年产800t4-氯-2-硝基酚车间生产工艺设计说明书课程设计(编辑修改稿)

年产800t4-氯-2-硝基酚车间生产工艺设计说明书课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

30%氢氧化钠溶液 投料量 = = 30%氢氧化钠溶液中：纯氢氧化钠 30%=； 水 70%= 水 投料量 = = 另外 反应产生的 水 为 () 96% 生成 4氯 2硝基苯酚钠 =() 96% = 生成 氯化钠 =() 96% = 未参与反应的 2,5二氯硝基苯 = 5% = 未参与反应的氢氧化钠 =() 2 96% = 总投料量 =2,5二氯硝基苯 +30%氢氧化钠溶液 +水 =++ = 总出料量 =4氯 2硝基苯酚钠 +氯化钠 +反应生成的水 +未反应水 +残留 2,5二氯硝基苯+残留氢氧化钠 =+++(+)++ = 水解反应釜 R101 物料衡算数据见下表 2： 9 表 1 水解反应釜 R101 物料衡算表 进料物名称 进料物质 量 /kg 进料物体积 /L 出料物名称 出料物质 量 /kg 出料物体积 /L 2,5二氯硝基苯 4氯 2硝基苯酚钠 30%氢氧化钠溶液 691． 11 氯化钠 溶剂水 反应生成的 水 未反的水 残留 2,5二氯硝基苯 残留氢氧化钠 合计 合计 结晶釜 R201的物料衡算 根据 结晶釜生产能力，本次操作的收率为 97% 进料： 完全来自 水解 反应釜中的总量为 其中： 4氯 2硝基苯酚钠 ： 氯化钠 ： 氢氧化钠 ： 2,5二氯硝基苯 ： 水： 结晶加入的工业盐 ： 300kg 本次操作中损耗率为 5% 损耗的 4氯 2硝基苯酚钠 = 3% = 出料： 4氯 2硝基苯酚钠 (固 )： () 4氯 2硝基苯酚钠 (溶 )： 氯化钠： 氢氧化钠： 2,5二氯硝基苯： 水： 10 工业盐： 300kg 结晶釜 R201 物料衡算数据见下表 2： 表 2 结晶釜 R201 物料衡算表 进料物名称 进料物质量 /kg 进料物体积 /L 出料物名称 出料物质量 /kg 出料物体积 /L 4氯 2硝基苯酚钠 4氯 2硝基苯酚钠 (固 ) 氯化钠 4氯 2硝基苯酚钠 (溶 ) 反应生成的水 氯化钠 未反的水 氢氧化钠 残留 2,5二氯硝基苯 2,5二氯硝基苯 残留氢氧化钠 水 工业盐 300 工业盐 300 合计 合计 离心机 M201 的物料衡算 进料： 完全来自 结晶 化反应 釜 中的总量为 其中： 4氯 2硝基苯酚钠 (固 )： 4氯 2硝基苯酚钠 (溶 )： 氯化钠： 氢氧化钠： 2,5二氯硝基苯： 水： 工业盐： 300kg 本次操作中 损耗 率为 3% 损耗 的 4氯 2硝基苯酚钠 = 3% = 出料： 滤饼 (以滤饼含水量 残留 为总液体 5%计 ) 其中 4氯 2硝基苯酚钠 (固 )： 11 4氯 2硝基苯酚钠 (溶 )： 氯化钠： 氢氧化钠： 2,5二氯硝基苯： 水： 工业盐： 母液质量： 其中： 4氯 2硝基苯酚钠 (溶 )： 氯化钠： 氢氧化钠： 2,5二氯硝基苯： 水： 工业盐： 离心机 M201 物料衡算数据见下表 2： 表 3 离心机 M201 物料衡算表 进料物名称 进料物质 量 /kg 出料物名称 出料物质量 /kg 滤饼 母液 4氯 2硝基苯酚钠 (固 ) 4氯 2硝基苯酚钠 (固 ) 0 4氯 2硝基苯酚钠 (溶 ) 4氯 2硝基苯酚钠 (溶 ) 氯化钠 氯化钠 氢氧化钠 氢氧化钠 2,5二氯硝基苯 2,5二氯硝基苯 水 水 工业盐 300 工业盐 损耗量 合计 合计 酸化 反应釜 R202的物料衡算 为了使滤饼更好的分散，采用该滤饼质量的 5倍的水通过搅拌搅匀。 通过加 盐酸12 调节溶液 pH 至。 滤饼密度约为 ,10%的碳酸钠的密度为。 O N aC lN O 2H C l N a C lO HC lN O 2 NaOH + HCl → NaCl + H2O 滤饼的体积 =(++++++)/ = 所加水的 质量 = 5 = 与 4氯 2硝基苯酚钠反应 所需 HCl： (+)/ = 与氢氧化钠反应所需 HCl： = 假设所用盐酸浓度 31%，反应所需盐酸质量 总共 ： (+)/31%= 其中： 、 水 反应生成 4氯 2硝基苯酚： (+)/ = 反应生成氯化钠： (+)/ + = 反应生成水： = 最终出料所有水： +++= 综上可知： 2,5二氯硝基苯 、 工业盐 在反应过程中均未变化 进料： 4氯 2硝基苯酚钠 (固 )： 4氯 2硝基苯酚钠 (溶 )： 氯化钠： 氢氧化钠： 2,5二氯硝基苯： 水： 工业盐： 31%盐酸： 介质水： 13 出料： 4氯 2硝基苯酚： 氯化钠： 2,5二氯硝基苯： 水： 工业盐： kg 酸化反应釜 R202 物料衡算数据见下表 2： 表 3 酸化反应釜 R202 物料衡算表 进料物名称 进料物质 量 /kg 进料物体 积 /L 出料物名称 出料物质 量 /kg 出料物体 积 /L 4氯 2硝基苯酚钠 (固 ) 4氯 2硝基苯酚 4氯 2硝基苯酚钠 (溶 ) 氯化钠 氯化钠 2,5二氯硝基苯 氢氧化钠 水 2,5二氯硝基苯 工业盐 水 工业盐 31%盐酸 介质水 合计 合计 离心机 M202 的物料衡算 因加水量较多，溶质全部溶于水流出体系，以离心分离后滤饼中只含有水和目标产物对硝基苯甲酸乙酯。 本次操作 损耗 %滤饼含水量为 5%。 进料： 4氯 2硝基苯酚： 氯化钠： 2,5二氯硝基苯： 水： 工业盐： kg 出料： 滤饼： 水： 对硝基苯甲酸乙酯： 滤液： 4氯 2硝基苯酚： 14 氯化钠： 2,5二氯硝基苯： 水： 工业盐： kg 离心机 M202 物料衡算数据见下表 2： 表 3 离心机 M202 物料衡算表 进料物名称 进料物质 量 /kg 出料 物名称 出料物质量 /kg 滤饼 母液 4氯 2硝基苯酚 4氯 2硝基苯酚 氯化钠 氯化钠 0 2,5二氯硝基苯 2,5二氯硝基苯 0 水 水 工业盐 工业盐 0 合计 合计 气流干燥的物料衡算 根据物料计算，干燥物料总重为： ，含水量为 5%，即 进行完全脱水 即干燥失重为 验证： ＞ (符合设计要求 ) 综合以上计算，得： 进料 ： 4氯 2硝基苯酚 (湿品 )=。 出料 ： 得到成品 = 15 第三章 能量衡算 能量消耗费用是生产产品的主要成本之一，合理的利用能量可以降低成本。 因此，在产品生产工艺设计中，能量衡算是十分重要的基本设计项目。 能量衡算的目的在于定量地表示出工艺过程各部分的能量变化，确定需要加入或可供利用的能量，确定过程及设备的工艺条件和热负荷。 能量衡算主要包括热能、动能、电能 、化学能等。 在该设计中，主要涉及到的是热能、化学能的衡算。 比热容的计算 (一 )经 《化学化工物性数据手册 (无机卷 )》 可查得 氢氧化钠 、 氯化钠、 水 、 氯化氢 的比热容。 (二 )比热容的计算 大多数液体的比热容在 ～ (Kg.℃ )之间，少数液体例外，如液氨与水的比热容比较大，在 4左右；而汞和液体金属的比热容比较小。 液体比热容一般与压强无关，随温度上升而稍有增大。 作为水溶液比热容的近似计算，可先求出固体的比热容，再按下式计算 C=CS a + (1a) 式中 C水溶液的比热容 KJ/(Kg.℃ )。 CS固体的比热容 KJ/(Kg.℃ )。 a水溶液中固体的质量分数。 对于绝大多数有机化合物，其比热容可利用下表求得。 先根据化合物的分子结构，将各种基团结构的摩尔热容数值加和，求出摩尔热容，再由化合物的分子量换成比热容。 基团结构摩尔热容 [J/(mol.℃ )] 温度 C6H5(苯环 ) NO2 OH O CH3 Cl 5℃ 25℃ 44． 00 80℃ 所以 ： 2,5二氯硝基苯 的比热容 =[(C6H5)+(Cl)+(NO2)]/ 4氯 2硝基苯酚钠 的比热容 =[(C6H5)+(NO2)+(Cl)+(ONa)]/ 16 4氯 2硝基苯酚 的比热容 =[(C6H5)+(NO2)+(Cl)+(OH)]/ 经以上式子可求得 所需比热容 (KJ/Kg℃ ) 比热容 数据 (KJ/Kg℃ ) 物质 5℃ 25℃ 80℃ 平均值 2,5二氯硝基苯 4氯 2硝基苯酚钠 4氯 2硝基苯酚 氢氧化钠 氯化钠 水 反应釜 能量衡算 Q t1 Q t4 Q t2 Q t5 Q6 反应罐能量衡算可表示如下式： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 Q1对 2,5二氯硝基苯 、 30%氢氧化钠溶液 、 溶剂水 带入设备的热 kJ； Q2加热剂水蒸汽传给物料的热量 kJ； Q3过程反应热 kJ； Q4生成 4氯 2硝基苯酚钠 和水 等物质 带走的热量 kJ； Q5加热剂水蒸汽带走的热量 KJ； Q 6设备向环境散失的热量 KJ； t1原料 进入设备的温度 ℃ ， t1=25℃ ； t2加热器 水蒸气的进入温度 ℃ ， t2=150℃ ； t3最终反应罐中温度 ℃ ， t3=130℃ ； t4物料流出时的温度 ℃ ， t4=136℃ ； t5加热剂水蒸汽流出时的温度 ℃ ， t5=110℃。 (1) Q Q4的计算公式 Q=Σ mct 式中 m输入 (输出 )设备的物料质量 Kg； c物料的平均比热容 KJ/Kg℃。 Q3 17 t物料的温度℃； 以 25℃为基准 Q1 =0 Q4=( + + + + ) (13325) =≈ 106 kJ (2) Q3的计算 (过程反应热，生成过程中产生 ) Qc(2,5二氯硝基苯 )= 29++=Qc(氢氧化钠 )=Qc(4氯 2硝基苯酚钠 )=Qc(氯化钠 )=Qc(水 )=Q3= + + =≈ 105kJ (4) Q5的计算公式 Q=Σ mCpt Q5 =3300 47= (5) Q6计算公式 Q6=Σ Aα t(twt0)г Q6= 10 (13325) 13 3600=928998720J= (6) Q2的计算 Q=Σ mct， 根据水蒸气的性质可得， 150摄氏度 水蒸气 ： 密度 ，黏度 10^5pa s，比热容 (kg c)，导热系数 (m ℃ ) 水蒸气进口温度为 150℃，出口温度为 110℃ Q2 = Q4+ Q5+ Q6 Q1 Q3 =++ = 106kJ M=Q2/(40 )= 104 kg V=m/ρ = 104m3 结晶釜 的能量衡算 以 25℃为标准 进 料的能量 Q1=( + + + +) (8525) 950**5500**105 /100。