脂肪醇聚氧乙烯醚车间工艺设计

年4月19日脂肪醇聚氧乙烯醚车间工艺设计文档仅供参考，不当之处，请联系改正。目录第1章物料及热量衡算 51110\h2 51111\h2 51112\h2 51113\h6 51114\h8第2章设备计算 51115\h9 51116\h9 51117\h15 51118\h21 51119\h27第3章泵的选择 51120\h33 51121\h33 51122\h35第4章中和釜体积及搅拌器功率计算 51123\h36 51124\h36 51125\h36附表 51126\h38TOC\o"1-2"\h\z\u第1章物料及热量衡算说明：硬脂酸（C15H24O）+10EO，年产量60000吨，日产量（按300天计）200吨，每批10吨=10000kg，每天20批链起始剂分子量最终产品分子量每批起始剂的量：环氧乙烷EO的量：故：3923.97+6076.03=10000.00kg催化剂的量：NaOH中和剂：CH3COOH1.由附录已知EO液体流速G=10000kg.h-1EO最快加料时间：实际操作中管道内流体流速不能达到最大值对加料时间进行取整：此时管线内质量流速：1.已知链起始剂的流速G=30000kg.h-1起始剂最快加料时间：对加料时间取整为：此时管内实际质量流速：1.催化剂的质量流速860kg.h-1其中：58%水质量流速kg.h-142%NaOH质量流速kg.h-142%NaOH最快加料时间：取整为则此时42%NaOH溶液在管道中实际质量流速：kg.h-1催化剂在管道内实际质量流速：kg.h-1因为：以PD101为衡算范围，输入=输出因此：（7）、（8）号管线质量流速相等。管线（5）中催化剂NaOH的最大质量流速为2860kg则经验系数：由《技术文件及装置操作手册》知，加料时间定为5min则（5）中流速：kg.h-142%的NaOHkg.h-12%的H2Okg.h-11.管（9）中和剂的质量流速为600kg.h-1其中：98%CH3COOH质量流速：kg.h-1 2%的H2O的质量流速：kg.h-198%CH3COOH最快加料时间：取整为则此时98%CH3COOH的实际质量流速：kg.h-1其中：98%CH3COOHkg.h-12%的H2Okg.h-1以中和计量泵为衡算范围：输入=输出因此：（9）、（10）号管线质量流速相等。管（6）中和剂最大质量流速kg.h-1经验系数：由《技术文件及装置操作手册》知，加料时间定为5min则（6）中流速：kg.h-198%CH3COOHkg.h-12%的H2Okg.h-11.反应回路小循环泵PC-103每次循环量为10000kg,每小时循环次数为6.5次，每小时质量流速G=6.510000=65000kg.h-1流经管线（11）的物料经过反应循环泵PC-103之后，流经管线（12），最后经反应换热器E-102，流经管线（13）的连续过程中，泵和换热器内部都没有积累，即对每一个设备来说，输入=输出，故管线（11）、（12）、（13）的质量流速均为G=65000kg.h-11.反应回路小循环泵PC-103每次循环量为10000kg,循环次数为36次/h,每小时质量流速为360000kg.h-1，在连续操作过程中，PC-101和换热器E-101中不可有积累。因此管线（17）、（18）、（19）中质量流速都相等360000kg.h-1。1.管线（16）是小循环产品出料管线流速已知为40000kg.h-1，管线（22）是大循环产品出料管线流速已知为150000kg.h-1，若卸料只靠小循环回路泵，即只从管线（16）卸料，则10吨产品出料时间=10000/40000=0.25h=15min若卸料只靠大循环回路泵，即只从管线（22）出料时，则10吨产品出料时间=10000/150000=0.067h=4min。而实际生产中卸料应先是大小循环回路同时卸料，即（22）、（16）同时卸料，达到一定程度，液位不再满足大循环回路时，就只能从（16）管线卸料。考虑上述原因，每批醇醚产品出料时间取=10min,则管线平均每小时卸料kg.h-1，卸料只靠小循环泵时，（23）的实际流速G=40000kg.h-1。卸料前期管线（23）的流速G>60000kg.h-1。取：150000kg.h-1。1.管线（13）的流速为35000kg.h-1卸料，取整此时，实际流速kg.h-1因为以pv-104A/B为衡算范围，输入=输出因此管线（13）、（14）流速相等。1.EO总量为4050kg.h-1在预反应阶段加入5%220396616x6428.6×5%y∴因此，在预反应阶段反应链起始剂用量178.57kg,得500.00kg产品。1.加入剩余的EO，但只有95%参加反应，故220396616x6428.6×95%×95%y1.220396616x6428.6×95%×5%y因为原料中有0.1%的水，因此实际投料量：其中预反应起始剂量：反应起始剂量：反应时间/minEO投料量/kg起始剂投量/kgCat用量/kg反应率/%产品量/kg预反应5321.43178.751.191100500.00反应305801.83226.4522.62959025.04熟化20///5475第2章设备计算根据工艺条件选择U型管式换热器，因反应产品的黏度较大且需要冷却，因此水走壳程，导热油走管程，设管程数为NP=2。2.1.1管程（导热油）壳程（产品）定性温度t=物理常数（定性温度下）μ2=3mpa.s=10.8kg/(m∙h)Cp2=2.01kj/(kg*℃)λ=0.10kcal/(h∙m∙℃)ρ2=960kg/m3μ1=10mpa.s=136kg/(m∙h)Cp1=2.72kJ/(kg*℃)ρ1=1000kg/m32.1.2K2.1.3T1=180℃T2=164.8t2=86.20℃t1=△t1=T1-t2=180-86.2=93.8℃△t2=T2-t1=164.8-60=104.80℃∆tm=计算温度校正系数R=S=根据R、S值由P2-54图8-12（a）查得温度校正系数Ft=0.99∆2.1.4热负荷Q及导热油量WQ=W1∙Cp1∙∆t1=360000×2.72×W2.1.F1=2.1.6由P4-358表23-41选取换热器的面积119.40m2.管外径do=0.025，管内径di=0.02，管心距pt=0.032，折流板缺口为25%，管子为正方形45°排列，管长=6m，管子数Nt=F1/(π·do·l)=233.54根，考虑到管子的排列问题，管子数取250根由P2-69图8-28查得(Ds-do)Pt∴Ds-do=592mm,Ds=617mm根据加工原则取Ds=700mm2.1.72.1.7管内质量流速Gi=雷诺准数Rei=由P2-58图8-13查得柯尔因子Jh=0.0045由公式Jh=因液体被加热，黏度校正系数φμ管内给热系数hi=Jh∙Cp∙Gi∙=0.0045×2.01×754.14×2.01×10.800.43-23×1.052.1.7相邻管间隙C假定折流板间距B=0.30m横过管束的流动截面积as=Ds∙质量流速Gs=当量直径Des=雷诺准数Res=由P2-59图8-14查得管子为正方形排列，折流板缺口为25%，管外膜给热系数Js=45.8液体被冷却：ho=Js∙=45.8×0.420.02715×2.72×362.1.8由P2-86附表8-18查得管内污垢系数γ管外污垢系数γ材质采用不锈钢，查得导热系数λ管壁热阻γ总传热系数K1==[14142.61储备系数η=K计/K选=1—1.30时，可认为初选合适，K1/K0=1.29因此选型合理2.1.9管程Rei=13334.73由P2-63图8-21查得摩擦因子Jft=0.005管内流体流速：ui=按公式∆Pi=Np式中m-黏度系数:m=0.14(Rei取μi∆Pi=2×0.816×允许压降=(250-138)×1000壳程由P2-63图8-22查得当Res=8277.4时壳程压降摩擦因子Jfs=0.052，壳内流体流速Us=∆Ps=0.816Jfs(=0.816×0.052×0.5允许压降=2.1.10选单管程U型管式换热器，管程数NP=2壳径Dsmm700公称压力Pgatm16传热面积F1m2119.40管程数NP2管根数Nt250管长lm6管径dmm∅25×2.5板间距Bm0.3管子排列：正方形旋转45○根据工艺条件选择U型管式换热器，因反应产品的黏度较大且需要冷却，因此水走壳程，导热油走管程，设管程数为NP=2。2.2管程（导热油）壳程（产品）定性温度t=物理常数（定性温度下）μ2=3mpa.s=10.8kg/(m∙h)Cp2=2.01kj/(kg*℃)λ=0.10kcal/(h∙m∙℃)ρ2=960kg/m3μ1=5pa.s=18kg/(m∙h)Cp1=2.72kJ/(kg*℃)ρ1=1000kg/m32.K2.T1=180℃T2=t2=80℃t1=△t1=T1-t2=180-80=100℃△t2=T2-t1=165.8-60=105.80℃∆tm=计算温度校正系数R=S=根据R、S值由P2-54图8-12（a）查得温度校正系数Ft=0.99∆2.2.4热负荷Q及导热油量WQ=2.51×1062.F1=2.2由P4-358表23-41选取换热器的面积26.1m2.管外径do=0.025，管内径di=0.02，管心距pt=0.032，折流板缺口为25%，管子为正方形排列，管长=3m，管子数Nt=F1/(π·do·l)=87.05根，考虑到管子的排列问题，管子数取100根。由P2-69图8-28查得(Ds-do)∴Ds-do=352mm,Ds=403mm根据加工原则取Ds=500mm2.2.2管内质量流速Gi=雷诺准数为：Rei=由P2-58图8-13查得柯尔因子Jh=0.0058由公式Jh=因液体被加热，黏度校正系数φμ管内给热系数hi=Jh∙Cp∙Gi∙=0.0058×2.01×6912699×2.01×10.802.2相邻管间隙C假定折流板间距B=0.30m横过管束的流动截面积as=Ds∙质量流速Gs=当量直径

Des=雷诺准数Res=由P2-59图8-14查得管子为正方形排列，折流板缺口为25%，管外膜给热系数Js=20液体被冷却：ho=Js∙=20×0.420.02715×10.8×2.012.2由P2-86附表8-18查得管内污垢系数γ管外污垢系数γ材质采用不锈钢，查得导热系数λ管壁热阻γ总传热系数K1==[+1.49×=1储备系数η=K计/K选=1—1.30时，可认为初选合适，K1/K0=1.145因此选型合理2.2管程Rei=12801.29由P2-63图8-21查得摩擦因子Jft=0.006管内流体流速：ui=按公式∆Pi=Np式中m-黏度系数:m=0.14(Rei取μi∆Pi=2×=3799.29允许压降=(250-210)×10009.8=4081.60kgm2壳程由P2-63图8-22查得当Res=1756.44时壳程压降摩擦因子Jfs=0.055，壳内流体流速Us=∆Ps=0.816Jfs(=0.816×0.07×=1919.8允许压降=2.选单管程U型管式换热器，管程数NP=2壳径Dsmm500公称压力Pgatm16传热面积F1m226.1管程数NP2管根数Nt100管长lm3管径dmm∅25×2.5板间距Bm0.3管子排列正方形旋转45○根据工艺条件选择浮头式换热器，因反应产品的黏度较大且需要冷却，因此水走管程，导热油走壳程，设管程数为NP=2。2.管程（导热油）壳程（产品）定性温度t=物理常数（定性温度下）μ2=3.6kg/(m∙h)Cp2=4.2kJ/(kg∙℃)λ2=0.538kcal/(h∙m∙℃)ρ2=1000kg/m3μ1=16.2kg/(m∙h)Cp1=1.98kJ/(kg∙℃)ρ1=1000kg/m3λ1=0.1kcal/(h∙m∙℃)2.K2.T1=60℃T2=t2=40℃t1=△t1=T1-t2=60-30=30℃△t2=T2-t1=84-40=44℃∆tm=计算温度校正系数R=S=根据R、S值由P2-54图8-12（a）查得温度校正系数Ft=0.98∆2.3.4热负荷Q及导热油量WQ=1.59×1072.3.5F1=2.3由P4-358表23-41选取换热器的面积350m2.管外径do=0.025，管内径di=0.02，管心距pt=0.032，折流板缺口为25%，管子为正方形45°排列，管长=6m，管子数Nt=F1/(π·do·l)=743根，考虑到管子的排列问题，管子数取750根。由P2-69图8-28查得(Ds-do)Pt∴Ds-do=928mm,Ds=953.6mm根据加工原则取Ds=1000mm2.2.管内质量流速Gi=雷诺准数Rei=由P2-58图8-13查得柯尔因子Jh=0.0061由公式Jh=因液体被加热，黏度校正系数φμ管内给热系数hi=Jh∙Cp∙Gi∙=0.0061×4.2×3227442.03×(4.2×3.62.3相邻管间隙C假定折流板间距B=0.60m横过管束的流动截面积as=Ds∙质量流速Gs=当量直径：

Des=雷诺准数Res=由P2-59图8-14查得管子为正方形排列，折流板缺口为25%，管外膜给热系数Js=29液体被冷却：ho=Js∙=29×0.420.02715×1.974×16.22.由P2-86附表8-18查得管内污垢系数γ管外污垢系数γ材质采用不锈钢，查得导热系数λ管壁热阻γ总传热系数K1==[+1.49×10储备系数η=K计/K选=1—1.30时，可认为初选合适，K1/K0=1.16因此选型合理2.管程Rei=17930由P2-63图8-21查得摩擦因子Jft=0.008管内流体流速：ui=按公式∆Pi=Np式中m-黏度系数:m=0.14(Rei>2100,m=0.14)，取∆Pi=2×0.816×0.008×允许压降=(400-274)×10009.8=12857.14kgm壳程由P2-63图8-22查得当Res=2364时壳程压降摩擦因子Jfs=0.052，壳内流体流速Us=∆Ps=0.816Jfs(Ds允许压降=2.3选浮头式列管换热器，管程数NP=2壳径Dsmm1000公称压力Pgatm16传热面积F1m2350管程数NP2管长lm6管径dmm∅25×2.5板间距Bm0.6管子排列：正方形根据工艺条件选择浮头式换热器，导热油走壳程，水走管程，设管程数为NP=2。2.4管程（导热油）壳程（产品）定性温度t=物理常数（定性温度下）μ2=0.4824kg/(m∙h)Cpg=0.58kcal/(m∙h∙℃)Cpl=1.07kcal/(m∙h∙℃)λl=0.568kcal/(h∙m∙℃)ρg=840kg/m3

ρl=860kg/m3γ=460.62kcal/kgμ1=1.8kg/(m∙h)Cp1=0.55kJ/(kg*℃)ρ1=900kg/m3λ1=0.1kcal/(h∙m∙℃)2.K2.T1=203℃T2=t2=160℃t1=△t1=T1-t2=203-160=43℃△t2=T2-t1=203-150=53℃∆tm=计算温度校正系数由于T1=T2，因此R=0，Ft=1不需要校正，因此∆tm=47.8℃2.4.4Q=1.4×2.4F1=2.由P4-358表23-41选取换热器的面积25.30m2.管外径do=0.025，管内径di=0.02，管心距pt=0.032，折流板缺口为25%，管子为正方形排列，管长=4.5m，管子数Nt=F1/(π·do·l)=70.7根，考虑到管子的排列问题，管子数取75根由P2-69图8-28查得(Ds-do)∴Ds-do=313.6mm,Ds=338.6mm根据加工原则取Ds=400mm2.2.4管内质量流速Gi=雷诺准数：Rei=由P2-58图8-13查得柯尔因子Jh=0.003GRei=查图8-16得φ=140φ==126890.022.相邻管间隙C假定折流板间距B=0.30m横过管束的流动截面积as=Ds∙质量流速Gs=当量直径Des=雷诺准数Res=由P2-59图8-14查得管子为正方形排列，折流板缺口为25%，管外膜给热系数Js=90液体被冷却：ho=Js∙=90×0.420.02715×2.由P2-86附表8-18查得管内污垢系数γ管外污垢系数γ材质采用不锈钢，查得导热系数λ管壁热阻γ总传热系数K1==[+1.49×10储备系数η=K计/K选=1—1.30时，可认为初选合适，K1/K0=1.20因此选型合理。2.壳程Rei=106400，由P2-63图8-21查得摩擦因子管内流体流速：ui=按公式：∆Ps=0.816Jfs(式中m-黏度系数:m=0.14(Rei>2100,m=0.14)，取∆Pi==6428.57允许压降=(385-315)×10009.8=7142.86kgm22.选浮头式列管换热器，管程数NP=2壳径Dsmm400公称压力Pgatm16传热面积F1m225.6管程数NP2管长lm4.5管径dmm∅25×2.5板间距Bm0.3管子排列：正方形第3章泵的选择用途：把（17）号管线的液体输送到SA-0101管路上有三个90弯头，三个阀门，一个换热器E0101，二个三通，PC-0101液体流速360000，密度1000，温度180，入口压力450，排出压力855，转速1450，黏度10。3.1.1Vs=msρu=Re=∴湍流流动3.1.2摩擦因λ=0.01227+3.1.3H=∆z+∆u2忽略动能变化，即∆u∆hf=∆hf1+∆hf2名称阻力系数数量管出口φ管入口90弯头QUOTEφ=0.75三个三角落二个QUOTEφ=1管通长5m∆hf1==(=3.27m中途经过E0101换热器，此处局部阻力为∆hf2E0101Ds=1.0mNt=404di=0.017lV1=V2u2属于湍流区，取λ=0.022，则∆hf2==∆hf=∆hf1+∆hf2=3.27+0.56=3.83mH=∆z+查得泵型号200YG75流量Q360m3扬程H75m转数1450r/min效率η75%轴功率98kw配电机功率132kw允许气蚀余量∆h4.5m泵壳许用压力16kgf/cm2第4章中和釜体积及搅拌器功率计算年产量W1=60000吨，一年工作日T1=300天，物料比重Cp=1000取装料系数S=0.8(反应物料为液相取0.75-0.8)，日产量QUOTEW2=W1T1=28800每日生产批数QUOTEW3=W210=9.6批则每小时的工作量QUOTEW4=W2×1000T2=4000kgh工作周期QUOTET3=T2W3=每小时物料体积QUOTEVL=W41000设备总容积QUOTEMV=VL∙实际设备总体积V因为液体黏度不大，对溶介速度无要求可用浆式搅拌器，因此选浆式搅拌器取因此d=2.4×0.5=1.2mN=Re=取C=10EXPA=14+=14+p=1.1+Np==因此，P=Npρ附表设备一览表序号位号设备名称技术规格介质数量单位材料重量(kg)备注单总1R0101反应气液接触器卧式Φ1200×10×7000；V=8/54M3外半管φ73/60.3×3；保温层厚度120mm缩合物+EOH蒸气1台A240TP31545009000P.C.E2R0102反应收集器立式φ2400×15×2200；V=14.25外半管φ73×3/φ19/0.5×1.65保温层厚度120mm缩合物+EO蒸汽1台A240TP316.750015000P.C.E3R0103反应中和器立式φ2400×10×4540；V=17.8M半管φ108×4L=180m醇醚蒸汽/冷却水2台OCr17Ni112-M2OCr19Ni19461018440吉化重机厂4V0102碱计量罐立式φ600×3×3428；V=17.6m3饱温层厚度60mm加热盘管φ25×3L=碱溶液蒸汽1台OCr19Ni1920450900吉化重机厂5V0109酸计量罐立式φ600×3×3428；V=17.6m3饱温层厚度60mm加热盘管φ25×3L=醋酸蒸汽1台OCr17Ni14M-A0220450900吉化重机厂6V0101导热油膨胀罐立式φ1200×6×2756；V=2.26m3;保温层厚度导热油1台Q235-A5501100吉化重机厂7V0104反应系统气液分离罐立式φ700×6×2718；V=0.86m有机物、N2、蒸汽1台Q235-A370740吉化重机厂8V0105反应系统有机物分离罐立式φ800×6×2600;V=0.85m3保温层厚度100mm外盘管φ25×3LEO、N2蒸汽、有机物蒸汽1台OCr17Ni12Mo220420840吉化重机厂