年产8万吨环氧丙烷换热器的设计毕业论文
2022-01-09 21:51:15
论文总字数：40044字
摘 要
环氧丙烷( PO) 是低沸点、易燃、有毒、无色。它是加工丙烯的衍生物，是重要的有机化工原料，主要用于生产聚醚多元醇、丙二醇等，是非离子表面活性剂等的主要原料。环氧丙烷的衍生物广泛用于汽车、食品、医药等行业，其下游产品近百种，是精细化工产品的重要原料
在此次对于年产8万吨环氧丙烷得换热器设计中，对于生产工艺打算采用工艺成熟的氯醇法进行生产。整个工艺的原料有丙烯，氯气，水等。整个主要研究的是氯醇法生产环氧丙烷工序中参数设计和换热器相关的设备设计与型号选择。由于已知产品环氧丙烷的产量，可以采用倒推法，利用化学反应式来算出相关的氯气，丙烯，氯丙醇，水的产量。整个工序主要分为氯醇化和皂化工序。在皂化工序中为了计算方便分为了管式反应器的反应和塔式反应器和皂化塔的相关反应。最后就是氯醇化塔的反应。在工序设计的换热器主要是将皂化塔塔底的热废液与自来水来进行热量交换，将自来水的温度加热到40度左右，然后加入到管式反应器中，同时也降低了热废液的温度，降低危害。
本设计中首先对管式反应器，塔式反应器，氯醇化塔，皂化塔进行物料衡算，温度已由工序设计中已给定。最后进行换热器的型号与材料选择，然后换热器设计，最后进行强度校核。
关键词：环氧丙烷 氯醇法 换热器 设备设计
Abstract
Propylene oxide (PO) is low boiling, flammable, toxic and colorless. It is an important organic chemical raw material for the processing of propylene derivatives, mainly used for the production of polyether polyols, propylene glycol, etc., nonionic surfactant and other main raw materials. The derivatives of propylene oxide are widely used in automobile, food, medicine and other industries, with nearly 100 kinds of downstream products, which are important raw materials for fine chemical products.
In the design of the heat exchanger with an annual output of 80,000 tons of propylene oxide, I plan to use the mature process of chlorohydrin for the production process.The raw materials of the whole process are propylene, chlorine gas, water and so on The main research is the parameter design and the equipment design and model selection of the heat exchanger in the process of producing propylene oxide by chlorohydrin. Since the yield of propylene oxide is known, the relevant yield of chlorine gas, propylene, chloropropanol and water can be calculated by using the backward method and the chemical reaction formula. The whole process is mainly divided into chlorohydrin and saponification process. For the convenience of calculation, the saponification process is divided into tubular reactor reaction and tower reactor and saponification tower reaction. And then finally the reaction of the chlorinated column. The heat exchanger I designed in the process is mainly to exchange heat between the thermal waste liquid at the bottom of saponification tower and tap water. The temperature of tap water is heated to about 40 degrees, and then it is added into the tubular reactor. Meanwhile, the temperature of the thermal waste liquid is also reduced to reduce the harm.
In this design, first of all, the tubular reactor, tower reactor, chlorinated tower, saponification tower for material balance, the temperature has been given by the process design. Finally, the heat exchanger model and material selection, and then the heat exchanger design, and finally the strength check.
Keywords：epoxypropane；emulsifcation；heat exchanger；Equipment design
目 录
摘要 I
Abstract II
目 录 III
第一章 绪论 1
第二章 环氧丙烷工艺计算 9
2.1物料衡算部分 9
2.2 设计数据 16
2.3热量衡算 17
第三章 主体构件的工艺尺寸 19
3.1换热管尺寸 19
3.2管程数和传热管数 19
3.3换热器的平均传热温差及壳程数 19
3.4管束相关参数 20
3.5壳体内径的确定 20
3.6折流板 21
3.7拉杆 22
3.8换热器接管 22
第四章 换热器内部流体阻力 24
4.1换热器内流体阻力（压强降）核算 24
4.1.1换热器内部管程冷流体阻力 24
4.1.2换热器壳程流体阻力 25
第五章 换热器结构设计与强度计算 29
5.1换热器结构设计与计算 29
5.1.1换热器的壳体 29
5.1.2管箱法兰 31
5.1.3换热器内部的管箱垫片 32
5.1.4管板 32
5.1.5接管尺寸 35
5.1.6管箱的设计 35
5.1.7壳程接管开孔补强校核 37
5.1.8换热器内部的管箱接管开孔补强校核 38
5.1.9换热器内部的折流板 39
5.1.10拉杆 40
5.1.11换热器内部的拉杆及定距管 40
5.1.12换热器所需的旁路挡板 42
5.1.13换热器生产工艺所需的接管位置 42
5.1.14换热器所需的排气管、排液管的选用和布置 44
5.1.15换热器所需的保温层 45
5.1.16换热器所需的支座的选择与布置 46
5.2热交换器所受的应力 47
5.2.1换热器所算出得温差应力 48
5.2.3换热器所算出得拉脱力 49
5.2.4换热器所算出得许用应拉脱力 49
5.3换热器内部的主要结构尺寸和计算结果汇总 50
5.3.1换热器工艺参数汇总 50
第六章 经济核算 50
参考文献 51
致谢 53
第一章 绪论
1.1环氧丙烷的意义
环氧丙烷是一种在国民经济生产中重要的有机化工材料，化学性质比其他同类型的化工材料更活泼，当与带活性氢的化学化合物产生时，具有较高的化学工业价值，对国民经济有较大的贡献[1]。此外，环氧丙烷和醛、烯丙醇在合适的工作条件下异构化反应，环氧丙烷被用于制造丙二醇、异丙醇胺、聚醚、消泡剂、有机酸等[2]；也可以一些有机物质的低沸点的溶剂等。
1.1.1原料的性质
丙烯：分子式C3H6，分子量42，丙烯在常温常压下，表现为无色气体，带有甜味[3]。丙烯的气体密度为1.88kg/m3，液体密度是513.9 kg/m3,丙烯的化学性质比其他的化学物质更活泼[4]。丙烯主要用于制环氧丙烷、丙烯腈等。一般来说丙烯由热裂化和催化裂化从原料气体中分离出来。
氯气分子式是Cl2。在标准得工作条件下氯气呈现的是一种淡淡的绿色的气体，而且用鼻子闻得时候会有刺鼻的时候，并且能与水能够充分得混合，形成次氯酸。氯气由氯碱车间供给，用电解饱和食盐水的方法制得。本工段通过氯气跟水及丙烯反应得到氯丙醇,此外氯可用于合成农药、塑料、纤维、橡胶等[5]。
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