工艺流程年产吨甘油生产工艺流程设计

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1、工艺流程年产吨甘油生产工艺流 程设计 工艺流程年产吨甘油生产工艺流 程设计 海南大学 化学工程与工艺专业化学工程与工艺专业 化工工艺课程设计 说明书 题目：年产 5000 吨甘油生产工艺流程设计年产 5000 吨甘油生产工艺流程设计 学号： 姓名： 年级： 指导教师： 完成日期： 2012 年 月 日 目录目录 1.总论1.总论6 1.1 概述6 1.1.1 甘油的性质6 1.1.2 产品用途7 1.1.3 甘油在国民经济中的重要性7 1.1.4 甘油的市场需求7 1.2 设计的目的和意义8 1.2.1 设计的目的8 1.2.2 设计的意义8 1.3 项目设计依据和原则8 1.3.1 设计依据

2、8 1.3.2 设计原则8 1.4 设计范围9 1.5 甘油生产能力及产品质量标准9 1.5.1 生产能力9 1.5.2 产品质量标准9 2.生产方案选择2.生产方案选择10 2.1 生产方法10 2.1.1 以天然油脂为原料的生产10 2.1.2 合成甘油的生产11 2.1.3 发酵甘油的生产14 2.2 生产方案确定16 3.生产工艺流程设计与说明3.生产工艺流程设计与说明17 3.1 生产工艺流程图17 3.2.生产工艺流程说明19 4.工艺计算4.工艺计算22 4.1 物料衡算22 4.1.1 原辅物料的计算22 4.1.2 物料衡算汇总列表26 4.1.3 水、电、煤的用量计算27

3、4.2 热量衡算28 4.2.1 蒸汽喷射液化器工段28 4.2.2 连消工段28 4.2.3 无菌空气制备工段30 4.2.4 蒸发浓缩工段34 4.2.5 减压蒸馏工段35 5.设备设计与选型5.设备设计与选型36 5.1 主要设备的选型36 5.2 辅助设备的选型45 6.车间布置设计6.车间布置设计47 6.1 厂房布置原则47 6.2 厂房的整体布置设计48 6.3 车间设备布置设计48 7.设计评析与总结7.设计评析与总结56 参考文献58 1.总论1.总论 1.1 概述1.1 概述 1.1.1 甘油的性质1.1.1 甘油的性质 (1)性质(1)性质 外观无色透明粘稠液体，无臭、无

4、味、具有吸湿性、保润性、软化性，极显 吸收空气中的水分，水溶液呈中性，可与水、乙醇、甲醇任意比例混合。具有良 好的防冻性。 中文名称：丙三醇（甘油） 英文名称：glycerol 英文别名：Glycerine,1,2,3-Propanetriol,Trihydroxypropane. CASNo.：56-81-5 分子式：C3H8O3 分子量：92.09 主要成分：丙三醇 外观与性状：无色粘稠液体,无气味,有暖甜味,能吸潮。 熔点()：18.18 沸点()：290.9 密度1.260 相对密度(水=1)：1.26331(20)， 沸点120 冰点在-26以下 相对蒸气密度(空气=1)：3.1 粘

5、度（20)：1412mPa.(25):945mPa.s 饱和蒸气压(kPa)：0.4(20) 闪点()：177 引燃温度()：370 溶解性 ： 可混溶于乙醇，与水混溶，不溶于氯仿、醚、二硫化碳，苯，油类。 可溶解某些无机物。 (2)危害(2)危害 健康危害：食用对人体无毒。对眼睛、皮肤没刺激作用。 小鼠口服毒性 LD50=31,500mg/kg.静脉给药 LD50=7,560mg/kg. 燃爆危险：本品可燃，具刺激性。 危险特性：遇明火、高热可燃1。 1.1.2 产品用途1.1.2 产品用途 合成树脂工业：用于制造醇酸树脂、环氧树脂、甘油松香树脂、改性酚醛树 脂、失水苹果酸干树脂、聚醚树脂、

6、聚氨酯树脂。 医药工业：用于制造甘油硼酸、胃沅酶等。食品工业用于做甜味剂等，也是 聚氨酯泡沫反应的引发剂、载色剂、润滑剂、烟草吸湿剂、啤酒阻酵剂、糖果防 结晶剂、乳脂防酸剂、冷冻食品保鲜剂。 国防工业：用于制造硝化甘油炸药。 纺织印染工业：用作纺织物的防绉防缩处理剂、扩散剂、渗透剂、润滑剂。 化工生产中：用于溶剂、吸收剂、防冻剂等。 此外，还用作在涂料、炸药、塑料、牙膏、化妆品、食品、烟草、化工、造 纸、电工材料等工业。 1.1.3 甘油在国民经济中的重要性1.1.3 甘油在国民经济中的重要性 甘油是油化学产品的重要副产品，又是其它化学产品的重要原料，主要用途 有医药、化妆品、香烟、炸药及食品

7、。随着我国国民经济的不断发展，作为国计 民生重要化工产品的甘油市场需求量不断增长，尤其是在涂料、化妆品工业和医 药工业的需求在逐年增加。因此，开发国内甘油的生产和应用，对我国石油化学 工业的发展意义重大。 1.1.4 甘油的市场需求1.1.4 甘油的市场需求 据英国著名油脂化工专家 FrankGunstone 估计，全球甘油市场容量 2000 年在 75 万吨，2005 年为 86 万吨，2010 年将达到 100 万吨。当时，他对生物 柴油产业的发展速度及影响估计不足。根据 Frost&Suliven 的调查，2004 年 全球甘油产能已经达到约 130 万吨，消费量 97 万吨。随着中国工

8、业的高速发 展，市场对于甘油的需求也逐渐增加。但是在中国以前的甘油生产中，主要 靠天然法来生产甘油，但这种方法的甘油产量低，纯度低，因此远远不能满 足甘油的市场需求， 中国每年都需进口数量可观的甘油以满足国内市场需求。 见表 1.12 表 1.120032006 年间中国甘油进口量（单位：吨） 1.2 设计的目的和意义1.2 设计的目的和意义 1.2.1 设计的目的1.2.1 设计的目的 生产甘油以满足日益增长的市场需求同时获得很好的经济收益。 1.2.2 设计的意义1.2.2 设计的意义 （1）满足各行各业产品需求。 （2）可以长远解决公司的生存问题，并且为当地提供更多的就业机会，促 进区域

9、经济的发展。 （3）做到了真正意义上的绿色产业。 （4）有利于国家产业结构的调整，保持国民经济的可持续发展。 1.3 项目设计依据和原则1.3 项目设计依据和原则 1.3.1 设计依据1.3.1 设计依据 海南大学 2012 年化工工艺课程设计课题年产 5000 吨甘油生产工艺流程设 计任务书，见附件。 1.3.2 设计原则1.3.2 设计原则 （1）按技术先进、成熟可靠、经济合理的原则对技术方案进行论证，以确定最 佳方案； （2）尽可能采用节能工艺和高效设备，充分发挥规模效应，降低能耗、物耗和 生产成本，提高项目的经济效益和社会效益； （3）主体工程与环境保护、劳动安全和工业卫生同时考虑，以

10、减少“三废”排 放，加强废渣治理，确保安全生产，消除并尽可能减小工厂生产对化境的不良影 响和对工厂职工以及周边地区居民健康的危害。 1.4 设计范围1.4 设计范围 本设计的主要内容： （1）生产方案选择 （2）工艺流程设计与论证 （3）工艺原理与操作条件说明 （4）工艺计算物料衡算与热量衡算 （5）生产主要设备设计计算与选型 （6）生产车间设备配置与布置设计 （7）编写项目设计说明书 （8）工程设计绘图 带控制点的工艺流程图 车间布置平面、立面图、工厂总体平面布置图（可略） 设计重点：设计重点：工艺流程设计与论证、工艺原理说明和工艺计算 1.5 甲醇生产能力及产品质量标准1.5 甲醇生产能力

11、及产品质量标准 1.5.1 生产能力1.5.1 生产能力 年产 5000 吨甘油，年工作日为 300 天，全天候连续生产。 1.5.2 产品质量标准1.5.2 产品质量标准 本产品为精甘油，质量规格为一等品，执行国家GB13206-91标准，具体 指标见下表 2。 表 1.2 中华人民共和国甘油国家标准GB13206-91 指标 指标名称 优等品一等品二等品 外观透明无悬乳物 气味无异味 色泽，Hazen203070 甘油含量，%98.598.095.0 密度（20） ，g/ml1.25721.25591.2481 氯化物含量（以 cl 计） ，%0.0010.01- 硫酸化灰分，%0.010

12、.010.05 酸度或碱度，mmol/100g0.0640.100.30 皂化当量，mmol/100g0.641.03.0 砷含量， （以 As 计） ，mg/kg22- 重金属含量（以 Pb 计） ，mg/kg55- 还原性物质无沉淀或银镜- 2.生产方案选择2.生产方案选择 2.1 生产方法2.1 生产方法 甘油作为重要的有机化工原料，常用的制取方法有三种：一是从天然油脂皂化生 产肥皂的副产品获得，还有少部分是从油脂水解的副产品中获得，即油脂皂化水 解法；二是通丙烯氯化法、丙烯醛法、丙烯过乙酸氧化法合成甘油，即化学合成 法；三是利用粮食资源料转化发酵制取甘油，即发酵法。化学合成法生产的称为

13、 合成甘油，以天然油脂为原料的方法和发酵法，所得甘油都称为天然甘油。目前 天然甘油和合成甘油的产量几乎各占 50%。 2.1.1 以天然油脂为原料的生产2.1.1 以天然油脂为原料的生产 （1）皂化甘油（油脂皂化）（1）皂化甘油（油脂皂化） 油脂皂化是油脂与碱液在一定条件下反应生成肥皂及甘油的过程,其反应方 程式如下： 甘三酯苛性钠肥皂甘油 皂化反应产物分成 2 层：上层主要是含脂肪酸钠盐（肥皂）及少量甘油：下 层是废碱液， 为含有盐类、 氢氧化钠的甘油稀溶液， 一般含甘油质量分数 916 ，无机盐质量分数 820。 （2）油化甘油（油脂水解）（2）油化甘油（油脂水解） 油化甘油是指油脂与过量

14、水在一定条件下反应生成脂肪酸和甘油的过程。油 脂水解的主产品是硬脂酸、油酸等油化产品，甘油是副产品。其理论上总反应方 程式 甘三酯水脂肪酸甘油 由于油脂水解工艺多、操作条件差异大,所得的甜水浓度及杂质含量并不相 同,甘油在甜水中的浓度约为 12%18%,其中较为现代的高温高压连续逆流水解法 因不使用催化剂,仅利用高压蒸汽促使油脂水解,所得的甜水质量好,可进一步加 工成高品质甘油。 （3）油脂醇解（3）油脂醇解 油脂醇解是指油脂与过量低碳链醇(如甲醇)在一定条件下反应生成脂肪酸 酯和甘油的过程,反应方程式如下: 甘三酯甲醇脂肪酸甲酯甘油 在此反应过程中,每生产 1Kg 脂肪酸甲酯,约产生 01K

15、g 左右的甘油,迅速升 温的生物柴油(即脂肪酸甲酯)投资热使得以其副产品为来源的甘油受到重视。 无论是制皂废液，还是油脂水解得到的甘油水所含的甘油量都不高（质量分 数 10%左右） ， 而且都含有各种杂质。 所以， 需要净化、 浓缩的过程先得到粗甘油， 然后将粗甘油进行蒸馏，脱色、脱臭的精制过程才能得到天然甘油。3 2.1.2 合成甘油的生产2.1.2 合成甘油的生产 从丙烯合成甘油的多种途径可归纳为 2 大类，即氯化和氧化。现在工业上仍 在使用丙烯氯化法及丙烯过乙酸氧化法。 （1）丙烯醛法（1）丙烯醛法 首先，丙烯气相氧化合成丙烯醛，然后丙烯醛用异丙醇还原合成合成丙烯醇 ； 最后丙烯醇过氧化

16、氢羟基化合成甘油。过氧化氢则用异丙醇氧化制得。 该法生产的甘油产品质量较高，原料消耗低，但流程长。国内尚无此类生产装置。 (2)丙烯过乙酸氧化法(2)丙烯过乙酸氧化法 丙烯与过乙酸作用合成环氧丙烷，环氧丙烷发生异构化为烯丙醇，然后在过 乙酸氧化下生成环氧丙醇(即缩水甘油)，水解生成甘油。或者烯丙醇在双氧水氧 化下直接生成甘油。 过乙酸的生产不需要催化剂，乙醛与氧气气相氧化，在常压、150-160、 接触时间 24s 的条件下，乙醛转化率 11%，过乙酸选择性 83%。 上述后 2 步反应在特殊结构的反应精馏塔中连续进行。原料烯丙醇和含有过 乙酸的乙酸乙酯溶液送人塔后，塔釜控制在 60-70，13-20KPa。塔顶蒸出乙酸 乙酯溶剂和水，塔釜得到甘油水溶液。此法选择性和收率均较高，采用过乙酸为 氧化剂，可不用催化剂，反应速度较快，简化了流程。生产每吨甘油消耗烯丙醇 1.001t，过乙酸 1.184t，副产乙酸 0.974t。