年产5000吨顺丁烯二酸二甲酯生产工艺设计

目录1.总论 71.1设计依据 71.2建设规模 71.2.1产品品种、规格、数量 71.2.2主要原料、产品的物理化学性质、规格、来源 71.3产品方案 81.3.1产品的用途 81.3.2工艺路线 81.3.3工艺流程简述 82.工艺计算： 92.1物料衡算： 102.1.1基础数据： 102.1.2原料、产品的技术规格 112.1.3物料衡算: 112.2热量衡算 122.2.1动力（水、电、气、汽）技术规格 122.2.2热量衡算 123设备选型计算 163.1贮罐的选型说明及计算 163.2反应釜的选型说明及计算 183.3换热器的选型说明及计算 193.4泵类的选型说明及计算 204.设备布置 264.1设备布置原则 264.2车间建筑要求 264.3设备布置 265.消耗定额、控制指标、定员 275.1原材料、动力消耗定额及消耗量 275.2生产控制分析表 285.3定员 286三废处理及环境保护 297、安全生产与劳动保护 307.1危险性物质物性一览表 317.2消防安全措施 317．2．1车间建筑安全要求 317．2．2工艺安全措施 317．2．3电气安全措施 327.3劳动防护措施 328.节能措施 35致谢 36参考文献 37化工1211班毕业设计任务书化工1211班，储莉同学：现下达给你毕业设计如下，要求你在预定的时间内，完成此项任务。一、项目名称：5000吨/年马来酸二甲酯生产工艺设计通过相关图书、期刊、电子资料等查询、论证，自行确定生产方法，经老师审阅后执行。二、主要内容1、开题报告（1）产品市场概况及前景、现有生产方法评价、以及选定的生产方法（2）毕业设计主要工作（3）工作进度安排2、设计及说明书内容见指导书3、设计图纸（1）带控制点的工艺流程图（2）物料流程图（3）设备一览表（4）设备平面布置图三、工艺设计参数：（1）产品规模及规格：年生产力：5000吨/年产品规格：≧99%(wt)(2)年开工时间：300天（3）反应条件、消耗定额、收率等相关数据，请根据所选生产方法的文献确定。（4）原料规格：所有原料是工业一级品，通过查阅资料得到。（5）公用工程条件：蒸汽：8kg/cm2循环冷却水：20℃电：380V（6）厂址：常州地区，自然条件主导风向东南风最大风速20.3m/s平均风速3.1m/s年平均降雨量1076.1mm年平均气温15.4℃绝对最高气温39.4℃绝对最低气温-15.5℃年平均相对湿度70%年平均气压1016.3mbar地下水位3.00m地震烈度6°四、设计中主要参考资料（参考书）（包括资料、规范、标准等）：化工部设备设计中心站。《化工设备设计手册》、《化学工程师手册》。上海科学技术出版社。1981。国家医药管理局上海医药设计院编,化学工艺设计手册[M]（第二版）化学工业出版社（等）刘光启、马连湘、刘杰。《化学化工物性数据手册》。化学工业出版社，工业装备与信息工程出版中心。2001。《化学工程手册》编辑委员会。《化学工程手册》（1-6）。化学工业出版社。1998。化工部科技情报研究所，世界精细化工手册[M],北京：科学出版社，1982.402相关图书、期刊、电子资料等等五、提交技术文件：设计说明书：1份设计图纸：3张（物料流程图、带控制点工艺流程图、设备平面布置图）六、上交文件（装订）：1、开题报告：1份（将此任务书装订在开题报告封面后第一页）2、设计说明书：1份；附：设计图纸3张及设备一览表3、草稿本请将上述文件装在文件袋中上交。设计指导老师：刘承先2014、11、20

常州工程职业技术学院毕业设计报告（2012届）题目：5000吨/年顺丁烯二酸二甲酯生产工艺设计学生：储莉系：化学工程技术系专业班级：化工1211指导教师：刘承先专业技术职务：教授一、前言课题的背景、目的和意义课题的背景、目的和意义：顺丁烯二酸二甲酯与其它物质的共聚物可制成多种具有特殊性能和用途的涂料、粘结剂、防缩整理剂等，有很大的市场应用价值。在顺丁烯二酸二甲酯的生产应用中，若想提高产品生产率，简化后处理工艺，降低生产成本，则传统的以硫酸为催化剂的生产工艺有必要向新型的绿色经济型工艺发展；而关键在于高效、廉价、易于分离回收的新型催化剂的设计开发。沸石型分子筛具有催化活性高，环境污染小，能够重复使用，且可以与多价金属阳离子进行离子交换改性等优势，将会成为马来酸二甲酯生产工艺中催化剂发展方向之一。近几年来，马来酸二甲酯的合成在技术上没有多大的进展，主要停留在20世纪70年代的技术水平。国内用硫酸作为催化剂，它虽然价廉易得，但设备腐蚀严重，副反应多，有大量富马酸二甲酷产生，山于在马来酸二甲酯中残存硫酸，因此，若用液碱中和将产生大量废液，用釜蒸馏时也会有釜残产生造成损失，而影响马来酸二甲酯的收率。这几年在酯化方面，出现了磷钨酸、硫酸铁、甲基磺酸、硫酸铁氨、对甲苯磺酸、硅钨酸、聚苯乙烯磺酸、硫酸铁和三氯化铝等固体超强酸，它们的制备须高温净化分离，非常麻烦，需要自己合成，制备催化剂本身就产生三废。课题的现状与发展趋势；课题欲解决哪一方面的问题生产顺丁烯二酸二甲酯的现状与发展趋势：现在用于顺丁烯二酸二甲酯催化合成的无机酸类催化剂主要是硫酸。早先有美国专利报道，在泡帽塔反应器中，以硫酸为催化剂，甲醇与顺酐按摩尔比1．4—3．0混合，在100—125℃下酯化反应20～140min，马来酸二甲酯收率达到96％以上。目前国内用于顺丁烯二酸二甲酯合成的最常用无机酸催化剂也是硫酸。然而真正涉及工艺方面的报道较少，只从少数文献得知酯化反应时间约需10小时左右。国内外所报道的反应时间相差这么多，不排除可能是反应器及操作不同而造成的原因。总之硫酸用作催化剂，其优点是可溶于反应体系中，使酯化反应在均相条件下进行；而且催化活性高，价格便宜。缺点是硫酸有强氧化性，易使产品色泽变深；且又有强腐蚀性，易腐蚀设备及排除的酸性废水易造成环境污染。所以被其它类型催化剂（离子交换树脂类催化剂、固体酸类催化剂）逐步取代也是势在必行。我欲解决催化剂这一方面的问题。二、课题方案的确定方案的原理、特点与选择依据方案的原理：顺丁烯二酸二甲酯的合成分两步进行：（1）顺酐醇解生成顺丁烯二酸单甲酯HC-C=OHC-C=O=O+CH3OH→HC-COOCH3HC-COOH=+CH3OH加催化剂HC-COOCH3HC-COOCH3=+H2O该反应过程中顺酐开环结合一分子水，反应迅速，无需催化剂。研究表明，第一步反应容易进行，无需催化剂，基本上是不可逆的。第二步反应是可逆过程，速率较慢，是合成顺丁烯二酸二甲酯的关键控制步骤，需在催化剂的作用下才能进行的比较迅速和完全。（2）顺丁烯二酸单甲酯转化为双酯该反应是可逆过程，是合成马来酸二甲酯的关键控制步骤，需在催化剂的作用下才能进行的比较迅速和完全。方案的特点：我选择磷钨酸。因为磷钨酸价廉易得，且具有与产品分离容易、酯化过程无三废、其催化剂可循环使用、收率可达95%以上等优点。方案的选择依据：eq\o\ac(○,1)传统生产DMM的方法是以顺酐为原料，在硫酸的催化作用下与甲醇进行酯化反应，该生产工艺虽然催化剂硫酸的催化活性高、价格便宜，但存在副反应多、产品容易异构化成富马酸二甲酯、设备腐蚀严重、后续处理复杂等缺点。eq\o\ac(○,2)固体酸包括杂多酸、无机酸盐、金属氧化物、固体超强酸及沸石型分子筛等，具有很强的酸性，它作为一类新型催化剂材料替代浓硫酸催化合成酯类物质，具有易分离，可再利用及不腐蚀设备等优点，且反应活性和选择性都很高。前四类固体酸催化剂已广泛应用于各类酯化反应中，但对顺丁烯二酸二甲酯的催化合成仍未见有报道。国内有何思列等人简单报道了以固体酸催化剂催化合成顺丁烯二酸二甲酯，产品收率达到96％以上；但是文中未指出是哪类固体酸催化剂，而且也没有工艺条件；总之，可供参考的信息不多。eq\o\ac(○,3)与均相酸催化剂相比，离子交换树脂既有很高的催化活性，又具有副反应少、无设备腐蚀及工艺流程简单等许多优点。不足的是阳离子交换树脂本身价格较高，从而会增加生产工艺的整体成本。eq\o\ac(○,4)这几年，我们发现磷钨酸价廉易得，且具有与产品分离容易、酯化过程无三废、其催化剂可循环使用、收率可达95%以上等优点。综上所述，我选择磷钨酸催化剂。课题完成步骤课题完成步骤表周次天数学习内容达成目标13设计准备动员讲课，明确设计任务要求，完成时间。1-417设计计算物料衡算、热量衡算、设备设计及选型。5-715绘图工艺流程图、物料流程图、设备平面布置图等。84编制设计说明书、答辩编制设计说明书，并与图纸装订成册。准备参加答辩。三、阶段性设计计划、设计目标与应用价值1.第1周:对生产的资料进行收集。为以后的设计准备素材。2.第2-4周：物料衡算、热量衡算、设备设计及选型。对方案中的涉及的数据进行计算，为确定设备和制图提供依据3.第5-7周：制图查看相关的文献，严格按照标准制图。4.第8周：编写设计说明书和装订成册。合理的设计说明书可以更加的方便阅读，寻找信息业更快。四、参考文献1、魏影石油化工设计数据手册—下石油工业出版社1985(3)2、中国石化集团上海工程有限公司化工工艺设计手册化学工业出版社2009(8)3、申迎华，郭晓刚化工原理课程设计化学工业出版社2009-5-14、时钧化学工程手册(上·下)(第二版)化学工业出版社2002五、指导教师审阅意见签名：年月日1.总论1.1设计依据1、老师下达的“5000吨/年马来酸二甲酯生产工艺设计”设计任务书；2、批准的5000吨/年顺丁烯二酸二甲酯生产工艺开题报告3、建筑防火设计规范GB50016-20084、石油化工防火规范GB50160-20121.2建设规模1.2.1产品品种、规格、数量产品品种：马来酸二甲酯年生产力：5000吨/年产品规格：≧98%(wt)1.2.2主要原料、产品的物理化学性质、规格、来源顺酐无色结晶粉末，有强烈刺激气味。溶于乙醇、乙醚和丙酮，难溶于石油醚和四氯化碳。与热水作用生成马来酸。全名：顺丁烯二酸二酸酐熔点：52.8℃别称：马来酸酐沸点：202.2℃化学式：C4H2O3密度：1.48分子量：98.06闪点：103.3℃物理性质：白色片状结晶，有强烈刺激气味，比重1.48，易升华，遇水易潮解生成马来酸。危险特性：遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧的危险。有腐蚀性。燃烧产物：CO,CO2灭火方法：雾状水，泡沫，CO2，沙土2.甲醇物理性质性状：无色透明，刺激性气味液体爆炸下限：6%临界温度：240℃临界压力：7.95Mpa引燃温度：464℃爆炸上限：36.5%化学性状

1.其外观呈无色透明液体状。遇冷聚合变混浊。能与水、乙醇、丙酮任意混溶。

2.在空气中能逐渐被氧化为甲酸，是强还原剂。在一般商品中，都加入10%～12%的甲醇以防止聚合。

3.沸点96℃/101.325kPa；闪点140°F(60℃)；d25251.081～1.085；n20D1.3746。

4.LD50大鼠口服：0.80g/kg。

5.市场上的甲醛是其水溶液，遇冷能聚合变浑，也可解聚成无色透明溶液。具有刺激性气味，能使眼睛流泪。为强还原剂。通常为防止聚合加入10%～12%的甲醇。1.3产品方案1.3.1产品的用途无色油状液体，化工重要的有机原料，用作增塑剂，脂肪油类的防腐剂及有机合成的原料。可作有机溶剂与高分子单体和合成树脂的增塑剂，也可作杀虫剂、杀菌剂、防锈添加剂、有机合成中间体，当与其它物质的共聚物可成多功能性能及用途的涂料、粘合剂、防缩整理剂等。1.3.2工艺路线1、现有生产工艺路线综述目前，有利用各种催化剂催化合成马来酸二甲酯的方法（1）采用逐步酸化、逐步加料和离子交换冷冻法合成了十一钨铬铁杂多酸H6Fe(H2O)CrW11O39·10H2O催化剂，通过化学分析、IR、UV光谱对催化剂进行了表征。结果表明:当甲醇与顺醉的物质的量比为6：1，催化剂用量为0.89，反应时间2.5h，反应温度97一9℃，环己烷作为带水剂酯化率可达92.83%。利用杂多酸催化合成马来酸二甲酷活性高，催化剂用量小，反应条件温和，操作简便，不腐蚀设备，不污染环境，是酯化反应的理想催化剂，催化剂重复使用3次，活性不降低。克服了用浓硫酸作催化剂，设备腐蚀严重，污染重等缺点，而且，催化剂又可重复使用，从而开拓了马来酸二甲酯催化剂的新领域，具有工业化的前景。（2）以苯乙烯／二乙烯苯为原料，合成了DZH型树脂催化剂。通过静态／动态等测试方法，研究了树脂催化剂的热稳定性，优化了催化剂合成的工艺条件。制备的DZH型树脂催化剂用于顺丁烯二酸酐酯化反应，在反应温度90~110.C、反应压力0.6MPa、m（甲醇）:m（顺丁烯二酸酐）1.4、顺丁烯二酸酐空速0.74h-1条件下，顺丁烯二酸酐转化率≥99.6%，马来酸二甲酯收率≥98.6%。（3）顺酐和甲醇在大孔径阳离子树脂催化剂的作用下进行醋化反应，生成顺丁烯二酸二甲酯和水，经过脱低沸物，中和水洗，干燥及减压薄膜蒸馏等精制工序处理，制得成品(产品纯度达到99.0%以上)（4）国内外顺酐酯化低压加氢的酯化过程中多用甲醇为酯化剂。甲醇作为酯化剂工艺优点有:使酯化后的甲醇和水的分离变得容易;增加DMM的挥发度，使之气相加氢的操作范围变宽;甲醇的酯化转化率高达99.5%，故不存在DMM的提纯过程，不需要未反应的顺配和单甲酯循环，只有甲醇提纯循环过程，从而大大简化了流程，故工程总投资比以乙醇为醋化剂时减少15%。首先将过量的甲醇和顺酐混合进人单醋化反应器，生成马来酸单甲醋，该过程较易进行，在较低温度下无需使用催化剂，并且具有较高的收率。然后马来酸单甲酯和甲醇分别由顶部和下部进人双酯化反应生成DMM。固体酸包括杂多酸、无机酸盐、金属氧化物、固体超强酸及沸石型分子筛等，具有很强的酸性，它作为一类新型催化剂材料替代浓H2SO4催化合成酯类物质，具有易分离，可再利用及不腐蚀设备等优点，且反应活性和选择性都很高。综上，我们认为用固体酸催化剂合成马来酸二甲酯具有实用价值，采用固体酸为催化剂，催化顺酐的甲酯化反应合成马来酸二甲酯的生产路线，具有生产工艺简单、副产物少、产收率高的特点，具有良好的开发前景。2、反应原理:第一步:顺酐醇解生成顺丁烯二酸单甲酯C4H2O3+CH3OH——→C5H6O4第二步：顺丁烯二酸单甲酯转化为双酯C5H6O4+CH3OH——→C6H8O4+H2O1.3.3工艺流程简述甲醇由甲醇储罐（V101）经甲醇泵（P101）和顺酐(V102)进入混合罐(V)加热混合后打入单酯反应釜(R102)，物料与带水剂二氯乙烷在配碱釜(R102)中进行反应，未反应的二氯乙烷回到带水剂储罐(V106)，未反应完全的物料一部分通过回流罐回到单酯反应釜循环反应，另一部分则反应后经过换热器(E102)升温后送入双酯反应釜(R101)，同时通入带水剂和甲醇，塔顶的甲醇和水与少量单酯进入精馏塔精馏(T101)，分离出水和甲醇，双酯反应釜生成的双酯送入碱洗槽进行碱洗，碱洗后的产品送入产品罐(V104)；单酯反应釜反应得到的单酯由单酯反应釜底排出，经过冷凝打入配碱釜(R102)进行多次碱洗，将得到的粗产品打入中间罐中，然后从中间罐将粗产品打入精馏塔(T101)，得到的产品由塔顶排出，经过碱洗后得到最终产品，送入产品罐(V104)。2.工艺计算2.1物料衡算：2.1.1基础数据：生产制度：5000吨/年，300天/年，产品规格99%2.1.2原料、产品的技术规格序号名称规格物性备注1顺酐≥99%固态2甲醇≥99.6%液态31,2-二氯乙烷≥99%液态4磷钨酸固态5NaOH固态中间产品的技术规格序号名称规格物性备注1马来酸单酯100%液态2水100%液态产品的技术规格序号名称规格物性备注1马来酸双酯≥99%液态2.1.3物料衡算:主反应方程式：C4H2O3+CH3OH——→C5H6O4<1>C5H6O4+CH3OH——→C6H8O4+H2O<2>一年300个工作日，一天按8小时生产生产的500吨/年的马来酸二甲酯需要的各物质的物质的量质量分别为：n顺酐=（5000×1000×99.0%）/（300×144×93%×100%）=124.45Kmol/daym顺酐=124.45×98=12196.33kg/dayv顺酐=12196.33/0.934=13058Ln甲醇=124.45×6=746.7Kmol/daym甲醇=746.7×32=23894kg/dayv甲醇=23894/0.792=30169L/daym磷钨酸=1.5%×m顺酐=0.015×12196.33=182.94kg/dayv带水剂=200L/day(1)反应釜的物料平衡:顺酐选择性为93%，生成马来酸二甲酯的物质的量为：mDMM=1.6680×104kg/day；nDMM=115.7385Kmol/daymH2O2.083×103kg/day；nH2O=115.7385Kmol/dayvH2O=2.083×103L/dayv甲醇=3.0169×104L/daym磷钨酸=1.5%×m顺酐=0.015×12196.33=182.94kg/dayv带水剂=200L/day生成1molDMM需每天消耗的甲醇量为:1.93×124.45kmol=240.1885kmol/day剩余的甲醇的量：n甲醇=746.7-240.1885=506.5115kmol/daym甲醇=506.5115×32=1.6208×104kg/day(2)中和釜的物料平衡:有93%的顺酐转为目的产品，还有7%的顺酐和甲醇反应生成副产物。反应方程式如下：C4H2O3+CH3OH——→C5H6O4顺酐每天的投料量为101.65kmol，生成的单酯的量为n单酯=124.45×7%=8.7115kmol/daym单酯=8.7115×130=1132.495kg/dayCC6H8O4115.7385Kmol/dayCH3OH506.5115Kmol/dayH2O115.7385Kmol/day反应C反应C4H2O3124.45Kmol/dayCH3OH746.7Kmol/day根据上面的简图，可检验平衡：进口物料总量：124.45×98+746.7×32=36090.5kg/day出口物料总量：115.7385×144+506.5115×32+115.7385×18=35174.5kg/day所以，进出口物料的量相等，则反应平衡精馏塔的计算:反应釜中的气相产物经冷凝后分离出的甲醇和水的组成：nH2O=115.7385kmol/dayn甲醇=746.7-240.1885=506.511kmol/day每天总进料量为：n总=115.7385+506.511=622.2495kmol/day摩尔组成：甲醇506.511/622.2495=81.4%水115.7385/622.2495=18.6%以时间单位为基准，即总物料量…F=D+W(1)易挥发组分量……………FXF=DXD+WXW(2)已知处理量n总为622.2495kmol/day，一天按8个小时来计算那么精馏塔的进料量为：F=77.78kmol/h要求XD≥99.6%，XW≤0.2%77.78=D+W77.78×81.4%=99.6%D+0.2%W所以计算得：D=63.28kmol/hW=14.50kmol/h设备物料平衡表序号组分kg/ht/dt/aw％进料1顺酐1524.512196.333658899992甲醇2986.723894716820099.63水260.42083624900进料总计4771.638173.3311451999出料1马来酸双酯20851668050040002剩余甲醇202616208486240099.63水660.65285.31585599出料总计4771.638173.33114318952.2热量衡算2.2.1动力（水、电、气、汽）技术规格技术规格序号名称规格1蒸汽3kg/cm32循环冷却水20℃3电220V380V2.2.2热量衡算1换热器的计算：（1）水冷换热器E101气相物料经过水冷凝冷下了甲醇、水和带水剂设冷却水的进口温度t1=25℃,出口温度t2=35℃物料的进口温度T1=90℃,出口温度T2=40℃由于带水剂含量很少，可忽略平均温度T=（90+40）/2=65℃65+273.15=338.15K时，查《化学工程手册—1》得相关的数据和公式：CP=A+BT+CT2+DT3理想热容系数编号ABCD甲醇15.0521.694×10-26.179×10-6-6.811×10-9水27.7014.593×10-42.521×10-6-0.8589×10-9由CP=A+BT+CT2+DT3计算得Cp,1=5.052+1.694×10-2×338.15+6.179×10-6×338.152-6.811×10-9×338.153=11.22kcal/kmol.kCp,2=7.701+4.593×10-4×338.15+2.521×10-6×338.152-0.8589×10-9×338.153=8.11kcal/kmol.kCP=Cp,1x+Cp,2(1-x)=11.22×0.814+8.11×（1-0.814）=10.6415kcal/kmol.k =[(90-35）-(40-25)]/1.3=30.77℃平均汽化潜热根据《化学工艺设计手册-上册》可知30.77℃时，r水=24.7KJ/Kgr甲醇=1193.4375KJ/KgWh=(m甲醇+m水）/（24×360）=18280/8640=0.212KJ/srm=1193.48×(16200+2080)+2426.7×[2080/(2080+16200)]=1057.54276÷35=133.83kJ/kg∴Q=0.212×133.83=282.78KJ/s=2.83×105J/kgK取500W/m2..k∴A=Q/K×△tm=(2.83×105）/（500×30.77）=18.4m2冷却水的用量Q=GCP(t2-t1)查水的CP=1.00kcal/k∴G=3.077×105/(35-25)=3.077×104kg/h2.单酯反应釜的计算物料12196.33KG/DAY顺酐99%单酯物料23894KG/DAY甲醇99.6%未反应甲醇16208KG/DAY热量Q1：原料带入量Q4:物料带出热热量Q2：水蒸气供热Q5：设备吸收热Q3：反应过程热Q6：环境损失热Q1＋Q2＋Q3＝Q4＋Q5＋Q6设基准温度为25℃，原料进料温度25℃，即Q1＝0由于是连续反应，所以Q5＝0热损失Q6=10%Q2Q3反应过程热C4H2O3+CH3OH——→C5H6O4C4H2O3燃烧热-△Hc=332.10kal/molCH3OH-△Hc=170.9kcal/molC5H6O4-△Hc=535.268kcal/molQ3=(535.268-170.9-332.10)×12196.33×1000/98=1.678×107KJQ4物料带出热的计算单酯带走的热量25℃时单酯C25P=18.8+2×5.95+14.1+9.95=228.855J/(mol.k)100℃时C100P=22.5+2×6.7+15.5+11.55=263.131J/(mol.k)CP=(228.855+263.131)/2=245.993J/(mol.k)Q单酯=CM△t=245.993×13214.5/130.10×(100-25)=1.87×106KJ未反应的甲醇带走的热量25℃时未反应的甲醇C25P=9.95+10.5=85.481J/(mol.k)100℃时C100P=11.5+17.0=119.339J/(mol.k)Cp=(85.481+119.339)/2=102.4095J/(mol.k)Q未反应甲醇=CM△t=102.4095×(1.6208×104)/32×(100-25)=3.8902×106KJQ4=Q单酯+Q未反应甲醇=1.87×106+3.8902×106=5.76×106KJQ2=Q4+Q5+Q6-Q1-Q3=5.76×106+0+10%Q2-0+1.678×107Q2=2.5×107KJQ6=10%Q2=2.5×106KJ反应釜热量衡算表进热量（kJ/h）出热量（kJ/h）原料投入量Q10物料带出热Q41.435×106

水蒸汽加热Q25.23×106设备吸收热Q50反应过程热Q3-3.27×106热损失Q65.23×105总计1.96×106KJ总计1.958×106KJ3.双酯反应釜的计算物料单酯双酯物料甲醇水鏻钨酸杂质（含单酯）热量Q1：原料带入量Q4：物料带出热热量Q2：水蒸气供热Q5：设备吸收热Q3：反应过程热Q6:环境损失热Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6C5H6O4+CH3OH——→C6H8O4+H2OC5H6O4△Hc=535.268kcal/molCH3OH-△Hc=170.9kcal/molC6H8O4△Hc=629.697kcal/molQ3=(-629.697+535.268+170.9)/130×13214.5×93%×1000×4.18=3.021×107KJQ1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6Q4=3.89×107KJQ2=3.26×106KJQ6=10%Q2Q6=3.26×反应釜热量衡算表进热量（kJ/h）出热量（kJ/h）原料投入量Q18.56×105物料带出热Q42.59×106

水蒸汽加热Q21.01×107设备吸收热Q50反应过程热Q3-7.32×106热损失Q61.01×105总计3.63×106KJ总计3.6×106KJ3.设备选型计算3.1贮罐的选型说明及计算(1)甲醇贮罐V101要求：计算每天需要的甲醇体积V总=3.0169×104L,根据生产情况选取100m3的贮罐，根据《化工工艺设计手册》选用立式储备罐公称容积VN（m3）100储罐内径（mm）5200罐壁高度mm5200拱顶高度mm554总高度mm5754罐体材质Q235-A,F设计温度℃-19150设计压力Mpa-0.52储罐总重kg6135型号：A100/5200图号：HG21504.1-92-201(2)顺酐贮罐V102要求：计算每天需要的顺酐体积V总=1.3058×104L,根据生产情况选取100m3的贮罐，根据《化工工艺设计手册》选用立式储备罐公称容积VN（m3）100储罐内径（mm）5200罐壁高度mm5200拱顶高度mm554总高度mm5754罐体材质Q235-A,F设计温度℃-19150设计压力Mpa-0.52储罐总重kg6135型号：A100/5200图号：HG21504.1-92-201(3)甲醇水溶液中间贮罐V103要求：计算每天需要处理的的甲醇水溶液体积V总≈2.49×104L,根据生产情况选取8m3贮罐一个，根据《化工工艺设计手册》选用卧式椭圆形封头容器（JB1428-74）公称容积m38实际容积m38.41筒体公称直径DN（mm）1600筒体长度（mm）3600支座数量3设备净重量（kg）654图号HG21504.1-92-67型号A8/1600(4)产品贮罐V104要求：计算体积V总≈11.28m3,根据生产情况选取16m3贮罐一个，根据《化工工艺设计手册》选用卧式椭圆形封头容器（JB1428-74）公称容积m316实际容积m316.22筒体公称直径DN（mm）2000筒体长度（mm）4400支座数量3设备净重量（kg）1230图号HG21504.1-92-71型号A16/2000(5)精馏甲醇贮罐V108要求：计算每天需要处理的的甲醇水溶液体积V甲醇≈7600L,根据生产情况选取8m3贮罐一个，根据《化工工艺设计手册》选用卧式椭圆形封头容器（JB1428-74）公称容积m38筒体公称直径DN（mm）1600筒体长度（mm）3600支座数量3设备净重量（kg）654图号HG21504.1-92-67型号A8/16003.2反应釜的选型说明及计算(1)酯化反应釜R101要求：常压下，处理量V总=V甲醇+V带水剂=3.0169×104+200=3.0369×104L分两批生产:V1=V总/2=3.0369×104/2=15184.5LV2=15184.5/4=3796.125L查《化学工艺设计手册》第二版下册此处选取5000L的搪玻璃反应釜常压反应釜四个，分两批生产。内部材质为不锈钢的反应釜:公称容积VN(L)5000公称直径DN(mm)1750计算容积V计(L)6011容积系数VN/VJ0.83夹套换热面积(m2)14.89公称压力PN(Mpa)容器内1.0夹套内0.6(2)中和釜R-102要求：常压下，每个反应釜出来的处理量V总=2886L，所需氢氧化钠用量为1358L，V总=4282L，查《化学工艺设计手册》第二版下册，此处选取5000L的搪玻璃反应釜常压反应釜两个。内部材质为不锈钢的反应釜:公称容积VN(L)5000公称直径DN(mm)1750计算容积V计(L)5435容积系数VN/VJ0.92夹套换热面积(m2)13.4公称压力PN(Mpa)容器内1.0夹套内0.6(3)配碱釜R103要求：常压下，V=5432.00/2=2716L查《化学工艺设计手册》第二版下册，选取3000L的搪玻璃反应釜一个。公称容积VN(L)3000公称直径DN(mm)1600计算容积V计(L)3811容积系数VN/VJ0.79夹套换热面积(m2)9.74公称压力PN(Mpa)容器内1.0夹套内0.63.3换热器的选型说明及计算(1)水冷换热器E101要求：选取水冷的换热面积A=10m2，热的甲醇、水和少量的带水剂蒸汽走壳程，冷却水走管程。根据《化工工艺设计手册》选用列管式固定管板换热器：筒体公称直径(mm)400公称压力PN(Mpa)0.6换热管管长(mm)1500换热管外径×壁厚(mm)Φ19×2管程I管子根数174中心排管数14管程流通面积(m2)0.0307换热面积A(m2)14.5管心距(mm)25材质不锈钢型号S-400I-1.5/19-0.6-14.5被冷的热流《化工工艺设计手册》选列管式固定管板换热器(2)再沸器E104要求：计算换热面积A=4.199m2,用蒸气加热，根据选择换热器的原则，蒸气走壳程，被加热的流体走管程。根据《化工工艺设计手册》选用立式热虹吸式重沸器。基本参数：公称直径DN(mm)400管程Ⅰ管子数51中心排管数7管长(mm)2500换热管外径×壁厚(mm)Φ38×2.5管心距(mm)48管程流通截面积（m2）0.0436换热面积（计算值）（m2）14.63.4泵类(1)水洗泵P101要求：ＶDMM=16680/1152=14.48m3Q=14.48m3/h选用泵：流程Qm3/h转数r/min轴功率kw电机功率kw允许气蚀余量m(2)进料泵P102要求：F=77.78kmol/hｍ=77.78×32=2488.98kgV=2488.98/792=3.14m3Q=3.14m3/h选用泵：流量Qm3/h2.5扬程Hm87转数r/min2950轴功率kw3.48电机功率kw7.5允许气蚀余量m2.5重量kg163型号40Y-40×2配套电机：电机额定功率kw30转速r/min2950重量290电机型号YB200L1-2(3)回流泵P103要求：D=63.28kmol/hm=63.28×32=2024.96kgV=2024.96/792=2.55m3Q=2.55m3选用泵：流量Qm3/h6.25扬程Hm80转数r/min2950轴功率kw4.55电机功率kw7.5允许气蚀余量m2.7重量kg163型号40Y-40×2配套电机：电机额定功率kw30转速r/min2950重量290 电机型号YB200L1-2(4)碱液泵P104要求：V总=5432L/dayV=5432/2=2716L/day=2.716m3/day用半小时输送Q=2.716/0.5=5.432m3/h选用泵：流量Qm3/h6.25扬程Hm80转数r/min2950轴功率kw4.55电机功率kw7.5允许气蚀余量m2.7重量kg163型号40Y-40×2配套电机：电机额定功率kw30转速r/min2950重量290电机型号YB200L1-23.5产品精馏塔说明及计算((1)操作压力精馏操作按操作压力分为常压、加压和减压操作。精馏操作中压力影响非常大。当压力增大时，混合液的相对挥发度将减小，对分离不利；当压力减小时，相对挥发度将增大，对分离有利。但当压力不太低时，对设备的要求较高，设备费用增加。因此在设计时一般采用常压蒸馏。当常压下无法完成操作时，则采用加压或减压蒸馏。对于甲醇-水系统在常压下相对挥发度相差较大，较易分离，故本设计采用常压精馏。(2)气液平衡关系及平衡数据表1甲醇-水平衡时的t、x、y数据（摘于化工工艺手册）平衡温度t10092.990.388.985.081.678.0液相甲醇x05.317.679.2613.1520.8328.18气相甲醇y028.3440.0143.5354.5562.7367.75平衡温度t73.872.771.370.068.066.964.7液相甲醇x46.2052.9259.3768.4985.6287.41100气相甲醇y77.5679.7181.8384.9289.6291.94100根据以上数据绘出x-y平衡图①根据气液平衡表（x-y-t表）利用内插法求塔顶温度tLD，tVD，塔釜温度tW，进料温度tF已知F=60.64kmol/hXF=81.4%,XD=99.6%，XW=0.2%a.塔顶温度tLD，tVDb.塔釜温度tWc.进料温度tF②回流比确定由表1的数据绘制x-y图由图可知进料平衡曲线为不正常平衡曲线，为减小误差，用作图法求最小回流比Rmin由点a(xD,xD)向平衡线作切线，交轴于b(0,59.1)，即精馏段操作线截距，所以。操作回流比可取为最小回流比的1.1~2.0倍，所以取所以回流比确定为③相对挥发度t=92.9℃时，t=66.9℃时，精馏塔理论板数的计算（逐板计算法）汽液平衡方程：(a)=精馏段操作线方程：XD=0.996(b)截距：则精馏段操作线方程：y=0.507+0.491提馏段操作线方程(c)已知：F=77.78kmol/h,D=63.28kmol/h,W=14.50kmol/h,α=4.35,R=1.03=0.004所以提馏段操作线方程：泡点进料q=1,Xq=XF=0.814 第一层上升的蒸汽组成Y1=XD=0.996由汽液平衡方程(a)得第一层板下降的液体组成解得X1=0.9828由精馏段操作线方程(b)得第二层板上升蒸汽组成y2=0.5071+0.491=0.5070.9828+0.491=0.9893第二层板下降的液体组成仍可由(a)式求得X2=0.9550第三层板上升的蒸汽组成仍可由(b)式求得Y3=0.9752第三层板下降的液体组成即为X3=0.9004按上步骤依次计算可得y4=0.9475X4=0.8057<0.814(XF)因为第四层上液相组成已小于进料液组成（XF=0.814），故让进料引入此板。第五层理论板上升的汽相组成应用提馏段操作线方程(c)计算，得y5=1.114-0.000451=0.8961第五块板下降的液体组成仍由(a)式求得解得X5=0.6647第六层板上升的蒸汽组成仍由(c)式求得Y6=1.115-0.000451=0.73922第六层板下降的液体组成仍由(a)式求得解得X6=0.3945按上步骤依次计算可得Y7=0.4385X7=0.1522Y8=0.1689X8=0.04463Y9=0.04921X9=0.011758Y10=0.01263X10=2.9319×10-3Y11=2.8116×10-3X11=6.478×10-4<0.004()故总理论塔板层数为11层（包括再沸器）。其中精馏段理论板为3层，提馏段理论板为8层，加料板为第4层。5000吨/年马来酸二甲酯设备一览表序号位号名称型号或图号规格技术特性主要材料数量备注主要介质温度℃压力Kpa１V-101甲醇储槽HG21504.1-92-201V=100m3Q235A20101.3碳钢１２V-102顺酐储槽HG21504.1-92-201V=100m3Q235A20101.3碳钢1３V-103甲醇计量槽HG21504.1-92-55V=5m3Q235A20101.3碳钢14V-104分水器V=0.3m3A3F20101.3碳钢15V-105带水剂中间储罐HG21504.1-92-61V=3m3A3F20101.3碳钢16V-106甲醇水溶液中间储罐HG21504.1-92-67V=8m3A3F20101.3碳钢17V-107产品储罐HG21504.1-92-71V=16m3A3F20101.3碳钢18V-108精馏甲醇贮罐HG21504.1-92-67V=8m3A3F20101.3碳钢19R-101酯化反应釜HG/T2372-35V=5000L20101.3搪玻璃410R-102中和反应釜HG/T2371-92V=5000L20101.3搪玻璃211R-103配碱釜HG/T2371-92V=300L20101.3搪玻璃112E-101水冷换热器SS400I-1.5/19-0.6-14.514.5m220101.3不锈钢113E-102预热器SS-159I-3/25-1.6-2.62.6m220101.3不锈钢114E-103换热器SS-450I-2/25-0.6-2641.0m220101.3不锈钢115E-104再沸器SS-400Ⅰ-2.5/38-1.0-1414.6m220101.3不锈钢116T-101精馏塔HG5-1232-79H=4m20101.3搪玻璃117P-101A(B)水洗泵2CY-7.5780×368×378mm20101.3铸铁2B备用18P-102A(B)碱液泵40Y-40×26.25m3/h,80m20101.3铸铁2B备用19P-103A(B)进料泵40Y-40×22.5m3/h,87m20101.3铸铁2B备用20P-104A(B)回流泵KCB-33.3600×319.5×285mm20101.3铸铁2B备用21P-105A(B)废水泵KCB-18.31.1m3/h20101.3铸铁2B备用4.设备布置4.1设备布置原则设备布置确定各设备在车间的位置，确定场地与建筑物的尺寸，确定管道、生产仪表管线、采暖通风管线的走向和位置，应做到布置经济合理，节约投资，操作维修安全方便，同时要考虑车间的发展和厂房的扩建问题。车间中各工段联系频繁,生产特点无显著差异,建筑设计规范及工业设计卫生标准符合。因此将车间的生产,辅助集中布置厂房内,厂房采用框架结构,生产部分采用敞开式(乙级防爆)有利于采光通风.根据工艺流程图及设备一览表,其外形为长方形,长方形有利于节约用地,设备排列,缩短管线.可较多来历用自然通风的墙面。4.2车间建筑要求防火防爆要求泄压面积在本套装置上有马来酸二甲酯爆炸危险为甲类厂房宜独立设置，并宜采用敞开或半敞开式。其承重结构宜采用钢筋混凝土或钢框架、排架结构。厂房中有爆炸危险的部位应设置泄压设施。有爆炸危险的甲、乙类厂房，其泄压面积宜按下式计算，但当厂房的长径比大于3时，宜将该建筑划分为长径比不大于3的多个计算段，各计算段中的公共截面不得作为泄压面积：,由于此厂房长为15m，宽为12m，高也为12米。查的《厂房内爆炸性危险物质的类别与泄压比》得C=0.055，所以A=0.5，所以泄压设施宜采用轻质屋面板、轻质墙体和易于泄压的门、窗等，不应采用普通玻璃。泄压设施的设置应避开人员密集的场所和主要交通道路，并宜靠近有爆炸危险的部位。作为泄压设施的轻质屋面板和轻质墙体的单位质量不宜超过60kg/m2。柱间距、高度、跨度的确定厂房柱间距的布置，车间生产类别属甲类生，采用框架结构，柱间距为6m，这样可以充分利用建筑结构上标准结构，预制构件节约设计和施工力量，加快基建。厂房的跨度，即宽度，为尽可能利用自然采风和通风，以及建筑经济上的要求，采用厂房跨度为6m。厂房高度，主要有工艺设备要求所要求。厂房高度主要考虑到车间塔设备布置的情况。此处厂房采用多层厂房。楼板面及地面材料由于处理过程含有有腐蚀性的物料，故决定了本设计中涉及到酸碱之类的物品，所以要考虑地面及墙面的腐蚀。在地面、楼板面和墙壁上涂一层防腐的材料。根据上述场内地面要用混凝土，厂墙要用砖砌体。4.3设备布置本处理过程涉及到易燃、易爆的物品，故生产特点为甲级防火、防爆。生产区域划分根据工艺流程划分。设备布置采用室内和露天相结合，只用柱子支撑楼板，塔设备均放置在楼板上。在布置设备时一定要满足工艺流程的顺序，要保证水平方向和垂直方向上的连续性。对于有压差的设备，应充分利用高位差布置，以节约动力投资和费用。在不影响工艺流程顺序的情况下，将较高设备提高，充分利用空间，简化厂房体形。高位槽应布置在厂房最高处；主要设备和反应器等，应布置在厂房中层；贮罐、计量槽应布置在地面，这样既可利用位差进出物料，又能减少楼面的负荷，降低造价。在保证垂直方向连续性的同时，也要注意在多层厂房中避免操作人员在生产过程中过多的往返于楼层之间。凡属相同的几种设备或同类型的设备，或操作性能相似的有关设备，应尽可能布置在一起。这样可以统一管理，集中操作，还可以减少备用设备和为备用设备布置时留用的占地。在布置设备时除了要考虑设备本身的占地。还要考虑有足够的操作空间，通行及检修的空间。故设备间的距离，应严格根据有关规定。5.消耗定额、控制指标、定员5.1原材料、动力消耗定额及消耗量原材料消耗定额一览表序号原料名称纯度%质量（吨）单价（元/吨）消耗总价（元）1马来酸酐≥990.731060077