年產(chǎn)400噸鹽酸氨基脲車間工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

目 錄摘 要- 3 -abstract- 4 -前 言- 7 -第一章 總論- 8 -1.1 鹽酸氨基脲產(chǎn)品概述- 8 -1.2 鹽酸氨基脲市場(chǎng)特點(diǎn)分析- 9 -1.3 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)- 9 -1.4 設(shè)計(jì)原則- 10 -1.5 工藝特點(diǎn)- 10 -第二章 工藝路線的選擇和簡(jiǎn)述- 11 -2.1工藝流程和生產(chǎn)原理- 11 -2.1.1生產(chǎn)原理- 11 -2.1.2縮合反應(yīng)工段流程- 11 -2.1.3成鹽反應(yīng)工段流程- 11 -2.1.4精制反應(yīng)工段流程- 12 -2.2 工藝流程簡(jiǎn)圖及工藝指標(biāo)- 12 -2.2.1縮合反應(yīng)工段流程簡(jiǎn)圖- 12 -2.2.2成鹽反應(yīng)工段流程簡(jiǎn)圖及工藝指標(biāo)- 13 -2.2.3精制反應(yīng)工段流程簡(jiǎn)圖及工藝指標(biāo)- 13 -第三章 鹽酸氨基脲的生產(chǎn)工藝計(jì)算- 15 -3.1 物料衡算- 15 -3.1.1 物料衡算說(shuō)明- 15 -3.1.2 鹽酸氨基脲物料衡算- 15 -3.1.3 物料平衡- 16 -3.1.3.2 車間總物料平衡- 17 -3.1.3.3 鹽酸氨基脲產(chǎn)品線物料收支表- 19 -3.2 能量衡算- 19 -3.2.1縮合反應(yīng)過(guò)程的熱量衡算- 20 -3.2.1.1物料帶入到設(shè)備的熱量- 21 -3.2.1.2物料離開(kāi)設(shè)備所帶走的熱量- 21 -3.2.1.3化學(xué)反應(yīng)熱- 22 - 3.2.1.4設(shè)備向環(huán)境散失的熱量- 22 -3.2.1.5加熱劑傳給設(shè)備的熱量- 23 -3.2.1.6反應(yīng)釜工段能量衡算一覽表- 24 -3.2.2 成鹽反應(yīng)過(guò)程的熱量衡算- 25 -3.2.2.1 成鹽反應(yīng)釜能量流程簡(jiǎn)圖- 25 -3.2.2.2 物料帶入到設(shè)備的熱量- 25 -3.2.2.3 物料離開(kāi)設(shè)備所帶走的熱量- 26 -3.2.2.4 加熱劑傳給設(shè)備的熱量- 26 -3.2.2.5 反應(yīng)釜工段能量衡算一覽表- 27 -3.2.3.1 物料帶入到設(shè)備的熱量- 28 -3.2.3.2 物料離開(kāi)設(shè)備所帶走的熱量- 28 -3.2.3.3 設(shè)備向環(huán)境散失的熱量- 29 -3.2.3.4 反應(yīng)釜工段能量衡算一覽表- 30 -3.2.3 能量衡算過(guò)程及衡算結(jié)果- 31 -3.2.3.1縮合反應(yīng)熱量：- 31 -3.2.3.2成鹽反應(yīng)- 32 -第四章 設(shè)備設(shè)計(jì)及選型- 33 -4.1 主要設(shè)備簡(jiǎn)介及選型過(guò)程- 33 -4.1.1 fb型耐腐蝕泵- 33 -4.1.2 lgz立式刮刀卸料全自動(dòng)離心- 34 -4.1.3 水環(huán)真空泵- 35 -4.1.4 szg型雙錐回轉(zhuǎn)真空干燥機(jī)- 35 -4.1.5 循環(huán)水泵- 36 -4.1.6 冷凍機(jī)- 36 -4.2 設(shè)備選型一覽表- 38 -4.2.1 物料輸送設(shè)備- 38 -4.2.2 儲(chǔ)罐設(shè)備選型- 38 -4.2.3 換熱設(shè)備設(shè)備- 39 -4.2.4 分離設(shè)備設(shè)備- 39 -4.2.5 傳質(zhì)設(shè)備設(shè)備- 40 -4.2.6 化學(xué)反應(yīng)器設(shè)備選型- 40 -4.2.7 廢酸池- 41 -4.3 塔設(shè)備設(shè)計(jì)結(jié)果- 41 -4.3.1 工藝設(shè)計(jì)- 41 -4.3.2 機(jī)械設(shè)計(jì)- 42 -第五章 車間布置設(shè)計(jì)- 43 -5.1 設(shè)計(jì)依據(jù)- 43 -5.2 布置原則- 43 -5.2.1 精制工段- 43 -5.2.2 成鹽工段- 44 -5.2.3 縮合工段- 45 -第六章 項(xiàng)目主要污染物和污染物處理- 47 -6.1 鹽酸氨基脲工藝廢酸鹽酸- 47 -6.2 鹽酸氨基脲工藝廢氣氨氣- 48 -6.3 廢水污染防治措施- 48 -6.4 固體廢物處理- 49 -6.5 噪聲污染防治措施- 49 -致 謝- 50 -參考文獻(xiàn)- 51 -附 錄- 52 -1.工藝流程簡(jiǎn)圖- 52 -2.縮合工段工藝流程圖- 53 -3.成鹽工段流程圖：- 53 -4.打漿工段流程圖：- 54 -前 言 作為生產(chǎn)鹽酸氨基脲主要原料水合肼，近年來(lái)由于其下游產(chǎn)品發(fā)展迅速，其需求量快速增加，且市場(chǎng)價(jià)格持續(xù)走高，國(guó)內(nèi)一直大量進(jìn)口水合肼。用水合肼、尿素和鹽酸合成鹽酸氨基脲的工藝路線簡(jiǎn)單，原料易得，生產(chǎn)過(guò)程也易操作控制，所以本次研究主要考察尿素一水合肼法制備鹽酸氨基脲的合成工藝條件，以提高水合肼的轉(zhuǎn)化率。為此，作者力求能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)習(xí)中的實(shí)踐情況，為環(huán)保事業(yè)貢獻(xiàn)自己的一份微薄之力。 因本人能力有限，故在設(shè)計(jì)中在所難免的有一些錯(cuò)誤。望讀者給與指正，本人萬(wàn)分感激。 第一章 總論1.1 鹽酸氨基脲產(chǎn)品概述1.1.1 產(chǎn)品介紹鹽酸氨基脲基本性質(zhì)中文名稱鹽酸氨基脲英文名稱semicarbazide hydrochloride別 名鹽酸氨基脲分 子 式ch5n3o.hcl外觀與性狀白色結(jié)晶性粉末分 子 量111.53沸 點(diǎn)熔 點(diǎn)171-173溶解性易溶于水，不溶于無(wú)水乙醇和乙醚密 度穩(wěn)定性危險(xiǎn)標(biāo)記主要用途1.本品是醫(yī)藥工業(yè)原料，用以制取硝基呋喃類等藥物；2.用作測(cè)定酮、醛的試劑，色譜分析及分離激素的精油的溶劑；3.有機(jī)合成原料；4.也是農(nóng)藥中間體； 鹽酸氨基脲是一種醫(yī)藥中間體，是重要的有機(jī)合成原料，用于制備熱敏記錄紙上的光色染料，也用于醫(yī)藥，農(nóng)藥等有機(jī)合成的中間體，用于生產(chǎn)呋喃西林、呋喃妥因、腎上腺色腙（止血藥適用于因毛細(xì)血管損傷及通透性增加所致的出血，如鼻衄、視網(wǎng)膜出血、咯血、胃腸出血、血尿、痔瘡及子宮出血等。也用于血小板減少性紫癜） ，氫化潑尼松（激素類藥。作用于糖代謝，減輕肌體組織對(duì)損害性刺激所產(chǎn)生的病理反應(yīng)。用于阿狄森氏病、活動(dòng)性風(fēng)濕病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、紅斑性狠瘡等膠原性疾患，嚴(yán)重的支氣管哮喘、嚴(yán)重皮炎等過(guò)敏過(guò)敏性疾病，眼炎及急性白血病等，亦用于某些感染的綜合治療，本品也可作為某些抗癌藥物的輔助藥）、氫化可的松（等用于腎上腺功能不全所引起的疾病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、風(fēng)濕性發(fā)熱、痛風(fēng)、支氣管哮喘等。用于過(guò)敏性皮炎、脂溢性皮炎、瘙癢癥等、也用于虹膜睫狀體炎、角膜炎、鞏膜炎、結(jié)膜炎，神經(jīng)性皮炎，用于結(jié)核性腦膜炎、胸膜炎、關(guān)節(jié)炎、腱鞘炎、急慢性捩?zhèn)㈦烨蕜趽p等）藥物。也用于測(cè)定醛、酮試劑。 鹽酸氨基脲是合成分子印跡聚合物的重要中間體。分子印跡技術(shù)是二十世紀(jì)七十年代發(fā)展起來(lái)的一種分子識(shí)別技術(shù)，是模仿自然界存在的分子識(shí)別作用機(jī)理，以目標(biāo)分子為模板合成具有特殊分子識(shí)別功能的印跡聚合物的一種技術(shù)，因此它在很多領(lǐng)域，如色譜中對(duì)映體和異構(gòu)體的分離，固相萃取，化學(xué)仿生傳感器，臨床藥物分析，膜分離技術(shù)等領(lǐng)域展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。1.1.2 產(chǎn)品用途（1）本品是醫(yī)藥工業(yè)原料，用以制取硝基呋哺類等藥物；（2）用作測(cè)定酮、醛的試劑，色譜分析及分離激素的精油的溶劑；（3）有機(jī)合成原料；用作分析試劑和色層分析試劑。（4）也是農(nóng)藥中間體，用于制呋喃西林、硝基呋喃妥因等藥物。1.2 鹽酸氨基脲市場(chǎng)特點(diǎn)分析 依托多年對(duì)間氨基苯脲鹽酸鹽行業(yè)的研究經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合間氨基苯脲鹽酸鹽行業(yè)歷年供需關(guān)系變化規(guī)律，對(duì)間氨基苯脲鹽酸鹽行業(yè)內(nèi)的企業(yè)群體進(jìn)行了深入的調(diào)查與研究。 報(bào)告在宏觀上分析了2010-2015世界間氨基苯脲鹽酸鹽行業(yè)整體以及部分地區(qū)的發(fā)展情況、中國(guó)間氨基苯脲鹽酸鹽行業(yè)的宏觀發(fā)展環(huán)境、中國(guó)間氨基苯脲鹽酸鹽行業(yè)整體發(fā)展現(xiàn)狀。報(bào)告在微觀上詳細(xì)的分析了2010-2015行業(yè)的產(chǎn)銷貿(mào)易情況及預(yù)測(cè)、區(qū)域發(fā)展情況及前景、行業(yè)具體經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境、重點(diǎn)企業(yè)發(fā)展情況、行業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。在行業(yè)投資方面，報(bào)告從宏觀和微觀層面分析了行業(yè)的投資風(fēng)險(xiǎn)、闡述了行業(yè)投資風(fēng)險(xiǎn)的防范和對(duì)策、以及行業(yè)的投資策略。對(duì)于行業(yè)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，報(bào)告分析了行業(yè)的發(fā)展方向，并且采用了科學(xué)的方法預(yù)測(cè)了對(duì)行業(yè)2011-2015的產(chǎn)值、收入、利潤(rùn)、資產(chǎn)情況。 近年來(lái)中國(guó)間氨基苯脲鹽酸鹽機(jī)行業(yè)取得了很大的發(fā)展，但是行業(yè)發(fā)展中也存在一些問(wèn)題，和國(guó)外相比仍有很大的差距。中國(guó)制造業(yè)由于缺乏核心技術(shù)，貼牌生產(chǎn)仍然是“中國(guó)制造”普遍的生存模式。很多高端產(chǎn)品表面上市中國(guó)生產(chǎn)，其實(shí)核心技術(shù)都來(lái)自國(guó)外。為此，“十二五”明確指出必須堅(jiān)持發(fā)揮市場(chǎng)基礎(chǔ)性作用與政府引導(dǎo)推動(dòng)相結(jié)合，科技創(chuàng)新與實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化相結(jié)合，深化體制改革，以企業(yè)為主體，推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，讓高端制造業(yè)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)。制造業(yè)的升級(jí)和轉(zhuǎn)型，對(duì)于間氨基苯脲鹽酸鹽行業(yè)有著深遠(yuǎn)影響和重大意義。重點(diǎn)研究中國(guó)鹽酸氨基脲行業(yè)產(chǎn)品、企業(yè)、市場(chǎng)、產(chǎn)業(yè)鏈等四大方面的詳細(xì)情況。報(bào)告具體研究領(lǐng)域涵蓋產(chǎn)品價(jià)格行情、技術(shù)特點(diǎn)、原材料供應(yīng)、消費(fèi)群體、消費(fèi)結(jié)構(gòu)、市場(chǎng)容量、地區(qū)格局、品牌競(jìng)爭(zhēng)、企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)、產(chǎn)業(yè)政策、發(fā)展前景等各個(gè)方面，是關(guān)注中國(guó)鹽酸氨基脲市場(chǎng)發(fā)展的企業(yè)和投資者必備的參考資料。1.3 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì) （1）鹽酸氨基脲下游市場(chǎng)需求對(duì)鹽酸氨基脲價(jià)格的變化起著重要的作用， 特別是制藥企業(yè)行業(yè)對(duì)鹽酸氨基脲價(jià)格變化影響較大。 （2）由于國(guó)內(nèi)鹽酸氨基脲自給率較低，大量產(chǎn)品進(jìn)口，因此國(guó)內(nèi)鹽酸氨基脲價(jià)格在一定程度上受到國(guó)際鹽酸氨基脲價(jià)格的影響。 （3）從鹽酸氨基脲的產(chǎn)能增長(zhǎng)情況與下游需求情況來(lái)分析，需求最旺、增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)為亞太地區(qū)，而亞太地區(qū)發(fā)展最快的市場(chǎng)集中在我國(guó)大陸。因此，我國(guó)大陸是未來(lái)幾年最具潛力的市場(chǎng)，而供應(yīng)的增長(zhǎng)也恰恰集中在該區(qū)域。1.4 設(shè)計(jì)原則 （1）認(rèn)真貫徹落實(shí)國(guó)家有關(guān)基本建設(shè)的政策、法規(guī)，合理安排建設(shè)周期，嚴(yán)格控制工程建設(shè)項(xiàng)目的生產(chǎn)規(guī)模和投資； （2）嚴(yán)格遵循現(xiàn)行消防、安全、衛(wèi)生、勞動(dòng)保護(hù)等有關(guān)規(guī)定、規(guī)范，保障生產(chǎn)安全順利進(jìn)行和操作人員的衛(wèi)生安全； （3）產(chǎn)品生產(chǎn)和質(zhì)量指標(biāo)符合國(guó)家及地方頒發(fā)的各項(xiàng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)； （4）注重環(huán)境保護(hù)，設(shè)計(jì)中選用清潔生產(chǎn)工藝，在生產(chǎn)過(guò)程中減少“三廢”排放，同時(shí)采用行之有效的“三廢”治理措施，貫徹執(zhí)行“三廢”治理、“三同時(shí)”的原則； （5）堅(jiān)持體現(xiàn)“社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益并重”的原則，按照國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，行業(yè)、地區(qū)的發(fā)展規(guī)劃，在項(xiàng)目調(diào)查、選擇中對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行詳細(xì)全面的論證。1.5 工藝特點(diǎn) 新建車間以水合肼和尿素為原料，于102情況下分三批次投入尿素，再回流保溫，經(jīng)縮合而得氨基脲液，濾液加鹽酸成鹽，攪拌降溫至10(冷凍水)，離心，鹽酸母液回收套用。鹽酸氨基脲粗品加食用酒精打漿，離心，得到鹽酸氨基脲濕料，送雙錐烘干機(jī)干燥，包裝入庫(kù)成品，可獲得符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。 本工藝的最大特點(diǎn)在于對(duì)廢酸廢氣的二次利用，工藝生產(chǎn)過(guò)程中有氨氣產(chǎn)生，成鹽過(guò)程中有廢鹽酸產(chǎn)生，在生產(chǎn)過(guò)程中，最大化的利用氨氣和鹽酸，生產(chǎn)具有商業(yè)價(jià)值的氯化銨，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，效果良好。第二章 工藝路線的選擇和簡(jiǎn)述2.1工藝流程和生產(chǎn)原理2.1.1生產(chǎn)原理 第一步：尿素與水合肼反應(yīng)，在110以下生成氨基脲，反應(yīng)方程式： 第二步：氨基脲與鹽酸反應(yīng)生成鹽酸氨基脲，反應(yīng)溫度控制在10以下。防止鹽酸揮發(fā)，造成反應(yīng)不完全，在鹽酸過(guò)量的情況下氨基脲基本完全轉(zhuǎn)化，低溫使鹽酸氨基脲析出。反應(yīng)方程式： 第三步：利用鹽酸氨基脲易溶于水，呈酸性，微溶于熱醇，不溶于無(wú)水乙醇和乙醚的性質(zhì)，利用熱的酒精對(duì)初制的鹽酸氨基脲進(jìn)行提純。2.1.2縮合反應(yīng)工段流程 1.來(lái)自水合肼儲(chǔ)罐的99.9%的水合肼由泵打入計(jì)量罐再送至縮合反應(yīng)釜；2.將軟化水按比例送入反應(yīng)釜；3.冷凝器中的循環(huán)水打開(kāi)，打開(kāi)高溫蒸汽閥門，向反應(yīng)釜夾套內(nèi)通入高溫蒸汽，使水合肼回流一段時(shí)間，直至溫度達(dá)到102；4.經(jīng)過(guò)一段時(shí)間（50min）恒溫回流后，把計(jì)量罐中的尿素送入反應(yīng)釜內(nèi)，開(kāi)啟氨氣尾氣吸收裝置，保持溫度恒定在102，反應(yīng)240min,直到有渾濁現(xiàn)象產(chǎn)生；5.將反應(yīng)產(chǎn)物送入壓力過(guò)濾機(jī)，用水洗濾渣，濾渣收集集中外委處理。2.1.3成鹽反應(yīng)工段流程 1.向反應(yīng)釜夾套內(nèi)通入冷卻水；2.將加壓過(guò)濾完的氨基脲溶液送入成鹽反應(yīng)釜，打開(kāi)攪拌槳，均勻攪拌，直到反應(yīng)物（氨基脲）的溫度平衡(24)，停止通入冷卻水，換通冷凍水，向反應(yīng)釜夾套內(nèi)通入冷凍水（10），直至反應(yīng)物溫度再次平衡；3.將稱量好的鹽酸緩慢注入反應(yīng)釜，在攪拌漿作用下，鹽酸與氨基脲緩慢的反應(yīng)生成鹽酸氨基脲，滴加鹽酸的時(shí)間控制在150min；4.鹽酸滴加完畢在反應(yīng)60min，保持60min直到反應(yīng)物完全析出；5.停止攪拌槳，將析出的產(chǎn)物送入離心機(jī)，得到白色晶體，廢液送至廢酸處理池。2.1.4精制反應(yīng)工段流程 1.將成鹽反應(yīng)制得的初制鹽酸氨基脲送入精制反應(yīng)釜中；2.打開(kāi)列管式換熱器的高溫蒸汽閥門和酒精閥門，將熱酒精注入精制反應(yīng)釜，直到?jīng)]過(guò)物料的量為止；3.關(guān)閉列管式換熱器的高溫蒸汽閥門及酒精閥門；4.打開(kāi)精制反應(yīng)釜的攪拌槳，攪拌30min。5.將精制產(chǎn)物及廢液送入離心機(jī)；6.從離心機(jī)中出來(lái)的白色晶體送入雙錐真空干燥機(jī)中，廢液送入酒精緩沖罐中，等待精餾再利用。2.2 工藝流程簡(jiǎn)圖及工藝指標(biāo)2.2.1縮合反應(yīng)工段流程簡(jiǎn)圖如下圖所示，縮合工段工藝流程簡(jiǎn)圖：水合肼及軟化水尿素高溫蒸汽入口高溫蒸汽出口反應(yīng)產(chǎn)物及雜質(zhì)壓力過(guò)濾機(jī)縮合反應(yīng)釜濾液送至成鹽工段外委處理水合肼計(jì)量罐快速熔解槽廢氨氣送去吸收池縮合工藝流程簡(jiǎn)圖反應(yīng)釜內(nèi)壓力 0.17mpa反應(yīng)釜溫度 102氨基脲 66.7%攪拌槳轉(zhuǎn)速 30 r/min回流時(shí)間 50min尿素量 460kg水合肼 443kg反應(yīng)時(shí)間 240min2.2.2成鹽反應(yīng)工段流程簡(jiǎn)圖及工藝指標(biāo)如下圖所示，成鹽工段工藝流程簡(jiǎn)圖：成鹽反應(yīng)釜離心機(jī)上一工段濾液來(lái)自計(jì)量罐的鹽酸冷卻水入口冷凍水入口冷卻水出口冷凍水出口白色沉淀物及廢液廢液送去廢酸處理送至精制工段鹽酸計(jì)量罐圖成鹽工藝流程簡(jiǎn)圖反應(yīng)濾液溫度 10冷卻水溫度： 24冷凍水溫度： 10鹽酸滴加時(shí)間： 150min 鹽酸量： 1120kg氨氣量 162kg2.2.3精制反應(yīng)工段流程簡(jiǎn)圖及工藝指標(biāo)如下圖所示，打漿工段工藝流程簡(jiǎn)圖：打漿反應(yīng)釜離心機(jī)雙錐真空干燥機(jī)殘夜酒精緩沖罐殘夜酒精反應(yīng)釜精餾塔初制產(chǎn)物酒精入口精制產(chǎn)物及殘液酒精殘液酒精提純后的酒精精制產(chǎn)物包裝送入倉(cāng)庫(kù)圖打漿工藝流程簡(jiǎn)圖酒精溫度 50酒精量： 800kg鹽酸氨基脲濕料 818kg 鹽酸氨基脲成品 750kg 精制殘?jiān)?15kg真空干燥損失酒精 3kg第三章 鹽酸氨基脲的生產(chǎn)工藝計(jì)算3.1 物料衡算3.1.1 物料衡算說(shuō)明 （1）計(jì)算基準(zhǔn)：t/a （2）如未特別說(shuō)明，計(jì)算過(guò)程中涉及到的關(guān)于物料的組成及組分的要求，均按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，物料的流量的單位為kg/h。 （3）成鹽反應(yīng)中除了預(yù)想中的鹽酸氨基脲與尿素發(fā)生縮合反應(yīng)生成氨基脲外，也會(huì)伴隨著尿素自身的縮合反應(yīng)，生成副產(chǎn)物縮二脲，鑒于主反應(yīng)與副反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率都不會(huì)百分百，脲液中除氨基脲外還有未反應(yīng)的尿素，在反應(yīng)工段說(shuō)明中有所提及，在水合肼與尿素反應(yīng)過(guò)程中為了提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，使水合肼充分反應(yīng)，尿素應(yīng)過(guò)量且分批加入，避免尿素短時(shí)間內(nèi)局部過(guò)量引發(fā)副反應(yīng)超標(biāo)。未反應(yīng)的尿素溶解在脲液中經(jīng)過(guò)濾后進(jìn)入結(jié)晶反應(yīng)釜，尿素會(huì)與鹽酸反應(yīng)生成氯化銨。當(dāng)然，副反應(yīng)雖然不可避免，但可以通過(guò)控制反應(yīng)條件，降低副反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，使其處在可控范圍內(nèi)。 （4）反應(yīng)工藝指標(biāo)：氨基脲的選擇性為66.3%，水合肼轉(zhuǎn)化率94.1% ，所以收率為62.3% 。3.1.2 鹽酸氨基脲物料衡算 按年產(chǎn)400t鹽酸氨基脲計(jì)，每年300個(gè)工作日，每天16h間歇生產(chǎn)，則每天生產(chǎn)1333kg計(jì)作1333kg/d，據(jù)此算出所需原料量。 (1）縮合反應(yīng)：(2）成鹽反應(yīng)：鹽酸鹽酸氨基脲氨基脲 鹽酸氨基脲產(chǎn)品：400000kg（300d16h）=83.33kg/h 純鹽酸氨基脲：83.3399%=82.5kg/h 氨基脲： 82.575g/mol111.5g/mol=55.49kg/h 純?cè)狭浚杭兯想拢?5.4950 g/mol75 g/mol =36.99kg/h 尿素：55.4960 g/mol75 g/mol =44.39kg/h 鹽酸：55.4936.5 g/mol75 g/mol =21.01kg/h年原料供應(yīng)量 中間產(chǎn)物氨基脲：400t99%75 g/mol111.5 g/mol=266.37t 水合肼: 400t99%50 g/mol111.5 g/mol =177.58t 177.5880%=221.98t 尿素：400t99%60 g/mol111.5 g/mol =213.09t 213.09（0.6670.98）=326t 鹽酸：400t99%36.5 g/mol111.5 g/mol =129.63t 129.6331%=418.16t 伴隨兩個(gè)副反應(yīng)： 副反應(yīng)一:大約有52.09t尿素發(fā)生縮合反應(yīng) 260g/mol 103g/mol 52.09t 年產(chǎn)縮二脲量：52.09t103(602)=44.71t 氨氣產(chǎn)生量：52.09t17（260）=7.38t 副反應(yīng)二：大約有35.84t尿素與鹽酸反應(yīng)60g/mol 53.52=107 g/mol35.84t 年產(chǎn)氯化銨量：35.84t10760=63.91t表3-5 原料產(chǎn)物明細(xì)項(xiàng)目原料供應(yīng)量t/a規(guī)格純供應(yīng)t/a理論需求t/a水合肼221.9880%188.81177.58尿素32698%319.48213.09鹽酸418.1631%132.73129.63產(chǎn)物縮二脲氨基脲266.37鹽酸氨基脲99%400選擇性66.6%轉(zhuǎn)化率94.1%3.1.3 物料平衡3.1.3.1 n元素平衡（1）原料中含氮量 水合肼中含氮量: 221.98t80%(2850)=99.45t 尿素中含氮量: 32698%(2860)=149.09t（2）產(chǎn)品中及損失的氮元素總量： 鹽酸氨基脲中含氮量： 400t99%(42 111.5)=149.17t 氨氣尾氣中含氮量： 71.08t（1417）=61.87t 濾渣（縮二脲）中含氮量：44.71t（42103）=18.23t 廢鹽酸母液（氯化銨）含氮量：63.91t（1453.5）=16.72t 酒精蒸餾殘液及真空泵廢水含氮量：1.88t物料流程簡(jiǎn)圖：如圖3-2n元素平衡圖產(chǎn)品鹽酸氨基脲500t中含n149.17氨氣尾氣含n62.54濾渣(縮二脲)含n18.23原材料水合肼含n99.45廢鹽酸母液中含n16.72原材料尿素n149.09酒精蒸餾殘液中含n1.7825真空泵廢水中含n0.0975合計(jì)：248.54合計(jì)：248.54圖3-2 n元素平衡圖 單位：t/a 從上圖可清晰看出氮元素物流走向，氮元素含量并不會(huì)經(jīng)過(guò)反應(yīng)釜后減少，氮元素只不過(guò)改變了存在的形式而已，總量并沒(méi)有遞減或失去平衡。氮元素存在于生產(chǎn)全過(guò)程，廢酸母液、酒精蒸餾殘夜、真空泵廢水中均含有氮元素且含量不低，目標(biāo)產(chǎn)品中氮元素含量只占到總量的60.01%，這充分表明該過(guò)程原子利用率不高，甚至可以說(shuō)很低將近一半的氮元素流失，若該生產(chǎn)過(guò)程只生產(chǎn)一種目標(biāo)產(chǎn)物即鹽酸氨基脲不是不行，以目前其市場(chǎng)行情不用擔(dān)心無(wú)利可圖，但這不符合綠色化學(xué)理念，沒(méi)有充分利用原材料。本方案將針對(duì)這一問(wèn)題提出解決方案以提高氮元素的綜合利用率。3.1.3.2 車間總物料平衡（1）物料平衡對(duì)生產(chǎn)車間進(jìn)行物料總平衡分析，涵蓋各生產(chǎn)工段，可得下表：表3-6 鹽酸氨基脲車間總物料平衡表 單位：t/a操作單元輸入輸出進(jìn)入下一步排放循環(huán)名稱輸入量名稱輸出量名稱輸出量名稱輸出量縮合過(guò)濾水合肼221.98脲液438氨氣71.08尿素326濾渣44.53水8成鹽結(jié)晶、離心脲液438粗品423.46廢母液431.95鹽酸母液214.68鹽酸418.16精制（打漿）粗品423.46濕料173.52無(wú)組織排放乙醇(一)1.644酒精回收411.48食用酒精429.37殘液7.75干燥濕料433.79產(chǎn)品400廢水帶走32.43無(wú)組織排放乙醇（二）1.25產(chǎn)品400水合肼（2) 工藝流程示意簡(jiǎn)圖真空高位槽氨氣71.80冷凝器縮合反應(yīng)釜8水+221.98水合肼二級(jí)氨吸收裝置真空泵尿素326鹽酸418.16過(guò)濾器真空 濾渣(縮二脲)44.53高位槽脲液438食用酒精17.89成鹽反應(yīng)釜酒精循環(huán)429.37母液套用214.68離心機(jī)粗品423.46地槽廢母液431.95打漿酒精回收411.48乙醇無(wú)組織排放1.644離心機(jī)產(chǎn)品400干燥機(jī)濕料433.79乙醇無(wú)組織排放1.25酒精回收剩余殘液7.75雙錐干燥機(jī)廢水帶走32.43圖3-3 鹽酸氨基脲工藝物料平衡圖 單位：t/a 該圖清晰顯示了整個(gè)流程的物流走向，是流程框圖的具體化，涵蓋生產(chǎn)過(guò)程的涉及物流的方方面面，對(duì)照此圖我們可以讀出大量的實(shí)用數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)粗略的反映了動(dòng)態(tài)生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量平衡。3.1.3.3 鹽酸氨基脲產(chǎn)品線物料收支表(1）根據(jù)以上物料平衡進(jìn)行綜合匯總分析可得下表：表3-7 物料收支表項(xiàng)目物料名稱規(guī)格質(zhì)量流量kg/d年需求量t/a原料水合肼80%740221.98尿素98%1087326鹽酸31%1394418.16中間產(chǎn)物氨基脲-887.9266.37產(chǎn)品鹽酸氨基脲99%1333400(2）損失說(shuō)明：考慮理論計(jì)算與實(shí)際生產(chǎn)的差距以上數(shù)據(jù)僅供參考,但該數(shù)據(jù)可近似反映實(shí)際生產(chǎn)情況可以采信。數(shù)表表明原材料到產(chǎn)品的收支平衡，元素遵守質(zhì)量守恒定律。3.2 能量衡算基本數(shù)據(jù)碳的比熱容c：；氫的比熱容h：；氧的比熱容o： 氮的比熱容n：3.2.1縮合反應(yīng)過(guò)程的熱量衡算縮合反應(yīng)工段包括：5個(gè)縮合反應(yīng)釜、2臺(tái)壓力過(guò)濾機(jī)、1個(gè)尿素速熔器對(duì)1個(gè)縮合反應(yīng)釜進(jìn)行熱量衡算，物料進(jìn)出情況如圖3-4：縮合反應(yīng)釜140尿素24純水24水合肼102蒸汽50水90混合物圖3-4縮合反應(yīng)釜能量衡算（1個(gè)周期）鹽酸氨基脲生產(chǎn)為間歇式，反應(yīng)過(guò)程不考慮消耗于提高設(shè)備本身溫度的熱量()，整個(gè)過(guò)程中能量情況參照表3-16（見(jiàn)后面）。 3.2.1.1物料帶入到設(shè)備的熱量由公式：計(jì)算比熱容得到： 同理計(jì)算出水的比熱容 。有前面物料平衡計(jì)算可知 ， 反應(yīng)前的溫度為，反應(yīng)后的溫度為。具體各物質(zhì)能量參照：表3-8物料帶入到縮合反應(yīng)釜中熱量表3-8 物料帶入到縮合反應(yīng)釜中熱量24純水24水合肼140尿素進(jìn)入物料的質(zhì)量 kg26.4756.941098.64平均比熱容 （j/mol）3.3944.1372.817物料帶入熱量 kj2150.4475155.0674276.85物料帶入熱量 kj151486.07物料進(jìn)入反應(yīng)釜時(shí)由于物料本身自帶熱量，上表反應(yīng)出進(jìn)入物料基本熱力學(xué)參數(shù)。3.2.1.2物料離開(kāi)設(shè)備所帶走的熱量與物料帶入能量計(jì)算方法一樣可得：。具體各物質(zhì)能量參照：表3-9物料離開(kāi)縮合反應(yīng)釜所帶走的熱量（） 表 3-9 物料離開(kāi)縮合反應(yīng)釜所帶走的熱量（）水氨氣氨基脲尿素輸出溫度 80808080輸出質(zhì)量 kg243.36233.34273.78375.44平均比熱容（j/mol）3.3944.9472.5562.817物料帶走熱量 kj66077.1192346.6355982.5384609.16物料帶走熱量 kj299015.44 物料進(jìn)入反應(yīng)釜后維持溫度在102，物料被加熱，反應(yīng)完成后外界加入的熱量會(huì)被帶出如上表所示。3.2.1.3化學(xué)反應(yīng)熱參與聚合反應(yīng)的反應(yīng)物的質(zhì)量為：反應(yīng)物質(zhì)量：水合肼：756.94kg , 尿素：1098.64 kg生成物質(zhì)量：氨氣：233.34kg ,水：243.36kg,氨基脲：273.78 kg反應(yīng)中放熱：尿素：36136 kj ， 水合肼:29254.4 kj; 反應(yīng)中吸熱：氨氣：8190.4 kj， 水：29085.6kj ，氨基脲：44211.2 kj總放出熱量：16092.8 kj具體各物質(zhì)能量參照：表3-10化學(xué)反應(yīng)熱表3-10 化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)參數(shù)（）物質(zhì)質(zhì)量（kg）反應(yīng)熱(kj/mol）能量（kj）尿素1098.64 505.3336316水合肼756.94194.1729254.4氨氣233.3453.768190.4水243.36193.4629085.6氨基脲273.78285.1644211.2放出能量16092.8kj 尿素與水合肼在102的條件下發(fā)生縮合反應(yīng)，該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，由外界供熱，上表給出了參入反應(yīng)的各個(gè)物質(zhì)的熱力學(xué)參數(shù)。 3.2.1.4設(shè)備向環(huán)境散失的熱量 可按下式計(jì)算： 式中表示散熱面積，； 表示散熱系數(shù)，； 表示設(shè)備表溫，； 表示環(huán)境溫度，； 表示反應(yīng)時(shí)間，h。；3.2.1.5加熱劑傳給設(shè)備的熱量 高溫蒸汽流量：50，進(jìn)入溫度，出去溫度： 高溫蒸汽比熱容：有公式： kj具體各物質(zhì)能量參照：表3-11蒸汽傳遞的熱量表3-11蒸汽傳遞的熱量（）進(jìn)入溫度 離開(kāi)溫度 流量 時(shí)間 h熱量 kj高溫蒸汽10250503518909 因尿素與水合肼是吸熱反應(yīng)，且在溫度維持在102時(shí)達(dá)到最優(yōu)反應(yīng)收率。熱量由外界供入，傳熱介質(zhì)是蒸汽，上表反應(yīng)了蒸汽進(jìn)出反應(yīng)釜是溫度和流量。壓力過(guò)濾機(jī)90混合物濾渣8080濾液壓力過(guò)濾機(jī)能量流程簡(jiǎn)圖圖3-5壓力過(guò)濾機(jī)能量流程簡(jiǎn)圖 經(jīng)縮合反應(yīng)后，過(guò)量的尿素未反應(yīng)完，通過(guò)壓力機(jī)過(guò)濾，出去溶液中的固體，將濾液送入下一個(gè)工段。壓力過(guò)濾機(jī)中能量情況如表3-12表3-12 加壓過(guò)濾熱散失傳熱系數(shù)時(shí)間能量（kj）2851h109440濾渣(80)質(zhì)量68642.06168kg濾液(80)質(zhì)量206300.96246.77kg 自反應(yīng)釜出來(lái)的脲液含有副產(chǎn)品縮二脲，若不將其除去會(huì)影響后續(xù)產(chǎn)品的質(zhì)量，縮二脲以固體形式存在通過(guò)加壓過(guò)濾加快其過(guò)濾速率，上表反應(yīng)了上述過(guò)程。3.2.1.6反應(yīng)釜工段能量衡算一覽表表3-13 反應(yīng)釜工段能量衡算一覽表工藝指標(biāo)數(shù)值工藝指標(biāo)數(shù)值物料帶入熱量151224.52環(huán)境散失熱加熱劑傳給熱量518909初始溫度反應(yīng)熱效應(yīng)16092.8反應(yīng)后溫度物料帶走熱量419948.54進(jìn)水溫度 反應(yīng)釜中進(jìn)出物料溫度帶入的熱量，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的吸收的熱量，外界補(bǔ)充的熱量三股熱流達(dá)到平衡，經(jīng)計(jì)算得出上表。3.2.2 成鹽反應(yīng)過(guò)程的熱量衡算3.2.2.1 成鹽反應(yīng)釜能量流程簡(jiǎn)圖成鹽反應(yīng)工段包括：5個(gè)成鹽反應(yīng)釜,對(duì)1個(gè)成鹽反應(yīng)釜進(jìn)行熱量衡算，物料進(jìn)出情況如圖6縮合反應(yīng)釜25鹽酸溶液80濾液25冷卻水40冷卻水10鹽酸氨基脲溶液8冷卻水15冷卻水圖3-6成鹽反應(yīng)工段能量流程簡(jiǎn)圖成鹽反應(yīng)過(guò)程需要用冷卻水及冷凍水降溫故此過(guò)程不考慮設(shè)備損失的熱量3.2.2.2 物料帶入到設(shè)備的熱量由公式： 反應(yīng)前的溫度：濾液，鹽酸反應(yīng)后的溫度：由公式：計(jì)算比熱容得到：濾液平均比熱容： 40%鹽酸： 水的比熱容： 具體各物質(zhì)能量參照：表3-14物料帶入到成鹽反應(yīng)釜中熱量（） 表3-14 物料帶入到成鹽反應(yīng)釜的熱量（）濾液鹽酸溶液進(jìn)入溫度 8019.2進(jìn)入物料的質(zhì)量 kg246.77753.34平均比熱容 （j/mol）3.8262.361物料帶入熱量 kj75530.75426870.32物料帶入熱量 kj118217.78 物料從過(guò)濾裝置以一定溫度進(jìn)入成鹽反應(yīng)釜會(huì)帶入熱量，基本參數(shù)經(jīng)計(jì)算列表如上。3.2.2.3 物料離開(kāi)設(shè)備所帶走的熱量與物料帶入能量計(jì)算方法一樣可得：kj 表3-15 離開(kāi)成鹽反應(yīng)釜所帶走的熱量（）鹽酸氨基脲與鹽酸溶液輸出溫度 10輸出質(zhì)量 kg1000.104平均比熱容（j/kj）3.526物料帶走熱量 kj36203.773.2.2.4 加熱劑傳給設(shè)備的熱量值為正表示需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行加熱，負(fù)值為冷卻。即 需要冷卻。利用夾套通冷凝水冷卻。冷卻水常溫進(jìn)水，出水溫度；水的比熱容 ；所需冷卻水的量 ；即每天需要的冷卻水量為。具體各物質(zhì)能量參照：表16冷卻水冷凍水的熱量表3-16 冷卻水冷凍水的熱量（）進(jìn)入溫度 離開(kāi)溫度 流量 時(shí)間h熱量 kj冷卻水2440501.5945000冷凍水815501.515120003.2.2.5 反應(yīng)釜工段能量衡算一覽表表3-17 反應(yīng)釜工段能量衡算一覽表工藝指標(biāo)數(shù)值工藝指標(biāo)數(shù)值物料帶入熱量118217.78初始溫度加熱劑傳給熱量-2457000進(jìn)水溫度（冷卻水）物料帶走熱量36203.77進(jìn)水溫度（冷凍水）3.2.3 精制反應(yīng)過(guò)程的熱量衡算24粗產(chǎn)品80乙醇溶液縮合反應(yīng)釜30鹽酸氨基脲溶液圖 3-7精制反應(yīng)過(guò)程中能量流程簡(jiǎn)圖3.2.3.1 物料帶入到設(shè)備的熱量由公式：計(jì)算比熱容得到：乙醇 鹽酸氨基脲 乙醇質(zhì)量 鹽酸氨基脲質(zhì)量由得 表3-18 物料帶入到精制反應(yīng)釜的熱量（）80乙醇溶液24粗產(chǎn)品進(jìn)入物料的質(zhì)量 kg246.77753.34平均比熱容 （j/kg）2.4122.233物料帶入熱量 kj47617.7440372.4物料帶入熱量 kj87989.143.2.3.2 物料離開(kāi)設(shè)備所帶走的熱量與物料帶入能量計(jì)算方法一樣可得：表3-19 物料離開(kāi)精制反應(yīng)釜所帶走的熱量（）鹽酸氨基脲與乙醇的混合溶液輸出溫度 30輸出質(zhì)量 kg602.61平均比熱容（j/mol）3.126物料帶走熱量 kj74817.63.2.3.3 設(shè)備向環(huán)境散失的熱量 可按下式計(jì)算： 式中表示散熱面積，； 表示散熱系數(shù)，； 表示設(shè)備表溫，； 表示環(huán)境溫度，； 表示反應(yīng)時(shí)間，h。；3.2.3.4 反應(yīng)釜工段能量衡算一覽表反應(yīng)工段全過(guò)程物料進(jìn)出反應(yīng)物料能量平衡表 3-20 反應(yīng)釜工段能量衡算一覽表工藝指標(biāo)數(shù)值物料帶入熱量87989.14環(huán)境散失熱量物料帶走熱量74817.6 3.2.3 能量衡算過(guò)程及衡算結(jié)果 3.2.3.1縮合反應(yīng)熱量：表3-21 縮合反應(yīng)釜熱負(fù)荷計(jì)算物質(zhì)質(zhì)量（t）平均熱容（j/mol. ）能量（kj）輸入25純水25.3133.6311822813.425尿素328107.5414768826.725水合肼236165.7218726360105蒸汽84.432685.1kj/kg22670836.2輸出102純水90.433.6317227528102尿素112.64107.5420592619.5102氨基脲271.2143.9053074924.8102氨氣61.4787.53227280050水84.432537.6 kj/kg21425643.2物質(zhì)質(zhì)量（t）反應(yīng)熱（kj/mol）能量（kj）尿素216.96631.662284082560水合肼180.8242.71877639360氨氣61.4767.20242995200水65.09241.8387497280總放出熱：2044269440kj 對(duì)縮合反應(yīng)進(jìn)行能量衡算，原料進(jìn)出反應(yīng)釜焓變及物性如下表：脲液從反應(yīng)釜出來(lái)進(jìn)入后處理階段，首先進(jìn)行冷卻結(jié)晶，然后進(jìn)行減壓過(guò)濾,期間涉及熱負(fù)荷變化。如表21所示：縮合反應(yīng)釜熱負(fù)荷計(jì)算，及表22所示：結(jié)晶崗位熱負(fù)荷計(jì)算。 表3-22 結(jié)晶崗位熱負(fù)荷計(jì)算熱散失(25)傳熱系數(shù)時(shí)間能量（kj）2851h41040000濾渣(102)質(zhì)量20592619.52112.64 t濾液(80)質(zhì)量61890289.04406.773.2.3.2成鹽反應(yīng)氨基脲在成鹽反應(yīng)釜中與鹽酸反應(yīng)放出熱量生成鹽酸氨基脲晶體。如表23所示：表3-23 成鹽反應(yīng)熱負(fù)荷冷卻水物質(zhì)(36000kg)比熱容j/kg能量輸入25冷卻水4.23780000輸出40冷卻水4.26048000輸入物質(zhì)質(zhì)量（t）平均比熱容j/mol.能量kj溶液水135.5733.63636155.36氨基脲271.2143.9013008560鹽酸642.162.55kj/kg.k487977384輸出鹽酸氨基脲402.02179.4161707781.2未反應(yīng)的鹽酸溶液648.343.23 kj/kg.k624057033.8第四章 設(shè)備設(shè)計(jì)及選型4.1 主要設(shè)備簡(jiǎn)介及選型過(guò)程4.1.1 fb型耐腐蝕泵fb型耐腐蝕泵適用于不含有固體顆粒介質(zhì),介質(zhì)溫度為0120,進(jìn)口壓力不大于2kg/cm2。afb型不銹鋼耐腐蝕離心泵是在f型耐腐蝕泵的基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)的,均采用新型的付葉輪動(dòng)力軸封裝置,屬單級(jí)單吸懸臂式耐腐蝕離心泵。該泵與輸送介質(zhì)接觸的過(guò)流部份零件,均采用1cr18ni9ti材料制造。用于輸送不含固體顆粒,有腐蝕性液體,被輸送介質(zhì)溫度為-20130,泵進(jìn)口壓力不大于2kg/cm2。主要用途：該泵廣泛應(yīng)用于化工、石油、冶金、輕工、合成纖維、環(huán)保、食品、醫(yī)藥等部門。該類產(chǎn)品具有性能穩(wěn)定可靠、密封性能好,造型美觀,使用檢修方便等優(yōu)點(diǎn)。為提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少跑、冒、滴、漏,防止污染,發(fā)揮很大的作用。表4-1 fb型耐腐蝕泵選型一覽表型號(hào)轉(zhuǎn)速(r/min)流量(m/h)流量（l/s）揚(yáng)程（m）效率（%）軸功率（kw）電機(jī)功率（kw）汽蝕余量（m）重量（kg）25fb-1629003.60116330.480.7545125fb-2529003.6125300.821.545825fb-4029003.6140231.712.246840fb-1629007.2216440.711.545540fb-2029007.2220420.931.5458.540fb-2529007.2225391.262.247040fb-4029007.2240322.45348740fb-6329007.226322.85.427.5415750fb-16290014.4416561.092.23.57150fb-25290014.4425521.8343.59050fb-40290014.4440463.325.53.511850fb-63290014.4463396.16113.521865fb-25290028.8825623.165.53.511965fb-30290028.883060.53.897.53.512365fb-40290028.884057.55.467.53.513065fb-64290028.886452.59.57153.523180fb-152900541515696.25.5312580fb-242900541524685.197.5313280fb-38290054153866.58.4115320580fb-60290054156062.814.06223311100fb-232900100.82823738.65153213100fb-23a290091.825.519736.51113205100fb-372900100.828377313.92223276100fb-37a290091.825.53170.511153214100fb-572900100