年产450吨丁酮乙二醇缩酮的车间工艺设计课程设计说明书-本科论文.doc

精细化学品生产技术
课程设计说明书

题 目:年产450吨丁酮乙二醇缩酮的车间工艺设计

课程设计任务书 3
总 论 6
1.产品概述 6
第一章工艺流程概述 9
1. 产品介绍 9
1.1产品名称：丁酮乙二醇缩酮 9
1.2分子式： 9
1.3产品性质 9
1.4产品用途 9
2. 工艺流程概述 9
2.1合成路线 9
2.2生成工艺流程框图[13] 10
3原辅料介绍 10
3.1丁酮 10
3.2乙二醇 11
4. 对苯二甲酸 12
4.1名称：对苯二甲酸 12
4.2物理性质 12
4.3化学性质 13
4.4毒性危害 13
5. 环己烷 13
5.2物理性质 13
5.3化学性质 14
5.4毒性和危害 14
第二章工艺计算 15
第一节 物料衡算 15
1. 做出物料流程图，确定计算范围 15
2物料计算[5] 16
第二节 热量衡算 17
1.热量平衡式 17
2.热量衡算 17
2.3物料带入设备的热量Q1（设室温为25℃） 18
2.4、反应釜回流过程的热量衡算[10] 19
2.5加热剂与反应系统交换的总热量Q 19
2.6.能量汇总表： 20
第三章 设备计算和选型 20
3.1.反应罐 20
3.1.1材质 20
3.1.2.结构 20
3.2.搅拌器 20
3.3.原料的原始密度的计算 20
3.4每昼夜处理的物料总体积 20
3.5.反应器的工艺计算及选型 21
3.6选型[12] 21
第四 章主要技术经济指标 24
4.1物料规格表： 24
4.2 .车间水.电.水蒸气的消耗量M 25
4.3成本消耗综合表： 26
第五章 环保安全 27
5.1.环境保护 27
5.2．安全措施 27
第六章设备结构图 28
第七章 设计的体会和收获 29
第八章 参考文献 30

课程设计任务书
题 目：年产450吨丁酮乙二醇缩酮的车间工艺设计
任务与要求：
1．设计原始数据
年产量；450吨
年工作日：240天
生产工艺原理：以丁酮、乙二醇为原料，对甲苯磺酸为催化剂，环己烷为带水剂，生产制备丁酮乙二醇缩酮。
反应温度：回流
反应时间：3小时
其中丁酮的转化率为95%，丁酮乙二醇缩酮的收率为85%。其它工艺参数通过查资料自己确定。
2．物料规格
原料与产物
规格（纯度）
乙二醇
98.0%
丁酮
99.0%
环己烷
99.0%
对甲苯磺酸
98.0%
丁酮乙二醇缩酮
98.0%
3．工艺计算
物料衡算
热量衡算
设备计算
4．编制设计说明书
设计说明书的内容：
一、总论
（1）概述
所设计产品的性能、用途和在国民经济中或对人民生活的重要性；该产品的市场需求，该产品的生产方法及特点。
（2）文献综述
通过查阅国内外期刊文献，简述该产品的生产试验概况，国内外的生产现状和发展趋势。（1000字以上）
（3）项目来源
由教师指定的课题
（4）设计产品所需的主要材料的规格、来源以及水、电、汽的供应情况、结合设计地区供应情况加以说明。
二、生产流程和生产方案的确定
根据查阅文献或实际调查所掌握的情况，或依据科学试验报告或小试结果进行放大设计，分析各种生产方法及其特点。简要叙述自己设计所选定的生产方法的依据和特点。画出一个简单流程图。
三、工艺计算
包括物料衡算与能量衡算，计算结果汇总于物料衡算表和热量衡算表中，并将计算基准转换为生产能力的基准，包括时间基准和单位产品基准。
四、主要设备的工艺计算和设备选型
根据设计任务工作量的大小，对反应釜进行工艺计算并进行选型。并根据生产能力，按物料衡算和热量衡算的结果，对其它设备都作为辅助设备进行选型。如泵、压缩机、换热器、槽罐等。
五、原材料、动力消耗定额
六、车间成本估算
七、环境保护及安全措施
八、设计的体会和收获
九、参考文献
十、附工程图纸
（1）带控制点的工艺流程图
（2）主要设备装配图
参考书
《化工设计手册》（上、下册），国家医药管理局上海医药设计院编
《精细化工反应器及车间工艺设计》（左识之主编），华东理工大学出版社
《化工制图》
《工程制图》（化工）
《化工工艺设计概论》

学 生 签 名：
课程设计要求

1. 每组人员4人，已大致分配，若需要调整，组员之间可以互换，但不能增加或减少原组人员数量。调整后，把最终的名单重新报给指导老师。
2. 每组自定设立一个负责人，进行统一分工；组员之间要互相配合、合理分工；个人完成自己的任务，最后汇总成篇；“心得体会”部分必须个人完成。
3. 课程设计要求在十八周上交，每人打印一份上交指导老师，同时在“目录”加“*”备注自己完成的部分。（打印顺序：封面→目录→任务书→正文）

总 论
1.产品概述
丁酮乙二醇缩酮不仅仅是作为有机合成的中间体或特殊溶剂使用，而且还是果香型、木香型日用香精[1].由于其原料来源丰富,化学性质稳定,近十几年作为新型香料在日用香精和食品香精中均有广泛应用。因此 ,研究和开发丁酮缩乙二醇具有一定的意义。
2.现行的工艺：
近年来丁酮缩乙二醇在香料中广泛的得到应用，越来越多的人对其进行研究，向着越来越高效和环保的反面发展。以下是近几年来丁酮缩乙二醇的合成方法
（1）丁酮缩乙二醇的一般合成工艺是：由丁酮和乙二醇反应而得,用硫酸、磷酸、对甲苯磺酸和氨基磺酸等作催化剂,其最佳合成工艺条件为:醇酮物质的量的比为1.2:1 ,催化剂加入量为2%, 以环己烷作为带水剂,反应完毕后,经精制工序,可制得质量高、产品收率好的产品。此工艺其优点是催化剂价廉易得,但是反应结束后,分离催化剂与产物需进行中和、水洗等过程 ,工艺复杂 ,产生废水污染环境,并且质子酸对设备具有较强的腐蚀作用。
(2).以复合固体酸 S O42 -/Fe2O3 - Ti O2为多相催化剂 ,通过丁酮和乙二醇反应合成了丁酮缩乙二醇。在酮醇物质的量比为 1∶ 1 . 5,催化剂用量为反应物料总质量的 2% ,带水剂选用环己烷 ,反应时间 1 . 5 h的条件下 ,丁酮缩乙二醇的收率可达 92 . 7%,此反应知S O42 -/Fe2O3 - Ti O2是合成丁酮缩乙二醇的良好催化剂,其活性高,易分离,污染少,有一定的工业应用价值。
(3)甲壳素 ( chitin)是自然界中大量存在的氨基多糖 ,其脱乙酰基产物壳聚糖 ( chit osan)与硫酸反应所形成的壳聚糖硫酸盐不溶于水 ,也不溶一般的有机溶剂 ,对酯化和醚化具有一定的催化作用,以壳聚糖硫酸盐为催化剂 ,丁酮和乙二醇为原料 ,环己烷作为带水剂，合成了丁酮缩乙二醇。催化剂效果良好 ,并可重复使用。对环境友好。
（4）以一水合硫酸氢钠作催化剂 ,在适宜的条件下 ,合成了丁酮缩乙二醇 ,产率可达 91. 5 %， 一水合硫酸氢钠是合成丁酮缩乙二醇的良好非质子酸催化剂 ,它具有催化活性高 ,可重复使用 ,催化剂与反应体系易于分离，来源广泛 ,价格低廉 ,性质稳定 ,减少三废
污染等特点。因此 ,一水合硫酸氢钠是工业合成环己酮缩乙二醇的有价值的催化剂。
（5）以活性炭负载具有 Keggin结构的硅钨酸和磷钨酸作为催化剂 ,比较它们对缩酮反应的催化效果 ,结果表明:它们对丁酮的缩合反应都具有良好的催化活性;而负载型磷钨酸的催化稳定性更好，用活性炭负载杂多酸催化合成丁酮缩乙二醇 ,催化活性高 ,后处理简单 ,环境污染少. 其中以活性炭负载磷钨酸为催化剂 ,更具催化剂重复使用性能好的特点 ,这是一种有着工业应用前景的催化剂。
3.市场与前景：
由于丁酮缩乙二醇具有的特性使其广泛的应用于香料中，日用品中，随着日用品的发展，丁酮缩乙二醇的需求越来越多，应用越来越广泛，合成丁酮所乙二醇的方法也越来越多。丁酮缩乙二醇将会向着更加高效，低成本，更加环保，绿色，更具可持续发展的方法发展。

第一章工艺流程概述
1. 产品介绍
1.1产品名称：丁酮乙二醇缩酮
1.2分子式：

1.3产品性质
产品是一种无色透明的液体，具有果香，不溶于水，溶于乙醇等有机溶剂。它具有香味，常用于香精中，原料来源广丰富，生产工艺简单，化学性质稳定。在日用香料和食用香精中应用广泛。
1.4产品用途
他可作为化学工业合成中间体和溶剂，也可以用作香精和香料添加剂。
2. 工艺流程概述
2.1合成路线
在反应釜中加入丁酮、乙二醇、一定量的对苯二甲酸和环己烷溶剂共沸剂，装上搅拌器、分水器、回流冷凝管和温度计，加热反应3小时，反应产生水和共沸剂共沸蒸出，至没水产生，结束反应、冷却、过滤、蒸馏收集一定温度范围内的馏分。[2]

Na2CO3
2.2生成工艺流程框图[13]
丁酮
乙二醇
对苯二甲酸
环己烷

减压蒸馏
分层分离
中和洗涤
缩合反应

环己烷
油水分离
产品

3原辅料介绍
3.1丁酮
中文名称：2-丁酮 中文别名：丁酮;;MEK；;2-氧代丁烷 英文名称：2-Butanone
外观与性状：无色液体，有似丙酮的气味。
3.1.1物理性质
熔点℃)：-85.9；相对密度（水=1）：0.81；沸点(℃)：79.6；相对蒸气密度（空气=1）：2.42；饱和蒸气压(kPa)：9.49(20℃)；燃烧热(kJ/mol)：2441.8；临界温度(℃)：260；临界压力(MPa)：4.40；辛醇/水分配系数的对数值：0.29 ；闪点(℃)：-9 ； 爆炸上限%(V/V)：11.4；引燃温度(℃)：404 ；爆炸下限%(V/V)：1.7 ；溶解性：溶于水、乙醇、乙醚，可混溶于油类
3.1.2化学性质
丁酮由于具有羰基及与羰基相邻接的活泼氢，因此容易发生各种反应。与盐酸或氢氧化钠一起加热发生缩合，生成3,4-二甲基-3-己烯-2-酮或3-甲基-3-庚烯-5-酮。长时间受日光照射时，生成乙烷、乙酸、缩合产物等。用硝酸氧化时生成联乙酰。用铬酸等强氧化剂氧化时生成乙酸。丁酮对热比较稳定，500℃以上热裂生成烯酮或甲基烯酮。与脂肪族或芳香族醛发生缩合时，生成高分子量的酮、环状化合物、缩酮以及树脂等。例如与甲醛在氢氧化钠存在下缩合，首先生成2-甲基-1-丁醇-3-酮，接着脱水生成甲基异丙烯基酮。该化合物受日光或紫外光照射时发生树脂化。与苯酚缩合生成2,2-双(4-羟基苯基)丁烷。与脂肪族酯在碱性催化剂存在下反应，生成β-二酮。在酸性催化剂存在下与酸酐作用发生酰化反应，生成β-二酮。与氰化氢反应生成氰醇。与氨反应生成酮基哌啶衍生物。丁酮的α-氢原子容易被卤素取代生成各种卤代酮，例如与氯作用生成3-氯-2-丁酮。与2,4-二硝基苯肼作用生成黄色的2,4-二硝基苯腙(m.p. 115℃)。
3.1.3毒性和危害
健康危害：对眼、鼻、喉、粘膜有刺激性。长期接触可致皮炎。该品常与己酮同-[2]混合应用，能加强己酮-[2]引起的周围神经病现象，但单独接触丁酮未发现有周围神经病现象。
燃爆危险：该品易燃，具刺激性。
3.2乙二醇
名称：乙二醇（ethylene glycol）又名“甘醇”、“1,2-亚乙基二醇”，简称EG。
化学式为(HOCH2)₂
乙二醇是无色无臭、有甜味液体，对动物有毒性，人类致死剂量约为1.6 g/kg。乙二醇能与水、丙酮互溶，但在醚类中溶解度较小。用作溶剂、防冻剂以及合成涤纶的原料。乙二醇的高聚物聚乙二醇（PEG）是一种相转移催化剂，也用于细胞融合；其硝酸酯是一种炸药。[3]
3.2.2物理性质
冰点： -12.6℃
沸点：197.3℃
密度：相对密度(水=1)1.1155(20℃）；相对密度(空气=1)2.14
外观与性状：无色、有甜味、粘稠液体
蒸汽压：0.06mmHg(0.06毫米汞柱)/20℃
闪点：111.1℃
粘度：25.66mPa.s(16℃）[1]
溶解性：与水/乙醇/丙酮/醋酸甘油吡啶等混溶，微溶于乙醚，不溶于石油烃及油类，能够溶解氯化锌/氯 化钠/碳酸钾/氯化钾/碘化钾/氢氧化钾等无机物。
表面张力：46.49 mN/m (20℃)
燃点：418℃
燃烧热：1180.26KJ/mol
在25摄氏度下，相对介电常数为 37
浓度较高时易吸潮

3.2.3化学性质
由于分子量低,性质活泼,可起酯化/醚化/醇化/氧化/缩醛/脱水等反应。
与乙醇相似，主要能与无机或有机酸反应生成酯，一般先只有一个羟基发生反应，经升高温度、增加酸用量等，可使两个羟基都形成酯。如与混有硫酸的硝酸反应，则形成二硝酸酯。酰氯或酸酐容易使两个羟基形成酯。 乙二醇在催化剂（二氧化锰、氧化铝、氧化锌或硫酸）作用下加热，可发生分子内或分子间失水。 乙二醇能与碱金属或碱土金属作用形成醇盐。通常将金属溶于二醇中，只得一元醇盐；如将此醇盐（例如乙二醇一钠）在氢气流中加热到180～200°C，可形成乙二醇二钠和乙二醇。此外用乙二醇与 2摩尔甲醇钠一起加热，可得乙二醇二钠。乙二醇二钠与卤代烷反应，生成乙二醇单醚或双醚。乙二醇二钠与1，2－二溴乙烷反应，生成二氧六环。 此外，乙二醇也容易被氧化，随所用氧化剂或反应条件的不同,可生成各种产物,如乙醇醛HOCH2CHO、乙二醛OHCCHO、乙醇酸HOCH2COOH、草酸HOOCCOOH 及二氧化碳和水。乙二醇与其他二醇不同,经高碘酸氧化可发生碳链断裂。 应用 乙二醇常可代替甘油使用。在制革和制药工业中，分别用作水合剂和溶剂。乙二醇的衍生物二硝酸酯是炸药。乙二醇的单甲醚或单乙醚是很好的溶剂，如甲溶纤剂 HOCH2CH2OCH3 可溶解纤维、树脂、油漆和其他许多有机物。乙二醇的溶解能力很强，但它容易代谢氧 化，生成有毒的草酸，因而不能广泛用作溶剂。属于低毒类化学物。
4. 对苯二甲酸
4.1名称：对苯二甲酸
中文别名：精对苯二甲酸; PTA; 1,4-苯二甲酸; 对苯二(甲)酸,对酞酸; 松油苯二甲酸; 纯对苯二酸; 对酞酸; 对苯二酸; 对二苯甲酸
英文名称：p-phthalic acid
分子式C8H6O4；HOOCC6H4COOH
分子量：166.13
4.2物理性质
该品为白色晶体或粉末，低毒，可燃。若与空气混合，在一定的限度内遇火即燃烧甚至发生爆炸。
自燃点680℃
燃点384~421℃
升华热98.4kJ/mol
燃烧热3225.9kJ/mol
闪点 >110℃
密度1.55g/cm3。
溶于碱溶液，微溶于热乙醇，不溶于水、乙醚、冰醋酸、乙酸乙酯、二氯甲烷、甲苯、氯仿等大多数有机溶剂，可溶于DMF、DEF和DMSO等强极性有机溶剂。
4.3化学性质
对苯二甲酸可发生酯化反应；在强烈条件下，也可发生卤化、硝化和磺化反应。[3]
4.4毒性危害
毒性：属低毒类。
健康危害：对眼睛、皮肤、粘膜和上呼吸道有刺激作用
危险特性：遇高热、明火或与氧化剂接触，有引起燃烧的危险。
燃烧（分解）产物：一氧化碳、二氧化碳。

5. 环己烷
5.1名称：环己烷，别名六氢化苯，为无色有刺激性气味的液体。不溶于水，溶于多数有机溶剂。极易燃烧。一般用作一般溶剂、色谱分析标准物质及用于有机合成，可在树脂、涂料、脂肪、石蜡油类中应用，还可制备环己醇和环己酮等有机物。[3]
5.2物理性质
熔点(℃)
6.5
相对密度（水=1）
0.78
沸点(℃)
80.7
闪点(℃)
-16.5
折射率
1.42662
相对蒸气密度（空气=1）
2.90
饱和蒸气压(kPa)
13.098(25.0℃)
临界温度(℃)
280.4
临界压力(MPa)
4.05
辛醇/水分配系数的对数值
7（计算值）
外观与性状：无色液体，有刺激性气味。
溶解性：不溶于水，溶于乙醇、乙醚、苯、丙酮等多数有机溶剂[2]。
状态：为有汽油气味的无色流动性液体,不溶于水，可与乙醇、乙醚、丙酮、苯等多种有机溶剂混溶,在甲醇中的溶解度为100份甲醇可溶解57份环己烷(25℃)。
5.3化学性质
易挥发和极易燃烧，蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限1.3～8.3%(体积)。遇明火、高热极易燃烧爆炸。与氧化剂接触发生强烈反应，甚至引起燃烧。在火场中，受热的容器有爆炸危险。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。[2]
对酸、碱比较稳定，与中等浓度的硝酸或混酸在低温下不发生反应，与稀硝酸在100℃以上的封管中发生硝化反应，生成硝基环己烷。在铂或钯催化下，350℃以上发生脱氢反应生成苯。与氧化铝、硫化钼、钴、镍、铝一起于高温下发生异构化，生成甲基戌烷。与三氯化铝在温和条件下则异构化为甲基环戊烷。
环己烷也可以发生氧化反应，在不同的条件下所得的主要产物不同。例如在185～200℃，10～40大气压下，用空气氧化时，得到90%的环己醇。若用脂肪酸的钴盐或锰盐作催化剂在120～140℃、18～24大气压下，用空气氧化，则得到环己醇和环己酮的混合物。高温下用空气、浓硝酸或二氧化氮直接氧化环己烷得到己二酸。在钯、钼、铬、锰的氧化物存在下，进行气相氧化则得到顺丁烯二酸。在日光或紫外光照射下与卤素作用生成卤化物。与氯化亚硝酰反应生成环己肟。用三氯化铝作催化剂将环己烷与乙烯反应生成乙基环己烷、二甲基涣、二乙基环己烷和四甲基环己烷等。
5.4毒性和危害
毒性：属低毒类。有刺激和麻醉作用
健康危害：对眼和上呼吸道有轻度刺激作用。持续吸入可引起头晕、恶心、倦睡和其他一些麻醉症状。液体污染皮肤可引起痒感。
燃爆危险：该品极度易燃

第二章工艺计算

第一节 物料衡算
1. 做出物料流程图，确定计算范围[4]
废酸
丁酮缩乙二醇
缩合反应
丁酮
环己烷
对苯二甲酸
乙二醇

1.1根据物料流程图，可以确定缩合反应的物料衡算
1.2对间歇生产可确定计算基准为千克/天，则需要计算每天生产及原料投料量。
反应如下：

加热 催化剂

72.12 62.08 118.20 18
1 1 1 3

2物料计算[5]
2.1丁酮缩乙二醇及原料丁酮
每天生产丁酮乙二醇缩酮的质量：450000/240=1875Kg
每天需要投放丁酮纯的质量：（1875*72.12）/（118.20*0.85）=1345.93Kg
实际每天投放原料丁酮的质量： 1345.93/0.99=1359.52Kg
杂质的质量：1359.52-1345.93=13.59Kg
实际丁酮反应的质量：1345.93*0.95=1278.63Kg
剩余的质量：1345.93-1278.63=67.3Kg
2.2原料乙二醇
为了让丁酮转化率达到最高，选择乙二醇与丁酮的投料比为1.2:1
每天需要纯乙二醇的质量：（1345.93*62.08*1.2）/72.12=1390.27Kg
实际每天投放原料乙二醇的质量：1390.27/0.98=1418.64Kg
杂质的质量：1418.64-1390.27=28.37Kg
实际反应的质量：（1278.63*62.08）/72.12=1100.63Kg
剩余乙二醇的质量：1390.27-1100.63=289.64Kg
2.3每天需要对苯二甲酸的质量：1345.93*0.02=26.92Kg
每天实际投放对苯二甲酸的质量：26.92/0.98=27.47Kg
杂质的质量:27.47-26.92=0.55Kg
2.4环己烷纯的质量
生成水的质量：（1278.63*18）/72.12=319.13Kg
查阅资料可得环己烷带水能力大约为6.5Kg带走1Kg水
则需要纯环己烷的质量：319.13*6.5=2074.32Kg
实际需要投放环己烷的质量：2074.32/0.99=2095.27Kg
杂质的质量：2095.27-2074.32=20.95Kg
2.5出反应器的物料
2.5.1每天反应生成的丁酮乙二醇缩酮：（1278.63*118.20）/72.12=2095.59Kg
2.6、物料衡算列表：
2.6.1、进料量：
物料名称
含量%
折纯量kg
实际进料量
质量kg
Kmol
丁酮
99
丁酮：1345.93
1359.52
18.85
杂质：13.59
乙二醇
98
乙二醇：1390.27
1418.64
22.85
杂质：28.37
对甲苯磺酸
98
对甲苯磺酸：26.92
27.47
0.16
杂质：
0.55
环己烷
99
环己烷：2074.32
2095.27
24.94
杂质：20.95
合计

4900.90Kg

2.6.2、出料量
物料名称：
实际出料量
质量：kg
Kmol
丁酮缩乙二醇
2095.59
17.73
水
319.13
17.73
环己烷
2095.27
24.94
废酸及其他杂质
390.91

合计
4900.9
第二节 热量衡算
1.热量平衡式[6]、[7]
依据 Q进=Q出
Q1: 料带入设备的热量，KJ；
Q2:加热剂或冷却剂与系统交换的热量（加热为“+”，冷却为“－”），KJ；
Q3:过程的热效应（放热为“+”，吸热为“－”），KJ；
Q4:物料出设备时带走的热量，KJ；
Q5:设备各部件所消耗的热量，KJ；
Q6:设备向四周散失的热量，又称热损失，KJ
平衡式： Q1＋Q2＋Q3＝Q4＋Q5＋Q6
Q1＝G·Cp·T Q4＝G·Cp·T
Q2＝Q4＋Q5＋Q6－Q1－Q3
2.热量衡算
2.1过程效应[8]
2.1.1查资料得：水的燃烧热：q＝218.14 KJ/mol
2.1.2.燃烧热的估算：qc =109.07n+∑k△ （卡拉奇兹法）
n—化合物燃烧时的电子转移数；
△—取代基的热量校正值；
k—同一取代基的数目。
2.1.3.丁酮燃烧热的估算
qc =109.0722+127.20=2426.74 kJ
2.1.3乙二醇的燃烧热的估算：
qc =109.076+254.39=763.20 kJ
2.1.4丁酮缩乙二醇的燃烧热的估算：
qc =109.0732+227.20= 3544.64 kJ
2.1.5过程的热效应
Qr=∑qc（反）-∑qc（产）
=2426.74+763.20-(3544.64+218.14)=-572.84 kJ
热效应Q3
2.1.6
2.2物料出设备时所带走的热量Q4[9]
2.2.1丁酮缩乙二醇带走的热量

2.2.2水带走的热量

2.2.3未反应的丁酮带走的热量

2.2.4未反应的乙二醇带走的热量

2.2.5环己烷带走的热量

2.2.6对甲苯磺酸带走的热量
质量分数：
因其质量分数太小所以其带走的热量可忽略不计。
2.2.7物料带出设备的热量为Q4
Q4=1830553.398+504317.58+58457.49+258484.58+2666973.97=5318787.02 KJ
2.3物料带入设备的热量Q1（设室温为25℃）[10]
2.3.1丁酮带入设备的热量

2.3.2乙二醇带入设备的热量

2.3.3环己烷带入设备的热量

2.3.4物料带入设备的热量Q1
Q1=921760.90+948711.91+2102758.93=3973231.74 KJ
2.4、反应釜回流过程的热量衡算[10]
设反应釜回流时的回流物为环己烷和反应生成的水，形成醇水共沸物，水被带出，使反应向正方向进行。因为前面算得环己烷为2074.32㎏，生成水的量为319.13㎏，所以回流物含量之比为2074.32：319.13=6.5：1。设每分钟的回流量占总质量的1/25。即每分钟回流为1/25（2074.32+319.13）=95.738㎏
2.41.环己烷和水每分钟内回流的量
G（环己烷）=95.738×6.5/7.5=82.97㎏
G（水）=95.738-82.97=12.768㎏
2.4.2每分钟回流物放出的热量设回流时，回流物被冷却到90℃
2.4.2.1环己烷回流时放出的热量

2.4.2.2水回流时放出的热量：

2.4.3回流3小时被冷凝器带走的热量
Q=180min×(2252.64+800.362)=549540.36 kJ
2.4.4环己烷打回反应釜吸收热量，设生成的水完全被分水器分去，只有环己烷回流到反应釜，则回流３小时被冷凝器带走的热量可只计环己烷回流时放出的热量
Q0=180min×2252.64=405475.2kJ
2.5加热剂与反应系统交换的总热量Q[10]
Q=Q4-Q1-Q3+Q0
=5318787.02-3973231.74-(-10801.49)+405475.2
=1761832.37
假设Q5+Q6=15%Q2=Q
Q2=Q5+Q6+Q=15%Q2+Q =2349109.83 KJ
Q5+Q6=15%Q2=352366.474
2.6.能量汇总表：

热量衡算
热量KJ
汇总
进料
Q1
Q2
Q3
3973231.74
2349109.83
-10801.49
6311540.08
出料
Q4
5318787.02
6311540.08
Q5
Q6
352366.474
回流吸热
405475.2
第三章 设备计算和选型
3.1.反应罐
3.1.1材质
本工艺是有机酸、无机酸存在的反应，由于搪玻璃反应锅能耐大多数无机酸、有机酸、有机溶剂等介质的腐蚀，且其广泛用于精细化工生产中有盐酸、硫酸、硝酸等存在时的各种反应最后考虑到生产流程的特点和经济效益，选用搪玻璃反应锅，俗称搪瓷锅。
3.1.2.结构
搪玻璃型反应器（K型），是锅盖和锅体可分开的。
3.2.搅拌器
采用浆式搅拌器。浆式搅拌器结构简单，一般由两块平浆叶组成，在小容量低粘度均相液体混合中广泛采用，适于本工艺。
3.3.原料的原始密度的计算[10]
查相关资料得：水在4℃时的密度为999.82㎏·m-3
3.3.1丁酮的密度ρ=0.81×999.82=809.85㎏·m-3
3.3.2乙二醇的密度ρ=1.14×999.82=1139.79㎏·m-3
3.3.3环己烷的密度ρ=0.948×999.82=947.83㎏·m-3
3.4每昼夜处理的物料总体积[10]
3.4.1丁酮的体积　
3.4.2乙二醇的体积　
3.4.3环己烷的体积
3.4.4对甲苯磺酸的体积
3.4.5总体积Vd=V1+V2+V3+V4=1787.31+1244.65+2210.60+23.68
=5266.24L
3.5.反应器的工艺计算及选型[11]
3.5.1.反应时间为3h,设一个生产周期持续时间为Ｔ＝4h（加辅助时间），则每台设备每一个昼夜应操作的批数：
（批）
装料系数设为
3.5.2公称容积计算

3.6选型[12]
3.6.1根据搪玻璃开式反应缺罐的规格和本题算的公称容积，选用1500L的反应罐。
3.6.2公称容积为1500L的反应罐的技术参数
3.6.3技术参数
公称容积
1500
公称直径(mm)
1300
计算容积(L)
1720
夹套换热面积(m2)
5.34
公称压力
容器内：0.2
介质稳定及容器材质
0~180℃(材质为Ｑ235-A,QＱ235-B)或高于-30~240℃
搅拌轴公称直径(mm)
80
搅拌器功率(kw)
3.0
电动机形式
Y型或yB型系列（同步转速1500r/min）
重量(㎏)
2350
参考价格(万元)
1.8
注：(1)搅拌器为锚式、框式；
(2)公称转速：锚式、框式搅拌器63、85r/min 浆式搅拌器125 r/min，80 r/min；叶轮式搅拌器125 r/mi

3.6.4主要尺寸 单位mm

公称容积(L)
公积直径
D1
H0
H1
H2
H3
H
1500
1300
1300
3310
500
435
1276
1400

3.6.5.管口尺寸 单位mm

温度计管口 d
40
H2SO4进口 e
25
出料口 i
40
冷凝水进口
25
冷凝水出口
50

3.6.6工作参数

公称容积L
1500
允许工作压力MPa
罐内≤4，夹套内≤6
允许工作温度℃
罐内0~200，夹套内0~200
允许电机功率kw
4.0
允许搅拌速度r/min
框63、85，叶轮≤130
玻璃层耐温急变
冷冲击110℃，热冲击120℃
实际容积L
1720
传热面积 F·m2
5.34

3.6.7减速机的选用表

减速机
型号及规格
BLD4.0-3-i-TB4
电动机
型号
TO2-41-4T2
功率kw
4.0
输出转速
63185/1300
搅拌器型式
叶式/框式

密封容器
规格Dg mm
100
密封形式
机械密封
填料密封
标准号
编制中

放料阀
规格
100
型式
上展式或下展式
标准号
HG 5--79

温度计套管
型号
带翼温度计
标准号
HG 5-275-79
HG 5-276-79

第四 章主要技术经济指标

4.1物料规格表：

原料及产物
规格
价格
产地
单位
丁酮
99%
9800元/吨
中国
沣悦化工（佛山）有限公司
乙二醇
99%
6000元/吨
成都
成都国涛化工有限公司
环己烷
99%
10200元/吨
日本
上海琦忠有限公司
对甲苯磺酸
98%
7500元/吨
上海
上海裕阳化工有限公司

4.1.1生产单耗每天生产产品：
生产每吨产品消耗的丁酮的量：
年耗丁酮的量：
则年耗丁酮的费用为：
4.1.2生产每吨产品消耗的乙二醇的量：
年耗乙二醇的量
年耗乙二醇的费用为
4.1.3生产每吨产品消耗的对甲苯磺酸的量：
年耗对甲苯磺酸的量
年耗对甲苯磺酸的费用为
4.1.4生产每吨产品消耗的环己烷的量：
年耗环己烷的量
年耗环己烷的费用为
4.2 .车间水.电.水蒸气的消耗量M
4.2.1 M＝Q2/[C(Tk-Th)]
其中 QⅡ——加热剂与反应系统交换的热量：kJ
C——加热剂的比热；kJ/(kg·K)
Tk——加热剂的最终温度；K
Th——加热剂的最初温度
Q2=2349109.83kJ C水＝4.31 kJ/(kg·K) Tk＝378.15K Th =298.15K
4.2.2水的消耗量M
（1）单批消耗量：M=2349109.83÷[4.31×(378.15-298.15)]=6812.964 kg
（2）年消耗量：M=6812.964×6×240＝14755496 kg =9810.668 T
（3）经济指标：每一吨水费用为3元，则
年消耗费用：9810.668×3＝2.9432万元
4.2.3、电能的消耗量：E
根据 E＝Q2/3600ηE
其中ηE——电热装置的效率：0.75~0.85，取 ηE＝0.80
（1）单批耗量：E＝2349109.83/（3600×0.80）＝81.566KW/h
（2）年消耗量：E=81.566×6×240＝117455.04KW/h
（3）经济指标：每一度电费用为0.7元，则
单批消耗费用：81.566×0.7＝57.1元
年耗费用：117455.04×0.7＝8.222万元
4.2.4、蒸汽的消耗量
间接蒸汽加热的消耗量（常压）
根据 D＝Q2/[H-C×(T-273.15)]/ η
其中 H——蒸汽的焓值KJ/Kg
C——冷凝水的比热 KJ/（Kg·K）
T——冷凝水的温度，K
η——热效率，0.85～0.95，取0.90计算
（1）单批消耗量：
D=2349109.83/[2746.54-4.186×（298.15-273.15）]/0.90＝987.43kg
（2）年消耗量 ：
987.43×6×240=1421895.881kg=1421.90T
（3）经济指标
每一吨水费用为3元，则
年耗费用：1421.90×3＝4265.7元

4.3成本消耗综合表：

名称
消耗量
年耗费
丁酮
326.285T
320万元
乙二醇
340.474T
204.29万元
对甲苯磺酸
6.5925T
4.95万元
环己烷
502.866T
512.924万元
水
9810.668T
2.9432万元
电能
117455.04 KW/h
8.222万元
燃料
1421.90T
0.42657万元
合计
1053.75577万元

第五章 环保安全
5.1.环境保护
（1）．“三废”的来源
生产过程中工业废水的主要来源式缩合反应中生成的水；水洗产生的废水；多次反应生成其它废液；副反应生成的酯、醚等及废酸和乙二醇，环己烷等产生的废气。
（2）．治理方法
目前，各部门对三废的治理都极为关注。先应从工艺上减小废酸的产生，废水经过处理再利用。可回收的环己烷、乙二醇等物料要进行回收。
5.2．安全措施
（1）. 丁酮的毒性与防护及储运
高浓度的丁酮蒸气有麻醉性，对中枢神经系统有抑制作用。对皮肤和粘膜有剌激作用。高浓度的环已酮发生中毒时会损害血管，引起心肌、肺、肝、脾、肾及脑病变，发生大块凝固坏死。通过皮肤吸收引起震颤麻醉、降低体温，终至死亡。工作场所最高容许浓度为200mg/m3。
常采用铁桶包装，也可用槽车运送。贮运中严禁烟火同撞击。
（2）乙二醇健康危害
侵入途径：吸入、食入、经皮吸收。
健康危害：国内未见相品急慢性中毒报道。国外的急性中毒多系因误报。吸入中毒表现为反复发作性昏厥，并可有眼球震颤，淋巴细胞增多。口服后急性中毒分三个阶段：第一阶段主要为中枢神经系统症状，轻者似乙醇中毒表现，重者迅速产生昏迷抽搐，最后死亡；第二阶段，心肺症状明显，严重病例可有肺水肿，支气管肺炎，心力衰竭；第三阶段主要表现为不同程度肾功能衰竭。人的本品一次口服致死量估计为1.4ml/kg(1.56g/kg)。
急救措施