【年产26吨噁唑啉车间工艺设计6200字（论文）】

年产26吨噁唑啉车间工艺设计目录TOC\o"1-1"\h\u27836年产26吨噁唑啉车间工艺设计 129823引言 2241751设计任务书 3212872物料衡算和能量衡算 4314473设备的选型与计算 18230274结论 2117157参考文献 22摘要：此设计为年产26吨OZ车间工艺设计。该设计以6-APA和对苯甲基酰氯为原料经酰化生成TAP；TAP经过与甲基磺酰氯的酯化反应，与双氧水氧化反应生成ES；再经过与三甲基氯硅烷发生异构化，经过硫酸酸化生产出来EP；EP最后再与三苯基磷反应最终生成OZ。该工艺主要包括反应工段，分离工段，干燥工段。在查询相关资料后，进行年产26吨OZ的车间工艺设计，并仔细绘制出工艺流程图和生产OZ的核心设备图。关键词：OZ；6-APA；酰化反应；引言噁唑啉（Oxazoline），简称OZ，化学式C3H5NO，密度1.14g/ml，分子量71.0779，沸点73.8℃。OZ是一种中间体，是一种白色的结晶或微黄色的结晶，或是有结晶性的粉末，几乎不溶于水，易溶于乙腈，稍溶于2－甲基－1－丙醇、甲醇和乙酸乙酯[1,2]。有研究认为OZ可以用于和多元酸、多元胺反应，所得树脂可用于浇灌材料、粉末涂料等。和酚醛树脂反应，制得的聚醚酰胺可用于航空工业上。和苯并噁嗪反应制得的复合材料可用作燃料电池的隔膜[3,4]。且OZ在医学上的应用也比较广泛，需求量也比较大。随着OZ在临床医学上的应用越来越广泛，预估有较好的发展前景[5,6]。自从OZ被发现以来，就一直受到人们的关注[7,8]。按所用原料的不同，OZ的合成方法可分为羧酸制取，酰胺制取，羧酸酯制取，氰类制取和其他方法[9,10]。本次设计通过对比生产OZ的各种方法的优缺点及可实施性情况，选择合适的OZ生产工艺方法，同时进行物料平衡计算和热量平衡计算，并选用合适的设备。按照绿色生产的要求，使用一定的技术和手段得到目标化合物同时尽可能地避免对环境产生影响[11,12,13]。1设计任务书1.1设计题目年产26吨OZ车间生产工艺1.2设计数据所需生产量：26吨OZ年工作日：115天产率：日产量：260kg，其中有纯OZ258.44kg，杂质有1.3kg（0.5％），水分有0.26kg（0.1％）。日产量是根据对设备的检修，产品质量的波动各种因素的考虑来确定的。1.3原料配比序号原料名称规格摩尔比批投料量折纯量分子量16-APA含量99%1195.00kg193.05kg2162对甲苯甲酰氯含量99.5%1140.00kg139.30kg155.53碳酸钠含量99%1.33127.00kg125.73kg1064盐酸35%1.61150.00kg52.50kg36.55丙酮含量99%—500.00kg495.00kg586溶解用水——1360.00kg1360.00kg187洗涤丙酮含量40%—750300588洗涤用水——60060018表16-APA-TAP原料配比表表2TAP-ES原料配比表序号原料名称规格摩尔比批投料量/kg折纯量分子量1TAP含量99.5%1.00289.00287.533342二苯甲醇含量99%1.20192.00190.081843甲磺酰氯含量99.5%1.30128.78128.14114.54吡啶含量99.7%3.30225.10224.43795二氯甲烷含量99.5%—2000.001990.00856水解用水——1300.001300.00187双氧水含量35%1.0285.3029.85348Na2so3溶液含量5%0.11280.0014.001469甲醇含量99%—450.00445.503210洗涤用甲醇含量99%—700.00693.0032表3ES-EP原料配比表序号原料名称规格摩尔比批投料量折纯量分子量1ES含量99.5%1380kg378.10kg5162三乙胺含量99%2.8210kg207.90kg1013三甲基氯硅烷含量98.5%1.4114kg112.29kg108.54浓硫酸含量98%0.7454kg52.92kg985纯化水—113.731500kg1500kg186二氯甲烷含量99.5%39.942500kg2487.5kg857老化用甲醇含量99%39.39933kg923.67kg328洗涤用甲醇含量99%33.78800kg792kg32表4EP-OZ原料配比表序号原料名称规格摩尔比批投料量折纯量分子量1EP含量99.5%1370kg368.15kg5162三苯基磷含量99%1.03195kg193.05kg2623次氯酸钠含量17%2.24700kg119kg74.54亚硫酸钠含量10%—250kg25kg1265溶剂用异丁醇含量99%—2700kg2673kg606洗涤用纯化水——1500kg1500kg187洗涤用异丁醇含量99%—700kg693kg602物料衡算和能量衡算（1）6-APA~TAPⅰⅱⅲTAP~ESES~EPEP~OZ2.1.2计算过程（1）6-APA~TAP工序TAP的理论产量：，TAP的实际产量294.03kg氯化钠总生成量=反应ⅰ的生成量+反应ⅱ的生成量+反应ⅲ的生成量二氧化碳总生成量=反应ⅰ的生成量+反应ⅱ的生成量+反应ⅲ的生成量水的总量=加入量+盐酸中的量+丙酮中的量+水解消耗的量+反应ⅰ的生成+反应ⅱ的生成量总杂质量=6-APA中杂质+对甲苯甲酰氯中杂质+碳酸钠中杂质+副反应生成杂质（2）TAP~ES工序ES的理论产量：430.44kg，ES的实际产量：394.01kg总水量：加入水+TAP中水+吡啶中水+二氯甲烷中水-水解消耗水总杂质量：TAP中杂质+二苯甲醇中杂质+甲磺酰氯中杂质+副反应生成杂质（3）ES~EP工序EP的理论产量：，EP的实际产量：373.50kg三乙胺盐酸盐的总生成量：的总生成量：水的总量：ES水+浓硫酸中水+二氯甲烷中水+加入水-消耗水杂质总量：ES中杂质+三乙胺中杂质+三甲基氯硅烷中杂质+副反应生成杂质（4）EP~OZ工序OZ的理论产量：，OZ的实际产量：324.24kg总氯化钠的生成量：总水量：EP中水+次氯酸钠溶液中水+异丁醇中水+亚硫酸钠溶液中水总杂质量：EP中杂质+三苯基磷中杂质+副反应生成杂质2.2热量衡算2.2.1热量衡算的目的进行能量衡算的目的主要是为了得到设备的热负荷，又在知道设备热负荷大小、处理物料的性质以及工艺的要求之后，再去确定设备主要的工艺尺寸。2.2.2热量平衡方程式根据实际计算的经验，又因为和与的热量能够抵消，所以可以简化为是指物料带进设备的热量kcal是指加热剂或者冷却剂kcal是指状态反应热kcal是指物料离开设备带走的热量kcal（1）计算与是输入或者输出设备物料的量物料的比热容kcal/(kg·℃)是物料的温度，单位℃（2）计算为输入设备的物料量kg为物料平均汽化热kcal/(kg·℃)（3）计算因为上边已经计算了一部分，所以可以根据上面的计算得到，当的值大于零时，需要对设备进行加热，当值小于零时，需要对设备进行降温。2.2.36-APA~TAP过程热量衡算（1）酰化反应釜①的计算：②的计算：过程的物质聚集状态的无变化，故：③的计算：（以0℃为基准）④的计算：因为，所以冷却剂的消耗量：：冷却剂的初温为20℃；：放出的冷却剂的末温为10℃；：冷却剂的比热容（20℃和10℃的平均比热容）因为制冷剂采用25%氯化钙水溶液，[3,4]，所以需要冷冻盐水的量为：（2）TAP干燥器①的计算：（以0℃为基准）②的计算：由于蒸发过程会吸热，所以为负值。水的汽化热（100℃）为539.00kcal/kg[3，4]，③的计算：（以0℃为基准）④的计算：，蒸汽的消耗量：0.3MPa蒸汽的汽化热为517.43kcal/kg[3，4]冷却剂消耗的量：：冷却剂初温7℃；：放出冷却剂的末温17℃；C：冷却剂的比热容为（7℃和17℃的平均比热容）C=[3，4]，所以需要冷却剂的量为：2.2.4TAP~ES过程热量衡算（1）酯化水解罐①的计算：②的计算：过成的物质聚集状态的无变化，故：③的计算：（以0℃为基准）④Q2的计算：因为，所以冷却剂的消耗量：：冷却剂的初温为-20℃；：放出的冷却剂的末温为-10℃；C：冷却剂的比热容（-20℃-10℃之间的平均比热容）因为制冷剂采用25%氯化钙水溶液，[3，4]，所以需要冷却剂的量为：（2）氧化罐①的计算：②的计算：过成的物质聚集状态的无变化，故：③的计算：（以0℃为基准）④的计算：因为，所以冷却剂的消耗量：：冷却剂的初温为20℃；：放出的冷却剂的末温为10℃；C：冷却剂的比热容（20℃和10℃的平均比热容）因为制冷剂采用25%氯化钙水溶液，所以[3，4]，所以需要冷冻盐水的量为：（3）浓缩结晶罐①的计算：②的计算：过成的物质聚集状态的无变化，故：③的计算：（以0℃为基准）④的计算：因为，所以冷却剂的消耗量：：冷却剂的初温为-20℃；：放出的冷却剂的末温为-10℃；：冷却剂的比热容（-20℃-10℃之间的平均比热容）因为制冷剂采用25%氯化钙水溶液，[3，4]，所以需要冷冻盐水的量为：（4）ES干燥器①的计算：（以0℃为基准）②的计算：由于蒸发过程会吸热，所以为负值。水的汽化热（100℃）为539.00kcal/kg，③的计算：（以0℃为基准）④的计算：，蒸汽的消耗量：0.3MPa蒸汽的汽化热为517.43kcal/kg[3，4]，故需0.3MPa蒸汽量为79.41kg冷却剂消耗的量：：冷却剂初温7℃；：放出冷却剂的末温17℃；C：冷却剂的比热容为（7℃和17℃的平均比热容）因为制冷剂采用25%氯化钙水溶液，C=[3，4]，所以所需冷却剂的量为：2.2.5ES~EP过程热量衡算（1）异构化罐：①的计算：②的计算：（以0℃为基准）③的计算：过成的物质聚集状态的无变化，故：④的计算：因为，所以冷却剂的消耗量：：冷却剂的初温为20℃；：放出的冷却剂的末温为10℃；：冷却剂的比热容（20℃与10℃之间的平均比热容）因为制冷剂采用25%氯化钙水溶液，[3，4]，所以需要冷冻盐水的量为：（2）浓缩结晶罐①的计算：②的计算：过成的物质聚集状态的无变化，故：③的计算：（以0℃为基准）④的计算：，冷却剂的消耗量：：冷却剂的初温为-20℃；：放出的冷却剂的末温为-10℃；：冷却剂的比热容（-20℃-10℃之间的平均比热容）因为制冷剂采用25%氯化钙水溶液，比热容[3，4]，所以计算得出需要冷冻盐水的量为：（3）EP干燥器①的计算：（以0℃为基准）②的计算：由于蒸发过程会吸热，所以为负值。水的汽化热（100℃）为539.00kcal/kg，③的计算：（以0℃为基准）④的计算：，蒸汽的消耗量：0.3MPa蒸汽的汽化热为[3，4]，故需0.3MPa蒸汽量为79.41kg冷却剂消耗的量：：冷却剂初温7℃；：放出冷却剂的末温17℃；C：冷却剂的比热容（7℃和17℃的平均比热容）因为制冷剂采用25%氯化钙水溶液，所以C=[3，4]，所以所需冷却剂的量为：2.2.6EP~OZ过程热量衡算（1）合成罐①的计算：②的计算：过成的物质聚集状态的无变化，故：③的计算：（以0℃为基准）④的计算：，冷却剂的消耗量：：冷却剂的初温为20℃；：放出的冷却剂的末温为10℃；：冷却剂的比热容（20℃与10℃之间的平均比热容）因为制冷剂采用25%的氯化钙水溶液，[3，4]，所以计算得出需要冷冻盐水的量为：（2）OZ干燥器①的计算：（以0℃为基准）②的计算：由于蒸发过程会吸热，所以为负值。水的汽化热（100℃）为539.00kcal/kg，③的计算：（以0℃为基准）④的计算：，蒸汽的消耗量：0.3MPa蒸汽的汽化热为[3，4]，故需0.3MPa蒸汽量为79.41kg冷却剂消耗的量：：冷却剂初温7℃；：放出冷却剂的末温17℃；C：冷却剂的比热容（7℃和17℃的平均比热容）因为制冷剂采用25%氯化钙水溶液，C=[3，4]，所以需要冷冻盐水的量为：3设备的选型与计算3.1选型原则此设计所选的设备在满足工艺的同时要求结构简单，方便清洗，使用方便，便于维修设备也需要符合规范。在材料上使用节能环保材料。设备尽量实现自动化，尽可能的解放员工的工作强度。3.2计算依据通过物料衡算确定占罐的最大体积，单位为，是设备上标注容积，单位；是设备的有效使用容积，单位为，是设备的装料系数，是需要用设备的台数，是实际安装台数，为设备生产能力后备系数。由于设备的检修还有一些其他的原因，会有不能连续生产的情况，所以，还要考虑设备后备系数δ，所以实际设备的安装台数为：3.3主要设备选型3.3.16-APA~TPA（1）酰化反应罐由于反应料会产生泡沫，所以取由物料衡算可知，根据公式得结果为4481.45L物料具有酸性，选用搪玻璃材质反应罐[4]，由计算结果得需要用一台5000L容积的酰化反应罐，所选型号为：KII0.6-25-mPTYAHG/T2371-1992。（2）离心机操作时间：1h，操作周期：0.5h，从物料衡算可知，每批产量为343.07kg，所以离心机的生产能力为171.54kg，由计算结果得需要一台最大装料量为200kg的离心机，所选型号为：SB-1000。（3）干燥塔操作时间：1h，从物料衡算可知，每批产量为343.07kg，根据需要干燥的物料的特点和采用的间歇操作的方式，为了满足生产要求选用高效沸腾干燥机，由计算结果得需要两台最大装料量为300kg的干燥机，型号为LPG-300。4.3.2TAP~ES（1）酯化水解罐由于反应料不会产生泡沫或者沸腾，所以取由物料衡算可知，又根据得结果为4457.81L，需选用搪玻璃材质酯化水解罐[4]，由计算结果得需要用一台5000L容积的酯化水解罐，型号为KII0.6-25-mPTYAHG/T2371-1992。（2）氧化反应罐因为反应料液会出现起泡现象，取料系数：，由物料衡算得，氧化反应的最大占罐体积为1825.41kg。再根据公式得为3650.82L，选用搪玻璃材质反应罐，由结果得需要用一台5000L容积的氧化反应罐[4]，可选型号为KII0.6-25-mPTYAHG/T2371-1992。（3）浓缩结晶罐因为反应料液会出现沸腾现象，取料系数：，由物料衡算得，氧化反应的最大占罐体积为2355.83kg。再根据公式得为4711.66L，选用搪玻璃材质浓缩结晶罐，由计算结果得需要用一台5000L容积的浓缩结晶罐[4]，型号为KII0.6-25-mPTYAHG/T2371-1992。（3）离心机操作时间：1.5h，操作周期：0.5h，从物料衡算可知，每批产量为407.04kg所以离心机的生产能力为135.68kg。由计算结果得需要一台最大装料量为200kg的三足离心机，型号为SB-1000。（4）干燥塔操作时间：6h，从物料衡算可知，每批产量为407.04kg，物料堆积密度0.6kg/L，物料的体积为740L，根据需要干燥的物料的特点和采用的间歇操作的方式，为了满足生产要求选用双锥回转真空干燥机，由计算结果得需要一台最大装料量为200kg的干燥机，型号为LPG-1500。4.3.3ES~EP（1）异构化反应罐由于反应料不会产生泡沫或者沸腾，所以取，由物料衡算可知，又根据得结果为4788.55L，所以选用搪玻璃材质反应罐，由计算得需要用一台5000L容积的异构化反应罐，所选型号为：KII0.6-25-mPTYAHG/T2371-1992[4]。（2）浓缩结晶罐因为反应料液会出现沸腾现象，取料系数：，由物料衡算得，氧化反应的最大占罐体积为3052.17kg。再根据公式得v为4695.65L由计算结果得需要用一台5000L容积的浓缩结晶罐，所选型号为：KII0.6-25-mPTYAHG/T2371-1992[4]（3）离心机操作时间：1.5h，操作周期：0.5h，从物料衡算可知，每批产量为395.00kg所以离心机的生产能力为131.56kg。由计算结果得需要一台最大装料量为200kg的三足离心机，所选型号为：SB-1000。（4）干燥塔操作时间：6h，从物料衡算可知，每批产量为407.04kg，物料堆积密度为0.6kg/L，物料的体积为740L。根据需要干燥的物料的特点和采用的间歇操作的方式，为了满足生产要求选用双锥回转真空干燥机，由计算结果得需要一台最大装料量为200kg的干燥机，所选型号为：LPG-1500。4.3.4EP~OZ（1）合成反应罐由于反应料不会产生泡沫或者沸腾，所以取，由物料衡算可知，又根据得结果为4788.55L，选用搪玻璃材质反应罐，由计算得需要用一台5000L容积的合成反应罐，所选型号为：KII0.6-25-mPTYAHG/T2371-1992[4]。（2）离心机操作时间：1h，操作周期：0.5h，从物料衡算可知，每批产量为280.00kg,所以离心机的生产能力为140.00kg，由计算结果得需要一台最大装料量为200kg的三足离心机，所选型号为：SB-1000。（3）干燥塔操作时间：1h，从物料衡算可知，每批产量为280.00kg，根据需要干燥的物料的特点和采用的间歇操作的方式，为了满足生产的要求，选用高效沸腾干燥机，由计算结果得需要两台最大装料量为300kg的干燥机，所选型号为：LPG-300。4结论本设计为年产26吨OZ车间工艺设计。通过多方资料查询，了解OZ的主要生产工艺后选择以6-APA和对苯甲基酰氯为原料经过酰化生成TAP；TAP再经过与甲基磺酰氯的酯化，与双氧水的氧化从而生成ES；经过与三甲基氯硅烷发生异构化反应，经过硫酸酸化生产出EP；EP最后再与三苯基磷反应生成OZ四个过程。对生成物进行分离，洗涤，干燥得到比较纯的OZ，对旧厂房进行改造，降低运行成本和投资。该设计通过评估对反应过程中实际操作温度、反应压力、投料比和产品，计算热量衡算、计算物料衡算并选择合适的主要设备，并使用AutoCAD画图软件绘制出工艺流程图。OZ在生产过程中，产生的废弃物比较少，在经过一系列处理后，对生态环境造成的影响很小，符合国家提倡的安全生产的要求。综合分析可得，本设计具有很高的可行性。参考文献