..制藥工程專業(yè)設(shè)計說明書磺化油的工藝設(shè)計XXX專業(yè)班級11級制藥2班學(xué)號2011XXXX設(shè)計開場日期2014.12.29完成日期2015.01.08指導(dǎo)教師成績..XX理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院制藥工程專業(yè)設(shè)計評分表學(xué)生：XXX班級：11級制藥2班學(xué)號：2011XXXX設(shè)計題目年產(chǎn)5000噸磺化油工藝設(shè)計成績評價容優(yōu)良中及格不及格1設(shè)計說明書質(zhì)量2圖紙質(zhì)量3設(shè)計進度情況4紀律、出勤、答復(fù)下列問題等綜合表現(xiàn)教師綜合評價教師簽字：日期：目錄任務(wù)………………………11.1設(shè)計工程名稱………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選定計算基準………42.3生產(chǎn)路線…………4物料衡算…………………53.1初步計算產(chǎn)量………53.2酯交換反響計算……………………53.3磺化反響計算………53.4中和反響計算………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)計工作中，通過熱量衡算可以得到的設(shè)計參數(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、工藝流程草圖進展設(shè)備計算……………117.1酯交換設(shè)備的計算…………………117.2磺化過程設(shè)備計算…………………117.3水洗設(shè)備計算………117.4中和反響設(shè)備的計算………………117.5管徑的計算和選取…………………127.5.1酯交換反響設(shè)備管徑的計算……127.5.2分層設(shè)備管徑的計算…………137.5.3磺化反響設(shè)備管徑的計算……137.5.3磺化反響設(shè)備管徑的計算……137.5.4中和反響設(shè)備管徑的計算………14第八章．核算………………………158.1酯交換過程的核算…………………158.2磺化反響過程的核算………………158.3水洗中和過程的核算………………16第九章．參考文獻…………………17附圖工藝流程圖…………18物料衡算圖…………19第一章任務(wù)書1.1設(shè)計工程名稱：磺化油DAH合成工藝。1.2生產(chǎn)方法：蓖麻油與丁醇進展酯交換，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，靜置過夜分出下層廢酸。攪拌參加三乙醇胺，中和到pH7-7.5，中和時溫度不超過45℃，得到產(chǎn)品。1.4生產(chǎn)能力：5000t/年DAH(300天/年，24小時/日)，設(shè)計裕量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)計關(guān)于其他工程如：設(shè)計依據(jù)，廠址選址，主要技術(shù)經(jīng)濟指標，原料的供給，水、電、汽的主要來源，建廠期限，設(shè)計單位，設(shè)計進度及設(shè)計階段的規(guī)定等容從略。第二章生產(chǎn)方法2.1磺化油〔DAH〕簡介：【中文名稱】磺化油【英文名稱】sulfonatedoil;sulfateoil【性狀】微黃色至深棕色液體。【溶解情況】溶于水和乙醇，遇酸分解。【用途】陰離子型外表活性劑的一類。具有潤濕、乳化、分散、潤滑等作用。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。【制備或來源】由蓖麻油或其他植物油或某些魚油與硫酸作用，經(jīng)中和而制得。【性質(zhì)】陰離子型外表活性劑的一類。實際上是硫酸化油〔含有一O?SO3Na基〕。由蓖麻油或其他植物或某些魚油與硫酸作用，再經(jīng)中和而制得。由蓖麻油制得的常稱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，又由于磺化油和煤油具有酸性，所以采用氫氧化鈉增加堿性，以到達中性，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，具有潤滑、乳化、分散、潤濕的作用，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，靜置過夜分出下層廢酸。攪拌參加三乙醇胺，中和到pH7-7.5，中和時溫度不超過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選定計算基準：本方案采用間歇式操作，間歇式操作以一批進料量為基準進展計算。〔kg/批，kmol/批〕2.3根據(jù)上述生產(chǎn)方法確定生產(chǎn)路線，見工藝流程圖〔2-1〕.工藝流程圖〔2-1〕第三章.物料衡算3.1初步計算產(chǎn)量：裝置生產(chǎn)能力為：因為設(shè)計裕量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，當時：產(chǎn)物的產(chǎn)量所以當進料為時，符合設(shè)計標準。3.2酯交換反響計算：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為酯交換收率為，所以產(chǎn)物蓖麻油酸丁酯的量為甘油的量為分甘油時蓖麻油酸丁酯損失，那么，進展磺化反響的蓖麻油酸丁酯的量為3.3磺化反響計算：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為磺化反響的收率為，所以產(chǎn)物磺化蓖麻油酸丁酯的量為水的量為分廢酸時磺化蓖麻油酸丁酯損失，那么，進展中和反響的磺化蓖麻油酸丁酯的量為3.4中和反響計算：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為中和反響的收率為，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)計中的能量衡算就是熱量衡算。5.1化工設(shè)計工作中，通過熱量衡算可以得到的設(shè)計參數(shù)包括：〔1〕換熱設(shè)備的熱負荷換熱設(shè)備包括熱交換器、加熱器、冷卻器、汽化器等。〔2〕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。〔3〕吸收塔冷卻裝置的熱負荷〔4〕冷激式多段傳熱固定床反響器的冷激劑用量。〔5〕加熱蒸汽、冷卻水、冷凍鹽水的用量。〔6〕有機高溫?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。〔9〕設(shè)備進、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，只需進展計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，故主要針對酯交換工段，進展熱量衡算，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℃時的比熱容：解得：同理求出在90℃時蓖麻油的比熱為：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，可知此溫度圍的平均定壓比熱容為〔t1+t2〕/2時物質(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，一般來說，物質(zhì)的C-t關(guān)系不是一直線，但是它的曲率并不大，只要在計算時溫度變化圍不大，可按直線計算。但是我方案中采用取C1與C2的對數(shù)平均值作為整個加熱過程的比熱，這樣更準確一些。C=〔C2–C1〕/ln(C2-C1)(5-1)那么：查"化工工藝設(shè)計手冊"知：丁醇的比熱為0.65kcal/〔kg.oC〕,由酯交換反響機理知丁醇與蓖麻油的摩爾比為3:1，那么其各占的質(zhì)量分數(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將本傳熱過程按對流傳熱考慮：t25oC→90oCT100oC←100oC由△tm=[(T2–t1)-(T1-t2)]/ln[(T2–t1)/(T1-t2)]〔5-3〕那么：查"化工手冊"知搪玻璃反響器的總傳熱系數(shù)為：加熱過程為T=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圖〔附錄圖6-1〕第七章設(shè)備計算根據(jù)物料衡算、能量衡算、工藝流程草圖進展設(shè)備計算〔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)備的計算：根據(jù)其生產(chǎn)量、預(yù)處理時間為2h，生產(chǎn)過程中所用的時間，知整個酯交換反響時間為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〔7-1〕V1公稱=33.17815/0.8=44.2383m3查"化工工藝設(shè)計手冊"選搪玻璃反響罐選取搪玻璃K型反響罐(HG5-Z51-79),其公稱容積為5000L的9個7.2磺化過程設(shè)備計算：根據(jù)其生產(chǎn)量、預(yù)處理時間為2h，生產(chǎn)過程中所用的時間，知整個磺化過程所需時間為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=0.6520/0.75=0.8693m3查"化工工藝設(shè)計手冊"選搪玻璃反響罐選取搪玻璃K型反響罐(HG5-Z51-79),其公稱容積為1000L的1個7.3水洗設(shè)備計算：根據(jù)其生產(chǎn)量、預(yù)處理時間為2h，生產(chǎn)過程中所用的時間，知整個水洗過程所用時間為14h，故物料參加的體積按裝置系數(shù)η3=0.8，那么V3公稱=12/0.8=15m3查"化工工藝設(shè)計手冊"選搪玻璃反響罐選取搪玻璃K型反響罐(HG5-Z51-79),其公稱容積為5000L的三個。7.4中和反響設(shè)備的計算：根據(jù)其生產(chǎn)量、預(yù)處理時間為2h，生產(chǎn)過程中所用的時間，知整個水洗過程所用時間為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),其公稱容積為3000L的一個。7.5管徑的計算和選取：7.5.1酯交換反響設(shè)備管徑的計算：1、蓖麻油貯料罐管徑：油及粘度大的液體流速u=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的熱軋無縫鋼管7.5.2分層設(shè)備管徑的計算：1、蓖麻油酸丁酯貯料罐管徑油及粘度大的液體流速u=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的熱軋無縫鋼管7.5.3磺化反響設(shè)備管徑的計算：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的熱軋無縫鋼管2、洗滌過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的熱軋無縫鋼管7.5.4中和反響設(shè)備管徑的計算：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的熱軋無縫鋼管第八章核算8.1酯交換過程的核算：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)備計算結(jié)果知：在酯交換過程中選擇K型搪玻璃反響釜5000L的9個，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：蓖麻油在一個生產(chǎn)周期22h單位時間的質(zhì)量流量為：26.37*950/22=1138.797kg/h丁醇在一個生產(chǎn)周期22h單位時間的質(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%，故實際產(chǎn)量為W=182.6143×0.7=898.7817kg/h8.2磺化反響過程的核算：磺化時所用的反響罐為：5000L的一個，裝量系數(shù)為0.65，那么磺化時的加料總體積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生產(chǎn)周期3h單位時間的質(zhì)量流量為：2.84*960/3=908.461kg/h由反