2023年-尼龙生产线设计.docx

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1、太冷Z橐号院毕业论文年生产5000t尼龙11聚合生产线的设计学生姓名:荆辉学号.072047316系 部:专 业:指导教师:化学与化工系化学工程与工艺常西亮二零一一年 六 月2000年我国汽车总产量将达到400万辆，需尼龙11约2000吨。另一方面，尼龙11 在国外有一半产量用在军工、电子机械、医疗器材、体育用品等领域，而我国在 这方面的应用才刚刚起步,加上在其它方面的需求量,今年我国对尼龙11的总需 求量将达到4000吨。目前,我国尼龙11的产量极少,所需产品主要依赖进口，开发 利用前景十分广阔。本论文将综述尼龙11的国内外研究概况，介绍其物理、化学、力学等各方 面的性能，概述其在汽车、电子

2、电器、军工等领域的应用。最终设计出年产5000 吨尼龙11的生产线，并对其进行物料衡算和主要装置设计。编号：时间：2021年x月x日1尼龙1 1的介绍1. 1尼龙11的主要性能尼龙11化学名称为聚Hi内酰胺，英文名称Poly Undecanoylamide(简写为PA11)，化学结构式为“N(S2)ioCOOH。尼龙11分子链中的亚甲基链较长,酰胺基密度低,兼有尼龙66和聚烯燃的性质，是一种综合性能优良的工程塑料。其 典型性能详见表1。表1 尼龙11的性能 密度也发生变化。25时非结晶体密度为1. 01,结晶体密度为1. 12, 一般制品的实 际结晶度在50%以下,密度为L 03-l. 05o

3、用FTIR及X射线衍射法证明尼龙11至少 存在3种晶型和一种亚稳态，分别为a晶型、5晶型、丫晶型、5,晶型。且发现 其晶型依赖于样品的热历史和测试温度。不同晶型的尼龙11之间存在晶型转变, 温度和压力对尼龙11的晶型转变有明显影响。拉伸诱导也可使尼龙11产生晶型转 变。性能数值测试标准ASTM D熔融温度/热变形温度(1.82 MPa) / 热变形温度(0.45MPa) / 拉伸强度/ MPa断裂伸长率/ %弯曲强度/ MPa缺口冲击强度(20 ) / (J - m-1)邵氏硬度HA体积电阻率/ (Q cm)介电强度/ (KV 191 19452149553006943377216.71505

4、-903418-82 (88)648-95638-94b638-94b790-92256-93a2240-95257-92149-93a(2)吸水性由于尼龙中酰胺基和水分子之间能够形成氢键，因此与聚烯煌相比具有较大 的吸水率。而尼龙11的酰胺基密度低，因此其吸水率较低。20CRH(相对湿度)65% 时，平衡吸水率为L 1%；20浸入水中24h后平衡吸水率为1. 9%,由于吸水率低显 示出优异的尺寸稳定性，制品精度高。20CRH50%时尼龙11的尺寸变形率仅为 0. 12%,而尼龙6的尺寸变形率为0. 7%301.1. 2化学性能尼龙11的化学稳定性优良,对碱、醇、酮、芳香烧、盐溶液、油脂类都有

5、很 好的抗腐蚀性,对酸的抗腐蚀性则根据酸的种类及浓度和温度而定，酚类及甲酸 是尼龙11的强溶剂，使用时应避免加入。尼龙11的耐候性中等,可加入适当的颜料 和紫外线吸收剂提高其耐候性。1.2. 3力学性能尼龙11的力学性能优良，具有较高的冲击强度，良好的耐应力开裂性和动态 疲劳性能,尤其是其低温性能优异,脆化温度是-70,在很低温度下仍可保持其 韧性。它的曲挠性好，在主要尼龙品种中其抗弯模量最低。-40C时它的抗弯模量 仍与尼龙1010、尼龙12室温时的抗弯模量相近，1.3. 4热性能尼龙11的亚甲基链较长,柔性较好导致熔融温度和玻璃化温度较低。其玻璃 化温度为43 ,热传导率为1. 05 kJ

6、/ m - h ,线膨胀系数为15X10-5/,最 大连续使用温度为60c。电性能尼龙11具有十分优良的介电、热电和铁电性能。由于吸水率低，其电性能很 少受潮湿环境的影响。1.1 . 6其它性能尼龙11还具有抗白蚁蛀蚀,表面非常光滑,不受霉菌侵蚀,对人体无毒，易于 成型加工等突出性能。1.2 尼龙11的应用由于由于尼龙n具有优良的性能,特别是吸水性低,低温性能优异，化学稳定 性好,使其在汽车、电子电器、军工等领域得到了广泛的应用，1. 2. 1汽车工业使用塑料取代金属材料能降低车重,进而降低油耗。随着汽车塑料化的深入 发展,尼龙11已成为汽车制造的理想材料。目前全球约有50%尼龙11用于汽车工

7、业。 尼龙11具有耐油、耐化学腐蚀、耐高低温、耐磨、耐压等优点，可用于制作 各种汽车用油管、软管、空压管。尼龙11管路内壁光滑、阻力小、密封性好、不 易疲劳开裂,而且质轻、耐用、易于安装与维修。利用尼龙11耐磨、耐水、质轻、 尺寸稳定性好等一系列优点，可用于制作汽车的电路接合器、刮雨器、汽油过滤 网、仪表盘、保险杠等数十种零部件。1.2.2 电子、电器工业由于尼龙n尺寸稳定性好、介电性能优良，且抗震经撞、不易磨损，并有自动 熄火和易于模塑等特性，可用于制造各种插接件、高压断路装置连接杆、限位开 关、热位继电器、线圈骨架、变速齿轮等电子电器零部件。又由于尼龙11不受白蚁危害、不受电弧渗透电流及电

8、解腐蚀的影响，用作电 线电缆防护套可提高电缆的可靠性并延长其使用寿命。1.2.3 军械工业尼龙11是军事装备的理想新材料，用它制作的军事器材能耐潮湿、干旱、严 寒、酷暑、尘土、海水或含盐分的空气以及各种碰撞等考验,可用作枪托、握把、 降落伞盖、训练弹及军用水壶、油壶、军用直升机油箱、军用通讯设施等。如法 国Famas5. 56口径步枪、Benelli Ml和M3高级90枪托、握把、枪护木等都用尼龙 H制作;“幻影”111战斗机的减速降落伞盖和弹射器的弹射装置也用尼龙11制造。 尼龙11是唯一能通过美国军用“MIL”标准的材料。1. 2. 4改性复合材料尼龙11与硫氟酸镁共混可作为高冲击尼龙11

9、复合材料，尼龙n与云母、玻 璃纤维共混可提高拉伸强度和耐磨性,尺寸稳定且表面性能优异,尼龙11与阻燃 性材料复合作为汽车燃料管和高压水管使用可有效防止渗漏。1.1 .5其它尼龙n树脂无毒，有良好的耐低温性能可应用于食品工业，制作速冻食品的 容器、各种包装材料、牛奶等液体食品的传输道等。尼龙11质轻、耐潮湿、耐虫蛀、耐腐蚀，应用于城市煤气管道施工方便，使用 寿命长。尼龙n粉末涂料涂覆于金属材料表面既可保护材料的结构性能又保持了耐 环境的性能。尼龙11还可用于制造各种机械零件、医疗器材、体育用品等。1.3 尼龙11的国内外研究及生产状况尼龙11于1944年由法国Socicte Organic。公司

10、开发成功，1955年由法国 Atochem公司首先实现工业化生产皿。最初的用途是制作合成纤维,20世纪70年代 以后用于制造工程塑料产品。目前世界上尼龙11的产量约为45 kt/a，较大的 生产公司有法国的Atochem公司、美国的A2toehem公司、德国的Dr Plata公司、 比利时的Erta公司、日本的东丽公司等皿。这些公司均采用法国技术。我国对尼龙11的研究开始于20世纪50年代,郑州大学、哈尔滨第二工业局技 术研究所、温州化纤研究所等单位进行过小试研究,70年代中断。改革开放以后 北京化工研究院、长春应用化学研究所、山西华北工学院等单位进行了尼龙11 树脂的合成研究。北京化工研究院

11、与江西樟树化工厂合作、华北工学院与河北长 城化工厂合作进行过中试生产。目前华北工学院高分子研究所正在进行千吨级尼 龙11生产线的建设。自尼龙11研制以来，对其结构、性能及其改性方面的研究一直比较活跃。对 于尼龙11性能的研究中尤以热性能、结晶性能、电性能等方面的研究居多。对于 尼龙11改性的研究主要是共混改性研究,包括增韧改性、增强改性、增塑改性等。 国内外研究最多的是玻璃纤维、碳纤维增强改性尼龙1廿。近年来随着纳米技术 的发展，尼龙11纳米复合材料成为尼龙11研究的又一热点。目前国外主要研究了 PAll/Au、PAH/Si纳米复合材料并取得了一定的进展。如Kensuke等制备的 PAll/A

12、u纳米材料Au粒子的平均粒径小到3. 25. 2nm。1.4 尼龙11的发展与展望尼龙11是一种性能优良的工程塑料，在欧、美等发达国家应用非常广泛。国 内由于生产技术还不成熟,成本较高,至今无大规模工业化生产。目前使用的尼龙 n树脂主要依靠进口，受其价格限制,应用还不广泛,大部分用来加工汽车软管, 少量用来生产电子电器部件和工程机械零件。随着我国机械、电子、化工等行业的发展，尤其是进入新世纪汽车行业的飞 速发展，汽车制造业现已成为我国第五大支柱产业，我国成为除美国、日本、德国 外的第四大汽车生产国，势必对其需求越来越大。况且,生产尼龙11的主要原料是 鹿麻油，而我国是世界第二大莲麻油生产国，原

13、料来源不成问题。因此，国内尼龙 11的开发利用前景十分广阔。应加快尼龙11树脂合成的工业化步伐,逐步改变其 长期依靠进口的局面,并加强其应用研究,拓宽其应用领域。这将促进我国塑料和 相关工业的发展并能推动篦麻油的种植与加工业的发展。2尼龙11的合成工艺概述工艺流程方框图如图2T所述:薄麻油 酯交换篦酸甲酯 裂解 :卜一烯酸甲酯A 水解 H一烯酸A 漠化A澳代十尼龙11一酸氨解 氨基H一酸聚合图2-1工艺流程图2. 1酯交换薨麻油(主要成分为蒐麻油酸三甘油酯)和甲醇发生酯交换反应生成用麻油 酸甲酯和甘油。氢氧化钠作催化剂，反应温度为30C,转化率95%左右。化学反应 式为：CH3(CH2)5CH

14、OHCH2CH=CH(CH2)7COOCH2CH3(CH2)5CHOHCH2CH=CH(CH2)7COO(：H +3CH30H3CH3(CH2)5CHOHCH2CH=CH(CH2)7COOCH3 +C3H5(OH)3CH3(CH2)5CHOHCH2CH=CH(CH2)7COOCH2朗麻油的粘度很大，不宜于直接裂化。由蔑麻油直接裂解制十一烯酸，得率 低，工艺操作困难，裂解时反应温度高，易结焦，并有大量丙烯酸有毒气体产生， 因此需将菌麻油用甲醇或乙醇处理，使三篦麻酸甘油酯经过酯交换反应生成篦麻 酸甲酯或乙酯，同时得到甘油，降低生产成本。酯化反应用烧碱做催化剂生产操作简单，甘油回收率高，适应于工业生

15、产。 氢氧化钠溶解在甲醇中可发生可逆反应，生成的一定量的甲醇钠在酯交换重起着 催化作用。为了有利于甲醇钠的生成，防止菌麻酸甲酯在氢氧化钠的作用下皂化，降低 酯交换率，原料篦麻油中含水量必须小于0. 3%12.2裂解薄麻油酸甲酯在450500的温度下催化裂解生成102十一烯酸甲酯和庚醛, 化学反应式为：CH3(CH2)5CHOHCH2CH=CH(CH2)7COOCH3 CH3(CH2)5CHO + CH2=CH(CH2)8COOCH3翅麻酸甲酯在高温下时间过长的话，裂解产物就较复杂。除了十一烯酸甲酯 和庚醛外，尚有意麻酸甲酯脱水生成的亚油酸及次亚油酸的酯类，这就降低了十 一烯酸甲酯得率，而且庚醛

16、也要被分解破坏。因此一方面要适当控制裂解温度和 速度，另一方面要使脱水现象受到抑制。篦麻酸甲酯的裂解温度在540c560 较好。反应物在高温下停留时间要短，一般控制在12秒。过热水蒸气是一种极 好的气态热交换剂，利用它和篦麻酸甲酯混合后进行裂解，能使朗麻酸甲酯受热 均匀，不因局部过热而产生分解、焦化现象。它又有抑制脱水反应的功能。同时 它又是一种优良的阻火剂，可以避免燃烧和爆炸的危险。裂解后的产物是一种混合物。主要成份为十一烯酸甲酯、庚醛、未裂解的篦 麻酸甲酯，以及它们进一步裂解生成的低分子量化合物等。因此必须经过减压分 储，分离出庚醛和十一烯酸甲酯。残油中含有未裂解的蔑麻酸甲酯，可进行再次

17、裂解，并分储之。庚醛和十一烯酸甲酯在不同压力下的沸点分别见表2-1和表 2-214o表2-1庚醛在不同压力下的沸点真空度510204060100200400760沸点30. 7435466.37480102125.5155表2-2十一一烯酸甲酯在不同压力下的沸点真空度4. 6213. 7521.933.95075151280760沸点1101301401501601701902102482. 3水解10-十一烯酸甲酯与氢氧化钠在90c下进行皂化反应生成10-十一烯酸钠和 甲醇。皂化产物在5060下用硫酸中和生成10-H一烯酸和硫酸钠，化学反应式 分别为：CH2=CH(CH2)8COOCH3+

18、NaOH CH2CH(CH2)8COONa + CH3OHCH2=CH(CH2)8COONa + H2so4 CH2=CH(CH2)8COOH + Na2so4水解得到的十一烯酸除含有少量水份外，还含有未水解的十一烯酸甲酯，故 需要减压蒸储来精制得到的十一烯酸。粗十一烯酸经减压蒸储进行精制，精十一 烯酸熔点为21。十一烯酸的沸点与真空度的关系见表2-3。表2-3十一烯酸的沸点与真空度的关系真空度7597557407367207006604600沸点114142.8176178188. 7199.6213. 5238.52752. 4漠化10-十一烯酸在过氧化物存在下，用甲苯作溶剂，在30左右，

19、与合成的HBr 发生反马氏加成反应生成1澳代十一酸,化学反应式为：CH2=CH(CH2)8COOH + HBr Br(CH2)i0COOH该反应10-H一烯酸与溶剂配比为1:3,得到的漠代酸熔点在47c以上,产率90%以 上网。由十一烯酸与澳化氢加成制取滨代十一酸，有正反两种加成方法。正加成是 离子反应，在无氧、熔融状态或极性溶剂中有利于正加成反应的进行。反加成是 游离基反应。为了提高117臭代十一酸的产率和质量，应尽量减少正加成反应的诚信声明（3号宋体）本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下 独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名:毕业设计（

20、论文）任务书发生，为此必须考虑以下几点：1 .加成反应应在非极性溶剂（如甲苯、苯、汽油）中进行。极性物质和杂 质能产生的游离基终止,而有利于离子加成反应的发生，降低产品的产率和质量。 因而所使用的溶剂（甲苯）、原料（十一烯酸）和系统都要保持洁净，使用不锈 钢、玻璃、陶瓷或塑料制容器。2 .反应须在分子氧的存在下进行。加成时鼓入空气作催化剂。3 .游离基反应一般有引发期（从反应物接触到加成反应发生），需要创造条 件缩短引发期所需的时间，为此不应经常中断反应。4 .为了防止游离基相互碰撞而导致游离基反应终止，需要在较稀的溶剂中 进行反应。如用25%的十一烯酸甲苯溶液。2. 5氨解漠化产物在常温（2

21、0）下与氨水反应生成112氨基十一酸（即尼龙n的单体） 和漠化镂，化学反应式为：Br（CH2）10COOH + 2NH3NH2（CH2）i0COOH+ NH4Br澳代十一酸制氨基十一酸的反应是个多相反应，反应时间较长。为了提高得 率，减少副反应的发生，除了适当的增加氨的克分子用量比例，采用浓度较大的 氨水外，尚需均匀的分批投料，控制好反应温度，增加机械搅拌强度。有机脂肪酸及其衍生物一般不溶于水，而氨基酸较易溶于水。因此，利用水 来精制氨基十一酸，除去不溶于水的有机和无机杂质。如果经水精制的氨基十一酸纯度还未达到要求的话，可再利用氨基酸在乙醇 中的溶解度较小，而一般有机物的溶解度较大的特点，用酒

22、精洗涤来除去水中未 除净的有机杂质。北京化工研究院与江西樟树化工厂经小试、扩试及中试研究确定单体合成工 艺条件为,：11 -澳代十一酸与氨水的质量比1:4;反应温度为202;反应时 间100120h。中试单体得率265%,熔点185c质量与法国单体相当。华北工学 院崔建兰采用催化氨化将反应时间缩短为24h,最佳收率为72%居刈。2. 6聚合n-氨基十一酸在220270C进行缩聚反应生成尼龙n。化学反应式为：nNH2(CH2)i0COOH HNH(CH2)i0COnOH + (n-l)H2O缩聚方法为熔融缩聚,生产方式有间断和连续两种。间断熔融缩聚反应单体 分批进入高压聚合釜；连续熔融缩聚单体连

23、续进入管式缩聚釜,一般在常压下进 行。加料方式可以单体粉末直接加入,也可以单体的水悬浮液加入阴。以悬浮液 加入时需先将水快速蒸发,再将熔化的单体送入缩聚釜。目前多采用以悬浮液加 料方式在管式聚合进行连续生产，其工艺条件如下:进入蒸发器的物料,33%氨基 H一酸与添加剂，80;蒸发条件，220240, lOmin(溶液);反应条件，240 260 ,24h;产率98%。2.7生产工艺流程图生产工艺流程图见附图1。3生产工艺的物料衡算本课题所设计的是年产5000吨尼龙11的聚合生产线。本生产工艺为连续性生 产，下面将对生产线中的每一步都进行物料衡算。现在可以假设葭麻油投料为1吨，然后按照工艺流程方

24、框图（即图1）,逐步 计算，然后得出尼龙n的产量。接着根据年产5000吨尼龙11的目标，计算出每一 步的投料加入量。3.1酯交换过程的计算此反应转化率为95虬假设筐麻油加入量为1吨，根据反应方程式，可以得出 留麻油酸甲酯的产量。篦麻油的各项工艺指标如下表。表3-1藁麻油的工艺指标乙酰值比重碘值折光率皂化值酸值1431560. 9609780 9017618710进料：真麻油1吨（无特别说明，以下单位均为吨）甲醇 0.2出料：麻油酸甲酯IX95%+油2X3X312=0. 95413. 2裂解过程的计算薨麻酸甲酯比重（20）0. 925粘度（25）99%溟素含量 98%进料：H-一烯酸 0. 45

25、31出料：澳代一烯酸 0. 4531X 90%4-184 X 220=0. 48763. 5氨解过程的计算进料：澳代十一烯酸0. 4876出料：氨基H一酸 0. 4876 X 72%4-220 X 201=0. 32083. 6聚合过程的计算氨基十一酸熔点183185亚磷酸（化学纯）己二酸（化学纯）进料：氨基H一酸 0. 3208出料：尼龙 11 0. 3208X98%=0. 3144综上所述，若尼龙11年产量为5000吨，则所需原料的质量为:鹿麻油 50004-0.3144=15903.31 （吨）4尼龙11合成中的漠代工艺设计4. 1原理尼龙11是一个性能优良的尼龙品种。而11-澳代十一酸

26、是尼龙11单体11-氨基 十一酸的中间体，(11 一澳代十一酸经氨化反应制得11一氨基十一酸)，所以11 一漠代 十一酸的合成对尼龙11而言具有十分重要的意义,是制备尼龙11的核心技术。10-H一烯酸在过氧化物存在下，用甲苯作溶剂，在30左右，与合成的HBr 发生反马氏加成反应生成11-漠代十一酸，化学反应式为：CH2=CH(CH2)8COOH + HBr Br(CH2) 10COOH该反应10-十一烯酸与溶剂配比为1:3,得到的漠代酸熔点在47以上,产率90%以 上。反应温度对收率的影响十一烯酸与甲苯的配比为1:4,反应时间lh,引发剂用量为2%,考察反应温度 对收率的影响,结果见表4-1。

27、表4-1反应温度对澳代反应的影响反应温度，01515 3030 45收率,927672从表4-1中实验结果可以看出，反应温度在015范围内，收率最高,在3045c之内几乎得不到产品。其原因是十一烯酸与漠化氢通过加成反应合成11-漠 代H一酸，是一个自由基反应历程，即只有按反Markownikov规则才能得到11-漠 代十一酸。而该反应一旦引发,短时间内产生大量的热量，引起温度升高,副反应 加剧,选择性下降。所以最佳澳代反应温度为015。4. 1.2溶剂对收率的影响反应温度为015,反应时间为lh,十一烯酸与甲苯的配比为1:4,考察溶 剂对澳代反应的影响。实验结果见表4-2。表4-2溶剂对澳代反

28、应的影响溶齐（J乙醇甲苯石油酸收率，%149083从表4-2的实验结果可以看出，选择甲苯作为滨代反应的溶剂,产品的收率最 高。同样是因为该反应为一自由基反应,所以就需要在非极性溶剂中进行反应， 而甲苯作为溶剂,它的最大优点是漠化氢气体在甲苯中具有一定的溶解度（澳化 氢气体在甲苯中可以形成络合物）使得漠代反应的选择性提高，从而使产品的收 率提高。4.1 . 3十一烯酸与甲苯配比对收率的影响反应温度为015,反应时间为lh,考察十一烯酸与甲苯配比对反应的影响。 实验结果见表4-3。表4-3十一烯酸与甲苯配比对反应的影响m（4烯酸）：m（甲苯）1： 21： 31： 41： 5收率，%69839091

29、从表4-3中的实验结果可以看出，配比太低,产品的收率不高,这是因为该反 应是一个自由基反应,为了防止自由基之间的相互碰撞,而导致反应链终止,反应 需在较稀的溶液中进行。但配比太大收率提高不明显,反而增加成本,造成需大量 回收甲苯。因此最佳配比为1： 4o引发方式对收率的影响该反应为一自由基反应,要产生漠自由基,可以通过紫外线、引发剂、 空气等来进行引发,在反应温度为015,反应时间为lh,十一烯酸与甲苯的配 比为1： 4时,考察了引发方式对漠代反应的影响,实验结果见表4-4。表4-4不同引发方式对漠代反应的影响引发方式紫外线引发剂，设引发剂，2% 引发剂，3%收率，%81769183从表4-4

30、中的实验结果可以看出，采用紫外线进行引发,所得产品外观有光泽, 纯度高，但收率相对较低，工业化生产设备投资大,而采用适量引发剂进行引发， 操作简单、方便，适合工业化生产。4.2 结论综上所述，尼龙11澳代反应的最佳工艺条件为反应温度为015C,反应时 间为lh,十一烯酸与甲苯的配比为1： 4,采用2%引发剂引发,澳代反应的总收率为 90%,产品为白色晶体。5浸代生产过程5. 1生产工艺流程5. 1. 1工艺原理十一烯酸的甲苯溶液和漠化氢气体分别从加成塔顶、塔底进入，在臭氧的催 化下，汽液两相在填料表面进行接触发生反应，生成n-漠代十一酸。反应生成 的11T臭代十一酸进入熟化罐继续保温使其未完全

31、反应的进一步参加反应。反应 过程中漠化氢过量参加反应，过量的漠化氢一部分从加成塔顶部排空管路排出进 入尾气吸收装置。5. 1. 2工艺流程简述用空气将十一烯酸贮槽的烯酸压入计量槽内经计量放入配料釜。将甲苯贮槽 的甲苯打入精致甲苯接受罐后再打进配料计量槽并放进配料釜按L 1的比例均匀 混合。将混合后的烯酸甲苯溶液经冷凝器打入已通上澳化氢的加成塔。同时开启 初级甲苯接受罐的甲苯回流泵，并通入臭氧让其发生反应，反应多余的尾气从加 成塔顶经冷凝器回收甲苯后进入尾气吸收塔。用水打循环进行吸收，反应后的物 料流入熟化罐继续反应。当达到一定液位时溢流到脱吸釜并加热，搅拌将过量的 漠化氢赶回加成塔。5. 2生

32、产工艺控制指标表5T原料及产品质量指标及性质十一烯酸酸价280凝固点21甲苯含量99%水分 200ppm澳化氢纯度90%合成液碘值1熟化液碘值（1漠代酸凝固点35挥发份5%质量指标名称表5-2工艺条件名称质量指标熟化罐4555c脱吸釜7585加成塔最高温度30冷冻水温度-10原料与甲苯配比1:4臭氧温度50mg/h臭氧机冷却水30澳化氢流量130L/h设计(论文)题目： 年生产5000t尼龙11聚合生产线的设计系部：化学与化工系 专业:化学工程与工艺学号:16学生： 荆辉 指导教师(含职称)：常西亮(副教授)专业负责人 姚英 1.设计(论文)的主要任务及目标本论文的主要任务和目标：通过广泛查阅

33、资料介绍了蔑麻油深加工尼龙11 的应用原理和应用情况，并以此为根据介绍了实际生产中的尼龙11生产过程。 对生产工艺进行物料横算，对主要装置进行设计并画出CAD图。尼龙11是一种综合性能良好的工程塑料，本课题将综述尼龙11的国内外研 究概况，介绍其物理、化学、力学等各方面的性能及其生产工艺，并概述其在汽 车、电子电器、军工等领域的应用。2 .设计(论文)的基本要求和内容论文的基本要求：结构严密，引据充分，条理清晰，格式规范，真实可信。 论文内容：先简要介绍尼龙n的主要性能、合成、国内外研究概况及展望。然 后介绍尼龙11合成中溟代工艺的应用原理及应用情况，并以此为重点来介绍滨 代工艺的设计和实际生

34、产。3 .主要参考文献1张庆新，莫志深.尼龙11结构与性能的研究进展J.高分子通报,2001, (06)： 21.2胡国胜,李迎春.尼龙11的改性与应用J.工程塑料应用，2005, (12).3郝永莉，胡国胜.尼龙11的性能、合成及应用胡.化工科技，2003, (06).4崔小明.工程塑料尼龙11的开发与应用J.四川化工与腐蚀控制，2000, (03).5王曰德.尼龙11综述J.济南纺织化纤科技，2000, (02)： 7-9.6张醒.尼龙11的性能与应用J.江苏化工，1994, 22 (2)： 24.7尼龙11中间体试验生产研究报告R.华北工学院化工系，1995.5. 3主要设备设备名称H一

35、烯酸贮槽酸料计量槽配料釜四氟离心泵（4台）加成塔熟化罐脱吸釜尾气吸收罐表5-3加成工序主要设备及属性质量指标体积5000L夹套加热不锈钢材质体积3000L塑料体积1000L 转数：150 功率：2.2Kw扬程：20nl功率：2Kw搪瓷陶瓷波纹填料10节塔节搪瓷夹套加热体积2000L搪瓷夹套加热体积1000L搅拌转数：150功率：2.2Kw搪瓷体积2000L尾气吸收塔玻璃塔节6漠代工艺中填料塔的设计6.1 填料塔塔径的计算用公式。=(4匕/加)%计算塔径由前提条件，已知混合气体的气体流量Vs为15m：7h,进塔气体的密度P”.为 0. 48kg/m3,漠化氢的密度P l为934. 24kg/m;

36、,混合气体的质量流量3为5kg/h,单 位时间内进入塔的溟化氢量L(kmol/s), sKkg/h),溟化氢粘度为1.004mPas。则可求得的/汽X夕m/0.)5=O.2。首先需要确定泛点率，所谓泛点率是指 空塔气速与泛点气速之比。泛点气速为填料塔操作气速的上限，填料塔的适宜空 塔气速应比泛点气速小才能保证操作过程中不发生液泛，所以泛点率总是小于1 的。一般情况下，对于一些新型高效填料，如本设计所用的陶瓷波纹填料，泛点 率应取高些，多数情况下的泛点率宜取0.60.8。确定了泛点率之后，再由用埃 克特通用关联图查出的泛点气速即可确定填料塔的最宜操作气速了。根据埃克特通用关联图，由求得的横坐标他

37、/叫Xa/金产查出纵坐标人Ov02-,然后计算求得泛点气速。g )通过横坐标0.2,可查得纵坐标为0.1,然后求得泛点气速u；=3.471m/s。取泛点率为0.7,即空塔气速为泛点气速的70%, Pu=0. 7uf=2. 429m/s,然后 可求得塔径D=1376mm,然后根据国家压力容器公称直径的系列标准对其进行圆整, 按照设计结果，取D实=1400mm。再用该塔径值计算空塔气速u实=2. 347m/s。所以，填料塔塔径为1.4m。6. 2填料层高度的计算用于吸收操作的填料塔的填料层高度采用传质单元法进行计算。H-一烯酸的投料量为：15903. 31 X0. 4531 X 100030024

38、=1000. 80Kg/h 参与反应的 HBr 气体为：1000. 80184X90%X22. 4=109. 65L/hHBr气体流量按过量20%算，为130L/h,浓度（体积分数）为90%。进塔气体的溶质摩尔比为：丫八尸130义09=9130x0.1出塔气体的溶质摩尔比为：丫八2二130x0.9 109.65=0 2854130x0.1填料层高度可按下式计算：Z N ogH ogZ一填料层高度，m；Nog一气相传质单元数，01;Hg一气相传质单元高度，01。可设Nog为0.9,则V9Z = NncHnc= 0.9 x In3=0.9 x In= 7.1m。OGyA20.2854经过圆整，取7

39、. 5m最终求得填料层高度为7.5mo6. 3塔高的计算填料塔的高度H主要决定于填料层高度Z,另外还要考虑塔顶空间、塔底空间 即再分布器的布置等。填料塔总高H可以由下式进行计算:H = 2Z + Hd+HbZ一填料层高度，m；乩一塔顶空间高（不包括封头部分），m：乩一塔底空间高（不包括封头部分），mo因本塔采用喷淋式，塔顶需留有喷淋管所需空间，根据其规格，留1.5m；塔 底留1.5m给喷淋液足够的挥发空间，并利于最终进行排液，经计算取为11m。6.4气体进出口尺寸的确定进出口的直径均用流体在圆管内流动时的流量公式进行计算，即:式中：d填料塔上气、液进出口直径，m；Vs一进出填料塔的气、液体积流

40、量，m7s；u一气、液在相应管中的合适流速，m/so其中流速u的经验值为:低压空气u=1215,水及与水相近的溶液,u=l. 53m/s。 HBr密度较空气大，且在低压下工作，取u=18m/s；则可算出进气口直径为187mm, 进行圆整后，取200mm。6. 5液体分布装置的确定圆整塔径后，应按实际塔径验算塔内的喷淋密度是否大于最小喷淋密度，如 喷淋密度太小将不能保证填料层的充分润湿，其补偿方法之一是在许可范围内适 当减小塔径。本工艺的液体分布装置采用喷头式分布器（莲蓬头），莲蓬头直径为塔径的 20%30%,经过圆整，取350mll1。莲蓬头的安装高度，一般离填料表面的距离约 为0.5D,经过

41、圆整，取700nm。6. 6填料塔内件及其附属设备的介绍6. 6.1填料支承的设计要求填料在塔内无论是乱堆还是整砌，均堆放在支撑装置上，支撑装置必须要有 足够的强度以承受填料层的重量（包括所持液体的重量）；支撑装置的气体通道 面积大于填料层的自由截面积（数值上等于孔隙率），否则不仅在支撑装置处有 过大的气体阻力，而且当气速增大时将首先在支撑装置处出现拦液现象，降低塔 的通量。常用的支撑装置为栅板式，它是由竖立的扁钢组成的，扁钢条之间的距 离一般为填料外径的0. 60. 8倍左右。填料塔的填料支撑装置分为两部分,一部分是支撑圈，另一部分是支撑栅板。 支撑栅板的型式常用的有两种，一种为条形栅板，一

42、种为网格型栅板。对填料支 撑结构首先要考虑塔内介质、温度对材料的要求，其次要考虑填料重量对强度的 要求。支撑栅板的结构型式根据填料的不同有不同的选择。对规整填料一般两种 型式均可使用，对散堆填料来说一般采用网格型栅板较好。两种栅板都要求保证 通道孔及孔径应符合设计要求，孔不得堵塞。对填料支撑结构的安装要求：一般支撑圈要保证圆度、水平度、焊接型式及 质量应符合相关标准和设备技术文件的规定。支撑栅板要保证圆度、水平度、设 计强度能符合相关标准及设备技术文件规定。另外还需考虑支撑结构与塔壁之间 的空隙，需要采取必要措施，防止塔内介质沿塔壁流淌，影响工艺操作。6. 6. 2填料的选择本塔所用陶瓷波纹填

43、料，属于规整填料。规整填料是指将气液的通道“规范 化”,预先按一定的规则将填料做到塔径大小的填料盘,然后再将填料装入塔中。 这种填料人为地规定了填料层中气液的流路，减少了沟通和壁流的现象，大大降 低了压降，提高了传热传质的效果。喷淋装置即为液体分布器，其作用是将液体均匀分布于填料层顶部。液体初 始分布质量将直接影响到液体在整个填料层的分布，从而影响填料塔的分离效率 和操作弹性。因此液体分布器是填料塔的一个极为重要的内部构件。目前常用的喷淋装置有莲蓬头分布器、压力型多孔管式分布器、盘式孔流分 布器、槽式溢流分布器。本课题设计填料塔采用盘式孔流分布器：气液流道分离，液体自盘底的喷淋 孔流下，盘中维

44、持有一定高度的液位。其优点：具有较多的喷淋点数，分布质量 比较高，且操作弹性可高达4:1。6. 6. 4除雾装置在吸收单元操作中,会涉及气（汽）液传质、传热单元操作,无论是采用填料塔 还是板式塔,都是通过两相的密切接触和分离以促进相间组分的传递,达到液体 或气体提纯、增（减）湿等目的。在这些过程离开填料层或塔板的气相中，必夹 带一定数量、大小不等的液滴或液沫；在随后的冷却、冷凝过程中，还会形成悬 浮于气相的微小粒子；当所处理的物系比较复杂时，组分间的气相化学反应亦可 能生成更小的颗粒。通常，必须将被气流所夹带的液滴分离出去，简称除雾。除雾方法很多，如撞击分离、重力沉降、离心分离（旋风分离，旋流板除雾）、 文丘里除雾、电力沉降等等,分别适用于不同的粒径范围,根据塔器中所产生的雾 沫粒度分布，最常采用的是撞击分离的挡板、丝网、纤维除雾器。各种除雾器的 操作原理不尽相同，但又有其共同点，从理论上讲无论研究哪一种除雾方法， 归根结底是研究粒子在气流中诸力作用下的平衡和运动规律，如重力沉降是研 究粒子在重力、浮力和曳力作用下的平衡和运动规律。本课题采用的是金属丝网 除雾器。结论尼龙11是一种综合性能优良的工程塑料。尼龙11是以鹿麻油为原料，经酯交 换、裂解、水解、漠化、氨解、聚合而合成的。11-漠代十一酸是尼龙11