年产450吨丁酮乙二醇缩酮的车间工艺设计样本.doc

精细化学品生产技术
课程设计说明书

题 目:年产450吨丁酮乙二醇缩酮车间工艺设计

学生： 000 学号： 000 班级： 000
指导老师 000 成 绩：

课程设计任务书 3
总 论 6
1.产品概述 6
第一章工艺步骤概述 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. 工艺步骤概述 9
2.1合成路线 9
2.2生成工艺步骤框图[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. 做出物料步骤图，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物料带入设备热量Q1（设室温为25℃） 18
2.4、反应釜回流过程热量衡算[10] 19
2.5加热剂和反应系统交换总热量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.原料原始密度计算 20
3.4每昼夜处理物料总体积 20
3.5.反应器工艺计算及选型 21
3.6选型[12] 21
第四 章关键技术经济指标 24
4.1物料规格表： 24
4.2 .车间水.电.水蒸气消耗量M 25
4.3成本消耗综合表： 26
第五章 环境保护安全 27
5.1.环境保护 27
5.2．安全方法 27
第六章设备结构图 28
第七章 设计体会和收获 29
第八章 参考文件 30

课程设计任务书
题 目：年产450吨丁酮乙二醇缩酮车间工艺设计
任务和要求：
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
其中丁酮转化率为95%，丁酮乙二醇缩酮收率为85%。其它工艺参数经过查资料自己确定。
2．物料规格
原料和产物
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
设计说明书内容：
一、总论
（1）概述
所设计产品性能、用途和在国民经济中或对人民生活关键性；该产品市场需求，该产品生产方法及特点。
（2）文件综述
经过查阅中国外期刊文件，简述该产品生产试验概况，中国外生产现实状况和发展趋势。（1000字以上）
（3）项目起源
由老师指定课题
（4）设计产品所需关键材料规格、起源和水、电、汽供给情况、结合设计地域供给情况加以说明。
二、生产步骤和生产方案确实定
依据查阅文件或实际调查所掌握情况，或依据科学试验汇报或小试结果进行放大设计，分析多种生产方法及其特点。简明叙述自己设计所选定生产方法依据和特点。画出一个简单步骤图。
三、工艺计算
包含物料衡算和能量衡算，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基准，包含时间基准和单位产品基准。
四、关键设备工艺计算和设备选型
依据设计任务工作量大小，对反应釜进行工艺计算并进行选型。并依据生产能力，按物料衡算和热量衡算结果，对其它设备全部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、环境保护及安全方法
八、设计体会和收获
九、参考文件
十、附工程图纸
（1）带控制点工艺步骤图
（2）关键设备装配图
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，组员之间能够交换，但不能增加或降低原组人员数量。调整后，把最终名单重新报给指导老师。
2. 每组自定设置一个责任人，进行统一分工；组员之间要相互配合、合理分工；个人完成自己任务，最终汇总成篇；“心得体会”部分必需个人完成。
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“*”备注自己完成部分。（打印次序：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].因为其原料起源丰富,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全部有广泛应用。所以 ,研究和开发丁酮缩乙二醇含有一定意义。
2.现行工艺：
多年来丁酮缩乙二醇在香料中广泛得到应用，越来越多人对其进行研究，向着越来越高效和环境保护反面发展。以下是近几年来丁酮缩乙二醇合成方法
（1）丁酮缩乙二醇通常合成工艺是：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,其最好合成工艺条件为:醇酮物质量比为1.2:1 ,催化剂加入量为2%, 以环己烷作为带水剂,反应完成后,经精制工序,可制得质量高、产品收率好产品。此工艺其优点是催化剂价廉易得,不过反应结束后,分离催化剂和产物需进行中和、水洗等过程 ,工艺复杂 ,产生废水污染环境,而且质子酸对设备含有较强腐蚀作用。
(2).以复合固体酸 S O42 -/Fe2O3 - Ti O2为多相催化剂 ,经过丁酮和乙二醇反应合成了丁酮缩乙二醇。在酮醇物质量比为 1∶ 1 . 5,催化剂用量为反应物料总质量 2% ,带水剂选择环己烷 ,反应时间 1 . 5 h条件下 ,丁酮缩乙二醇收率可达 92 . 7%,此反应知S O42 -/Fe2O3 - Ti O2是合成丁酮缩乙二醇良好催化剂,其活性高,易分离,污染少,有一定工业应用价值。
(3)甲壳素 ( chitin)是自然界中大量存在氨基多糖 ,其脱乙酰基产物壳聚糖 ( chit osan)和硫酸反应所形成壳聚糖硫酸盐不溶于水 ,也不溶通常有机溶剂 ,对酯化和醚化含有一定催化作用,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 ,并可反复使用。对环境友好。
（4）以一水合硫酸氢钠作催化剂 ,在适宜条件下 ,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良好非质子酸催化剂 ,它含有催化活性高 ,可反复使用 ,催化剂和反应体系易于分离，起源广泛 ,价格低廉 ,性质稳定 ,降低三废
污染等特点。所以 ,一水合硫酸氢钠是工业合成环己酮缩乙二醇有价值催化剂。
（5）以活性炭负载含有 Keggin结构硅钨酸和磷钨酸作为催化剂 ,比较它们对缩酮反应催化效果 ,结果表明:它们对丁酮缩合反应全部含有良好催化活性;而负载型磷钨酸催化稳定性愈加好，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 ,更具催化剂反复使用性能好特点 ,这是一个有着工业应用前景催化剂。
3.市场和前景：
因为丁酮缩乙二醇含有特征使其广泛应用于香料中，日用具中，伴随日用具发展，丁酮缩乙二醇需求越来越多，应用越来越广泛，合成丁酮所乙二醇方法也越来越多。丁酮缩乙二醇将会向着愈加高效，低成本，愈加环境保护，绿色，更具可连续发展方法发展。

第一章工艺步骤概述
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
产品是一个无色透明液体，含有果香，不溶于水，溶于乙醇等有机溶剂。它含有香味，常见于香精中，原料起源广丰富，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
她可作为化学工业合成中间体和溶剂，也能够用作香精和香料添加剂。
2. 工艺步骤概述
2.1合成路线
在反应釜中加入丁酮、乙二醇、一定量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、蒸馏搜集一定温度范围内馏分。[2]

Na2CO3
2.2生成工艺步骤框图[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
汉字名称：2-丁酮 汉字别名：丁酮;;MEK；;2-氧代丁烷 英文名称：2-Butanone
外观和性状：无色液体，有似丙酮气味。
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
丁酮因为含有羰基及和羰基相邻接活泼氢，所以轻易发生多种反应。和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。和脂肪族或芳香族醛发生缩合时，生成高分子量酮、环状化合物、缩酮和树脂等。比如和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。和苯酚缩合生成2,2-双(4-羟基苯基)丁烷。和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和酸酐作用发生酰化反应，生成β-二酮。和氰化氢反应生成氰醇。和氨反应生成酮基哌啶衍生物。丁酮α-氢原子轻易被卤素替换生成多种卤代酮，比如和氯作用生成3-氯-2-丁酮。和2,4-二硝基苯肼作用生成黄色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。长久接触可致皮炎。该品常和己酮同-[2]混合应用，能加强己酮-[2]引发周围神经病现象，但单独接触丁酮未发觉有周围神经病现象。
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。乙二醇能和水、丙酮互溶，但在醚类中溶解度较小。用作溶剂、防冻剂和合成涤纶原料。乙二醇高聚物聚乙二醇（PEG）是一个相转移催化剂，也用于细胞融合；其硝酸酯是一个炸药。[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
外观和性状：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：和水/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
因为分子量低,性质活泼,可起酯化/醚化/醇化/氧化/缩醛/脱水等反应。
和乙醇相同，关键能和无机或有机酸反应生成酯，通常先只有一个羟基发生反应，经升高温度、增加酸用量等，可使两个羟基全部形成酯。如和混有硫酸硝酸反应，则形成二硝酸酯。酰氯或酸酐轻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。 乙二醇能和碱金属或碱土金属作用形成醇盐。通常将金属溶于二醇中，只好一元醇盐；如将此醇盐（比如乙二醇一钠）在氢气流中加热到180～200°C，可形成乙二醇二钠和乙二醇。另外用乙二醇和 2摩尔甲醇钠一起加热，可得乙二醇二钠。乙二醇二钠和卤代烷反应，生成乙二醇单醚或双醚。乙二醇二钠和1，2－二溴乙烷反应，生成二氧六环。 另外，乙二醇也轻易被氧化，随所用氧化剂或反应条件不一样,可生成多种产物,如乙醇醛HOCH2CHO、乙二醛OHCCHO、乙醇酸HOCH2COOH、草酸HOOCCOOH 及二氧化碳和水。乙二醇和其它二醇不一样,经高碘酸氧化可发生碳链断裂。 应用 乙二醇常可替换甘油使用。在制革和制药工业中，分别用作水合剂和溶剂。乙二醇衍生物二硝酸酯是炸药。乙二醇单甲醚或单乙醚是很好溶剂，如甲溶纤剂 HOCH2CH2OCH3 可溶解纤维、树脂、油漆和其它很多有机物。乙二醇溶解能力很强，但它轻易代谢氧 化，生成有毒草酸，所以不能广泛用作溶剂。属于低毒类化学物。
4. 对苯二甲酸
4.1名称：对苯二甲酸
汉字别名：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。若和空气混合，在一定程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
危险特征：遇高热、明火或和氧化剂接触，有引发燃烧危险。
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液体。不溶于水，溶于多数有机溶剂。极易燃烧。通常见作通常溶剂、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/水分配系数对数值
7（计算值）
外观和性状：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：为有汽油气味无色流动性液体,不溶于水，可和乙醇、乙醚、丙酮、苯等多个有机溶剂混溶,在甲醇中溶解度为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，蒸气和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。和氧化剂接触发生强烈反应，甚至引发燃烧。在火场中，受热容器有爆炸危险。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远地方，遇火源会着火回燃。[2]
对酸、碱比较稳定，和中等浓度硝酸或混酸在低温下不发生反应，和稀硝酸在100℃以上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。和氧化铝、硫化钼、钴、镍、铝一起于高温下发生异构化，生成甲基戌烷。和三氯化铝在温和条件下则异构化为甲基环戊烷。
环己烷也能够发生氧化反应，在不一样条件下所得关键产物不一样。比如在185～200℃，10～40大气压下，用空气氧化时，得到90%环己醇。若用脂肪酸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和卤素作用生成卤化物。和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和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。连续吸入可引发头晕、恶心、倦睡和其它部分麻醉症状。液体污染皮肤可引发痒感。
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. 做出物料步骤图，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依据物料步骤图，能够确定缩合反应物料衡算
1.2对间歇生产可确定计算基准为千克/天，则需要计算天天生产及原料投料量。
反应以下：

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
天天生产丁酮乙二醇缩酮质量：450000/240=1875Kg
天天需要投放丁酮纯质量：（1875*72.12）/（118.20*0.85）=1345.93Kg
实际天天投放原料丁酮质量： 1345.93/0.99=1359.52Kg
杂质质量：1359.52-1345.93=13.59Kg
实际丁酮反应质量：1345.93*0.95=1278.63Kg
剩下质量：1345.93-1278.63=67.3Kg
2.2原料乙二醇
为了让丁酮转化率达成最高，选择乙二醇和丁酮投料比为1.2:1
天天需要纯乙二醇质量：（1345.93*62.08*1.2）/72.12=1390.27Kg
实际天天投放原料乙二醇质量：1390.27/0.98=1418.64Kg
杂质质量：1418.64-1390.27=28.37Kg
实际反应质量：（1278.63*62.08）/72.12=1100.63Kg
剩下乙二醇质量：1390.27-1100.63=289.64Kg
2.3天天需要对苯二甲酸质量：1345.93*0.02=26.92Kg
天天实际投放对苯二甲酸质量：26.92/0.98=27.47Kg
杂质质量:27.47-26.92=0.55Kg
2.4环己烷纯质量
生成水质量：（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
则需要纯环己烷质量：319.13*6.5=2074.32Kg
实际需要投放环己烷质量：2074.32/0.99=2095.27Kg
杂质质量：2095.27-2074.32=20.95Kg
2.5出反应器物料
2.5.1天天反应生成丁酮乙二醇缩酮：（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
累计

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
废酸及其它杂质
390.91

累计
4900.9
第二节 热量衡算
1.热量平衡式[6]、[7]
依据 Q进=Q出
Q1: 料带入设备热量，KJ；
Q2:加热剂或冷却剂和系统交换热量（加热为“+”，冷却为“－”），KJ；
Q3:过程热效应（放热为“+”，吸热为“－”），KJ；
Q4:物料出设备时带走热量，KJ；
Q5:设备各部件所消耗热量，KJ；
Q6:设备向四面散失热量，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：水燃烧热：q＝218.14 KJ/mol
2.1.2.燃烧热估算：qc =109.07n+∑k△ （卡拉奇兹法）
n—化合物燃烧时电子转移数；
△—替换基热量校正值；
k—同一替换基数目。
2.1.3.丁酮燃烧热估算
qc =109.0722+127.20=2426.74 kJ
2.1.3乙二醇燃烧热估算：
qc =109.076+254.39=763.20 kJ
2.1.4丁酮缩乙二醇燃烧热估算：
qc =109.0732+227.20= 3544.64 kJ
2.1.5过程热效应
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热量Q4[9]
2.2.1丁酮缩乙二醇带走热量

2.2.2水带走热量

2.2.3未反应丁酮带走热量

2.2.4未反应乙二醇带走热量

2.2.5环己烷带走热量

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

2.3.2乙二醇带入设备热量

2.3.3环己烷带入设备热量

2.3.4物料带入设备热量Q1
Q1=921760.90+948711.91+2102758.93=3973231.74 KJ
2.4、反应釜回流过程热量衡算[10]
设反应釜回流时回流物为环己烷和反应生成水，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。设每分钟回流量占总质量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环己烷回流时放出热量

2.4.2.2水回流时放出热量：

2.4.3回流3小时被冷凝器带走热量
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小时被冷凝器带走热量可只计环己烷回流时放出热量
Q0=180min×2252.64=405475.2kJ
2.5加热剂和反应系统交换总热量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、无机酸存在反应，因为搪玻璃反应锅能耐大多数无机酸、有机酸、有机溶剂等介质腐蚀，且其广泛用于精细化工生产中有盐酸、硫酸、硝酸等存在时多种反应最终考虑到生产步骤特点和经济效益，选择搪玻璃反应锅，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。
3.2.搅拌器
采取浆式搅拌器。浆式搅拌器结构简单，通常由两块平浆叶组成，在小容量低粘度均相液体混合中广泛采取，适于本工艺。
3.3.原料原始密度计算[10]
查相关资料得：水在4℃时密度为999.82㎏·m-3
3.3.1丁酮密度ρ=0.81×999.82=809.85㎏·m-3
3.3.2乙二醇密度ρ=1.14×999.82=1139.79㎏·m-3
3.3.3环己烷密度ρ=0.948×999.82=947.83㎏·m-3
3.4每昼夜处理物料总体积[10]
3.4.1丁酮体积　
3.4.2乙二醇体积　
3.4.3环己烷体积
3.4.4对甲苯磺酸体积
3.4.5总体积Vd=V1+V2+V3+V4=1787.31+1244.65+2210.60+23.68
=5266.24L
3.5.反应器工艺计算及选型[11]
3.5.1.反应时间为3h,设一个生产周期连续时间为Ｔ＝4h（加辅助时间），则每台设备每一个昼夜应操作批数：
（批）
装料系数设为
3.5.2公称容积计算

3.6选型[12]
3.6.1依据搪玻璃开式反应缺罐规格和本题算公称容积，选择1500L反应罐。
3.6.2公称容积为1500L反应罐技术参数
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（同时转速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关键尺寸 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
许可工作压力MPa
罐内≤4，夹套内≤6
许可工作温度℃
罐内0~200，夹套内0~200
许可电机功率kw
4.0
许可搅拌速度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减速机选择表

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 章关键技术经济指标

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）
乙二醇
99%
6000元/吨
成全部
成全部国涛化工
环己烷
99%
10200元/吨
日本
上海琦忠
对甲苯磺酸
98%
7500元/吨
上海
上海裕阳化工

4.1.1生产单耗天天生产产品：
生产每吨产品消耗丁酮量：
年耗丁酮量：
则年耗丁酮费用为：
4.1.2生产每吨产品消耗乙二醇量：
年耗乙二醇量
年耗乙二醇费用为
4.1.3生产每吨产品消耗对甲苯磺酸量：
年耗对甲苯磺酸量
年耗对甲苯磺酸费用为
4.1.4生产每吨产品消耗环己烷量：
年耗环己烷量
年耗环己烷费用为
4.2 .车间水.电.水蒸气消耗量M
4.2.1 M＝Q2/[C(Tk-Th)]
其中 QⅡ——加热剂和反应系统交换热量：kJ
C——加热剂比热；kJ/(kg·K)
Tk——加热剂最终温度；K
Th——加热剂最初温度
Q2=2349109.83kJ C水＝4.31 kJ/(kg·K) Tk＝378.15K Th =298.15K
4.2.2水消耗量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
年消花费用：9810.668×3＝2.9432万元
4.2.3、电能消耗量：E
依据 E＝Q2/3600ηE
其中ηE——电热装置效率：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
单批消花费用：81.566×0.7＝57.1元
年花费用：117455.04×0.7＝8.222万元
4.2.4、蒸汽消耗量
间接蒸汽加热消耗量（常压）
依据 D＝Q2/[H-C×(T-273.15)]/ η
其中 H——蒸汽焓值KJ/Kg
C——冷凝水比热 KJ/（Kg·K）
T——冷凝水温度，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
年花费用：1421.90×3＝4265.7元

4.3成本消耗综合表：

名称
消耗量
年花费
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
累计
1053.75577万元

第五章 环境保护安全
5.1.环境保护
（1）．“三废”起源
生产过程中工业废水关键起源式缩合反应中生成水；水洗产生废水；数次反应生成其它废液；副反应生成酯、醚等及废酸和乙二醇，环己烷等产生废气。
（2）．治理方法
现在，各部门对三废治理全部极为关注。先应从工艺上减小废酸产生，废水经过处理再利用。可回收环己烷、乙二醇等物料要进行回收。
5.2．安全方法
（1）. 丁酮毒性和防护及储运
高浓度丁酮蒸气有麻醉性，对中枢神经系统有抑制作用。对皮肤和粘膜有剌激作用。高浓度环已酮发生中毒时会损害血管，引发心肌、肺、肝、脾、肾及脑病变，发生大块凝固坏死。经过皮肤吸收引发震颤麻醉、降低体温，终至死亡。工作场所最高许可浓度为200mg/m3。
常采取铁桶包装，也可用槽车运输。贮运中严禁烟火同撞击。
（2）乙二醇健康危害
侵入路径：吸入、食入、经皮吸收。
健康危害：中国未见相品急慢性中毒报道。国外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：第一阶段关键为中枢神经系统症状，轻者似乙醇中毒表现，重者快速产生昏迷抽搐，最终死亡；第二阶段，心肺症状显著，严重病例可有肺水肿，支气管肺炎，心力衰竭；第三阶段关键表现为不一样程度肾功效衰竭。人本品一次口服致死量估量为1.4ml/kg(1.56g/kg)。
抢救方法
皮肤接触：脱去污染衣着，用大量流动清水冲洗。眼睛接触：提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗。就医。
吸入：快速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。
食入：饮足量温水，催吐。洗胃，导泄。就医。

第六章设备结构图