醇溶性酚醛树脂工艺设计.docx

8 举例——醇溶性酚醛树脂工艺设计

8.1设计任务书
1．题目： 醇溶性酚醛树脂工艺设计
2．生产要求：1000t/a 每年工作300天，每天工作8小时。
3．原料：

表8-1 生产醇溶性酚醛树脂的原料
名 称
含 量
苯 酚
98%(质量分数，含杂质)
甲 醛
37%(质量分数)
氨水（催化剂）
20%(质量分数)
乙 醇
95%(V/V)

4．配料比： 苯酚∶甲醛（37%）=1∶1.2（摩尔比）
5．产品质量：
固含量：60%
水：﹤8%
游离苯酚：﹤5%存于树脂中）
氨水的用量：5%（为纯苯酚质量的5%）

8.2生产流程或生产方案
1．生产流程方案
用苯酚、甲醛为原料，控制摩尔比在1∶1.2，使其在碱性环境下缩合成树脂，经真空脱水后制得成品。
本工艺利用真空吸入原料苯酚,室内供热系统提供水蒸汽作为热源。其他原料来自高位槽并可加入适量乙醇用以调节粘度避免结垢。
2．生产流程简述
苯酚先在镀锌铁桶内加热熔化，升温至60℃，用真空将苯酚吸入反应釜内，通入蒸汽保温；将37%的甲醛水溶液以苯酚∶甲醛=1∶1.2（mol）的比例缓慢加入反应釜内，开启电动搅拌系统开始搅拌，再加入浓度为20%的氨水催化剂，加热升温至70℃,由于反应放热，温度会自动上升。当温度升至78℃时，即用循环冷却水调节，使反应温度缓缓上升并保温在85℃～95℃间（不超过95℃）。使反应釜保温反应1小时后，终止反应。用循环冷却水调节到75℃，进行真空脱水2.5～3小时，再冷却到50℃加入乙醇调稀，最后自然冷却到40℃出料，即为产品。
3．工艺流程简图和参数
流程简图如图图8-1所示：

加
醇
合成树脂
脱水阶段
调稀阶段
苯酚（98％）
产品
甲醛（37%）
氨水（20%）

脱
水
图8-1 醇溶性酚醛树脂的生产工艺流程简图

工艺参数如表8-2所示：

表8-2 醇溶性酚醛树脂的生产工艺参数

合成阶段
脱水阶段
调稀阶段
原料
20℃-70℃
75℃（2.5～3h）
冷却到50℃
冷却水
—
20℃升到30℃
—
水蒸汽
—
75℃降到40℃
—

整个生产周期如图8-2所示：

60℃苯酚
(进料10min)

酚醛树脂
85℃-95℃

预聚体
85℃-95℃

预聚体
70℃
甲醛
(进料10min)

蒸汽加热 自动升温 保温60 min
40min 30 min
氨水
(进料5min)

冷
却
酚醛树脂
75℃

酚醛树脂
50℃

酚醛树脂
75℃

产品
加乙醇调稀 冷却 真空脱水
20 min 30min 180 min

图8-2 醇溶性酚醛树脂的生产周期
8.3工艺计算
8.3.1物料衡算
苯酚的官能度f=3，甲醛的官能度f=2，苯酚和甲醛以摩尔比为1∶1.2的比例混合反应，则苯酚过量。两基团数不相等，则平均官能度（以甲醛的量来计算）：

故反应程度：

即有 p < pc
因加入的原料苯酚和甲醛都在产品所测的固含量内，则有
m苯酚+m甲醛=m树脂+m游离酚+m缩合水
即有 m苯酚+m甲醛-m缩合水＝m树脂+m游离氛
以1mol苯酚和1.2mol甲醛反应为基准，苯酚上有两个氢原子参加反应则生成1个水分子，故固化时生成的缩合水的量为：
mol
则有
因为产品的固含量为60％，所以所得产品的质量为：

由任务书有每小时的产品质量为：

并以此作为计算基准。
各物质的分子量如下：
苯酚：94g/mol 甲醛：30 g/mol 氨：17 g/mol
氨水：35g/mol 水：18g/mol
(1)合成阶段：
由产品质量标准：
固含量：60%
水：﹤8%
游离苯酚：﹤5%（存于树脂中）
氨水的用量：5%（为纯苯酚质量的5%）
有每小时产品的固含量为：
取游离酚含量为3％，则：

换算系数：
故所需的各物质的进入量为：

含杂质的苯酚的质量：
苯酚中的杂质的质量：
37％的甲醛水溶液的质量：
甲醛水溶液中水的质量：
加入的氨水的质量：
氨的质量：
氨水中水的质量：

树脂 水
氨水 杂质
游离酚
苯酚（98％）
甲醛（37%）
氨水（20%）

总进料量：

反应后的总物料量：

故，两者相等。
总水量：

（2）脱水阶段
由产品标准水<8%,取水为5%,则：

乙
醇
调稀阶段
脱水阶段

进料（含水）
水总

脱
水

乙醇的质量：
查《化工原理》上册有： 100%的乙醇密度为=789kg/m
95%的乙醇溶液密度为＝804kg/
100%的乙醇的体积为：V＝＝0.185
95%的乙醇溶液的体积为：
95%的醇溶液中含水量为：

则脱水量为：

(3)调稀阶段：
树脂 水
游离酚

产品
95%的乙醇
调稀阶段水的衡算：m＝416.667×5%＝20.883kg
脱水后剩下的水量：

所以两者相等。
8.3.2热量衡算
(1)计算基准：以20℃为温度基准，416.667kg为产品计算基准
物性数据（查《物理化学基础数据手册》有）：
苯酚C＝220.5J/（mol·K） 甲醛C＝35.4J/（mol·K）
树脂C＝530.34J/（mol·K） 水 C＝75.4J/（mol·K）
氨 C＝11.39J/（mol·K）
苯酚从20℃加热到60℃所需热量：

苯酚从60℃加热到70℃所需热量：

甲醛从20℃加热到70℃所需热量：

氨从20℃加热到70℃所需热量：

水（甲醛中的水和氨水中的水）从20℃加热到70℃所需热量：

总热量：

Q1由热水池提供，即将装苯酚的桶放入60℃的热水池中使苯酚熔化。QⅠ由反应釜夹套提供（热蒸汽加热）。
（2）反应热：根据键能的断裂和生成估算反应热，查得键能数据（kJ/mol）

a.
C－H 414.2 C＝O 736.4 C－C 347.3
C－O 359.8 O－H 464.4
由反应（以1mol苯酚和1.2mol甲醛反应为计算基准）可知：参加反应的甲醛为1.1004mol，断裂了1.1004mol C＝O；断裂了2.2008mol(2×1.004=2.2008mol)C－H;生成2.2008mol C－C；生成2.2008molO－H（因为生成了1.1004mol的水）；生成0.1834mol C－O（聚合度取Xn=12,n=6，所以生成的C－O为1.2×0.917/6=0.1834mol)。
故有

总放热：
用于自动升温和被反应釜上的循环冷却水带走。
b. 脱水阶段
反应釜中的物料，保温在75℃、真空条件下蒸发，查水蒸气表得75℃下的汽化潜热为：
kJ/kg
Q＝m×r＝179.5416×2319.5＝4.164×10kJ/h
换热器在热传递过程中先要将75℃蒸汽冷却凝结为75℃水，再使之冷却为40℃的水。脱水后产品需冷却到50℃调稀，最后冷却到40℃出料。用20℃的循环水冷却，水温升至30℃。
Q＝Q＋Q
查《化工原理》上册有：
kJ/(kg·℃) kJ/(kg·℃)
通过内插法可求得：＝4.177kJ/(kg·℃) (＝＝57.5℃)
故 Q＝m△t＝179.5416×4.177×(75－40)＝2.625×10kJ
Q＝Q＋Q＝4.165×10＋2.625×10＝4.4265×10kJ
Q全部由冷凝换热器带走，可求出冷凝换热器所需的冷却循环水的量：kg/h
（t＝＝25℃ ＝4.1785kJ/(kg·℃)通过内插法求得）
ρ0为t’=25℃下的密度，ρ0=996.95kg/m3
V循环水===10.622m3/h

8.4主要设备选型
8.4.1反应釜的选择
查《化工工艺设计手册》第三版，选择搪玻璃搅拌设备。搪玻璃设备是由含硅量高的玻璃质釉喷涂在钢板表面，经920℃～960℃多次高温搪烧、使玻璃质釉密着于金属胎表面而成。搪玻璃设备的性能是：
①耐腐蚀性 能耐无机酸、有机酸、有机溶剂及pH值小于或等于12的碱溶液，但对强碱、氢氟酸及温度大于180℃、浓度大于30%的磷酸不适用。
②不粘性 光滑的玻璃面对介质不粘且容易清洗。
③绝缘性 适用于介质在过程中易产生静电的场合。
④隔离性 玻璃层将介质与容器钢胎隔离、铁离子不溶入介质。
⑤保鲜性 玻璃层对介质具有优良的保鲜性能。
搪玻璃设备出厂前玻璃层均经20kV高电压检验，不导电为合格。玻璃层厚度一般为0.8～2.0㎜。成品玻璃面耐温差急变性能为：热冲击120℃，冷冲击110℃。搪玻璃设备、管子、管件及人手孔等配套件系列已有新标准，选用时应注意说明。

核定实际投料量(一天工作8小时)：
苯酚：8×217.589=1740.712kg ρ酚=1050kg/m3
甲醛：8×220.743=1765.944kg ρ醛=1085 kg/m3
氨水溶液：8×10.662=85.296kg ρ氨=922.9kg/m3
V总=1740.712/1050+1765.944/1085+85.296/922.9
=3.378m3/d
V总=3.378 m3/d=3378L
查《聚合物合成工艺设计》（P73）有搅拌釜反应器的装料系数取0.7～0.8，有起泡或沸腾时取0.4～0.6；此反应有起泡现象，取装料系数=0.6
故所需反应釜的容积为：
m3=5630L
由《化工工艺设计手册》第三版查得：选三个公称容积为2000L的锚式搪玻璃开式反应釜，具体参数如下：
公称容积VN/L 2000
公称直径DN，mm S系列 1450
计算容积VJ/L 2179
容积系数VN/VJ 0.92
夹套换热面积，m2 7.2
公称压力PN，容器内 0.25 0.6 1.0 MPa 夹套内：0.6Mpa
介质温度及容器材质 0～200℃（材质为Q235-A，Q235-A，B）或
高于-20～200℃（材质为20R）
搅拌轴公称直径dN/mm 80
电动机功率（kW） 框式搅拌器 4.0
电动机型式 Y型或YB型系列 （同步转速1500r/min）
搅拌轴公称转速 框式 63r/min
传动装置 机型Ⅱ 减速机型号 BLD-3
悬挂式支座 A3×4
支承式支座 2.5t×4
参考重量，kg 2482
其结构和管口尺寸见附录3。
8.4.2 换热器（脱水冷凝器）的选型
(1)物性数据(查《化工原理》和《物理化学基础数据上册》可得)：
定性温度：水蒸气（75℃） 水（）
ρ1=0.2416 kg/m3 ρ=996.95 kg/m3
Cp1=1.975 kJ/（kg·K） Cp=4.1785 kJ/（kg·K）
μ1=0.012 mPa·s μ=90.285×10-5 Pa·s
λ1=0.0224 W/（m·℃） λ=60.825×10-2 W/（m·℃）
(2)换热量：

有三个反应釜，所以要有三个换热器，每个换热器的换热量为：

(3)计算两流体的平均温度差。暂按单壳程，多管程进行计算。逆流时平均温度差为：
蒸汽 75℃（T1） → 40℃（T2）
冷却水 30℃(t2) ← 20℃(t1)
△t1=45℃ △t2=20℃

而

查《化工原理》上册图4-19查得：
则有：
(4)试算和初选换热器的规格
根据两流体的情况，假设K=18W/(m2·K),则：

选择换热管管径及管内流速：
选择25×2.5mm的换热管。选择管内流速：查《化工原理》上册（表4-13）选取管内流速为6m/s。因为蒸汽中含有少量苯酚,苯酚有毒,所以选择蒸汽走管程,循环冷却水走壳程。
换热器的单程管子数：

查《化工工艺设计手册》下册(第三版)表35-112,选定S=8.5㎡,L=2000mm,DN=325mm的单壳程单管程换热器，具体数值如表8-3：

表8-3 换热器的具体参数
直径DN/㎜
面积/m2
管长L/mm
管子总数n/根
管程数N
壳程数
中心排管数
管子尺
寸㎜
管子排列方式
管程流通面积/m2
325
8.5
2000
57
1
1
9
25×2.5
△
0.0179

(5)核算总传热系数
由于循环冷却水走壳程，水蒸气走管程，且水蒸气呈膜状冷凝并在水平管束中冷凝，利用有相变传热系数公式：
假定温差为12℃
αi=0.725
=0.725=30.270W/(㎡·℃)
其中

换热器内装有圆缺形挡板(缺口面积为25%的壳体内截面积)时,壳方流体的对流传热系数的关联式如下：

应用范围： Re=2×103～1×106
管子为正三角形排列，查《化工工艺设计手册》下册(第三版P5-351)管心距t=32mm,则当量直径为：

上式中的流速u0根据流体流过管间最大截面积A计算,即
A=hD(1-)
h—两挡板间的距离,取h=150㎜=0.15m
A=0.15×0.325×(1－)=0.0107㎡
u0===0.276m/s
Re===6095.325在2×103～1×106的范围内。

因壳程中水被加热,所以
故有：

=254.931W/(㎡·℃)
查《化工原理》上册有：
W·℃/㎡ W·℃/㎡
W·℃/㎡
故传热系数：

W/(㎡·℃)
所以在1.15～1.25之间,符合要求。
换热器的壳体壁厚：
查《钢制列管式固定管板换热器结构设计手册》（P29～31）有：换热器的壳体选用材料20号钢；当DN为325mm时,壳体的壁厚为8㎜。上下封头均选用标准椭圆形封头,材料为A3R。
两个椭圆形封头的具体尺寸如表8-4(查《聚合物合成工艺设计》P166)：

表8-4 椭圆封头尺寸
公称直径
曲面高度
直边高度
厚度
DN
h1
h2

325mm
100mm
25mm
8mm

(6)核算压强降
①核算管程压强降：
因为气体（此处为蒸汽）的阻力较小,一般都满足,故不需要校核。
②核算壳程压强降：
壳程压强降为
其中 —流体横过管束的压强降,
—流体通折流板缺口的压强降,
—壳程压强降的结垢校正系数,量纲为1,液体取1.15,气体取1

因为换热管为正三角形排列,所以 F=0.5;
因为6095.325>500,所以
取折流板间距h=0.15m,,取12,则有壳程流通面积为：
即有：

故有壳程压强降：

<100kPa, 满足要求。
8.4.3 贮存容器的选择
假设容器存放三天的原料量：
甲醛： V醛 =1765.944×3÷1085=4.883m3=4883L
氨水： V氨=85.296×3÷922.9=0.277m3=277L
乙醇： V醇=0.195m3×8×3=4.680m3=4680L
同样假设容器存放三天的废水量和产品量：
废水： V废水=179.5416×8×3÷992.2=4.343m3=4343L
(40℃时水的密度为992.2kg/m3)
产品： V产品＝1000×1000÷300×3÷1200＝8.333m3=8333L
查《化工原理》上册有酚醛塑料的密度为1250～1300kg/m3,因产品中含有水，则取产品密度为1200kg/m3。
贮罐的装料系数75%～85%，取85%,则有：

查《化工工艺设计手册》第三版选择贮存容器：甲醛选择玻璃钢平底椭圆封头储罐，且底部应装有用来加热的热水或蒸汽盘管，以便在环境温度低时实施必要的加热，防止槽内甲醛溶液的聚合，贮槽外面应有隔热层，且要在内壁进行防护处理，涂上防护层，多用过氯乙烯漆、环氧树脂漆等，每2～3年重漆一次。其基本参数和尺寸见附录4。
氨水选择搪玻璃开式储存容器,其尺寸见附录5。
乙醇选择搪玻璃闭式储存容器,其结构尺寸见附录6。
废水选择搪玻璃卧式储存容器,其尺寸参数见附录7。
产品选择搪玻璃卧式储存容器,其尺寸参数见附录7。
8.4.4 缓冲罐的选型
设缓冲罐一天放一次水则一天脱水的体积为：
=179.5416×8÷992.2=1.448m3=1448L
其装载系数60%～70%,取70%,则有：

因有三个反应釜,为操作方便每个釜设一个缓冲罐,则有：

查《化工工艺设计手册》第三版选择搪玻璃开式储存容器作为缓冲罐,其尺寸见附录8。
8.4.5 计量罐的选型
此反应为间歇操作，故装载量为一批生产使用量。在此取一天的生产量。因为有三个反应釜，计量罐的装载量为一天需要原料的1/3。
甲醛：
乙醇：
氨水：
计量罐的装料系数60%～70%,取70%,则有：

查《化工工艺设计手册》第三版选择搪玻璃开式储存容器作为计量罐,其尺寸见附录9。
8.4.6 离心泵的选取
查《化工工艺设计手册》（第二版，P4-3）有泵的选用说明，泵的选用参数和要求。
1．选用参数的确定
(1)介质物性参数
输送条件下介质的物性将对泵的流量、扬程、功率、必需汽蚀余量、结构、材料、操作和使用等方面产生影响，是选泵时需要考虑的重要因素。主要物性参数有：介质的名称、相对密度、粘度、组成、化学腐蚀性能、气体或固体(粒度)、含量、蒸汽压等。
(2)工艺参数
①流量 设计化工厂装置时，由于考虑发展和适应不同要求等因素，总工艺方案一般均要求装置留一定富裕能力。在选泵时，应按设计要求达到的能确定的泵的流量，并使之与其他设备能力协调平衡。一方面，泵的流量的确定也应考虑适应不同原料或不同产品要求等因素。所以在确定泵的流量时，应该综合考虑两点，即装置的富余能力及装置内各设备能力的协调乎衡，工艺过程影响流量变化的范围。
工艺设计给出泵的流量一般包括正常、最小、最大三种流量，已考虑了上述因素。因此，选泵时通常可直接采用最大流量。如给不出最大流量值时，取正常流量的1.1倍。
②扬程 同样由于上述原因，此外还考虑到工艺设计中管路系统(包括设备)压力降计算比较复杂，泵的扬程需要留有适当的余量，一般为正常需要扬程的1.05～1.1倍。实际上，如果有现场实际数据，应尽可能采用。使选定的扬程不仅能满足过程在正常条件下的需要，也能满足过程在特殊条件下的需要。介质液面高于泵中心者，应取最低液面；介质液面低于泵中心者，也应取最低液面。
③温度 确定工艺过程中介质的正常、最高或最低输送温度（低温泵）。
④装置的（系统的）有效气蚀余量 装置的有效气蚀余量应该大于泵所需要的允许气蚀余量。对进口侧物料处于低压状态或其操作温度接近于汽化条件时，泵的气蚀安全系数宜取较大值，如减压塔的塔底泵的气蚀安全系数至少取1.3。
⑤操作时间 确定操作周期及操作方式(连续或间隙)。
⑥现场条件 根据泵所在位置确定其环境温度、相对湿度、海拔高度、防爆区域及防爆等级。
2．化工用泵的要求
化工用泵应满足一般工艺要求，并考虑结构简单，操作方便，运转可靠，使用寿命长，性能良好，效率高，并符合装置的运转特性；零部件互换性高，容易更换，维修方便，价格低廉等因素。因化工泵所抽送的液体性质和一般泵不同，另外，化工装置的特点要求长期运行，故还必需提出如下要求:
①耐液体腐蚀、磨蚀，使用寿命长(耐腐蚀泵或泥浆泵)；
②密封性能可靠，尤其对于易燃、易爆、有毒和贵重的介质更耍求控制其泄漏量，甚至完全无泄漏(屏蔽泵或磁力泵)；
③要求操作性能稳定，低噪音，小振动，运转周期不低于8000小时；
④适合于低温或高温介质的输送(低温泵或热九红泵)；
⑤要求高吸入性能，即必需净正吸入头NPSHr小的泵(液态烃泵，双吸式离心泵);
⑥适合于高粘度介质的输送(转子泵)；
⑦适应低流量、高压力、高扬程的要求(筒式泵、高速部分流泵、多级泵)；
⑧符合流程计量精度要求(计量泵)。
3．泵的分类及适用范围
泵的分类：泵的分类一般按泵作用于液体的原理分为叶片式和容积式两大类。
叶片式泵是由泵内的叶片在旋转时产生的离心力作用将液体吸入和压出。容积式泵是由泵的活塞或转子在往复或旋转运动产生挤压作用将液体吸入和压出。叶片式泵又因泵内叶片结构形式不同分为离心泵、轴流泵和旋涡泵。容积式泵分为活塞(住塞)泵和转子泵。
泵也常按泵的用途而命名，如水泵、油泵、泥浆泵、砂泵、耐腐蚀泵、冷凝液泵等，或附以结构特点命名，如悬臂式水泵、齿轮油泵、螺杆油泵以及立式、卧式泵等。此外喷射泵，系由一工作介质为动力，它在泵内将位能传递给被抽送的介质，从而达到增压和输送的目的。由于它无运转部件，结构简单，操作方便，已广泛用于真空系统抽气。
4．泵的特点及适用范围
各类泵的适用范围简述如下，并参见图8-3。
(1)离心泵
①输送温度下液体粘度不宜大于650mm2/s,否则泵效率下降较大；
②流量较大，扬程相对较低;
③液体中溶解或夹带的气体不宜大于5%(体积)，
④液体中含有固体颗粒时，宜选用特殊离心泵(例如泥浆泵)，
⑤要求流量变化大、扬程变化小者，宜选用平坦的Q-H曲线的离心泵，要求流量变化小、扬程变化大者，宜选用陡降的Q-H曲线的离心泵。
(2)旋涡泵
①输送温度下液体粘度不大于35mm2/s,温度不大于110℃、流量较小、扬程较高、Q-H曲线要求较陡者；

图8-3 各种泵的工作范围

②液体中允许含有～5%(体积)气体；
③要求自吸时，可自吸型旋涡泵。
(3)容积式泵
①输送温度下液体粘度高于650mm2/s者；
②流量较小且扬程高的，宜选用往复式；
③液体中气体含量允许稍大于5%(体积)；
④液体需要准确计量时，可选用柱塞式计量泵，液体要求严格不漏时，可选用隔膜计量泵；
⑤润滑性能差的液体不应选用齿轮泵和三螺杆泵，可选用往复泵，
⑥流量较小，温度较低、压力要求稳定的，宜选用转子泵或双螺杆泵。
由《化工原理》（上册）表1-1查得水及低粘度液体流速范围为1.5～3.0m/s，由于乙醇、甲醛和氨水属低粘度液体，取流速u=2m/s，所需乙醇为4.680m3，所需甲醛为4.883m3，所需氨水为0.277m3。设在1h内将全部乙醇和甲醛溶液打入高位槽，在5分钟内将全部氨水溶液打入高位槽,则有：
Q乙醇=4.680m3/h Q甲醛=4.883m3/h Q氨水==3.324m3/h
由有：

查《化工原理》上册(P357)查得：
乙醇选取内径为40㎜的无缝钢管，氨水选取内径为27㎜的无缝钢管,根据GB8163-87，具体尺寸如下：
乙醇 外径 45㎜ 壁厚选择 2.5㎜
氨水 外径 32㎜ 壁厚选择 2.5㎜
查《化工工艺设计手册》第三版(P4-83)查得:
甲醛选取内径为30㎜的不锈钢冷拔无缝钢管(因甲醛有强腐蚀性所以选择不锈钢的钢管)，根据GB8163-87，具体尺寸如下：
甲醛 外径 35㎜ 壁厚选择 2.5㎜
乙醇原料泵的选择：
由《化工原理》表1-2查得具有轻度腐蚀的无缝钢管的绝对粗糙度为0.2～0.3㎜,即取ξ=0.25㎜
乙醇的相对粗糙度为ξ/d=0.25/40=0.00625
95%乙醇溶液密度为ρ=804kg/m3，粘度为1.4mPa/s
Re=
查《化工原理》上册图1-27可得摩擦系数λ=0.0343
初步估计直管长l=16m
流体在直管中的流动阻力：=λ=27.44J/kg
管路上的局部阻力：
流体自管子进入容器，其局部阻力系数ξe=1
===2J/kg
设有全开的截止阀2个,中圆角弯头有5个,可查得其当量长度为：
l1’=14m l2’=1.1m
所以 =λ=0.0343×J/kg
故 =++=27.44+2+57.4525=86.8925J/kg
由柏努利方程式有：
Z1++
u1=u2 P1=P2
H1=ΔZ+=16+=24.86m
查《化工工艺设计手册》第二版图19-55,选用IH型单级单吸化工流程泵IH50-32-160。
氨水原料泵的选择：
同理 查《化工工艺设计手册》第三版,20%氨水溶液密度为ρ氨=922.9kg/m3
查《化工工艺设计手册》第三版(P2-759),通过内插法有20%氨水溶液黏度为μ氨=1.314×10-3Pa/s
Re=
查《化工原理》(上册)图1-27查得λ=0.0252
故 =λJ/kg
===2J/kg
=0.0252=62.533J/kg
==45.056+2+62.533=109.589J/kg
H2=ΔZ+=16+=27.17m
查《化工工艺设计手册》第二版图19-55,选用IH型单级单吸化工流程泵IH50-32-160。
甲醛原料泵的选择：
同理 查《化工工艺手册》37%的甲醛溶液密度为ρ醛=1085kg/m3
查《甲醛生产》(P570)有37%的甲醛溶液黏度为μ醛=2.56×10-3Pa/s
Re=
查《化工原理》(上册)图1-27查得λ=0.0381
故 =λJ/kg
===2J/kg
=0.0381=85.090J/kg
==40.64+2+8509=127.73J/kg
H3=ΔZ+=16+=29.02m
查《化工工艺设计手册》第二版图19-55,选用IH型单级单吸化工流程泵IH50-32-160。
查《化工工艺设计手册》第二版表19-18可得IH型单级单吸化工流程泵的技术特性如表8-5：

表8-5 IH型单级单吸化工流程泵的技术特性
型号
流量，m3/h
扬程，m
温度，℃
适用介质
IH
6.3～400
5～125
-20～105
腐蚀性化工介质

查《化工工艺设计手册》第二版表19-19可得IH50-32-160的性能参数如表8-6：
查《化工工艺设计手册》第二版图19-56和表19-20可得IH50-32-160的外形安装尺寸图和外形安装尺寸见附录10。

表8-6 IH50-32-160的性能参数
型号
流量Q
m3/h
扬程H
m
转速
n
r/min
效率η
%
气蚀余量NPSHr
m
轴功率Pa
kw
配带电机型号
功率kw
重量kg
IH50-32-160
12.5
32
2900
46
2.0
2.37
Y
YB100L-2
3
48

乙醇原料泵的安装高度：
查《石油化工基础数据手册》有纯乙醇在20℃时的饱和蒸汽压为44.032mmHg,所以95%的乙醇溶液在20℃的饱和蒸汽压为：

因输送其他液体且操作与实验操作条件不同,取当地压强为10m,故有：

=
=2.1m
假设泵在最大流量下吸入管路的压头损失为0.5m,液体在吸入管路的动压头可忽略,则有允许安装高度：

氨水原料泵的安装高度：
查《石油化工基础数据手册》有纯夜氨在20℃时的饱和蒸汽压为8.446mmHg,所以20%的氨水溶液在20℃的饱和蒸汽压为：

因输送其他液体且操作与实验操作条件不同,取当地压强为10m,故有：

=
=2.2m
假设泵在最大流量下吸入管路的压头损失为0.5m,液体在吸入管路的动压头可忽略,则有允许安装高度：

甲醛原料泵的安装高度：
查《石油化工基础数据手册》有纯甲醛在20℃时的饱和蒸汽压为4.525mmHg,所以37%的甲醛溶液在20℃的饱和蒸汽压为：

因输送其他液体且操作与实验操作条件不同,取当地压强为10m，故有：

=
=1.91m
假设泵在最大流量下吸入管路的压头损失为0.5m,液体在吸入管路的动压头可忽略,则有允许安装高度：

因甲醛密度比水大,所以需核算泵的功率,即有
,满足要求。
8.4.7管线选择
由于有三个反应釜,故一次进料只需要一天原料的1/3,令苯酚、乙醇、甲醛在10分钟内进了完毕;氨水在5分钟内进了完毕,则有：
苯酚：
乙醇：
甲醛：
氨水：
选取流速u=2m/s,则由有：

查《化工原理》上册(P357)查得：
苯酚、乙醇选取内径为25㎜的无缝钢管，氨水选取内径为11㎜的无缝钢管,根据GB8163-87，具体尺寸如下：
苯酚 外径 30㎜ 壁厚选择 2.5㎜
乙醇 外径 30㎜ 壁厚选择 2.5㎜
氨水 外径 16㎜ 壁厚选择 2.5㎜
查《化工工艺设计手册》第三版(P4-83)查得:
甲醛选取内径为25㎜的不锈钢冷拔无缝钢管(因甲醛有强腐蚀性所以选择不锈钢的钢管)，根据GB8163-87，具体尺寸如下：
甲醛 外径 30㎜ 壁厚选择 2.5㎜
管线长都为16000㎜,即16m。
8.4.8真空泵的选型
(1)由《化工原理》查得75℃水蒸汽的绝对压强为38.545kPa,则真空度为101.325-38.545=62.780kPa即
(2)确定抽气速率Se，由于本系统为间歇操作系统,则抽气量为：
Se=138
式中 V—真空系统(设备和管线)的容积,m3;
t—系统要求的抽气时间,min;
P1—系统初始压力,kPa(绝);
P2—系统抽气终了压力(t时间后),kPa(绝);
空气漏气量估算：
以抽气时间3小时计算,由《化工工艺设计手册》第二版(下册)表19-59估计空气的泄气量：
空气在20℃时的密度 =1.205kg/m3
系统总共有18个排泄旋塞,则漏气量为：
18×=3.398m3
2英寸以下螺纹连接有18处，则漏气量为：
18×=1.680m3
6英寸到24英寸包括人孔在内的的法兰连接有39处，则漏气量为：
39×=29.371m3
总漏气量： V漏气量=3.398+1.680+29.371=34.449m3
故真空系统的容积为：
V真空容积=V反应釜+V管线+V缓冲罐+V漏气量
=3×2++3×0.8+34.449
=42.883m3
P1=101.325kPa P2=38.551kPa
所以抽气速率为：
Se=138×=828.004m3/h
(3)抽气速率的换算：将Se换算成泵吸入条件下的抽气抽气速率Se’

Se’=
式中 P,Ps—分别为真空系统、泵入口处的真空度，（绝压）；
T,Ts—分别为真空系统、泵入口处气体的温度，K；
Se，Se’—分别为真空系统、泵入口处的抽气速率；
假设泵管路压强降不计，则 P = Ps=38.545kPa
故有：

Se’===744.728m3/h=12.412m3/min
其中 T=75+273=348K Ts=40+273=313K
(4)根据抽气速率、真空度要求选择真空泵的类型
查《化工工艺设计手册》第二版(下册)表19-60,选择水环泵。泵的吸入条件应该满足：
S > 20%～30%Se’或更大
75℃水蒸汽的绝对压强为38.545kPa,且38.545kPa < 40000Pa由《化