【年产1500吨三氟乙酸车间工艺设计14000字（论文）】

[14]其反应式如下：CF由上所述方法中总结，考虑原料消耗、转化率、能耗、选择性及安全环保问题，本次工艺设计项目采用三氟乙烷催化法。三氟乙酸生产工艺流程的叙述Aspen流程模拟本次设计项目采用AspenPlus进行流程的模拟，模拟图如下图2-1所示。图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s11三氟乙烷催化法流程图基于Aspen模拟工艺流程叙述如流程模拟图所示，原料三氟乙烷和过氧化氢进入混合器通过原料输送泵进行预热后进入三氟乙酸合成反应器，反应物经冷却后通过产品输送泵进入三氟乙烷脱水塔，分离三氟乙酸混合物（三氟乙酸，三氟乙烷，水），塔顶采出去往三氟乙酸精制塔，釜液进入三氟乙酸脱水塔。三氟乙酸精制塔塔顶采出为未反应三氟乙烷，循环去往反应器再次反应，塔底采出为所需产物三氟乙酸。三氟乙酸脱水塔塔底采出物为水，塔顶采出为所需产物三氟乙酸。三氟乙酸的生产工艺指标的选择本车间工艺设计项目是通过AspenPlusV11软件进行模拟优化的，同时结合此次工艺设计项目制定的年产1500吨三氟乙酸作为背景，选取的工艺条件如下图2-4-1所示：表STYLEREF1\s2SEQ表\*ARABIC\s11工艺条件工段名称反应温度（℃）压力（bar）反应工段671.5提纯工段402.5

物料衡算原料规格、用量本次车间工艺设计项目生产所需要的原料是三氟乙烷及过氧化氢。辅助原料催化剂为Pd-SiW12/SiO2。本项目每年消耗三氟乙烷1137.6吨，1381.7吨，技术要求指标均符合优等品。具体数据见下表3-1原料供应表。表STYLEREF1\s3SEQ表\*ARABIC\s11原料供应表名称单位时耗量年耗量规格三氟乙烷t0.1581137.6优等品过氧化氢t0.1921381.7优等品物料衡算在化工工业生产的过程中，物料衡算对于把控生产过程起到了举足轻重的指导性作用。物料衡算在化工实际生产中能够提高物料的利用率而且还能及时避免反常现象的发生，从而促进生产，起到了提高产品纯度及减少副产物和杂质的作用。本次车间工艺设计项目设定年运行为300天，进行连续操作，一个月维修保养。反应工段的物料衡算使用AspenPlusV11来进行反应工段的物料衡算，衡算的具体数据如下表3-2示。表STYLEREF1\s3SEQ表\*ARABIC\s12应工段物料衡算表工艺物料流股编号气液相流股压力bar质量流量kg/h摩尔流量kmol/h项目进料1气相1157.9971.882液相1191.8435.64混合罐出料MIXFEED气液混合1362.8857.67输送泵出料P1-OUT气液混合2362.8857.67预热器出料E1-OUT气相1.5362.8857.67反应器出料12气相1.5362.8859.55各段流股的详细物料组成具体数据如下表3-3所示。表STYLEREF1\s3SEQ表\*ARABIC\s13反应工段流股组成表进出物料流股名称质量组成%CF3COOHC2H3F3H2O2H2O项目进料1010020010混合罐出料MIXFEED0.6546.4852.870输送泵出料P1-OUT0.6546.4852.870预热器出料E1-OUT0.6546.4852.870反应器出料1259.7192.9470.00437.330提纯工段的物料衡算使用AspenPlusV11来进行提纯工段的物料衡算，衡算的具体数据如下表3-4所示。表STYLEREF1\s3SEQ表\*ARABIC\s14提纯工段物料衡算表进出物料流股名称流股相态流股压力bar质量流量kg/h摩尔流量kmol/h项目出料PRODUCT液相1214.3911.89冷凝器出料MIX-PD液相1.5362.8859.55输送泵出料P2-OUT液相2.5362.8859.55脱水塔出料T1-C液相1119.8431.08T1-R液相1243.0428.46精制塔回流V2-G液相113.0450.17精制塔出料15液相1.2106.7970.94脱水塔出料11液相1107.5930.9513液相1.2135.447.51各段流股的详细物料组成具体数据如下表3-3-4所示。表STYLEREF1\s3SEQ表\*ARABIC\s15提纯工段流股组成表进出物料流股名称质量组成%CF3COOHC2H3F3H2O2H2O项目出料PRODUCT99.93000.07冷凝器出料MIX-PD59.712.9470.01337.33输送泵出料P2-OUT59.712.9470.01337.33脱水塔出料T1-C91.088.9200T1-R44.260055.74精制塔回流V2-G18.1081.9000精制塔出料1599.990.0100脱水塔出料1199.87000.13130.0800.0199.91总物料衡算使用AspenPlusV11来进行总的物料衡算，衡算的具体数据如下表3-6所示。表STYLEREF1\s3SEQ表\*ARABIC\s16总物料衡算表进料出料流股名称质量流量单位摩尔流量单位流股名称质量流量单位摩尔流量单位1157.997kg/h1.88koml/hPRODUCT214.391kg/h1.89kmol/h2191.8435.6413135.4497.51循环V2-G13.045kg/h0.17kmol/hV2-G13.045kg/h0.17kmol/h

能量衡算在化工工业生产的流程里，在不同的操作单元间各种物料在进行质量的传递，能量的消损及转变也在不断的进行着。物料在不同操作单元中的能量变化就可以利用能量衡算的结果来得出。其以热力学第一定律作为根本依据，并且遵循能量守恒的原则，以此来进行定值计算生产进程及各个设施的能量平衡。对于复杂工艺流程来说，人工核算计算量过大且正确率无法保证，因此本次车间工艺设计采用AspenPlusV11来进行能量衡算，每股物流的质量焓、摩尔焓和质量熵、摩尔熵，还有焓流量由AspenPlusV11模拟而得。反应工段反应工段的能量衡算具体数值如下表4-1所示。表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s11反应工段能量衡算表编号MOLEEnthalpieMASSEnthalpieMOLEEntropieMASSEntropieEnthalpieFlow项目进料1-175.886-2092.86-55.2493-0.65741-0.330672-44.9409-1321.22-54.3954--1.59917-0.25347混合罐出料MIXFEED-79.7432-1684.99-54.4599-1.15075-0.61146输送泵出料P1-OUT-79.5293-1680,47-54.082--1.14276-0.60982预热器出料E1-OUT-68.8824-1455.5-27.4882-0.58083-0.52818反应器出料12-94.9199-2497.32-16.6657-0.43848-0.90424MOLEEnthalpie单位为kcal/mol，MASSEnthalpie单位为kcal/kg，MOLEEntropie单位为cal/mol·K，MASSEntropie单位为cal/g·K，EnthalpieFlow单位为Gcal/h，下同提纯工段提纯工段的能量衡算具体数值详见表4-2。表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s12提纯工段能量衡算表编号MOLEEnthalpieMASSEnthalpieMOLEEntropieMASSEntropieEnthalpieFlow项目出料PRODUCT-251.324-2211.67-83.4864-0.73469-0.47416冷凝器出料MIX-PD-106.272-2796.07-47.0095-1.23685-1.01465输送泵出料P2-OUT-106.269-2769-47.0005-1.23661-1.01463脱水塔出料T1-C-244.926-2216.55-86.4403-0.78227-0.26564T1-R-87.5365-3048.17--39.6294-1.37996-0.74083精制塔回流V2-G-185.423-2101.32-55.1667-0.62518-0.02741精制塔出料15-251.982-2210.15-83.5041-0.73242-0.23604脱水塔出料11-250.674-2213.19-83.4473-0.73675-0.2381213-66.7985-3075.24-34.6023-1.91935-0.50187总能量衡算表总能量衡算具体数值详见表4-3-1。表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s13总能量衡算表编号MOLEEnthalpieMASSEnthalpieMOLEEntropieMASSEntropieEnthalpieFlow进料1-175.886-2092.86-55.2493-0.65741-0.330672-44.9409-1321.22-54.3954--1.59917-0.25347出料PRODUCT-251.324-2211.67-83.4864-0.73469-0.4741613-66.7985-3075.24-34.6023-1.91935-0.50187循环V2-G-185.423-2101.32-55.1667-0.62518-0.02741动力消耗本次车间工艺设计项目为年产1500吨三氟乙酸，通过AspenPlusV11来进行项目的公用工程模拟计算，模拟数据可得该项目具体所需动力消耗。其主要消耗的具体数值如下表4-4所示。表STYLEREF1\s4SEQ表\*ARABIC\s14动力消耗定额及消耗量名称规格单位小时用量工业用水25℃0.15MPat/h239.64工业用电6000/380/220VKW·h/t1106.29低压蒸汽160℃0.3MPakg/h159.299

主要设备选型计算反应器反应器的设计需考虑许多的方面，例如反应器结构优化设计以及自动控制安全控制等。其次遵循物料及反应的特性，以此来计算符合该工艺流程的加料速度、反应温度、设备压力及物质组成等操作条件和反应体积，通过上述条件来求得反应器主要部件尺寸，最后该化工工艺项目经济合理性及环保性也需要符合要求。绝热式固定床选择理由通过解析反应器及反应器选型设计这两方面来看，固定床催化反应器如何分类的依据是催化剂床能否和外界发生热交换。固定床催化反应器大致可以分为以下几种：第一大类被称为绝热反应器，其特点是在反应进行途中催化剂床与外界没有发生热交换：第二大类被称为换热式反应器，其特点是在反应进行的途中和外界进行了热交换。第三大类则是自热式反应器，其特点是在反应进行途中依靠本身化学反应的反应热就可以维持反应所需的温度条件，并不依靠外界热量。这其中又可以把绝热式反应器分为单段式及多段式这两种。而按照各段间的换热方式的有所不同，又可以把绝热反应设备分成间接介质循环换热式和直接介质循环换热式两种。本反应采用的催化剂为Pd-SiW12/SiO2催化剂，耐磨性不理想，为减少催化剂损耗，采用固定床反应器。由于本反应反应温度较低，反应器的热负荷较小，因此考虑绝热式固定床反应器。两段式选择理由单段式和多段式绝热固定床反应器的适用条件以及优缺点见表5-1。表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s11单段式和多段式绝热固定床反应器比较绝热式固定床优点缺点适用条件单段式反应器构造简单，空间可利用性大，反应器的每个截面温度都相同，可保障催化剂填充量最大，说明生产能力强。对于热效应较大的反应，温度控制不均匀，造成产品质量下降。反应对温度变化不敏感，反应热效应较小。多段式适用于反应温度变化剧烈的设备，可以通过多段反应之间的换热，控制温度，提高产品质量。反应器结构略复杂，控制难度大，生产能力较小。反应热效应较大，对温度控制要求严格的反应。由于本反应对温度控制要求较低，不需要严格控制反应器各部分温度，因此采用单段绝热式固定床反应器。固定床反应设备有径向及轴向反应设备两种。两种反应器的结构大体如下图5-1所示：图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s11轴向床反应器与径向床反应器轴向固定床反应器的特点是制造操作都比较简单，缺点是床层压降比较大，能耗较大，由于床层直径的限制使得单个反应器的处理量有限，对于某些需要较低压力的反应不利。径向床反应器的特点是流动的空气在流过催化剂床层时流速控制在偏低的范围，而且其床层的压降也控制在较低的范围，和轴向式反应器相比偏小很多。本反应进料线速度较小，压降不大，为了减少制造和操作费用，采用轴向式固定床反应器。综上所述，结合本反应特点及各反应器适用类型，本次车间工艺设计项目反应器的选择为两段式绝热式轴向固定床反应器。反应器结构设计根据上述选型结果，本次车间工艺设计项目反应器选型为两段式轴向绝热式固定床，设计温度67℃，设计压力0.15MPa（1）进出料条件本次车间工艺设计项目经AspenPlusV11模拟，进出料组成及性质如表5-1。表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s12进出料物流性质基本参数进料出料体积流量(m³/h)19.3330225.5265实际密度(kg/m³)1.609018.7702主要组成46.5%三氟乙烷+53.5%过氧化氢59.7%三氟乙酸+3.0%三氟乙烷+37.3%水温度(℃)47153压力（bar）21.5本次车间工艺设计项目经AspenPlusV11反应过程，经由简单计算得到进料条件如下表5-2。表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s13进料条件进料基本参数单位数值进料质量流量kg/h362.885实际密度kg/m³18.7702平均分子量47.3256动力粘度cp0.012251标准密度kg/m³2.1128体积流量m³/h19.3333标准体积流量m³/h171.7555最大系数1.1最大标准体积流量m³/h156.1414其中，标准密度=分子量/22.4；体积流量=质量流量/实际密度；标准体积流量=质量流量/标准密度；最大系数参照《化工工艺手册》选取1.1；最大标准体积流量=标准体积*1.1。催化剂性质与空速选择本次车间工艺设计项目催化剂采用北京研诺信诚科技有限公司生产的催化剂Pd-SiW12/SiO2，催化剂各项参数如表5-4。表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s14催化剂Pd-SiW12/SiO2参数项目要求外观颜色黑色透明或半透明颗粒形状玻璃状颗粒尺寸，mmf2-3’3-10抗压强度，N/mm≥15堆密度，g/ml0.6~0.7查阅文献和相关企业催化剂研究专利可得其质量空速在0.5-1h-1之间，这里依据文献以及本车间工艺设计项目中AspenPlusV11的模拟结果，选取0.6h-1作为计算条件。经过总结计算，得本项目反应催化剂性质如下表5-5所示。表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s15本车间工艺设计项目催化剂性质项目要求形状玻璃形粒径mm2.5催化剂长度mm8催化剂堆积密度g/mL0.67操作质量空速h-10.6催化剂颗粒表面积m27.26125E-05催化剂体积m³3.925E-08催化剂装填量kg217.731催化剂装填体积m³0.32497其中，催化剂颗粒表面积==3.14÷4×（2.5÷1000）催化剂体积==3.925E−08m³；催化剂填装量=质量流量*质量空速=362.885×0.6=217.731kg；催化剂填装体积为：填装量/堆积密度=217.731/0.67=0.32497m³；。催化剂床层高度计算本次车间工艺设计项目工艺计算方法采用试差法，根据现有设计资料，假定反应器直径为2200mm。参照实际工程项目，采用2段催化剂床层。参照《化工设计手册》以及实际工程项目得知，保护剂高度在100-300mm之间，支撑剂高度在100-300mm之间，我们这里均取中间值200mm。单段催化剂体积=催化剂填装体积/2=0.325/2=0.1625m³；单段催化剂床层高度=单段催化剂体积/横截面积=0.1625÷3.14÷4×2.2²=62.6mm单端催化剂床层高度圆整=5.2m反应器的高径比=H/D=圆整高度*2/直径=5.2×2÷2.2=4.73通过实际反应器工程设计可得，对于两段式固定床反应器，高径比在4~6的范围内均为合理范围。综上所述，催化剂床层高度各计算值见下表5-6。表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s16本项目催化剂床层高度项目单位数值反应器直径mm2200催化剂床层数段2保护剂装填高度mm200支撑剂装填高度mm200单段催化剂体积m³0.1625单段催化剂床层高度mm62.6单段催化剂床层圆整高度mm5200高径比H/D4.73反应器压降计算本反应器进料为气态，单相流，因此采用Ergun方程：△p=A其中，A=150，B=1.75，u为操作状态下的线速度=体积流量/反应器横截面积=19.3333÷3.14÷4÷1.6²=0.60m/s；εb为催化剂床层孔隙率，《化工设计手册》中床层空隙率估算的表格，对于挤条状的催化剂，在正常填装和密集填装的状况下，床层空隙率范围在0.33~0.46之间，本次反应选择中间值0.40来进行计算；μ为操作状态下的粘度，由Aspen数据得，进料粘度=1.22E−05N∗s/m³；△p/△L为单位长度的床层压降，将以上数据代入Ergun方程计算得，△p/△L=356.483002Pa/m；单段床层压降=单位长度床层压降*（圆整高度+保护剂高度+支撑剂高度）=3.2796436kpa；内件的压降一般都在10~30kpa之间，本次反应取中间值15kpa进行计算；因此，反应器总压降=内件压降+单段床层压降*2=18.2796436kpa.按照设计标准，反应器总压降应该在10-20kpa之间，反应器压缩机入口的压力随着压降的增大而降低，压缩机负荷增大，费用就会越高，可以适当地扩大反应器直径。综上所述，本次车间工艺设计项目选择反应器直径为：2200mm。相应的反应器压降计算各数值见表5-7。表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s17压降参数项目单位数值A150B1.75u，操作状态下的线速度m/s0.60dp,催化剂比表面积当量直径m0.004958677εb,床层空隙率0.4μ,操作状态下的粘度N*s/m³2.14E-05△p/△L，压降Pa/m356.483002单段床层压降kPa3.2796436内件压降kPa15反应器总压降kPa18.2796436反应器高度催化剂床层高度=（单段催化剂床层高度+保护剂高度+支撑剂高度）*2=9.3m；上部分配盘高度一般在150~300mm之间，本次设计取中间值250mm进行设计；急冷分布器高度一般在800~1200mm之间，本次设计取900mm进行设计；下部分配盘高度一般在150~300mm之间，本次设计取中间值250mm进行设计；上部安装空间一般在800~1200mm之间，本次设计取中间值1050mm进行设计；下部惰性气体填充高度一般在400~1200mm之间，本次设计取650mm进行设计。综上所述，反应器总高度（不计封头和裙座）=12.4m。反应器参数汇总表综上计算可得反应器各个参数，具体数值如下表所示：表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s18反应器参数汇总项目单位数值反应器直径mm2200设计温度℃67设计压力MPa0.15催化剂床层数段2单段催化剂床层圆整高度mm5200保护剂装填高度mm200支撑剂装填高度mm200反应器总压降kPa18.3催化剂床层高度mm125.2上部分配盘高度mm250急冷分布器高度mm900下部分配盘高度mm250上部安装空间mm1050下部惰性气体填装高度mm650反应器总高度（不计裙座和封头）mm12400塔设备塔设备指的是高径比较大的设备。其是化工工业、石油化工工业及炼油工业等产出过程中最首要的设备之一。其主要作用就是使得气、液或液、液两相进行致密的接触，以达到质量转移和热量转移的作用。常见的例如精馏、吸收、解吸及萃取等操作均可在塔设备中进行。分离能耗在化工工业生产中较为重要，塔设备投资费用占比约为两到三成，所以设计及探究塔设备对石油及化工工业进步有着决定性作用。塔设备类型多样，分类方法也多种多样。一直以来最常见的塔分类方法就是按照塔内接触部件的结构有差异分为填料塔及板式塔。在AspenPlusV11中，其塔设计模块中就有填料塔和板式塔两种类型。这两类塔各自有不同的优缺点，具体参数详见下表5-9。表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s19填料塔及板式塔异同项目板式塔填料塔分散填料规整填料压降气液交换难度大，压力大填料缝隙较为规整，压力小填料缝隙规整，压力更小生产能力较凌乱的填料设备大使用创新物料会更小生产能力好塔效率塔径越大效率越大塔径越小效率越大塔径越小效率越大气液比例适应范围较大回流液相流量有影响范围较大液位高度较大较小较小材质一般用耐压耐腐蚀材料制作陶瓷、金属及塑料等各类型材料均可维护维修简单复杂较分散填料简单设备投资塔径大时价格低直径越小越便宜规整填料价格高设备质量较小大适中选用脱水塔作为本次车间工艺设计项目塔设备的计算案例分析，运用AspenPlusV11对脱水塔做设备计算。最开始确定脱水塔的进料状态及组成，其具体数值如下表5-10所示。表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s110脱水塔进料状态与组成表状态温度40.15℃压力2.5bar气相摩尔分率0液相摩尔分率1质量流量362.89kg/h体积流量0.33m3/h摩尔组成/%CF3COOHC2H3F3H2O2H2O19.911.33078.76其次确定脱水塔的出料状态及组成。（1）塔顶采出塔顶采出主要为项目产品三氟乙酸及未用完的原料三氟乙烷，状态及组成详见下表5-11。表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s111塔顶采出状态及组成表状态温度8.73℃压力1bar气相摩尔分率0液相摩尔分率1质量流量119.84kg/h体积流量0.083m3/h摩尔组成/%CF3COOHC2H3F3H2O2H2O88.2611.730微量（2）塔底采出塔底采出的主要为产物水及未完全分离的部分项目产品三氟乙酸，状态及组成详见下表5-12。表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s112塔顶采出状态及组成表状态温度95.3℃压力1bar气相摩尔分率0液相摩尔分率1质量流量243.04kg/h体积流量0.247m3/h摩尔组成/%CF3COOHC2H3F3H2O2H2O11.14微量088.85运用AspenPlusV11对脱水塔单独建立流程模拟，输入条件如下图5-2所示。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s12建立脱水塔流程模拟图图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s13建立脱水塔流程模拟图运用AspenPlusV11软件模拟可得进料塔板（自上而下）为第12块塔板，因为进料处体积流量较小，所以即可选取板径较小的填料塔来进行产品脱水。运用AspenPlusV11软件塔设计模块模拟塔设计的工艺参数计算，具体过程如下图所示。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s14塔设计模块数据输入图图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s15塔设计模块数据输入图设计塔板间距为0.5米，产品脱水塔整体塔径为0.2米，对产品脱水塔进行水力学校核，具体数值详见下图5-6所示。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s16产品脱水塔水力学校核图图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s17产品脱水塔水力学校核图对产品脱水塔进行塔径圆整，整体塔径为0.2米，且校核结果无误，由此可得脱水塔塔高为7.6米（不含底座）。换热器原料预热器首先通过AspenPlusV11模拟来确定预热器入口处的流股状态，具体数值详见下表5-13。表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s113预热器入口处流股状态表温度47℃压力1.5bar质量流量362.885kg/h体积流量19.3331m3/h组成物质CF3COOHC2H3F3H2O2H2O质量分数%0.646.552.90比热容kJ/（kg·℃）4.7845由AspenPlusV11模拟得出该流股平均比热容为4.7845kJ/（kg·℃），质量流量为362.885kg/h。该换热器类型选用的是固定管板式换热器，选择低压蒸汽作为换热介质，设置由160℃降温至145℃。代入如下公式：计算热负荷及冷却水流量：热负荷QD=计算两个工艺流股间的平均△tm，在逆流传热时时两个流体平均△tm为：QUOTE△tm'=△t2−△t查图得：ϕ△t△粗选换热器使用规格，依据两流体的状况，假定K=300W/(mS=然后通过AspenEDR组件进行换热器核算，在Aspen中将heater模块替换为heatX模块，输入换热器参数如下图5-8。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s18heatX参数输入表然后把heatX模块导入EDR软件中进行核算，具体输入数据如下图5-9所示。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s19EDR核算输入表核算具体数据如下图5-10所示。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s110EDR核算结果图该换热器经过核算后符合工艺要求，从EDR中导出换热器结构如下图5-11所示。图STYLEREF1\s5SEQ图\*ARABIC\s111EDR导出换热器结构图参考化学工艺手册，选择的换热器型号为BFU273-1.6-5.4-1.5/19-2II。产品冷凝器首先通过AspenPlusV11模拟来确定产品冷凝器入口处的流股状态，具体数值详见下表5-14。表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s114预热器入口处流股状态表温度153℃压力1.5bar质量流量362.885kg/h体积流量225.527m3/h组成物质CF3COOHC2H3F3H2O2H2O质量分数%59.73.0037.3比热容kJ/（kg·℃）5.0064①计算热负荷与冷却水流量：热负荷QD=W②计算两个工艺流股间的平均△tm，在逆流传热时时两个流体平均△tm为：QUOTE△tm'=△P=t2查图得：ϕ△t△粗选换热器使用规格，依据两流体的状况，假定K=300W/(mS=由于Tm−tm=153+342−40+252=61℃＞50℃，考量辅助换热装置。通过换热换热设备的国标中选定表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s115回收塔塔顶全凝器换热器基本参数壳径/mm273管子尺寸/mmΦ19×2公称压力/MPa1.6管长/m1.5公称面积/m25.4管子总数65折流次数1管道布置方法顺时针偏转45度实际传热面积S选定合适的换热设备，首先要计算设备的总传热系数Ko，计算如下。K计算可得总传热系数为300.11W/(m2主要设备选型表（1）脱水塔表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s116脱水塔主要参数表精馏段塔高/m4塔径/m0.2塔板间距/m0.5进料塔板塔高/m0.5塔径/m0.2塔板间距/m0.5提馏段塔高/m3.6塔径/m0.2塔板间距/m0.5总塔塔高/m9塔径/m0.5塔板间距/m0.5（2）换热器表STYLEREF1\s5SEQ表\*ARABIC\s117换热器选型一览表名称换热介质换热器类型换热器型号E0101冷却水固定管板式换热器BFU273-1.6-5.4-1.5/19-2IIE0202冷却水固定管板式换热器BFU273-1.6-5.4-1.5/19-2II

非工艺部分三废及三废处理说明废水本次车间工艺设计项目的废液组成如下表6-1所示。表STYLEREF1\s6SEQ表\*ARABIC\s11废液组成序号三氟乙酸废水来源浓度%排放量1三氟乙酸脱水塔0.079135.45kg/h本设计废液主要为含微量三氟乙酸的废水，其浓度很低，仅为0.079%左右，对此废水在厂区内指定位置进行必须的净化处理后，在进行检测后其数值符合污水排放要求后才能够排放至城镇污水下水道或者合流道内。废气本次车间工艺设计项目有组织排放的废气为各个单元塔顶馏出气，通过初步分类处理后汇总到总厂；那些分散排放的废气则是来源于各个装备区域的跑、冒、漏、滴，对此需要进行阀门选定和定期彻底维修，改进设备、优化操作及加强管理，降低物料损失等措施。废渣本次车间工艺设计项目的废渣主要有失效的催化剂和填料以及污水处理站污泥这两类。在设备内会定时更换的废弃催化剂送至生产厂家处进行回收，同时再次负载；废弃填料也返回至其厂家处进行处置后再回收；生产原材料的外包装还有生活产生的垃圾等送至垃圾回收机构和有垃圾处理资质的公司实行分类回收和再利用。节能及节能措施能耗分析本次车间工艺设计项目生产工序能耗较大的设备主要固定床反应器，冷凝系统，塔设备及换热器系统。节能措施（1）在生产设备选型上可以选择那些能耗比较低但是投资回报比较高的设备（2）在集中供水及供热方面，减少不必要的消耗以节约能耗（3）在设备选材方面，尽量选择性能较好的保温材料，比如一些阀门的保温能力较强，储存罐的内壁选择保温能力较强的材料还有对管道等的选择。（4）在用水损耗的方面，可以通过增加循环水用水比例来节约用水损耗。（5）在布置车间的设备时，可以通过利用位差运输各类原料以减少能源的损耗，同时在每个车间分别安装用水、用电及用气的用度表。（6）可以通过强化能源消耗管理制度，加强操作考核的力度，同时对从业人员要提高节能教育以此来提高全场员工的节能减排意识。安全及安全保护措施危废物质风险分析本次车间工艺项目为年产1500吨三氟乙酸，主要原料为三氟乙烷及过氧化氢。三氟乙烷具有易燃性，而且在车间会装有很多数量的发电机、变压器等电气设备，因此本次车间工艺设计项目生产过程中可能会有发生火灾或者爆炸及中毒还有触电的可能性。同时，本次车间工艺项目中使用的预热器、精馏塔、压力管道、冷凝器等均属于特种设备，容易造成各类事故的发生。主要危害因素（1）具有火灾及爆炸危险性过氧化氢作为整个工艺的原料之一，其为爆炸性强氧化剂，其自身不燃，但是在运输或储存不当可能会引发爆炸等灾害。其废液通过大量水背熟稀释进行分解，会释放出氧气，经过充足时间的反应分解后即可通入污水处理管道。检修工作人员在检查维修设备的途中，使用电气焊时或者发生撞击产生摩擦导致火花的产生，或者在停车进行设备检查维修时氦气和空气没有完全清除，由此造成设备中易燃物质的浓度过高，产生火灾甚至爆炸的可能性；各个装置的管路中，必须要控制流速保持在一定的范围内并且要做好静电防护工作，静电过大容易引燃可燃气体导致灾害发生。在化工生产进程中，一定要使用符合规范及国标的电气设备，以及质量有保障，隔热及散热性能优良的电缆，同时要选择质量有保证的电缆街头材料，同时要定期检查更换线路，防止线路由于老化而导致电气火花的产生以此引发火灾，甚至爆炸。（2）高空作业危害在本次车间工艺设计项目中，其厂房建筑使用的是框架结构，由此带来的影响则是在在工作过程中会使得作业高度变得比较高，存在高空坠落的危险。可能有以下几种情况;操作工人高空工作未配置防护设备，导致掉落伤害。工作人员在进行高空作业时梯子没有事先装置防滑程序，或者没有检查其牢固程度及强度从而造成坠落的可能高空过道及塔设备栏杆还有扶梯及各种护栏处要定期检查锈蚀情况，更换不及时可能会造成工作人员跌落检查维修人员在进行工作时要检查防滑及防护用品是否佩戴完整，同时要保证安全带没有损坏并且规范系好否则会造成滑落的发生在各种强降雨，大风，雷电等强对流天气时禁止高空作业，防止工作人员跌落的发生进入密闭容器检修，需检测危害气体的浓度，否则使得工作人员不慎吸入危害健康导致其坠落的可能性变大检查维修人员要保持稳定的作息及情绪，在高空作业时保持专注才能有效降低高空坠落的可能（3）雷电在本次车间工艺设计项目中，由于主厂房为框架结构且厂房内装有危险性较大的塔比如吸收塔等，导致了主厂房的高度相对来说比较高，此时避雷措施需要比较完善，否则就有可能由于雷电的影响而引起火灾的发生，而且有原材料属于易爆炸危险品，可能会引发爆炸等一系列后果。（4）电气设备选用本次车间工艺设计项目关键的供电设备有配电室及外部电缆这两部分，电气设备选用不合理会对项目生产造成极大的影响。在配电室内要防止其中的电气设备发生短路否则可能会导致电气火灾的发生，而外部电缆要定时检查发热情况，尽可能的减小因电缆发热而使得相关设备发生火灾爆炸的可能性。最后还要注意露天设备的定期检查与维护，做好相应的登记管理及报修更换措施，防止线路老化导致的触电甚至更严重的事故发生。危险、有害物质的应急与防护措施（1）三氟乙烷C2H3F3表STYLEREF1\s6SEQ表\*ARABIC\s12三氟乙烷性质表英文名trifluoroethane分子式C2H3F3分子量84.04性状无色易燃气体理化常数熔点-111℃沸点-47.6℃密度3.7kg/m3爆炸极限9.5-19%引燃温度750℃最小点火能量无资料最大爆炸压力无资料具体的急救措施和应急处理方式参考如下表6-3。表STYLEREF1\s6SEQ表\*ARABIC\s13三氟乙烷急救措施和应急处理方式类别错误示范处理方法急救方法吸入远离危险源，保障氧气供给食入立即用清水漱口，勿催吐，同时迅速就医。皮肤接触移除着装后，使用大量流动水进行接触部位清洗眼睛接触使用流动水长时间清洗眼部。应急处理急救人员配置防静电装置以及耐酸碱手套配备好氧气供给装置禁止接触以及横跨泄漏品使用的所有设备在作业中需要接地泄漏源要尽可能被切断所有点火源要全部被清除警戒区则依照液体流动及粉尘分散的作用区域来区分，无关工作人员需要从侧风及上风口进行安全疏散。（2）过氧化氢H2O2表STYLEREF1\s6SEQ表\*ARABIC\s14过氧化氢性质表英文名Hydrogenperoxide分子式H2O2分子量34.01性状蓝色黏稠状液体理化常数熔点-0.43℃沸点150.2℃密度1.13g/mL爆炸极限26-100%具体的急救措施和应急处理方式参考如下表6-5。表STYLEREF1\s6SEQ表\*ARABIC\s15过氧化氢急救措施和应急处理方式类别错误示范处理方法急救方法吸入远离危险源，保障氧气供给食入立即用清水漱口，勿催吐，同时迅速就医。皮肤接触移除着装后，使用大量流动水进行接触部位清洗眼睛接触使用洗眼器大量清洗眼睛应急处理方法急救人员配置防静电装置以及耐酸碱手套配备好氧气供给装置禁止接触以及横跨泄漏品使用的所有设备在作业中需要接地泄漏源要尽可能被切断所有点火源要全部被清除警戒区则依照液体流动及粉尘分散的作用区域来区分，无关工作人员需要从侧风及上风口进行安全疏散。生产安全防护措施（1）为了确保反应器的安全及防止爆炸的发生，需在反应器的重要位置设置温度传感器及摄像头。（2）为了保证塔设备内温度及压力保持正常，并维持塔设备的正常运行，需要在吸收塔及解吸塔塔顶、进料塔板及塔釜处设置温度传感器和压力传感器。（3）所有安装在现场的仪表外壳都要