畢業(yè)論文年產(chǎn)30萬(wàn)噸液堿工藝初步設(shè)計(jì)—鹽水工段工藝及前反應(yīng)桶設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 課題名稱年產(chǎn)30萬(wàn)噸液堿工藝初步設(shè)計(jì) 鹽水工段工藝及前反應(yīng)桶設(shè)計(jì) 學(xué)生姓 名 學(xué)號(hào) 系、年級(jí)專業(yè)生物與化學(xué)工程系10級(jí)化學(xué)工程與工藝 指導(dǎo)教師 職稱副教授、講師2014年 5 月 21 日摘要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題為年產(chǎn)30萬(wàn)噸液堿工藝初步設(shè)計(jì)鹽水工段工藝及前反應(yīng)桶設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)工藝部分，主要完成了對(duì)鹽水精制工藝方法進(jìn)行比較和選擇，并設(shè)計(jì)出適宜的工藝生產(chǎn)方法及流程。采用A2圖紙繪制帶控制點(diǎn)工藝流程圖。列出鹽水工段工藝控制指標(biāo)作為衡算的基準(zhǔn)，對(duì)鹽水工段工藝?yán)L制衡算示意圖，進(jìn)行物料衡算和熱量衡算，最終列出衡算表。本次設(shè)計(jì)對(duì)關(guān)鍵設(shè)備前反應(yīng)桶進(jìn)行詳細(xì)的工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)；列出鹽水工段主要設(shè)備表

2、，采用A2圖紙繪制前反應(yīng)桶設(shè)備裝配圖。編制設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵設(shè)備前反應(yīng)桶因其無(wú)需夾套人孔等裝置，故采用非標(biāo)反應(yīng)釜，長(zhǎng)徑比取為2。本設(shè)計(jì)在槽壁上設(shè)置了四塊指型擋板，以避免出現(xiàn)鹽水打旋現(xiàn)象。前反應(yīng)桶的封頭采用45度折邊錐形，本設(shè)計(jì)已列出了封頭的詳細(xì)的計(jì)算參數(shù)。本設(shè)計(jì)中前反應(yīng)桶的攪拌機(jī)選擇單層二折葉槳式攪拌機(jī)：折葉角度為45度，相較于平直式攪拌機(jī)來(lái)說(shuō)功耗更少操作費(fèi)用更低。關(guān)鍵詞：液堿；鹽水精制；物料衡算；熱量衡算；前反應(yīng)桶The Design of Annual Production Capacity of30,0000 Tons of liquid caustic sodathe De

3、sign of saline process and the before reaction barrelsSummaryThe graduation design topic for the design of annual production capacity of 300000 tons of liquid caustic soda the design of saline process and the before reaction barrels. The design of the main completed the review and selection of the p

4、roduction method of industrial design process for the production of liquid caustic soda, appropriate methods and processes, using drawings A2drawings drawing the process flow chart with control points. The absorption section for material balance and heat balance, balance sheet lists, list control in

5、dex of saline process. The key equipment of the before reaction barrels for process and equipment of the before reaction barrels for process and equipment design detailed list of main equipment table saline. This design has used A2 drawing the before reaction barrels equipment assembly drawings and

6、Formulatedthe design specification.The design of key equipment-the before reaction barrel, because its has not jacket and manhole and so on, is non-standard reaction kettle,which is adopted to that the height todiameter is 2.This design has set up four vertical baffle on tank walls, whichcould avoid

7、 salt water to swirl. The before reaction barrels glanduses 45 degrees of ruffled taper, and this design has been listed a detailed calculation parameters for the gland. the before reaction barrel chooses a single twin hinged paddledagitator in my design : leaf Angle of 45 degrees, compared to strai

8、ght paddledagitator, which has less operation and the cost is lowerunder the same displacement power consumption.Key words: liquid caustic soda; brine purification; material balance; heat balance; the before reaction barrels目 錄中文摘要英文摘要1 前 言12 概述22.1 概述22.2 國(guó)內(nèi)外氯堿工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀22.3 液堿的用途32.4液堿的腐蝕性、安全和貯運(yùn)32.5鹽

9、水工段精制方案確定及鹽水精制工藝簡(jiǎn)介32.6 液堿工藝鹽水精制工段的主要原理，鹽水精制工藝關(guān)鍵點(diǎn)52.7 本設(shè)計(jì)準(zhǔn)備采取的措施62.8 鹽水工藝參數(shù)73 工藝計(jì)算83.1 物料衡算83.2 熱量衡算223.3 前反應(yīng)桶幾何數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)243.4前反應(yīng)桶中攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)293.5 攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)匯總334 反應(yīng)釜附屬部件的設(shè)計(jì)334.1 接管及其法蘭選擇335 總 結(jié)356 參考文獻(xiàn)367致謝37附：工程圖紙1 前 言本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是結(jié)合了實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程來(lái)進(jìn)行。本次設(shè)計(jì)內(nèi)容為年產(chǎn)30萬(wàn)噸液堿工藝初步設(shè)計(jì)鹽水工段工藝及前反應(yīng)桶設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)說(shuō)明書總共分為五個(gè)部分。第一部分為概述，主要闡述了燒堿的物

10、理化學(xué)性質(zhì)，用途和生產(chǎn)發(fā)展?fàn)顩r，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外合成液堿工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，選擇了較為優(yōu)化的工藝流程方案；第二部分是鹽水工段工藝設(shè)計(jì)計(jì)算部分，對(duì)鹽水精制工段進(jìn)行了物料衡算和熱量衡算，列出了相應(yīng)的符合規(guī)范的物料衡算表和熱量衡算表；第三部分主要為設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算和選型，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備前反應(yīng)桶進(jìn)行設(shè)備設(shè)計(jì)，作出了相應(yīng)的工藝設(shè)計(jì)計(jì)算及附件的選型計(jì)算，材料選擇等；第四部分為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的總結(jié)，致謝，參考文獻(xiàn)等；第五部分是設(shè)計(jì)附件，包括鹽水工段工藝流程圖及前反應(yīng)桶的設(shè)備裝配圖。2 概述2.1 概述我國(guó)液堿生產(chǎn)所用原鹽主要有粉鹽、海鹽、湖鹽、井鹽和液體（鹵水）等。但這些沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理的原鹽除了NaCl含有外，還含有鈣、

11、鎂離子、硫酸根離子、有機(jī)生物體、不溶性物質(zhì)等。一旦鹽水中含有的這些有害雜質(zhì)含量超過(guò)控制指標(biāo)，將會(huì)多種危害：一、陽(yáng)離子電解過(guò)程中與氫氧根離子產(chǎn)生沉淀會(huì)堵塞電解槽的離子膜，導(dǎo)致槽電壓升高、電流效率下降、膜壽命縮短，甚至還會(huì)造成停車。二、硫酸根離子的存在能導(dǎo)致水失去電子產(chǎn)生氧氣，會(huì)降低氯氣的品質(zhì)，甚至可能產(chǎn)生安全隱患。因此食鹽溶液的電解，首先需要制備符合電解要求的氯化鈉溶液，即精制鹽水，對(duì)應(yīng)的工藝就是鹽水精制工藝。本次設(shè)計(jì)主要是對(duì)一次鹽水精制主要設(shè)備前反應(yīng)桶的工藝計(jì)算和設(shè)備選型。反應(yīng)桶內(nèi)，精制劑次氯酸鈉將藻類等有機(jī)物消解為小分子有機(jī)物，原鹽中的不溶性雜質(zhì)充分沉淀，經(jīng)過(guò)45度折邊錐形封頭良好匯集能力，

12、定期排出。加入了相應(yīng)的精致劑鹽水從前反應(yīng)桶上部流入，由底部流出，并進(jìn)行攪拌混合，在反應(yīng)桶內(nèi)完成充分的精制反應(yīng)。在鹽水精制工藝的前反應(yīng)桶中攪拌轉(zhuǎn)速一般選取30 r/min，由于釜體寬大需要較大的槳葉進(jìn)行攪拌，以及轉(zhuǎn)速較小，故攪拌器一般選擇為槳式，而折葉式較平直式槳葉攪拌效率更高，故綜合考慮應(yīng)當(dāng)選擇二折葉槳式攪拌器。由流入反應(yīng)桶的鹽水的流量較大和在反應(yīng)桶內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)，故而該反應(yīng)器體型較大，所需攪拌機(jī)的功率和攪拌軸長(zhǎng)度都會(huì)比較大。正因如此，設(shè)計(jì)攪拌機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮攪拌軸的強(qiáng)度是否達(dá)到要求；其次要在槽壁上設(shè)置擋板，以避免出現(xiàn)鹽水打旋現(xiàn)象，本設(shè)計(jì)中采用了指型擋板，相對(duì)于垂直擋板來(lái)說(shuō)，指型擋板更節(jié)約能

13、量，還可以使前反應(yīng)桶內(nèi)流體上下混合，達(dá)到更好的反應(yīng)效果。2.2 國(guó)內(nèi)外氯堿工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀我國(guó)氯堿工業(yè)起步較晚，始建于1920年。全國(guó)解放以前, 氯堿工業(yè)的發(fā)展仍然十分滯緩。解放二十年以來(lái)，氯堿產(chǎn)量?jī)H1.5萬(wàn)噸/年。改革開放以后，氯堿工業(yè)突飛猛進(jìn)，達(dá)到了2123萬(wàn)噸，居于世界第五，僅次于美、德、日、俄。特別是，十一五期間，燒堿和聚氯乙烯產(chǎn)能躍居世界第一，成為真正的氯堿大國(guó)，時(shí)至今日，氯堿工業(yè)已經(jīng)成為化工行業(yè)原料的供應(yīng)站，應(yīng)用于輕工業(yè)、紡織業(yè)、造紙業(yè)、石油工業(yè)等等。但隨之而來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題也日益嚴(yán)重，現(xiàn)在許多氯堿生產(chǎn)集團(tuán)公司面臨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的陣痛，特別是國(guó)營(yíng)企業(yè)龐大的員工負(fù)擔(dān)等等，情勢(shì)已不容樂(lè)觀

14、，但轉(zhuǎn)折也意味著轉(zhuǎn)機(jī)，希望這些企業(yè)迎難而上，完成經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的蛻變，躋身世界強(qiáng)大企業(yè)之林，屆時(shí)我們國(guó)家一定會(huì)成為真正的氯堿強(qiáng)國(guó)。對(duì)歐美國(guó)家氯堿產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的概括：以技術(shù)改造為手段，向節(jié)約生產(chǎn)能耗發(fā)展 以兼并聯(lián)合為方式，向擴(kuò)大企業(yè)規(guī)模發(fā)展以氯堿為生產(chǎn)原料，發(fā)展精細(xì)化工戰(zhàn)略 2.3 液堿的用途液堿是極為重要的化工原料，用途廣泛。氯堿工業(yè)生產(chǎn)出的氫氧化鈉，氫氣和氯氣都是非常重要的化工原料。這些原料可以應(yīng)用于化工生產(chǎn)的方方面面，氫氧化鈉可以用于制作肥皂，石油工業(yè)、造紙工業(yè)、堿性催化劑；氫氣和氯氣可以用于PVC的生產(chǎn)工藝，冶金工業(yè)等等。2.4液堿的腐蝕性、安全和貯運(yùn)液堿的腐蝕性極強(qiáng)，屬一級(jí)無(wú)機(jī)堿性腐蝕物品，

15、危規(guī)編號(hào)：82001。通常液堿用槽車或貯槽裝運(yùn)，工業(yè)固堿用鐵桶或其他密閉容器包裝。燒堿包裝上必須有：“腐蝕性物品”標(biāo)志。燒堿的存放，必須置于通風(fēng)、干燥處。燒堿發(fā)生失火時(shí)可用水、黃砂及滅火器及時(shí)撲救。在氯堿廠工作一定要注意安全防護(hù)，必要時(shí)穿上橡膠耐酸服防護(hù)服，戴橡膠耐酸堿手套，配上防護(hù)罩，當(dāng)皮膚不慎被燒堿觸及時(shí)應(yīng)當(dāng)立即用清水沖洗，若濺入眼內(nèi)時(shí)務(wù)必立刻用生理鹽水或者大量清水沖洗15分鐘以上，并及時(shí)送往醫(yī)院檢查治療。工作現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)嚴(yán)格遵守規(guī)定，嚴(yán)禁吸煙、飲食；在食堂吃飯前要徹底清潔雙手，面部等。2.5鹽水工段精制方案確定及鹽水精制工藝簡(jiǎn)介2.5.1 鹽水工段精制方案的確定 目前國(guó)內(nèi)外一次鹽水精制工藝主要

16、有四類： （1）傳統(tǒng)過(guò)濾技術(shù)該技術(shù)是以道爾桶和砂濾作為預(yù)處理，采用過(guò)濾器技術(shù)除去固體顆粒，該技術(shù)作為第一次引進(jìn)的鹽水精制技術(shù)，存在很多漏洞，有待進(jìn)一步改進(jìn)。 （2）有機(jī)聚合物膜技術(shù) 該技術(shù)通常稱作凱膜或戈?duì)柲}水過(guò)濾技術(shù)，該技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)是著重針對(duì)我國(guó)原鹽富含鎂離子及有機(jī)生物體的特點(diǎn)，并考慮到過(guò)濾的膜材料自身不耐高鎂離子及有機(jī)物的材料缺陷，開發(fā)出了二步法預(yù)處理工藝，即在兩個(gè)反應(yīng)器中分別除去鎂離子和有機(jī)物，具體為在預(yù)處理器將原鹽中的鎂離子除去，在膜過(guò)濾器中將原鹽中的有機(jī)物除去。相對(duì)于傳統(tǒng)過(guò)濾技術(shù)，該技術(shù)促進(jìn)了鹽水質(zhì)量的質(zhì)的飛躍。經(jīng)不斷的工藝改進(jìn)之后，凱膜鹽水過(guò)濾技術(shù)已相當(dāng)成熟完善，大多數(shù)企業(yè)因而

17、都選擇這種工藝技術(shù)?？梢院敛粦岩傻恼f(shuō)，凱膜鹽水過(guò)濾技術(shù)推動(dòng)了中國(guó)氯堿工業(yè)的進(jìn)步。凱膜技術(shù)的未來(lái)也一定是充滿光明的。 （3）CN 過(guò)濾技術(shù)CN 過(guò)濾采用的動(dòng)態(tài)吸附和深層床過(guò)濾相結(jié)合的原理，采用懸浮離子吸附作用達(dá)到固液分離的目的。但是CN過(guò)濾技術(shù)還沒(méi)有成熟地應(yīng)用于鹽水精制工藝，仍需進(jìn)行完善。 （4）陶瓷膜過(guò)濾技術(shù)陶瓷膜是經(jīng)特殊工藝制成的非對(duì)稱膜，此技術(shù)中為避免陶瓷膜由于通道孔徑太小導(dǎo)致的通道堵塞，在進(jìn)行過(guò)濾之前一定要解決鹽水粗過(guò)濾的問(wèn)題。該技術(shù)還需不斷積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)應(yīng)對(duì)國(guó)內(nèi)復(fù)雜的工況條件。綜上所述，本次設(shè)計(jì)將采用凱膜過(guò)濾技術(shù)進(jìn)行一次鹽水的精制。2.5.2 一次鹽水精制工藝簡(jiǎn)介皮帶傳送 原鹽化鹽桶前

18、折流槽預(yù)處理器氣液混合器及加壓容器罐前反應(yīng)桶后折流槽膜過(guò)濾器后反應(yīng)桶一次鹽水大罐A.粗鹽由皮帶傳送送入化鹽桶。初步除去雜草生活垃圾等等。初步溶解過(guò)濾后與配水一起送入前折流槽，配水中加入氫氧化鈉，碳酸氫鈉及氯化鋇。B.前折流槽中檢測(cè)PH值，適時(shí)調(diào)節(jié)配水.C.在前折流槽中加入次氯酸鈉及氫氧化鈉，前反應(yīng)桶中次氯酸鈉利用氧化性將原鹽水的有機(jī)物消解，以及發(fā)生反應(yīng)氫氧化鈉與鎂離子生成氫氧化鎂絮狀沉淀。鹽水經(jīng)過(guò)泵送至加壓溶氣罐，經(jīng)溶氣后在文丘里混合器中與充分混合，一同進(jìn)入預(yù)處理器。 D.鹽水經(jīng)加壓溶氣后在預(yù)處理器中經(jīng)過(guò)減壓，將會(huì)釋放出許多細(xì)小的汽泡，氫氧化鐵膠體發(fā)揮良好的粘附和聚沉的效果，迅速吸附這些細(xì)小汽

19、泡、氫氧化鎂絮狀沉淀以及有機(jī)物，這些物質(zhì)共同形成泡沫向上浮出預(yù)處理器，從而起到除去這些雜質(zhì)的目的。粗鹽水經(jīng)處理后進(jìn)入后反應(yīng)桶。E.后反應(yīng)桶中加入碳酸鈉，發(fā)生反應(yīng)鈣離子與碳酸鈉生成碳酸鈣不溶性沉淀，這些沉淀通過(guò)沉淀出口管排出，然后粗鹽水將進(jìn)入膜過(guò)濾器。F.進(jìn)入膜過(guò)濾器后，一些殘余的少量氫氧化鎂和碳酸鈣及氫氧化鎂等等固體顆粒物被膜過(guò)濾器除去，這時(shí)就能算作初步的精鹽水了。G.此時(shí)精鹽水流入后折流槽。后折流槽中先加入高純濃鹽酸，除去過(guò)量氫氧化鈉和碳酸鈉，起到調(diào)節(jié)PH以及除去過(guò)量碳酸根離子的目的,最后加入亞硫酸鈉除去精鹽水中的游離氯。H.經(jīng)后折流槽處理后泵送入一次鹽水大罐儲(chǔ)存。2.6 液堿工藝鹽水精制工

20、段的主要原理，鹽水精制工藝關(guān)鍵點(diǎn)鹽水精制工段的主要原理本工藝精制原理如下：（1）前反應(yīng)桶中次氯酸鈉除有機(jī)物次氯酸根離子將粗鹽水中的有機(jī)物氧化分解成小分子物質(zhì)，一般會(huì)采用過(guò)量次氯酸鈉。（2）前反應(yīng)桶中氫氧化鈉除鎂離子在前折流槽中加入溶液，迅速與反應(yīng)生成絮狀沉淀，之后在前反應(yīng)桶中反應(yīng)完全。氫氧化鈉的加入量要超過(guò)反應(yīng)理論用量，參照實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及工廠生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，本工藝氫氧化鈉過(guò)堿量為100300mg/l。其反應(yīng)式如下：       （3）后反應(yīng)桶中碳酸鈉除鈣離子，碳酸鈉的加入量要超過(guò)反應(yīng)理論的用量，參照實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及工廠生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，本工藝碳酸鈉的過(guò)堿量2004

21、00mg/l。其反應(yīng)式如下：      2.6.2 此工藝的關(guān)鍵點(diǎn) （1）預(yù)處理器的處理效果與加入的溶液的量，鹽水中的鎂離子含量，預(yù)處理器的自身設(shè)計(jì)等有關(guān)。 （2）前后反應(yīng)桶中反應(yīng)物的停留時(shí)間采用通常工藝中的30min。 （3）后折流槽應(yīng)當(dāng)先加入高純濃鹽酸，再加入亞硫酸鈉，才能充分除去游離氯；否則鹽酸帶有的游離氯會(huì)對(duì)螯合樹脂塔產(chǎn)生毒害作用。2.7 本設(shè)計(jì)準(zhǔn)備采取的措施2.7.1 控制化鹽水溫度本次設(shè)計(jì)我們擬采用的化鹽溫度為：50-60（夏季），50-70（冬季）。（1） 通過(guò)升高溫度可以提高食鹽的溶解速度。因?yàn)闇囟壬? 溶鹽粘度會(huì)降低, 溶解速度會(huì)加快

22、, 從而提高了溶鹽速度。（2） 較高溫度能加快沉淀反應(yīng)速度以及加快沉淀物沉降速度 , 并且沉降平衡時(shí)的界面高度也較低。（3） 的生成在低溫時(shí)反應(yīng)較慢, 而在60 以上時(shí), 反應(yīng)則幾乎是瞬時(shí)的。所以, 較高溫度有利于除。（4） 升高溫度能提高過(guò)濾速度，提高生產(chǎn)效率。 因此本次設(shè)計(jì)我們采用了這樣的化鹽溫度。 本次設(shè)計(jì)預(yù)處理器擬采用浮上澄清法浮上澄清法是：將空氣經(jīng)過(guò)加壓溶氣罐加壓溶解在粗鹽水中，與氫氧化鐵膠體混合后，到預(yù)處理器突然減壓，溶解在粗鹽水中的空氣迅速形成微小的氣泡，并在氫氧化鐵的吸附及聚沉作用下，一起形成了富含氣泡的分子集團(tuán)，密度比鹽水低得多，向上漂出浮上桶。 嚴(yán)格控制調(diào)節(jié)PH值一次鹽水精

23、制工藝中時(shí)，為了使各個(gè)沉淀反應(yīng)完全，加入了過(guò)量精制劑，過(guò)量的氫氧化鈉在電解槽中會(huì)失去電子生成氧氣，從而影響氯氣的品質(zhì)，甚至?xí)绊懮a(chǎn)的安全。故本設(shè)計(jì)中會(huì)在后折流槽中加入高純濃鹽酸調(diào)節(jié)PH為782.7.4 環(huán)保措施對(duì)洗泥及鹽泥處理采取的措施鹽泥一直是氯堿廠令人頭痛, 難以解決的三廢難點(diǎn)之一。因而搞好綜合利用是消除“ 三廢” , 保護(hù)環(huán)境的積極措施。（1）由沉降槽底分出的含固率為5 .57 % 的含鹽泥漿含氫氧化鎂較高, 是生產(chǎn)氧化鎂的較好原料。而氧化鎂又是較為重要的工業(yè)原料, 可供做橡膠的填充劑, 半導(dǎo)體粘膜和高級(jí)耐火保溫材料等。用鹽泥生產(chǎn)氧化鎂的反應(yīng)式如下:利用此法生產(chǎn)氧化鎂時(shí), 鹽泥氯含量不

24、能太高, 否則, 產(chǎn)品不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。要求鹽泥中含在2g / 1以下。（2） 通常工廠會(huì)采用多層洗泥桶將廢棄的鹽泥加以利用來(lái)回收原鹽。2.8 鹽水工藝參數(shù)檢測(cè)項(xiàng)目檢測(cè)點(diǎn)控制指標(biāo)化鹽水溫度化鹽桶50-60（夏）50-70（冬）NacL過(guò)濾精鹽水罐300-320g/lCa+,Mg2+過(guò)濾精鹽水罐<=1mg/lPH過(guò)濾精鹽水罐Na2cO3過(guò)堿量前反應(yīng)桶NaoH 過(guò)堿量前反應(yīng)桶硫酸根離子過(guò)濾精鹽水罐<=5g/l亞鐵離子過(guò)濾精鹽水罐<=0.1mg/lSS(固體懸浮物)過(guò)濾精鹽水罐<=1mg/l游離氯過(guò)濾精鹽水罐無(wú)附加：壓縮空氣儀表控制壓力>0.3MPa3 工藝計(jì)算3.1 物

25、料衡算物料衡算基準(zhǔn)（1）生產(chǎn)時(shí)間：年產(chǎn)32%液堿30萬(wàn)噸，取年生產(chǎn)時(shí)間為8000小時(shí)，則小時(shí)產(chǎn)量為：，本設(shè)計(jì)以小時(shí)產(chǎn)量為基準(zhǔn)。（2）設(shè)定生產(chǎn)產(chǎn)生的鹽泥含水量為（3）溫度時(shí)，的飽和溶解度為26.89%，質(zhì)量濃度為319.2，=1187g/L（）控制指標(biāo)，質(zhì)量濃度為300320（）原鹽的組成如下表：表3.1 原鹽組成表原鹽組分%950.20.150.20.33.5不溶性雜質(zhì)0.65電解槽物料衡算生產(chǎn)的濃度為32% 的質(zhì)量為物質(zhì)的量為水的質(zhì)量為電解反應(yīng)由守恒的消耗量設(shè)精鹽水的體積為V ，經(jīng)電解槽鹽水濃度由，設(shè)水的密度為進(jìn)電解槽的質(zhì)量出電解槽的質(zhì)量=消耗的質(zhì)量 考慮損耗，取的1.01倍表3.2 電解槽

26、消耗水匯總表：物質(zhì)質(zhì)量物質(zhì)的量總計(jì)帶走水的總質(zhì)量為3.1.3 配水罐物料衡算配水罐回流鹽水 化鹽水純水流程水量圖3.1 配水罐物料衡算示意圖 回流的鹽水+加入的純水=流程的水量 回流到配水罐的鹽水量為 回流鹽水中的質(zhì)量濃度為的質(zhì)量 配水罐需加的純水的體積 質(zhì)量 在配水罐加入，用于除去離子過(guò)量，取理論值的倍表3.3 配水罐的鹽水體積表：物質(zhì)體積L回流的鹽 水84690加入的純水31420流程的水量116110查物料手性數(shù)據(jù)表有：200g/L鹽水的密度=1101.7g/L回流鹽水的質(zhì)量=84690×1101.7÷1000=93303kg/h回流鹽水中水的質(zhì)量=933031716

27、8=76135kg/hwt%(NaCl)=17168÷93303=18,4%wt%(H2O)=118,4%=81.6%出料中水的總質(zhì)量=7613531420=107555kg/h出料總質(zhì)量=10755517168161.12=124884kg表3.4 配水罐物料衡算表物料進(jìn)料出料回流水純水BaCl2化鹽水kg/hwt%kg/hwt%kg/hwt%kg/hwt%NaCl1716818.4/1716813.75BaCl2/161.12100161.120.13H2O7613581.631420100/10755586.121248841248843.1.4 化鹽桶物料衡算 原鹽 粗鹽水

28、化鹽水 不溶性雜質(zhì)圖3.2 化鹽桶物料衡算示意圖守恒：回流鹽水中+加入=飽和鹽水配飽和精鹽水需的質(zhì)量： 設(shè)化鹽桶加入的質(zhì)量為 , 加入原鹽的質(zhì)量化鹽桶除去不溶性雜質(zhì)的質(zhì)量表3.5 化鹽桶物料衡算物料進(jìn)料出料原鹽配水粗鹽水不溶性雜質(zhì)kg/hwt%kg/hwt%kg/hwt%kg/hwt%NaCl19894951716813.753706225.4391/CaCl241.880.2/41.880.0287/MgSO431.410.15/31.410.0216/MgCl241.880.2/41.880.0431/Na2SO462.820.3/62.820.0431/BaCl2/161.120.131

29、61.120.1106/H2O732.943.510755586.12108287.9474.3281/雜質(zhì)136.1160.65/136.116100總計(jì)20941100124884100145689.05100136.1161001458251458233.1.5 氯化鐵溶解罐物料衡算純水FeCl3固體FeCl3溶液圖3.3 氯化鐵溶解罐物料衡算示意圖 過(guò)量的質(zhì)量 取溫度為,查物性數(shù)據(jù)可知在水中的最大溶解克數(shù)為，濃度為，設(shè)配成的氯化鐵溶液 加入水的質(zhì)量表3.6 氯化鐵溶解罐物料衡算組分進(jìn)料出料純水FeCl3固體FeCl3溶液（20%）kg/hwt%kg/hwt%kg/hwt%FeCl3/3

30、1.4610031.4620H2O125.84100/125.8480總計(jì)125.8410031.46100157.3100合計(jì)157.303.1.6預(yù)處理器物料衡算鹽水鹽水 NaOH溶液 沉淀 FeCl3溶液圖3.4 預(yù)處理器物料衡算示意圖 進(jìn)預(yù)處理器中的NaCl=粗鹽水中的NaCl除去Mg2+反應(yīng)生成的NaCl除去Fe3+反應(yīng)生成的NaCl除去SO42+反應(yīng)生成的NaCl= 進(jìn)預(yù)處理器中的BaCl2=粗鹽水中的BaCl2反應(yīng)生成BaSO4 消耗的BaCl2 = Mg(OH)2 = 預(yù)處理器中的水=粗鹽水中水的質(zhì)量NaOH溶液中水的質(zhì)量FeCl3溶液中水的質(zhì)量=過(guò)量，取理論值的倍守恒二：守恒

31、產(chǎn)生的的物質(zhì)的量的濃度的過(guò)堿量為的總濃度 總質(zhì)量 加入的溶液為電解槽的液堿，的濃度為 帶入的水的質(zhì)量守恒三：守恒 過(guò)量的質(zhì)量表3.7 預(yù)處理器物料進(jìn)料衡算表物料進(jìn)料進(jìn)預(yù)處理器的鹽水NaOH溶液FeCl3溶液kg/hwt%kg/hwt%kg/hwt%NaCl3706225.4391/CaCl241.880.0287/MgSO431.410.0216/MgCl241.880.0431/Na2SO462.820.0431/BaCl2161.120.1106/H2O108287.9474.3281168.815368125.8480NaOH/79.442532/FeCl3/31.4620總計(jì)14568

32、9.05100248.26100157.30100合計(jì)146095表3.8 預(yù)處理器物料出料衡算表組分出料出預(yù)處理器的鹽水產(chǎn)生的沉淀kg/hwt%kg/hwt%NaCl3723025.52/CaCl241.880.02871/MgSO4/MgCl2/Na2SO4/BaCl214.64740.01004/H2O108582.6074.438/NaOH/FeCl3/BaSO4/164.078972.746Mg(OH）2/40.75618.07Fe(OH）2/20.71529.184總計(jì)145869100225.55100合計(jì)1460953.1.7后反應(yīng)桶物料衡算鹽水鹽水 Na2CO3溶液沉淀圖3.

33、5 后反應(yīng)桶物料衡算示意圖 后反應(yīng)桶加入,用于除去和過(guò)量的過(guò)量的質(zhì)量的濃度的過(guò)堿量為則的總濃度的質(zhì)量 設(shè)加入的濃度為帶入水的質(zhì)量 出后反應(yīng)桶鹽水中的Na2CO3=進(jìn)后反應(yīng)桶鹽水中的Na2CO3 除去CaCl2反應(yīng)消耗的Na2CO3除去BaCl2消耗Na2CO3= 出后反應(yīng)桶鹽水中的NaCl=進(jìn)后反應(yīng)桶鹽水中的NaCl除去CaCl2反應(yīng)生成的NaCl除去BaCl2生成的NaCl=表3.9 后反應(yīng)桶物料進(jìn)料衡算物料進(jìn)料進(jìn)后反應(yīng)桶的鹽水Na2CO3 溶液kg/hwt%kg/hwt%NaCl3723025.52/CaCl241.880.02871/BaCl214.64740.01004/H2O1085

34、82.6074.43837680Na2CO3/9420總計(jì)145970100470100合計(jì)146440組分出料出后反應(yīng)桶的鹽水產(chǎn)生的沉淀kg/hwt%kg/hwt%NaCl3728225.49/CaCl2/BaCl2/H2O10895874.48/Na2CO346.440.03/CaCO3/37.7369.7BaCO3/16.4130.3總計(jì)146286.6410054.14100合計(jì)146340.78表3.10 后反應(yīng)桶物料出料衡算3.1.8中間槽物料衡算鹽水鹽水高純HCl溶液沉淀圖3.6 中間槽物料衡算示意圖 加入高純，用于除去過(guò)量的和調(diào)節(jié)值 過(guò)量的質(zhì)量 設(shè)高純的濃度為帶入水的質(zhì)量表3.

35、11 中間槽物料進(jìn)料衡算物料進(jìn)料進(jìn)中間槽的鹽水高純鹽酸（35%）kg/hwt%kg/hwt%NaCl3719125.55/H2O108244.674.4459.4065Na2CO346.44170.01/HCl/31.9835總38100合計(jì)145573.38表3.12 中間槽物料出料衡算表組分出料出中間槽的鹽水產(chǎn)生的氣體kg/hwt%kg/hwt%NaCl37242.2625.59/H2O108311.8974.41/CO2/19.2764100總計(jì)145554.210019.2764100合計(jì)145573.48 進(jìn)入后折流槽鹽水的值為，繼續(xù)加入調(diào)節(jié)鹽水的值為，則濃

36、度為 加入的物質(zhì)的量 加入的質(zhì)量設(shè)高純的濃度為 則帶入水的質(zhì)量 最后在后折流槽中加入,用于除去游離氯。 鹽泥的組成匯總表3-13 鹽泥的組成匯總成分164.0789不溶性雜質(zhì)合計(jì)845 不溶性雜質(zhì)及沉淀的質(zhì)量 設(shè)鹽泥中水的含量為，設(shè)鹽泥中水的質(zhì)量為，因?yàn)闉轱柡望}水，則鹽泥中的質(zhì)量為可得方程： 鹽泥中的質(zhì)量 鹽泥總的質(zhì)量為 鹽泥中的質(zhì)量 反應(yīng)產(chǎn)生的質(zhì)量 進(jìn)入一次鹽水大罐的質(zhì)量 一次鹽水大罐的體積的質(zhì)量濃度3.2熱量衡算 配水罐熱量衡算 設(shè)回流水溫度，加入純水溫度表3.14 常壓下各溫度下水的比熱容如下：溫度比熱容204.183304.178404.178504.178604.178704.195

37、 加入純水的質(zhì)量 查物性數(shù)據(jù)手冊(cè)可知時(shí)，鹽水的密度 回流水的質(zhì)量以為焓值零點(diǎn)，加入純水的熱量回流水的熱量配水罐的鹽水的總質(zhì)量配水罐的鹽水的總熱量 由可得 配水罐出口鹽水溫度表3.15 配水罐熱量衡算進(jìn)料熱量出料熱量回流鹽水熱量純水熱量混合鹽水熱量 加熱罐熱量衡算 設(shè)加熱罐出口處鹽水的溫度,加熱罐進(jìn)出口鹽水質(zhì)量不變?nèi)肟谔廂}水的熱量出口處鹽水的熱量加熱罐提供的熱量第三部分 設(shè)備計(jì)算3.3 前反應(yīng)桶幾何數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)3.3 .1 計(jì)算基準(zhǔn)(1)從鹽水工段可知前反應(yīng)桶最大進(jìn)料流量為(2)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合本設(shè)計(jì)，設(shè)定前反應(yīng)桶中反應(yīng)時(shí)間為。(3)反應(yīng)釜的全容積V與操作容積的關(guān)系，本設(shè)計(jì)物料反應(yīng)平穩(wěn)(4)下封頭

38、為折邊錐形，便于及時(shí)收集排出的沉淀。(5)本設(shè)計(jì)取長(zhǎng)徑比為23.3 .2 反應(yīng)桶筒體的幾何計(jì)算根據(jù)鹽水工段最大流量及反應(yīng)桶中反應(yīng)時(shí)間可知反應(yīng)桶操作容積 反應(yīng)桶體積 設(shè)桶直徑為X則桶高h(yuǎn)=2X。圖3-7反應(yīng)罐基本結(jié)構(gòu)圖示意圖 反應(yīng)桶體積圓整為3.5m，則桶高h(yuǎn)=2X=7m 前反應(yīng)桶封頭的幾何計(jì)算 根據(jù)參考文獻(xiàn)2 , 計(jì)算折邊錐形的相關(guān)參數(shù)。表3.16 折邊錐形（含折邊）高度通用公式注：1.D可近似視為封頭內(nèi)直徑2.3.計(jì)算至錐頂圖3-8折邊錐形封頭的幾何量(來(lái)自參考文獻(xiàn)2)表3.17 封頭規(guī)格DN/mm曲面高度H/mm直邊高度/mm弧形結(jié)構(gòu)的半徑h/mm35001967.4625525.0015

39、96.23圖3-9折邊錐形封頭的幾何量的計(jì)算結(jié)果3.3.4 釜體的封頭和筒體壁厚計(jì)算 選擇設(shè)備材料，確定設(shè)計(jì)壓力,考慮工藝要求和腐蝕因素，選用A3熱軋鋼板，在100時(shí)，許用應(yīng)力= 127 MPa， 因?yàn)橥搀w高度為H=7m，計(jì)算壓力,所以設(shè)計(jì)壓力P=0.1MPa （1）封頭的壁厚設(shè)計(jì) 內(nèi)壓反應(yīng)釜的帶折邊錐形封頭的壁厚查參考文獻(xiàn)2表8-14可得,封頭的計(jì)算厚度為 考慮到鹽水的較強(qiáng)腐蝕性，腐蝕裕量取，則封頭的設(shè)計(jì)厚度，名義厚度圓整值為則有效壁厚。 錐形封頭小端結(jié)構(gòu)與壁厚錐形封頭小端與接管連接處也有邊界應(yīng)力。當(dāng)時(shí)，錐形封頭可直接與接管相連，并且；研究表明，當(dāng)大端與小端直徑比大于等于4時(shí)，小端厚度不必計(jì)

40、算，取與大端相同厚度即可。 (2)筒體的壁厚設(shè)計(jì)按承受0.1MPa的內(nèi)壓設(shè)計(jì)，筒體的計(jì)算壁厚 考慮到鹽水的較強(qiáng)腐蝕性，腐蝕裕量取，則筒體的設(shè)計(jì)壁厚 ，名義厚度圓整值為則有效壁厚。 (3)強(qiáng)度校核 計(jì)算應(yīng)力與許用應(yīng)力比較查參考文獻(xiàn)2表8-16可知：K=0.82，則封頭計(jì)算應(yīng)力查參考文獻(xiàn)2表8-19可知：K=1.00則筒體計(jì)算應(yīng)力 最大允許工作壓力與工作壓力P的比較。則封頭最大允許工作壓力符合要求。則筒體最大允許工作壓力符合要求。綜合計(jì)算結(jié)果，釜體的筒體壁厚為4mm，并經(jīng)計(jì)算校核，滿足設(shè)備安全要求?？紤]封頭和筒體焊接方便，取封頭與筒體等壁厚。 反應(yīng)釜筒體及封頭的基本設(shè)計(jì)參數(shù)：表3.18 反應(yīng)釜的相

41、關(guān)幾何參數(shù)項(xiàng)目筒體封頭公稱直徑DN/mm35003500公稱壓力PN/MPa0.10.1高度/mm70001992.42壁厚/mm443.4前反應(yīng)桶中攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)3.4.1 攪拌機(jī)的選型工藝過(guò)程對(duì)攪拌的要求分為調(diào)和、懸浮、分散、傳熱，結(jié)合本次設(shè)計(jì)鹽水精制工藝，攪拌的主要的目是使溶液混合均勻即調(diào)和。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，選取單層二折葉槳式攪拌器。具體尺寸如下: 攪拌器的槳葉直徑,取為0.6，則, 攪拌器的槳葉寬度取為0.2則3.4.2 攪拌機(jī)的計(jì)算 （1）因原料中含有氯離子，具有較強(qiáng)的腐蝕性，故采用不銹耐酸鋼。本設(shè)計(jì)采用鋼號(hào)為2Cr13的不銹耐酸鋼,其許用切應(yīng)力為40-50MPa,取45MPa根據(jù)

42、經(jīng)驗(yàn)選取轉(zhuǎn)數(shù)n=30 r/min=1s，鹽水，鹽水粘度，對(duì)單層攪拌器而言,雷諾數(shù)，即功率數(shù)的指數(shù)函數(shù)式便和雷諾數(shù)無(wú)關(guān),與Fr也無(wú)關(guān)。擋板：選取擋板寬度，采用擋板數(shù),擋板長(zhǎng)度等幾何參數(shù)受到液位，物料粘度等因素影響。初步設(shè)定擋板插入深度為擋板長(zhǎng)度為。本設(shè)計(jì)采用指型擋板，這種擋板具有節(jié)約動(dòng)力，且有利于出現(xiàn)上下循環(huán)流的特點(diǎn)。由于其形狀不同、配置位置不同，還可以有不同的效果。圖3-10 指型擋板示意圖計(jì)算擋板系數(shù)，此時(shí)為部分擋板條件。查參考文獻(xiàn)【1】表3-9得：，表3.19 計(jì)算結(jié)果折葉角度無(wú)擋板條件下的部分擋板條件下的全擋板條件下的全擋板條件下的1.293.0263.153.40.851.6937.4

43、51.760.560.8763150.939 從表中可得到功率數(shù),可認(rèn)為折葉角度近似,所以本設(shè)計(jì)中的單層二折葉槳式攪拌器折葉角度為。 折葉式比平直式槳葉在同樣的排量下效率更高效果更好。率數(shù).6, 則所需攪拌功率 （2）電動(dòng)機(jī)額定功率的確定填料密封功率損耗約為攪拌器功率的10%,而機(jī)械密封的功率損失僅為填料密封的10%-50%，且機(jī)械密封泄露率低,密封性能可靠,功耗小,使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),故本設(shè)計(jì)擬采用雙端面機(jī)械密封。其消耗的功率為: 選用鏈傳動(dòng),機(jī)械傳動(dòng)效率 故電動(dòng)機(jī)功率為 電動(dòng)機(jī)的規(guī)格,選用YD180L-6額定功率為13KW，電機(jī)效率。故符合條件。 （3）由攪拌軸的強(qiáng)度計(jì)算得到攪拌軸直徑 按實(shí)

44、心軸進(jìn)行計(jì)算，滿足強(qiáng)度要求的最小攪拌軸直徑為： ，P是指攪拌機(jī)的輸出功率（文獻(xiàn)317-3），按扭矩計(jì)算軸的強(qiáng)度,，取，為機(jī)械傳動(dòng)效率。， 由于攪拌軸的長(zhǎng)度較大，會(huì)發(fā)生晃動(dòng)，故應(yīng)取稍大值，D=1.2d=151.3mm圓整到D=160mm，此時(shí)軸在強(qiáng)度上是安全的. （4）由攪拌軸剛度計(jì)算攪拌軸直徑 對(duì)于實(shí)心軸,一般的傳動(dòng)軸,取0.5,則有 所以攪拌軸的直徑d=200mm 由上可知,攪拌軸直徑取D=240mm既滿足強(qiáng)度要求,也滿足剛度要求。 （5）減速器的選擇根據(jù)以上計(jì)算，并查取文獻(xiàn)，選用XLD10-43-15型減速器，其減速比（傳動(dòng)比）單級(jí)取47。電機(jī)轉(zhuǎn)速1460傳動(dòng)比4730r/min可滿足條件

45、。3.4.3 攪拌機(jī)的安裝 攪拌器的插入深度一般取插人長(zhǎng)度1-1.5倍槳葉直徑。 攪拌軸離罐底高度1-2倍槳葉直徑或槳葉半徑再加150mm。結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際生產(chǎn)情況，攪拌器的插入深度取離罐底2倍槳葉直徑，即。再結(jié)合參考文獻(xiàn)6，可知攪拌器的插入深度取為筒體高度的一半，即。本設(shè)計(jì)中攪拌機(jī)安裝在工字鋼架上。3.5攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表3.20 攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)項(xiàng)目計(jì)算項(xiàng)目或選型數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)折葉式槳葉直徑/mm2100寬度/mm420折葉角度45指型擋板長(zhǎng)度/mm2800寬度/mm350指型角度45攪拌機(jī)啟動(dòng)功率/KW10.3電機(jī)型號(hào)YD180L-6額定功率/KW13電機(jī)效率0.86減速機(jī)型號(hào)XLD10-

46、43-15減速比47攪拌軸直徑/mm28探入筒體的長(zhǎng)度/mm35004 反應(yīng)釜附屬部件的設(shè)計(jì)4.1 接管及其法蘭選擇 粗鹽水進(jìn)料接管 取， 根據(jù)書3附表三，選取管子規(guī)格為，采用Q235-A材料。4.1.2 出料接管 取， 根據(jù)參考文獻(xiàn)3附錄三，選取管子規(guī)格為,采用Q235-A材料。4.1.3 沉淀出口管 不溶性雜質(zhì)為136.116kg/h，密度約等于,體積流量為。積累速度較慢，可定期排放處理。故為選材方便，也可選取與進(jìn)出口相同規(guī)格的管子，即選取管子規(guī)格為，采用Q235-A材料 表4.1 各接管尺寸代號(hào)接管接管外徑/mm壁厚/mma鹽水進(jìn)料接管384b鹽水出料接管384c沉淀出口管384圖4.1

47、 接管法蘭的尺寸表4.2 各接管法蘭尺寸/mm代號(hào)公 稱通 徑DN連接尺寸板式平焊法蘭法蘭外徑D螺孔中心圓直徑K螺 孔直徑L螺孔數(shù)量n螺紋Th法蘭內(nèi)徑B坡口寬度b法蘭厚度Ca3212090144M1239016b3212090144M1239016c3212090144M12390165總 結(jié)通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)液堿工藝有了進(jìn)一步的了解，更進(jìn)一步掌握了化工過(guò)程中的物料衡算、熱量衡算，以及工藝設(shè)備中反應(yīng)釜、攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)原則和方法。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，也讓我們對(duì)所學(xué)的理論知識(shí)有了更深刻的理解。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們不斷地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，思考問(wèn)題從而努力解決問(wèn)題，這讓我們解決實(shí)際問(wèn)題的能力和動(dòng)手能力有了實(shí)質(zhì)的提高。同時(shí)，作為一個(gè)合格的設(shè)計(jì)者要