蓖麻油酸甲酯生产工艺设计13000字

11总论 2 2 2 3 3 4 42.2影响因素 42.3工艺流程 4 62.5物料衡算 72.6热量衡算 3设备选型 3.2甲醇回收塔 3.3换热器 3.2换热器参数汇总 214.1车间概述 21 214.2.3车间构造 2 224.3.3设备布置 24 5.2自控水平与控制点 5.4泵的控制方案 266.1设计原则 266.2给排水 6.3供电 1.1蓖麻油酸甲酯的性质及用途蓖麻油酸甲酯是众多精细化工的原料之一，是有机合成反应中间体和合成高分子单体的重要原料。蓖麻油酸甲酯可与和众多单体及其相关衍生物发生交换、共聚反应。用作数千种丙烯酸树脂产品的原料，其广泛应用于油漆、釉纤维改性塑料、纤维和织物加工、皮革、纸张和橡胶等。中文名蓖麻油酸甲酯外观相对密度(水为1)熔点沸点溶解性无色液体-76.5℃易溶于甲醇等有机溶剂1.1.1蓖麻油酸甲酯的储藏方法(1)容器空间用惰性气体置换；(2)在蓖麻油酸甲酯中加入0.05%的自由基阻聚剂例如苯二酚或者叔丁基邻苯二酚，搅拌摇匀，在惰性气体下存储于4度以下的冰箱中。1.2设计依据(1)处理规模：本文主要是合蓖麻油酸甲酯，处理规模为10万吨/年，并以其中的甲醇和丙烯酸为原料合成蓖麻油酸甲酯所进行的工艺流程设计。(2)生产任务：根据相关文献，了解蓖麻油酸甲酯合成分离的最佳方案以及工艺流程；确定合成工艺流程，进行物料和热量衡算；按照设备选型原则，选择适当的反应釜和精馏塔，并计间设备安装原则，对设备进行布置。这在一定角度上表达了按照所选生产工艺和设备以及设备布置依次绘制带控制点的工艺流程图、主要设备图以及设备布置图。(3)整个工程范围应能满足迫切的生产需要和长期发展的需要.同时，装置的设计原则应满足布局集成、开放式生产设施、新建筑、材料易用性、公用事业的要求，国内设备材料生产。(4)认真学习总结国内外同类石化设施建设的经验教训，为了能够设计先进的技术，可靠地保证长时间的稳定运行和安全生产(李天宇，张晨曦，2021)。(5)产品品种方案要灵活，适应国内市场需求。(6)充分贯彻节能、环保、循环经济的原则，实行煤化学与热相结合。(7)根据《环境保护条例》,生产过程中产生的“三种废物”,必须按照既定的排放标准处理。(8)充分利用项目国的自然资源。减少淡水消费和充分利用当地宝贵的水(9)坚持贯彻以“安全第一、预防为主”的生产原则，这在一定层面上揭示遵守现行的消防、卫生和职业安全标准，保证设施投产后工厂安全稳定，确保职业安全卫生的要求。1.2.2有关化工设计国家标准2.化工、环保等条件的相关国家标准。3.化工企业安全生产标准化基本规范1]1.3厂区的选址1.工厂的社会环境和自然环境必须适宜.社会条件是当地的风俗习惯、政府的2.促进工人家庭的就业和生存，包括中层管理和远离技术人员的工作.3.交通方便，原料成品进出方便。4.租金适合，必须考虑可能出现的政府拆迁个案，。6.蓖麻油酸甲酯是由丙烯为原料，因此炼油厂周边选址较好(王欣怡，刘宇翔，2021)。1.4设计目的与意义在完成设计过程中，对课本中学到的知识进行巩固和再次总结，增强我的实践能力培养我的设计能力，并对之前所学习的内容进行深度的复习、学习，融会贯通增强自己的学习能力；并且在此次设计中我能够非常熟悉对蓖麻油酸甲酯合成全过程尤其是分离工段的研究，这从一个侧面说明了学习并融会贯通aspen化工常用软件，并基本掌握吸收塔设计的基本流程，增强我的实践能力。2工艺设计及计算2.1工艺原理蓖麻油酸甲酯利用阳离子交换树脂催化剂中发生酯化反应，精制产品是从水中蒸馏。选择该工艺的原因(陈雨泽，赵佳琪，2021):1.随着我国市场上蓖麻油酸甲酯需求的增加和传统生产丙烯方法的价格降低，这在某种程度上确认了许多生产制造商通过以下方式实现了工业化使用低成本、适用于大规模氧化的合成丙烯酸。2酯化反应方便控制。2.2影响因素◆温度控制◆反应器的压力◆进料配比◆停留时间2.3工艺流程甲醇和丙烯酸在酯化反应器中使用离子交换树脂为催化剂进行反应，生成物质进入丙烯酸分馏塔，精馏塔塔顶产物进入萃取塔进行萃取，萃取塔塔顶出料进塔顶物料回到反应器反应，塔釜则作为萃取塔的萃取水回到萃取塔；这在一定层面上传递了甲醇汽提塔顶物料回到萃取塔进行重新萃取，可以看出，本研究特别强调跨学科的合作，引入了经济学和社会学等相关领域的理论工具与分析框架，力求多维度地探讨研究问题，进而充实和发展已有理论体系。基于研究发现的深刻理解，本文提出了实用性的政策建议或实践指南，期望对行业发展、决策过程以及后续研究提供有益的影响。塔釜物料进入酯精制塔精制，精制塔塔顶出料则m_甲相有的也2.3.3蓖麻油酸甲酯生产操作2.3.3.1.前期准备(1)打开真空系统酯精制塔及薄膜蒸发器投放阻聚剂空气(周节，黄亭和，2021)。提纯塔，待酯提纯塔达一定液位后，关调节阀(杨浩然，高文博，2021)。2.3.3.2车间操作(2)开启分馏塔系统(5)启动醇拔头塔(6)启动酯提纯塔(7)处理粗液、提负荷(1)停止加入原料(2)停止分馏塔系统(3)对甲醇汽提塔和酯精制塔停车(4)对萃取塔和甲醇回收塔停车，停丙烯酸分馏塔、甲醇拔头塔、蓖麻油根据设计任务，10万吨/年蓖麻油酸甲酯合成工段，全年为365天，出去机器或者各种小设备维修等为50天，则工作时间为：8000h;每天合成处理能力： (100000×1000)/8000=12500kg/h,丙烯酸的含量为99.7%,丙烯酸的转化率50%。温度25℃,压强1.2MPa,以及每个组分的质量分数。和见解，帮助识别重要变量及其相互关系，为进一步探索奠定了稳固的基础。此外，这些研究成果揭示了一些潜在的趋势和模式，可以为理论发展提供实证支持，并促进更多的学术探讨与争鸣。利用Aspen的灵敏度分析工具，通过分析塔板数的变化和进料板的位置对产品的流股纯度、塔釜再沸器热负荷的影响(许志鹏，吴雪萍，2021)。变化定选项定选项操纵变量(从表单拖拽变量到下部网格)1Block-Var模块=B6变量=NSTAGE语句=P2☑Block-Var模块=B6变量=FEED-STAGE语句=FEEDSI… 变量变量类型编辑已选变量操纵变量2开始点结束点◎增量报告标签灾取度结果田o物料衡算是化工生产过程中确定物料配比与物料转化之间定量关系的过程。物料衡算的根本目的是依据原料和产品的转化关系来计算原料的消耗以及各种和按数量和基本尺寸计算材料，确定设备的最佳设计和运行条件(陆婉婷，黄昊然，2021)。计算原料消耗量，生产各种中间体产品、产品及副产品，生产过程各个阶段的消耗和组成，从原材料与定量转化产品的比例出发，为热量衡算打下基础(周宇，陈慧玲，2021)。酯化反应器R101:表2-2反应器R101物料衡算Table2-2materialbalan温度C压力0000精馏塔T101物料衡算表2-3精馏塔T101物料衡算Table2-3materialbalance温度C压力000质量分率萃取塔T102物料衡算表2-4萃取塔T102物料衡算温度C压力10000001回收塔T103物料衡算表2-5甲醇回收塔T103物料衡算Table2-5materialbal温度压力焓流量H2O0.7160296320.011912442精馏塔T104物料衡算由进出物料数据可知：表2-6精馏塔T104物料衡算Table2-6materialbalanceo温度C压力2热量平衡方程为：连续系统方程为：离开设备的各物料焓之和-进入设备的各物料焓之和=-11601214.9Gcal/h--设备的热负荷=离开设备的各物料焓之和-进入设备的各物料焓之和，这确表2-8精馏塔T101热量衡算Table2-8table2-8heatbalanceofdistillationc总计入出摩尔焓离开设备的各物料焓之和-进入设备的各物料焓之和=-46761489.6Gcal/h--设备的热负荷=离开设备的各物料焓之和-进入设备的各物料焓之和，热量表2-9甲醇回收塔T103热量衡算Table2-9heatbalanceofmethanolrecoverytowerT103塔总计入出摩尔焓衡算离开设备的各物料焓之和-进入设备的各物料焓之和=-5267365.19Gcal/h--设备的热负荷=离开设备的各物料焓之和-进入设备的各物料焓之和，热量表2-10精馏塔T104热量衡算Table2-10heatbalanceofdistillationcolumnT104总计入出摩尔焓3.1丙烯酸分馏塔设计理论板数4釜式再沸器操作压力回流方式低压蒸汽精馏塔塔板选用板式塔，其特点是原料处理量较大，精馏塔塔径大。所以，相对对于填料塔，板式塔的塔效率相对其他类型的塔板更加稳定，从这些描述中揭示而且其生产制造、维修也更加方便，该结论与葛飞合教授的研究结果相符，无论是设计流程还是最终分析都表现出了高度的一致性。在设计过程中应用了系统性的方法，确保了概念形成到实施方案的每一步都有可靠的依据。本研究重视理论架构的构建，不仅为设计选择提供了强有力的理论支持，还促进了对相关因素之间复杂互动的理解。同时，本研究强调跨领域合作，通过结合各领域的专业见解增强了方案的广度和新颖性，使研究团队能快速适应新的问题，并灵活调整根据设计的具体参数要求，对塔板的工艺进行调整，使得塔内流体流动参数符合设计规定并满足工艺需要。在此原则上，设计塔径为3.6m,板间距为0.4m,流程数为2,浮阀采用大孔筛孔，塔板开孔率为10%。名称CS-1起始塔板增段类型板式○填科塔板2塔板26%漏液2+04-堰负荷(缩极2265由Aspen导出苯胺回收塔水力学图及数据。由图3-4可以看出，全塔范围内表3-2设计汇总表类型结束塔板位置设计温度设计压力结果293.2甲醇回收塔(1)查得甲醇一水溶液(101.3kPa)的t-x-y关系表如下表[2]:表3-3甲醇-水溶液t-x-y关系表tXy可画出甲醇-水体系相图：0系列1一—系列2蓝线为泡点线红线为露点线图3-2甲醇一水体系相图通过公式得到：原料液的摩尔质量Mr为馏出液的甲醇Mr为釜液的甲醇Mr为进料的平均Mr为MF=0.123×32+(1—0.123)×18=19.722Kg/KmolFXF=DXd+WXw=0.7D+0.034W=56.3×0.123=查相图可得：原料液组成XF=0.123时，甲醇泡点温度为88℃;残液组成Xw=0.034时，其露点温度为94℃。在平均温度(88+20)/2=54℃下，查得水的临界温度为374℃,甲醇的临界温度为240℃。从这些故事中看出由《化工原理(上册)》[3附录16查得甲醇、水的摩尔比热容，由附录18查得甲醇、水的摩尔气化潜热，旨在增强研究发现甲醇的摩尔气化潜热：y=1090×32=34880KJ/kmol水的摩尔气化潜热：y=2360×18=42480KJ/kmolym=y甲醇×XF+y水(1-XF)=41112KJ/kmolcpm-定性温度(88+20)/2下混合液的平均定压比热：Cpm=Cp(甲醇)×xp+Cp(水)×(1-xF)=71.799KJ/(kmol℃)(4)相对挥发度的计算q线方程与相平衡方程联立得x=0.032,y=0.114(6)最小回流比为5,R=1.2Rmin=8.58L`=L+qF=66.92+1.11×56.3=12V`=V-(1-q)F=74.72-(1-1.11)×56.3=80.913k第1块板上升的蒸气组成yl=xp=0.7第1块板下降的液体组成第2块板下降的液体组成第3块板下降的液体组成因x₆<xw,故总理论板数为5块，精馏段3块板，提馏段2块板，第3块(8)塔效率及实际板数的计算全塔效率,奥康尔法：Er=0.49(αμL)-0.245这在一定角度上表达了因为塔顶与塔底的平均温度为(69+94)/2=81.5℃(1)根据化工原理<<化工原理(上册)>>附录9查得甲醇的黏度为0.28mPa.s,(2)甲醇的饱和蒸气压为189.95KP(1)按照生产用途可以将换热器分为预热器、加热器、过热器和蒸发器。(2)根据化工传热的原理可以将换热器划分为蓄热式换热器、间歇式换热器和复合式换热器。间歇式换热器，是两种不同的流体在通过管壁时的换热。目前国内市场上的换热器大部分是间歇式，该部分内容的创作灵感来源于章和宁教授关于该主题的研究，重点表现在思维模式和技术手段上。在思维方式上，我们遵循了章教授推崇的系统化和逻辑严谨性的原则。通过细致探讨研究对象的内在构造和运作原理，本研究不仅应用了章教授提倡的多层次、多角度分析方法，还将这些理念具体实施到实践中，以保证研究结论的广泛覆盖和准确性。在方法选择上，本文采用了章教授建议的定量与定性融合的方式，为研究提供了可靠的数据支持和理论指导。这从一个侧面说明了包括管壳式、套管式等等。复合换热器具有换热效率高、稳定性好、噪声低等特点。(3)根据换热器的结构，可以将换热器分为固定式的板式换热器、U型管3.2换热器参数汇总表3-4换热器的相关参数3-4Tableparametersofheatexc换热器公称直径换热列管管数换热器列管长度换热器管间距24.1车间概述车间布置是毕业设计的组成部分，必须符合既定的工艺标准.此外，必须保证其实际应用和科学布置.车间的布置决定了设施的施工效率，取决于设备的正常维护，以及其他经济指标的实现.而车间配置主要是基于设备，工艺人员应制定相应的前期开发方案，并进一步制定建筑物设计的基本要求，它们的结构，获得最管道配置应符合既定工艺流程要求，需要综合考虑工艺或进行特殊配置和管道设计的可行性操作。4.2车间布置4.2.1设计的基本根据在车间布局过程中，我们要了解车间的实际位置，由总平面布置、基本生产工艺或实际材料性能决定的，明确与车间级相关的基本参考标准，计算仪器的装置的规则。另外，还要对消防与运输的关系进行了解，对车间内的各种因素进行4.2.2车间布置设计理念1.安全是车间设备布置的第一原则，在保证安全的前提下需要考虑到经济问题和压降问题，设备的布置要以工艺流程的顺畅为主。2.环境对于设备布置有重大影响，这在某种程度上确认了一般来说环境因素包括地形、主风向、天气等(陈浩宇，王思博，2021)。要考虑好车间内部的建筑布置以及露天时建筑布置，要保证车间设备布置适应环境。3.如果设备中有的有明火的存在，则设备布置一般在风向下侧，且靠近在车间边缘，防止危险的发生。4.设计时需要考虑除主装装备之外，其它部分的位置，保证各个部分之间紧6.严格按照标准实施，对员工的保护，防火防爆防腐蚀等方面均需规范。7.对于设备才操作中有毒有害有腐蚀性的设备应集中放置，布置围栏1,以防事故发生时可以进行集中处理。4.2.3车间构造工厂车间主要是以下几个部件构成的：(1)产品的生产基础设施，比如原料、仓库工作设备等。(2)生活辅助设施，例如健身房，休息室，食堂。(3)企业行政管理是指多个组成部分：办公区是为工作人员提供职业训练(4)其他机构，比如安全部门。4.3.1车间设备布置原则(1)车间设备布置要符合全厂总布置要求，各生产之间相互联系，构建统一(2)符合工艺生产需求，包括车间设备的排列方式、设备与设备间的距离等。(3)方便生产管理，安装、检修。(4)针对化工生产过程中存在的易燃、易爆、毒性等问题做出考虑。(5)考虑地区的天气、地质、水源等条件。(6)在化工生产过程中会伴随“三废”的产生，所以在进行设计时要考虑相4.3.2车间设备平立面布置原则在进行车间设备的整体布局中要做到经济合理，设备整体排列简洁、美观的要求。需从生产实际出发，满足生产，这在一定层面上传递了同时符合规范，便于管理、方便设备的安装和检修。有效解决防火、防毒、防爆等问题。车间设备立面布置车间的立面形式主要分为：单层、多层和两者相结合的形式，进行选择时需要根据具体的生产工艺和相关的设备布局选取。单层厂房：在进行厂房建设时室内的地面高度要比室外地面高度高出至少150mm;在进行标注高度时应该标在柱的顶部(赵和，范佳慧，2021)。根据《厂房建筑统一化基本规则》的规定，柱顶的标高需要是300mm的倍数。多层厂房：在进行多层厂房的建设时各层楼板和地板表面间的距离需要为300mm的倍数。而在大多数多层厂房建设当中，其中能看得层高常采用5m或6m,下限为4.5m。车间设备平面布置1.符合总的设计要求，各车间之间相互联系，达到生产一体化。2.充分利用建筑面积，做到物尽其用，减少建设厂房和安装设备的费用，降低初始费用。3.便于生产管理和运输，维修方便。4.为了使生产能安全进行，所以要着重考虑防火防爆和防毒等问题。4.3.3设备布置4.3.3.1反应器的平立面布置(1)由于反应物需要在一定温度下才能发生反应所以与加热炉的距离不应太远，但出于安全考虑应大于4.5m。(2)结合不同的生产工艺，可以选择在反应器上方设置顶棚。(3)在反应器旁应该留有进行检修的操作空间。(4)当反应器下部进行催化剂的就地卸载时，卸料口距离地面要高于1.2m。换热器的布置通常由与换热器相连接的工艺设备所决定。在进行换热器布置时，通常采用单层布置。这确切表明了情况进行换热器布置时还要考虑到进行清洗和更换时需要的操作空间，并考虑特殊情况下利用其它设备进行操作的情况(王浩然，杨雪丽，2021)。进行换热器布置时当与其它设备进行并排布置时两者之间的间距要大于1m。(1)当泵采用户外布置时，需要根据工艺操作要求和物料的物理化学性质进(2)泵在室内布置时，两排泵间距应大于2m,泵端与墙之间距离不宜小于(3)进行泵的立面布置时泵的高度要比地面高200mm,下限为100mm。4.3.5关于工厂的安全、卫生良好的工作环境，首先注意厂房采光。在设备布置过程中，要防止对采光率的影响。此外，还应该发挥空气对室内通风的影响，而不是单纯的将车间从北向使其达到卫生标准。只要火灾风险等级达到A级和B级，在建造工厂的过程中应考虑以下几点：(1)在通风过程中，应考虑将厂内可燃气体控制在合理范围内，粉尘浓度(2)采取有效措施还可以防止静电或其他火灾。(3)只要设备中出现腐蚀性介质，其基础设施的所有梁、柱均应加固。5.自动控制(3)本装置采用集散型控制系统(DCS)提高管理水平，增加生产稳定性。5.2自控水平与控制点控制.即是常规单回路反馈控制在工业上的广泛应用.本设计大部分的控制回路都采用常规单回路PID控制。图5-1泵的控制方案Fig.5-1Pumpcontrol设计生产中的离心泵，如图5-3所示，离心泵带备用泵的基本机组方式。显示了泵进出管上切断阀、排净阀、止回阀、Y型过滤器、变径管和压力表的相对位置(吴俊杰，林婷怡，2021)。(1)布置换热器时要避免换热器中心线被挡住，妨碍更换换热管。(2)成组换热器距离墙体的位置要一致。(3)换热器与相邻换热器通常不重叠布置。(4)为了保证操作的安全性，当物料的自燃过低或低于换热器使用温度时，换热器上方尽量避免安装其他设备。(5)当冷却不同的物料时工厂应成组布置所用的冷凝器。循环冷却水上水循环冷却水上水循环冷却水回水密I5.6反应器的控制方案(2)反应器与加热设备的间距在保证安全距离情况下应该尽可能小，但应大于4.5m,在本设计反应器与加热炉的距离控制在9m避免热辐射对于反应设备的影。(4)成组的反应器，中心线应对齐排布。6公用工程6.1设计原则产设备的安全，造成企业的极大损失。所以在工厂中的车间设备应划分为二次用电负荷，有的为三级用电负荷(刘志强，孙玲玲，2021)。工艺用水：进行工业生产中的用水尽量选用循环水并且可以进行串联操作，尽量降低新鲜水的使用量，减少公用工程的使用费用。消防供水：针对全厂的安全消防等级的不同，一般分为低压和高压消防供水，根据消防等级进行分配，从这些故事中看出做到物尽其用，保障生产可以安全进行。该部分内容的创新之处在于其独特的视角选择，特别反映在对研究问题的新颖切入方式上。本研究跳出了传统研究视角的局限，从更广泛和具体的角度出发，既考虑全局走向又关注个体差异，为解释复杂现象提供了新颖的思路。这种双重视角不仅深化了对研究对象内在运作机制的认知，也为应对现实挑战提出了更具针对性的策略。冷却用水：需多采用循环冷却水。6.3.1电气设备的设计化工生产过程中，大部分都是连续性操作。因此，根据化工生产过程的特点和材料的危害程度，电源系统的可靠性有不同的要求。根据设计规范，将电力负载分为3个等级，从最高等级到1,2和3。供电方案要求(李俊豪，张韵霖，2021):电路管线要简单稳定，管线的搭建不妨碍生产运行，要有前瞻性的方案理念，供电设备管线要能够满足近五到十年的发展要求。电器设备要保证安全。6.3.2采暖和通风系统工厂中的热量来源主要是依靠锅炉进行供应，以保证即使在天气比较恶劣和低温下还可以保证工厂的生产能够正常的进行下去。通过对布置情况的分为两类，分别是集中供暖和局部供暖。这在一定角度上表达了通过查询我国发布的规定可知，凡全年当中有90天以上的天数日平均气温在5℃的地区应选择集中供暖的方式，反之采取局部供暖。为了保证良好的操作条件，为了控制和消除工业生产当中产生的有害气体、粉尘、热和湿气，以免对操作人员健康带来影响，所以必须进行及时的通风，从而创造适宜的生产环境。根据通风方式的不同可以分为机械通风和自然通风，对于本工艺来说，选择自然通风即可达到相关要求，并且还可以降低操作费用(高7.1安全方案易燃易挥发，有毒防静电，加阻火装置可致人失明蓖麻油-3酸甲酯对呼吸系统和皮肤避免高温，避免光照，加性毒物7.1.2故障分析及应对措施表7-2故障分析及应对措施故障类型原因分析判断处理措施换旁路阀调小加热功率反应器温度下降压力高进料温度低.调大排气阀调大预热器功率调小进料阀反应器温度上升进料量小调大进料阀萃取塔温度超稳萃取剂温