年產(chǎn)3000噸無毒可生物降解材料單體——ε-己內(nèi)酯的合成工藝初步設計說明書-資料下載頁

【導讀】因而對化工原料要求也越來越高，化工原料正向著對人身和人身無害或危害少

　　

【正文】 30 擇性之后，確定反應溫度為 25℃，及在常溫下完成反應。 反應壓力 本工藝是在常壓（ 1atm）下完成，不需要對其進行減壓與加壓。 氧氣流速 在完成該反應時，結(jié)合年反應產(chǎn)量以及流速對選擇性的影響，通過模擬最終確定氧氣的流速為 17m3/h。 催化劑的選擇 催化劑的制取 催化劑的制取分為以下步驟： 制備取代水楊醛：制備 3, 5－二叔丁基水楊醛 制備 3, 5－二溴水楊 醛 原料：苯酚、高氯酸、叔丁醇、飽和 NaHCO3 、 KOH、無水 Na2SO）六次亞甲基四胺、冰醋酸、甲醇、水楊醛、氫溴酸、 NaClO3 溶液 31 配體的合成 非手性配體的的合成 原料：水楊醛、乙醇、乙二胺、鄰苯二胺。 非手性金屬配合物的合成 原料：合成的相關(guān)配體、乙醇、 N, N＇－雙水楊醛縮乙二胺 金屬。 通過以上三步就可合成金屬催化劑。 催化劑的選擇 32 由于不同的金屬離子對催化劑的活性有明顯的影響，所以以 1， 2－二氯乙烷為溶劑， 以未取代水楊醛的 Schiff 1a 為配體考察了不同中心金屬離子的催化劑對環(huán)己酮的催化氧化反應的影響，對比結(jié)果見下面表格： 表 催化劑、反應時間與轉(zhuǎn)化率間的關(guān)系 由上表可以清楚地看出：在我們考察的幾種金屬中， Co 和 Ni 具有較高的催化氧化活性，轉(zhuǎn)化率分別為 100％和 ％。 Co 的反應速度快，而 Ni 的選擇性高，環(huán)氧收率達 ％（ Entries 1 和 2） ； Cu 和 Mn 在該反應體系中幾乎沒有活性。比較了配體 1a 和 2a 與 Ni 形成的配合物 1aNi 和 2aNi（如圖）的活性，兩個催化劑的催化活性差不多， 2aNi 略好些（ Entries 2 和 3）。 最后確定用 Salen— Ni 做為該反應的催化劑。 催化劑的用量 本工藝中，催化劑用量小，處于 ppm級用量，所以最終催化劑的用量控制在%。 33 原料進料比 反應進料為 ，所用料環(huán)己酮：苯甲醛：二氯乙烷的比值為 1:3:4。 最終得到產(chǎn)品的選擇性為 %。 設備的設計與選擇 反應器的設計 鑒于工藝反應條件以及進料關(guān)系，本工藝選擇 20m3標準的反應釜作為反應器。 儲罐選型及設計 回流罐設計選型 ? 初步分 離塔回流罐 根據(jù)模擬結(jié)果塔設計回流比為 ，塔頂出料量為 m3/h，故回流罐進料量為 * m3/h=，取 停留時間為 30min，則所需體積為 , 取 20%的裕度，則體積為 ，取整為 。 ? CPT 分離塔回流罐 根據(jù)模擬結(jié)果塔設計回流比為 ，塔頂出料量為 ，故回流罐進料量為 *，取停留時間為 30min，則所需 34 體積為 .，取 20%的裕度，則體積為 ，取整為 。 ? 副產(chǎn)物酯化回流罐 根據(jù)模擬結(jié)果塔設計回流比為 ，塔頂出料量為 ，故回流罐進料量為 *，取停留時間為 30min，則所需體積為 , 取 20%的裕度，則體積為 ，取整為 。 ? 反應溶劑分離塔回流罐 根據(jù)模擬結(jié)果塔設計回流比為 ，塔頂出料量為 ，故回流罐進料量為 *，取停留時間為 30min，則所需體積為 . 取 20%的裕度，則體積為 ，取整為 . ? 副產(chǎn)物回收塔回流罐 根據(jù)模擬結(jié)果塔設計回流比為 ，塔頂出料量為 ，故回流罐進料量為 *，取停留時間為 30min，則所需體積為 。 原料儲罐選型與設計 ? 溶劑儲罐 根據(jù)模擬結(jié)果，溶劑進料量為 ，取 進料儲存時間為十天，實際所需體積為 ，取 20%裕度， 的填充系數(shù)，所需體積為 ，取整為 800m3.,選四個 200m3儲罐即可。 選用平底錐頂系列（ HG5157485），材料選 35 用 Q235A，根據(jù) GB901920xx 壓力容器的公稱直徑選為 6000mm， 封 頭選用與其公稱直徑對應的標準封頭，則高度 h=7000mm。 ? 苯甲醛儲罐 根據(jù)模擬結(jié)果，溶劑進料量為 ，取進料儲存時間為十天，實際所需體積為 ，取 20%裕度， 的填充系數(shù)，所需體 積為 ，取整為 600m3，選三個 200m3 儲罐即可。 選用平底錐頂系列（ HG5157485），材料選用 Q235A，根據(jù) GB901920xx 壓力容器的公稱直徑選為 6000mm， 封 頭選用與其公稱直徑對應的標準封頭，則高度 h=7000mm。 ? 環(huán)己酮儲罐 根據(jù)模擬結(jié)果，溶劑進料量為 ，取進料儲存時間為十天，實際所需體積為 ，取 20%裕度， 的填充系數(shù)，所需體積為 ，取整為 200m3，選一個 200m3 儲罐即可。 選用平底錐頂系列（ HG5157485），材料選用 Q235A，根據(jù) GB901920xx 壓力容器的公稱直徑選為 6000mm， 封 頭選用與其公稱直徑對應的標準封頭，則高度 h=7000mm。 ? 氧氣儲罐 一般市場所用儲罐。 閃蒸管設計及選型 閃蒸罐一般來說是從側(cè)面進料進行閃蒸，頂部是氣相采出，底部是液相采出。減壓閃蒸罐的材質(zhì)選取，要考慮物料的壓力、介質(zhì)的腐蝕性，如果壓力過高的話 36 還要在減壓閃蒸罐上設置安全閥。 閃蒸罐的氣相基本上是根據(jù)后續(xù)系統(tǒng)故障時候整個裝置不至于停車定。但是要綜合考慮問題，考慮壓力大小下控制閃蒸量 的大小，保持一定的料位。閃蒸罐放在精餾塔進料前，可以有效去除進料液體中的氣體，確保穩(wěn)定的泡點進料。 閃蒸罐設計時一般按液相停留時間為 10 分鐘來計算容積，液位控制在 1/3到 2/3 之間。上面的氣相出口一般設絲網(wǎng)除沫器以防止氣液夾帶。如果物料成本很高，后面還可以用洗滌塔進行回收。 進閃蒸罐的氣 相流量為 ，取填充系數(shù) ，則 體積為 ，圓整取為6m3 。 直徑為 ，高為 3m，采用橢圓形封頭。 產(chǎn)品儲罐設計及選型 ? CPT 儲罐 根據(jù)模擬結(jié) 果， CPT 出料量為 ,儲料時間為十天，所需體積為 ,取填充率為 ，則所需體積為 ,取整為 200m3。 選用平底錐頂系列（ HG5157485），材料選用 Q235A，根據(jù) GB901920xx 壓力容器的公稱直徑選為 6000mm， 封 頭選用與其公稱直徑對應的標準封頭，則高度 h=7000mm。 ? 苯甲醛甲脂儲罐 根據(jù)模擬結(jié)果，苯甲醛甲脂出料量為 ，儲料時間為十天，所需體積為 ，則所需體積為 ，取整為 400m3。選兩個 200m3儲罐即可。 選用平底錐頂系列（ HG5157485），材料選用 Q235A，根據(jù)GB901920xx 壓力容器的公稱直徑選為 6000mm， 封 頭選用與其公稱直徑對應的標準封頭，則高度 h=7000mm。 ? 己二酸二甲酯儲罐 根據(jù)模擬結(jié)果，苯甲醛甲脂出料量為 ，儲料時間為 60 天，所需體 37 積為 ,取填充率為 ，則所需體積為 ，取整為 100m3。取直徑為4m，高為 8m。封 頭選用與其公稱直 徑對應的標準封頭 。 換熱器設計及選型 根據(jù) Aspen 模擬 結(jié)果： 38 圖 進料時所用的換熱模擬圖 模擬時選用水作為冷卻劑，環(huán)己酮閃點較低為 44℃ ，故設置熱流體出口溫度為 30℃， 模擬結(jié)果如上，選用管殼式換熱器，冷卻水走殼程，熱流體走管程。選用碳鋼為材料，管長為 1m，管徑為 19*2mm，管心距為 25mm。傳熱溫差為℃。 管程為一，折流板數(shù)為零。求算每根管 子的傳熱面積：內(nèi)管面積 .外管面積為 。平均換熱面積為 。實際所需管數(shù)為 50。如換熱面積裕度為 20%，則所需管數(shù)為 60，采用三角型排列。 模擬及計算匯總設計如下： 參數(shù) 管程 殼程 物料名 進口 苯甲醛環(huán)己酮 冷卻水 39 稱 混合物 出口 苯甲醛環(huán)己酮混合物 冷卻水 質(zhì)量流量 /（ kg/h） 進 /出口溫度 /℃ 壓力 /MPa 設 備 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 形式 浮 頭式 臺數(shù) 1 殼體內(nèi)徑 /mm 300 殼程數(shù) 1 管徑 /mm 19*2 管心距 /mm 25 管長 /mm 管子排列 正三角形 管數(shù)目 /根 60 折流板數(shù) /個 0 傳熱面積 / m2 折流板間距/mm 管程數(shù) 1 材質(zhì) 碳鋼 主要計算結(jié)果 管程 殼程 污垢熱阻 /(m2?186。C /W) 熱流量 /kW 傳熱溫差 / 186。C 總傳熱系數(shù) /(W/m2●186。C) 需要的傳熱面積 / m2 傳熱面積裕度 /% 20 換熱器型號 40 模 圖 收集產(chǎn)品 ε 一 己內(nèi)酯 時換熱模擬圖 模擬時選用水作為冷卻劑， CPT 雖然閃電較高但為便于儲存 ，設置熱流體出口溫度為 30℃， 模擬結(jié)果如上，選用管殼式換熱器，冷卻水走殼程，熱流體走管程。選用碳鋼為材料，管長為 ，殼體直徑為 ，管徑為 19*2mm，管心距為 25mm。管程為一，折流板數(shù)為零。求算每根管子的傳熱面積：內(nèi)管面積 。平均換熱面積為 。理論所需管數(shù)為23。如換熱面積裕度為 20%，則所需管數(shù)為 27。采用三角型排列。 41 模擬及計算匯總設計如下： 參數(shù) 管程 殼程 物料名稱 進口 己內(nèi)酯 冷卻水 出口 己內(nèi)酯 冷卻水 質(zhì)量流量 /（ kg/h） 進 /出口溫度 /℃ 壓力 /MPa 設 備 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 形式 浮頭式 臺數(shù) 1 殼體內(nèi)徑 /mm 400 殼程數(shù) 1 管徑 /mm 19*2 管心距 /mm 25 管長 /mm 管子排列 正方形旋轉(zhuǎn) 45176。 管數(shù)目 /根 27 折流板數(shù) /個 0 傳熱面積 / m2 折流板間距/mm 管程數(shù) 1 材質(zhì) 碳鋼 主要計算結(jié)果 管程 殼程 污垢熱阻 /(m2●186。C /W) 熱流量 /kW 傳熱溫差 / 186。C 總傳熱系數(shù) /(W/m2●186。C) 需要的傳熱面積 / m2 傳熱面積裕度 /% 20 換熱器型號 42 43 圖 原料甲醇進料時換熱模擬 模擬時選用水作為冷卻劑，甲醇閃點為 ℃ ，設置熱流體出口溫度為30℃， 模擬結(jié)果如上，選用管殼式換熱器，冷卻水走殼程，熱流體走管程。選用碳鋼為材料，管長為 ，殼體直徑為 ，管徑為 19*2mm，管心距為 25mm。管程為一，折流板數(shù)為零。求算每根