年产6万吨硫酸二甲酯工艺设计

目录 设计任务书 1 2 工艺路线的选择 3 2 1 合成方法的选择 3 2 2 生产原理 3 2 3 工艺流程的确定 4 3 物料衡算 9 4 热量衡算 10 5 典型设备吸收塔的设计 11 5 1 设备设计 11 5 2 选型设计计算 11 5 3 典型设备图 附图二 12 6 投资与成本估算 14 6 1 车间装置人员配置表 14 6 2 设备投资 14 6 3 投资估算及分析 20 6 4 项目效益和风险分析 21 7 厂房布置及生产车间的组成 22 7 1 厂房设计要求 22 7 2 水电要求 22 7 3 生产车间的组成 22 8 安全环保生产要求 23 8 1 安全生产 23 8 2 三废处理 26 致谢 28 参考文献 29 附图 30 1 年产 6 万吨硫酸二甲酯工艺设计及吸收塔设计 设计任务书 1 1 项目 硫酸二甲酯的工艺设计 1 2 设计内容 生产工艺设计 设计典型设备吸收塔 1 3 设计规模 年 产 60000 吨的硫酸 年生产日 300 天 日生产能力 200 吨 日均生产 24 小时 每小时生产 8 3 吨 1 4 设计依据 该设计说明书是依据富驰化工医药股份有限公司的生产资料 并结合 设计任务书的内容和生产管理规范的相关文件而设计的 1 5 产品用途 产品广泛用于医药 农药及其他工业行业 是良好的甲基化剂 用 于制造二甲基亚矾 咖啡因 香草醛 氨基比林 甲氧氨苄嘧啶和农药乙 酰甲胺磷等 在有机合成中 用于代替卤化烷作甲基化剂 1 6 原料介绍 1 6 1 硫酸 应符合 GB534 82 的规定含量 98 0 灼烧残渣含量 0 10 1 6 2 甲醇 应符合 GB333 35 的规定 但也可以使用工业回收甲醇 要求含量 2 98 0 外观无色透明 1 6 3 硫酸氢甲酯 硫酸氢甲酯的比重要求为 1 55 1 66 25 配制方法 a 耐酸容器中置于一定量的甲醇 其量按配制的氢甲酯的量定 b 向甲醇内加入 98 的硫酸 要求混合液的温度不超过 70 必要时容 器夹套水冷却 加酸时不宜太快 一般要保持 12 小时以上 c 混合液体比重达到要求是停止加酸 为保证其较好的催化活性 至少 应静置三天后使用 1 1 6 4 生产辅助材料 a 氢氧化钠固体 98 以上含量使用时 配制 10 左右的溶液要求 PH 12 b 液氨符合 GB536 88 一级品的含量 99 8 液体不水氨 c 无水乙醇 d 自行配制 0 5mol l 的氢氧化钾的乙醇溶液 e 润滑油类 2 1 7 产品介绍 1 7 1 产品名称 中文名称 硫酸 二 甲酯 英文名称 methyl sulfate dimethyl sulfate 别名 硫酸甲酯 分子式 C 2H6O4S CH3 2SO4 危险标记 13 剧毒品 20 腐蚀品 3 1 7 2 产品理化性能 无色或微黄色 略有葱头气味的油状可燃性液体 硫酸二甲酯分子量 126 14 相对密度 1 3322 20 4 熔点 31 8 沸点 188 开环 闪点 83 33 自燃点 187 78 蒸气密度 4 35 蒸气压 2 00kPa 15mmHg 76 溶于乙醇和乙醚 在水中溶解度 2 8g 100ml 在 18 易迅速水解成 3 硫酸和甲醇 在冷水中分解缓慢 遇热 明火或氧化剂可燃 4 1 8 技术指标 企业指标 表 1 硫酸二甲酯产品应达标要求 指 标指标名称 一级品 合格品 硫酸二甲酯含量 CH 3 2SO4 98 5 98 0 酯含量 以 H2SO4 计 0 6 0 8 1 9 生产方式 该车间设计为产量较小的精细化工产品 故采用下单 投料 生产 包装 出厂间连续批量生产 2 工艺路线的选择 2 1 合成方法的选择 硫酸二甲酯的合成方法很多 如钠盐法 无水硫酸与甲醇直接反应法 二甲醚与三氧化硫合成法 氯磺酸合成法 硫酸氢甲酯法等 但除二甲醚 与三氧化硫合成法外 都存在着产品收率低 原材料消耗大 设备腐蚀严 重等问题 本设计中采用二甲醚和三氧化硫反应来生产硫酸二甲酯 先由 甲醇脱水得到二甲醚 再将 25 发烟硫酸加热蒸出三氧化硫气体 用硫酸 二甲酯喷淋吸收 吸收了三氧化硫的硫酸二甲酯与二甲醚气体在合成塔反 应 即生成硫酸二甲酯 工业品硫酸二甲酯的纯度 98 原料消耗定额 甲醇 550kg t 发烟硫酸 25 3000kg t 5 2 2 生产原理 1 甲醇催化脱水反应 6 4 CH3HSO 4 2CH3 OH CH 3 2O H2O 130 140 H 1 775KCaL moL 2 硫酸二甲酯的合成反应 7 CH 3 2 SO 4 CH 3 2 O SO3 CH 3 2 SO 4 70 90 H 44 89KCaL moL 3 二甲酯合成副反应 SO3 H2O CH3 2 SO 4 2 CH3HSO 4 2 CH3HSO 4 CH 3 2 SO 4 H2SO 4 4 甲醇脱水的主要反应 8 2CH3OH C2H4 2H2O 2 3 工艺流程的 确定 硫酸二甲酯的合成方法很多 如钠盐法 无水硫酸与甲醇直接反应法 二甲醚与三氧化硫合成法 氯磺酸合成法 硫酸氢甲酯法等 但除二甲醚 与三氧化硫合成法外 都存在着产品收率低 原材料消耗大 设备腐蚀严 重等问题 2 3 1 工艺流程简述 a 采用二甲醚和三氧化硫合成二甲脂的工艺路线 二甲醚的本源由甲 醇催化脱水制得 该工艺有合成效益高 成品杂质含量少的特点 这样避 免复杂的硫酸二甲脂净化操作 只 5 要通过简单的精馏 就可以制得质量较高的成品 这对于安全生产和防止 环境污染是具有积极意义的 9 b 二甲醚是由甲醇催化脱水制得 借助催化剂进行 这个方法的特点 是副反应少 即使转化率并不十分高 但是未反应的甲醇和反应以后的水 份自气相的二甲醚中分离比较容易 因此操作步骤简单 分离效果好 c 三氧化硫来自发烟硫酸 含量在 7 左右 在吸收塔中三氧化硫被二 甲脂的母液吸收 大量的惰性气体在塔顶放空 因而塔直径和循环母液量 较大 2 3 2 生产工艺流程 1 甲醇的气化 精甲醇自高位槽经流量计进入汽化器 在加热至 蒸汽加热 至 70 80 时 甲醇气化器 不挥发杂质后留在汽化器内需要定期清洗 2 甲醇催化脱水 甲醇催化脱水是在三台 2000L 的转化器内进行 反应器内填有 1200 1500 的 CH3HSO 4 做催化剂 当催化剂温度控制在 115 时 甲醇 气体自底部进入反应器 均匀鼓泡 脱水而生成 CH3 2O 故转化器出 口的气体成分主要有 CH3 2O H2O CH3OH 正确控制工艺条件时 其 转化率可达 80 左右 3 醚化气的净化 醚化气在除沫器中分离去部分所带来强酸性液体后 进入碱洗槽底部 醚化气在 5 10 氢氧化钠的溶液层中均匀鼓泡 酸性液沫成为钠盐进入溶 液中 中型的醚化气自碱洗槽出来后进入水冷器 为了防止甲醇和二甲醚气体溶解碱汽液中 在碱性过程中 汽体和气 体的温度必须保持 70 以上 随着碱汽操作的运行 汽液中氢氧化钠的含 量逐步降低待汽液接近中性时 应及时更换洗液 4 二甲醚干燥 洗去酸性液体沫的醚化气先通过 以常温水为中介的冷凝器 醚化气 中绝大部分的水和甲醇 在冷凝器中凝为液体的液甲醇自气相中分离出来 这种淡甲醇常温比重约 0 95 除甲醇外 其中还溶解了一定量的二甲醚 6 收集在淡甲醇储槽中 送回淡甲醇精馏回收甲醇 自水冷器出来的气体 基本是二甲醚 温度约 35 左右 但是还剩有一定的甲醇和水蒸气 还需 要进一步在氨冷器中降温分离 二甲醚气体在水冷器出来后 直接进入以液氨为冷却介质的氨冷器在 其中降至 0 10 残余的甲醇和水几乎全部自气相中被分离出来 二甲醚 气体经甲醚分离器进行一步分离淡甲醇以后 送往酯化循环槽 冷凝下来 的谈甲醇含有约 40 水分和 10 以上的二甲醚 收集在淡甲醇储槽中 送 回淡甲醇精馏回收甲醇 5 三氧化硫的吸收 一级吸收塔 B 使用来自硫酸车间的转化器三段出口 含 7 SO3 的转 化气 由 SO3 吸收塔底部进入一吸塔内 在其上升通过填料层时被硫酸二 甲酯母液吸收 成为含三氧化硫的硫酸二甲酯溶液 该吸收 SO3 后的二甲 酯溶液酸度控制在 10 12 按硫酸含量计 三氧化硫和硫酸二甲酯几乎 是互溶的 因此其溶解度主要决定于温度 在上述操作温度下 1 份硫酸 二甲酯大约可以溶解 2 份三氧化硫 以重量计 SO 3 温度很高且吸收操作 是放热的 循环泵和吸收塔之间置有水冷器 可通过水冷 一级吸收系统 B 的温度为 70 85 气体经过一级吸收塔后 从一吸塔顶进入二级吸收塔底与硫酸二甲酯 母液中进一步混合以除去气体中含有的 SO3 该二吸系统中应通过水冷器 调节使得 SO3 的吸收温度低 尽可能使得排放尾气中 SO3 含量最低 保持 二级吸收系统的温度为 30 60 同时二级吸收系统中的二甲酯溶液酸度 控制在 10 以下以充分吸收 SO3 N 2 等惰性气体将经过除沫层 分离夹带 雾沫后 排入大气 一吸塔 A 使用来自硫酸五热出口的转化气 SO 3 含量为 1 5 气体经 过该吸收塔吸收除沫后直接放空 一吸系统 A 酸度控制在 10 12 吸收 温度控制为 30 50 6 硫酸二甲酯的合成 硫酸二甲酯的合成是酯化塔内进行的 除酯化外旁边没有循环槽和循 环泵 循环槽内储有吸收了 SO3 的母液 通过泵进入塔顶经分布器 调料 均匀下塔 汇集塔底 流入循环槽 有转化过来的二甲醚气体经循环槽进行一次鼓泡合成后 有塔底进入 7 塔内 在上升过程中通过填料层与 SO3 CH3 SO4 母液进行合成反应 生成 CH3 2SO4 流入槽内 随着反应过程的继续 溶在 CH 3 2SO4 的 SO3 不断 减少 而二甲酯的量不断增加 等增长到一定的量是 根据生产的条件可 暂时吸收 降低游离 SO3 待达到要求是可将槽内粗制品打入粗制槽 然 后将吸收槽的母液串入部分至酯化槽进行下一段生产 7 粗制品精馏 硫酸二甲酯的精制采用简单蒸馏 粗制品投入两台 2000L 蒸发锅内 在真空度达到 750mmhg 高时温度达到 120 时 开始受热气化 随着过 程的继续 锅内物料组成变化 蒸发与硫酸氢甲酯的残渣留在锅内 气化 的二甲酯经水冷器冷却至 40 以下时为液体 经过处理后排掉 继续投料 进行下一次蒸发 真空的制造 采用水力真空和蒸汽喷射的二级真空 8 设备参数主要技术控制指标 表 2 硫酸二甲酯生产指标 控制项目 控制点 控制指标 时间间隙 控制人口 醚化锅 115 145 每小时 粗制工 汽化器 70 80 每小时 粗制工 碱洗槽 70 每小时 粗制工 水冷器出口 5 每小时 粗制工 氨冷气出口 5 10 每小时 制冷工 酯化塔出口 85 95 每小时 粗制工 酯化塔进口 85 95 每小时 粗制工 酯化槽 95 105 每小时 粗制工 吸收塔进口 60 65 每小时 粗制工 吸收塔出口 80 85 每小时 粗制工 吸收槽 85 95 每小时 粗制工 蒸发锅 120 145 每小时 精制工 再沸腾 80 90 每小时 粗制工 温度 精馏塔顶 70 每小时 粗制工 8 真空度 750mmhg 每小时 精制工 二甲醚气压 20 80mmhg 每小时 粗制工压力 进车间蒸汽 压力 4 6kgf m 每小时 班长 吸收酯化 11 16 每小时 精制工 粗制精制 3 0 6 每小时 粗制工 精制工 10 甲醇液 体 甲醇蒸 汽 二甲醚 气体 70 80 115 5 水蒸 汽 硫酸氢 甲酯 二甲醚 气体 70 以上 5 10 NaOH 甲醇气化 除酸性物质 二甲醚 气体 水冷器 粗略除去水份和乙醇 二甲醚气体氨冷器 进一步除去水份和乙醇 甲醇脱水 0 10 出来约 35 SO3 气 体 SO3 CH3 SO4 二甲酯母液 SO 3 气体的吸收 硫酸二甲酯粗产 品 水冷保持 70 80 纯度为 98 5 硫 酸二甲酯产品 真空度 750mmhg 120 然后水冷至 40 以下 二甲酯的精制 11 图 1 硫酸二甲酯流程框图 3 物料衡算 月产 60000 吨二甲酯 每月扣除检修日 实际工作日 30 天 则生产能力 8 3 吨 天 本次设计的吸收塔内发生的主要反应为 CH3HSO 4 2CH3 OH CH 3 2O H2O 130 140 H 1 775Kcal mol 原料用量 甲醇 64 kg h 其纯度为 98 n CH 3 OH 64 10 3 98 Mr CH 3 OH 64 98 103g 64g mol 1 0 98 103mol 已知这一步反应的转化率为 80 则 n CH 3 2O n CH 3 OH 2 80 0 392 10 3mol m CH 3 2O n CH 3 2O 46g mol 36 8kg 已知二甲醚与三氧化硫反应生成二甲酯的转化率为 90 CH 3 2 SO 4 CH 3 2 O SO3 CH 3 2 SO 4 70 90 H 44 89Kcal mol 12 即得到二甲酯的质量为 64kg 80 90 46 08kg 反应产生的水的质 量 18kg 0 8 14 4kg 已知开始水的质量为 3 2kg 则反应后出来的水质 量为 14 4 3 2 Kg 17 6Kg 表 3 物料平衡表 项目 进入的量 kg h 出来的量 kg h 甲醇 64 12 8 二甲醚 0 36 8 水 3 2 17 6 总计 67 2 67 2 4 热量衡算 CH3 OH 的流量 64kg h 温度为 135 oC 比热 258 3J k mol CH 3 2 O 的流量 36 8kg h 温度为 135 oC 比热 75 689 J k mol 由 Q ms1cp1 T 1 T2 m s2cp2 t 1 t2 则进料热 Q1 msCH3 OH t 1 t2 出料热量 Q2 m s CH3 OH ms CH 3 2 O t 1 t2 代入数据得 Q 1 3 41 103 kJ Q2 4 15 103 kJ Q 损 1 21 103 kJ 反应热效应 查得为 QF 1 95 103 kJ 则 Q1 QF Q2 Q 损 表 4 热量平衡表 13 项目 进入的热量 kJ h 出来的热量 kJ h Q1 3 41 103 0 Q2 0 4 15 103 QF 1 95 103 0 Q 损 0 1 21 103 总计 5 36 103 5 36 103 5 典型设备吸收塔的设计 5 1 设备设计 5 1 1 吸收塔的概论 吸收塔是实现吸收操作的设备 按气液相接触形态分为三类 第一类 是气体以气泡形态分散在液相中的板式塔 鼓泡吸收塔 搅拌鼓泡吸收塔 第二类是液体以液滴状分散在气相中的喷射器 文氏管 喷雾塔 第三类 为液体以膜状运动与气相进行接触的填料吸收塔和降膜吸收塔 塔内气液 两相的流动方式可以逆流也可并流 通常采用逆流操作 吸收剂以塔顶加 入自上而下流动 与从下向上流动的气体接触 吸收了吸收质的液体从塔 底排出 净化后的气体从塔顶排出 5 1 2 吸收塔的工作原理及基本要求 利用不同气体在液体溶剂中的溶解度 对其进行选择性溶解 从而将 气体混合物各组分分离 工业吸收塔应具备以下基本要求 1 塔内气体与液体应有足够的接触面积和接触时间 2 气液两相应具有强烈扰动 减少传质阻力 提高吸收效率 3 操作范围宽 运行稳定 14 4 设备阻力小 能耗低 5 具有足够的机械强度和耐腐蚀能力 6 结构简单 便于制造和检修 5 1 3 吸收塔的结构概论 填 料 吸 收 塔 它由外壳 填料 填料支承 液体分布器 中间支承和再分布器 气体和液体 进出口接管等部件组成 塔外壳多采用金属材料 也可用塑料制造 填料是填料塔 的核心 它提供了塔内气液两相的接触面 填料与塔的结构决定了塔的性能 板式塔 板式塔是在塔内装有一层层的塔板 液体从塔顶进入 气体从塔底进 入 气液的传质 传热过程是在各个塔板上进行 板式塔种类很多 大致 可分为二类 一类是降液管式 如泡罩塔 筛孔板塔 浮阀塔 S 形单向 流板塔 舌形板塔 浮动喷射塔等 另一类是穿流式板塔 如穿流栅孔板 塔 淋降板塔 波纹穿流板塔 菱形斜孔板塔 短管穿流板塔等 1 筛孔板塔 筛孔直径一般取 5 10mm 筛孔总面积占筛板面积的 10 18 为使筛板上液层厚度保持均匀 筛板上设有溢流堰 液层厚度一般为 40mn 左右 筛板空塔风速约为 1 0 3 5m s 筛板小孔气速 6 13m s 每层筛板阻力 300 600Pa 2 斜孔板塔 斜孔板塔是筛孔板塔的另一形式 斜孔宽 10 20m 长 10 15mm 高 6mm 空塔气流速度一般取 1 3 5m s 筛孔气流速度取 10 15m s 气体从斜孔水平喷出 相邻两孔的孔口方向相反 交错排列 液体经溢流堰供至塔板 堰高 30mm 每层筛板阻力约为 400 600Pa 3 文氏管吸收器 文氏管吸收器通常由文氏管 喷雾器和旋风分离器组成 操作时将液 体雾化喷射到文氏喉管的气流中 气流速度为 60 100m s 处理 100m3 min 的废气需液体雾化喷人量为 40L min 填料吸收塔 15 填料塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程 多用于气体的净化 该塔 结构简单 易于用耐腐蚀材料制作 气液接触面积大 接触时间长 气量 变化时塔的适应性强 塔阻力小 填料是填料塔的核心 它提供了塔内气 液两相的接触面 填料与塔的结构决定了塔的性能 填料必须具备较大的 比表面 有较高的空隙率 良好的润湿性 耐腐蚀 一定的机械强度 密 度小 价格低廉等 5 1 4 选型说明 板式吸收塔 1 筛孔板塔 筛孔板塔主要优点是构造简单 处理风量大 并能处理含尘气体 不 足之处是筛孔堵塞清理较麻烦 塔的安装要求严格 塔板应保持水平 操 作弹性较小 2 斜孔板塔 气体从斜孔水平喷出 相邻两孔的孔口方向相反 交错排列 液体经 溢流堰供至塔板 堰高 30mm 与气流方向垂直流动 造成气液的高度湍 流 使气液表面不断更新 气液充分接触 传质效果较好 净化效率高 同时可以处理含尘气体 不易堵塞 但该塔结构比筛孔板塔复杂 制造较 困难 安装要求严格 容易发生偏流 3 文氏管吸收器 文氏管吸收器结构简单 设备小 占空间少 气速高 处理量大 气 液接触好 传质较容易 特别适用于捕集气流中的微小颗粒物 但因气液 并流 气液接触时间短 不适合难溶或反应速度慢的气液吸收 而且压力 损失大 800 9000h 能耗高 综上所述 该过程选用填料吸收塔 16 5 2 选型设计计算 Ga ya La xa 5 2 1 相关数据 1 吸收塔的物料衡算 CH 3 2 O SO3 CH 3 2 SO 4 80 126 0 9m 8 3t mSO3 80 8 3 0 9 126 5 86t Ls 250 1333kg d 1 10 3 0 126kg mol 1 2644 8kmol d 1 Yb yb 1 yb 0 07 1 0 07 0 0753 Gb yb Lb xb Ya ya 1 ya 0 03 1 0 03 0 0309 xa 0 Xa 0 xb mSO3 mSO3 m CH3 2 SO4 5 86 5 86 250 1 333 0 0173 Xb xb 1 xb 0 0173 1 0 0173 0 0176 GB Yb Ya Ls Xb Xa GB Xb Ls Yb Ya 0 0176 2644 8 0 0444 1048 4kmol d 1 2 吸收塔的塔径计算 1 有关数据计算 塔底混合气流量 V 1613 21 十 50 83 十 30 12 1694 16 kg h 17 吸收液流量 L 5099 4 十 1 22 0 93 58 5165 2 kg h 进塔混合气密度 29 273 22 4 273 35 1 15 kg 混合气 浓度低 可近似视 查化工原理附录 吸收液密度 996 7kg 吸收液黏度 0 8543mPa s 经比较 选 Dg50mm 矩鞍环查 化工原理 教材附录可得 其填料因 子 50 比表面积 A 120 2 关联图的横坐标值 0 105 3 由图 2 查得纵坐标值为 0 13 即 0 0137 0 13 故液泛气速 3 08 2 操作气速 u 0 6 0 6 3 08 1 85 m s 3 塔径 D 4Vs u 1 2 3 12m 取塔径为 3 5m 3 吸收塔的填料高度计算 1 核算操作气速 1 425 m s 1 588 m s 18 2 核算径比 D d 3500 50 70 满足矩鞍环的径比要求 3 喷淋密度校核 依 Morris 等推专 d 75mm 约环形及其它填料的最小润湿速率 MWR 为 0 08 m h 最小喷淋密度 0 08 106 4 8 512 m h 因 4453 2kg h 4453 2kg h 120m 37 11 kg m h 故满足最小喷淋密度要求 1 本设计采用恩田式计算填料润湿面积 aw 作为传质面积 a 依改进的 恩田式分别计算 列出备关联式中的物性数据 气体性质 以塔底 35 101 325kPa 空气计 1 15 kg 前已算出 0 01885 查化工原理附录 1 09 依翻 Gilliland 式估算 液体性质 以塔底 27 16 水为准 996 7 kg 0 8543 Pa s 1 344 以 式计算 式中 为溶质在常压 wiki 沸点 wiki 下的摩尔 体积 为溶剂的分子量 为溶剂的缔合因子 71 6 N m 查化工原理 附录 19 气体与液体的质量流速 4 38 1 65 矩鞍环 乱堆 特性 50mm 0 05m A 120 1 45 矩鞍环为开孔环 4 填料层高度 z 计算 Z G yb ya Kya ym 0 700 1 14 十 0 654 2 75 2 60m 取 25 富余量 则完成本设计任务需 Dg50mm 矩鞍环的填料层高度 z 1 25 2 95 3 25m 4 填料塔附属高度计算 1 塔上部空间高度可取 1 2m 塔底液相停留时间按 1min 考虑 则塔 釜所占空间高度为 mh45 178 013691 考虑到气相接管所占的空间高度 底部空间高度可取 1m 所以塔的 附属高度可以取 1 5m 2 塔底液体保持高度 液位高度的确定应和布液孔径协调设计 使各项参数均在适宜的尺寸 范围内 最高液位的范围通常在 200 500mm 之间 而布液孔的直径在 3mm 以上 k 为孔流系数 其值由小孔液体流动雷诺数决定 在雷诺数大 于 1000 的情况下 可取 0 60 0 62 取布液孔直径为 15mm 则液位高度可由下式求得 20 m193 08 2 6 0315 043183602 13584 22 gnkdvh 液位保持的高度由液体最大流率的最高液位决定 一般取最高液位的 1 12 1 15 倍 则 在 200 500 之间 符合 2 9 41 mh 要求 因此 塔高 H Z h1 h 3 25m 1 5m 0 22m 4 97m 故选用塔径为 3 5m 塔高 5m 填料为矩鞍环的填料吸收塔 5 3 典型设备图 附图二 6 投资与成本估算 6 1 车间装置人员配置表 表 5 车间定员表 序号 职能名称 人员配置 小计 合计 1 生产工人 6 6 2 分析工人 1 1 3 维修工人 1 1 4 动力监控 1 1 5 管理员 1 1 10 6 2 设备投资 表 6 设备一览表 21 序 号 设备名 称 主要规格型号 材料 附件 零部件 数 量 1 一吸塔 1600 14000 1 2 二吸塔 1600 14000 1 3 烟囱 500 24 7m 1 4 一吸循 环槽 2500 1500 磁性液位计 EFCIIBIL 1 安装 尺寸 1380 2 2 5 二吸循 环槽 3200 1500 磁性液位计 EFCIIBIL 1 安装 尺寸 1380 2 1 泵壳 轴套 泵架 轴承座 压盖 泵轴 叶轮 轴承 7312ACM 口环 6 一吸泵 70SB50 30 H 30m Q 50m3 h 轴 承 7312 电机 YBL160L 4 15kw 1460r min 油封 65 90 12 六角 圈 90 100 170 30 1 7 二吸泵 70SB50 30 1 8 二甲醚 分离器 1000 1200 不锈钢 LJB80 65 30 9 粗制打 料泵 Q 35m3 h H 30 电机 YB 2 160M1 2 2900r min 11kw 10 酯化塔 1200 13000 1 11 酯化槽 4300 1500 磁性液位计 EFCIIBIL 1 安装 尺寸 1378 1 12 酯化循 环泵 70SB50 30 1 22 13 残液泵 LJB80 65 30 1 14 氢甲酯 泵 IHS50 40 140 H 26m Q 20m3 h 电机 YB 2 160L 2 3kw 2880r min 1 15 甲醇库 4200 4200 1 16 甲醇卸 料泵 F40 40 Q 7 2m h H 39m O 型圈 180 5 32 5 六角圈 44 55 93 18 1 65CQ 32 Q 25m h H 32m 1 500L 117 汽化器 159 1500 19 3000L 一次 夹套 DN1750 10 罐身 DN1600 16 视镜 DN125 PN0 6 人 孔盖 16 卡子 BM12 BM20 容积 4 98m3 人孔垫片 400 500 360 460 10 设备垫片 1740 1640 20 内径 1600 1750 2 吸收塔紧固螺栓 M20 180 18 分离器 二次分离器 M16 165 M12 1 19 转子流 量计 LZB 15F 20 20 精甲醇 32CQ 25 2 23 给料泵 2 台 H 25m Q 110L min 1 1kw 21 氢甲酯 配置槽 3000L 2 22 一吸水 冷器 100 不锈钢 折流板间距 310mm 4 23 二吸水 冷器 700 3000 85 不锈钢 折流板间距 350mm 1 24 酯化水 冷器 700 3000 不锈钢 1 W 2 型 20 不锈钢喉箍 38 57 U 型橡胶管 DN45 搪瓷片 F 4 包橡胶垫圈 1040 985 30 3 不锈钢喉箍 32 44 U 型橡胶管 搪瓷片 25 搪瓷片 式水冷 器 w 1 型 F4 包橡胶垫圈 865 805 28 2 人孔垫片 350 450 20 2000L 釜垫 1450 1340 1226 醚化锅 3000L 8 27 硫酸高 位槽 1600 2000 2000L 12 台 14蒸发锅 3000L 2 台 2 28 1000 1500 12 台 12 29 精制贮 槽 1200 1800 2 台 2 24 600 3000 12 台 12水冷器 524 2500 2 台 2 30 IHS50 40 140 1 台 1 31 压料泵 F40 40 Q 7 2m h H 39m 4kw O 型圈 180 5 32 5 机械密封 六 角圈 44 55 93 18 旋盖式油杯 M14 1 5 2 32 残液罐 2000L 4 600 800 4 台 433 平衡桶 600 1380 2 台 2 LJB65 50 30 34 抽真空 泵 Q 35m h H 30m 电机 Y132S 2 2 7 5kw 2900r min 6 35 喷射泵 6 36 分离器 219 500 14 37 视镜 DN40 PN10 不锈钢 14 38 淡甲醇 回流泵 F25 25 4 39 h 22 7m 1 39 备用贮 槽 3000L 2 40 不锈钢 水冷器 680 3000 2 IHF65 50 160 Q 25m h H 20m 41 淡甲醇 泵 n 2900r min 4kw 1 42 淡甲醇 压料泵 IHS50 40 140 1 43 回流罐 1 25 44 氨冷器 800 2500 1 2AZ10 1 4AV10 制冷剂 R717 微启式安全阀 A11F 16 制冷量 54KW 工况 15 30 蒸发温度范围 25 15 能量调节阀 2NF6 45 氨压缩 机组 电机 Y200L 2 6 22 kw 250kg 2 46 调节站 2 47 液氨瓶 1 粗制凉 水塔 195m3 减速机 CDF5 5 165 传动 比 5 833 冷水 泵 IS150 125 315 H 32m Q 176m h 电机 Y200L 4 30 kw 250kg IS150 125 250 48 热水 泵 H 32m Q 200m h 电机 Y160L 4 15 kw 140kg 老精制 凉水塔 BNG 200 200 m3 减速机 TDJ132 7 5 320 冷 水泵 IS150 125 315B 电机 YB160M 4 18 5kw 隔爆 IX80 65 160 Q 60m h n 2950r min 冰 机冷水 泵 H 29m 7 5kw 隔爆型 49 热水 泵 IS150 125 250 50 新精制 凉水塔 HDI 250 250 m3 冷却水量 250T h 7 5kw 17 0A 进 水 t 43 出水 t 33 减速机 NGW 26 L F31 速比 4 43 7 5kw 16 9A IS150 125 250B Q 169 1m h H 14 8m 冷水 泵 n 2950r min 11kw 隔爆 冷水 泵 IS150 125 250B 11kw 热水 泵 IS150 125 315B Q 176m h H 24 78m 电机 YB160L 4 140kg 半成品 不经过精制 2100 8000 51 销售泵 3 台 IHS50 40 140 8000 8000 2 台 甲醇泵 CQB50 32 160 甲酯泵 CQB50 32 160 隔爆型 Q 12 5m h H 32m 4kw n 2 900r min 喷淋水泵 50FYUB 25 1000 立式 52 危化品 库区 轴承 NV312E 7311AC 新危化 库 立式库 2 台 4500 6000 53 硝基 甲烷车 间 销售泵 65CQ 35 Q 25m h 27 H 32m 7 5kw 隔爆型 喷淋水泵 80ZX50 32 表 7 设备投资表 序号 项目 金额 万元 1 土建 水电 消防 通风 空调 工具 200 2 贮槽 高位槽 15 3 反应罐 釜 8 4 吸收塔 6 5 离心通风机 10 6 旋风分离器 13 7 静电除尘器 6 8 换热器 5 9 过滤器 5 10 水力真空泵 3 6 3 投资估算及分析 产品成本指工业企业生产某种产品所需费用的总称 即投资该产品所 需的人力及物力总和的货币值 其可行性研究图示如下 28 车间成本 工厂折旧 企业管理费 销售成本 工厂成本 总成本 原料及辅助 材料 重要原料 辅助材料 包装材料 公用工程 冷却水 工艺水 电费 人工 直接操作工 资 附加工资 车间 折旧 维修 机器 车间 管理 费 图 2 投资分析框图 6 3 1 项目总投资 3000 万元 6 3 2 投资构成 工艺设备 管道及安装 1300 万元 占总概算的 43 33 自控设备及安装 60 万元 占总概算的 2 供电及照明 300 万元 占总概算的 10 锅炉及冷冻 240 万元 占总概算的 8 建筑工程费 434 万元 占总概算的 14 47 消防安全及环保 150 万元 占总概算的 5 自主研发费用 100 万元 占总概算的 3 33 征地 256 万元 占总概算的 8 53 研发测试中心 160 万元 占总概算的 5 33 6 3 3 资金筹错 1 自有资金 2100 万元 29 2 银行贷款 800 万元 3 其他来源 100 万元 6 3 4 技术经济指标 表 7 经济技术指标 序号 项目 计算单位 设计指标 1 产品价格 元 吨 2800 2 规模 吨 年 30000 3 年工作日 天 300 4 总收率 95 5 车间定员 人 10 6 消耗 万元 年 1000 7 建筑及占地面积 m2 100 8 产值 万元 年 3000 9 利税 万元 年 640 10 投资回收期 年 3 5 11 折旧年限 年 12 6 4 项目效益和风险分析 该分析应根据宏观经济形势 政策 趋势 热点问题 环境变化及其 对行业的影响等为主要研究内容 同时充分考虑涂料行业发展动态 行业 消费特征 行业产品结构特征以及连锁效益等因素 以下表是较常见的指 标 产品成本计算依据和说明 1 原辅料 燃料动力费 达产年费用分别为 2000 万元和 300 万元 2 全员平均劳动工资 按 1000 元 人 月 年费用估算为 180 万元 3 基本折旧费 按 10 的综合折旧率估算 残值率按 3 则达产年费 用为 195 万元年修理费按 60 万元计提 4 自主研发费 100 万元分 5 年摊入成本 年费用为 20 万元 5 其他费用 包括管理费 销售费等按 385 万元估算 30 7 厂房布置及生产车间的组成 7 1 厂房设计要求 厂房设计 原料仓 生产区 化验室 辅助生产区 控制室及成品仓 厂址的选择 鉴于硫酸二甲酯的毒性及生产过程会产生大量有毒物质 厂址应选在农村 并远离生活区 地势较低之处 应选择交通运输方便之 处 应选择能源有保障 电力供应稳定之处 有良好的工程地质 总布局满足的要求 布局要求 保证径直和短捷的生产作业线 并尽可能避免交叉和迂回 使各种物料 和运输距离最短 同时将水电消耗很大的车间尽量集中 形成负荷中心 并使 其与原料来源靠近 减少输送距离 安全要求 化工厂具有易燃 易爆的特点 厂区应充分考虑安全布局严格遵守防 火 卫生等安全规范和标准的相关规定 重点是防止火灾和爆炸的发生 考虑到产品硫酸二甲酯有剧毒 生产原料浓硫酸铬的强腐蚀性以及甲醇 毒性 整个生产系统必须是严格封闭的 规划厂区应充分考虑员工和生产安 全 安全布局 确保安全环保生产 建筑设计的防火防爆考虑 一方面是合理地布置厂房的平面和空间 消防爆炸可能产生的因素缩 小极限爆炸的范围 保证工人的安全疏散 另一方面是从建筑结构和建筑 材料上保证建筑物的安全 减轻建筑物在爆炸时所受的伤害 通风上要保证易燃易爆气体的迅速排除 设备布置上要避免车间中形 成死角 设计时要根据国家最新规定卫生标准进行 要防止大气污染 水质污 染 把生产过程中的副产品加以回收 利用 本设计中将低压尾气回收利 用 发展要求 31 厂区布置要求有较大的弹性 对于工厂的发展变化有较大的适应性 随 着市场需求的变化 厂区规模 人员定置等有可变性 灵活性 7 2 水电要求 7 2 1 水 生产用水就采用一般的自来水 冷却水可以循环使用 7 2 2 电 选用相应等级的电气设备 照明灯具和仪表 防止静电放电现象的发 生 设置避雷针 7 3 生产车间的组成 7 3 1 生产车间组成设置 生产车间主要分成几大区域 所有吸收塔在室内 吸收塔与酯化 塔在室外 检测办公室位于在生产区较高处 安全考虑 生产设备之间 保证径直和短捷的生产作业线 并尽可能避免交叉和迂回 使各种物料和运 输距离最短 同时将水电消耗很大的车间尽量集中 形成负荷中心 并使其与 原料来源靠近 减少输送距离 7 3 2 生产车间布置图 a 生产车间平面图 附图 3 标注单位为米 b 生产车间立面图 附图 4 标注单位为米 8 安全环保生产要求 8 1 安全生产 硫酸二甲酯属高毒类 作用与芥子气相似 急性毒性类似光气 比氯气大 15 倍 对眼 上呼吸道有强烈刺激作用 对皮肤有强腐蚀作用 可引起结 膜充血 水肿 角膜上皮脱落 气管 支气管上皮细胞部分坏死 穿破导致 纵膈或皮下气肿 此外 还可损害肝 肾及心肌等 皮肤接触后可引起灼伤 水疱及深度坏死 作用机理尚不完全明了 多数学者认为是由于该物质的甲基性质 它在 32 体内水解成甲醇和硫酸而引起毒作用 这已由动物实验和死亡病例的血液和 内脏中检测甲醇证实 Ghiringhelli 认为对眼和皮肤的局部作用 部分是由 于硫酸所致 而全身和神经系统的影响以及肺水肿是由于硫酸二甲酯分子本 身的毒性作用 因它能使体内某些重要基团甲基化所致 硫酸二甲酯对皮肤的损害 除其腐蚀作用外 还可能引起接触性过敏性 皮炎 近年来 国外动物实验报告 急性硫酸二甲酯中毒后可引起染色体畸变 用大鼠进行实验还证实有致癌作用 a 临床表现 中毒时受损的主要靶器官是眼和呼吸系统 表现为急性结膜炎 角膜炎 咽喉炎 气管支气管炎或支气管周围炎 重症表现为肺炎 肺水肿 急性硫酸二甲酯中毒常经过 6 8 小时的潜伏期后迅速发病 潜伏期越 短症状越重 人接触 500mg m3 97ppm 10 分钟即致死 刺激反应表现 为有一过性的眼结膜及上呼吸道刺激症状 肺部无阳性体征 轻度中毒表 现为明显的眼结膜及呼吸道刺激症状 如羞明 流泪 眼结膜充血水肿 咳嗽咳痰 胸闷等 两肺有散在干性罗音或少量湿性罗音 肺部 X 线符合 支气管炎或支气管周围炎 中度中毒表现为明显咳嗽 咳痰 气急 伴有 胸闷及轻度紫绀 两肺有干性罗音或哮喘音可伴散在湿性罗音 胸部 X 线 符合支气管肺炎 间质性肺炎或局限性肺泡性肺水肿 重度中毒表现为咳 嗽 咯大量白色或粉红色泡沫痰 明显呼吸困难 紫绀 两肺广泛湿罗音 胸部 X 线符合弥漫性肺泡性肺水肿 严重者可导致呼吸窘迫综合征 或窒 息 喉头水肿 大块坏死的支气管粘膜脱落 或出现较严重的纵隔气肿 气胸 皮下气肿 b 急救处理 首先迅速将中毒病人救移至空气新鲜处 脱去污染衣服 彻底清洗皮 肤 对刺激反应者至少观察 24 48 小时 及时吸氧 给予镇静 祛痰及解 痉药物等对症治疗 眼部受污染时现场及早用生理盐水或清水彻底冲洗 再用 5 10 碳酸氢钠溶液冲洗 再用可的松与抗生素眼药水交替滴眼 早 期 适量 短程的糖皮质激素疗法可有效防治肺水肿 皮肤灼伤采用抗感 染及暴露或脱敏疗法 要时刻警惕迟发性中毒效应的发生 中毒患者应绝对卧床休息 保持安静 严密观察病情 急救治疗包括合理 33 吸氧 给予支气管舒缓剂和止咳祛痰剂 肾上腺糖皮质激素的应用要早期 适量 短程 早期给予抗生素 必要时可给予镇静剂 硫酸二甲酯有机化学中用做甲基化试剂 但随着对碳酸酯研究的深入 硫酸二甲酯的应用范围越来越小 相信不久将为无毒的碳酸酯完全取代 c 泄漏应急处理 迅速撤离泄漏污染区人员至安全区 并立即隔离 150 米 严格限制出 入 切断火源 建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器 穿防毒服 不要 直接接触泄漏物 尽可能切断泄漏源 防止进入下水道 排洪沟等限制性 空间 小量泄漏 用砂土 蛭石或其他惰性材料吸收 大量泄漏 构筑围 堤或挖坑收容 用泡沫覆盖 降低蒸气灾害 用泵转移至槽车或专用收集 器中 回收或运至废物处理场所处置 d 危险特性 遇热源 明火 氧化剂有燃烧爆炸的危险 若遇高热可 民生剧烈分解 z 引起容器破裂或爆炸事故 与氢氧化铵反应强烈 燃烧 分解 产物 一氧化碳 二氧化碳 氧化硫 e 现场应急监测方法 气体检测管法 气体速测管 德国德尔格公司产品 实验室监测方法 气相色谱法 空气中有害物质的测定方法 第二版 杭士平主编 1 2 萘醌 4 磺酸钠比色法 化工企业空气中有害物质测定方法 化 学工业出版社 环境标准 前苏联 车间空气中有害物质的最高容许浓度 0 1mg m3 灭火方法 消防人员须佩戴防毒面具 穿全身消防服 灭火剂 雾状 水 二氧化碳 泡沫 砂土 由于二甲脂车间的产品及原料都属于易燃易爆有毒有害的危险品 为 了保证国家财产不遭受损失 保护职工的人身安全 及机械的正常工作 特有些规定如下 化工厂生产厂区十四个不准 1 加强明火管理 厂区内不准吸烟 2 生产区 不准未成年人进入 3 上班时间 不准睡觉 干私活 离岗和干与工作无关的事 34 4 在班前 班上不准喝酒 5 不准使用汽油等易燃液体擦洗设备 用具和衣物 6 不按规定穿戴劳动保护用品 不准进入生产岗位 7 安全装置不齐全的设备不准使用 8 不是自己分管的设备 工具不准动用 9 检修设备时安全措施不落实 不准开始检修 10 停机检修后的设备 未经彻底检查 不准使用 11 未办高处作业证 不带安全带 脚手架 跳板不牢 不准登高 作业 12 石棉瓦上不固定好跳板 不准作业 13 未安装触电保安器的移动电动工具 不准使用 14 未取得安全作业证的职工 不准独立作业 特殊工种职工 未 经取证 不准作业 8 2 三废处理 a 废气处理 废气中主要有三氧化硫 少量的甲醇 水蒸气 处理的方法是通过控 制反应过程中的酸度降低三氧化硫的溢出量 而减少废气中三氧化硫的含 量 三氧化硫是通过母液的吸收除去大量的三氧化硫 以减少对环境的危 害 b 废弃物处理 用焚烧法 废料经笱释中和后焚烧 焚烧炉排出的硫氧化物通过洗 涤器除去 c 废液处理 废液主要有反应后的剩余还有大量的硫酸锅液通过下次的反应加以利 用不会排放出自然中 另一个就是反应后的稀甲醇会通过在沸釜精馏塔精 馏而回收得以利用 既免了对环境的污染又节约了能源 35 致谢 在设计过程中 应用化工教研室卢莲英副教授在设计初期细心的审阅 并给出了宝贵的意见 指导我有条不紊的实施设计方案 湖北富驰化工股 份有限公司为我提供各种资料 使得设计顺利完成 在此对他们表示衷心 的感谢 36 参考文献 1 魏崇光 郑晓梅 化工工程制图 M 北京 化学工业出版社 1994 14 28 2 化学工业出版社组织编写 化工生产流程图解 增订二版 M 北京 化学工业出 版社 1993 6 70 71 3 宋启煌等著 精细化工工艺学 第二版 M 北京 化学工业出版社 2004 1266 273 4 王静康主编 化工过程设计 第二版 M 北京 化学工业出版社 2006 5 47 97 5 王靖康 化工设计 M 北京 化学工业出版社 1995 24 97 6 谭天恩等编著 化工原理 第三版上册 M 北京 化学工业出版社 2006 4 196 213 7 Samuelson PN Lell WA Tetralogy of Fallot In Lake CL ed Pediatric cardiac anesthesia 2nd edn Appleton 26 Lange New York Churchill Livingstone 1988 222 8 Hickey PR Wessel PL Anesthesia for congenital heart disease In Gregory GA ed Pediatric anesthesia 2nd edn New York Churchill Livingstone 1989 833 9 Arensman RM Statter MB Bastawrous AL et al Modern treatment modalities for neonatal and pediatric respiratory failure Am J Surg New York Churchill Livingstone 1996 172 41 37 38 附图 1 硫酸二甲酯生产工艺流程图 2 典型设备图 3 生产车间平面图 4 生产车间立面图 39 图1 甲醇和浓硫酸制硫酸二甲酯生产流程图1 甲醇高位槽 2 甲醇醚化罐 3 二甲醚冷凝器 4 稀甲醇贮罐 5 回收甲醇罐 6 醚化气缓冲罐 7醚化气体水冷器8酯化塔9吸收塔二10吸收塔一 1发烟硫酸蒸发罐12粗产品二甲酯高位槽 3二甲酯蒸馏釜14二甲酯冷凝器5酯化槽6硫酸二 甲酯精馏7离心泵8硫酸氢甲酯19 发 烟硫酸0冷却水 15876 1921354 1092112131614228 18 氨冷 40 41 数据监测办公室 甲醇醚化罐 楼梯 真空蒸馏釜 酯 化 塔发烟硫酸收塔 甲醇回收反应釜 图3 1 生产车间内部平面图精 馏反应釜甲醇高位槽 冷凝器 硫酸二甲酯高位槽水冷二甲醚 氨冷二甲醚 图3 2 生产车间房顶平面图 39 1848 128 39 76 5868 3 90 7245 76 425 9694 262 8 259 01 505 76 0 R20 46 R16 4R10 79R17 5R4 8 259 01368 43 187 38 甲醇高位槽 吸 收 塔 一吸 收 塔 二酯 化 塔 酯化槽 图4 生产车间立面图冷凝器 醚 化 罐吸 收 塔 一