缓蚀阻垢剂

年产三万吨缓蚀阻垢剂项目项目建议书组员：李小龙、黄熠、迪丽努尔指导老师：徐新老师、罗国华老师七、环境保护7.1环境保护7.2自然危害因素分析及安全因素分析7.3环境保护措施八、劳动保护与安全卫生8.1劳动安全卫生的防护措施8.2危险物料的密封和安全排放8.3火灾自动报警系统8.4消防设计8.5事故处理措施8.6劳动安全卫生资金估算一、产品概述1.1产品描述1.2产品性能二、市场预测2.1国内外市场情况预测2.2产品的价格分析三、产品方案及生产规模3.1产品方案3.2产品质量指标四、物料衡算及成本衡算4.1物料衡算4.2成本衡算五、工艺技术路线的选择5.1工艺技术路线的描述5.2工艺流程图5.3装置图及装置工作原理5.4厂区平面设计图六、原材料的供应6.1原料供应一、产品概述1．1产品描述乙二胺四甲叉膦酸钠(EDTMPS)是一种用途广泛的有机水质缓蚀阻垢剂。适用于各种硬度的碳酸盐,硫酸盐水质地区做为循环水系统、油田注水、水暖锅炉、低压蒸汽锅炉等方面的缓蚀阻垢剂及过氧化氢稳定剂、金属表面处理剂。不含钠的纯品可用于医疗方面对骨癌病症的检验，EDTMP在水溶液中能离解成8个正负离子。可以和两个或多个金属离子螯合,形成两个或多个立体结构大分子粘状络合物,松散地分散于水中,使钙垢的正常结晶破坏,减少水垢的形成。1.2产品性能本产品是含氮有机多元膦酸，属阴极型缓蚀剂，与无机聚磷酸盐相比，缓蚀率高3~5倍。能与水混溶，无毒无污染，化学稳定性及耐温性好，在200℃下仍有良好的阻垢效果。在水溶液中能离解成8个正负离子，因而可以和多个金属离子螯合，形成多个单体结构大分子网状络合物，松散地分散于水中，使钙垢正常结晶被破坏。EDTMPS对硫酸钙、硫酸钡垢的阻垢效果好。二、市场预测2.1国内外市场情况预测（1）国际市场预测据美国化学在线报道，McIlvaine公司最新完成的报告“新鲜水及污水化学品世界市场”称2004年全球水化学品市场（包括新鲜水和污水用化学品）销售额超过了170亿美元，预计到2011年将达到220亿美元。不过市场仍然比较分散，拥有数以万计的生产厂提供各类产品。世界最大的水处理化学品生产商纳尔科公司也仅占有世界7%的市场份额，第二大公司-GE水化学品公司仅占3.5%。2004年共计有20家公司销售额超过了1亿美元，表明平均年销售额远小于100万美元。在水处理化学品市场中，腐蚀缓蚀剂是最大的品种，约占18%的销售额。消费需求按行业排序：分别为城市污水处理厂（约占总消费量的17%）、动力电厂、城市新鲜水处理厂、炼油厂、纸浆及造纸厂、油气生产、食品加工厂、金属加工公司、化学生产厂、电子生产厂以及矿物加工厂。根据BCC一项最新的技术市场研究报告称，2013年全球水处理化学品市场价值将达279亿美元，预计2008年市场值210亿美元，未来5年复合增长率(CAGR)为5.8%。目前，美国是水处理特种化学品最大的单一市场，预计2013年将仍然维持其居前地位。其目前的市场份额是42%，其次是亚洲38%和欧洲16%。（2）国内市场预测随着全球水供应关注程度的增加，化学品供应商积极拓展水处理市场业务。据分析，当前全球水处理化学品和服务领域增长速度最快的国家是中国，增速超过该国GDP的增速。中国水处理化学品市场快速增长主要得益于两个方面，一方面中国工业的快速发展，另一方面中国政府加大了环保整治的力度。在这种环境下，中国的水处理化学品市场可谓商机无限。2.2产品的价格及组分分析原料：乙二醇，乙二胺，盐酸，三氯化磷，甲醛，液碱，水。预计产品中各组分的含量：外观：黄棕色液体活性组分(以EDTMPS计)%≥28.0有机膦（以PO43-计）%≥10.0亚磷酸（以PO33-计）%≤5.0磷酸（以PO43-计）%≤1.0PH值（1%水溶液）9.5～10.5密度20℃(g/cm3）≥1.25氯化物（以Cl-计）%≤3.0产品预算价格为：每吨大概为4800～5000元预计规模为年产3万吨根据查资料和大概估算每年可盈利2000万元人民币三、产品方案及生产规模缓蚀阻垢剂的开发研究从低毒、难生物降解型逐渐发展到无毒、易生物降解型,主要分为：天然聚合物阻垢剂、含磷水溶性聚合物阻垢剂、聚丙烯酸型阻垢剂、聚环氧琥珀酸型阻垢剂、烷基环氧羧盐阻垢剂、多亚乙基多胺甲撑磺酸盐阻垢剂。缓蚀阻垢剂的方案主要分为以下几种：3.1产品方案方案一、以木质素、单宁、腐殖酸钠、壳聚糖、淀粉、纤维素等天然聚合物作为缓蚀阻垢剂。木质素是一种芳香型化合物,分子中含有醚键、碳碳双键、苯甲醇羟基、酚羟基、羰基和苯环等。这些官能团可进一步发生烷基化、羟甲基化、酯化、酰化等反应,这些基团中氧原子上的未共用电子对能与金属离子形成配位键,生成木素的金属螯合物,从而抑制结垢。方案二、是以机单体次磷酸与一种或两种以上有机单体共聚而成。其特点是将羧基与磷酸基结合在同一个分子上,所得产物结构复杂、性能差异较大。由于其分子上同时有=PO(OH)基和-COOH基,因而具有较好的阻垢和缓蚀能力。方案三、以马来酸酐为原料,在水和碱的共同作用下水解生成马来酸盐,在过氧化物催化剂和钒系催化剂下进行环氧化反应生成环氧琥珀酸,然后再以稀土催化剂使之聚合,得PESA，PESA具有一定的缓蚀性能和较好的协同作用;与其他药剂复配可以形成性能较好的低磷或无磷缓蚀阻垢剂方案四、先将天冬氨酸与苯甲醇反应形成苄酯,保护一个羧基,再与光气反应制得N2羧酸酐NCA,引发NCA自聚、去保护就得到PASP，PASP是一种缓蚀阻垢剂方案五、原料为乙二胺，，三氯化磷，甲醛，液碱，水。反应原理为：我们选择的方案为方案五原料：乙二胺，三氯化磷，甲醛，液碱，水。反应原理为：EDTMPS：C6H12O12N2P4Na8EDTMP：C6H12O12N2P4C6H12O12N2P4+8NaOH—C6H12O12N2P4Na8+8H2O选择此方案的依据为：此方案的新配方比其他几种方案提高了缓蚀阻垢剂的有效含量在8%~21.2%,降低了生产成本,便于工业化操作,便于储运和使用,解决了产品质量问题。因此选择本方案。3.2产品质量指标活性组分(以EDTMPS计)%≥28.0有机膦（以PO43-计）%≥10.0亚磷酸（以PO33-计）%≤5.0磷酸（以PO43-计）%≤1.0PH值（1%水溶液）9.5～10.5密度20℃(g/cm3）≥1.25氯化物（以Cl-计）%≤3.0投入成本：2500元/t投入原料9万吨四、物料衡算及成本衡算1、物料衡算表4.1理论所需各物质的质量过程：由产量计算各物质的量及知道EDTMPS的质量求各物质的量，有以上反应方程可知其对应关系C6H12O12N2P4+8NaOH—C6H12O12N2P4Na8+8H2O所以单位摩尔质量的EDTMPS对应的烧碱，三氯化磷，甲醛，乙二胺的化学计量数为8，441由物质的相对分子质量分别为：EDTMPS为612.13求出各物质的质量为：乙二胺=0.294万吨三氯化磷=5.782万吨甲醛=1.176万吨液碱=1.568万吨亚磷酸=2.981万吨表4.2理论产物中各组分所占的百分含量热量衡算：由于该生产所涉及的反应均为放热反应，所以不涉及燃料供应成本计算，有各物质的的标准摩尔生成焓计算；第一步放出热量经计算得1458千焦每摩尔该热用水冷却，防止爆炸所需水量有公式：Q=C*M*△T水的温度增加3oC求出所需的水的物质的量，以后数据均在图上标注。乙二胺：19000元/吨三氯化磷：5000元/吨甲醛：2500元/吨液碱：6000元/吨原料总共需要投入：55811000元总计收入96000000元盈利40189000元五、工艺技术路线的选择5.1工艺技术路线的描述近年来，随着环保要求越来越严，国内外对缓蚀阻垢剂质量的要求也越来越高，乙二胺四甲叉膦酸钠为主要生产手段，应用越来越普遍，技术也越来越成熟。有机膦酸的化学稳定性好,不易水解,耐高温,其可以和金属离子络合,形成立体大分子环状络合物,分散于水中破坏钙垢晶体的生长,从而起到阻垢的作用。有机膦酸属于无毒或极低毒的药剂。最常用的EDTMPS(乙二胺四甲叉膦酸钠)性能价格比突出,可以预见将来仍是主流产品。目前一些科研单位进行了EDTMPS新制造技术开发,并形成专利。HPA[11]于20世纪90年代初开发,国外合成路线易造成污染,国内合成路线易操作,无毒,产品具有化学稳定性好,不易水解不易被酸碱所破坏,使用浓度低,缓蚀效果好等特点。POCA也于20世纪90年代开发,其在冷却水中既有良好的碳酸钙和磷酸钙阻垢能力,又有很好的颗粒分散性及一定的缓蚀作用,另外,它还有很高的钙容忍度,与氯几乎不起作用。5.2工艺流程图各装置的工作原理反应釜：在内层放入反应溶媒可做搅拌反应，夹层可通上不同的冷热源）做循环加热或冷却反应。通过反应釜夹层，注入恒温的（高温或低温）热溶媒体或冷却媒体，对反应釜内的物料进行恒温加热或制冷。同时可根据使用要求在常压或负压条件下进行搅拌反应。物料在反应釜内进行反应，并能控制反应溶液的蒸发与回流，反应完毕，物料可从釜底的出料口放出。分离罐：两种液体混合以后沿分离罐内切线方向进入分离罐内的。进入后液体在容器内沿内壁旋流而下，形成螺旋线的流向。由于离心力的作用，混合液体与器壁撞击后。沿壁流入容器底部。而废气及废液分离出来后从容器的中心管排出，达到两种液体分离的目的。废弃处理装置：由于浓氯化氢气体具有强的酸性，而且为了避免反应强烈，产生不必要的影响，因此我们采用饱和食盐水来吸收废气（即氯化氢气体）。HCl易溶于水，在0℃时，1体积的水大约能溶解500体积的氯化氢（分子）HCl溶于水存在溶解平衡：HCl(气体）-----（可逆）H++Cl-食盐水增大了Cl-浓度，上述平衡都逆向移动，所以溶解度都减小。但由于HCl在水中溶解度非常大（1：500）所以这点影响相对来说很小。反应釜分离罐废气处理装置厂址选择我们初定厂址选择在新疆乌鲁木齐，由于原料供应地离新疆较远经过现场考察，原材料的供应地，运输条件等因素最终考虑将厂址选在河南洛阳市。5.4厂区平面设计图六、原材料及燃料的供应乙二胺：0.294万吨（天津市八达化工有限公司）甲醛：1.176万吨（江苏省昆山市昆山顺佰化工有限公司）三氯化磷：5.782万吨（常州市三迪化工有限公司）液碱:1.568万吨（东莞市同舟化工有限公司）七、环境保护7.1环境保护本产品在生产过程中的主要污染物是氯化氢气体，我们采用饱和食盐水进行废气的回收，可以做到尽量在无污染的情况下进行生产。并且在厂址的选择上我们会尽量选择交通便利的郊区，对污染进行最大限度的控制。7.2自然危害因素分析及安全因素分析极冷天气工程所在地冬季寒冷且冰冻期长，降雪量大，极端最低温为-37.5℃，如防冻保温措施不当，设备和管线有可能发生冻裂，造成事故。雷电雷电是点火源之一，雷电产生的电火花会引起易燃物的燃烧或爆炸，尽管工程所在地属于少雷区，仍然存在着雷击起火的危险。生产过程中火灾、爆炸危险装置区内大部分区域属于爆炸危险环境，装置中加热炉为明火设备，反应器操作温度较高，在生产过程中如设备连接处发生泄漏，机械设备运转发生故障，生产控制或操作失误等原因导致物料泄漏，都存在发生火灾和爆炸事故的可能性登高作业的危险在进行巡视、操作、检修、取样等现场工作时，工人须登高作业，有发生坠落的危险。。7.3环境保护措施我们将在厂区进行最大限度的绿化，如果在资金允许的情况下，我们将在厂区附近建立一个环境保护监测站，对厂区附近的水源空气土壤进行实时监测。八、劳动保护与安全卫生8.1劳动安全卫生的防护措施安全设计原则设计严格遵守《中华人民共和国安全生产法》，认真贯彻“安全第一、预防为主”的方针，严格执行现行的标准规范，使本装置能达到安全卫生的要求，实现长期、稳定生产，在生产过程中职工的