应用化工技术毕业论文.doc

滨州职业学院 BINZHOU VOCATIONAI COLLEGE毕业论文姓名 李国良 学号 6309041120 专业班级 2009级应用化工技术一班 系院名称 轻纺化工学院 指导老师 王婷 2011年6月15日30 / 36年产十万吨甘油的生产车间工艺设计 摘要：甘油，即丙三醇。具有吸湿性、保温性、高粘度、水溶性、无毒、有甜味、有三个羟基可制成一些衍生物等特性，是一种重要的化工原料。本设计为年产十万吨甘油的生产工艺设计。目前，在国内生产甘油又有多种方法，而本设计是由环氧氯丙烷法生产甘油工艺的设计；主要设计内容有原料的存储罐，以及生产过程如蒸发，换热等工序的计算。主要以物料衡算和热量衡算进行工艺计算和设备选型.在选型的基础上绘制了工艺流程图，主要设备装配图，车间设备立面图和全厂平面布置图。Abstract: Glycerin, scientific name being glycerol, is an important light industry raw material, because of its characteristic of moisture absorption, heat preservation, heat viscosity, water-soluble, no-poison, taste sweet, bacterium resolve easily, and there are three hydroxyl groups could be made into derivatives. Technological of outputting 100,000 tons of glycerin process workshop per year are designed in this paper. There are many ways to produce glycerin, but the epichlorohydrin is adopted in this paper.The main design includes the calculations of raw material storage tank, and the process of production, such as evaporation and heat transfer. The calculations and equipment selections are completed through mass balance and heat balance, The engineering flow sheet, the main equipment assembling drawing, workshop appliance elevation drawing and floor plan of plant are completed also.Key words: Epichlorohydrin; Glycerin, reactor; evaporation tower目录1概述11.1甘油研究背景11.1.1甘油性质和用途11.2.甘油的生产工艺21.2.1 天然甘油的生产21.2.2合成甘油的生产31.2.3发酵甘油的生产41.3甘油发展现状51.4甘油的市场分析61.5甘油的发展前景101.6本设计的任务以及选题意义112工艺说明122.1主要生产甘油的工艺说明122.1.1油脂皂化制皂122.1.2天然油脂水解法122.1.3丙烯醛法132.1.4 环氧氯丙烷法142.2 工艺流程方案152.3 主要工艺参数说明163生产工艺设计计算163.1 主要化学反应163.1.1 化学反应163.1.2 化学反应物料衡算163.2反应器的设计173.2.1 反应釜体积计算173.2.2 反应釜直径和高度的计算183.2.3 反应釜的热量衡算：183.2.4第二个反应的反应器设计214 车间设备布置说明234.1 车间布置设计的意义234.2 车间布置的原则234.3 车间设备布置234.4 车间布置的任务244.5 设备布置设计注意的问题244.5.1 露天化布置与室内布置244.5.2 生产流程化布置254.5.3 集中化布置254.5.4 操作、安装与检修要求254.5.5 设备布置与厂房建筑264.5.6 设备布置与安全卫生264.6车间设备布置的方法与步骤265 总结27参考文献28致谢29年产十万吨甘油的生产车间工艺设计1概述1.1甘油研究背景1.1.1甘油性质和用途甘油（历史），1779年由斯柴尔（Scheel）首先发现，1823年人们认识到油脂成分中含有Chevreul,希腊语为甘甜的意思，因此命名为甘油（Glycerine）。第一次世界大战期间，因其为制造火药的原料，则产量大增，是最简单的三羟基醇。分子式：C3H8O3，结构简式HOCH2CH（OH）CH2OH，又称丙三醇。在自然界中甘油主要以甘油酯的形式广泛存在于动植物体内，在棕榈油和其他极少数油脂中含有少量甘油，是一种无色粘稠液体，具有甜味。熔点20，沸点290（分解），相对密度1.2613（204)。纯甘油可形成结晶固体，冷至1555时最易结晶，吸水性很强，可与水混溶，并可溶于丙酮、三氯乙烯及乙醚-醇混合液。甘油与一元醇化学性质相似：例如与金属钠反应生成一元甘油醇钠,与干燥的氯化氢气反应，生成2，3-二羟基-1-氯丙烷和1，3-二羟基-2-氯丙烷。在乙醚溶液中与氯化氢反应，主要生成2-羟基-1，3-二氯丙烷。氧化时生成甘油醛、甘油酸；还原时生成丙二醇。（性状与稳定性）无色粘稠状液体；味略甜，与水及乙醇可任意比例混合，在潮湿空气中能吸收水分，遇冷时间过长能析出结晶块，稍加温可再溶，故应密闭贮存。甘油于10左右与硫酸、硝酸混合酸反应，生成甘油三硝酸酯，俗称硝酸甘油，这个化合物经轻微碰撞即分解成大量的气体、水蒸气和二氧化碳，发生爆炸。硝酸甘油还常用作强心剂和抗心绞痛药。脂肪酰氯或酸酐可酯化甘油。甘油与过氧化氢、过氧酸、亚铁盐、稀硝酸等反应，生成甘油醛、二羟基丙酮；与浓硝酸作用生成甘油酸。甘油也可被四乙酸铅或高碘酸氧化。甘油与硫酸钾或浓硫酸加热发生分子内失水，生成丙烯醛。甘油，因其具有吸湿性、保温性、高粘度、水溶性、无毒、有甜味、微生物易分解、有三个羟基可制成一些衍生物等特性，是一种重要的轻化工原料。在合成树脂工业、食品工业、国防工业、纺织工业、药物合成、烟草、化妆品等工业具有广泛的用途。在合成树脂工业用于制造醇酸树脂、环氧树脂、甘油松香树脂、改性酚醛树脂、失水苹果酸干树脂、聚醚树脂、聚氨酯树脂。医药工业用于制造甘油硼酸、胃沅酶等。食品工业用于做甜味剂等，也是聚氨酯泡沫反应的引发剂、载色剂、润滑剂、烟草吸湿剂、啤酒阻酵剂、糖果防结晶剂、乳脂防酸剂、冷冻食品保鲜剂。国防工业用于制造硝化甘油炸药。纺织印染工业用作纺织物的防绉防缩处理剂、扩散剂、渗透剂、润滑剂。化工生产中用于溶剂、吸收剂、防冻剂等。此外，还用作在涂料、炸药、塑料、牙膏、化妆品、食品、烟草、化工、造纸、电工材料等工业。1.2.甘油的生产工艺甘油产品分为天然甘油和化学合成甘油，天然甘油主要以植物油脂和动物脂肪为原料,生产某些产品过程所得的副产品,例如油脂皂化制皂、油脂水解和油脂醇解;合成甘油则是将石油化工产品经化学合成制得。1.2.1 天然甘油的生产天然甘油主要来自肥皂生产和油脂裂解过程的副产品；1948 年以前，甘油全部从动植物油脂制皂的副产物中回收。直到目前，天然油脂仍为生产甘油的主要原料，其中约42的天然甘油来自制皂副产，58来自脂肪酸生产。由于该方法以天然油脂为原料，且甘油是副产物，我国的化学工作者设想将其用于油脚的废水处理和利用上，既起到环保的作用，又得到一定的经济效应。（1）、油脂皂化制皂油脂皂化是油脂与碱液在一定条件下反应生成肥皂及甘油的过程,其反应方程式如下：甘三酯 苛性钠 肥皂 甘油皂化反应产物分成2 层：上层主要是含脂肪酸钠盐（肥皂）及少量甘油：下层是废碱液，为含有盐类、氢氧化钠的甘油稀溶液，一般含甘油质量分数916，无机盐质量分数820。（2）、油脂水解油脂与过量水在一定条件下反应生成脂肪酸和甘油的过程,其理论上总反应方程式甘三酯 水 脂肪酸 甘油由于油脂水解工艺多、操作条件差异大,所得的甜水浓度及杂质含量并不相同,甘油在甜水中的浓度约为12% 18%,其中较为现代的高温高压连续逆流水解法因不使用催化剂,仅利用高压蒸汽促使油脂水解,所得的甜水质量好,可进一步加工成高品质甘油。（3）油脂醇解油脂与过量低碳链醇(如甲醇)在一定条件下反应生成脂肪酸酯和甘油的过程,反应方程式如下:甘三酯 甲醇 脂肪酸甲酯 甘油在此反应过程中,每生产1Kg脂肪酸甲酯,约产生01Kg左右的甘油,迅速升温的生物柴油(即脂肪酸甲酯)投资热使得以其副产品为来源的甘油受到重视。无论是制皂废液，还是油脂水解得到的甘油水所含的甘油量都不高（质量分数10%左右），而且都含有各种杂质。所以，需要净化、浓缩的过程先得到粗甘油，然后将粗甘油进行蒸馏，脱色、脱臭的精制过程才能得到天然甘油。1.2.2合成甘油的生产从丙烯合成甘油的多种途径可归纳为2 大类，即氯化和氧化。现在工业上仍在使用丙烯氯化法及丙烯过乙酸氧化法。（1）丙烯醛法首先，丙烯气相氧化合成丙烯醛，然后丙烯醛用异丙醇还原合成合成丙烯醇；最后丙烯醇过氧化氢羟基化合成甘油。过氧化氢则用异丙醇氧化制得。（2）环氧氯丙烷法丙烯高温氯化成氯丙烯，氯丙烯再氯化成二氯丙醇。二氯丙醇与石灰乳反应，得到环氯丙烃。经分离精制后送入水解器，用10%苛性钠或者碳酸钠水溶液进行水解，得到水解液中含有大量氯化钠和稀甘油水溶液，进入多效蒸发器，浓缩得到80%的甘油，最后经真空蒸馏、活性炭脱色、离子交换树脂处理，得到精制甘油。1.2.3发酵甘油的生产发酵甘油的生产是利用淀粉类原料（谷物、玉米、红薯等）或糖蜜原料，经生物发酵而产生。我国研究发酵法始于20世纪50年代中期，从60年代兴起的耐高渗透酵母菌种的研究和应用到70年代处于鼎盛时期，到1994年至1995年，开始进入工业生产，特别是山东、江苏、甘肃等地的企业。1.3甘油发展现状目前，国内甘油发展迅速，但主要制备方法的发展现状有：（1）合成甘油。合成甘油是用丙烯作原料经高温氯化得到氯丙烯，再经次氯酸氧化、脱氯化氢后得到环氧氯丙烷；环氧氯丙烷再水解，脱氯化氢最终得到甘油。在二十世纪七十年代石油危机前，本甘油总产量的50%和54%。但是，随着原油价格不断上涨，合成甘油的利润空间不断缩小。我国锦州某厂计划经济年代曾引进1.5万吨/年合成甘油生产装置，八十年代后期起该装置就一直停产。2006年初，陶氏化学公司也关闭了它在美国德克萨斯州的最后一套生产合成甘油装置。（2）发酵甘油。在一定的生化条件下，淀粉经发酵可生成甘油。早在二次世界大战期间，德国就已拥有该技术，但一直未投入工业生产。我国研究发酵法生产甘油已有近40年历史。1969年导致中苏边境冲突的珍宝岛事件爆发后，当时的轻工业部向无锡轻工业学院（今江南大学）下达了该研究项目。之后，历经“七五”、“八五”、“九五”科技攻关，该院开发的好氧发酵法辉煌一时，九十年代后期国内建起许多千吨级发酵甘油生产装置，并于1997年将该技术转让给了美国ADM公司。但是，随着全球油脂化工尤其是近几年生物柴油产业的快速发展，甘油开始过剩，价格迅速下滑，使发酵法丧失了竞争力。（3）作为油脂化工副产物的甘油。油脂经水解或醇解得到脂肪酸（皂）或脂肪酸酯，同时伴生十分之一左右的甘油，这是甘油的最主要来源。油脂水解制脂肪酸或皂是一门古老的工业，中国制皂工业也有百年历史。但由于中国人口多、，长期以来油脂化工原料多为油脂加工时产生的油脚（酸化油）、肉类加工厂副产的动物脂肪以及餐饮业废弃油（地沟油）等，还有一部分非食用油（蓖麻油等）。因此，规模小、技术，是中国化学工业中最薄弱的环节之一。据不完全统计，2003年中国有100家左右的脂肪酸生，总产能约45万吨/年，产量约为3035万吨。这些企业的甘油总产量在23万吨。甘油作为制皂业的副产物，中国洗协有相关统计数字。然而，由于受到洗涤剂工业的挤压，多年来中国制皂业生产规模停滞在60万吨左右，相应的甘油产量也停滞不前。油脂通过和低碳脂肪醇（甲醇为主）的酯交换反应得到脂肪酸酯，并伴生甘油。2003年，中国天然脂肪醇总产能尚不足10万，因此副产甘油的数量也十分有限。2004年以来，中国的油脂化学工业有了很快发展，外资企业和民营资本大举进入该行业。同时，生物柴油产业也开始迅速（但带有盲目性）地发展，正在迅速的改变着中国甘油工业的面貌。尽管中国甘油工业分散、弱小，但是作为人们熟知的一种多元醇，甘油有其传统的应用领域。随着经济的发展及人民生活状况的改善，中国对甘油的需求量不断增加，甘油市场也在不断扩大。1.4甘油的市场分析据英国著名油脂化工专家Frank Gunstone估计，全球甘油市场容量2000年在75万吨，2005年为86万吨，2010年将达到100万吨。当时，他对生物柴油产业的发展速度及影响估计不足。根据Frost&Suliven的调查，2004年全球甘油产能已经达到约130万吨，消费量97万吨。中国的甘油市场容量究竟有多大？中国每年进口数量可观的甘油以满足国内市场需求。表1是20032006年间中国甘油的进口量。由表11可见，2003年甘油进口总量已经达到13万吨，加上国内产量，估计甘油市场容量已在16万吨左右。2003年以后，中国甘油产量增加，进口量开始减少，但由于中国经济的快速发展，以及甘油精炼设施不足，精甘油的进口量仍不断增加。下表1.2中列出甘油的主要用途，其多数工业用途与消费者的日常生活关系密切，它们必将随着社会消费水平的提高而获得发展，从而增加对甘油的需求量。值得注意的是，我国与发达国家在甘油的消费构成上存在较大差别，见下表1.3。由表1.3可见2，我国的甘油市场，在药品、化妆品工业以及聚氨酯工业方面的比例明显偏低，而在醇酸树脂生产中所占的比例明显偏高。据此分析，无论从人均消费量，还是从消费构成方面讲，中国的甘油市场仍有很大的增长潜力。表1.1 20032006年间中国甘油进口量（单位：吨）年份2003200420052006粗甘油905371847635334精甘油45550456725897361862合计1360877929697196表1.2甘油的主要用途工业 用途食品工业润滑剂、甜味剂、溶剂（香精、色素）、制备单甘酯、聚甘油酯（乳化剂、人造奶油）、保湿剂（宠物食品）、增口味剂医药工业润湿剂、润滑剂、溶剂、平滑剂、祛痰剂、止咳糖浆等化妆品工业牙膏、漱口液、护肤品、护发品、皂类涂料（醇酸树脂）玻璃纸生产、柔软剂、塑化剂烟草工业三乙酸甘油酯、粘结剂、增塑剂炸药工业消化甘油、固体火箭燃料的粘结剂聚氨酯工业柔性聚氨酯泡沫塑料的主要原料之一、环氧丙烷/环氧树脂加成纺织工业用引发剂、吸水性树脂等 棉纱、布匹的润滑、上胶、柔软造纸工业润湿剂、塑化剂 表1.3发达国家在甘油消费构成上的差别相关工业消费构成%中国美国西欧日本全球平均药品、化妆品11.539.523.134.037食品14.55.612烟草7.315.816.95.39醇酸树脂49.09.213.119.513聚氨酯5.210.513.111.611玻璃纸1.52.04.43.82炸药3.10.63.11.93其他23.27.920.623.915原油价格暴涨为油脂化工的发展提供了难得的机遇。同时，生物柴油作为新兴产业正在包括中国在内的许多国家崛起。这两方面发展的结果，一是原来的油脂供需平衡被打破，导致油脂库存下降、价格上升；二是使副产甘油过剩，其价格下滑。在中国，近几年油脂化学工业发展迅猛，脂肪酸和天然脂肪醇的产能急速膨胀，加上生物柴油设施不断兴建和投运，使得中国的甘油产量急剧上升。（1）脂肪酸产能。下表1.4中列出了2005年以来中国新增或扩建的油脂水解装置。仅仅这些已投运的新建装置的产能已在80万吨以上，几乎是2003年中国原有产能的一倍；而且，这里尚未包括一些产能在3万吨以下的小装置。据笔者了解，上述新的生产装置一般运行情况良好。这意味着新增甘油产能8万吨左右。（2）醇产能。近几年中国的天然脂肪醇装置的产能也在迅速扩张，表1.5知,自2006年以来新建的脂肪醇装置的产能。可见，两年内将新增产能29万吨。有统计报道，2005年中国脂肪醇产量11.3万吨，2006年14.4万吨，而2007年估计将突破20万吨，意味着新增甘油产量1万吨以上。（3）原有的油化企业虽然规模较小，但数量不少，甘油产能多数在千吨级。例如中天化工、杭州油化、中鼎油化、华龙化工等。估计这些企业的甘油总产量在23万吨。（4）国洗协统计，2004年中国制皂业的甘油产量为2.38万吨，其中纳爱斯公司一家就生产了1.35万吨。考虑到中国制皂业变化不大，制皂业副产的甘油总量不会超过3万吨。以上四方面加起来，全国甘油总产能在1517万吨。由此可见，最近三年中国油脂化学工业新增的甘油产能约在10万吨甚至更多，大约是2003年产量的两倍。这里尚不包括生物柴油产业新增的甘油产量。表1.4、1.5中分列出中国新增油脂水解装置产能和中国新增脂肪醇装置产能。然而，这仅仅是已建和在建装置中的一部分。由此可以看出，生物柴油的总产能已在50万吨以上。但是，据中国化工报2006年6，由于资源缺乏，2005年中国生物柴油实际产量仅在5万吨左右。虽然这个数字并非正式的统计数据，但据此估计，相应的副产甘油的产量应在1万吨以内。2006年至今，中国又建起多套生物柴油装置，估计副产甘油的数量不超过3万吨。再加上6万多吨（精制甘油）进口量，目前中国的甘油市场容量应在2326万吨左右，占世界市场的1/5以上，而且继续呈现快速增长的势头。表1.4 2005年以来中国新增油脂水解装置产能 企业地点产能（万吨）投运日期备注嘉里粮油上海市10.02005.1益海粮油江苏连云港10.02005.6泰柯棕化江苏张家港10.02006.3双马油化江苏如皋20.02006.12博兴华润油化山东博兴9.02007.5由1.8万吨扩至11万吨天柱化肥山东平度4.02006.12关氏东马广州市7.52007.3东马棕榈江苏张家港7.52007.6天宇油化四川泸州3.0由3万吨扩至6万吨合计81.0表1.5 2006年以来中国新增脂肪醇装置产能企业地点产能（万吨）投运日期备注华兴化工辽宁辽阳6.02006年底10.02007年底龙宇化工河南商丘3.42006（扩建）四方行化工湖北武汉1.52006（扩建）中乐油化上海2.02006计划到5.0万吨益海/沙索江苏连云港6.02007三季度合计29.01.5甘油的发展前景甘油已经成为自然界赐予人类的最廉价的多元醇。因此，拓展甘油应用领域、开发高附加值产品已是当今油脂化学工业面临的热点问题之一。可以从以下三方面扩大甘油市场。（1）扩大在日化、医药、食品工业等传统领域中甘油的应用和替代，这一领域甘油消费量大，消费者熟悉其使用方法，因此是扩大现有甘油市场的主攻方向。这需要增加甘油精练装置的产能，提供高质量甘油。（2）取代或部分取代石油基多元醇，尤其是取代乙二醇、丙二醇等与甘油分子结构相似的石油基多元醇。利用甘油的价格优势进行配方应用研究，将是扩大甘油市场的重要方向。譬如，用于汽车防冻液、挡风玻璃清洗液的配方中。（3）以甘油作原料进行深加工，生产高附加值的衍生物，将为甘油市场开辟广阔的应用领域。有些深加工技术已实现了产业化，如：由甘油制环氧氯丙烷。全球环氧氯丙烷市场在100万吨左右，其中陶氏化学公司在美国有环氧氯丙烷产能38万吨，在德国有10.5万吨，几乎占全球产能的一半。2007年3月26日，陶氏化学公司宣布，将在上海化工园区建造世界级15万吨/年环氧氯丙烷装置，该装置以甘油为原料，预计20092010年投产。陶氏认为，甘油法已成为最有竞争力的生产环氧氯丙烷的新方法。比利时的Solvay公司已在法国建有1万吨/年产能的生产装置，正准备在泰国建10万吨/年新装置，计划2009年中期投运。在国内，杨农化工已经建成两套3万吨/年甘油法生产环氧氯丙烷的装置。由甘油制丙二醇。全球1,2丙二醇市场需求量在100万吨/年以上。美国密苏里大学G.J.Suppes为1,2-丙二醇的研究工作多年，并已于2006年末建成1万吨/年的生产装置。该项研究获得2006年度的美国总统绿色化学奖。1,3-丙二醇是新型聚酯Sorona（聚对苯二甲酸丙二醇酯）的单体之一。利用生物方法将甘油转化成1,3-丙二醇也已获得成功。2007年初，杜邦化学公司已在美国田纳西州建成首套生物法年产4.5万吨1,3-丙二醇的生产装置，直接用淀粉作原料。以上两个甘油加工项目已经取得显著的成功，更多的研究项目正在探索和开发过程中。1.6本设计的任务以及选题意义随着中国工业的高速发展，市场对于甘油的需求也逐渐增加。但是在中国以前的甘油生产中，主要靠天然法来生产甘油，但这种方法的甘油产量低，纯度低，因此远远不能满足甘油的市场需求。鉴于此，本设计拟进行以下工作：设计方案采取合成法，采用环氧氯丙烷合成甘油。此方法具有流程短、设备简单、投资费用小等特点，而且可规模放大，适合于规模化工业生产。设计存在的主要关键问题是：一是甘油的制取方法；二是水解工艺路线的确定；三是反应条件的确定。其中反应条件的确定包括反应温度和反应时间的确定、溶液中碱含量的的确定以及产物的分离。设计主要完成以下主要任务：（1）全厂工艺流程、及企业组成； （2）本车间的产品特点及工艺流程、车间布置； （3）主要设备的规格型号、工艺参数； （4）辅助设备的名称、规格、型号。 2工艺说明2.1主要生产甘油的工艺说明2.1.1油脂皂化制皂用油脂皂化制皂提取甘油工艺主要采用传统蒸馏法即将皂化废液经过澄清处理得到精废液，接着浓缩为质量分数40%的甘油，回收盐后浓缩为质量分数80%的甘油，再真空蒸馏、活性炭处理、压滤得到甘油产品。该法存在着产品质量低和能耗高等缺点，致使我国的低级甘油过剩，而98%以上的皂化或药用级甘油，尤其是99.9%的高纯度甘油，主要靠进口。梁秉华等在采用传统工艺制得质量分数40%的甘油后，提出新的工艺流程：首先采用阳离子型高离子澄清剂进行中性条件下的第2 步澄清处理，减少了副反应，除色和除臭效果好；第2 步为色谱分离，使离子物和非离子物的盐、胶体和有色物从甘油中排除；最后进行树脂脱色、脱盐和真空浓缩，制得高纯度甘油。整个生产过程在100 下进行，浓缩阶段也在110 下进行，杂质少、能耗低，可制得低成本相当药用二级甘油。并且小试和中试对比了新、旧工艺在质量、技术经济指标和环保方面的特点和优势，分析了工业化规模的可行性。2.1.2天然油脂水解法由植物油脂水解制皂所得废液中制取甘油，此废液中含有甘油6%15%，无机盐8%16%，碱金属0.1%0.5%，其他有机物0.1%2%。先将一部分脂肪酸或油脂或含有剩余油脂的皂基加入皂化副产物废液中。煮沸使其发生皂化反应，反应完成后，静止并且降温，出去上层皂基，在下层废液中加入0.35%左右的硫酸铝，并加盐酸调节，使得PH在4.55.0左右。过滤，所得的滤液在4.55.0之间，加硫酸铝时应不再有沉淀生成，而加氢氧化钠时，滤液中应该出现絮状沉淀。否则将应再用硫酸铝和盐酸重新处理，硫酸铝可用三氯化铁或明矾代替。酸处理所得的溶液应呈透明状，除滤时候滤液往往有浑浊现象，应送回原滤液中再用盐酸处理。过滤所得的透明溶液中加入滤液量的0.03%0.05%的氢氧化钠，搅拌均匀后再过滤，滤液的PH值为8.5 9.0。将滤液放入蒸发罐中，用火直接加热煮沸，边浓缩，边补滤液。蒸发罐内的液体要保持一定的质量，不能蒸干。随着滤液不断蒸发，蒸发罐内溶液的甘油含量逐渐增加，当沸点达到125130摄氏度时候，甘油含量在70%左右，在蒸发过程中，当温度达到105110摄氏度时，开始析出食盐，在蒸发罐底放一个浅口盘，随时取出浓缩所形成的盐类，还可以将滤液在自然循环蒸发器中用低压蒸汽真空蒸发，浓缩过程形成的盐用蒸发器底部的盐箱回收。浓缩后的粗甘油采用真空蒸馏塔法精致，将蒸馏所收集的甘油加入漂白槽中，加入活性炭或硅藻土，也7479摄氏度下搅拌12小时，进行漂白，脱臭，然后再同样的温度下过滤，即得到高纯的的优质甘油。2.1.3丙烯醛法将丙烯醛和水蒸气的混合气体与25%的氧气（以丙烯计，重量%）通过丙烯醛反应器，反应器为固定床，内装以碳化硅载体的氧化铜催化剂。反应在300400摄氏度温度下进行。丙烯醛收率为68%85%，丙烯转化率为6%7%。反应气经丙烯醛分离塔分离重组分后，与异丙醇一起经汽化器送入丙烯醛反应器。丙烯醛与异丙醇以1：（210）的比例配制。丙烯醇反应器为多管式固定床反应器，装有氧化镁氧化锌催化剂。反应在400摄氏度下进行，反应收率约为80%，同时副产等摩尔的丙酮。生成的丙烯醇经分离塔提纯后于过氧化氢水溶液一起进入丙烯醇羟化反应器，在少量三氧化钨存在的条件下，与5070摄氏度下反应23个小时，生成缩水甘油。缩水甘油经水解后进入多效蒸发塔，蒸出多余水分，然后加入少量碱经闪蒸塔和真空蒸馏塔精致后得到成品甘油。2.1.4 环氧氯丙烷法用环氧氯丙烷合成的甘油， 是一种工艺成熟、产品质量好的生产方法。1980年我国就引进了生产装置， 目前我国合成甘油的年产能力在5 kt 以上，但长期以来受原料环氧氯丙烷货紧价高的影响，使合成甘油的生产能力无法发挥。国外合成甘油产量很大，美国年产甘油300 kt，其中合成甘油150 kt。将纯度大于95%的丙烯经干燥预处理后于氯气在一定比例下迅速通过氯化反应器，反应温度500摄氏度左右。然后极冷送入分离塔分离未反应的丙烯，得到的氯丙烯送入次氯酸化反应器。氯丙烯与次氯酸在2030摄氏度下反应，收率90%92%。反应混合物经分离器分离去次氯酸的水层后，得到的二氯丙醇油层与15%的石灰乳与8090摄氏度下反应，反应液经蒸汽蒸馏，塔顶蒸去环氧氯丙烷与水的共沸物。然后经精制可得纯度为98%的环氧氯丙烷。环氧氯丙烷经分离后精制送入水解罐，在140摄氏度每1.4兆帕压力下，于10%的苛性钠（或碳酸钠）水溶液下进行水解，水解液含大量氯化钠和稀甘油水溶液，在多效蒸发器中浓缩，得到90%的粗甘油，再在150摄氏度每1.37兆帕的压力下减压精馏后得到纯度为99%的甘油在环氧氯丙烷生产中，产生大量副产品三氯丙烷，可综合利用，通过加热水解制各甘油综合方法如下：(1)水解。在反应器内加入1 mol 三氯丙烷副产品（混合物，沸程130170 ），加热回流，滴加醋酸钠水溶液（醋酸钠用量是三氯丙烷质量的3），滴完后即开始滴加1.5 mol 的质量分数20氢氧化钠溶液，滴加时间约为2 h，回流温度由100 左右逐步因共沸作用而降低到90 左右，此后，因水解作用沸点逐步上升，直到110 为止，（在滴完后约1 h），抽样观察。反应物中油相消失，由二相变为一相，在110 保持10 min 后，并在搅拌中逐步降温到70 后继续搅拌1 h，开动真空泵，脱气10 min，然后在常压条件下加热到85 ， 放料， 用盐酸中和到pH为6 为止，冷却。(2)甘油水的纯化。经中和的产品是甘油水的饱和食盐溶液，加入少量多聚氯化铝净水剂，静置过夜，过滤去除不净杂质，去除表层浮油，如有结晶盐析出， 必须用少量清水洗除盐表面所吸附的甘油，再把洗液过滤后和第一次的滤液合并。所得产品为浅黄色的甘油食盐溶液。(3)脱盐。把以上所制的产品在真空中（6.66610.666 kPa）脱水，沸点约5060 ，当水馏出量约为总体积的1/6 时，即把残液过滤脱盐，滤出的盐分必须先用未浓缩的甘油溶液来洗涤，再用淡水洗涤，洗液和浓缩液合并，重新真空蒸馏脱盐，如此反复56 次，直到浓缩液中甘油的质量分数达80以上，即可用为粗甘油处理。(4)离子交换处理。把粗甘油用水稀释到质量分数20左右，先用阴阳离子混合的离子交换柱处理，然后依次用阴离子树脂，阳离子树脂处理，如此反复3 次，待甘油溶液中不含氯离子或钠离子，即可得去离子甘油水溶液。(5)浓缩和蒸馏。把上述的甘油水溶液在13.332kPa，60 左右浓缩到质量分数91.3， 用氢氧化钠把pH 调节到8.5，然后在933.254 Pa，170 进行蒸馏，可得纯度在98以上的纯甘油。但是此种方法也存在的主要问题如管线盐堵。甘油生产经蒸发、蒸馏、回收等过程，伴有大量盐析出。易造成管线堵塞，影响生产，这是甘油装置最大的难题。但可用控制甘油浓度的办法来控制盐的结晶速度和粒度，减少盐堵现象；还有能耗高。本装置生产甘油耗能比国内同类的皂化甘油装置高得多。如何减少能耗，提高能量利用率，也是一个很有研究意义的课题。2.2 工艺流程方案由于天然法生产的甘油产量较低，远远不能满足国内需求，故国内一般用运用合成法莱制取甘油，此设计采用环氧氯丙烷法制取甘油，其生产工艺如下： 环氧氯丙烷蒸发精馏离心分离 减压浓缩 精制成品甘油2.3 主要工艺参数说明在用环氧氯丙烷法生产甘油的时候，主要用了涉及工艺参数：（1） 环氧氯丙烷水解时候用了15%的Na2CO3溶液做碱。（2） 反应温度在125，常压下进行。为减少副反应的发生，进料的环氧氯丙烷浓度尽量大，这里取100%纯度的进料。3生产工艺设计计算3.1 主要化学反应3.1.1 化学反应在制取甘油的生产工艺中，由于天然法制取甘油的产量较低，远远不能满足中国的甘油市场，故生产甘油多数用合成法。本设计方案采取合成法，用环氧氯丙烷合成甘油，具体生产过程计算如下。在用环氧氯丙烷生产甘油时，主要发生下列反应，本设计则是针对此系列反应过程进行的相关计算：第一个反应：CH2CHOCH2CI+H2OCH2OHCHOHCH2CI +21.51kcal/mol第二个反应：CH2OHCHOHCH2CI+1/2Na2CO3CH2OHCHOCH2+NaCI+1/2CO3+1/2H2O -3.2 kcal/mol 第三个反应：CH2OHCHOCH2+H2OCH2OHCHOHCH2OH +18.1 kcal/mol3.1.2 化学反应物料衡算计算物料衡算：设计任务为年产十万吨甘油，工作日为365-设备维修日25天=340天；以每小时生成甘油为准，即:F(甘油)=10107/3402492=133.2kmol/h由于生产的甘油只含98%的纯甘油，故F (成品甘油)= 133.2/98%=136.0 kmol/h;已知环氧氯丙烷（以下简称ECH）的转化率为96%，故：F (ECH)= 136.0/0.99=137.4 kmol/h;3.2反应器的设计3.2.1 反应釜体积计算第一个反应的反应器设计,本反映在125条件下进行根据体系物料衡算有F (ECH) =137.4 kmol/h，F (水)=28 kmol/h所以 F(总进料)= 137.4+28=165.4 kmol/h=0.046 kmol/minECH的体积流量为q（ech）=137.492.5/1.81103=7.0 m3/h水的体积流量为q（水）=1828/1.0103=0.504 m3/h进口体积流量为q（总）=7.504 m3/hCA0=137.4/7.504=18.4 kmol/ m3已知反映的动力学方程为-R=k1Ca, 查得k1得7.710-5min-1则根据反映动力学方程式求得体积为： =0.0460.99/7.710-518.4=30.85 m3设反应器的装料系数为0.9，则反应器的有效体积为V;V = V（r）/=30.85/0.9 =34.3 m3物料的平均停留时间 t= V（r）/ q（总）=30.85/7.504=4.1h3.2.2 反应釜直径和高度的计算在已知反应斧的操作容积后，首先要选择罐体适宜的长径比(H/Di)，以确定罐体直径和高度。选择罐体长径比主要考虑以下两方面因素：（1）长径比对搅拌功率的影响：在转速不变的情况下，PD5（其中D-搅拌器直径，P搅拌功率），P随釜体直径的增大，而增加很多，减小长径比只能无谓地损耗一些搅拌功率。因此一般情况下，长径比应选择大一些。（2）长径比对传热的影响：当容积一定时，H/Di越高，越有利于传热。长径比的确定通常采用经验值3，即见下表3.1表3.1 罐体长径比经验表反应器种类填装物料类型高径比（H/Di）一般反应器液液相或液固相物料11.3气液相物料12发酵罐液相物料1.72.5取H/D=1.2，采用椭圆形釜底，封头高度H1=0.25D，体积V=0.131D3，则反应釜直径D：H2=0.95D=1.2D-0.25D=0.95D;V=/4D2H2+0.131D3 (H2=0.95D)34.3=/4D0.95D+0.131D3D=4.97mH=1.2 H=5.96m3.2.3 反应釜的热量衡算：由于连续式反应器是一封闭物系，则由热量衡算方程式可导出下式：上式为间歇釜式反应器反应物料的温度与时间的关系式，式中mt反应物料质量，kg； Cp，t反应物料从基准温度改变到实际温度的平均热容，J/kg；Tc传热介质温度，； T反应物系温度，； 反应时间，S(DHR)基准温度下反应热，J/kmol； K0总传热系数， J/m2s；即：W/m2.Ah传热面积，m2等温反应，dT=0，上式变为 KAh(TcT)=(DHR)(rA)VR 可查得： DHR=412J/kmol 则 若为等温操作，则反应过程放出的热量等于载热体移走的热量，首先计算出放热量，根据下式计算出传热面积总传热系数计算：式中K0-总传热系数，W/m2. a-给热系数，W/m2.； R-污垢热阻，m2/W； d-壁厚，m； l-设备壁导热系数，W/m。 下标 i、o、m分别表示设备内、外和平均。常用污垢热阻大致范围可查R=4.159d=10给热系数的确定釜侧的传热膜系数，可采用如下的关联式求取，在夹套传热的场合为：式中Di-釜内径，m； l-热流体的导热系数 ，W/m.k；m，ms-流体的粘度及流体在侧壁上的粘度， PaS；Cp-热容，J/kgK代入数据：当 时；式 u-水在夹套内流速，m/s； De -夹套的当量直径，m。夹套直径Dj的计算：Dj可根据罐体内径按下表3-2推荐的数据选取。表3.2 夹套直径Dj与罐体直径Di的关系（mm）Di50060070018002000300030005000DjDi+50Di+100Di+200Di+300则 代入总计算公式得：传热面积：同理，对于第二个反应器的计算，计算方法如同反应器一。3.2.4第二个反应的反应器设计本反应分别在110摄氏度和125摄氏度条件下进行计算方法同第一个反应器，同样可计算出体积，热量衡算，和强度校核.反应釜体积计算：已知对于第一次反应的料液出口浓度有CA=CAO+k1t （由于k1t值较小，故可粗略认为出口料液浓度守恒） =18.4 kmol/ m3即18.4 kmol/ m3的CH2OHCHOHCH2CI和98%的Na2CO3同时进料。查的资料的98%的Na2CO3的密度为2.532g/cm3；反应转化率为0.8；对于第二个反应器进行物料衡算，N（ Na2CO3）=76.1/0.98=77.3kmol/h, N(C3H6O2CI)=158.8 kmol/h; F（C3H5O2）=85.0 kmol/h，F（NaCI）=67.2 kmol/h，F（CO2）=25.3 kmol/h，F（H2O）=10.3 kmol/h则F（总进料2）=77.3+158.8=236.1 kmol/h=0.66 kmol/min;CA=18.4 kmol/ m3q(Na2CO3)=77.3106/2.532103 =3.3 m3/hC(Na2CO3)=77.3/3.3 =23.4 kmol/h=0.006 kmol/min已知该反应的动力学方程为-Ra=k2 CA2(1-Xa2) 且k2=1.12104则可计算此反应釜的有效体积为 =0.660.8/18.42（1-0.8）1.12104=32.3 m3装料系数取0.9V= V（r）/=32.3/0.9=35.9 m3反应釜直径和高度的计算同理V=/4D2H2+0.131D3 (H2=0.95D)可计算的D=5.02m；H=6.02m同样可计算出第三个感应器的体积；第三个反应的反应器设计，本反映在120条件下进行同样，CA02=K2+ CA，由于反应速率小，故可认为反映浓度依然守衡，即 CA0=18.4 kmol/ m3，反应转化率为0.8 已知进料C（CH2OHCHOCH2）=18.4 kmol/ m3F(总进料3)= F（C3H5O2）+ F（NaCI）+F（H2O）=170+67.2+10.3=247.5 kmol/h=0.06875 kmol/min且已知此反应的动力学方程为-Ra1=k3 CA2 k3=9105=0.068750.8/18.49105=33.2 m3装料系数取0.9V= V（r）/=33.2/0.9=36.8 m3H=0.95D=1.2D-0.25D=0.95DV=/4D2H2+0.131D3 (H2=0.95D)36.8=3.14/40.95D+0.131D3D=5.04 m H=6.05 m此反应的三个反应釜采用三釜串联试反应4车间设备布置说明4.1 车间布置设计的意义车间布置设计是工厂设计中很重要的一环，一个合理的车间布置设计，不仅可在建设投资经济效益等方面取得良好效果,并且对今后的正常安全生产车间管理设备维修能量利用物料运输人流往来等多方面有极大影响10。4.2 车间布置的原则车间平面布置首先必须适合全厂总平面布置的要求，应尽可能使各车间的平面布置在总体上达到协调、整齐、紧凑、美观、相互融洽，浑为一体。（1）辅料车间与使用设备靠近。（2）按节省能源的角度，把设备分布在两面楼层。做到减轻楼层负荷减少输送数量和管道的密度。（3）合理安排通道以及楼梯的位置。（4）设备要统一安排，排列整齐，有足够的操作空间。4.3 车间设备布置保证工艺流程的通畅，即保证工艺流程在水平方向和垂直方向的连续性，以便生产连续正常进行。（1）考虑合适的设备间距，设备间距过大会增加建筑面积，拉长管道，从而增加建筑和管道的投资，同时操作和管理都不方便。设备间距过小，虽可以节省占地和投资，但会带来操作、安装和维修的困难。（2）满足生产方便操作，如彼此相连续的各工序的设备，应尽量配置靠近些，以缩短联系她们的输送线路，设备之间尽可能达到自动流送物料，这样可减少输送设备。（3）满足安装检修拆卸的要求，一般厂房大门的宽度要比所需要通过的设备宽度大0.2米左右，本厂车间大门设计为4米。（4）考虑运输通道，如每排设备至少一侧要留有通道，大的室内设备在底层还要留有移出通道，并接近主道路布置。通道的宽度取决于运输工具、运输物件的外形尺寸及人流、货流通过量，主干道宽度78m，车间通道宽45m。（5）采光和照明 由于车间不设置围墙，车间主要采用天然采光，夜间电灯照明。全选用开启式照明器，用绝缘性能好的灯座。灯管选用透射性能好的镁光灯。（6）采暖和通风 本工厂采用集中采暖式的蒸汽采暖，能量来自于本厂锅炉房。办公、生活区设有空调。4.4 车间布置的任务车间设备布置的任务，是确定设备在车间空间的位置，确定建、构建物及场地的位置与结构尺寸，确