万吨聚碳酸酯工艺设计

年产10万吨聚碳酸酯化工厂初步设计计时年产10万吨聚碳酸酯厂工艺设计，重要进行了工艺计算、设备选型，并绘制了全PolycarbonateisdeservedbytheBisphenol-AofSodiumsaltandphosgene.Thindicationistodesignforachemicalfactyearly.ItincludethemainequipmentcomputationandtheshapinginthetechnicalprocessofKEYWORDS:Polycarbonate,Bisphenol-A,Technology1.1设计根据………………错误!未定义书签。1.1.1课题背景…………错误!未定义书签。1.1.2我国聚碳酸酯产业现实状况……错误!未定义书签。1.1.3国际聚碳酸酯需求概况…………错误!未定义书签。1.2设计根据………………错误!未定义书签。1.3设计原则………………错误!未定义书签。1.4设计任务………………错误!未定义书签。1.5劳动安全卫生………错误!未2工艺设计…………………错误!未定义书签。2.1工艺流程设计…………错误!未定义书签。2.1.1工艺流程设计的重要性…………错误!未定义书签。2.1.2工艺流程设计的原则……………错误!未定义书签。2.1.3工艺流程选择分析与研究……错误!未定义书签。2.1.4工艺流程设计……………………错误!未定义书签。2.1.5生产工艺流程论述………………错误!未定义书签。2.1.6工艺流程设计参数………………错误!未定义书签。2.2工艺计算………………错误!未定义书签。2.2.1物料衡算……………错误!未定义书签。2.2.2热量衡算……………错误!未定义书签。3工艺计算与设备选型……………………错误!未定义书签。3.1塔的工艺与选型……………………错误!未定义书签。3.1.1T101………3.1.2最小回流比的计算………………错误!未定义书签。3.1.3全塔理论塔板数…………………错误!未定义书签。3.1.4精馏段理论塔板数………………错误!未定义书签。3.1.5板效率及实际塔板数……………错误!未定义书签。3.1.6塔和塔板重要工艺尺寸计算……错误!未定义书签。3.1.7塔板负荷性能方程………………错误!未定义书签。3.3气流干燥器的工艺计算与选型……错误!未定义书签。3.4过滤设备的工艺计算与选型………错误!未定义书签。4设备型号一览表…………错误!未定义书签。4.1泵的选择………………错误!未4.3冷凝器、再沸器的选择………………错误!未定义书签。5厂制和厂址选择…………………5.1厂制概况………………错误!未定义书签。5.1.1工厂组织…………错误!未定义书签。5.1.2工作制度…………错误!未定义书签。5.1.3人员配置…………错误!未定义书签。5.2厂址选择………………错误!未定义书签。5.2.1建厂根据…………错误!未定义书签。5.2.2指导方针…………错误!未定义书签。5.2.3选厂通过…………错误!未定义书签。6全厂总平面设计…………错误!未定义书签。6.1总平面设计任务和环节………………错误!未定义书签。6.1.1总平面设计任务…………………错误!未定义书签。6.1.2工厂组织…………错误!未定义书签。6.2总平面设计原则………错误!未定义书签。伴随双酚A(BPA)现货的急剧下滑，该工业处在不景气状态。截至2023年12月，双酚A(BPA)价格与当年7月相比、下降了近40%。由于全球金融市场恶化和经济衰退带来的将也许会持续到年终。虽然新的环氧树脂和聚碳酸酯(PC),生产装置已于2023年投运，减少动工率或延长装置停工期。双酚A(BPA)发展在2023年也受到某些负面的影响，来装置于2023年12月投产后，又使该地区新增了供应量，估计双酚A(BPA)价格一度会国拥有16万吨/年装置，三井化学企业在新加坡拥有23万吨/年装置。聚碳酸酯(简称PC)是分子链中具有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的构造其规模产业化，已成为国家的重要战略需求。我国聚碳酸酯长期依赖国外进口，2023年进口量为23万吨，到2023年增至101.7万吨，增长了近4倍，2023年国内聚碳酸酯的表观消费量靠近80万吨，未来几年将保持10-15%的增长率。中国聚碳酸酯的产能仅为26万吨，并且绝大部分为合资或独资企业，对外依存度非常高。对我国聚碳酸酯生20世纪末，世界聚碳酸酯的产量约114万吨，聚碳酸酯按功能特性分为一系列品2023年世界聚碳酸酯表观消费量278.2万t,光学介质是聚碳酸酯消费增长最快的领域，消费比例占24%;另一方面是电子/电气和建材，各占19%;汽车约占13%,详见下表1-3全球聚碳酸酯消费表北美/万t西欧/万t万t其他/万t合计/万t比例%电子电器光学介质类产品总消费量的25%。亚洲地区(不包括日本)在电子、电器产品和光学有关产品领域消费的聚碳酸酯在世界所占比例相称高，电子、电器领域占全光学产品占全球该类产品消费量54%.亚太、拉丁美洲将是增长最快的地区。估计到2023年，世界聚碳酸酯的需求量将到达(2)合理运用国家资源和财产，最大程度的发挥硬件设施的内在潜力，节省土地，减少(3)采用成熟的。先进的工艺流程，设备，学习先进的生产技术，努力实现自动化。现(6)大多数厂房，尤其是重要生产车间的布置，应考虑到日照方位和主导风向，保证自(7)近期建设和远期发展相结合，重要生产车间留有合适的发展余地，轻化工工厂变化(8)为保证平面图具有建筑艺术性，厂房形状要规则简朴，使道途径直，厂房中心线保(9)采用多种措施，提高建筑系数和场地运用稀疏。建筑系数一般为25%～40%,场地运用系数一般为50%～60%,这是总平面设计的重要技术经济指标。伴随世界尤其是我国环境的明显恶化，国民的环境保护意识逐渐提高，为了我对于废渣一般采用填埋、焚化、堆肥前应获得卫生部门的同意，不容许污染水室，四季可在居住区设集中浴室。也许引起经皮肤吸取急性(1)工艺流程设计是工艺设计的基础。工艺流程设计是工厂设计中最重要的内容，是工(2)工艺流程设计是物料衡算、设备选型的基础。从哲学角度来说，工艺流程设计是定碳酸二苯酯(DPC),然后在熔融状态下质量好，尤其是截止2023年终，全世界聚碳酸酯总生产能力靠近3.3Mt/a。其中光气法生产工艺约占总生产能力的90%。因此本设计采用界面缩聚光气法。@@m篇m@生产工艺流程论述(1)双酚A钠盐合成反应将氢氧化钠水溶液(7%)通入反应釜(R101)中，同步加入的尚有苯酚、双酚A、亚硫酸氢钠。搅拌反应一小时，由釜底出料进入储罐，然后由泵打入冷却器(H103)冷却到10℃,再送入搅拌反应釜(R102)中。(2)光气反应未来自光气站的光气通过稳压罐(V101)和缓冲罐(V102)进入冷却器(H102)冷却到5℃然后与来自二氯甲烷储罐的温度为5℃的二氯甲烷混合进入光气反应釜。同步进入的尚有来自换热器(H103)的双酚A钠盐混合液。搅拌反应一小时，控温在20℃左右。反应完全，将多出的光气通入缓冲罐(V102)中。通入氮气，将反应液压入油水分离器进行过滤。滤液提成两部分一部分送回反应釜(R101)继续运用，另一部分通道反应釜测pH为3左右方可，然后进行水洗，直至水洗液中没有氯离子为止。将反应液通入储变成蒸汽有釜顶进入换热器(H104)中，冷却至温度20℃,进入精馏塔(T101)中，塔顶出2.2工艺计算(1):原理对不持续过程，物料衡算的方程为：即：初始输入量+生成输入量=最终输出量+消耗量(2):措施②:过程单位时间的物流量。③:有关消耗定额。素等2):物料衡算过程(1):搜集数据表2-1原料性质原料名称密度(Kg/m³)沸点(℃)含量(%)比热容光气7天)光气水(4):原料日净耗量：原料厂内贮存运送损失率为5%,则聚碳酸酯工厂的原料年入厂量：双酚A:又原料厂外运送损失率为5%,则DDS皮革鞣剂工厂的原料年外购量(5):衡算成果消耗定额率(%)率(%)日净耗量原料年净耗量(t/a)率(%)量(ta)光气55甲烷55(6):合成聚碳酸酯生产流程图②:光气釜：③:缩聚釜：④:蒸馏釜：(8):列出输入-输出物料衡算平衡表名称出料亚硫酸氢钠亚硫酸钠水名称出料双酚A钠盐光气二氯甲烷亚硫酸钠简聚体氯化钠水出料名称催化剂简聚体钠二氯甲烷聚碳酸酯氯化钠水出料名称催化剂简聚体二氯甲烷聚碳酸酯丙酮热量衡算(一)计算的基本原理化工生产中最常用的能量形式为热能，故化工设计中常常把能量计算称为热量计算。行。一般在物料计算后先粗算一种过程的设备台数大小，设定一种基本形式和传热形式，然后进行该设备的热量计算，如热量计算的成果与设备形式、大小有矛盾，则必须重新设计设备的大小和形式或加上合适的附件，以使设备既能满足物料衡算的规定Q→体系从环境中吸取的能量；W→环境对体系所做的功；在热量衡算中，假如无轴功条件下，进入系统加热量与离开系统的热量应平衡，即在实际中对传热设备的热量衡算可表达为：Q₂→换热剂与设备和物料传递的热量(符号规定加热剂加入热量为“+”,冷Q₄→离开设备物料带走的热量；Q。→设备向周围散失的热量，又称热损失；(二)热量衡算(1)双酚A钠盐合成釜进料温度与出料温度：表2-8物料衡算一览表(6)进料介质温度℃出料介质温度℃双酚A钠盐亚硫酸氢钠氢氧化钠：亚硫酸钠水Q=(59.1×356-286×0.3)×10³=2.1C,=10.7%×1.80+6.2%×3.182+0.15%×1.70+0.05%×3.0Q=CmAt=0.4×13704.11×5=27408.22k热损失取总热量的5%Q=5%(Q+Q)=5%×(243+2.74)×10⁴=12.29×10kI因此由Q+Q+Q₁=Q+Q₅+Q进料介质温度℃出料介质温度℃光气5光气二氯甲烷5简聚体二氯甲烷亚硫酸钠氯化钠水水反应式为反应的原则生成焓：=-(-842.6)+(-411.12)-(-626.32)-(-=-406.48+208.42×(293-因此反应放热为：Q₃=59.1×(-1479.8)×10³=-8.75×10²kJCp=12.7%×3.00+0.06%×1.70+0.04%×2.80+2.5%×2.80Q=C,m△t=4.06×10×125933.6=5.11×10°kJQ₅=CmAt=0.4×11578.7×1热损失取总热量的5%因此Q=5%(Q+Q)=5%×(511+4.63)×10⁴=2.58×10⁵kJ因此由Q+Q₂+Q₃=Q+Q₅+Q₆需采用夹套进行换热，采用50℃换热：进口温度50℃出口温度10℃3.1塔的工艺与选型I.计算根据：(1)塔T101进、出物料流量构成：表3-1物料构成名称出料二氯甲烷丙酮Ⅱ.对T101进行物料衡算规定本精馏塔的釜残液中二氯甲烷的量不高于6%,塔顶馏出液中二氯甲烷的回收滤为98%。由于因此DX₉=0.98×0.68×1068最小回流比的计算(1)二氯甲烷和丙酮的饱和蒸汽压：二氯甲烷和丙酮的饱和蒸汽压可根据Antoine方程求算，即式中:t——物系温度，℃丙酮的常数二氯甲烷的常数(2)塔内操作压力：塔底丙酮(B)二氯甲烷(A)取操作回流比：R=2R=1.62全塔理论塔板数(1)最小理论塔板数采用芬克斯方程计算：采用李德公式计算：上式合用条件为：0.01<X<0.9按原则圆整N为13(不包括再沸器)精馏段理论塔板数采用芬克斯方程计算：采用李德公式计算：(不包括再沸器)按原则圆整N为3(不包括再沸器)板效率及实际塔板数(1)在已知条件下的全塔效率可以由下式进行计算：Np——实际板层数E=0.49×(au)²45式中：α——塔顶与塔底平均温度下的相对挥发度； 塔顶与塔底平均温度下的液相粘度(2)加料位置由精馏塔的计算可知，精馏塔的加料板位于从塔顶往下数的第10块塔板。塔和塔板重要工艺尺寸计算根据给定的分离任务，由理论塔板数计算塔的有效(接触段)高度。NT塔内所需的理论板层数；采用较大的板间距可以容许有较高的空塔气速，而不至于产生严重的雾沫夹带现象，塔径虽可以小些，但塔高要增长，(2)塔径根据圆管内的流量公式，可以写出塔径与气体流量及空塔气速的关系，即：μ空塔气速，即空塔计算的气体线速度，m/s。塔径的计算关键在于确定合适的空塔汽速U,有：C——负荷系数；负荷系数的值取决于阻力系数及液滴直径，可以由使密斯负荷关联图查得。首先，取塔板液上层高度hL为0.1m,则HT-HL=500mm精馏段操作压力：常压P=35mmHg操作温度：T=333K表面张力：σ=24.3mN/m气相负荷V=5635.609m³/h又运用公式塔板容许有效空塔气相速度(以截面积扣除降液管面积计算的速度)表观空塔气相速度(按全塔截面计):u=0.8um=0.8×11.38=9.1(3)溢流装置采用U形流、弓形降液管、平形受液盘及平形流堰，计算如下。I.溢流堰长lw取堰长lw为0.60D,即：lw=0.6×3.6=2.16mⅡ.出口堰高hwⅢ.降液管宽度Wa降液管面积Ar液体在降液管中停留的时间：IV.降液管底隙高度ho取液体通过降液管底隙的流速u₀为0.08m/s计算降液管底隙高度hoI.取边缘区宽度Wc=0.065m、安定区宽度Ws=0.1m取筛孔的孔径d为20mm,正三角形排列，不锈钢的板厚δ为4mm,取t/d=4.0,故，孔中心距：塔板上开孔区开孔率φ,即每层塔板上的开孔面积A.为A=φA₄=0.057×3.4=0.1气体通过筛孔的汽速塔板负荷性能方程(1)雾沫夹带线1根据Hunt的经验式式中f=4.8m²近似取E≈1.0,hw=0.168m,1w=2.16m故并将(a)、(b)代入Hunt经验式，得：整顿得：为防止液泛，降液管内的清夜层高度Ha应为：H₄≤φ(H₇+hw)h=0.0000023V₅²+0.1008+0.246L₂₅=0.1035+0.0000023V²+0.、代入漏液点气速式：代入上式并整顿得：取平堰、堰上液层高度how=0.006m作为液相负荷下限条件，近似对R101双酚A钠盐合成釜1.反应釜体积对于R101反应釜根据前面物料横算，因此投入反应釜的液体的体积：=11.28+3.64+0.07+104.确定。式中f为装填系数，等于0.4~0.85,一般由经验确定，也可以根据反应物料的性质不一样而选择；对于沸腾或气泡的物料，可取小的系数，如0.4~0.6;对于不起泡沫或不沸腾的液体可取0.7~0.85。根据GB9845—1988(钢制机械搅拌容器)圆整取V=160m³D=3600mmH=7250mm根据反应釜的壁厚计算公式：选用16MnR材料则：δ反应釜的质量：W=πDHδ₁p=3.14×3.6×7.25×0.01反应釜的质量：2.封头的选择封头选择常用的原则椭圆形封头，详细的参数如下：直边高度：h₂=50mm壁厚：δ=20mm4.搅拌装置的设计考虑搅拌流体黏度，并且搅拌的作用是要将物料充足混合，因此搅拌桨叶的形式选为浆式。其详细参数如下：搅拌轴选用1Cr18Ni9Ti表3-3R101工艺尺寸釜釜内体积内径高度Fδ功率工艺表3-4筒体夹内高度hσ体径积mmm度mm3同上同上同上同上同上无同上无88物料平均直径d=150um物料密度p=1530kg/m物料规定含水量有3%(湿基)减少到0.3%(湿基)干物料比热C=1.256kJC物料临界湿含量X=0.018kg/kg进入干燥管空气进入温度105℃空气初始湿度H₀=0.018kg/kg进入预热齐温度20℃其中空气出口温度比出口处湿球温度高出20~50℃,这里取35℃,即t₂=t+35t₂=36.5+35=71.5℃物料蒸发所需热量Q干燥产品升温所需热量Q空气带走热量Q=L(1.01+1.88×0.018)(7干燥器热量损失Q取干燥器热量损失为有效耗热量(Q+Q₂)的15%提供应预热器热量为Q,=L(1.01+1.88×0.018)(于是有预热器的热负荷和加热蒸汽消耗量：损失为有效传热量的15%,则蒸汽消耗量为：干躁器热效率为：干燥器的直径：查88.25绝干空气物性为：λ=3.03×10⁵kw/m°cPx=1.007kg/m³μ=2.1×10~⁵Pass其中：Q=Q₁+Qu=1360.6+116.01进口水分(湿基)出口水分(湿基出口空气温度空气用量出口物料温度出口气体速度3.4过滤设备的工艺计算与选型转鼓真空过滤机M102设计已知参数：聚碳酸酯进料量：水进料量：固相质量分数：固相密度：母液体积：母液密度：过滤时间：P=1200kg/mP=1193kg/m30分钟(一)每一循环处理的悬浮母液的质量：其中：固相质量为W=W×w=16013.64×97%=15533.23kg每一循环所获滤饼体积：其中：u为每m³滤液中固相密度每一循环滤液体积：V=Q,-V=13.423-12.944=0.479m²(二)过滤面积q:单位过滤面积所获过滤液体积q.:单位过滤面积上过滤液体积过滤面积：设备参数表1:过滤时间k:过滤常数型号总过滤面积m²转鼓传动机型号搅拌传动机型号总重kg同理对板框式压滤机M101设计参数表3-6型号明流外形尺寸(长×宽×高/mm×mm×mm)过滤面积(m²)滤板材质5工作压力(MPa)重量(kg)电机功率(kw)3型设备位号设备名称压力原动机功率(KW)型号高压往复泵电动往复泵高压往复泵8高压往复泵16离心泵C4高压往复泵5P105和P118型号相似容器的选择：1.考虑合适的容积；2.根据介质性质选择设备材质。见表4-2容器罐的选型设备位号设备名称材质介质规格压力(MPa)V101光气稳压光气V102光气缓冲光气4物V104混合溶剂316L二氯丙酮V106丙酮储罐316L丙酮V107二氯甲烷316L二氯储罐甲烷内径×高×厚容积设计应用4.3冷凝器、再沸器的选择表4-3冷凝器、再沸器的选型设备名称介质设备公称直面积管管数管长位号径正三角氯甲烷同上2水同上3料同上4水同上5空气同上6苯酰氯/冷冻同上7=300(天)本厂职工按工作性质分为：生产性人员和非生产性人员。生产人员占全长职工的60%左右，非生产人员占全厂人员的40%左右，在非生产性人员中：38%为科研人员(兼职行政人员),6%为保安人员，10%为勤杂人员。每个人员必须各司其职，处理好自己手头的工作。工作制度由于聚碳酸酯得生产是一种持续生产得过程，假如停产一次花费比较大，因此本厂采用轮换倒班制度，持续工作制，法定节假日和星期假日仍旧按次执行。因此一年的工作日工作日=365一设备维修日序号岗位名称1门卫2748217553成品库27364锅炉房272452712627248生产车间3769原料区2748(1)本化工厂是危险系数较大的精细化工厂，必须要远离都市，以免有原料或者产(2)工业布局符合安全环境保护规定，地势平整，减少了三通一平的工作量，(6)当地区的地质条件不错，地耐力符合全厂平面设计为本设计的一项重要任务，总平面设计的(1)在满足生产流程条件下，结合厂区地形状况，经济合理的安排场内外各建筑物、构通、持续、短捷、防止交叉进行,是多种物料的输送距离为最小。同步，应将水电汽(2)要可以充足结合场地优势、地位、地貌等有利条件，因地制宜，紧凑布置，节省土(3)大多数厂房，尤其是重要生产车间的布置，应考虑到日照方位和主导风向，保证自(4)各车间之间注意满足防火、卫生等国家安全规定，多种厂房按性质分区集中。对易燃易爆的各类储罐和由危险性的库房(油库、危险品库),应力争远离火源和人员往来集(6)综合管线统筹安排，防止干扰，力争管线短，拐弯(7)近期建设和远期发展相结合，重要生产车间留有合适的发展余地，但必须注意与都(8)为示踪平面图具有建筑艺术性，厂房形状要规则简朴，是道途径直，厂房中心线保(9)采用多种措施，提高建筑系数和场地运用稀疏。建筑系数一般为25%～40%,场地运用系数一般为50%～60%,这是总平面设计的重要技术经济指标。(1)生产区布置：重要生产区选择三层厂房，便于组织和运送及个工序的衔接，以便于(2)辅助车间布置：以生产车间为中心，根据总平面布置原则，综合多种原因对各个辅(3)运送设备布置：车库油库均布置在主干道边缘，道路设计为主力干道，宽12m人行道每边各1.5m干道6m车间引道3～4m这样有助于消防和道路的改造。(4)堆场和仓库：布置在主导风向的下风向，置于厂区边缘，靠近主生产车间，且位于(5)行政管理机构和福利区：办公楼位于厂前区且位于主导风向的上风向。(6)绿化和美化区：本厂的绿化包括生产区、福利区的绿化带。既有专门的绿化区，也2锅炉房、水泵房