甘油工艺设计

年产十万吨甘油的生产车间工艺设计[摘要]：甘油，学名丙三醇。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。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.在选型的根底上进行了设备的校核。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。[关键词]：环氧氯丙烷；甘油；反响釜；蒸发塔。Technologicaldesignofoutputting100,000tonsofglycerinprocessworkshopperyearAbstract:Glycerin,scientificnamebeingglycerol,isanimportantlightindustryrawmaterial,becauseofitscharacteristicofmoistureabsorption,heatpreservation,heatviscosity,water-soluble,no-poison,tastesweet,bacteriumresolveeasily,andtherearethreehydroxylgroupscouldbemadeintoderivatives.Technologicalofoutputting100,000tonsofglycerinprocessworkshopperyeararedesignedinthispaper.Therearemanywaystoproduceglycerin,buttheepichlorohydrinisadoptedinthispaper.Themaindesignincludesthecalculationsofrawmaterialstoragetank,andtheprocessofproduction,suchasevaporationandheattransfer.Thecalculationsandequipmentselectionsarecompletedthroughmassbalanceandheatbalance,Theengineeringflowsheet,themainequipmentassemblingdrawing,workshopapplianceelevationdrawingandfloorplanofplantarecompletedalso.Keywords:Epichlorohydrin;Glycerin,reactor;evaporationtower目录摘要：IAbstract：II1概述11.1甘油研究背景1甘油性质及用途11.2.甘油的生产工艺11.2.1天然甘油的生产1合成甘油的生产2发酵甘油的生产31.3甘油开展现状41.4甘油的市场分析41.5甘油的开展前景71.6本设计的任务以及选题意义72工艺说明92.1主要生产甘油的工艺说明9油脂皂化制皂9天然油脂水解法9丙烯醛法92.1.4环氧氯丙烷法92.2工艺流程方案102.3主要工艺参数说明103生产工艺设计计算113.1主要化学反响113.1.1化学反响113.1.2化学反响物料衡算113.2反响器的设计113.2.1反响釜体积计算113.2.2反响釜直径和高度的计算123.2.3反响釜的热量衡算：12第二个反响的反响器设计143.3反响釜的强度校核163.3.1选择材料163.3.2计算压力和封头的壁厚163.3.3反响器的质量载荷计算163.3.4塔的自阵周期计算183.3.5地震载荷计算183.3.6风载荷计算20各种载荷引起的轴向应力22筒体的强度与稳定性校核233.3.9筒体和裙座水压试验应力校核243.3.10裙座水压试验应力校核253.3.11根底环设计253.3.12地脚螺栓计算264附属设备的计算284.1储罐的设计284.1.1容积的计算：284.1.2容器的选型284.2反响釜搅拌器的选型294.2.1搅拌器的计算29搅拌功率计算294.3换热器的计算304.3.1确定换热器的类型304.3.2估算传热面积304.3.3换热器工艺结构尺寸31核算总传热系数314.4蒸发器的选择334.4.1蒸发器选择原那么334.4.2蒸发量计算33蒸发器的主要尺寸计算354.5真空浓缩罐364.6泵364.7精馏塔的设计36395.1车间布置设计的意义395.2车间布置的原那么395.3车间设备布置395.4车间布置的任务395.5设备布置设计注意的问题395.5.1露天化布置与室内布置395.5.2生产流程化布置405.5.3集中化布置405.5.4操作、安装与检修要求405.5.5设备布置与厂房建筑405.5.6设备布置与平安卫生405.6车间设备布置的方法与步骤406总结4243致谢44参考文献45附录1工艺流程图46附录2主要设备装配图46附录3车间立面图46附录4全厂平面图461.1甘油研究背景甘油性质及用途甘油〔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，那么产量大增，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〔20／4℃)。纯甘油可形成结晶固体，冷至－15～－55℃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：例如与金属钠反响生成一元甘油醇钠甘油，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、化装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，也是聚氨酯泡沫反响的引发剂、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、化装品、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;合成甘油那么是将石油化工产品经化学合成制得。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响生成肥皂及甘油的过程,其反响方程式如下：甘三酯苛性钠肥皂甘油皂化反响产物分成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9％～16％，无机盐质量分数8％～20％。〔2〕、油脂水解油脂与过量水在一定条件下反响生成脂肪酸和甘油的过程,其理论上总反响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)在一定条件下反响生成脂肪酸酯和甘油的过程,反响方程式如下:甘三酯甲醇脂肪酸甲酯甘油在此反响过程中,每生产1Kg脂肪酸甲酯,约产生0·1Kg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。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复原合成合成丙烯醇；最后丙烯醇过氧化氢羟基化合成甘油。过氧化氢那么用异丙醇氧化制得。〔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响，得到环氯丙烃。经别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。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甘油开展现状目前，国内甘油开展迅速，但主要制备方法的开展现状有：〔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。我国锦州某厂方案经济年代曾引进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〕下达了该研究工程。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开展，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，还有一局部非食用油〔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30～35万吨。这些企业的甘油总产量在2～3万吨。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〕的酯交换反响得到脂肪酸酯，并伴生甘油。2003年，中国天然脂肪醇总产能尚缺乏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开展，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〕地开展，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。随着经济的开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FrankGunstone估计，全球甘油市场容量2000年在75万吨，2005年为86万吨，2010年将到达100万吨。当时，他对生物柴油产业的开展速度及影响估计缺乏。根据Frost&Suliven的调查，2004年全球甘油产能已经到达约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2003～2006年间中国甘油的进口量。由表1[1]可见，2003年甘油进口总量已经到达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开展，以及甘油精炼设施缺乏，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开展，从而增加对甘油的需求量。值得注意的是，我国与兴旺国家在甘油的消费构成上存在较大差异，见下表1.3。由表1.3可见[2]，我国的甘油市场，在药品、化装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1.12003～2006年间中国甘油进口量〔单位：吨〕年份2003200420052006粗甘油90537—1847635334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、止咳糖浆等化装品工业牙膏、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1.3兴旺国家在甘油消费构成上的差异相关工业消费构成%中国美国西欧日本全球平均药品、化装品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开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。这两方面开展的结果，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开展迅猛，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2～3万吨。〔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15～17万吨。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局部。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23～26万吨左右，占世界市场的1/5以上，而且继续呈现快速增长的势头。表1.42005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1.52006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方案到5.0万吨益海/沙索江苏连云港6.02007三季度合计29.01.5甘油的开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〕取代或局部取代石油基多元醇，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：①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2009～2010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，方案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。②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。以上两个甘油加工工程已经取得显著的成功，更多的研究工程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开展，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；二是水解工艺路线确实定；三是反响条件确实定。其中反响条件确实定包括反响温度和反响时间确实定、溶液中碱含量的确实定以及产物的别离。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。2.1主要生产甘油的工艺说明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，减少了副反响，除色和除臭效果好；第2步为色谱别离，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，可制得低本钱相当药用二级甘油。并且小试和中试比照了新、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。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%。先将一局部脂肪酸或油脂或含有剩余油脂的皂基参加皂化副产物废液中。煮沸使其发生皂化反响，反响完成后，静止并且降温，出去上层皂基，在下层废液中参加0.35%左右的硫酸铝，并加盐酸调节，使得PH在4.5~5.0左右。过滤，所得的滤液在4.5~5.0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。否那么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参加滤液量的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，当沸点到达125~130摄氏度时候，甘油含量在70%左右，在蒸发过程中，当温度到达105~110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参加漂白槽中，参加活性炭或硅藻土，也74~79摄氏度下搅拌1~2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%〕通过丙烯醛反响器，反响器为固定床，内装以碳化硅载体的氧化铜催化剂。反响在300~400摄氏度温度下进行。丙烯醛收率为68%~85%，丙烯转化率为6%~7%。反响气经丙烯醛别离塔别离重组分后，与异丙醇一起经汽化器送入丙烯醛反响器。丙烯醛与异丙醇以1：〔2~10〕的比例配制。丙烯醇反响器为多管式固定床反响器，装有氧化镁—氧化锌催化剂。反响在400摄氏度下进行，反响收率约为80%，同时副产等摩尔的丙酮。生成的丙烯醇经别离塔提纯后于过氧化氢水溶液一起进入丙烯醇羟化反响器，在少量三氧化钨存在的条件下，与50~70摄氏度下反响2~3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，然后参加少量碱经闪蒸塔和真空蒸馏塔精致后得到成品甘油。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5kt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300kt，其中合成甘油150kt。将纯度大于95%的丙烯经枯燥预处理后于氯气在一定比例下迅速通过氯化反响器，反响温度500摄氏度左右。然后极冷送入别离塔别离未反响的丙烯，得到的氯丙烯送入次氯酸化反响器。氯丙烯与次氯酸在20~30摄氏度下反响，收率90%~92%。反响混合物经别离器别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80~90摄氏度下反响，反响液经蒸汽蒸馏，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。环氧氯丙烷经别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。在反响器内参加1mol三氯丙烷副产品〔混合物，沸程130～170℃〕，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1.5mol的质量分数20％氢氧化钠溶液，滴加时间约为2h，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1h〕，抽样观察。反响物中油相消失，由二相变为一相，在110℃保持10min后，并在搅拌中逐步降温到70℃后继续搅拌1h，开动真空泵，脱气10min，然后在常压条件下加热到(2)甘油水的纯化。经中和的产品是甘油水的饱和食盐溶液，参加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外表所吸附的甘油，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〔6.666～10.666kPa〕脱水，沸点约50～60℃，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5～6次，直到浓缩液中甘油的质量分数达80(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933.254Pa，170℃进行蒸馏，可得纯度在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方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别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：环氧氯丙烷水解时候用了15%的Na2CO3溶液做碱。反响温度在125℃3.1主要化学反响3.1.1化学反响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，主要发生以下反响，本设计那么是针对此系列反响过程进行的相关计算：第一个反响：CH2CHOCH2CI+H2O——→CH2OHCHOHCH2CI+21.51kcal/mol第二个反响：CH2OHCHOHCH2CI+1/2Na2CO3 ——→CH2OHCHOCH2+NaCI+1/2CO3+1/2H2O-3.2kcal/mol第三个反响：CH2OHCHOCH2+H2O——→CH2OHCHOHCH2OH+18.1kcal/mol化学反响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)=10×107/340×24×92=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%=136.0kmol/h;环氧氯丙烷〔以下简称ECH〕的转化率为96%，故：F(ECH)=136.0/0.99=137.4kmol/h;3.2反响器的设计反响釜体积计算第一个反响的反响器设计,本反映在125℃根据体系物料衡算有F(ECH)=137.4kmol/h，F(水)=28kmol/h所以F(总进料)=137.4+28=165.4kmol/h=0.046kmol/minECH的体积流量为q〔ech〕=137.4×92.5/1.81×103=7.0m3水的体积流量为q〔水〕=18×28/1.0×103=0.504m3进口体积流量为q〔总〕=7.504m3CA0=137.4/7.504=18.4kmol/m3反映的动力学方程为-R=k1Ca,,查得k1得7.7×10-5min-1那么根据反映动力学方程式求得体积为：=0.046×0.99/7.7×10-5×18.4=30.85m设反响器的装料系数为0.9，那么反响器的有效体积为V;V=V〔r〕/=30.85/0.9=34.3m物料的平均停留时间t=V〔r〕/q〔总〕=30.85/7.504 =4.1h反响釜直径和高度的计算在反响斧的操作容积后，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。长径比确实定通常采用经验值[3]，即见下表3.1表3.1罐体长径比经验表反响器种类填装物料类型高径比〔H/Di〕一般反响器液液相或液固相物料1~1.3气液相物料1~2发酵罐液相物料1.7~2.5取H/D=1.2，采用椭圆形釜底，封头高度H1=0.25D，体积V=0.131D3，那么反响釜直径D：H2=0.95D=1.2D-0.25D=0.95D;V=/4×D2H2+0.131D3(H2=0.95D)34.3=/4×D×0.95D+0.131D3D=4.97mH=1.2H=5.96m反响釜的热量衡算：由于连续式反响器是一封闭物系，那么由热量衡算方程式可导出下式：上式为间歇釜式反响器反响物料的温度与时间的关系式，式中mt—反响物料质量，kg；Cp，t—反响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—反响物系温度，℃；τ—反响时间，S(－HR)—基准温度下反响热，J/kmol； K0—总传热系数，J/m2s℃；即：W/m2.℃Ah—传热面积，m2等温反响，dT=0，上式变为KAh(Tc－T)=(－HR)(－rA)VR可查得：－HR=412J/kmol那么假设为等温操作，那么反响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.℃给热系数，W/m2.℃；R污垢热阻，m2℃/W壁厚，m；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=4.159=10给热系数确实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；热流体的导热系数，W/m.k；，s流体的粘度及流体在侧壁上的粘度，Pa·S；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〕Di500～600700～18002000～30003000～5000DjDi+50Di+100Di+200Di+300那么代入总计算公式得：传热面积：同理，对于第二个反响器的计算，计算方法如同反响器一。第二个反响的反响器设计本反响分别在110摄氏度和125摄氏度条件下进行计算方法同第一个反响器，同样可计算出体积，热量衡算，和强度校核.反响釜体积计算：对于第一次反响的料液出口浓度有CA=CAO+k1t〔由于k1t值较小，故可粗略认为出口料液浓度守恒〕=18.4kmol/m3即18.4kmol/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；反响转化率为0.8；全混釜式反响器示意图对于第二个反响器进行物料衡算，N〔Na2CO3〕=76.1/0.98=77.3kmol/h,N(C3H6O2CI)=158.8kmol/h;F〔C3H5O2〕=85.0kmol/h，F〔NaCI〕=67.2kmol/h，F〔CO2〕=25.3kmol/h，F〔H2O〕=10.3kmol/h那么F〔总进料2〕=77.3+158.8=236.1kmol/h=0.66kmol/min;CA=18.4kmol/m3q(Na2CO3)=77.3×106/2.532×103=3.3m3C(Na2CO3)=77.3/3.3=23.4kmol/h=0.006kmol/min该反响的动力学方程为-Ra=k2CA2(1-Xa2)且k2=1.12×104 那么可计算此反响釜的有效体积为=0.66×0.8/18.42×〔1-0.8〕×1.12×104=32.3m装料系数取0.9V=V〔r〕/=32.3/0.9=35.9m反响釜直径和高度的计算同理V=/4×D2H2+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；第三个反响的反响器设计，本反映在120℃同样，CA02=K2+CA，由于反响速率小，故可认为反映浓度依然守衡，即CA0=18.4kmol/m3，反响转化率为0.8进料C〔CH2OHCHOCH2〕=18.4kmol/m3F(总进料3)=F〔C3H5O2〕+F〔NaCI〕+F〔H2O〕=170+67.2+10.3=247.5kmol/h=0.06875kmol/min且此反响的动力学方程为-Ra1=k3CA2k3==9×105=0.06875×0.8/18.4×9×105=33.2m装料系数取0.9V=V〔r〕/=33.2/0.9 =36.8mH=0.95D=1.2D-0.25D=0.95DV=/4×D2H2+0.131D3(H2=0.95D)36.8=3.14/4×0.95D+0.131D3D=5.04mH=6.05m此反响的三个反响釜采用三釜串联试反响3.3反响釜的强度校核由于第二个，第三个的反响釜设备的强度校核方法如第一个。故只对第一个反响釜进行强度校核选择材料简体与封头的材料选用20R，裙座材料选择Q235-A，材料的有关性能参数如下：，，，3.3.2计算压力和封头的壁厚筒体：封头，采用标准椭圆型封头加上壁厚量C=3mm，并圆整，还应考虑刚度，稳定性以及多种的载荷等因素，取筒体，封头和裙座的名义厚度Sn均为20mm，Se=Sn-C=20-3=17mm3.3.3反响器的质量载荷计算(1)反响器的外壳和裙座质量反响器高为〔2〕封头质量查的DN4970mm，厚20mm的封头质量为680kgm2=680×2=1360kg〔3〕裙座质量按圆筒型计算〔4〕塔内的质量〔5〕人孔，法兰，接管与附属物的质量〔6〕保温材料的质量〔7〕平台，扶梯质量式中：qP—平台单位质量，为150kg/m2HF—扶梯高度，为13mqF—笼式扶梯的单位质量，为40kg/mn—平台数量，2个。〔8〕操作时塔内物料质量其中〔9〕全塔操作质量、全塔最小质量及最大质量全塔操作质量全塔最大质量：全塔最小质量：塔的自阵周期计算塔自振周期：地震载荷计算由文献[4]查得：Tg=0.3〔2类场地土，近震〕。地震影响系数结构综合影响系数CZ=0.5。，所以必须考虑高振型影响。确定危险界面，如附图。0-0截面为裙座基底截面，1-1截面为裙座人孔出截面，2-2截面为裙座与塔体焊缝处截面。计算危险截面得地震弯矩。0-0截面1-1截面2-2截面风载荷计算〔1〕风振计算各计算塔段的风振系数由式计算。计算结果列于表3.3。〔2〕有效直径Dei设笼式扶梯与塔顶管线成90°角，取平台构建的投影面积∑A=0.5m2，那么Dei式中，塔和管线的保温层厚度，塔顶管线外径。表3.3各塔段的风振系数塔段号1234计算截面距地面高度hit/m1247.96脉动增大系数ξ〔B类〕2.74脉动影响系数Vi〔B类〕0.720.720.720.72振型系数Фzi0.030.150.241.0风压高度变化系数fi〔B类〕0.80.800.80.81.071.371.593.47各塔段Dei计算结果列于表3.4。表3.4各塔段有效直径Dei塔段号1234塔段长度li1000100020003960K3400K4=2A/li00500252.5Dei5710571062105962.5〔3〕水平风力计算由下使计算各塔段的水平风力各段有关参数及计算结果列于表3.5。表3.5各塔段水平风力计算结果塔段号1234Ki0.7K2i1.071.371.593.47q0/(N/m2)350fi0.80.80.80.8li/mm1000100020003960Dei/mm5710571062105962.5Pi/N1197.51533.23870.616058.6风弯矩由下式计算：0-0截面：1-1截面：2-2截面：各种载荷引起的轴向应力(1)计算压力引起的轴向应力σ1(2)操作质量引起的轴向应力σ20-0截面：1-1截面：式中：Asm——裙座人孔处截面的即积，由式得2-2截面：(3)最大弯矩引起的轴向应力σ3最大弯矩取下式计算值中最大值：计算结果如表3.6。表3.6最大弯矩引起的轴向应力截面0-01-12-2Mi-imax/N·mm1.863×1091.56×1091.23×109各危险截面的计算如下：式中——裙座人孔处截面的抗弯截面系数，由式得。筒体的强度与稳定性校核〔1〕强度校核筒体危险截面2-2处的最大组合轴向拉应力：轴向许用应力：因为，故满足强度条件。〔2〕稳定性校核筒体危险截面2-2处的最大组合轴向压应力：许用轴向压应力：取其中较小值按GB150《钢制压力容器》组合的规定，由查相应[5]的材料图得B=138MPa，那么取因为，故满足稳定性条件。(3)裙座的稳定性校核裙座危险截面0-0及1-1处的最大组合轴向压应力由B=110MPa那么取因为故满足稳定性条件。筒体和裙座水压试验应力校核〔1〕由试验压力引起的环向应力σ试验压力因为故满足要求。〔2〕由试验压力引起的轴向应力σ1：〔3〕水压试验时，重力引起的轴向应力σ2〔4〕由弯矩引起的轴向应力σ3〔5〕最大组合轴向拉应力校核许用应力：因为故满足要求。因为故满足要求。〔6〕最大组合轴向压应力校核轴向许用压应力取其中最小值取因为故满足要求。3.3.10裙座水压试验应力校核〔1〕水压试验时，重力引起的轴向应力σ2〔2〕由弯矩引起的轴向应力σ3〔3〕最大组合轴向压应力校核轴向许用压应力取其中最小值取因为故满足要求。根底环设计〔1〕根底环尺寸：取〔2〕根底环尺寸的应力校核取其中较大者①②取选用75号混凝土，其许用应力Ra=3.5MPa因为σbmax<Ra故满足要求。〔3〕根底环厚度参见图，按由筋板时，计算根底环的厚度[6]Sb。设地脚螺栓的直径为M24，l=160mm那么l/b=0.56由文献[19]取根底材料的许用应力根底环厚度取3.3.12地脚螺栓计算〔1〕地脚螺栓承受的最大拉应力取其中较大值①②取。〔2〕地脚螺栓直径因为σB>0，所以此塔必须安装地脚螺栓，取地脚螺栓个数n=20，地脚螺栓材料的许用应力查资料可知，取地脚螺栓为M24。应选用15个M24地脚螺栓，满足要求。以上各计算均满足强度条件及稳定性条件4.1储罐的设计容积的计算：计算F(ECH)=137.4kmol/h，所以V(m)=137.4×92.5=1.27×104M=1.27×104×24×3=9.14×10V=m/=9.14×105/1.81×103=505m34.1.2容器的选型储罐的计算体积为505m3，由于储罐的体积较大，故采用三个200m3的立式圆筒形储罐并联存储，对于单一的储罐来说有效体积为200m3；设HV=D2H/4200=(×D2×1.1D)/4D=6.1m(储罐内直径)H=6.7m〔圆柱型储罐的高〕储罐的设计压力为常温，常压。由于储罐直径大于5m，由于受到运输条件的限制，通常是在建罐现场拼装，阻焊而成，通常才用不锈钢制造储罐；〔1〕罐底的设计[7]由于储罐的直径比拟大，储罐罐底是用钢板拼接阻焊而成的，在此用的是条形排版的罐底，罐底钢板之间的焊接采用搭接结构。坡度采用锥底型[11]。图4.1锥底型坡底示意图〔2〕罐壁的设计锥底型确定壁厚有很多方法，在此处用定高设计法确定罐壁的厚度C1钢板的负偏差，C2腐蚀裕度ρ密度φ焊缝系数，小于1.0σt设计温度小，壁钢球的许用应力。根据经验值，罐壁厚度取15mm。〔3〕罐顶的设计目前固定钉储罐使用的灌顶形式有锥顶，拱顶，伞形顶等。由于此设计的罐内径小于10m，应选用锥顶；锥顶是圆锥形的灌顶。自支式锥顶的圆锥母线与水平线的夹角，一般不小于9.5；柱支撑锥顶的圆锥母线与水平线的夹角一般不小于3.5度。4.2反响釜搅拌器的选型搅拌器的计算对于第一个反响的反响器V=34.3m反响器内径D=4.97mH=5.96m最正确装液高度为釜高的0.9倍.所以Hi=5.96×0.9=5.37mS=2/3Hi=2/3×5.37=3.58m搅拌器内的最低液面不得低于1/3Di所以为1/3×5.37=1.79m相邻搅拌器的标准间距为Sp=0.3Di=0.9Dj=0.3×5.37=1.16m搅拌器直径标准值为5.37/3=1.79DiDi/Dj=1.79/5.37=0.33搅拌功率计算由于搅拌釜中液体运动的状况较复杂，搅拌器的功率目前尚不能由理论算出，只能通过实验获得它和该系统其他变量之间的经验关联式[9]。有公式式中：Re—叶轮雷诺数；P—功率消耗，W；G—重力加速度，m/s2；D—叶轮直径，m；Φ—功率函数—液体密度，kg/m3；—液体粘度，Pa﹒S；n—叶轮转速，转/s；参考经验值K—系统几何构型的总形状系数。低黏度液体搅拌，一般多在湍流情况下搅拌。控制混合速度的主要因素是槽内液体循环流以及适当的剪切作用。推进式叶轮搅拌器用于液体黏度低于400cP液体的搅拌。搅拌器安装时可斜入，旁入，中央进入。中央进入式需在全挡板的条件下操作。〔安装四块宽度为容器直径1/10的折流挡板可以完全消除“打旋”现象〕由此计算，可选择推进式螺旋叶式搅拌器，具体的参数如下；Di/DjPt/Dj=1.2叶片数Zj=(通常取3)Pt为螺距n=100-500r/minV=3--5m<2000mpa.s轴流行，循环速率高，剪切力小，装有挡板或者导流筒时，轴向流更强，最高转速n=1750r/min；叶端高线速r=25m/s在n<500r/min时，适合介质粘度为<50000mpa.s此类型反响搅拌器适合三个反响釜.，物料在从第三个反响器出料时，即为甘油水和盐的混合溶液，且含量较低。故需要经过蒸发工序蒸发水进行提纯甘油.4.3换热器的计算确定换热器的类型两端流体的温度变化情况为:热流体的进口温度为125摄氏度，出口温度为30摄氏度；冷流体的进口温度为29摄氏度，出口温度为39摄氏度，该换热器问为循环冷却水，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的壁温之差较大，因此初步确定为浮头式换热器.由于甘油Fo=16000kg/h甘油水的其定性温度为进出口温度的平均值。壳程定性温度为：管程定性温度为：根据定性温度，分别查取壳程和管程的有关物性数据[10]。对混合物来说，最可靠的物性数据来源于实验值。假设不具备此条件，那么分别查取混合物各组分的有关数据，然后按相应的加和方式，求出混合物的物性。混合物甘油，氯化钠，水混合溶液在77.5摄氏度密度：3kg/m3定压比热容：热导率：粘度：-3pa﹒s循环冷却水在34摄氏度密度：3定压比热容：热导率：粘度：-3pa﹒s估算传热面积〔1〕热流量确实定由热流量公式[13]：其中所以甘油盐水混合物由125-30需要热流量KW〔2〕平均温度差的计算由于逆流流型：所以得：〔3〕传热面积确实定查甘油水混合物与热水换热K取值范围是(280--850)W/(m2·℃)[13]应选K=300W/(m2·℃)，〔4〕热水的用量换热器工艺结构尺寸计算得到的数据如下，如表4.1所示表4.1换热器结构尺寸数据公称直径mm公称压力PN/MPa管程数N管子根数n管尺寸mm11002.52736换热面积m2管程流通面积m2换热器长度L/mm管排列方法折流板间距m250.20.1164500三角形0.184.3.4核算总传热系数〔1〕管程对流给热系数〔2〕壳程对流给热系数校核壳程中物料近似纯水取：污垢热阻，取：总传热系数：所需传热面积：换热器实际传热面积：传热面积裕度H：综上所述：所选换热器满足实际要求。4.4蒸发器的选择4.4.1蒸发器选择原那么蒸发设备在结构上必须有利于过程的进行，因此，选用和设计蒸发器设备时应考虑以下几点：尽量保证较大的传热系数要适合溶液的一些特性，如黏度、起泡性、热敏性、溶解度随温度变化的特性及腐蚀性；能完善地别离液沫尽量减少温差损失能排出溶液在蒸发过程中析出的结晶体能方便地清洗传热面综上所述，选取了单效蒸发过程，计算如下：由反响器出来的物质为甘油水和盐的混合溶液，进入蒸发工序，蒸发掉水，使甘油的含量到达80%〔质量分数〕，浓缩液时需要的产品，而蒸发出来的水通常作为废水排走.而蒸发可在大气压下，减压或加压的情况下进行，本设计为常压单效蒸发器的设计计算.4.4.2蒸发量计算由上面计算可得，最后出料为F(出料)=F〔C3H5O2〕+F〔NaCI〕+F〔H2O〕=136.0+67.2+10.3=231.5kmol/hM〔出料〕=136.0×92/213.5+67.2×58.5/213.5+10.3×18/213.5=77.9所以F=213.5×77.9=1.6×104且给定条件：料液的流量为F=1.6×104kg料液的进口浓度W=136.0/213.5=63.7%(质量分数)料液的出口浓度W1=80%料液的进口温度T=30该蒸发器的传热系数取经验值k=1700wm-2k-1设计计算蒸发量的计算①蒸发量的计算在蒸发器中，从溶液中蒸发出的水分可由一般物料衡算方程解出，即Fx0=〔F-W〕x所以F—溶液加料量，㎏/hW—水分蒸发量，㎏/hx0，x—料液与完成液的质量分数，%W=F(1-X0/X) =1.6×104(1-0.637/0.8)=3260kg/h浓缩液量的计算由物料守恒得F=L+WL=F-W =16000-3260=12740kg/h③蒸汽消耗量在蒸发器中所消耗的热量主要是供应发生二次蒸发所需的潜热，除此之外，还要供应溶液加热至沸点及损失于外界热量，所以蒸发量由以上三者之和决定，可以通过热量衡算求得；DI+FCt0=Wi+(FC-WC)t1+DCӨ+q’D(I-CӨ)=W(i-Ct1)+FC(t1-t0)+q’由上式可以计算计算热蒸汽的消耗量：D=[W(i-Ct1)+FC(t1-t0)+q’]/(I-CӨ)假设加热蒸汽和二次蒸汽都在冷凝温度时排出，那么(I-CӨ)与(i-Ct1)分别为加热蒸汽和二次蒸汽的蒸发潜热。所以上式可简化为：D=[Wr+FC(t1-t0)+q’]/R式中：C—溶液的比热容，kJ/mol·kD—加热蒸汽的消耗量，kJ/hI—加热蒸汽的热含量，kJ/moli—二次蒸汽的热含量，kJ/molR—加热蒸汽的蒸发潜热，kJ/molr—二次蒸发的蒸发潜热，kJ/molӨ—冷凝水的温度，Kt0，t—溶液最初温度与最终温度〔沸点〕，Kq’—损失于外界的热料液温度为30+273=303k，热蒸汽是143.3kpa下的饱和蒸汽，蒸发器室压为101.325kpa，且查的《化学化工物性手册》得，C(C3H5O2)=220.3j/mol.kC(水和无机盐)=4.14j/mol.k那么可得到料液的比热容C=1.53+1.5=3.03j/mol.k料液温度为30℃，出口为100℃，蒸发器蒸发的压力：101.3KPa，极热蒸汽是143.3KPa下的饱和温度，在此温度下，可知r=2257kJ/kg,并选择蒸发器中稀溶液的沸点作为基准温度，即选择在101.32kpa水的沸点100℃，因此，r正好是273.2k水下的潜热，从《饱和蒸汽和水的性质表》[12]中查的它的值为2257KJ/kg,在143.3kpa下，水蒸汽的潜热R为2230KJ/kg,并假设热量损失为0D=WR+FC(t1-t0)+q=3260×2257+16000×303〔100+273.2-303〕/2230=(7.4+3.4)×106=4843.0kg/h(2)传热面积Q=DR=4843.0×2230=10800000KJ/Kg.h=2991600WA=Q/Kt=2991600/(383.2-273.2)×1700=176.0m蒸发器的主要尺寸计算〔1〕加热器主要尺寸选用38mm×3mm，长为3m的不锈钢作为加热管，那么管数为n=A/d0L=176/3.14×0.038×3=489根为平安起见，取489×1.1=538根加热管取正三角形排列，那么管束中心线上的管子数约为Nc=1.1=1.1=1.1×23.2=26根取管心距s=50mm，取管束中心线上的最外层的中心至壳体内壁的距离b为1.5d0，那么加热管内径为di=S(Nc-1)+2b=50×〔26-1〕+2×〔1.5×28〕=1364mm取di=1400mmf=0.8nd02/4=0.8×538×3.14×(0.038-2×0.03)2 =0.316m所以外循环管直径为d===0.66m经圆整，取d=660mm〔2〕别离室尺寸计算取别离室的高度为H=2.5m假设蒸发时的真空度为-0.08mpa，相对于绝对压强20kpa时，二次蒸汽的密度为0.131kg/m3,所以二次蒸汽的体积流量为Vs=W/3600×=3260/3600×0.131=6.9m3取允许蒸汽体积强度Vs，y为1.5m3/〔m3.s那么Vs=DZ2Hvs.y/4DZ===1.531m经圆整有DZ=1.5m那么设计的外循环蒸发器的主要参数数据如表4.2所示表4.2外循环式蒸发器结构尺寸数据加热管加热室别离室循环管规格mm长度/m根数直径/mm长度/m直径/mm高度/m直径/mmФ15×33261364约1660115004.5真空浓缩罐真空浓缩罐将蒸发掉60%水，查阅文献[13]，所选沉淀罐的技术参数见表4.3。表4.3沉淀罐技术参数表型号JC系列搅拌转速〔r/min〕250-125容积〔m3〕5工作压力〔Mpa〕＜0.25换热面积〔m2〕8工作温度〔℃〕常温外型尺寸〔直径×高〕/mm1400×4650材料不锈钢4.6泵甘油与水回流时需液体流量为5m3，回流时间为1h，那么进料泵的流量为5m3/h，提取罐高度为4.5m，泵的安装高度为根据离心泵的特性曲线，选用IS50-32-132型离心泵。4.7精馏塔的设计由于在蒸馏塔出来物料后，是反响中未反响的反响物环氧氯丙烷，一氯丙二醇，环氧丙醇和生成物丙三醇的混合溶液，故需要对其进行别离。这里选用精馏塔对其进行别离。查各物质沸点可知，环氧氯丙烷和环氧丙醇属于轻组分，一氯丙二醇和丙三醇属于重组分。故需要设计两个塔。由于设计时间紧迫，故在此用AspenPlus对其进行模拟，其模拟结果如下.对于第一个塔，其运行结果如下：图一从图一二中可以得出第一个塔设备塔的最小回流比为0.26575191；实际回流比为2.6571914；最小理论塔板数4.59580122,实际理论塔板数6。进料位置3，实际进料位置2。在塔顶出料中环氧氯丙烷为5.481052，塔底出料中很少。其他的几种物质也满足别离要求.图二第二个塔的模拟结果图三从第三四个图中可以看出第二个塔设备塔的最小回流比为4.0868；实际回流比为20.434；最小理论塔板数11,实际理论塔板数12。进料位置7，实际进料位置6。在塔顶出料中丙三醇的出料为4.1617kmol/h,塔底出甘油料为135.9701kmol/h，满足别离要求。图四5.1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,并且对今后的正常平安生产﹑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]。5.2车间布置的原那么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到达协调、整齐、紧凑、美观、相互融洽，浑为一体。⑴辅料车间与使用设备靠近。⑵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。⑶合理安排通道以及楼梯的位置。⑷设备要统一安排，排列整齐，有足够的操作空间。5.3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。⑴考虑适宜的设备间距，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。⑵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，设备之间尽可能到达自动流送物料，这样可减少输送设备。⑶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。⑷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7～8m，车间通道宽4～5m。⑸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。⑹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。5.4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，确定人流通道及设备的支撑方式等。优良的车间布置设计，不仅要符合总图要求，符合工艺流程物料走向原那么，符合生产平安剂环保要求，还必须做到操作维修方便，投资少，经济合理；做到设备排列紧凑、整齐、美观。为此，必须充分熟悉与掌握总图布置条件和工艺流程；必须充分并正确利用国家标准和设计标准；必须充分重视学习并利用已有的设计经验；必须很好地协同各专业利用最新的设计成果和技术，进行创造性工作。5.5设备布置设计注意的问题5.5.1露天化布置与室内布置设备露天化有许多优点：节约建筑面积，节省基建投资，有利于化工生产的防火，防爆和防毒。因此，对不需要经常操作的设备或可以用自动化仪表操作控制的设备，例如：塔器、液体原料及成品储罐、气柜、冷凝器等，可进行露天或半露天布置。对不允许有显著温度变化，不能收大气影响的设备，以及经常要监测，就近操作的设备，如各种反响罐、压缩机、泵，及装有精密度高的仪表的设备应布置在室内。5.5.2生产流程化布置一般说，流程化布置，可以节约管线，可以使设备紧凑，节约投资。所以布置时一定要满足工艺流程顺序。保证水平方向和垂直方向的连续性。能使压差输送的物料，应充分按设备位差布置；在不影响流程顺序的原那么下，可将较高设备集中布置，以充分利用空间，减少厂房结构的变化。一般将高位槽、计量槽布置在最高层，储槽布置在最底层，以利用流体位差进行输送；在保证流程在垂直方向连续性的同时，应防止多层厂房中的操作人员屡次往返于楼层之间。集中化布置在保证流程化布置的同时，相同的或同类设备，尽可能几种布置，便于统一管理和操作。例如炼油厂，将上百台换热器集中在一起，合理的组织热量交换，以节约热量〔冷量〕，同时缩短管线。合成氨厂将合成压缩机、循环机和冰机放在一个厂房内，将不同的塔体放在一起，布置在一个塔架上，可以减少投资和维修费用。操作、安装与检修要求(1)必须留有足够的操作空间(2)在操作岗位上，要工人必须看到所有监测点的现场仪表，必须保证工人在工段巡回的道路和到操作点的通道畅通。(3)必须保证设备有足够的检修位置和空间，保证设备或检修工器具方便进出通道。经常搬动的设备，应在设备附近设置大门或安装孔。大门宽度应比最大设备宽0.5米。不常检修的设备，可在墙上设置安装孔。通过楼层的设备，楼面上要设置吊装孔。厂房比拟短时，吊装孔常在靠山墙的一端。(4)设备之间要留有适当的间距必须考虑设备的检修拆卸以及运送物料所需的起重运输设备、设备吊杆、吊车梁、吊装孔及相应空间。如不设永久性的起重吊装设备，应考虑安装临时起重运输设备的场地及预埋吊钩和相应的空间，如厂房内设永久性的起重吊装设备，那么要考虑起重运输设备本身的高度，并使起重高度大于沿