毕业论文-年产6万吨2-丙基庚醇车间合成工段工艺初步设计.docVIP

齐 齐 哈 尔 大 学毕业设计(论文)题 目 年产6万吨2-丙基庚醇车间合成工段工艺初步设计 学 院 化学与化学工程 专业班级 学生姓名 指导教师 成 绩 2013 年 6 月 日齐齐哈尔大学毕业设计（论文）摘 要本课题是年产6万吨2-丙基庚醇车间合成工段工艺的初步设计。首先阐述了二丙基庚醇合成的意义与作用、国内外研究现状及发展前景，并简要介绍了二丙基庚醇的性质及合成方法，其次介绍了课题的设计背景、厂址选择和原料产品规格；通过国内外几种相关工艺的比较确定本设计的工艺流程，对整个生产过程进行了物料衡算、热量衡算和Aspen plus模拟；对反应釜等主要设备进行了设备计算与选型，并且对车间设备进行了布置，对自动控制、安全和环境保护以及公用工程进行了概述。最后根据毕业设计的要求利用AutoCAD绘制戊醛缩合反应釜装配图和合成工段设备平立面布置图，手绘了带控制点的工艺流程图，并且完成了20 000字的毕业设计说明书。关键词：初步设计；合成工段； 2-丙基庚醇；衡算AbstractThe preliminary design of workshop of the synthesis section of 60,000 tons annual production capacity of 2-propyl heptanol was completed. Firstly, the significance, the function of 2-propyl heptanol, the development of research on 2-propyl heptanol was stated. The nature of 2-propyl heptanol and synthetic methods were described briefly. Secondly, the design background, plant location and materials and product specification were introduced; comparion of the productive processed in the domestic and aboard, the design process was determined. Meanwhile the material balance, heat balance, and the simulation of process by Aspen plus were finished. The reactor equipment and other major equipments were calculated and selected. And the layout of the equipment for the workshop, safety, environmental protection and public works were outlined. Thirdly, the equipments arrangement diagram of the workshop and the pentanal condensation reactor equipment assembly diagram were drawn with Auto CAD, the process flow diagram with control points was drawn by hand. Finally, the design instruction of 20 thousand words was finished.Key words：Preliminary design; Synthesis section; 2 - propyl heptanol; Balance calculation目 录 摘 要IAbstractII第一章 总 论11.1 概述11.1.1 项目建设意义11.1.2 国内外现状及发展前景11.2 设计依据31.3 厂址选择41.3.1 厂址确定41.3.2 厂址优势分析41.4 设计规模与生产制度51.4.1 设计规模51.4.2 生产制度51.5 原料和产品规格51.6 经济核算6第2章 工艺设计和计算72.1 工艺路线的选择72.1.1 2-丙基庚醇工艺介绍72.1.2 2-丙基庚醇工艺的确定82.2 工艺流程简述82.3 物料衡算92.3.1 反应器R101的物料衡算92.3.2 分离罐V103的物料衡算102.3.3 换热器E101的物料衡算112.3.4 精馏塔T101的物料衡算112.3.5 换热器E104的物料衡算122.3.6 反应器R102的物料衡算122.3.7 换热器E105的物料衡算142.3.8 闪蒸罐V105的物料衡算152.4 热量衡算152.4.1 反应器R101的热量衡算152.4.2 换热器E101的热量衡算172.4.3 T101冷凝器E102的热量衡算182.4.4 T101再沸器E103的热量衡算192.4.5 精馏塔T101的热量衡算202.4.6 换热器E104的热量衡算222.4.7 反应器R102的热量衡算232.4.8 换热器E105的热量衡算242.5 全流程模拟262.5.1 总工艺的模拟262.5.2 反应器R101的模拟262.5.3 精馏塔T101的模拟272.5.4 反应器R102的模拟28第3章 设备计算及选型293.1 关键设备R101计算及选型293.1.1 R101筒体直径和高度的计算293.1.2 筒体壁厚的计算293.1.3 夹套的计算303.1.4 水压试验及强度校核313.1.5 换热计算323.1.6 釜体法兰的选择323.1.7 搅拌器的选择323.1.8 搅拌传动装置和密封装置的选择333.1.9 容器支座的选择343.1.10 人孔、视镜、温度计和工艺接管的选择343.2 其他设备计算与选型353.2.1 反应器R102的计算353.2.2 精馏塔T101的计算363.2.3 换热器的计算与选型393.2.4 泵计算与选型423.2.5 储罐和回流罐的计算与选型433.2.6 压缩机C101的计算与选型45第4章 设备一览表46第5章 车间布置485.1 反应器和塔的布置485.2 换热器的布置495.3 泵和压缩机的布置495.4 罐的布置50第6章 自动控制516.1 2-丙基庚醇合成工段自动控制516.2 泵P101的控制516.3 塔顶冷凝器E102的控制516.4 反应器R101的控制526.5 精馏塔T101的控制52第7章 公用工程547.1 供水547.2 供热547.3 供电55第8章 安全环境保护56结束语57参考文献58致 谢6061第一章 总 论1.1 概述1.1.1 项目建设意义分子总碳数为413的脂肪族伯醇，其全球近50产量用于生产增塑剂，所以国内外俗称其为增塑剂醇1。增塑剂是一种低分子化合物或聚合物，通常为高沸点的难挥发性液体或低熔点固体，而且绝大多数为酯类有机化合物2。增塑剂醇是生产增塑剂消耗量最大的一类原料，当前全球生产增塑剂600多万吨/年，用于制造增塑剂的增塑剂醇每年高达450多万吨3。增塑剂醇是大部分邻苯二甲酸酯增塑剂生产成本中最主要的部分。不同增塑剂醇生产成本或售价的高低，决定了该醇的邻苯二甲酸酯生产成本或售价之间的相对高低关系。一个国家增塑剂醇产品品种的多少，决定了该国增塑剂品种的多寡；一个国家增塑剂醇的产品结构和组成，决定了该国增塑剂产品结构品质的高低和特点4。2-丙基庚醇与苯酐酯化生成的新一代增塑剂邻苯二甲酸(2-丙基庚基)酯(DPHP)，是生产邻苯二甲酸酯增塑剂的主要原料5。邻苯二甲酸二辛酯(DOP )增塑剂等因安全性问题正在迅速退出工业发达国家的增塑剂市场6，作为替代产品，以2-丙基庚醇(2-PH)为主要原料的邻苯二甲酸二(2-丙基庚)酯(DPHP)已成为当今增塑剂生产的良好选择，2-丙基庚醇是未来环保型增塑剂醇的发展趋势，拥有广阔的市场空间7。同时2-丙基庚醇也是制取PVC聚氯乙烯增塑剂使用的重要原材料。将2-PH添加PVC中，可使PVC从一种脆性塑料成为柔性塑料8。使用2-PH增塑过的PVC，可用于制造缆线隔热、防水编织物、板材涂层、薄膜和汽车部件等。此外2-丙基庚醇可与环氧乙烷等反应，进行烷氧基化合成表面活性剂，作为合成洗涤剂组分。2-丙基庚醇的丙烯酸酯聚合物可用作钢铁的粘结剂9。因此对2-丙基庚醇合成尤为必要，本设计拟定2-丙基庚醇合成的选择性为97%以上。 1.1.2 国内外现状及发展前景(1) 2-丙基庚醇国外现状及发展前景2000年，巴斯夫公司开始用自己的工艺在欧洲生产2-丙基庚醇10，装置规模为65 kt/a，2008年巴斯夫公司共生产2-丙基庚醇155 kt，其105 kt由其在美国的生产基地生产，美国消费90 kt，出口15 kt；50 kt由其在德国的生产基地生产，西欧消费48 kt，出口2 kt。截至 2010年11月，巴斯夫公司在欧洲每年生产13万吨2-丙基庚醇，赢创工业公司产能为6万吨/年。美国和西欧2-丙基庚醇的消费量达世界消费总量的89%。未来几年，美国基本上无2-丙基庚醇增能计划，但欧洲2011年由120 kt/a的新装置投产11。近期2-丙烯庚醇新建及扩建情况见表1-1。表1-1 2-丙基庚醇新建及扩建情况公司装置所在地生产能力 (kta-1) 投产年份巴斯夫德国，Ludwigahafen802009Evonik OXENO德国，Mari602009巴斯夫-YPC中国，南京化工区802011Prestorp瑞典，Stenungsund1202011目前，全球DPHP的消费基本集中在美国和西欧，2010年世界DPHP消费量约为 110120 kt。预计DPHP未来几年增速在15%以上，远高于同期增塑剂3%的年均增速。预计到2013年，美国的2-丙基庚醇的消费量将达到103 kt，年增长率为2.7%，消费结构基本不变，西欧的2-丙基庚醇的消费量将达到145 kt，增长率达1224.7%， 其具体消费预测情况见表1-2。表1-2 2008及2013美国和西欧增塑剂醇的消费及预测情况 品种 美国2008年 2013年 20082013消费量kt 消费量kt 年增长率% 西欧2008年 2013年 20082013消费量kt 消费量kt 年增长率%2-乙基-1-己醇270 2891.4 430 428-0.1异壬醇90 98.21.8 345 3701.4异癸醇100 1071.5 180 1921.32-丙基庚醇100 1032.7 116 14524.7可知，西欧市场2-丙基庚醇20082013年增长率远大于其他同期增塑剂醇的增长率。未来几年，2-丙基庚醇需求量将呈持续上涨的状态。 (2) 2-丙基庚醇国内现状及发展前景在中国，DPHP刚刚开始起步发展，在国内仅有两家DPHP生产企业。2-丙基庚醇是生产DPHP的主要原料，其发展也刚刚开始起步，在我国扬子石化-巴斯夫有限责任公司7万吨/年乙烯扩增项目也将建设8万吨/年产能的2-丙基庚醇装置。 目前，我国已经成为世界上最大的PVC生产国和消费国。据2009年统计，我国PVC生产企业104家，总产能1781万吨，占世界总能力37%。2010年中国新增近500万吨/年的PVC产能。近年来中国PVC进出口产需如表1-3所示。表1-3 今年中国PVC产需平衡项目200520062007200820092010产量/万吨668.2823.8971.7881.6915.51107.6进口量/万吨130.7114.7130.4112.7195.5140.0出口量/万吨11.946.075.364.627.527.2表观消费量/万吨787.0892.51026.8929.71083.51218.4国内自给率/%84.992.394.694.884.590.9近年来，塑料行业的飞速发展，拉动了增塑剂等塑料助剂行业以年均10.9%的速度增长。由中国塑料加工工业协会(CPPIA)表示，受全球健康生活和环境保护理念升温的影响，中国塑料助剂市场需求将加快增长。2009年中国塑料助剂(包括阻燃剂、增塑剂和发泡剂)市场需求达到282万吨，2010年增长6.6%达到301万吨，2011年增长7%达到322万吨。截至2009年，我国主要有增塑剂生产企业130多家，生产能力大于3000 kt/a，其合计产能约为总产能的87.9%。2009年我国增塑剂产能约为2200 kt，产量1300 kt，消费量为1700 kt。2010年我国增塑剂产量1400 kt，消费量为1800 kt，预计2015年我国增塑剂需求量将达到3000 kt。但目前我国生产和使用的增塑剂品种少，低端产品所占比例大，产品结构质量有必要大力提升。另外，增塑剂进口量大，20022008年均为400500 kt/a，国际依存度高，进口严重失衡。目前，国内增塑剂主要是以邻苯二甲酸酯类增塑剂为主，在实际消费中约占总消费的近90%，其中DOP(邻苯二甲酸二辛酯)约占总消费量的70%。已被国外淘汰的DOP等增塑剂在我国还大有市场，国内市场上80%的增塑剂都是DOP、DBP(邻苯二甲酸二丁酯)等增塑剂，价格低廉是最关键的因素。但随着全球 PVC加工业的发展及国际、国内先后颁布各种关于增塑剂产品的环保指令，DOP必将退出食品类材料。因此，新型环保型增塑剂DPHP在我国的需求量将呈持续上涨的态势。1.2 设计依据本设计依据化学工程与工艺专业下达的设计任务书，设计题目为年产6万吨2-丙基庚醇车间合成工段工艺初步设计，年工作时间8 000小时，合成2-丙基庚醇的选择性可达到97%以上。齐齐哈尔大学毕业设计论文工作手册；化工物性参数手册-无机卷、有机卷；压力容器与化工设备实用手册；化工工艺设计手册-上、下册；化工装置布置设计手册；化工设备设计手册；换热器设计手册；化工设计概论；化学反应工程；泵选用手册；化工原理；1.3 厂址选择1.3.1 厂址确定计划在内蒙古包头工业园区建一座年产6万吨2-丙基庚醇的工厂。内蒙古包头九原工业园区，位于内蒙古包头市九原区，东起宋召公路，西至哈德门沟以西，北至包兰铁路，南至黄河二道坝北。园区规划总面积约 77.86平方公里。园区作为包头市工业拓展的重点地区和重要工业增长基地，是2006年4月经国家发展改革委审核，被自治区政府批准设立的自治区级工业园区。1.3.2 厂址优势分析包头市位于中国内蒙古自治区中西部，坐落在著名的黄河河套的顶端，北与蒙古国接壤，南与鄂尔多斯相邻，东西两侧为土默川平原和河套平原(地理位置如图1-1)，是连接环渤海经济带和西北地区的战略要地，是自治区战略布局中腹地开发的关键地区，是最具经济发展活力的“呼和浩特-包头-鄂尔多斯金三角”经济区域的中部，正处于规模扩张阶段。包头市作为主要的“西产东销”城市，原料及工厂在中西部地区而销地主要在江浙地区。因此该工厂的地理优势主要体现在离原料地较近而离销地很远，并且可以利用发达的公路、铁路或水路来弥补销地很远的缺陷。包头交通四通八达，已形成铁路、公路、航空的立体交通网络，这样复合型的交通网络，为发展提供了有利条件。为了进一步改善投资环境，加快外向型经济发展，鼓励外商来包头市投资，根据国家和内蒙古自治区有关法律、法规的规定，结合包头市实际，制定了条例。鼓励外国的公司、企业和其他经济组织或者个人来该市举办中外合资经营企业、中外合作经营企业和外资企业。将享受三大政策：一是税收优惠政策，二是土地优惠政策，三是规划与建设政策。本厂生产的2-丙基庚醇，实现了碳四的高附加值利用。本厂的建立有利于提高西部地区在塑化剂方面的完整性。因此内蒙古包头九原工业园区非常适合作为本次设计的厂址。图1-1 包头市地理位置图1.4 设计规模与生产制度1.4.1 设计规模本设计拟定的设计规模为年产6万吨2-丙基庚醇，则需要消耗纯度为97%的正戊醛200 t/a，纯度为99 %的氢气5.75 t/a。反应所得粗2-丙基庚醇180 t/a，其中含有2-丙基-2庚烯醛1.60 t/a，异戊醛0.041 t/a，正戊醛0.02 t/a，2-甲基丁醛0.021 t/a，水0.01 t/a。合成2-丙基庚醇的选择性可达97%以上。1.4.2 生产制度本年产6万吨2-丙基庚醇项目生产为连续化生产，但由于电厂运行受用电量不同所限制，年运行时间为8000 小时。生产三班轮值，根据中华人民共和国劳动法，每周工作40 小时，为保证生产顺利进行，生产部、质保安全部、维修部门采用“四班三运转”， 每班8 小时，其余部门采用一班制，个别操作按照需要进行一班制定员，夜间轮值管理。表1-4 工厂人员编制序号岗位名称管理员技术员生产人员辅助人员共计1班长552操作25253主任、书记554技术员555统计116补勤44 合计451.5 原料和产品规格表1-5为主要原料和消耗品规格。表1-5 主要原料和消耗品规格原料规格 数量 (t/a)正戊醛工业级200.00催化剂NaOH溶液工业级16.91氢气工业级5.75循环冷却水302387.76低压蒸汽180；2bar48.11产品主要是2-丙基庚醇。表1-6为产品规格表。表1-6 产品规格表产品名称本厂规格国家规定产量 (t/a)单价 (元/吨)2-丙基庚醇99.90%优等品180.0012000.001.6 经济核算为了明确2-丙基庚醇车间和成工段的总成本(/年)，分别对车间定员、原料用量、冷热公用工程消耗量、设备投资及车间占地面积投资等方面对本工段进行了简单的经济核算，核算结果见下表：表1-7 经济核算表序号指标名称单位设计指标成本 (万元)1生产规模ta-160 0002车间定员人451703原材料量：正戊醛ta-12001200原材料量：H2ta-15.758004蒸汽耗量ta-148.1175冷凝水耗量ta-12387.76106设备数量及投资台2312 0007车间建筑面积m250496合计14283第2章 工艺设计和计算2.1 工艺路线的选择2.1.1 2-丙基庚醇工艺介绍2-丙基庚醇目前已经工业化的合成工艺路线按其主要原料为1-丁烯羰基合成路线和1-丁烯和2-丁烯混合羰基合成路线13。2-丙基庚醇生产工艺技术包括DOW/Davy 联合公司低压羰基合成技术，BASF公司2-丙基庚醇合成技术，中石化2-丙基庚醇制备方法等14。对几种方法进行比较，确定本厂工艺流程。(1) DOW/Davy 联合公司低压羰基合成技术DOW/Davy的2-丙基庚醇生产工艺是以混合碳四、合成气(CO，H2)为原料15，在铑/NORMAXTM催化剂作用下16，进行低压羰基合成反应生成混合戊醛，分离出的混合戊醛在氢氧化钠的催化作用下缩合脱水生成不饱和C10醛，不饱和C10醛加氢生产出粗 2-丙基庚醇17，最后经过精馏得到2-丙基庚醇产品。其发生的主要化学反应如下：催化剂催化剂CH3CH2CH=CH2(1-丁烯)+CO+H2 CH3CH2CH2CH2CHO(正戊醛)CH3CH=CHCH3(2-丁烯)+ CO+ H2 CH3CH2CH2CH2CHO(正戊醛)催化剂同时还存在以下副反应CH3CH2CH=CH2(1-丁烯)+CO+H2 CH3CH2CH(CH3)CHO(2-甲基丁醛)催化剂由于异丁烯的由于异丁烯的存在还有以下反应： (CH3)2C=CH2(异丁烯) + CO+H2 (CH3)2CHCH2CHO(异戊醛)催化剂戊醛缩合：2CH3CH2CH2CH2CHO CH3CH2CH2CH2CH=C(CH2CH2CH3)CHO+H2O 催化剂加氢得2-丙基庚醇：CH3CH2CH2CH2CH=CCHO+2H2 CH3(CH2)3CH2CH(CH2CH2CH3)CH2OH CH2 CH2CH3该工艺的主要流程是：以混合碳四、合成气为原料，采用低压羰基合成工艺生产2-丙基庚醇18。(2) BASF公司2-丙基庚醇合成技术BASF公司2-丙基庚醇生产工艺未见公开，从其中申请的多项发明专利中可推断出工艺方法的大体轮廓。BASF注意到混合丁烯中1-丁烯和2-丁烯反应活性具有很大差异，故在工艺中两个反应区采用了各不相同的催化剂体系，让第一反应区中未能转化的2-丁烯在第二反应区完成反应，两反应区各自独立地进行催化剂的分离和循环19。(3) 中石化2-丙基庚醇制备方法中国石油化工股份有限公司北京化工研究院郭浩然等人提出了一种以混合丁烯为原料制备2-丙基庚醇的方法。该方法的混合丁烯原料按质量比的组成范围是：1-丁烯和 2-丁烯 50%，1-丁烯：2-丁烯=0.110:1，其他含有碳碳双键或三键的化合物总量1%。原料经两段羰基化反应生成戊醛，两段反应采用同一催化剂，而反应釜采用不同温度，提高各自反应的选择性，使戊醛的正异构物比大大提高。然后戊醛经过缩合脱水得到烯醛，再经过加氢、分离得到2-丙基庚醇。此方法的特点是：采用两段氢甲酰化反应制取戊醛，且两段反应采用相同的铑-双亚磷酸酯催化剂。该方法生产2-丙基庚醇的工艺流程主要包括四个步骤：第一步，原料经两段羰基化反应得到戊醛，两段反应采用相同的铑-双亚磷酸酯催化剂。原料先在第一反应釜进行第一段氢甲酰化反应生成戊醛，然后在第二反应釜进行第二段羰基化反应生成戊醛，第二反应釜的温度比第一段反应温度高2040 ；第二步，上述两段反应生成的戊醛经缩合一脱水反应，得到烯醛；第三步，所得的烯醛经过加氢反应，生成2-丙基庚醇；第四步，经过分离，得到2-丙基庚醇产品。2.1.2 2-丙基庚醇工艺的确定由于混合C4馏分中既含有1-丁烯也含有2-丁烯，并且二者含量之比约为1:3，如果采用仅1-丁烯合成路线，需要把2-丁烯异构化20，使得方案不可行，因此本课题选择混合丁烯的羰基化合成路线更加合适21。通过对比以上三种2-丙基庚醇的生产工艺，由于BASF的生产工艺未见具体公布，并且短时间内很难得到他的技术专利；对比郭浩然等人提出的专利技术和DOW/Davy联合公司的羰基合成技术，虽然DOW/Davy联合公司的技术较成熟，但是郭浩然等人提出的技术在戊醛产物上有较高正异比，生产出的产品质量更高，同时又是国内自主开发的技术。综合以上各方面因素，本课题最终确定选用中国石油化工股份有限公司北京化工研究院郭浩然等人提出的2-丙基庚醇合成技术。2.2 工艺流程简述来自精制工段纯度97%的正戊醛温度为100 ，含有异戊醛、2-甲基丁醛、和少量水，经正戊醛原料储罐V102，由进料泵P101送入戊醛缩合反应器R101在NaOH溶液催化下进行脱水缩合反应，反应温度为100 ，压力0.1 MPa，反应产物主要成分为2-丙基-2庚烯醛，2-甲基丁醛，正、异戊醛，水和NaOH溶液。反应产物经分离罐V103将NaOH溶液和水从罐顶分离送入污水处理车间，罐底产品成分为2-丙基-2-庚烯醛，2-甲基丁醛，正、异戊醛和少量水经换热器E101加热到150 ，由烯醛精馏塔进料泵P102送入粗烯醛精馏塔T101的第4块塔板进行精馏，粗烯醛进塔温度为150 ，压力为3.5 MPa，精馏后塔顶主要成分为异戊醛，2-甲基丁醛，水和部分正戊醛，温度103 ，经塔顶冷凝器E102换热后温度降到90 ，进入塔顶回流罐V104，再由粗烯醛回流泵P103打入塔顶，部分回流到塔内，另一部分送入污水处理车间。塔釜温度180 ，压力3.5 MPa，一部分釜液经塔底再沸器E103加热至220 作为粗烯醛精馏塔T101的再沸蒸汽，另一部分进入换热器E104，将温度从180 降低至140 ，换热后釜液经釜液输送泵P104打入烯醛加氢反应器R102，与氢气进行加氢反应，反应温度140 ，压力3.5 MPa，反应产物主要成分为2-丙基庚醇，2-丙基-2庚烯醛，正、异戊醛，2-甲基丁醛，H2和少量水。反应产物经换热器E105降温至60 ，送入闪蒸罐V105除去未反应的H2，得到粗产品2-丙基庚醇，总工艺流程图如下。图2-1 2-丙基庚醇合成工段工艺流程图2.3 物料衡算2.3.1 反应器R101的物料衡算NaOH原料为正戊醛纯度97%，其余为异戊醛，2-甲基丁醛，和少量水。本工艺化学反应方程式如下：2CH3CH2CH2CH2CHO CH3CH2CH2CH2CH=C(CH2CH2CH3)CHO+H2O反应中正戊醛的转化率为：99%。以每小时的进料质量为基准衡算 (kgh-1)，各物质的相对分子质量及含量见表2-1。表2-1 反应物及产物物性参数表名称分子式相对分子质量反应转化率正戊醛C5H10O8699%2-丙基-2-庚烯醛C10H18O154水H2O18反应物的消耗及产物质量流量如下： kgh-1 kgh-1 kgh-1原料中各物质的质量流量： kgh-1 kgh-1 kgh-1反应后各物质的质量流量： kgh-1 kgh-1 kgh-1表2-2 反应平衡表反应物质量流量 (kgh-1)进料量 出料量正戊醛8330.3383.32-丙基-2-庚烯醛07383.97异戊醛85.8885.882-甲基丁醛171.76171.76水0863.06合计8587.978587.972.3.2 分离罐V103的物料衡算图2-2 分离罐V103的物料衡算图原料中正戊醛与催化剂NaOH溶液的投料比VNaOH：V正戊醛=1:2体积比换算成摩尔比： kgh-1 kgh-1 kgh-1 kgh-1 kgh-1 kgh-1表2-3 分离罐V103的物料衡算表组成质量流量 (kgh-1)w1 w2 w3正戊醛83.3083.32-丙基-2-庚烯醛7383.9707383.972-甲基丁醛171.760171.76异戊醛85.88085.88水863.06820.3342.73NaOH704.47704.470合计9292.441524.87767.642.3.3 换热器E101的物料衡算图2-3 换热器E101的物料衡算图 kgh-1 kgh-1 kgh-1表2-4 换热器E101物料衡算表组成 质量流量 (kgh-1)w3 w4正戊醛83.383.32-丙基-2-庚烯醛7383.977383.972-甲基丁醛171.76171.76异戊醛85.8885.88水42.7342.73合计7767.647767.642.3.4 精馏塔T101的物料衡算图2-4 精馏塔T101的物料衡算图 kgh-1 kgh-1 kgh-1 kgh-1 kgh-1表2-5 精馏塔T101物料衡算表组成质量流量 (kgh-1)w4 w5 w6正戊醛83.382.470.832-丙基-2-庚烯醛7383.977.387376.592-甲基丁醛171.76170.040.86异戊醛85.8885.021.72水42.7342.300.43合计7767.64387.217380.432.3.5 换热器E104的物料衡算图2-5 换热器E104的物料衡算图 kgh-1 kgh-1 kgh-1表2-6 换热器E104物料衡算表组成质量流量 (kgh-1)w6 w7正戊醛0.830.832-丙基-2-庚烯醛7376.597376.592-甲基丁醛异戊醛水合计0.861.720.437380.430.861.720.437380.432.3.6 反应器R102的物料衡算图2-6 反应器R102的物料衡算图催化剂化学反应方程式如下：CH3CH2CH2CH2CH=CCHO+2H2 CH3(CH2)3CH2CH(CH2CH2CH3)CH2OH CH2CH2CH3反应中2-丙基-2-庚烯醛的转化率为99%。以每小时的进料质量为基准衡算(kgh-1)，各物质的相对分子质量及含量见表2-6。表2-7 反应物及产物参数表名称分子式相对分子质量转化率投料比2-丙基-2-庚烯醛C10H18O15499%nH2:nPBA=2.5:1氢气H222-丙基庚醇C10H22O158反应物的进料量： kgh-1 kgh-1 kgh-1 kgh-1 kgh-1 kgh-1年产6万吨2-丙基庚醇反应消耗及产物质量流量如下： kgh-1 kgh-1 kgh-1因此反应后粗2-丙基庚醇中各物质的质量流量为： kgh-1 kgh-1 kgh-1 kgh-1 kgh-1 kgh-1 kgh-1则进出反应器各物质的质量流量为： kgh-1 kgh-1 kgh-1 kgh-1 kgh-1表2-8 反应物料衡算表 组成质量流量 (kgh-1) 进口物料 出口物料2-丙基-2-庚烯醛7376.5966.46氢气2-丙基庚醇239.50049.637500正戊醛0.830.83异戊醛1.721.722-甲基丁醛0.860.86水0.430.43合计7619.937619.932.3.7 换热器E105的物料衡算图2-7 换热器 E105的物料衡算图 kgh-1 kgh-1 kgh-1 表2-9 换热器E105物料衡算表组成质量流量 (kgh-1)w9 w10 2-丙基-2-庚烯醛66.4666.46氢气2-丙基庚醇49.63750049.637500正戊醛0.830.83异戊醛1.721.72续表2-9 换热器E105物料衡算表组成质量流量 (kgh-1)w9 w10 2-甲基丁醛0.860.86水0.430.43合计7619.937619.932.3.8 闪蒸罐V105的物料衡算图2-8 闪蒸罐 V105的物料衡算图 kgh-1 kgh-1 kgh-1 kgh-1表2-10 闪蒸罐V105物料衡算表组分w10质量流量 (kgh-1)w11w122-丙基-2-庚烯醛66.46066.46氢气49.6349.130.52-丙基庚醇750007500正戊醛0.8300.83异戊醛1.7201.722-甲基丁醛0.8600.86水0.4300.43合计7619.9349.137570.802.4 热量衡算2.4.1 反应器R101的热量衡算图2-9 反应器R101热量衡算图通过化学化工物性参数手册查得进出反应器流股中各个组分不同温度下的热熔22, 查询结果见下表：表2-11 进出反应器R101流股热熔表组分反应(373K)热熔 (kJkg-1K-1) 质量流量 (kgh-）)正戊醛2.3058330.332-丙基-2-庚烯醛2.2637383.97异戊醛2.11285.882-甲基丁醛2.005171.76水4.210863.06反应器入口带入的热量： kJh-1 kJh-1 kJh-1 kJh-1反应器出口带出的热量： kJh-1 kJh-1 kJh-1 kJh-1 kJh-1 kJh-1反应过程中放出的热量：催化剂2CH3CH2CH2CH2CHO CH3CH2CH2CH2CH=C(CH2CH2CH3)CHO+H2O关键组分C5H10O的转化率为99% kJh-1 kJh-1 kJh-1 kJh-12.4.2 换热器E101的热量衡算图2-10 换热E101热量衡算图通过化学化工物性参数手册查得进出换热器流股中各个组分不同温度下的热熔, 查询结果见下表：表2-12 进出换热器E101流股热熔表组分 含量 (%)进口(373K)热熔 (kJkg-1K-1)出口(423)热熔 (kJkg-1K-1)正戊醛0.01072.3052.7602-丙基-2-庚烯醛0.95062.2632.514异戊醛0.01112.1122.6012-甲基丁醛0.02212.0052.183水0.00554.2104.287=0.95062.263+0.00554.210+0.01072.305+0.01112.112+0.02212.005=2.2668 kJkg-1K-1=0.95062.514+0.00554.287+0.01072.760+0.01112.601+0.02212.183=2.520 kJkg-1K-1 kJh-1由于换热器换热过程中不可能把全部的热量转化为所需热量，实际工厂中由于各种原因，如环境温度、管道等因素，换热器的换热存在一定的热量损失，根据各工厂的经验和设计需求，考虑天气和设备材质等因素，设2-丙基庚醇车间合成工段的设计中热量损失为5%，则： kJh-1查得180饱和水蒸汽的气化潜热为r=2012.22 kJkg-1 kgh-1衡算结果见下表：表2-13 换热器E101热量衡算一览表符号 含义数值单位cp1换热器进口流股平均热熔2.267kJkg-1K-1cp2换热器出口流股平均热熔2.520kJkg-1K-1Q1流股经换热器放出热量1.175106kJh-1w1流股经换热器质量流量7767.64kgh-1T1流股进换热器温度373K续表2-13 换热器E101热量衡算一览表符号 含义数值单位T2流股出换热器温度423KQs1流股经换热器热损失6.185104kJh-1Q2饱和水蒸气提供热量1.237106kJh-1wh饱和水蒸气汽质量流量614.74kgh-1r饱和水蒸气的气化潜热2012.22kJkg-1t饱和水蒸气的温度453K2.4.3 T101冷凝器E102的热量衡算图2-11 冷凝器E102热量衡算图通过化学化工物性参数手册查得进出冷凝器流股中各个组分在不同温度下的热熔，查询结果见下表：表2-14 进出冷凝器E102流股热熔表组分含量 (%)进口(376K)热熔(kJkg-1K-1)出口(363K)热熔(kJkg-1K-1)出口(363K)蒸发焓(kJkg-1K-1)正戊醛0.2132.3062.213405.35异戊醛0.2192.1152.020378.022-甲基丁醛0.4392.0071.959343.952-丙基-2-庚烯醛0.01912.2652.213225.32水0.1094.2124.2042281.56= 0.2132.306+0.21962.115+0.4392.007+0.01912.265+0.1094.212=2.304 kJkg-1K-1=0.2132.213+0.21962.020+0.4391.959+0.01912.213+0.1094.204=2.277 kJkg-1K-1= 0.213405.35+0.219378.02+0.439343.95+0.0191225.32+0.1092281.56 =603.83 kJkg-1 kJh-1设热量损失为5%，则 kJh-1查得循环冷却水的热容为cp=4.178 kJkg-1K-1 kgh-1 衡算结果见下表：表2-15 冷凝器E102热量衡算一览表符号含义数值 单位cp3换热器进口流股平均热熔2.304kJkg-1K-1cp4换热器出口流股平均热熔2.277kJkg-1K-1Hv1换热器流股的平均蒸发焓603.83kJkg-1Q3