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1、太原科技大学毕业设计（论文）题目：年产一万吨苯酚粗苯蒸馏工序工艺的设计姓名：学院（系）：化学与生物工程学院专业：化学工程与工艺班级：工艺1321班指导教师：2015年 6 月 1 日太原科技大学毕业设计（论文）任务书学院（直属系）：化学与生物工程学院时间：2015年3月8日学生姓名郛亚朋指导老师王齐设计（论文）题目年产一万吨苯酚粗苯蒸馏工序工艺设计主要研究内容1. 工艺方案的确定；2. 蒸馏釜的物料衡算及能量衡算；3. 蒸馏釜的尺寸计算4. 分馏塔的物料衡算及热量衡算；4. 分馏塔的尺寸计算；5. 部分冷凝器的物料衡算及能量衡算；6. 设计说明书；8.蒸馏釜、分馏塔、部分冷凝器的结构流程图研究
2、方法为完成好毕业设计，采取的方法如下：1. 查阅文献获取该课题的背景及最新知识；2. 通过毕业实习获取工厂生产实际信息。主要技术 指标（或研 究目标）1. 培养学生搞毕业设计的思路，为将来从事技术性工作打基础；2. 培养学生获取文献并用所学知识进行综合分析计算的能力；3. 培养学生设计说明书的书写能力，并最终完成设计。主要参考文 献1. 王志魁.化工原理M.北京：化学工业出版社，2004.256314.2. 申迎华，郝晓刚.化工原理课程设计M.北京：化学工业出版社，2009.2371.年产一万吨苯酚粗苯蒸馏工序工艺的设计 摘要本设计对苯酚的性质、用途和生产工艺进行了详细地概述，阐述了其在化学工
3、业 中的重要作用和地位。本文是年产1万吨苯酚粗苯蒸馅工序工艺的设计，生产工艺是以苯、 硫酸、烧碱为原料，经磺化碱熔法生产苯酚，此方法为磺化法。通过查阅苯酚生产工艺的 文献资料而选定生产方法。在确定苯酚生产工艺的基础上进行物料衡算、热量衡算以及设 备选型等。说明书内容包括：一、苯酚的概述，重点介绍其性质、用途及国内外发展情况；二、生产工艺的设计，重点说明粗苯蒸馅工序的生产原理与流程；三、蒸馅釜的物料衡算与热量衡算及尺寸计算；四、分馅塔的物料衡算与热量衡算及尺寸计算；五、部分冷凝器的物料衡算与热量衡算及尺寸计算；。刖言苯酚是重要的基本有机化工原料，其许多下游产品涉及到众多领域，在工业 上的用途很广
4、，主要用于制造酚醛树脂、双酚A和己内酰胺。此外，苯酚衍生 物如卤代酚、硝基酚、烷基酚可用于医药、农药、油漆、染料、炸药、石油添加 剂、脱漆剂、木材防腐剂、香料等的生产，在皮革领域还用来消毒。随着工业经 济的发展，特别是合成材料的品种和产量迅速扩大和增长，可以预测在世界范围 内对苯酚的需求量将持续增长，苯酚下游产品开发大有可为。国内苯酚市场一 直存在较大的缺口，在“十一五”期间国内外的苯酚生产商纷纷加大在中国，特 别是长三角地区的投资。据统计，随着建滔化工集团实友化工（扬州）有限公司 300kt/a苯酚/丙酮装置的建成投产以及建滔化工集团惠州忠信化工有限公司 250kt/a苯酚/丙酮装置扩能改造
5、的完成，2012年国内苯酚总产能将达到 1122kt/a，预计到2013年底将达到2652kt/a。根据多年的统计数据，苯酚表观 消费量的年均增长率高于同期国内生产总值（GDP）年均增长率为1.3%-1.5%。本设计为年产量一万吨苯酚粗苯蒸馏工序的工艺设计，采用了磺化法生产苯 酚，重点设计蒸馏釜、精馏塔和部分冷凝器。本设计以理论设计为主，参考了大 量资料和书籍，力求接近实际、切合实际。由于水平有限，设计经验不足，设计汇总难免存在纸漏和不足之处，敬请各 位老师和同学批评指正。第1章概述1.1产品概述1.1.1苯酚的简介苯酚(Phenol, CHOH)是一种具有特殊气味的无色针状晶体，有毒，是6
6、5生产某些树脂、杀菌剂、防腐剂以及药物(如阿司匹林)的重要原料。也可用于 消毒外科器械和排泄物的处理，皮肤杀菌、止痒及中耳炎。熔点43C，常温下微溶于水，易溶于有机溶剂；当温度高于65C时，能跟水以任意比例互溶。 苯酚有腐蚀性，接触后会使局部蛋白质变性，其溶液沾到皮肤上可用酒精洗涤。 小部分苯酚暴露在空气中被氧气氧化为醍而呈粉红色。1.1.2苯酚的性质化学性质可吸收空气中水分并液化。有特殊臭味，极稀的溶液有甜味。腐蚀性极强。 化学反应能力强。与醛、酮反应生成酚醛树脂、双酚入，与醋酐；水杨酸反应生 成醋酸苯酯、水杨酸酯。还可进行卤代、加氢、氧化、烷基化、羧基化、酯化、 醚化等反应。苯酚在通常温度
7、下是固体，与钠不能顺利发生反应，如果采用加热 熔化苯酚，再加入金属钠的方法进行实验，苯酚易被还原，在加热时苯酚颜色发 生变化而影响实验效果。物理性质相对蒸气密度(空气=1)： 3.24折射率1.5418饱和蒸气压(kPa) ： 0.13(40.1C)燃烧热(kJ/mol): 3050.6临界温度(C)： 419.2临界压力(MPa): 6.13辛醇/水分配系数的对数值：1.46爆炸上限%(V/V): 8.6引燃温度(C)： 715爆炸下限%(V/V): 1.7溶解性：可混溶于醚、氯仿、甘油、二硫化碳、凡士林、挥发油、强碱水溶 液。常温时易溶于乙醇、甘油、氯仿、乙醚等有机溶剂，室温时稍溶于水，与
8、大 约8%水混合可液化，65C以上能与水混溶，几乎不溶于石油醚。1.1.3苯酚的用途工业苯酚是重要的有机化工原料，用它可制取酚醛树脂、己内酰胺、双酚A、水 杨酸、苦味酸、五氯酚、2,4-D、己二酸、酚酞n-乙酰乙氧基苯胺等化工产品及 中间体，在化工原料、烷基酚、合成纤维、塑料、合成橡胶、医药、农药、香料、 染料、涂料和炼油等工业中有着重要用途。此外，苯酚还可用作溶剂、实验试剂 和消毒剂，苯酚的水溶液可以使植物细胞内染色体上蛋白质与DNA分离，便于对 DNA进行染色。医疗【用法与用量】1. 器械消毒及排泄物处理1%5%水溶液。2. 皮肤杀菌与止痒：2%软膏涂患处。3. 中耳炎用1%2%苯酚甘油滴
9、耳，每日3次。广泛用于制造酚醛树脂、环氧树脂、锦纶纤维、增塑剂、显影剂、防腐剂、 杀虫剂、杀菌剂、染料、医药、香料和炸药等1.1.4国内苯酚的发展前景今年我国经济放缓，苯酚交易清淡，但总体上，市场对苯酚的需求逐年上 升，受此影响，国内苯酚装置出现扩产高潮，企业应警惕产能过剩。受欧债危机蔓延、国内经济增长减缓等因素影响，国内建筑行业、汽车行业、 家电行业等终端市场需求明显萎缩，导致酚醛树脂、减水剂、聚碳酸酯和双酚入 下游行业需求锐减，市场购买能力明显下降，苯酚市场成交量稀少。但我国市场 对苯酚的需求量逐年上升，且上升幅度较大，2010年表观消费量达到140万吨， 比上年增长16.7%;2011年
10、表观消费量达到160万吨，增长12.1%。国产苯酚的 产量不能满足市场的需求，国内苯酚装置正在出现扩产高潮，预计2013年新增 产能182.75万吨/年，苯酚总产能有望达到290.85万吨，产量预计达到340万 吨左右，我国苯酚消费量将达到198.8万吨，产量将超过消费量，应引起我国企 业警惕。业内人士表示，由于世界苯酚生产能力增长也很快，且新建、扩建装置 几乎都集中在亚洲，我国苯酚市场竞争将更加激烈。1.2苯酚的生产工艺以苯为原料，用硫酸进行磺化生成苯磺酸，用亚硫酸中和，再用烧碱进行碱 熔，经磺化和减压蒸馏等步骤而制得。第2章生产工艺设计2.1生产工艺基本原理2.1.1蒸馏釜的原理蒸馏是一种
11、热力学的分离工艺，它利用混合液体或液-固体系中各组分沸点 不同，使低沸点组分蒸发的过程。蒸馏釜，涉及一种化工生产中蒸馏所使用的釜。主要是为解决现有的蒸馏釜 在生产过程中当物料中含有固状物及高沸点物时需间断检修清理的问题而设计 的。它包括蒸馏釜壳体，在蒸馏釜壳体上方是上封头，上封头上有气体出口，上 封头下方有除沫器，除沫器下方为贮料室，贮料室上部有进料口，室内设立式蒸 发器，蒸馏釜下部为固状物及高沸点物沉降室，在沉降室内设搅拌器，搅拌器轴 通过轴封与外部电机相连，蒸馏釜底部设固状物及高沸点物排出口。优点是可随 时排出固状物及高沸点物，无须间断检修清理，保证生产连续进行。酚水经进料口进入储料室，酚
12、水在蒸发器提供热量的条件下进行蒸馏分离， 使得低沸点物质与高沸点物质在搅拌器的作用下得到分离，低沸点物质经除沫器 后通过气体出口而排出，高沸点物质通过蒸馏釜底部而排出。2.1.2分馅塔的基本原理在有限的空间内，尽可能的增大液相混合物的热交换面积，一般用于精馏分 馏的混合物为有机共沸物，共沸物从反应釜内首先受热上升至分流段，沸点低的 继续上升，因为塔顶在受到低沸点物的传热后温度和低沸点物一致，所以低沸点 物被分馏出来，而较高沸点物因为没有达到相应的沸点，故会受冷却后回流至反 应釜内或分馏柱下半部分，待低沸点物被完全馏出后，较高沸点物相继被分馏， 然后是高沸点物的馏出，最后反应釜底部是残渣。水与苯
13、酚蒸汽经飞沫阻挡器扑集飞沫与液滴后，进入分馏塔，与塔上部回流 的高沸馏分凝液进行热与质的传递后，低沸馏分成气态上升进入部分冷凝器，再 次，低沸馏分中的高沸物再次被冷凝，凝液回流入塔，塔底凝液经液封管返回蒸 馏釜内，未凝蒸汽经列管全凝器与冷却水换热，全部冷凝成液体。2.1.3部分冷凝器的工作原理管壳式（又称列管式）冷凝器是管壳式换热器，主要有壳体、管束、管板和 封头等部分组成，壳体多呈圆形，内部装有平行管束或者螺旋管，管束两端固定 于管板上。在管壳换热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动，其行程称为 管程；一种在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为传热面。在间壁式冷凝器中，酚水气体混合物走
14、壳程，冷却水走管程，酚水气体混合 物在冷却水的作用下得以部分冷却，使得高沸点物质得到了冷却，低沸点物质通 过壳程流出冷凝器。2.2生产工艺流程本次设计主要设计粗苯精馏工序粗苯蒸馏工序工艺流程自粗苯酚中蒸出酚水过程是在真空中进行的，加入蒸馏釜内的粗酚，用釜内 的大小加热蛇管升温至沸，在0.053MPa真空下，水与苯酚蒸汽经飞沫阻挡器扑 集飞沫与液滴后，进入分馏塔，与塔上部回流的高沸馏分凝液进行热与质的传递 后，低沸馏分成气态上升进入部分冷凝器，再次，低沸馏分中的高沸物再次被冷 凝，凝液回流入塔，塔底凝液经液封管返回蒸馏釜内，未凝蒸汽经列管全凝器与 冷却水换热，全部冷凝成液体，进入酚水受槽，待酚水
15、出尽后用0.25MPa压缩空 气压入酚水高位槽，供分解配料用。2.3主要设备的选择2.4.1蒸馏釜的选择蒸气加热式的减压蒸馏釜2.4.2分馏塔的选择采用间歇式的气相式入料的塔式分馏塔2.4.3部分冷凝器的选择采用列管式冷凝器2.5三废处理2.5.1三废排放物本生产工艺产生的三废排放物见下表（以每吨苯酚产品计）：表2.1三废排放物表序号名称组成单位数量处理方法1酸性水C6H6含量 990.81mg /l含有少 量亚硫酸立方米0.70排下水蒸馏真酚含量立2空泵尾4.220mg /方206.52排空气m3米3苯基苯酚残渣苯基苯酚含量吨0.011夕卜排排放源循环使用尾气排气筒苯基苯酚蒸馏锅2.5.2处理方式（一）苯酚蒸馆树脂的处理1. 蒸馏树脂的加水处理树脂加水处理是在树脂酸化槽内进行的。接受蒸馏树脂3-4次，体积约3000 升后，停止加料，加入洗锅水高位槽的洗锅循环水约4500-5500升，使
