12级化学工程与工艺专业 化工原理课程设计说明书
目 录
第一章 绪 论???????????????????????????????1 1.1 产品生产的发展概况及意义????????????????????1 1.2 产品的性质、用途、危险性、国家标准???????????????1 1.2.1 产品性质 ??????????????????????????1 1.2.2 产品用途 ??????????????????????????1 1.2.3 产品国家标准 ????????????????????????1 1.3 原料的性质及来源????????????????????????2 1.3.1 原料的性质 ?????????????????????????2 1.3.2 原料的来源 ?????????????????????????2 1.4 设计所采用的分离方法及特点???????????????????2 第二章 工艺流程设计及设备论证 ?????????????????????3 2.1 工艺流程叙述及论证 ??????????????????????3 2.2工艺参数的选择论证 ??????????????????????4 2.3设备论证 ???????????????????????????4 第三章 物料衡算 ?????????????????????????4 3.1 原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分数 ???????????????4 3.2 原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量 ?????????????5 3.3 物料衡算 ???????????????????????????5 第四章 能量衡算 ?????????????????????????????5 4.1 冷凝器的热负荷和冷却水的流量 ?????????????????5 4.2 再沸器的热负荷和饱和水蒸气的流量 ?????????????????6 4.3 预热器的热负荷和饱和水蒸气的流量 ???????????????6 4.4 塔顶产品冷却器 ???????????????????????6 第五章 设备设计计算与选型 ????????????????????6 5.1 塔板数的确定 ?????????????????????????6 5.1.1 理论板层数NT的求取 ????????????????????6 5.1.2 实际板层数的计算 ?????????????????????7 5.2 相关物性的计算 ????????????????????????9 5.2.1 操作压力的计算 ??????????????????????10 5.2.2 平均摩尔质量计算 ?????????????????????10
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5.2.3 平均密度计算 ???????????????????????10 5.2.4 液体平均表面张力 ?????????????????????11 5.2.5 温度 ?????????????????????????12 5.3 精馏塔的塔体主要工艺尺寸计算 ?????????????????12 5.3.1 气液相负荷的计算 ?????????????????????12 5.3.2 塔径 ???????????????????????????13 5.4 塔板主要工艺尺寸的计算????????????????????14 5.4.1 溢流装置计算 ???????????????????????14 5.4.2 边缘区宽度 ?????????????????????????16 5.4.3 塔板布置 ?????????????????????????16 5.5 板式塔的流体力学验算 ????????????????????17 5.5.1 塔板压力降hf的校验 ????????????????????17 5.5.2 液面落差 ?????????????????????????18 5.5.3 雾沫夹带 ?????????????????????????18 5.5.4 漏液 ???????????????????????????18 5.5.5 液泛 ???????????????????????????19 5.6 塔板负荷性能图 ???????????????????????19 5.6.1 漏液线 ??????????????????????????19 5.6.2 雾沫夹带线 ????????????????????????20 5.6.3 液相负荷下限线 ??????????????????????20 5.6.4 液相负荷上限线 ??????????????????????21 5.6.5 液泛线 ??????????????????????????21 5.6.6 操作弹性 ??????????????????????????21 5.7 换热器的选型 ?????????????????????????22 5.7.1 全凝器的选型 ????????????????????22 5.7.2 再沸器的选型 ????????????????????23 5.7.3 预热器的选型 ????????????????????24 5.7.4 塔顶产品冷却器选型及核算 ?????????????????24 5.8 管径的选取 ?????????????????????????28 5.8.1 进料管管径的选取 ?????????????????????28 5.8.2 塔顶出料管管径的选取 ???????????????????28 5.8.3 塔釜出料管管径的选取 ???????????????????29
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5.8.4 塔顶回流液管管径的选取 ??????????????????29 5.8.5 塔釜回流液管管径的选取 ??????????????????29 5.8.6 全凝器出口管管径的选取 ??????????????????29 5.8.7 再沸器出口管管径的选取 ??????????????????29 5.9 离心泵的选取 ?????????????????????????29 5.10 精馏塔的附属设备 ????????????????????????30 5.10.1 法兰的选择 ?????????????????????????30 5.10.2 筒体与封头 ?????????????????????????31 5.10.3 裙座 ????????????????????????????31 5.10.4 有效高度 ?????????????????????????31 5.10.5 塔总体高度 ?????????????????????????31 5.10.6储槽 ?????????????????????????31 第六章 非工艺部分 ?????????????????????????32 6.1安全 ???????????????????????????????32 6.2 三废情况及环保的大体方案 ?????????????????????33 主要参考文献 …………………………………………………………………………..34 结束语 …………………………………………………………………………………...35 附录
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第一章 绪 论
1.1 产品生产的发展概况及意义
丙酮是重要的有机合成原料，用于生产环氧树脂， 聚碳酸酯，有机玻璃，医药，农药等。亦是良好溶剂，用于涂料、黏结剂、钢瓶乙炔等。也用作稀释剂，清洗剂，萃取剂。还是制造醋酐、双丙酮醇、氯仿、碘仿、环氧树脂、聚异戊二烯橡胶、甲基丙烯酸甲酯等的重要原料。在无烟火药、赛璐珞、醋酸纤维、喷漆等工业中用作溶剂。在油脂等工业中用作提取剂。 用于制取有机玻璃单体、双酚A、二丙酮醇、己二醇、甲基异丁基酮、甲基异丁基甲醇、佛尔酮、异佛尔酮、氯仿、碘仿等重要有机化工原料。在涂料、醋酸纤维纺丝过程、钢瓶贮存乙炔、炼油工业脱蜡等方面用作优良的溶剂。
1.2产品的性质、用途、危险性、国家标准 1.2.1 产品性质
丙酮是脂肪族酮类具有代表性的的化合物，具有酮类的典型反应。例如：与亚硫酸氢钠形成无色结晶的加成物。与氰化氢反应生成丙酮氰醇。在还原剂的作用下生成异丙酮与频哪醇。丙酮对氧化剂比较稳定。在室温下不会被硝酸氧化。用酸性高锰酸钾强氧化剂做氧化剂时，生成乙酸、二氧化碳和水。在碱存在下发生双分子缩合，生成双丙酮醇。2mol丙酮在各种酸性催化剂（盐酸，氯化锌或硫酸）存在下生成亚异丙基丙酮，再与1mol丙酮加成，生成佛尔酮（二亚异丙基丙酮）。3mol丙酮在浓硫酸作用下，脱3mol水生成1，3，5-三甲苯。在石灰。醇钠或氨基钠存在下，缩合生成异佛尔酮（3，5，5-三甲基-2-环己烯-1-酮） 。在酸或碱存在下，与醛或酮发生缩合反应，生成酮醇、不饱和酮及树脂状物质。与苯酚在酸性条件下，缩合成双酚-A。丙酮的α-氢原子容易被卤素取代，生成α-卤代丙酮。与次卤酸钠或卤素的碱溶液作用生成卤仿。丙酮与Grignard试剂发生加成作用，加成产物水解得到叔醇。丙酮与氨及其衍生物如羟氨、肼、苯肼等也能发生缩合反应。此外，丙酮在500~1000℃时发生裂解，生成乙烯酮。在170~260℃通过硅-铝催化剂，生成异丁烯和乙醛；300~350℃时生成异丁烯和乙酸等。不能被银氨溶液，新制氢氧化铜等弱氧化剂氧化，但可催化加氢生成醇。
1.2.2 产品用途
丙酮是重要的有机合成原料，用于生产环氧树脂， 聚碳酸酯，有机玻璃，医药，农药等。亦是良好溶剂，用于涂料、黏结剂、钢瓶乙炔等。也用作稀释剂，清洗剂，萃取剂。还是制造醋酐、双丙酮醇、氯仿、碘仿、环氧树脂、聚异戊二烯橡胶、甲基丙烯酸甲酯等的重要原料。在无烟火药、赛璐
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珞、醋酸纤维、喷漆等工业中用作溶剂。在油脂等工业中用作提取剂。 用于制取有机玻璃单体、双酚A、二丙酮醇、己二醇、甲基异丁基酮、甲基异丁基甲醇、佛尔酮、异佛尔酮、氯仿、碘仿等重要有机化工原料。在涂料、醋酸纤维纺丝过程、钢瓶贮存乙炔、炼油工业脱蜡等方面用作优良的溶剂。
1.2.3 危险性、产品国家标准
健康危害：急性中毒主要表现为对中枢神经系统的麻醉作用，出现乏力、恶心、头痛、头晕、易激动。重者发生呕吐、气急、痉挛，甚至昏迷。对眼、鼻、喉有刺激性。口服后，先有口唇、咽喉有烧灼感，后出现口干、呕吐、昏迷、酸中毒和酮症。
慢性影响：长期接触该品出现眩晕、灼烧感、咽炎、支气管炎、乏力、易激动等。皮肤长期反复接触可致皮炎。
燃爆危险：该品极度易燃，具刺激性。
1.3 原料的性质及来源 1.3.1 原料的性质
但工业上实际采用的方法并不很多。目前我国用粮食发酵的生产丙酮仍占较大比重。在合成法中异丙苯法是主要的。由含淀粉的农副产品发酵制得丙酮、丁醇和乙醇的混合物，三者的比例为丙酮：丁醇：乙醇=32：56：12至25：70：3(重量比)。每生产1t丙酮，约耗用11t淀粉或60-66t废糖蜜。异丙苯法是丙酮生产路线中最经济的方法，同时得到苯酚。两者之比是，苯酚：丙酮=1：0.6(重量)。以苯酚计，10万t级装置每吨苯酚消耗丙烯(90%)590kg。
1.3.2 原料的来源
丙酮的生产方法主要有异丙醇法、异丙苯法、发酵法、乙炔水合法和丙烯直接氧化法。目前世界上丙酮的工业生产以异丙苯法为主。世界上三分之二的丙酮是制备苯酚的副产品，是异丙苯氧化后的产物之一。
丙酮，工业上主要作为溶剂用于炸药、塑料、橡胶、纤维、制革、油脂、喷漆等行业中，也可作为合成烯酮、醋酐、碘仿、聚异戊二烯橡胶、甲基丙烯酸、甲酯、氯仿、环氧树脂等物质的重要原料。
1.4 设计所采用的分离方法及特点
双组分混合液的分离是最简单的精馏操作。典型的精馏设备是连续精馏装置（图1），包括精馏塔、再沸器、冷凝器等。精馏塔供汽液两相接触进行相际传质，位于塔顶的冷凝器使蒸气得到部分冷凝,部分凝液作为回流液返回塔底,其余馏出液是塔顶产品。位于塔底的再沸器使液体部分汽化，蒸气沿塔上升，余下的液体作为塔底产品。进料加在塔的中部,进料中的液体和上塔段来的液体一起沿塔下降，进料中的蒸气和下塔段来的蒸气一起
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