丁酮回收换热器设计

丁酮回收换热器设计 开题报告 一、课题研究的背景和意义 1.丁酮的性质 分子式 CH3 CH2 C O C H3 。又 称 甲 乙 酮 、2-丁酮。一般工厂称为MEK，无色液体。熔点－85.9℃，沸点 79.6℃，相对密度0.8054(20/4℃时水=1)，相对密度2.42（空气=1）。溶于约4倍的水中，能溶于乙醇、乙醚等有机溶剂中。与水能形成恒沸点混合物(含丁酮 88.7%)，沸点 73.4 ℃ 。蒸汽与空气能形成爆炸性混合物 ，爆炸极限 2.0 %～12.0%（ 体积）。化学性质与丙酮相似。丁酮是干馏木材的蒸出液（木醇油）的重要组分，工业上可用二级丁醇脱氢或用丁烯加水氧化法生产。丁酮是油漆的重要溶剂，硝酸纤维素、合成树脂都易溶于其中。

2．丁酮的生产方法 丁酮是干馏木材的蒸出液（木醇油）的重要组分，工业上可用二级丁醇脱氢或用丁烯加水氧化法生产。 丁酮是干馏木材的蒸出液(木醇油)的重要组分。工业上从仲丁醇、丁烷等制取。(1)仲丁醇脱氢法有气相和液相脱氢两种方法。气相脱氢用锌铜合金或氧化锌作催化剂，温度400～500℃，常压；液相脱氢用兰尼镍或亚铬酸铜作催化剂，温度150℃。液相脱氢反应温度及能耗较低，产率较高，催化剂寿命长，分离工艺简单。(2)丁烷液相氧化法丁烷液相氧化的主产品是乙酸，同时副产丁酮(约占乙酸产量的16%)。反应温度150～225℃，压力4.0～8.0MPa。例如美国联合碳化物公司，1976年用此法生产了22.6万吨乙酸，得到3.6万吨的副产丁酮。目前在美国约20%的丁酮是用此法生产的。目前正在研究、发展的方法有丁烯液相氧化法、异丁苯法等。(3)丁烯液相氧化法此法称为互克尔法(Wacker法)。以氯化钯/氯化铜溶液为催化剂，在90～120℃、1.0～2.0MPa条件下进行反应。CH2=CHCH2CH3[O2]→CH3COCH2CH3丁烯转化率约95%，丁酮收率约88%，得到的反应液通过蒸馏等方法提纯而得到成品。此法工艺过程简单，但设备腐蚀严重，需用重金属作催化剂。此法尚未应用于大规模生产。(4)异丁苯法正丁烯和苯经烃化生成异丁苯，异丁苯氧化生成过氧化氢异丁苯，最后用酸分解得到丁酮和苯酚。苯烃化以三氯化铝为催化剂，反应温度50～70℃，得异丁基苯；异丁基苯于110～130℃、0.1～0.49MPa压力下，液相氧化生成异丁基苯过氧化氢；然后在酸催化剂存在下分解，于20～60℃提浓氧化液，生成丁酮和苯酚，最后分离精制而得成品。此法特点是工艺设备腐蚀较轻，反应条件温和，有利于工业化。;丁酮是干馏木材的蒸出液（木醇油）的重要组分。工业上从仲丁醇、丁烷等制取。1.硫酸间接水合法 含丁醇的混合C4馏分与硫酸接触生成酸式硫酸酯和中式硫酸酯，然后用水稀释，水解生成仲丁醇水溶液，再经脱水、提浓得仲丁醇。纯仲丁醇经镍或氧化锌催化脱氢后，得成品。2.正丁烯直接水合法 此法分两种，一种以树脂为催化剂，另一种以杂多酸为催化剂。3.仲丁醇脱氢法 此工艺分气相法与液相法，大部分采用气相法脱氢工艺。即仲丁醇在脱氢催化剂作用下经脱氢制得丁酮。4.乙烯气相氧化法。5.异丁苯法 正丁烯和苯经烃化生成异丁苯，异丁苯氧化生成过氧化氢异丁苯，最后用酸分解得到丁酮和苯酚。此法特点是：工艺设备腐蚀较轻，反应条件温和，有利于工业化。;由正丁烯和硫酸混合进行水解，蒸馏分出仲丁醇，再经催化脱氢而成。由丁烷直接氧化而成

3.丁酮的用途 1. 涂料与清漆。 2. 胶粘剂。 3. 石油工业;脱腊剂。 4. 造纸及纺织业:与乙烯共聚物或其它树脂的溶液用于纸张或织物的涂层。 5. 萃取剂。 6. 其它用途: ——用作有机合成中间体或溶剂。 ——用作涂料清洗剂。 ——用作金属洗净剂。 ——用作染料,虫剂,菌剂等的溶剂。 属于第三类易制毒化学品 分子式 CH3 CH2 C O C H3 。又 称 甲 乙 酮 、2-丁酮。一般工厂称为MEK,无色液体。熔点-85.9℃,沸点 79.6℃,相对密度0.8054(20/4℃时水=1),相对密度2.42(空气=1)。溶于约4倍的水中,能溶于乙醇、乙醚等有机溶剂中。与水能形成恒沸点混合物(含丁酮 88.7%),沸点 73.4 ℃ 。蒸汽与空气能形成爆性混合物 ,爆极限 2.0 %~12.0%( 体积)。化学性质与丙酮相似。丁酮是干馏木材的蒸出液(木醇油)的重要组分,工业上可用二级丁醇脱氢或用丁烯加水氧化法生产。丁酮是油漆的重要溶剂,硝酸纤维素、合成树脂都易溶于其中.

4.换热器的设计 换热器广泛应用于机械、动力、运输、空调、制冷、低温、热量回收、替代燃料和制造领域中，其性能的每一点提高都意味巨大的经济与社会效益。换热器设计是一个复杂而艰辛的过程，它不仅仅是确定一个或者多个可行的解决方案，还要求确定最可能的或接近最优的设计方案。本书详细介绍和应用传热学、流体力学、热力学和微积分学基础课程的基本概念，以拓展换热器理论基础。介绍和应用换热器设计技术，以解决工业实践中遇到的换热器实际问题。本书可作为热工基础理论知识与工业热工设计实践之间的纽带，适用于在职工程师和在校大学生研究生学习及工程应用。

二、丁酮的市场需求 自2010年8月中下旬起，丁酮市场进入两周左右的盘整阶段。在部分市场人士认为丁酮已抵达峰顶之时，丁酮行情受货源稀缺和厂家大幅调价支撑，乘风破浪，两次大幅拉涨，不满一周之间涨幅几近千元。市场气氛热烈，寻货增加，无奈“粥少僧多”，丁酮一单难求。 现丁酮货源短缺原因分析如下： 一、装置检修：独山子已于八月中旬开始为期一个月左右的检修，目前库存不多，消耗库存为主。 二、原料短缺：泰化因原料短缺已停车半月之多，库存不多，前期发往华东华南的货源近日或将抵达；齐翔开工也略受此影响，开工70%，据悉目前维持黄岛、淄博各一条现开工；兰化也因自身装置原料产出低，影响丁酮产量，目前开工60%，库存不多，限量销售。 三、出口订单影响：上月至本月初，部分厂家执行出口订单或出口备货，例如齐翔、中捷、兰化、抚顺等，整体出口量超过六千，影响国内的供货力度。 四、天气因素，突发事件，运输受阻：众所周知，干旱、泥石流、洪涝、台风接踵而至，对货源运输造成严重的影响。大连港原油泄漏，延误抚顺发船，近日的台风延误了抚顺宁波货源的到港；暴雨、泥石流阻碍了西北地区货车的运输，货源未能及时补充到市场。

三、丁酮的市场预测 丁酮是一种优良的有机溶剂和有机合成原料，目前世界上有30多家丁酮生产厂，实际年产量90万吨。丁酮主要用作涂料工业的多种树脂溶剂，优点是可以在一定的固体成分中形成比乙酸乙酯粘度低的溶液。如可用作精制润滑油的脱蜡溶剂、 电子元件的清洗剂、用于植物油的萃取以及精制过程中的共沸精馏； 是制备香料、抗氧化剂以及某些催化剂的中间体，还是硝酸纤维素、乙烯基树脂、丙烯酸树脂涂料的溶剂，聚氨酯人造革、丁腈橡胶、 氯丁橡胶为基料的工业粘合剂，还用于录像带、显影剂、 印刷油墨等制造过程。 丁酮与过氧化氢反应生成的过氧化物广泛用于强化聚酯玻璃纤维生产的硬化剂，这种材料用于制造汽车、游艇和化学物质的贮存容器。丁酮的过氧化物用于丙烯酸系及聚酯生产作聚合催化剂，是一种最安全的过氧化物。丁酮与盐酸羟胺反应制得的甲乙酮肟，主要用作油漆的抗起皮剂，特别是用于喷雾包装出售的油漆。 丁酮与乙炔在高压下反应生成甲基戊炔醇， 它主要用作腐蚀抑制剂及某些香料制品的中间体。 中国1990年丁酮产量仅135吨，由抚顺石油二厂生产，远不能满足国内需求，历年靠进口解决供求缺口，最高年进口量超过7000吨。目前，进口丁酮价格为8500元/吨左右。―八五‖期间，这种局面将大有改善，泰州石油化工总厂引进的年产7300吨丁酮装置已投产，济南炼油厂万吨级丁酮装置正在进行工业开发试验。另外，湖北荆门炼油厂也在规划2万吨丁酮装置。1995年丁酮中国需求量达3万吨，主要用于录音带、录像带、印刷油墨、粘合剂及合成革等加工行业。

四、研究的内容及方案

丁酮废气处理及回收技术 合成革工业中生产工艺废气污染一直是政府和企业关注的难点问题，阻碍了该行业的进一步发展。本讨论内容如下： 1、设计成熟的丁酮废气净化及回收技术； 2、研究丁酮废气吸收、吸附剂的吸收效率及操作条件，考察吸附、吸收剂损失情况并进行技术经济分析。 3、丁酮废气净化设备及回收设备的主要技术参数。 3、如何设计建立1个工业化示范工程：设计规模为废气量10000m3/h，废气中丁酮≤14.9kg/h。丁酮回收率要求达到＞90%、产品纯度＞90%。

换热器的设计 1估算传热面积，初选换热器型号 (1)根据传热要求，计算传热量。 (2)确定流体在换热器两端的温度，计算定性温度并确定流体物性。 (3)计算传热温度差，根据温差校正系数Δt≥0.8的原则，决定壳程数。(4)选择两流体流动通道，根据两流体温差，选择换热器型式。 (5)依据总传热系数的经验范围，初选总传热系数K值。 (6)由总传热速率方程计算传热面积，由S确定换热器具体型号(若为设计时应确定换热器基本尺寸)。

2计算管程和壳程压强降 根据选定型号的换热器，分别计算管程、壳程压强降，看其是否符合要求。若不符合要求时，再调整管程数或折流挡板间距，或重选其它型号换热器，并计算压强降，直到满足要求为止。

3核算总传热系数和传热面积 按照对流传热系数关联式，计算管内、外对流传热系数，选定污垢热阻，核算总传热系数值。根据该计算K值校核实际需传热面积，若选用换热器提供的传热面积比所需传热面积大10～20%时，所选换热器合适。否则需另选K值，重复以上步骤，直至符合为止。

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