磺化油(DAH)工藝設(shè)計(jì)書(shū)

..制藥工程專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)磺化油的工藝設(shè)計(jì)XXX專(zhuān)業(yè)班級(jí)11級(jí)制藥2班學(xué)號(hào)2011XXXX設(shè)計(jì)開(kāi)場(chǎng)日期2014.12.29完成日期2015.01.08指導(dǎo)教師成績(jī)..XX理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院制藥工程專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)分表學(xué)生：XXX班級(jí)：11級(jí)制藥2班學(xué)號(hào)：2011XXXX設(shè)計(jì)題目年產(chǎn)5000噸磺化油工藝設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)容優(yōu)良中及格不及格1設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)質(zhì)量2圖紙質(zhì)量3設(shè)計(jì)進(jìn)度情況4紀(jì)律、出勤、答復(fù)下列問(wèn)題等綜合表現(xiàn)教師綜合評(píng)價(jià)教師簽字：日期：目錄任務(wù)………………………11.1設(shè)計(jì)工程名稱(chēng)………11.2生產(chǎn)方法……………11.3生產(chǎn)能力……………11.4原料組成……………11.5產(chǎn)品磺化油…………1生產(chǎn)方法…………………22.1磺化油簡(jiǎn)介…………22.1.1酯交換反響………22.1.2磺化反響…………22.1.3中和反響…………22.1.4主要反響式………32.2選定計(jì)算基準(zhǔn)………42.3生產(chǎn)路線(xiàn)…………4物料衡算…………………53.1初步計(jì)算產(chǎn)量………53.2酯交換反響計(jì)算……………………53.3磺化反響計(jì)算………53.4中和反響計(jì)算………63.5物料衡算……………6繪制物料平衡圖…………7能量衡算…………………85.1化工設(shè)計(jì)工作中，通過(guò)熱量衡算可以得到的設(shè)計(jì)參數(shù)………85.2本工序中涉及能量衡算…………8繪制物料衡算圖…………10根據(jù)物料衡算、能量衡算、工藝流程草圖進(jìn)展設(shè)備計(jì)算……………117.1酯交換設(shè)備的計(jì)算…………………117.2磺化過(guò)程設(shè)備計(jì)算…………………117.3水洗設(shè)備計(jì)算………117.4中和反響設(shè)備的計(jì)算………………117.5管徑的計(jì)算和選取…………………127.5.1酯交換反響設(shè)備管徑的計(jì)算……127.5.2分層設(shè)備管徑的計(jì)算…………137.5.3磺化反響設(shè)備管徑的計(jì)算……137.5.3磺化反響設(shè)備管徑的計(jì)算……137.5.4中和反響設(shè)備管徑的計(jì)算………14第八章．核算………………………158.1酯交換過(guò)程的核算…………………158.2磺化反響過(guò)程的核算………………158.3水洗中和過(guò)程的核算………………16第九章．參考文獻(xiàn)…………………17附圖工藝流程圖…………18物料衡算圖…………19第一章任務(wù)書(shū)1.1設(shè)計(jì)工程名稱(chēng)：磺化油DAH合成工藝。1.2生產(chǎn)方法：蓖麻油與丁醇進(jìn)展酯交換，生成蓖麻油丁酯和甘油，分出甘油后，將蓖麻油丁酯磺化，再用二乙醇胺中和得到磺化油〔DAH〕。1.3生產(chǎn)條件：1、酯交換反響：在搪玻璃酯交換釜中參加蓖麻油、丁醇和濃硫酸，攪拌、加熱升溫至90℃，保溫8h，靜置12h，分出下層甘油。2、磺化反響：在磺化搪玻璃反響釜中參加蓖麻油酸丁酯，攪拌冷卻至0-5℃，參加98%濃硫酸，加完后攪拌1h。3、中和反響：壓入磺化物，在中和釜中參加〔5mol水/3mol磺化物〕攪拌，溫度控制在45℃以下，攪拌15-20min，靜置過(guò)夜分出下層廢酸。攪拌參加三乙醇胺，中和到pH7-7.5，中和時(shí)溫度不超過(guò)45℃，得到產(chǎn)品。1.4生產(chǎn)能力：5000t/年DAH(300天/年，24小時(shí)/日)，設(shè)計(jì)裕量10%，總損失10%，〔分甘油5%，分廢酸5%〕，酯交換收率70%，磺化收率75%，中和收率80%。1.5原料組成：蓖麻油與丁醇1:3，硫酸、堿等。1.6產(chǎn)品磺化油〔DAH〕，本設(shè)計(jì)關(guān)于其他工程如：設(shè)計(jì)依據(jù)，廠(chǎng)址選址，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，原料的供給，水、電、汽的主要來(lái)源，建廠(chǎng)期限，設(shè)計(jì)單位，設(shè)計(jì)進(jìn)度及設(shè)計(jì)階段的規(guī)定等容從略。第二章生產(chǎn)方法2.1磺化油〔DAH〕簡(jiǎn)介：【中文名稱(chēng)】磺化油【英文名稱(chēng)】sulfonatedoil;sulfateoil【性狀】微黃色至深棕色液體?！救芙馇闆r】溶于水和乙醇，遇酸分解?！居猛尽筷庪x子型外表活性劑的一類(lèi)。具有潤(rùn)濕、乳化、分散、潤(rùn)滑等作用。廣泛用于紡織、制革、造紙、金屬加工等工業(yè)，也用作農(nóng)藥乳化劑。【制備或來(lái)源】由蓖麻油或其他植物油或某些魚(yú)油與硫酸作用，經(jīng)中和而制得?！拘再|(zhì)】陰離子型外表活性劑的一類(lèi)。實(shí)際上是硫酸化油〔含有一O?SO3Na基〕。由蓖麻油或其他植物或某些魚(yú)油與硫酸作用，再經(jīng)中和而制得。由蓖麻油制得的常稱(chēng)太古油或土耳其紅油。【涉及領(lǐng)域】合成柴油。柴油是從石油中提煉而成，因柴油含臘較多，所以燃燒后產(chǎn)生的黑煙較大，污染比擬嚴(yán)重。本工藝生產(chǎn)的目的是提供一種污染比擬輕的磺化油合成柴油。本工藝生產(chǎn)的特征是：磺化油合成柴油由磺化油、煤油和氫氧化鈉組成，其組份按重量百分比為：磺化油70%-80%，煤油19.9%-29.9%，氫氧化鈉0.1%-0.2%。本工藝生產(chǎn)由磺化油、煤油和氫氧化鈉組成，由于磺化油的粘度比擬高，所以利用煤油加以稀釋?zhuān)钟捎诨腔秃兔河途哂兴嵝?，所以采用氫氧化鈉增加堿性，以到達(dá)中性，由于本工藝生產(chǎn)不含臘的成份，所以其燃燒后產(chǎn)生的黑煙較少，污染比擬輕。實(shí)施例一：磺化油合成柴油由磺化油、煤油和氫氧化鈉組成，其組份按重量百分比為：磺化油70%，煤油29.8%，氫氧化鈉0.2%。實(shí)施例二：磺化油合成柴油由磺化油、煤油和氫氧化鈉組成，其組份按重量百分比為：磺化油75%，煤油24.9%，氫氧化鈉0.1%。實(shí)施例三：磺化油合成柴油由磺化油、煤油和氫氧化鈉組成，其組份按重量百分比為：磺化油80%，煤油19.9%，氫氧化鈉0.1%。磺化油是微黃色至深棕色液體，溶于水和乙醇，遇酸分解，是石油化學(xué)工業(yè)的重要產(chǎn)品，是陰離子型外表活性劑的一類(lèi)，具有潤(rùn)滑、乳化、分散、潤(rùn)濕的作用，廣泛用于紡織、制革、造紙、金屬加工等工業(yè)，也可作農(nóng)藥乳化劑。工藝簡(jiǎn)述如下：2.1.1酯交換反響：在搪玻璃酯交換釜中參加蓖麻油、丁醇和濃硫酸，攪拌、加熱升溫至90℃，保溫8h，靜置12h，分出下層甘油。2.1.2磺化反響：在磺化搪玻璃反響釜中參加蓖麻油酸丁酯，攪拌冷卻至0-5℃，參加98%濃硫酸，加完后攪拌1h。2.1.3中和反響：壓入磺化物，在中和釜中參加〔5mol水/3mol磺化物〕攪拌，溫度控制在45℃一下，攪拌15-20min，靜置過(guò)夜分出下層廢酸。攪拌參加三乙醇胺，中和到pH7-7.5，中和時(shí)溫度不超過(guò)45℃，得到產(chǎn)品。2.1.4主要反響式：1、酯交換：蓖麻油丁醇蓖麻油酸丁酯甘油2、磺化：蓖麻油酸丁酯硫酸磺化蓖麻油酸丁酯水3、中和：磺化蓖麻油酸丁酯三乙醇胺磺化油(DAH)2.2選定計(jì)算基準(zhǔn)：本方案采用間歇式操作，間歇式操作以一批進(jìn)料量為基準(zhǔn)進(jìn)展計(jì)算?！瞜g/批，kmol/批〕2.3根據(jù)上述生產(chǎn)方法確定生產(chǎn)路線(xiàn)，見(jiàn)工藝流程圖〔2-1〕.工藝流程圖〔2-1〕第三章.物料衡算3.1初步計(jì)算產(chǎn)量：裝置生產(chǎn)能力為：因?yàn)樵O(shè)計(jì)裕量10%，總損失10%，酯交換收率70%，磺化收率75%，中和收率80%。故所需參加的蓖麻油為：校正，當(dāng)時(shí)：產(chǎn)物的產(chǎn)量所以當(dāng)進(jìn)料為時(shí)，符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。3.2酯交換反響計(jì)算：酯交換：根據(jù)酯交換反響方程式：的蓖麻油需要的丁醇與之反響，生成的蓖麻油酸丁酯和甘油，故需要參加丁醇的量為因?yàn)轷ソ粨Q收率為，所以產(chǎn)物蓖麻油酸丁酯的量為甘油的量為分甘油時(shí)蓖麻油酸丁酯損失，那么，進(jìn)展磺化反響的蓖麻油酸丁酯的量為3.3磺化反響計(jì)算：磺化反響：根據(jù)磺化反響方程式:的蓖麻油酸丁酯需要的硫酸與之反響，生成的磺化蓖麻油酸丁酯的水，故需要參加硫酸的量為因?yàn)榛腔错懙氖章蕿椋援a(chǎn)物磺化蓖麻油酸丁酯的量為水的量為分廢酸時(shí)磺化蓖麻油酸丁酯損失，那么，進(jìn)展中和反響的磺化蓖麻油酸丁酯的量為3.4中和反響計(jì)算：中和反響：根據(jù)中和反響方程式:的磺化蓖麻油酸丁酯需要的三乙醇胺與之反響，生成的磺化油DAH，故需要參加三乙醇胺的量為因?yàn)橹泻头错懙氖章蕿?，所以產(chǎn)物磺化油DAH的量為3.5物料衡算1、酯交換：由方程式：蓖麻油--------丁醇--------蓖麻油酸丁酯---------甘油Mol比：1331Fw:943.430374.1216354.567192.0938M:1.1894kmol/h3.5682kmol/h3.5682kmol/h1.1894kmol/hm：1122.1160kg/h264.4807kg/h1265.1663kg/h109.5364kg/h又因收率為70%且分甘油損失為5%,那么蓖麻油丁酯的產(chǎn)量為2.3731kmol/h*354.5671=841.4231kg/h2、磺化反響：由方程式：蓖麻油酸丁酯------硫酸------磺化蓖麻油酸丁酯------水Mol比：1111FW:354.567198.0785434.630318.02M:2.3731kmol/h2.3731kmol/h2.3731kmol/h2.3731kmol/hM:841.4231kg/h232.7500kg/h1031.4211kg/h42.7633kg/h又因收率為75%且分廢酸損失為5%,那么磺化蓖麻油丁酯的產(chǎn)量為：1.6908kmol/h*434.6303=734.8729kg/h3、中和反響：由方程式：磺化蓖麻油酸丁酯----------三乙醇胺----------磺化油Mol比：111FW:434.6303(kg/kmol)149.1882583.8185m：1.6909kmol/h1.6909kmol/h1.6909kmol/hm:734.9164kmol/h252.2474kmol/h987.1203kg/h又因收率為80%那么磺化油的產(chǎn)量為：1.353kmol/h*583.8185=789.9064kg/h第四章繪制物料平衡圖見(jiàn)圖〔附錄圖4-1〕第五章能量衡算全面的能量衡算應(yīng)該包括熱能、動(dòng)能、電能、化學(xué)能和輻射能等。但在許多工程操作中，經(jīng)常涉及的能量是熱能，所以化工設(shè)計(jì)中的能量衡算就是熱量衡算。5.1化工設(shè)計(jì)工作中，通過(guò)熱量衡算可以得到的設(shè)計(jì)參數(shù)包括：〔1〕換熱設(shè)備的熱負(fù)荷換熱設(shè)備包括熱交換器、加熱器、冷卻器、汽化器等?！?〕反響器的換熱量：包括間歇釜式反響器、連續(xù)釜式反響器等?！?〕吸收塔冷卻裝置的熱負(fù)荷〔4〕冷激式多段傳熱固定床反響器的冷激劑用量?！?〕加熱蒸汽、冷卻水、冷凍鹽水的用量。〔6〕有機(jī)高溫?zé)彷d體和熔鹽的循環(huán)量。〔7〕冷凍系統(tǒng)的制冷量和冷凍劑的循環(huán)量。〔8〕換熱器冷、熱支路的物流比例?！?〕設(shè)備進(jìn)、出口的各股物料中某股物料的溫度。本方案中熱量衡算要求較少，只需進(jìn)展計(jì)算得反響器的換熱量以選取適宜的換熱器規(guī)格。5.2本工序中涉及能量衡算:主要是酯交換反響的搪玻璃反響釜，故主要針對(duì)酯交換工段，進(jìn)展熱量衡算，按工段要求將蓖麻油與丁醇加熱至90℃，選取蓖麻油和丁醇的起始溫度為25℃。由差法求出蓖麻油在25℃時(shí)的比熱容：解得：同理求出在90℃時(shí)蓖麻油的比熱為：解得:C隨著t的變化而變化，假設(shè)物質(zhì)在t1-t2圍C-t關(guān)系為一直線(xiàn)，可知此溫度圍的平均定壓比熱容為〔t1+t2〕/2時(shí)物質(zhì)的熱容，也等于t1和t2溫度下物質(zhì)的比熱C1與C2的算數(shù)平均值，一般來(lái)說(shuō)，物質(zhì)的C-t關(guān)系不是一直線(xiàn)，但是它的曲率并不大，只要在計(jì)算時(shí)溫度變化圍不大，可按直線(xiàn)計(jì)算。但是我方案中采用取C1與C2的對(duì)數(shù)平均值作為整個(gè)加熱過(guò)程的比熱，這樣更準(zhǔn)確一些。C=〔C2–C1〕/ln(C2-C1)(5-1)那么：查"化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)"知：丁醇的比熱為0.65kcal/〔kg.oC〕,由酯交換反響機(jī)理知丁醇與蓖麻油的摩爾比為3:1，那么其各占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：蓖麻油%=所以:丁醇%=0.1908由：Q吸=mC△t(5-2)所以：Q吸=〔0.8092*0.46+0.1908*0.65〕*〔1122.1160+264.4807〕*〔90-25〕=44726.590kcal/h那么：Q吸總=Q吸*22h=44726.590*22=983984.98kcal/h將本傳熱過(guò)程按對(duì)流傳熱考慮：t25oC→90oCT100oC←100oC由△tm=[(T2–t1)-(T1-t2)]/ln[(T2–t1)/(T1-t2)]〔5-3〕那么：查"化工手冊(cè)"知搪玻璃反響器的總傳熱系數(shù)為：加熱過(guò)程為T(mén)=1h由：Q=KS△tmT〔5-4〕所以：S=Q/K△tmT=983984.98/(320*32.2596*1)=95.3190m2第六章繪制物料衡算圖見(jiàn)圖〔附錄圖6-1〕第七章設(shè)備計(jì)算根據(jù)物料衡算、能量衡算、工藝流程草圖進(jìn)展設(shè)備計(jì)算〔設(shè)備容積、換熱面積、形式〕，根據(jù)生產(chǎn)能力及原料、產(chǎn)品物性，選那么裝量系數(shù)η=0.6-0.87.1酯交換設(shè)備的計(jì)算：根據(jù)其生產(chǎn)量、預(yù)處理時(shí)間為2h，生產(chǎn)過(guò)程中所用的時(shí)間，知整個(gè)酯交換反響時(shí)間為22h，故物料參加體積V1物料=22*1122.1160/950+22*264.4807/809=33.17815m3選取裝料系數(shù)η1=0.75根據(jù)η=V1物料/V1公稱(chēng)〔7-1〕V1公稱(chēng)=33.17815/0.8=44.2383m3查"化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)"選搪玻璃反響罐選取搪玻璃K型反響罐(HG5-Z51-79),其公稱(chēng)容積為5000L的9個(gè)7.2磺化過(guò)程設(shè)備計(jì)算：根據(jù)其生產(chǎn)量、預(yù)處理時(shí)間為2h，生產(chǎn)過(guò)程中所用的時(shí)間，知整個(gè)磺化過(guò)程所需時(shí)間為3h，故物料參加體積V2物料=3*129.2752/960+3*35.7594/1834=0.6520m3選取裝置系數(shù)η2=0.75，那么V2公稱(chēng)=0.6520/0.75=0.8693m3查"化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)"選搪玻璃反響罐選取搪玻璃K型反響罐(HG5-Z51-79),其公稱(chēng)容積為1000L的1個(gè)7.3水洗設(shè)備計(jì)算：根據(jù)其生產(chǎn)量、預(yù)處理時(shí)間為2h，生產(chǎn)過(guò)程中所用的時(shí)間，知整個(gè)水洗過(guò)程所用時(shí)間為14h，故物料參加的體積按裝置系數(shù)η3=0.8，那么V3公稱(chēng)=12/0.8=15m3查"化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)"選搪玻璃反響罐選取搪玻璃K型反響罐(HG5-Z51-79),其公稱(chēng)容積為5000L的三個(gè)。7.4中和反響設(shè)備的計(jì)算：根據(jù)其生產(chǎn)量、預(yù)處理時(shí)間為2h，生產(chǎn)過(guò)程中所用的時(shí)間，知整個(gè)水洗過(guò)程所用時(shí)間為2h，故物料參加的體積選擇裝填系數(shù)η4=0.75那么V4物料=1.97994/0.7=2.84957選取搪玻璃K型反響罐(HG5-Z51-79),其公稱(chēng)容積為3000L的一個(gè)。7.5管徑的計(jì)算和選?。?.5.1酯交換反響設(shè)備管徑的計(jì)算：1、蓖麻油貯料罐管徑：油及粘度大的液體流速u(mài)=0.5～2m/s選取u=0.5m/s由于管徑d==0.0229m=22.9mm應(yīng)選取32×2mm的熱軋無(wú)縫鋼管2、丁醇貯料罐管徑：取u=0.5m/sd==1.52mm應(yīng)選取32×2mm的熱軋無(wú)縫鋼管3、硫酸貯料罐管徑取u=0.5m/sd==1.00mm應(yīng)選取32×2mm的熱軋無(wú)縫鋼管7.5.2分層設(shè)備管徑的計(jì)算：1、蓖麻油酸丁酯貯料罐管徑油及粘度大的液體流速u(mài)=0.5～2m/s選取u=0.5m/s由于管徑d==24.90mm應(yīng)選取32×2mm的熱軋無(wú)縫鋼管2、甘油貯料罐管徑取u=0.5m/sd==7.844mm應(yīng)選取32×2mm的熱軋無(wú)縫鋼管7.5.3磺化反響設(shè)備管徑的計(jì)算：1、分層損失5％后的蓖麻油酸丁酯貯料罐管徑選取u=0.5m/s由于管徑d==24.9mm應(yīng)選取32×2mm的熱軋無(wú)縫鋼管2、洗滌過(guò)程中磺化蓖麻油酸丁酯和水的貯料罐管徑選取u=0.5m/s由于管徑d==24.09mm應(yīng)選取32×2mm的熱軋無(wú)縫鋼管7.5.4中和反響設(shè)備管徑的計(jì)算：1、洗滌損失5％后參加中和反響的磺化蓖麻油酸丁酯貯料罐管徑選取u=0.5m/s由于管徑d==23.28mm應(yīng)選取32×2mm的熱軋無(wú)縫鋼管2、三乙醇胺貯料罐管徑取u=1m/sd==1.00mm應(yīng)選取32×2mm的熱軋無(wú)縫鋼管第八章核算8.1酯交換過(guò)程的核算：根據(jù)設(shè)備結(jié)果復(fù)核物料衡算、能量衡算和物料平衡圖，由設(shè)備計(jì)算結(jié)果知：在酯交換過(guò)程中選擇K型搪玻璃反響釜5000L的9個(gè)，裝量系數(shù)為0.8，那么V=45m3*0.75=33.75m3由反響原理知反響罐中蓖麻油與丁醇的摩爾比為1:3，那么其體積比為：由V蓖麻油+V丁醇=33.75m3〔8-2〕V蓖麻油/V丁醇=3.5745〔8-3〕所以得：V蓖麻油=26.37m3，V丁醇=7.38m3故：蓖麻油在一個(gè)生產(chǎn)周期22h單位時(shí)間的質(zhì)量流量為：26.37*950/22=1138.797kg/h丁醇在一個(gè)生產(chǎn)周期22h單位時(shí)間的質(zhì)量流量為7.38*809/22=271.3039kg/h由反響式知：蓖麻油蓖麻油酸丁酯943.43033*354.56711138.797W1即得：W1=1283.974kg/h由于酯交換的收率為70%，故實(shí)際產(chǎn)量為W=182.6143×0.7=898.7817kg/h8.2磺化反響過(guò)程的核算：磺化時(shí)所用的反響罐為：5000L的一個(gè)，裝量系數(shù)為0.65，那么磺化時(shí)的加料總體積V2物料=5000*y2=3250L=3.25m3同上理由反響原理知反響罐中蓖麻油酸丁酯與硫酸的摩爾比為1:1，那么其體積比為：由V蓖麻油酸丁酯+V硫酸=3.25m3V蓖麻油酸丁酯/V硫酸=6.9064所以得V蓖麻油酸丁酯=2.84m3故：蓖麻油酸丁酯在一個(gè)生產(chǎn)周期3h單位時(shí)間的質(zhì)量流量為：2.84*960/3=908.461kg/h由反