILDEW,RUST,ROOTROT,RICEBADBACTERIADISEASE,BANANALEAFSPOTHASGOODCONTROLEFFECTTHEDESIGNFORTHESYNTHESISPROCESSOFPROPICONAZOLEBROMIDESECTION,ACCESSTOAVARIETYOFPROPICONAZOLEBOOKSANDACADEMICPAPERSBASEDONTHEGUIDANCEOFINSUNDEWEITEACHER,TOACHIEVEANANNUALOUTPUTOF500TONSOFLIGHTPROPICONAZOLESECTIONBROMIDEPRODUCTIONWORKSHOPDESIGN,PREPARATIONANDPROCESSPROPICONAZOLETHISARTICLEFOCUSESONCOMPLETEMATERIALBALANCE,HEATBALANCE,ANDMAJOREQUIPMENTKEYWORDSPROPICONAZOLEMATERIALBALANCEHEATBALANCEEQUIPMENTCALCULATION目录前言2第1章绪论3第11节选题背景3第12节丙环唑基本情况4第13节丙环唑生产在国内外现状6第14节丙环唑合成工艺研究8第15节溴化工段设计10第2章物料衡算和热量衡算11第21节物料衡算11第22节热量衡算13第3章主要设备计算1531溴化釜的设计1532泵的设计和选型1533换热器的计算与选型1734储罐的选型2435工艺条件说明及一览表25结论27附录28参考文献29致谢31前言毕业设计是我们所学课程的一部分，是不可缺少的重要环节，它对我们本科生来说是非常重要和必要的。毕业设计是我们所学理论知识的综合应用，其中用到的知识点包含了各门基础课程和专业课程。它对我们四年的学习进行了一次系统的总结和全面的复习，并把各门学科联系起来，加深理解，扩展了视野，从而能运用有关知识处理解决问题。本设计是以有关课程所学理论知识为根据，以及在实习过程中熟悉同类工艺和生产流程，收集有关实践生产中的工艺指标和控制指标等数据的基础上，参考有关文献，如化工原理，化工设计等编写而成的。在编写本设计的过程中得到了孙德伟老师的全力指导，谨在这里向指导老师致以衷心的感谢。最后，恳请老师及同学对本设计提出意见和建议。第1章绪论第11节选题背景三氮唑类化合物生物活性较为复杂，不同的品种可能具有杀菌、植物生长调节活性，甚至具有除草作用；有的品种同时具有不同的生物活性。三氮唑类化合物通过三氮唑环上氮原子的孤对电子与细胞色素P450中的重要结构单元铁卟啉的中心铁配位，阻碍铁卟啉铁氧络合物的形成,使得活泼氧不能转移到底物羊毛甾醇的C14甲基上，抑制了羊毛甾醇的C14一脱甲基化反应，导致麦角甾醇不能合成，而麦角甾醇是真菌细胞膜脂类中的重要成分，最终导致真菌死亡；三氮唑类化合物的植物生长调节活性是通过阻碍植物体内贝壳杉烯C14的氧化脱甲基来抑制赤霉素的合成，从而消除植物顶端优势，其过程也与细胞色素P450有关。70年代中期，高效杀菌剂三氮唑酮（粉锈宁TRIADIMEFON）的开发成功，使人们对三氮唑类化合物产生了浓厚兴趣，并将三苯甲基三氮唑结构中的苯基换成各类杂环、烷基、烯基、酯、酮以及苄基等，先后合成了数以万计的三氮唑类化合物，并从中筛选出具有良好杀菌活性的数十个品种作为商品投入市场（见表）。目前开发具有生物活性的三氮唑类化合物仍是国内外研究的热点之一，不少品种己处于后期开发阶段。表已商品化三氮唑类杀菌剂商品名称通用名称商品名称通用名称三氮唑酮TRIADIMEFON戊环唑AZACONAZOLE三氮唑醇TRIADIMEFOL乙环唑ETACONAZOLE苄氯三氮唑醇DICLOBUTRAZOLE丙环唑PROPICONAZOLE双苯三氮唑醇BITERTANOL稀效唑PENTEFEZOL辛唑酮PP969烯唑醇PENTECONAZOLE戊菌唑PENCONAZOL三氮唑类杀菌剂与其它杀菌剂相比具有高效、广谱、低毒、双效性杀菌、控长等特点，受到国内外农药界的高度重视，成为研发和应用的主要对象。例如甲环唑、乙环唑、丙环唑和戊环唑，就是一类高效、低毒、广谱、内吸性杀菌剂，对子囊菌、半知菌、担子菌引起的多种植物真菌病害具有良好的防治效果。其弥散荆用于大棚温室蔬菜、瓜、果病害的防治，安全方便，持效期达3个月之久。该类杀菌剂多是过专利期的农药品种，它们的开发与生产满足了国内杀真菌剂及植物生长调节剂的市场需求，部分产品还走进了国际市场。国际上年销售额一亿美元以上的三氮唑类杀菌剂中有少数品种已过或将过专利期，丙环唑就是其中之一，该品种年销售额超过二亿美元，极具开发价值和应用前景，以下将对丙环唑做详细介绍。第12节丙环唑的基本情况121丙环唑简介1中文通用名称丙环唑2英文通用名称PROPICONAZOLE3化学名称122,4二氯苯基4丙基1,3二氧戊环2甲基1氢1,2,4三唑4分子式C15H17CL2N3O25分子量3422122质量标准优级品丙环唑含量（M/M）950外观浅黄色至浅棕色粘稠液体水份10酸度（以硫酸计）M/M05123主要物化特性及指标丙环唑是一种具有保护和治疗作用的内吸性三唑类杀菌剂，可被根、茎、叶部吸收，并能很快地在植物株体内向上传导，防治子囊菌，担子菌和半知菌引起的病害，特别是对小麦全蚀病、白粉病、锈病、根腐病，水稻恶菌病，香蕉叶斑病具有较好的防治效果。124理化性质外观为淡黄色粘绸液体，沸点133PA180，蒸汽压200133MPA,折光率15468，比重20127G/CM3。在水中溶解度为110MG/L，易溶于有机溶剂。320以下稳定，对光较稳定，水解不明显。在酸性、碱性介质中较稳定，不腐蚀金属。贮存稳定性三年。125毒性原药对大鼠急性经口LD501517MG/KG，急性经皮肤LD504000MG/KG。对家兔眼睛和皮肤有轻度刺激作用。126应用范围丙环唑（PROPICONAZOL）是一种具有治疗和保护双重作用的内吸性三唑类新型广谱性杀菌剂，可被根、茎、叶部吸收，并能很快地在植物株体内向上传导，防治子囊菌、担子菌和半知菌引起的病害，特别是对小麦全蚀病、白粉病、锈病、根腐病、水稻恶苗病、纹枯病、香蕉叶斑病等病害具有特效，可有效地防治大多数高等真菌引起的病害，但对卵菌类病害无效。丙环唑残效期在1个月左右。丙环唑具有杀菌谱广泛、活性高、杀菌速度快、持效期长、内吸传导性强等特点，已经成为世界上大吨位的三唑类新兴广谱性杀菌剂代表品种。丙环唑属于低毒杀菌剂，在试验条件下，未见致畸、致癌、致突变作用。制剂由有效成分、乳化剂和溶剂组成。外观为浅黄色液体，比重098100，闪点5563，乳化性能良好，能与多数常用农药相混配，贮存稳定期为3年。127丙环唑杀菌机理及特性机理丙环唑是属于甾醇抑制剂中的三唑类杀菌剂，其作用机理是影响甾醇的生物合成，使病原菌的细胞膜功能受到破坏，最终导致细胞死亡，从而起到杀菌、防病和治病的功效。特性（1）广谱杀菌活性高，对多种作物上由高等真菌引发的病害疗效好；（2）特效对香蕉叶斑病、葡萄炭疽病、西瓜蔓枯病、草莓白粉病有特效；（3）速效内吸性强，具有双向传导性能，施药2小时即可将入侵的病原体杀死，12天控制病情扩展，阻止病害的流行发生，渗透力及附着力极强，特别适合在雨季使用；（4）省钱持效期长达1535天，比常规药剂节省23次用药；（5）省工独有的“汽相活性”，即使喷药不均匀，药液也会在作物的叶片组织中均匀分布，起到理想的防治效果；（6）耐贮运采收后，保鲜作用明显，卖相靓，果品货价期长。128包装、贮运丙环唑原药用塑料桶包装，每桶净重200KG或根据用户要求，须符合GB3796中的有关规定。应贮存在通风、干燥的库房中，防潮湿、日晒、不得与食物、种子、饲料混放，避免与皮肤、眼睛接触，防止由口鼻吸入。129主要用途丙环唑是一种具有保护和治疗作用的内吸性三唑类杀菌剂，可被根、茎、叶部吸收，并能很快地在植物株体内向上传导，防治子囊菌，担子菌和半知菌引起的病害，特别是对小麦全蚀病、白粉病、锈病、根腐病，水稻恶菌病，香蕉叶斑病具有较好的防治效果。第13节丙环唑生产在国内外现状131杀菌剂发展历史杀菌剂的发展史，大致可分为四个时期。（1）第一个时期，是指古时期到1882年。该时期主要是以元素硫为主的无机杀菌剂时期，故称之为硫杀菌剂时期。1705年，升汞（HGCL2）开始用于木材防腐和种子消毒。1761年，SCHULTHESS首次将硫酸铜用于防治小麦黑穗病。1802年，WILLAMFORSYTH首次制备出石灰硫磺合剂，并应用于防治果树白粉病。（2）第二个时期，是指1882年至1934年。这个时期主要应用的杀菌剂是无机铜，所以也称之为铜时期。波尔多液（BORDEAUXMIXTURE）；无机杀菌剂向有机杀菌剂的过渡时期。（3）第三个时期（19341966年），是保护性的有机杀菌剂大量使用时期。1934年，二硫代氨基甲酸衍生物（福美类）的出现。1942年，种子处理剂四氯苯醌，2，3二氯萘醌。1943年，乙撑双二硫代氨基甲酸衍生物（代森类）。1952年，含有三氯甲硫基（SCCL3）杀菌剂，如克菌丹问世，随后又出现了灭菌丹。抗菌素问世，如稻瘟散、放线菌酮、灰黄霉素、链霉素等。（4）第四个时期，1966年到现在。这一时期的特点是内吸性有机杀菌剂的出现和广泛应用。大致又分为三个阶段探索阶段（1966年以前）提出了内吸性有机杀菌剂的发展的可能性和问题。8羟基喹啉盐类、磺胺类和某些抗菌素。突破阶段（19661970年）以萎锈灵为代表的丁烯酰胺类，以苯菌灵为代表的苯并咪唑类，以甲菌啶、乙菌啶为代表的嘧啶类等。这个时期内吸性杀菌剂大都为上行性的，大都对藻菌纲真菌无效。进展阶段（1970年至今）进展阶段特点A出现了能防治藻菌纲真菌病害的品种，如甲霜灵、卵菌灵、吡氯灵、霜脲氰等；B出现下行和双向内吸性杀菌剂，如吡氯灵（下行）、乙膦铝（双向）等；C出现了长效品种，如三唑酮（16周）、甲霜灵（24周）；D具有手性的内吸性杀菌剂增多，如甲霜灵、三唑醇、多效醇、多效唑、苄氯三唑醇、烯效唑等。E涌现出一大批麦角甾醇生物合成抑制剂，如敌灭啶、丙环唑、丙菌灵、三唑酮、三唑醇、烯唑醇等。其中，最引人注目的是三唑类化合物。132丙环唑现今状况丙环唑是由先正达原诺华公司开发的新型三唑类内吸性杀菌剂，现已在美、英、德、日、法和中国1987年在我国获准登记等国家和地区获登记，其原药生产规模约6000吨/年。年销售额突破2亿美元。近4年丙环唑及其复配品种在西欧的销售量翻了一番。产品名称又称敌力脱、BANNER、RADARICL、OESMEL、TILT等。属高效、低毒、广谱、内吸杀菌剂。90年以来，我国每年都有一定量的进口，预计不久我国每年需丙环唑原药将达到2000吨左右，市场前景十分诱人。在我国，丙环唑的应用开发起步于90年代后期，目前进入中试工业化生产阶段，主要生产单位有浙江禾本农药化学有限公司、温州龙湾农药厂。广东捷利化工有限公司、张家港市七州农药公司、常州丰登农化公司等。工业化生产均为中试规模，生产能力为50100TA，利尔化学（200T/A），宁波中化化学品有限公司；山东东泰农化有限公司；山东寿光亿嘉集团200TA。但国内丙环唑厂家也有国外厂家所不具有的优势，主要有随着中国加入世贸组织的成功，国家对低毒、高效、低残留政策将会更加开放，特别是在产品用途，其市场面将会迅速扩大，这给国内丙环唑生产厂家带来了新的机遇。作为国外厂家，对国内的丙环唑使用状况、需求量状况等与经营等因素的了解远不如国内企业。第14节丙环唑的合成工艺研究141丙环唑开发应用的市场前景丙环唑在我国广西、甘肃、山东、安徽等省应用较广，主要依赖进口。我国仍属农业大国，一旦推广，需求量将非常之大。另外，加紧丙环唑的研制开发并使之大规模化生产，不仅可以满足国内市场需求，减少进口，而且可出口创汇。丙环唑作为高效、低毒、广谱的杀菌剂，可广泛用于防治真菌引起的病害，开发、生产、应用丙环唑具有较好的经济效益及社会效益和环保效益。另一方面，丙环唑的开发不仅可增加国内杀菌剂的品种，而且可促进同属缩酮三氮唑类杀菌剂的开发应用，如甲环唑、乙环唑及戊环唑等。综上所述，由于丙环唑是一种新型的杀菌剂，在农作物虫害防治，水果蔬菜防腐保鲜等方面有着广泛的应用，所以丙环唑有着广阔的市场前景。因此，对丙环唑合成工艺的研究有着重要的现实意义，以下将对丙环唑的合成工艺做详细的介绍。142已有丙环唑合成工艺介绍和评价国内外对丙环唑的合成方法进行了大量研究，已报道了多条合成路线，现分别介绍如下（1）先环化再溴化最后取代工艺该法是2，4二氯苯乙酮先与戊二醇脱水形成缩酮，然后再与溴素反应，最后用三唑钠取代溴生成丙环唑。（2）先溴化再环化最后取代工艺该方法是2，4二氯苯乙酮与溴素反应，在位上一个溴，然后与戊二醇脱水形成缩酮，最后用三唑钠取代溴生成丙环唑。（3）先溴化再取代最后环化工艺该方法是2，4二氯苯乙酮与溴素反应，在位上一个溴，然后先用三唑钠取代溴，最后再与戊二醇脱水形成丙环唑。CH2BROOC3H7CLCLNNANNCH2OOCC3H7CLCLCH2BROOCC3H7CLCLNNANNCH2OOCC3H7CLCL这三种方法比较来看，第3种工艺最后一步合环较难，第二步取代的收率也只有70左右，因此很少应用。另外两种路线收率差不多，在实际生产中都有应用。但对于第2种先溴化路线，第一步反应结束后需要把溴化产物分离出来，否则体系中过量的溴和产生的溴化氢会影响第二步环化反应的收率。如果采用第1种路线，先进行环化反应则第一步结束后不需要产物分离，可以直接进行第二步反应，因此相比之下第1种路线操作更简单，更具有可行性。本设计即选择第1种先环化再溴化最后取代的工艺路线进行设计。第15节溴化工段设计151工艺流程流程溴化工段的工艺流程如图11所示。CLCLCH2ONOHC2C37CLCLOOCC3H7H2NNCLCLCH2BRONANNNNCLCLCH2O尾气吸收液真空系统水溴化釜HBR环化液液溴滴加液溴溴高位槽吸收液溴化液溴化工段设计流程图11152溴化工段设计反应方程式第2章物料衡算和热量衡算第21节物料衡算211物料衡算原则物料衡算是研究某一个体系内进出物料组成及质量的变化。根据质量守恒定律，对某一个体系内质量流动及变化情况用数学式描述物料平衡关系为物料衡算方程。其基本表达式为F0DAB（21）式中F输入体系的物料质量；D离开体系的物料质量；A体系内积累的物料质量；B过程损失的物料质量（如跑、冒、滴、漏）。上式为物料平衡普遍式，如果体系内发生化学反应，增对任一组分或任意元素做物料衡算时，必须把反应消耗或生成的质量也考虑在内，所以上式成为FXIFXIDXIDAXIABXIB（22）式中XI反应过程生成或消耗的I组分的量，反应生成I组分时则取“”号，反应消耗I组分时则取“”号；XIF、XIB、XA、XIDI组分在F、B、A、D中的分率。如果体系内不积累物料时，及连续温定的操作过程，这样累积的物料量A等于零，所以上式为F0DB（23）如果体系内没有化学反应，对任一组分或任一元素做物料衡算时，式2中XI0，则FXIFDXIDAXIABXIB（24）根据生产丙环唑溴化物的量，在进行物料衡算过程中，主要依据物料衡算方程进行估算。物料衡算的作用在于研究生产丙环唑溴化工段的物料质量及组成的变化。根据质量守恒定理，对某一选定体系内质量流动及变化的物料平衡关系用数学式描述。212丙环唑溴化工段物料衡算年产500吨丙环唑，按每年8000小时计算，则结果见表21表21物料衡算数据表进料出料序号物料名称KG/H组成WKG/H组成W1环化产物542726700370242溴化产物00694645483溴素535226330670444HBR00154110095碱液9544469666804374合计2032310015271100第22节热量衡算221热量衡算原理及依据热量衡算是能量衡算的一种，在能量衡算中占要重要地位。进行热量衡算有两种情况一种是对单元设备做热量衡算，当各个单元设备之间没有热量交换时，只需对个别设备做计算；另一种是整个过程的热量衡算，当各个工序或单元操作之间有热量交换时，必须做全过程的热量衡算。热量衡算方程热量衡算的理论依据是热力学第一定律，以能量守恒表达的方程式Q入Q出Q损（25）即输入输出损失式中Q入输入设备热量的总和；Q出输出设备热量的总和；Q出损失热量的总和。对于单元设备的热量衡算，热平衡方程可写成如下形式Q1Q2Q3Q4Q5Q6（26）式中Q1各股物料带入设备的热量，KJ；Q2由加热剂或冷却剂传递给设备和物料的热量，KJ；Q3过程的各种热效应，如反应热、溶解热等，KJ；Q4各股物料带出设备的热量，KJ；Q5消耗在设备上的热量，KJ；Q6设备向外界环境散失的热量，KJ。将式（26）按式（25）整理得Q入Q1Q2Q3Q出Q4Q5Q损Q6传热面积计算和热量计算（27TKAWTK058（28）（29）K传热系数，KJ/（M2HK）A传热面积，M2平均温度差，KT设备表面温度，KW物料的比热容，KJ/（M2K）PHC222丙环唑溴化工段热量衡算TMCPH进入反应釜的物料由90到反应釜出口的30，冷却水进口温度设定为20,出口温度为30，因此物料所需要的热量见下表22表22热量衡算数据表进料（90）出料（30）物料名称环化产物溴素溴化产物HBRH2O热量KJ/H354371533436572100813191热量KJ/D85048636801587772822199316584热量KJ/Y2834952001226716932725760007342906105528000换热面积M2/H454第3章主要设备计算第31节溴化釜的设计计算化工设备的实际容积，先计算有效体积，公式（31）0TWVT其中，为密度（KG/L）,W为物料量KG/H,T为操作时间（H），为辅0T助时间（H）。取其为55H，近似11。则有效体积为0TL150651230TWVT取装料系数为075所以，溴化釜的实际容积需要101615/075135487L，设计取一个K2000的搪玻璃釜。实际的装填系数为135487/2000068，满足要求。第32节泵设计与选型本设计中选用的泵均为离心泵，对于泵设备主要是控制流量。我们采用旁路阀调节的方式，即用改变旁路阀开度的方法来调节实际排出量。经旁路返回的液体，从泵得到的能量完全消耗在调节阀上，泵出口有止回阀，防止液体回流打坏泵内部叶片，泵出口有一个现场指示压力表。321选用依据工业泵选用手册化工工艺设计手册第二版离心泵效率GB/T130071991离心泵名词术语GB/T70211986化工原理陈敏恒，丛德滋等编，化学工业出版社322参数的确定在液体输送过程中，输送介质的物性的不同将对泵的流量、扬程、功率、必须气蚀余量、结构、材料、操作条件和使用等各方面均产生重要的影响。这些影响泵的性能的主要参数有介质的名称、性对密度、黏度、组成、化学腐蚀性、气体或固体含量、蒸汽压等。因此，在对泵进行选型的过程中，需严格考虑此方面参数的影响，以保证泵可以在生产过程中正常使用，不致对生产过程产生重要的影响，造成重大的生产事故。323泵的选型要求泵因为其使用条件的特殊性，在选型的过程中存在着一系列较为严格的要求（1）所选泵的型式和性能应符合装置流量、扬程、压力、温度、汽蚀流量、吸程等工艺参数的要求。（2）必须满足以下对介质特性的要求输送送易燃、易爆、有毒或贵重介质的泵，要求轴封可靠或采用无泄漏泵，如屏蔽泵、磁力驱动泵、隔膜泵等；对输送腐蚀性介质的泵，要求过流部件采用耐腐蚀材料。（3）必须满足现场安装的要求对安装在有腐蚀性气体存在的场合的泵，要求采取防大气腐蚀的措施。对安装在爆炸区域的泵，应根据爆炸区域等级，采用防暴电动机。（4）确定泵的型号和制造厂时，应综合考虑泵的性能、能耗、可靠性、价格和制造规范等因素。324具体选型以P336A/B输送泵为例来具体说明泵的选型过程。（1）泵类型的选取根据输送介质的理化性质，我们选用Y型离心泵。Y型离心式真空泵用于输送不含固体颗粒的石油及其产品，介质温度在20400之间。规格标准为流量2600M3/H，扬程32600M。（2）压头的设计物料进料流率为Q20323KG/H，原料平均密度11KG/M3，原料进口压力，出口压力，则该泵的压头为KPA10MPA61MZGCH6123051562212（3）选择结果考虑到设计余量，我们选择250YS150X2C型离心式真空泵。泵的参数要求如表31所示表31丙环唑环化物输送泵参数一览表泵的型号流量扬程泵转速效率重量250YS150X2CHM/240325290/MINR520KG项目轴功率电机功率允许汽蚀余量叶轮直径许用压力参数值KW4K494MPA本设计所选用泵的型号和数量，如下表32所示表32泵设备列表序号设备名称数量台技术规格和型号介质流量（M3/H）扬程（M）转速R/MIN1原料输入泵1250YS150X2C环化物24020529503输出泵1250YS150X2C溴化物2402052950第33节换热器计算及选型331计算依据管壳式换热器GB1511999化工工艺设计手册化学工业出版社换热器化工设备设计全书化学工业出版社332选型原则（1）换热器的分类按照传热原理可分为直接接触式换热器、蓄能式换热器、管板式换热器；按照结构可分为浮头式换热器、固定管板式换热器、填料函式换热器、U形管换热器、蛇管换热器等。（2）换热器的类型选择换热器的类型很多，结构类型决定了换热器的性能，因此在特定场合选择适应这个场合特点的换热器可以使传热效率提高，能耗下降。换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有流体的性质；热负荷及流量大小；温度、压力及允许压降的范围；设备结构、材料、尺寸、重量；价格、使用安全性和寿命。在换热器选型中，除考虑上述因素外，还应对结构强度、材料来源、制造条件密封性、安全性等方面加以考虑。（3）管壳式换热器性能对比表管壳式换热器因为结构的不同会有不同的形式，由于结构的不同，将会导致换热器的性能产生相应的差异。现将管壳式换热器的性能对比表列于表33表33管壳式换热器性能对比表种类优点缺点应用范围相对费用耗用金属2/MKG固定管板式结构简单、紧凑，能承压力高，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于赌管或更换当管束与壳体的壁温或材料的线膨胀系数相差较大时，壳体和管束中将产生较大的热应力不易结垢并能清洗，管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳侧压力不高的场合1030浮头式管间和管内清洗方便，不会产生应力结构复杂，造价比固定管板式20，设备笨重，耗材大，对密封要求高壳体和管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合12246U型管式结构比较简单，价格便宜，承受能力强管子内壁清洗困难，管子更换困难，管板上排列的管子少壳壁温差较大介质易结垢又不宜采用浮头式和固定管板式的场合10146填料函式结构较浮头式简单，造价低，加工方便节省材料填料处易泄漏，工作压力，介质及温度都受到限制应用较少13846（4）再沸器的形式和性能比较再沸器有立式和卧式两种形态。立式再沸器以热虹吸式最为常用，卧式再沸器包括卧式热虹吸式、强制循环式、釜式再沸器以及内置式再沸器等。不同形式的再沸器有自身相应的优缺点。（5）换热器的允许压降在不同的操作条件下，对于换热器压力降的要求也不尽相同。下表所示的为不同操作压力条件下，换热器压力降的参考值如下表34所示表34换热器压力降参考值表操作压力PMPA压力降PMPA001绝压P/100007表压，下同P/2007100035103000350183080007025（6）确定物流走向的一般原则对于物流在换热器中的走向的确定，有着较为严格的规定，一般情况下，应遵循以下几点原则在管侧流体形成层流（在壳侧有可能是湍流）；建造要求限制了管束的数量，压降在管侧不能有效利用，尝试利用足够的折流板来有效利用壳侧的压降；你的设计目标是传递尽可能多的热量，但压降不要太多。（流体流动导致的管振动会限制你的设计）；传热膜系数较小的物流如气体应走壳程，这样易于提高传热膜系数；饱和蒸汽及被冷却的流体走壳程；高黏度流体。（7）换热管的选择和排布原则列管式固定管板换热器内的管数与管的布置有关，一般情况下不可随意改变，每个标准型号的换热器都有固定的管数，但是可以封死某几根管子减少管数，来改变传热面积以满足要求，管心距为管径的12515倍，按照给定的标准进行选择。在满足换热面积和设计要求的条件下，尽量选用较短的管子，以降低压降。选择合适的排布方式。正三角形排布，相同的面积可以排布最多的换热管，管外传热系数增加，但流动阻力相对较大。正方形排布，排布的管数较少，但清洗方便。正方形旋转45度，可获得两者折中的效果。一般来说，固定管板式换热器采用正三角形排布，浮头式换热器采用正方形旋转45度和三角形排布。换热器基本参数列于表35表35换热器基本参数外径X壁厚/MM排列形式管心距碳钢，低合金钢不锈钢5225正三角形3219195（8）折流板折流板间距表如下表36所示表36折流板间距表公称直径DN管长折流板间距300010050045006000/200300450600/60080015006000150200300450600/6000200/90013007500,9000/3004506007506000300750140016007500,9000/4506007501700180060009000/450600333换热器选型确定设计方案丙环唑环化物从90冷却至30，流量为80KG/H水进口温度为20，出口温度为30，流量为20KG/H。换热器的热损失可忽略不计。管壳程阻力压降不大于30KPA,污垢热阻均取00003M2/W选择换热器类型根据两流体温度变化情况，初步确定选用固定管板式换热器。流程安排该任务的热流体为丙环唑环化物，冷流体为水。因丙环唑环化物黏度大于水的，因此使丙环唑环化物走壳程，水走管程。工艺结构设计估算传热面积将丙环唑环化物定义为液体1，水为液体2换热器的热流量W1950304638T21PMCQQ冷却剂水的用量HTQPM/KG2803609418352212平均传热温差CTM06392039LNTLN21）（）（估计K值/102CW估由K值估算传热面积2MM54063912TQ估估A（3）工艺结构尺寸管径、管长、管数管径选择选用1916MM传热管估算管内流速取管内流速05/UMS估计算管数98501436282估UDQNIVS计算管长MNALS2341890估确定管程因传热管不太长，宜采用单管程设计，传热管总根数为N18根管子的排列方法A采用组合排列法，即每程内按正三角形排列，隔板两侧采用矩形排列，管子和管板采用焊接结构B计算管心距MDT24753192510C隔板中心到离其最近一排管中心距离TS186各板相邻管心距为36MM壳体内径的计算取管板利用率为70HA计算MNTD31270/82451/51B圆整MM9折流板A圆缺高度的计算MDHI75391250B折流板间距3HMC折流板数量15401LNB计算壳程流通面积及流速A计算流通面积200072561930819MDNDHANSSB计算壳程流体流速SMAVU/23807360计算实际传热面积20547621518LNDA实传热系数的确定KA管外侧污垢热阻WKMR/09240管内侧污垢热阻I13管壁热阻碳钢在该条件下的热导率是45/K则KMRW/056422B的计算0K6121079102561905430952144000ARDDAIWIIC的确定估计的值合理。传热面积016K估0估041356AM6350982T2M估实实KQ（3）结果概要换热器主要结构尺寸和计算结果见下表37表37换热器主要结构尺寸和计算结果设备结构参数型式BF1596/191I浮头式换热器壳体内径M159壳程数1管径1916管心距M24管长4230管子排列方式正三角形管数目9折流板数（个）15传热面积28折流间距300管程数1材质碳钢第34节储罐的选型341储罐的选型原则首先应根据存储介质的最高工作压力初步选择储罐类型。一般情况下，卧式圆柱形储罐和球罐可以承受较高的存储压力，而立式平底筒形储罐的承压能力较差，当存储介质的压力不大于01MPA时，可以选用立式平底筒形储罐，否则应选用卧式储罐或球罐。其次，再根据库区的容量大小选择合适的储罐结构。进而力求减少蒸发损失；防止空气污染；保证储液不受空气污染。储罐选型以碱液回收塔顶回流罐（V307）为例来进行说明。碱液回收塔塔顶回流罐中主要储存的介质为碱液，主要操作条件为温度为30，压力为01MPA。根据塔操作的稳定性我们将回流液在储罐内停留时间选择为10MIN。由于塔的出液量为15271M3/H，回流比为071，取储罐的安全系数为08则通过计算得到储罐的体积为3918TQVV储罐的封头选择椭圆球型封头。按照JB142874标准。故可知D2000MM,L3000MM。此储罐的设计压力为01MPA。根据介质性质，储罐材料选择为Q235A，则根据强度条件计算得所选储罐的厚度为19MM。第35节工艺条件说明及一览表序号设备名称规格单位数量材料重量备注1溴化釜2000L台1搪玻璃压力容器2缓冲罐500L台13中和罐2000L台1PVC4碱洗釜2000L台1不锈钢5冷凝器F8M2台1碳钢6离心式真空泵240M3/H台2不锈钢7溴素计量罐100L台1玻璃8碱液回流罐500L台1PVC结论本设计为年产500吨丙环唑溴化工段生产工艺设计，包括生产的工艺流程设计，车间的平面布置，工艺计算，设备的设计与选型，环境保护及设施等。绘制生产工艺流程图和主要设备结构图。通过丙环唑溴化工段生产设计这一单元操作的设备及其辅助设备进行设计并绘出其工艺流程的过程，从而让我们将大量所学相关理论知识运用到实践中，是对我们学习能力和动手能力的一种考验。通过设计，我们不仅更进一步的理解了化工原理及相关专业课程中所学的内容及其在实际生活和生产中的运用，而且对我们的思维逻辑方式有积极的意义。通过解决设计工程中所遇到的许多问题，我对客观世界认知程度又上了一个台阶。在这个有着太多不确定因素的世界里，如何才能尽量地保证效益，又如何尽可能地避开不利因素。这都要求我们有着敏锐的洞察力及长远的眼光，所有可能出现的状况都尽肯地考虑到，通过缜密的计算提前做好应对措施，运筹帷幄，未雨绸缪，争取把负面影响都扼杀在萌芽之中。附录附录一、符号说明符号意义计量单位MQ流量KG/HPC比热容KJ/KGT温度K总传热系数）HMKJ2/F换热面积TV有效体积L密度KG/LW物料量KG/HT操作时间H0辅助时间H附图一带控制点工艺流程图附图二换热器设计图参考文献1王昌皇丙环唑的合成与应用M北京化学工业出版社，19862沙家骏国外新农药品种手册M北京化学工业出版社，19923李鹏杀菌剂丙环唑的研制与开发J农药科学与管理2004年08期4朱红冰，朱顺鑫新型杀菌剂丙环唑的合成技术J精细与专用化学品2001年03期5齐素忠丙环唑的合成方法J河北化工2005年02期6沙家骏