【1000吨年产量的对氯甲基苯乙酸生产工艺设计9800字（论文）】

1000吨年产量的对氯甲基苯乙酸生产工艺设计目录TOC\o"1-2"\h\u257461绪论 物料衡算与能量衡算4.1目标生产能力年产1000吨对氯甲基苯乙酸，本设计为间歇操作。按每年300工作日来计算，使用3个氯化釜生产，每釜每天生产对氯甲基苯乙酸m=1000/（300×3）=1.11t,即1111kg在蒸馏工段，精制工段，洗涤、过滤、干燥工段的收率分别为99.9%、99.9%、99.8%，故总收率为99.9%×99.9%×99.8%=99.6%据此要在反应工序中生成的对氯甲基苯乙酸的量为1111/99.6%=1115.46kg4.2物料衡算物料衡算是在流程确定后进行的。根据原料和产品之间的定量关系，进而可以得出原料的量，各种中间产品，副产品以及生产过程中各阶段的消耗量。4.2.1氯化工段氯化的总过程如下，其中对氯甲基苯乙酸的纯度为99%，转化率为90%。对二氯甲基苯乙酸的量为反应后总质量的1%，三氯的量为反应后总质量的0.1%。根据反应式每釜生产1115.46kg对氯甲基苯甲酸所需的对甲基苯甲酸的量M对甲基苯乙酸=1115.46×150.18/183.5156/90%=1013.71kg氯苯仅作溶剂，不参与反应，投料量约为对甲基苯乙酸的300%通氯量约为加入对甲基苯甲酸的100%m氯气=1013.71×1=1013.71kg对二氯甲基苯乙酸的质量为反应后总质量的1%M对二氯甲基苯乙酸=1013.71×2×0.01=20.2742kg三氯的量为反应后总质量的0.1%M对三氯甲基苯乙酸=2.03kg未反应的对甲基苯甲酸占总质量的8.9%m未反应的对甲基苯乙酸=(1013.71+1013.71)×0.089=180.44kgHCl质量mHCl=m进料-m对氯甲基苯乙酸-m对二氯甲基苯乙酸-m对三氯甲基苯乙酸-m未反应的对甲基苯乙酸=810.97kg表4-1单釜氯化反应物料平衡表物质质量（千克）小计（千克）进料对氯甲基苯乙酸1013.715068.25氯气1013.71氯苯3041.13出料未反应的对甲基苯乙酸180.445068.25对氯甲基苯乙酸1115.46对二氯甲基苯甲酸20.27对三氯甲基苯甲酸2.03氯化氢810.97氯苯2939.924.2.2蒸馏工段将氯化后的混合物抽入蒸馏釜蒸馏，塔顶氯苯浓度为99.9%，塔底氯苯含量≤0.1%D+W=3041.130.999D+0.001W=2939.92解得：D=2962.76kgW=71.37kg表4-.。2蒸馏工段物料平衡表物质质量（千克）小计（千克）进料未反应的对甲基苯乙酸180.444359.33对氯甲基苯乙酸1115.46对二氯甲基苯乙酸20.27对三氯甲基苯乙酸2.03氯苯3041.13出料蒸出回收的氯苯2962.764359.33对氯甲基苯乙酸与其他产物1396.574.2.3精制工段将对氯甲基苯乙酸与二氯产物趁热抽入结晶釜，加入甲醇提纯，投入的对氯甲基苯乙酸与甲醇的质量比为2：1，对氯甲基苯乙酸粗品收率为99.9%。故甲醇所需质量m甲醇=1115.46/2=557.73kg提纯后二氯产物及其他溶解在甲醇中m甲醇与二氯混合物=m进料-m对氯甲基苯乙酸=602.8kg表4-3精制工段物料平衡表物质质量（千克）小计（千克）进料甲醇557.731954.3对氯甲基苯乙酸与其他产物1396.57出料对氯甲基苯乙酸粗品1115.461954.3甲醇与二氯混合物838.844.2.4洗涤、过滤、干燥工段将结晶釜里糊状结晶体用压缩空气或者真空抽到三合一设备进行分离，加入甲醇洗涤，负压烘干，即可以得到产品对氯甲基苯乙酸（主含量一氯>99.0%）。然后包装称重。本工段会产生机械损耗，收率为99.8%，故精品的质量为m对氯甲基苯乙酸精品=1115.46×99.8%=1113.23kg甲醇母液的质量为m甲醇母液=m进料-m对氯甲基苯乙酸精品=841.07kg表4-4洗涤、过滤、干燥工段物料平衡表物质质量（千克）小计（千克）进料对氯甲基苯乙酸粗品1115.461954.3甲醇与二氯混合物834.84出料甲醇母液841.071954.3对氯甲基苯乙酸精品1113.234.3热量衡算根据能量守衡定律，进行热量衡算，为进一步设备选型提供依据[10]。4.3.1氯化阶段（1）原料升温阶段蒸汽120℃→120℃物料80℃←25℃=63.584℃对甲基苯乙酸比热容为1.78kJ/(kg•℃),原料升温用时1.5hQ对氰基甲苯=Wc×Cpc×ΔtCp—对甲基苯乙酸平均比热，kJ/(kg•℃)Wc—对甲基苯乙酸的质量流量，kg/hΔt—对甲基苯乙酸的平均温度差，℃Q对氰基甲苯=Wc×Cpc×Δt=(1013.71/1.5)×1.78×63.584=76487.5kJ/h120℃时，蒸汽绝对压力为0.2kPa，汽化潜热为2204.6kJ/kg故蒸汽质量流量为Wh=Q/r=76487.5/2204.6=34.64kg/h（2）氯化阶段当温度达到80℃时，开始氯化，反应放热，通冷却水控制反应温度冷却水25℃→80℃物料110℃←80℃=41.24℃Q对甲基苯乙酸=Wh×Cph×△t=(1013.71/4)×1.78×30=13533.03kJ/h冷却水流量Wc=Q/Cpc×△t=13533.03/（4.18×55）=58.86kg/h（3）氯化工段冷凝器物料110℃→25℃冷却水50℃←20℃=22.13℃氯苯的汽化量约为投料的50%故氯苯的质量流量为Wh=3041.13×0.5/4=380kg/hQ氯苯=Wh×Cph×△t=380×0.146×85=4715.8kJ/hQ=KSΔtm式中S—设备传热面积，m2K—传热系数W/(m2•℃)根据两侧物料，设K=280W/(m2•℃)=4715.8/（280×22.13）=0.76㎡4.3.3蒸馏工段（1）蒸氯苯在蒸馏釜中向夹套通入蒸汽，将溶剂氯苯减压蒸馏到接收罐计量后套用。蒸汽150℃→150℃物料120℃←110℃=(40-30)/ln(40/30)=34.76℃传热反应方程Cp物料=0.146kJ/(kg•℃)Q物料=W×Cp×△tCp—物料平均比热，kJ/(kg•℃)W—氯化液的质量流量，kg/hΔt—氯化液的温度差，℃Q物料=3041.13×0.146×（120-110）=4440.05kJ/h蒸汽流量其中150℃蒸汽的汽化潜热是2113.2kJ/kg=4440.05/2113.2=2.10kg/h冷凝器物料120℃→80℃冷却水50℃←20℃=64.87℃Q=Wh×Cph×△t=3041.13×0.146×40=17760.20kJ/hQ=KSΔtm式中S—设备传热面积，㎡K—传热系数W/(㎡•℃)根据内外两侧流体类型，设K=280W/(m2•℃)=17760.20/（280×64.87）=0.8m2冷却水流量Wc=Q/Cpc×△t=17760.20/（4.18×30）=141.2kg/h4.3.3精制工段（1）升温溶解阶段蒸汽90℃→90℃氯化物80℃←60℃=18.2℃对氯甲基苯乙酸比热容为3.4kJ/(kg•℃),原料升温用时1.5hQ氯化物=Wc×Cpc×ΔtCp—对氯甲基苯乙酸平均比热，kJ/(kg•℃)Wc—对氯甲基苯乙酸的质量流量，kg/hΔt—对氯甲基苯乙酸的温度差，℃Q氯化物=Wc×Cpc×Δt=(1396.57/1.5)×3.4×20=63311.17kJ/h90℃时，蒸汽绝对压力为70kPa，汽化潜热为2283.2kJ/kg故蒸汽质量流量为Wh=Q/r=63311.17/2283.2=27.7kg/h（2）冷却水冷却到常温阶段冷却水20℃→50℃氯化物25℃←80℃=16.74℃Q氯化物=Wh×Cph×△t=(1396.57/2)×3.4×55=130579.30kJ/h冷却水流量Wc=Q/Cpc×△t=130579.30/（4.18×30）=1041.30kg/h（3）冷冻盐水结晶阶段冷冻盐水-15℃→-2℃氯化物0℃←25℃=18.72℃Q氯化物=Wh×Cph×△t=(1396.57/2)×3.4×25=59354.23kJ/h冷冻盐水20℃下的比热容2.89kJ/(kg•℃)冷冻盐水流量Wc=Q/Cpc×△t=111882.1/2.89×30=1290.45kg/h4.3.4洗涤、过滤、干燥工段干燥热量衡算向夹套中通入100℃热水烘干热水100℃→50℃氯化物30℃←0℃=59.44℃Q氯化物=Wh×Cph×△t=(1396.57/3)×3.4×30=47483.38kJ/h热水流量Wh=Q/Cph×△t=47483.38/（4.18×30）=378.66kg/h5设备选用5.1氯化釜选用氯化釜选用3000L搪玻璃开式反应釜，查阅相关资料得以下数据：名称数据公称容积L3000公称直径mm1600实际容积L3380换热面积㎡8.61设计压力MPa（容器内）≤0.4设计压力MPa（夹套内）≤0.6工作温度℃≤200电机功率KW5.5搅拌转速≤130rpm传动装置型号BLD5.5-3-i密封装置212型机器密封设备总重Kg3891人孔a300×400搅拌孔b150测温孔c150备用孔d100灯孔e125备用孔f125备用孔g100视镜孔h125放料孔i100蒸汽进口L1，L265凝水出口L350放气口gG3/4’’放净口kG1/2’’悬挂式支座A5×45.2氯苯蒸馏釜选用3000L搪玻璃开式蒸馏釜，查阅相关资料得以下数据：名称数据公称容积L3000公称直径mm1600实际容积L3380换热面积㎡8.61设计压力MPa（容器内）≤0.4设计压力MPa（夹套内）≤0.6工作温度℃≤200电机功率KW5.5密封设置212型机器密封参考质量Kg3196卡子数量52蒸馏孔a400手孔b200温度计口c100视镜d,g125备用口e,f100放料口h125进料口i,j,k40放气阀MG1/2’’悬挂式支座A5×45.3甲醇蒸馏釜选用3000L搪玻璃开式蒸馏釜，具体参数：名称数据公称容积L3000公称直径mm1600实际容积L3380换热面积㎡8.61设计压力MPa（容器内）≤0.4设计压力MPa（夹套内）≤0.6工作温度℃≤200电机功率KW5.5密封设置212型机器密封参考质量Kg3196卡子数量52蒸馏孔a400手孔b200温度计口c100视镜d,g125备用口e,f100放料口h125进料口i,j,k40放气阀MG1/2’’5.4氯化釜冷凝器氯化釜冷凝器名称入口温度出口温度物料11025循环冷却水2050平均温度差℃22.13类别P0.5冷凝片数1冷凝面积m21实际传热面积m20.74DN610参考重量kg2105.5氯苯蒸馏釜冷凝器氯苯蒸馏釜冷凝器名称入口温度出口温度物料12080循环冷却水2050平均温度差℃64.87类别P0.5冷凝片数1冷凝面积m21实际传热面积m20.95DN610参考重量kg2105.6水喷射真空泵水喷射真空泵项目型号120802050水压（h进口处）＞2kgf/cm2水量30m3/h真空度720mmHg排气量40m3/h（27mmHg）离心泵IS-65-50-160电机功率5.5kw5.7设备一览表名称数量（个）冷凝器10氯化釜(3000L)3蒸馏釜(3000L)3结晶釜(3000L)2甲醇蒸馏釜（3000L）2储存罐8三合一设备1真空泵3DCS系统1SIS系统1三废处理系统1

6自动控制系统化工生产大都是连续生产，哥个设备之间相互关联，当某一设备的工艺条件发生变化时，就会引起其他设备的工艺条件发生波动，甚至偏离了正常的工艺条件，此时需要自动调节。控制系统由四个部分组成，即被控对象、测量元件及变送器、控制器和执行器。控制系统组成如图6-1所示。图6-1控制系统组成被控对象：需要对其某个特定的量进行过程控制的设备，受控对象除了受控制作用外，还会受到外部干扰作用（2）测量元件与变送器：将受控的工艺参数转换为一种特定信号，充当眼睛的作用。（3）自动控制器：充当传感器的作用，负责接收变送器输送的信号，按一定的规律算出控制信号（4）执行器：接受控制器送来的信号，自动地改变阀门的开度，从而改变输送给被控对象的能量或物料量。气动薄膜调节阀是最常用的执行器。6.1DCS系统DCS：分散控制集中管理。DCS控制系统之所以在化工生产中有着广泛的应用，关键在于它有如下的特点：(1)采用智能技术；(2)采用分级递阶结构；(3)具有丰富的功能软件包；(4)采用局部网络通信技术；(5)具有强大的人机接口功能；(6)采用高可靠性技术。本设计采用了DCS控制系统对整个流程的全覆盖，实现了生产的自动化，本设计的反应阶段需要控制温度，使氯化温度保持在80℃左右，并且氯气等是有毒性的，需要使用到DCS控制加料，防泄漏6.2SIS系统SIS系统在整个化工生产中起到了保护化工仪表与设备，降低风险包括紧急停车系统，燃烧器管理系统等多种保护系统。大体上SIS是围绕着安全功能和功能安全来应用和发展的。7其他要求7.1能源标椎7.2车间布置车间布置时，在总图的基础上明确车间的位置，熟悉生产工艺流程及有关物质性质，与车间等级相关的规范标准，了解土建、设备、仪表、电力、给排水等专业和机修、安装、操作、管理等方面的要求，并考虑运输、消防及它们之间的关系，对所设计的车间进行综合分析，才可能有一个完善的方案。7.2.2设备布置中小型化工厂的设备，一般采用室内布置，尤其是气温较低的地区。但生产中一般不需要经常操作的或可用自动化仪表控制的设备，如塔、冷凝器、液体原料贮罐、成品贮罐、气柜等都可布置在室外。需要大气调节温湿度的设备，如凉水塔、空气冷却器等也都露天布置或半露天布置。对于有火灾及爆炸危险的设备，露天布置可降低厂房的耐火等级。选用新型设备仪器、先进高效的节能设备，自动化程度高降低运行消耗。(2)生产上适用，所选购的设备应与本企业扩大生产规模或开发新产品等需求相适应。(3)技术上先进，在满足生产需要的前提下，要求其性能指标保持先进水平，以利于提高产品质量和延长其技术此设计布置车间时，严格按照相关指标进行规划。1层平台放置2台结晶釜（3000L），2台甲醇蒸馏釜，1台三合一设备，一套三级降膜吸收、一级碱吸收装置；2层平台放置3台氯苯蒸馏釜，4台冷凝器；3层平台放置3台氯化釜，3台冷凝器,3个氯气钢瓶及其缓冲罐；4层平台放置3台冷凝器，3台水喷射真空泵。7.2.3设备距离设备安全距离一览表序号项目净安全距离/m1泵与泵的间距不少于0.72泵与墙的距离至少1.23泵列与泵列的距离不小于2.04计量罐间的距离0.4～0.65贮槽与贮槽之间的距离0.4～0.66换热器与换热器之间的距离至少1.07塔与塔的距离1.0～2.08离心机周围通道不小于1.59过滤机周围通道1.0～1.810反应罐盖上传动装置离天花板距离不小于0.811反应罐底部与人行通道距离不小于1.8～2.012反应罐卸料口与离心机距离不小于1.0～1.513起吊物品与设备最高点距离不小于0.414往返运动机械的运动部件与墙的距离不小于1.515回转机械离墙间距不小于0.8～1.016回转机械相互间距离不小于0.8～1.217通廊、操作台通行部分的最小净空管道不小于2.0～2.518不常通行的地方，净高不小于1.919操作台梯子的斜度，一般情况不小于45操作台梯子的斜度，特殊情况6020控制室、开关室与炉子之间的距离不小于人员配置表在本设计中，生产操作工采用四班三倒的轮班制度，本设计提供的岗位有：现场操作工、总控工、车间主任、质检员、设备检修员、统计员。早班：9：00-17：00中班：17：00-1：00晚班：1：00-9：00具体定员人员数如下表：生产定员表职位早班中班晚班休息总计现场操作工444214总控工22217车间主任11质检员22设备检修员22统计员22共计28

8环境保护与安全8区域环境简介环境空气各污染物检测浓度均满足《环境空气质量标准》（GB3095-2012）二类区域及其他相关标准的要求；地表水符合《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）IV类标准、昼夜间环境噪声满足《声环境质量标准》（GB3096-2008）3类标准。8.1执行的环境质量标准及排放标准8.1.1废水排放标准本工程排放的废水处理达到园区污水处理厂的接管要求，在污水站经深度处理达标后排出。8.1.2废气排放标准本工程排放的大气污染物采用《大气污染物综合排放标准》（GB1697-1996）中一级排放标准。8.1.3噪声控制标准本工程噪声控制采用《工业企业厂界噪声排放标准》（GB12348-2008）中的III类标准和《工业企业噪声设计规范》（GBJ87-85）中相关标准。8.2主要污染源及污染物废水：本项目拟建立日处理量50t/d的废水预处理设施，采用“预处理+催化氧化+中和混凝沉淀+高效厌氧+水解酸化+接触氧化+二次沉淀+电化学氧化+三次沉淀”的处理工艺，处理后达到污水处理厂的接管要求，送至污水处理厂经过深度处理达标后排入出。废气：本项目根据各车间具体情况对各车间尾气进行预处理（深冷+喷淋吸收）后合并进入活性炭吸附再生装置进行吸附处理达标后，通过25米高的排气筒进行达标排放。噪声：本项目针对噪声源的不同情况采取有效的降噪措施。如离心机采用减震、室内布置等措施，厂界噪声能够满足《工业企业厂界环境噪声排放标准》（GB12348-2008）中3类标准要求。8.3环境保护与综合利用8.3.1“三废”处理技术与措施废气处理措施生产生活过程中产生的废气经过深冷回收有用成分，再经过喷淋吸收，最后经过活性炭吸附再生装置处理达标后进行排放。废水处理措施拟建配套建设的污水处理站处理后达到污水处理厂的接管要求，经过园区污水处理厂处理达标后排放。固废防治措施厂区危险固废堆场约66m2，以方便暂存产生的固废。项目产生的蒸馏残渣、废活性炭、污水站污泥等委托有资质单位处置，一般固废如生活垃圾等由环卫统一清运后卫生填埋。噪声防治措施针对噪声源的不同情况采取有效的降噪措施。8.3.2工艺技术、环保技术符合清洁生产要求本项目生产过程中，采用成熟的生产技术，工艺可靠。生产过程中虽有废水、废气、固废产生，但建有足够的处理设备、设施。故本项目工艺技术、环保技术符合清洁生产要求。8.3.3治理环境方案建立合理的清水循环池和污水收集池，做到容量大、防渗透、耐腐蚀。按照清洁生产要求，做到雨污分流、清污分流，减少污水量、节约用水。所有车间的生产，无组强排放变为有组织达标排放。各危险废物区域内设立围堰确保危险废物不泄漏。建立特发事故应急池，做到特发事故无污水泄漏，统一收集处理。车间无跑、冒、滴、漏，生产整洁、安全、卫生。8.4绿化厂前区、生产区按实际情况，合理选择绿化品种，尽量选栽具备良好的吸收性能植被，以最大限度吸收二氧化碳气体，净化空气环境，降低全厂噪音，创造良好的生产环境。8.5环境监测水质监测项目由全厂中心化验室完成，废水总排口设污水水质监测点，废气排口由统一安装VOCs在线检测装置。

9经济评估9.1设备投资(1)所需设备投资：表9-1主要设备一览及价格表名称数量（个）总价（万元）冷凝器104氯化釜(3000L)315.21蒸馏釜(3000L)315.21结晶釜(3000L)210.14甲醇蒸馏釜（3000L）210.14储存罐81三合一设备129水喷射真空泵31.8DCS系统110SIS系统18三废处理系统16合计33110.5(2)基建投资：9.1.2安装费用安装费用为设备费用的50%，即55.25万元。9.1.3土地费用生产车间约350m2，而整个土地面积还包括员工宿舍，员工食堂，办公用地，污水处理以及产品的仓库面积等等，它大概是生产车间的10倍。一亩价格约15万。土地总面积为350×10÷667m2左右，土地总费用为5.25×15=78.75万元。9.1.4土地建设费用生产车间约350m2，厂区面积为1050m2；每平米价格平均1000元。10501000=105万元。9.1.5户外平地费用厂区除了生产车间外，需平地2000平方米，每平米价格150元则2000×150=30万元9.1.6环评安评费用环评安评费用为80万左右9.1.7不可预见费不可预见费为可预见费的5％即为468.6×5％=23.439.1.8总费用表表9-1生产装置总费用表序号指标名称总价(万元)1设备110.52设备安装费55.253土地购置74.254土建78.755电器36仪表47给排水38户外平地309环评安评费用8010不可预见费23.4311合计462.189.2生产成本分析9.2.1原料费用表9-3原料费用表序号名称市价万元/吨耗量/吨成本/万元1对甲基苯乙酸587043502氯气0.28701743甲醇0.35100354氯苯0.793628.445小计4587.44其它费用：动力消耗(水、电)0.15万元/t包装及运输0.05万元/t工资0.3万元/t设备维修