年產(chǎn)8萬噸丙烯腈廢水處理工段的初步設(shè)計_畢業(yè)設(shè)計論文

1、齊 齊 哈 爾 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 年產(chǎn) 8 萬噸丙烯腈廢水處理工段的初步設(shè)計 學(xué) 院 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院 專業(yè)班級 化工 084 班 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 成 績 2012 年 5 月 23 日摘 要本設(shè)計完成了年產(chǎn) 8 萬噸丙烯腈廢水處理工段的初步設(shè)計。首先，說明書簡單介紹了產(chǎn)品丙烯腈的意義與作用以及在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀。近年來隨著丙烯腈在國內(nèi)外需求量的攀升，極大的推動了丙烯腈的生產(chǎn)，但是，在丙烯腈生產(chǎn)過程中的污染問題也在日益凸顯，尤其是在丙烯腈的合成和精制車間,將會產(chǎn)生大量含有氫氰酸、低聚物以及氰化物的高濃度有毒物質(zhì)的廢水，根據(jù)廢水中有毒物質(zhì)的沸點不同，在工藝選擇上，通過查閱相關(guān)

2、資料和文獻(xiàn)，確定了用四效蒸發(fā)生物降解法對有毒物質(zhì)進(jìn)行濃縮和降解。根據(jù)以往生產(chǎn)資料作為車間設(shè)計的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，對工藝進(jìn)行了大量的計算，包括物料衡算、熱量衡算；并對主要的設(shè)備進(jìn)行了 Aspen 模擬和計算選型。最后用AutoCAD 繪制了帶控制點的工藝流程圖、主要設(shè)備圖、以及用手繪制車間平立面布置圖。關(guān)鍵詞：丙烯腈；廢水；有毒物質(zhì)；Aspen；工藝路線 AbstractIn the design, the preliminary design of the eighty thousand tons/year acrylonitrile wastewater treatment section was

3、completed. First of all, the significance and functions of acrylonitrile and the development of the situation at home and abroad were introduced. In recent years, acrylonitrile rise in the domestic and foreign, Promote the production of acrylonitrile. At the same time, Pollution problems are also be

4、coming increasingly prominent in the production of acrylonitrile process. Especially in the synthesis and purification workshop of acrylonitrile. In the process will produce a large number of toxic substances wastewater such as hydrogen cyanide and acetonitrile. According to the difference of boilin

5、g point of toxic substances in the waste water. In the technology choice, Through the access relevant information and literature. Toxic substances concentrate and degradate with four-effect evaporation-the biodegradation, Based on the previous information, the plant design was designed by empirical

6、data, he content of the process, Including material balance and heat balance. And the major equipment was simulated by Aspen and calculated selection. Last draw the main equipment figure with Auto CAD and flow chart with control point plan and the process of the workshop layout was drawn by hand.Key

7、 words: Acrylonitrile; Wastewater; Toxic substances; Aspen; Process route 目 錄摘 要.IAbstract .II第 1 章 總論.11.1 概述.11.1.1 產(chǎn)品的意義與作用.11.1.2 國內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展前景.11.1.3 產(chǎn)品的性質(zhì)和特點.21.1.4 生產(chǎn)方法的概述.21.1.5 處理工藝概述.31.2 設(shè)計依據(jù).41.3 廠址選擇.51.3.1 廠址選擇的重要性.51.3.2 廠址選擇的基本要求.51.3.3 本次廠址選擇.61.4 設(shè)計規(guī)模與生產(chǎn)制度.71.4.1 設(shè)計規(guī)模.71.4.2 生產(chǎn)制度.71.

8、5 原料及產(chǎn)品規(guī)格 .81.5.1 主要原料規(guī)格及技術(shù)指標(biāo).81.5.2 產(chǎn)品規(guī)格.8 經(jīng)濟核算表 .8第 2 章 工藝設(shè)計與計算.102.1 工藝原理.102.2 工藝路線的選擇.102.3 工藝流程簡述.112.3.1 工藝流程示意圖.122.3.2 工藝流程簡述.122.4 工藝參數(shù).122.5 物料衡算.132.5.1 物料衡算的意義與作用.132.5.2 物料衡算的方法與步驟.132.5.3 物料衡算.142.5.3 物料衡算表.222.6 熱量衡算.222.6.1 熱量衡算的意義.222.6.2 熱量衡算及所需媒介的量.23 蒸發(fā)器的傳熱面積.242.6.4 熱量衡算表.252.7

9、 Aspen 模擬 .26第 3 章 設(shè)備選型.313.1 選型的原則.31.1 技術(shù)性評價原則.313.1.2 經(jīng)濟性評價原則.313.2 關(guān)鍵設(shè)備.323.2.1 加熱室.323.2.2 分離室直徑與高度的確定.343.2.3 蒸發(fā)器接管設(shè)計.353.3 其它設(shè)備的選型 .40第 4 章 設(shè)備一覽表.46第 5 章 車間設(shè)備布置設(shè)計.485.1 車間布置設(shè)計的原則.485.1.1 車間設(shè)備布置的原則.485.1.2 車間設(shè)備平面布置原則.495.1.3 車間設(shè)備立面布置原則.495.2 車間設(shè)備布置.49第 6 章 自動控制.516.1 主要的控制原理.516.2 自控水平與控制點.51第

10、 7 章 安全和環(huán)境保護.537.1 三廢產(chǎn)生情況.537.2 三廢處理原則.53第 8 章 公用工程.558.1 供水.558.2 供電.558.3 供暖.568.4 通風(fēng).56結(jié)束語.57參考文獻(xiàn).58致 謝.60第 1 章 總 論1.1 概述 產(chǎn)品的意義與作用丙烯腈( AN) 為無色有毒液體，并且還是重要的有機化工原料，廣泛應(yīng)用于合成化學(xué)、合成纖維和合成橡膠等許多工業(yè)領(lǐng)域1。所以丙烯腈在人民經(jīng)濟生活和有機合成工業(yè)中用途特別廣泛，它能與水部分互溶，空氣和其蒸氣極易形成爆炸性混合物。除此之外，丙烯腈還具有良好的耐寒性、耐油性、耐磨性。并且在大多數(shù)化學(xué)溶劑中，在熱和陽光的作用下，性能比較穩(wěn)定。

11、目前在我國丙烯腈的生產(chǎn)能力約為106萬噸年，但是需求量卻已經(jīng)突破百萬噸，雖然在全國范圍內(nèi)丙烯腈產(chǎn)量在不斷上升，但是今年國內(nèi)供應(yīng)丙烯腈仍然存在缺口。但是在丙烯腈的生產(chǎn)過程中，將會產(chǎn)生大量的有毒物質(zhì)，這些有毒物質(zhì)是石化行業(yè)中最常見的環(huán)境污染物，曾有報道指出在香煙、飲水和部分食品包裝過程中檢查出丙烯腈2。由于丙烯腈廢水本身有毒有害并且還具有難降解的特性, 所以很難用傳統(tǒng)的生物方法和物化方法將其進(jìn)行合理有效的處理。目前含腈(或氰)廢水的處理在國內(nèi)外已經(jīng)倍受關(guān)注。主要作用：首先丙烯腈可用來生產(chǎn)纖維腈綸（即合成聚丙烯纖維） 、丁二烯、苯乙烯塑料（ABS） 、丙烯腈和丙烯酰胺（即丙烯腈水解產(chǎn)物） 。其次丙烯

12、腈醇解能制得丙烯酸酯等。再次丙烯腈在過氧甲酰（引發(fā)劑）的作用下還可以聚合生成高分子有機化合物聚丙烯腈。然后由聚丙烯腈制成的纖維腈綸質(zhì)地比較柔軟，與羊毛相類似，所以可稱為“人造羊毛”，它具有強度高、保溫性好、比重輕、耐酸、耐日光和耐大多數(shù)溶劑。丙烯腈還能與丁二烯共聚，合成的丁腈橡膠具有優(yōu)良的耐寒、耐油、耐溶劑等特性，并且丁腈橡膠還是現(xiàn)代工業(yè)最重要的橡膠，它的應(yīng)用十分廣泛。最后丙烯腈還是醫(yī)藥、染料等行業(yè)的重要有機原料。1.1.2 國內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展前景目前世界上丙烯腈的生產(chǎn)主要集中在西歐、美國以及日本等地區(qū)。近年來丙烯腈的世界產(chǎn)能和需求量在不斷增加?，F(xiàn)階段丙烯腈在我國的主要消費領(lǐng)域是腈綸纖維，約占

13、整個需求量的55%；其次是丙烯酰胺、ABS / SAN 樹脂和丁腈橡膠。表1-1列出中國歷年丙烯腈供需狀況。由表可知目前我國丙烯腈的需求與現(xiàn)有生產(chǎn)能力之間仍有一定的差距，所以丙烯腈在我國仍有較大的需求。表1-1 中國歷年丙烯腈供需狀況項目20032004200520062011產(chǎn)能產(chǎn)量凈進(jìn)口表觀消費量9進(jìn)口依存度%目前就國外丙烯腈的消費情況來看，西歐和美國的丙烯腈市場發(fā)展相對緩慢，亞洲（不含日本）丙烯腈總消費量的比例是增長最快的地區(qū)，受當(dāng)?shù)匦枨蟮睦瓌?，這一地區(qū)丙烯腈的產(chǎn)量也在迅速增長，預(yù)計未來幾年丙烯腈裝置開工率狀態(tài)將會一直持續(xù)到新能源的投用。在這樣的情況下，生產(chǎn)丙烯腈企業(yè)的最大難題是如何除去

14、高濃度、劇毒的有機廢水，并且可將廢水中的物質(zhì)可以循環(huán)使用，對環(huán)境不能造成污染。經(jīng)計算可知，在丙烯腈的生產(chǎn)過程中，幾乎每生成 1t 丙烯腈就將會產(chǎn)生約 1.5t 廢水。所以丙烯腈廢水的處理已經(jīng)引起了國內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注3。 產(chǎn)品的性質(zhì)和特點丙烯腈為辛辣氣味且極易揮發(fā)的的無色透明液體，微臭、味甜4。能溶于水、乙醇、乙醚、苯、四氯化碳、和丙酮等有機溶劑，與水能形成共沸混合物。有腐蝕性、易揮發(fā)。在氧存在下，遇光和熱能進(jìn)行聚合并且易燃，遇高溫、火種、氧化劑等有燃燒和爆炸的危險，純品極易自聚，尤其是暴露在可見光或缺氧的情況下，更易聚合，并且在濃堿的存在下能完全聚合?？諝馀c其蒸氣容易形成爆炸性混合物，遇高熱

15、、明火容易引起燃燒，并產(chǎn)生有毒氣體。與強酸、強堿、氧化劑、溴、胺類劇烈反應(yīng)。在高溫的火場下，能發(fā)生聚合并且放熱，可使容器破裂。丙烯腈別名：氰基乙烯，分子量：53.06，化學(xué)式：C3H3N，熔點：-82，自燃點：48l，（開杯） ，折射率：1.388，爆炸極限（25）為3.05%17.0%0.5%（體積） 。蒸氣壓（20）為 11.07kPa。粘度（25）為0.34mPas。 生產(chǎn)方法的概述以氨氧、丙烯和空氣中的氧為原料合成丙烯腈，主要副產(chǎn)物為氫氰酸、丙烯醛、乙腈、CO 和 CO2。2C3H3+2NH3+3O22C3H3N+2H2O 生產(chǎn)過程為，原料氣體以氨丙烯10.5(mol)的比例從底部進(jìn)入

16、流化床反應(yīng)器，此時需要的壓力為，反應(yīng)的溫度 440。反應(yīng)用釩鋁氧氮化物為催化劑，反應(yīng)過程中用軟水循環(huán)進(jìn)行回收，產(chǎn)生高壓蒸汽。反應(yīng)后的氣體經(jīng)冷卻后，洗滌、吸收、分離、精制后得到高純度產(chǎn)品，這種方法具有原料易得、產(chǎn)品成本低、工藝過程簡單等優(yōu)點。目前該方法是國內(nèi)外主要的生產(chǎn)丙烯腈方法。但現(xiàn)在存在一個全國范圍內(nèi)丙烯腈原料緊缺的問題5。1.1.5 處理工藝概述根據(jù)現(xiàn)有各種工藝進(jìn)行比較。目前，對于處理丙烯腈廢水極為重要的一點是選擇一條既節(jié)能減排，又減少經(jīng)濟投入、能夠提高效率的工藝路線。通過各個方面進(jìn)行比較，綜合考慮工藝路線的經(jīng)濟性和環(huán)保性，我們選擇了四效蒸發(fā)和生物降解處理法相結(jié)合的工藝路線。一方面能在濃縮

17、廢水的同時提高分離潔凈水的純度，另一方面還能避免因焚燒法所帶來的種種不利。根據(jù)丙烯腈的性質(zhì)和特點，我們采用多效蒸發(fā)。多效蒸發(fā)是蒸發(fā)的一種：在生產(chǎn)的過程中，蒸發(fā)大量的水分必然需要消耗更多的加熱蒸汽。在多效蒸發(fā)過程中可將前一效產(chǎn)生的二次蒸汽作為后一效的加熱蒸汽，這樣可以節(jié)省熱源的消耗。同樣蒸發(fā)時要求后一效的溶液的沸點和操作壓強均較前一效的低，因此引入前一效的二次蒸汽可作為后一效的加熱介質(zhì)，以上就是多效蒸發(fā)的操作原理6。對于蒸發(fā)器主要是從效數(shù)、順逆流和循環(huán)方式這三方面進(jìn)行選擇。（1）效數(shù)從理論上來講，蒸發(fā)器的效數(shù)越多，蒸汽被循環(huán)利用的次數(shù)也就越多，如果蒸汽的消耗量越低，那么產(chǎn)品的成本將會下降，生產(chǎn)運

18、轉(zhuǎn)費也將降低。但如果反過來，蒸發(fā)器的效數(shù)越多，隨著蒸發(fā)器的增加，投資費用也會相應(yīng)增加，從而提高了產(chǎn)品成本與折舊費。通過查閱化工原理第三版下冊附錄 3.2，所以理論上消耗蒸汽用量與效數(shù)的關(guān)系見表 2-4。表 1-1 蒸發(fā)單位水量所需消耗的蒸汽量效數(shù)單效雙效三效四效五效(D：W)/min注：(D 為加熱蒸發(fā)消耗量(kg)，W 為蒸發(fā)水量(kg)沸點升高越大，則有效溫差越小，所以采用的效數(shù)也就相應(yīng)的減少。查閱有關(guān)數(shù)據(jù)可知，丙烯腈廢水的主要成分有丙烯腈、丙烯醛、乙腈等，它們的沸點都低于 100、53） ，因此選擇了四效蒸發(fā)器。（2）流程順流操作時，后一效蒸發(fā)室的壓強比前一效低，廢水在效間通過小功率的泵

19、進(jìn)行輸送。后效蒸發(fā)室的溫度較效低，當(dāng)前效溶液進(jìn)入后效，會閃蒸出一部分蒸汽，所以將消耗少量的生蒸汽。但是順流流程時后效的溫度低、濃度高、傳熱速率小、粘度增高。逆操作時與順流操作恰好相反，后效溫度低、濃度高，從而各效的傳熱速率比較接近，但所需蒸汽消耗多，離心泵的功率大，并且逆流對材質(zhì)要求比較高7。通過以上比較，所以本次工藝采用順流路線。（3）循環(huán)方式I、II、III、IV 分別是一效、二效、三效、四效的二次蒸汽圖1-1 四效順流式蒸發(fā)器由于丙烯腈的，氫氰酸的密度 g/cm3， g/cm3，所以根據(jù)溶液的密度不同，本次工藝采用中央循環(huán)管式蒸發(fā)器。根據(jù)以上三個方面的考慮，本文采用了四效順流式中央循環(huán)管

20、式蒸發(fā)器(圖1-1)。在運行過程中嚴(yán)格遵守蒸汽溫度和蒸汽壓力等工藝參數(shù)。物料、二次蒸汽、蒸汽以及冷凝水相接觸的部件都采用不銹鋼進(jìn)行生產(chǎn)。該設(shè)備主要有第一、二、三、四效蒸發(fā)器、真空泵、冷凝器還有儲罐所組成。主要技術(shù)參數(shù)：蒸發(fā)溫度：第一效1252，第二效1122，第三效902，第四效602；壓力：第一效為7MPa，第二效為0.062MPa；第三效為-MPa；第四效MPa。最后通過第四效蒸發(fā)器蒸出的水蒸氣冷卻后進(jìn)行檢測，然后進(jìn)行中和處理，當(dāng)PH在68之間可排入凈化水池進(jìn)行循環(huán)使用，最后濃縮后的廢水通入生物降解池。1.2 設(shè)計依據(jù)本次設(shè)計以齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)下達(dá)的具體任務(wù)

21、書為依據(jù)，根據(jù)開題報告，提出設(shè)計的方案，確定本工段的設(shè)計原理，同時根據(jù)合理的除雜方法、確定工藝流程、對該工段進(jìn)行物料衡算和熱量衡算以及蒸發(fā)器的計算和選型、對車間的設(shè)備進(jìn)行合理的布置，最后對整個工段進(jìn)行供電、供水、供暖、通風(fēng)和環(huán)境保護的初步設(shè)計等。本設(shè)計的題目為年產(chǎn) 8 萬噸丙烯腈廢水處理工段的初步設(shè)計，除去丙烯腈廢水中雜質(zhì)的主要產(chǎn)品符合 GB338-92 的標(biāo)準(zhǔn)，年產(chǎn)時間為 330 天，年處理能力為 8 萬噸。參照GB-設(shè)計制圖標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，以及化工設(shè)計 、化工原理 、 化工設(shè)備手冊 、 化工過程設(shè)備機械基礎(chǔ) 、 化工專業(yè)英語和化工工藝計算等圖書資料進(jìn)行設(shè)計。1.3 廠址選擇 廠址選擇的

22、重要性工廠的地理位置對于整個企業(yè)的存亡有相當(dāng)大的影響。對于化工廠來說，大部分化學(xué)物質(zhì)都具有易爆、易燃、有毒等特征，對人民的生命安全以及當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境有很大的威脅，所以對于工廠地理位置的選擇是非常重要的。為了能讓企業(yè)更穩(wěn)定的發(fā)展，并且得到更多的效益，就必須在源頭上降低對人們的威脅。首先，化工企業(yè)的廠址選選擇取決于諸多因素。如自然環(huán)境和社會環(huán)境。因為廠址選擇是整個項目在建設(shè)前期需要考慮的一項重要的工作環(huán)節(jié)，所以要認(rèn)真收集建廠地區(qū)的基礎(chǔ)資料，進(jìn)行多次的討論，比較。選定經(jīng)濟合理、符合環(huán)境并且交通安全的建設(shè)方案。其次，廠址選擇一定要符合當(dāng)?shù)氐貐^(qū)的總體規(guī)劃和布局，必須能夠節(jié)約用地，盡量少占耕地。選定的廠區(qū)用地

23、面積還應(yīng)該滿足運輸要求和生產(chǎn)工藝，最后，選擇一個能滿足要求的理想廠址。還需要對工廠的有效占地面積作出一個初步的估算。同時還需要考慮預(yù)留擴建用地。所以需要的廠址一定要足夠的寬敞。以備職工宿舍、職工停車場所、運出或運進(jìn)原材料的運輸設(shè)施以及將要等待裝卸或儲存的貨車等多方面的需要。所以確定化工廠的廠址時更需要從多方面、多角度、多方案進(jìn)行綜合的和全面性考慮，最終確定一個能夠符合國家規(guī)定的各項要求、物流順暢、工業(yè)布局合理、技術(shù)經(jīng)濟成熟的廠址選擇方案。 廠址選擇的基本要求選擇建廠地區(qū)的基本要求(1) 在城鎮(zhèn)水源的下游； (2) 廠區(qū)吃春季風(fēng)向最小頻率的上風(fēng)側(cè);(3) 靠近水質(zhì)良好和水源充足的地方；(4)當(dāng)?shù)?/p>

24、的自然環(huán)境，如濕地、高溫、雷擊，這些對除雜都將產(chǎn)生不良影響;(5) 要有良好的工程地質(zhì)條件；如：工廠不能建在軟地基和地下有溶洞的地方;(6) 盡量少占耕地，并且要適當(dāng)?shù)墓?jié)約用地；(7)對于工廠要留有擴建的場地；(8)必須留有污水、污泥的排放或利用的空間和設(shè)備；(9) 廠區(qū)不受地質(zhì)條件的影響，要有良好的排水和供水條件；(10) 有方便的交通、水電和運輸?shù)葪l件。選擇建廠用地的基本要求(1)必須要靠近水源，保證供水的連續(xù)性，同時還要符合生產(chǎn)對水量、水質(zhì)、水溫的要求；(2) 通過考察和了解地下水對設(shè)備是否有侵蝕的可能，還需要考慮地質(zhì)災(zāi)害的影響，如泥石流、滑坡、溶洞等；(3) 廠區(qū)用地面積應(yīng)滿足運輸要求

25、和廠房的布局，并預(yù)留擴建用地；(4)考慮留有三廢（廢水、廢渣、廢氣）處理的場地；(5) 根據(jù)物料性質(zhì)、工廠運貨量、運輸距離、外部運輸條件等綜合因素合理確定原料和成品的運輸方式。選擇建廠城鎮(zhèn)的基本要求(1) 化工企業(yè)的廠址要符合當(dāng)?shù)爻擎?zhèn)規(guī)劃建設(shè)；(2) 能夠保證工廠生產(chǎn)時所需勞動力的數(shù)量和工資水平等；(3) 工資水平必須能夠達(dá)到一定的國家標(biāo)準(zhǔn)；(4) 職工居住和生活的場所，環(huán)境應(yīng)該達(dá)標(biāo)；(5) 要同相鄰企業(yè)和當(dāng)?shù)卣归_良好的生產(chǎn)協(xié)作，同時還能夠為本廠的科技、生活福利等提供有效的信息。 本次廠址選擇青島市化工工業(yè)園位于平度市新河鎮(zhèn)膠萊河以東，辛沙公路以北，大萊龍鐵路以南的鹽堿灘區(qū)域，總規(guī)劃面積

26、3 平方公里，集中配套完善基礎(chǔ)設(shè)施，工業(yè)用地達(dá)到道路、供電、通訊、供排水、排污處理和場地平整“五通一平”。園區(qū)功能規(guī)劃以承接青島市區(qū)“退市進(jìn)郊”的各類化工企業(yè)為主體，配備相應(yīng)的商貿(mào)、生活、娛樂等設(shè)施，建成功能完善、環(huán)境優(yōu)美、具有特色的工業(yè)園區(qū)。 首先，區(qū)位優(yōu)勢明顯。園區(qū)所在地新河鎮(zhèn)位于平度西北部，地處青島、煙臺、濰坊三市交界處，東、南瀕臨黃海，北接渤海，是連接山東半島與內(nèi)陸腹地的咽喉和半島制造業(yè)基地的中心地帶，市場輻射能力強。 其次，交通運輸便利。園區(qū)交通發(fā)達(dá)，威烏（山東威海內(nèi)蒙古烏海）高速、青銀高速兩條高速公路在園區(qū)交匯，并設(shè)有出入口；206 國道、大萊龍鐵路貫穿園區(qū)，是連接青島、濰坊、煙臺

27、的交通樞紐。距離青島國際空港 130 公里，青島海港 150 公里，萊州海港 40 公里，濰坊火車站 50 公里，大萊龍鐵路揮埠站 5 公里，交通運輸極為便利。 再次，水資源豐富。園區(qū)所在地新河鎮(zhèn)西靠膠萊河，東臨澤河，全鎮(zhèn)水域面積 1380 公頃，支流 20 余條，大型儲水閘 2 座，最大儲水量 1600 萬立方米，為引黃濟煙工程配套擬建的雙友水庫，蓄水量達(dá) 450 萬立方米，地下鹵水儲量約 3000 萬噸，周邊地區(qū)有10 萬畝鹽場，地下水和地表水資源豐富。距萊州灣 20 公里，可通過膠萊河引入豐富的海水資源。 同時，生態(tài)環(huán)保優(yōu)勢突出。園區(qū)所在地新河鎮(zhèn)地處膠萊河的入海口地帶，距離萊州灣僅有 2

28、0 公里，擁有 20000 多畝可利用的鹽堿灘地，地勢平坦開闊，非常適宜承接各類化工企業(yè)。利用鹽堿灘地集中建立化工工業(yè)園，既可以為化工企業(yè)各類污染物的及時處理和排放提供充足的空間，便于控制污染，又有利于化工企業(yè)充分利用當(dāng)?shù)刎S富的海水、鹵水、鐵礦石等資源，實現(xiàn)對鹽堿灘資源的綜合開發(fā)利用，可取得較好的社會經(jīng)濟效益。 最后，人力資源豐富。平度市有 134 萬人口，是全國基礎(chǔ)教育先進(jìn)市和職業(yè)教育先進(jìn)市，職業(yè)教育全國領(lǐng)先。與德國賽德爾教育基金會聯(lián)合辦學(xué)已有十多年，成功引進(jìn)實踐了全國唯一的“雙元制”職業(yè)教育模式，成果豐碩。全市勞動力的存量和近郊輸出量在青島市各縣市區(qū)中位居第一位，農(nóng)村勞動力 40 萬人，每

29、年接受全國各地的大專院校畢業(yè)生 2500 多人，職業(yè)學(xué)校畢業(yè)生 4000 余人，勞動力素質(zhì)較高。 設(shè)計規(guī)模與生產(chǎn)制度 設(shè)計規(guī)模來自合成和精制車間的丙烯腈廢水，作為一種工業(yè)廢水，又因其含有丙烯腈及其聚合物，含氰物質(zhì)對于人畜有高毒性。因此利用四效蒸發(fā)器對其進(jìn)行濃縮，分理出含毒物質(zhì)低于國家標(biāo)準(zhǔn)的處理水，并將濃縮后的含氰廢水輸送到生物降解池，經(jīng)過處理和生物降解作用使之得以轉(zhuǎn)化為可用化合物。從而達(dá)到將丙烯腈廢水凈化處理的目的。其中生產(chǎn)能力為年產(chǎn) 8 萬噸丙烯腈廢水處理工段的初步設(shè)計，年消耗 2.166 萬噸蒸汽。廢水處理裝置設(shè)計運行時間為 333 天，生產(chǎn)車間采用兩層閉式設(shè)計，其中但層樓高為6m，總跨度

30、為 30m，寬為 6m，廢水車間占地面積為 180m2。 生產(chǎn)制度丙烯腈廢水處理車間的工作時間為 333 天，按一天 24 小時，需要年工作日為8000h，每班工作時間為法定工作日 8 小時，因此設(shè)備年運轉(zhuǎn) 7992h，生產(chǎn)口號為“安全生產(chǎn)，保質(zhì)保量”。并且車間要實行“四班三倒”的工作制度，按各工段操作情況進(jìn)行人員分配設(shè)置，見表 1-2 所示。表 1-2 人員組成人員名稱人數(shù)倒班制車間主任18 小時工作制班長4四班三倒制蒸發(fā)車間崗位工人4四班三倒制水處理及檢測崗位工人8四班三倒制生化降解崗位工人8四班三倒制技術(shù)工人38 小時工作日臨時工人若干8 小時工作日外線崗位工人設(shè)備維修人員628 小時工

31、作日8 小時工作日在職工人共計 36 人，臨時工人若干。車間主任白天在車間主持工作。1.5 原料及產(chǎn)品規(guī)格 主要原料規(guī)格及技術(shù)指標(biāo)表 1-3 丙烯腈廢水規(guī)格組成 %wt乙腈氫氰酸丙烯腈含氰化合物渣滓輕有機物水硫酸銨合計100 產(chǎn)品規(guī)格表 1-4 產(chǎn)品的規(guī)格8組成%wt乙腈氫氰酸丙烯腈含氰化合物渣滓110-6輕有機物110-2水NH3硫酸銨經(jīng)濟核算表在工廠進(jìn)行投產(chǎn)之間，需要對技術(shù)方案進(jìn)行選擇，綜合考慮確定評價指標(biāo)，預(yù)測大概費用，明確費用去向，進(jìn)而選擇最優(yōu)方案。力求在生產(chǎn)過程中用廉價易得的設(shè)備和原料，本次工藝的目的是使廢液中的雜質(zhì)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排放，從而能夠降低對環(huán)境的污染，要力爭以最小的成本得

32、到最滿意的評價效果。本次設(shè)計對年產(chǎn) 8 萬噸丙烯腈廢水裝置的建廠指標(biāo)進(jìn)行了估算，在職工人共計 34人，其廢液中雜質(zhì)的指標(biāo)公用工程需用量如下表：表 1-6 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)綜合表序號指標(biāo)名稱計算單位設(shè)計指標(biāo)成本/萬元1生產(chǎn)規(guī)模t/a800002車間定員人361083蒸汽耗量 kg/h4冷凝水耗量 kg/h5設(shè)備數(shù)量及投資臺106車間建筑面積 m2604800第 2 章 工藝設(shè)計與計算2.1 工藝原理丙烯腈廢水工藝的主要設(shè)備是蒸發(fā)器，如圖 1-1 所示。因為在生產(chǎn)丙烯腈的過程中將會產(chǎn)生大量的有毒廢水，其中廢水的主要成分有氰化物、丙烯腈、乙腈、丙烯醛和低聚物等高濃度的有機廢水。該工藝流程選擇四效順流

33、蒸發(fā)器，主要是將二次蒸汽引入到另一個操作壓力相對較低的蒸發(fā)器作為加熱熱源，根據(jù)廢水中雜質(zhì)的性質(zhì)以及蒸發(fā)過程中料液的溫度，所以本次設(shè)計采用的主要設(shè)備是中央循環(huán)管式順流蒸發(fā)器，該設(shè)備的優(yōu)點是傳熱效果好，主要是將丙烯腈廢水濃縮后送至生物降解池，在此過程中產(chǎn)生的冷凝水一部分送至加熱裝置，成為外加蒸汽，另一部分泠凝水送至凈化水池，其中影響廢水中有毒物質(zhì)的主要操作參數(shù)是蒸汽的進(jìn)料溫度控制，如果選擇低溫進(jìn)料，此時一次蒸汽的消耗量增大，主要原因是由相當(dāng)大的一部分蒸汽用于預(yù)熱物料，查閱有關(guān)數(shù)據(jù)得知，丙烯腈廢水主要成分中丙烯腈、丙烯醛、乙腈等的沸點都低于 100、53） ，所以當(dāng)蒸汽的溫度過高時，將會使廢水中的有

34、機物蒸發(fā)出來，所以將蒸汽的溫度設(shè)定為 1389。2.2 工藝路線的選擇在丙烯腈合成過程將產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，同時丙烯腈廢水又具有獨特的地方：含有多種有機化合物、并且化合物是又劇毒，廢水的 COD 濃度也過高、水質(zhì)相對比較復(fù)雜外，還含有少量的丙烯腈（AN）以及聚合物，同時由于低聚物的分子量相對較高，丙烯腈（AN）又難于生物降解而去除，所以采用常規(guī)的生物法是很難使廢水中的物質(zhì)達(dá)標(biāo)，同時還考慮到丙烯腈有毒，直接將其送至生物降解池也比較困難。所以目前必須要選用一條合適的工藝路線。目前關(guān)于丙烯腈中污水的治理方法較多，其中最具有代表性的是四效生物降解、加壓水解、焚燒法以及濕式催化氧化法，根據(jù)丙烯腈廢水中雜

35、質(zhì)的特征、性質(zhì)以及處理要求外，還需要考慮廢水處理中關(guān)于能源消耗和經(jīng)濟投入等因素，結(jié)合已有的成熟處理廢水方法，進(jìn)行新型、高效、低能且二次污染少的工藝該進(jìn)，所以本次工藝采用四效蒸發(fā)生物降解法去除丙烯腈中的廢水雜質(zhì)10。下面就丙烯腈廢水處理的方法以及實際工業(yè)廢水的治理現(xiàn)狀進(jìn)行評述。表 2-1 工藝路線的比較優(yōu)點缺點 蒸汽能夠循環(huán)利用，耗能少，冷卻水還能繼續(xù)使用。投資少。四效生物降解加壓水解利用丙烯腈廢水在高溫反應(yīng)后進(jìn)行加壓可以被堿分解，去除廢水中的有毒物質(zhì)，投資較少。加壓水解的主要產(chǎn)物之一是氨氮，過程中使氨氮生化出來的水難以達(dá)標(biāo)。焚燒法濕式催化氧化法將含有高濃度廢水在高溫下進(jìn)行氧化分解，生成水和二氧

36、化碳，是一種環(huán)境友好型的處理方法。能將廢水中的有機物及含有 N、S等的毒性物質(zhì)氧化成C02、N02、S02、H20，能夠達(dá)到凈化處理廢水的目的。由于廢水中還含有多種組分，焚燒后的煙氣遇冷會產(chǎn)生結(jié)垢、腐蝕和堵塞鍋爐等問題。設(shè)備材質(zhì)要求高、投資大。并且反應(yīng)過程中硝酸銅催化劑帶來了關(guān)于重金屬的污染問題。2.3 工藝流程簡述2.3.1 工藝流程示意圖圖 2-1 丙烯腈廢水的工藝流程 工藝流程簡述將反應(yīng)及回收廢水匯集于廢水回收儲罐，由丙烯腈廢水儲罐將 10t/h 廢水送至第一效蒸發(fā)器 E101，此時蒸發(fā)器內(nèi)的溫度控制在 125，壓力為 0.137 MPa，一效蒸發(fā)器來的蒸發(fā)送至加熱裝置，為這個流程提供外

37、加蒸汽，同時一效塔釜液由泵打人二效蒸發(fā)器，塔頂?shù)亩握羝M(jìn)入二效蒸發(fā)器 E102;二效蒸發(fā)器所需熱量由一效燕發(fā)器頂部的熱量提供，二效燕發(fā)器出來的冷凝液進(jìn)人三效蒸發(fā)器;三效蒸發(fā)器所需的熱量由二效蒸發(fā)器的燕汽提供;三效蒸發(fā)器殘液進(jìn)人四效蒸發(fā)器，四效蒸發(fā)器所需的熱量由三效蒸發(fā)器的蒸汽提供。另外，二效、三效、四效的溫度分別為 112、90、60;壓力(表壓)分別為 0.06 MPa,-13 MPa,-0.08 MPa;由四效蒸發(fā)器出來的蒸汽進(jìn)入冷凝器 E105，冷凝器中的冷凝水送至凈化水池，進(jìn)行達(dá)標(biāo)測試，合格之后就用于工業(yè)用水，這樣可以節(jié)約水源，冷凝器中的一部分蒸汽與四效蒸發(fā)器塔釜的殘液分別由真空泵和

38、離心泵打入V201 儲罐，最后將儲罐中的濃縮液送至生物降解池。2.4 工藝參數(shù)表 2-2 各蒸發(fā)器工藝參數(shù)單元一效蒸發(fā)器二效蒸發(fā)器三效蒸發(fā)器四效蒸發(fā)器壓力 pi/kPa13762-13-88溫度 Ti/12511290602.5 物料衡算2.5.1 物料衡算的意義與作用在工藝設(shè)計和計算中，物料衡算是在 該工段流程確定之后才開始進(jìn)行的。目的是通過根據(jù)原料與產(chǎn)品之間的 相互比例關(guān)系，計算原料的消耗量 以及生產(chǎn)過程蒸汽的消耗量，溶液出口的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 從而為熱量衡算 以及設(shè)備的選型和計算打下基礎(chǔ)11。在丙烯腈的廢水處理過程中，物料衡算對于控制生產(chǎn)有著非常重要的指導(dǎo)意義，并且在實際的除污過程中，物料衡算

39、可以幫助找出改進(jìn)措施，提高廢水中有毒物質(zhì)的排放量，同時，物料衡算還能檢驗整個過程的完善程度，對工藝設(shè)計工作也有重要的指導(dǎo)作用，首先，需要建立一個新的車間或單元操作，對其設(shè)備進(jìn)行物料衡算，這是設(shè)計計算的第一步，同時也是整個設(shè)計的基礎(chǔ)，在這個基礎(chǔ)上可以進(jìn)行熱量衡算和主要設(shè)備的工藝計算，這樣就可以確定設(shè)備選型和工藝尺寸。在進(jìn)行物料衡算時，必須確定物料衡算的體系。然后根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，對某一個特定的體系，輸入體系的全部物料衡算量等于輸出全部物料量與體系內(nèi)的積累量之和。2.5.2 物料衡算的方法與步驟四效蒸發(fā)工藝計算是根據(jù)物料衡算和熱量衡算以及傳熱速率方程來確定。工藝計算的主要項目有：加熱蒸氣的消耗

40、量、各效蒸發(fā)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及各效的傳熱面積。計算的參數(shù)有：原料液的流量、溫度和組成，末效完成液的組成，加熱蒸氣的壓強和溫度以及冷凝器中的真空度和溫度等12。在四效蒸發(fā)中，效數(shù)越多，未知量也就越多。同時四效蒸發(fā)的計算要比單效蒸發(fā)復(fù)雜的多，查閱有關(guān)資料，可知生物降解池的最大降解能力為 80%，所以，四效蒸發(fā)的計算步驟如下：（1）根據(jù)本次工藝的要求以及溶液的性質(zhì)，確定四效蒸發(fā)的操作條件（如加熱蒸氣壓強及溫度和冷凝器的壓強及溫度） 、蒸發(fā)器的形式和流程。（2）根據(jù)原料液的流量以及實際生產(chǎn)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，計算總的蒸發(fā)量。（3）根據(jù)實際經(jīng)驗得知蒸汽的溫度和壓力以及氣化潛熱。（4）根據(jù)公式，計算加熱蒸汽消耗量1

41、01111iiiiiiiiiirTTWDFCWCW Crr和各效蒸發(fā)水量13。 物料衡算按 80 000 噸/年丙烯腈廢水的量，年工作日以 333 天計，則： 80 000 噸=8.0107 kg 333 天=333248 000 h 10 000 kg/h 78.0 10=8000總產(chǎn)品量F1、料液的總蒸發(fā)量W= w1+ w2+ w3+ w4+ w5 (2-1)0 x =3.271%+0.148%+3.271%+2.463%+1.735% =7.921%式中 w1 乙腈的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；w2氫氰酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；w3丙烯腈的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；w4聚合物殘渣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；w5輕有機物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； (2-2)04(

42、)FxFW x04(1)xWFx式中 F原料液的處理量；kg/h W總蒸發(fā)量；kg/h 料液初始質(zhì)量分?jǐn)?shù)；0 x第四效蒸發(fā)器出口濃縮液預(yù)計達(dá)到的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 80%；4x代入式(2-1)計算總蒸發(fā)量: kg/h047.921110000 19009.87580 xWFx而 kg/h12349009.875WWWWW式中 W1第一效蒸發(fā)器蒸發(fā)的水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；W2第二效蒸發(fā)器蒸發(fā)的水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；W3第三效蒸發(fā)器蒸發(fā)的水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；W4第四效蒸發(fā)器蒸發(fā)的水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；2、各效溶液沸點和有效溫度差的確定各效的二次蒸汽壓使用經(jīng)驗公式進(jìn)行估算，其中最簡便的估算方法是設(shè)各效間的壓強降相等，則總壓強差為

43、： iP MPa (2-3)00.2120.0880.3kPPP式中 各效加熱蒸汽壓強與二次蒸汽加熱之差，MPaP P0選定加熱蒸汽壓強，MPa Pk末效冷凝器中的操作壓強，MPaMPai0.30.07544PP所以第 i 效的二次蒸汽壓強 Pi為：i0iiPPP 一效 MPa100.2120.0750.137iPPP二效 MPa2020.21220.0750.062iPPP 三效 MPa3030.2123 0.0750.013iPPP 四效 MPa4040.21240.0750.088iPPP 汽化潛熱列與表 2-3表 2-3 不同壓力下各效蒸汽溫度和氣化潛熱各效第一效第二效第三效第四效二次

44、蒸汽壓強 Pi/(MPa)（表壓）二次蒸汽溫度 Ti/()(即下一效加熱蒸汽溫度)1251129060二次蒸汽的汽化潛熱(即下一效)加熱蒸汽的 ri（kJ/kg）多效蒸發(fā)中的有效傳熱總溫度差可用下式計算： (2-4)(1KTTt式中 有效總溫度差，為各效有效溫度差之和，。t第一效加熱蒸氣的溫度，。1T冷凝器操作壓強下二次蒸氣的飽和溫度，。KT總的溫度差損失，為各效溫度差損失之和，。其中 (2-5) 式中 由于溶液的蒸汽壓下降而引起的溫度差損失，由于蒸發(fā)器溶液的靜壓強而引起的溫度差損失， 由于管道流體阻力產(chǎn)生壓強降而引起的溫度差損失， 3、各效料液沸點和溫差損失各效中由于溶液蒸汽的壓降、液柱靜壓

45、及流動阻力所造成的溫差損失、itit 均可按下述方法進(jìn)行估算。it (1)流動阻力所造成的溫差損失it 在多效蒸發(fā)中，二次蒸汽由前效經(jīng)管路送至下效作為加熱蒸汽的壓力稍有降低，溫度也相應(yīng)降低。的計算繁瑣，一般取二次蒸汽溫度下降為 0.51.0。it 故：=，=，=，=1t 2t 3t 4t 因此：。 it由各效流動阻力所造成的溫差損失，可得到相應(yīng)各效二次蒸汽的溫度，進(jìn)而從手冊中可查得相應(yīng)的水蒸汽的壓力和汽化潛熱等參數(shù)，見表 2-4。表 2-4 二次蒸汽的物性參數(shù)效數(shù)1234冷凝器加熱蒸汽溫度 Ti/1388850流阻溫差/1二次蒸汽壓力 pi/kPa2381638813二次蒸汽溫度 Ti/125

46、1129060二次蒸汽的汽化潛熱 ri/kJ/kg(2)液柱靜壓所造成的溫差損失it 由于蒸發(fā)器的加熱管內(nèi)積有一定高度的液層，所以其液層內(nèi)截面上的壓力高于液體表面壓力，因此液層內(nèi)溶液的沸點也高于液面的沸點，從而兩者之間存在溫差，即， it (2-6)ppmittt 式中 與平均壓力相對應(yīng)的水的沸點，其中（ 為液pmtmp2/glppml層深度，取值為，為液體密度） ；m6 與二次蒸汽壓力相對應(yīng)的水的沸點，其中為二次蒸汽壓力。ptpp由各效二次蒸汽的溫度，可得到相應(yīng)各效飽和液的密度和溶液平均壓力，進(jìn)而從手冊中可查得相應(yīng)溶液平均壓力下水的沸點等參數(shù)，見表 2-5。表 2-5 二次蒸汽的物性參數(shù)(3

47、)溶液蒸汽壓降所造成的溫差損失it對于不揮發(fā)性溶液，由于溶質(zhì)分子阻礙了溶劑的汽化，使溶劑蒸汽壓下降，溶液沸點上升，并將大于二次蒸汽溫度，則溶液蒸汽壓降所造成的溫差損失為it (2-7)iBiiTtt式中 溶液的沸點，Bit 二次蒸汽的飽和溫度，iT的計算方法很多，常用的是杜林法則。當(dāng)缺乏數(shù)據(jù)時，可用下式估算。it (2-8)aiiiaiitrTtft2)273(0162. 0根據(jù)各效料液質(zhì)量濃度，查得ixait；0 . 11at5 . 12at5 . 23at74at 代入式(2-10)計算；210.0162(125273)1.01.22192.8t；220.0162(112273)1.51.

48、62230.7t；230.0162(112273)2.52.32283.1t；240.0162(60273)75.32355.1t總溫差損失45.4iiiitttt 總有效溫差1385045.442.6it 效數(shù)1234二次蒸汽壓力 pi，kPa23888二次蒸汽溫度 Ti，1251129060飽和液密度 ，kg/m31000101010501100靜降壓溫差ti，34520(4) 各效料液沸點溶液的沸點與溶液的種類、濃度和壓力有關(guān)。 (2-9)iiiittTt 故 11111251.23129.2tTtt 22221121.64116.6tTtt 3333902.3597.3tTtt 444

49、4605.32085.3tTtt 各效物料沸點值見表 2-6。表 2-6 物料沸點效數(shù)1234物料沸點 ti，各效有效溫差，其中；itiiitTt111125 121.43.6tTt222112106.65.4tTt3339080.59.5tTt4446044.915.1tTt4、加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)水量第 i 效的蒸發(fā)量 Wi的計算式為 (2-10)(112100iiipwipwpwpiiiiirttCWCWCWCFrrDW式中 第 效加熱的蒸汽量，kg/h，當(dāng)無額外蒸汽引出時，；iDi1iiWD ，第 效加熱的蒸汽、二次蒸汽的汽化潛熱，且；iririkgkJ1iirr ，分別為第 效和

50、第效物料的沸點，it1iti1i 為第 效的熱利用系數(shù)，取，ii12340.96 表 2-7 單位蒸汽的消耗量 效數(shù)單效雙效三效四效五效(DW)/min由 (2-11)0.3DW式中 D=D1加熱蒸汽的消耗量，kg/h 得： D1=2707.2 kg/h原料液的比熱，水的比熱，計算中所p0C4.316()kJkg K4.262()pwCkJkg K需的參數(shù)見表 2-8。表 2-8 物性參數(shù)效數(shù)一效二效三效四效冷凝器蒸汽壓力 pi，MPa（表壓）0蒸汽溫度 Ti，125112906050蒸汽的氣化潛熱 ri，kJ/kg二次蒸汽的氣化潛熱 ri，kJ/kg一效： 1 10111011()pD rt

51、tWFCrr2707.22192.8(100004.316)(138125)0.962230.7 =2754 kg/h 二效： 2 212220122()ppwD rttWFCWCrr 27542230.7(100004.31627544.262)(125 112)0.962283.1 =2754 kg/h 三效： 3 3233301233()ppwpwD rttWFCWCW Crr 28692283.1(100004.31627544.26227544.262)(11290)0.962355.1 =2854.8 kg/h 四效: kg/h (2-5)12349009.875WWWWW 可得:

52、 kg/h4655.2W 5、各效料液質(zhì)量濃度由所求得的各效蒸發(fā)量，可求各效料液的質(zhì)量濃度。ix因為，其中kg/h，各效物料的蒸發(fā)量0i()ixFxFW10000F 00.07921x 值見表 2-9。iW表 2-9 物料的蒸發(fā)量效數(shù)1234蒸發(fā)量 Wi，kg/h27542754 一效： 011()FxFW x 則：011100000.0792110.9100002754FxxFW二效：0122()FxFWW x則：0212100000.07921=17.6()1000027542754FxxFWW 三效：01233()FxFWWW x則：03123100000.07921=48.2()100

53、00275427542854.8FxxFWWW四效：012344()FxFWWWW x則: 041234100000.07921=()10000275427542854.8655.2FxxFWWWW 806、冷凝器的物料衡算（熱損失為 8）4 421()mpwQW rq CttQ損4 4=655.22355.1=428.628kwQW r=8%QQ損kg/h21428.6280.92=4.709()4.18720mpwQQqCtt損 物料衡算表 表 2-10 物料衡算表各設(shè)備進(jìn)料量(kg/h)二次蒸汽（kg/h）出口液體量(kg/h)出口質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%wt）一效蒸發(fā)器110427547246二效

54、蒸發(fā)器724627544492三效蒸發(fā)器4492四效蒸發(fā)器98280冷凝器生物降解池9822.6 熱量衡算 熱量衡算的意義熱量衡算是為了確定設(shè)備的熱負(fù)荷.并且根據(jù)熱負(fù)荷的大小以及蒸發(fā)器的傳熱面積，能進(jìn)一步來確定蒸發(fā)器中所需的管子數(shù)。除此之外，對于蒸發(fā)裝置的設(shè)計中，根據(jù)已知的或是查得的相關(guān)數(shù)據(jù)求得未知的物料量和設(shè)備需要加入或是移出的熱量，同時計算出來的熱負(fù)荷也是用來確定加熱劑或冷卻劑用量的依據(jù)在蒸發(fā)操作中，加熱蒸汽的熱量一般可用于將溶液加熱至沸點，此時廢水中的水分蒸發(fā)為蒸汽，全部引入后一效作為加熱蒸汽，同時，蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力是與蒸發(fā)器的傳熱速率成正比關(guān)系。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，蒸發(fā)大量的水分就必須消

55、耗大量的加熱蒸汽，為了減少加熱蒸汽的消耗量，可采用多效蒸發(fā)操作。并且在實際的生產(chǎn)過程中,根據(jù)需要也可對已經(jīng)投產(chǎn)蒸發(fā)裝置進(jìn)行熱量衡算，以此來尋找能量利用的薄弱環(huán)節(jié)，制定節(jié)能措施，對于提供蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強度提供可靠的依據(jù)14。2.6.2 熱量衡算及所需媒介的量 D加熱蒸汽的消耗量, kg/h H加熱蒸汽的質(zhì)量焓,J/kg h0 料液的質(zhì)量焓，J/kg h完成液的質(zhì)量焓，J/kg l蒸發(fā)器的熱損失，W 蒸發(fā)器的熱流量，W T冷凝水的飽和溫度，K T蒸發(fā)器的操作壓力下水的飽和溫度，K t完成液的溫度，K t0-料液的溫度，K Cp完成夜的定壓熱容，J/(Kg.K) Cpw水的定壓熱容，J/(K

56、g.K)一效： 11 1110011()LQD rW rFC TTQ2707.22192.8kJ/h65.936 10二效： 22 222011122()()LQD rW rFCWCTTQ27542230.7 kJ/h66.143 10三效： 33 33301122233()()LQD rW rFCWCW CTTQ27542283.1 kJ/h66.288 10四效： 44 4440112233344()()LQD rW rFCWCW CW CTTQ2854.82355.1 kJ/h66.723 10冷凝器： kJ/h4 4QW r6472355.161.511 10蒸發(fā)器的傳熱面積任意一效的

57、傳熱速率方程為： （） (2-6)iiiiQSt KiiitTt 式中 Qi第 i 效的傳熱速率，W Ki第 i 效的傳熱系數(shù)，W/（m2） 第 i 效的傳熱溫度差， it Si第 i 效的傳熱面積，m2在四效蒸發(fā)中，為了便于生產(chǎn)和安裝，往往使用各效傳熱面積都相等的蒸發(fā)器；所以 S1=S2=S3=S4=S。所以：各效蒸發(fā)器的總傳熱系數(shù)：K1=1400Wm2K-1；K2=1300Wm2K-1； K3=800Wm2K-1；K4=650Wm2K-1Q1=D1r149106 W m2611111.649 1098.21400(137125)QSt KQ2=W1r2 =0.7652230.7 =1.70

58、6106 W m2622221.706 10100.91300(125 112)QSt KQ3=W2r3=0.7652283.1=1.747106 Wm2633331.747 1099.3800(11290)QSt KQ4=W3r4=0.7932355.1=1.868106 Wm2644441.868 1095.8650(9060)QSt K誤差為：minmax95.8110.27100.9SS 誤差在允許范圍內(nèi)，符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。 熱量衡算表表 2-11 熱量衡算表各設(shè)備熱負(fù)荷 Q（ kJ/h）加熱或冷卻介質(zhì)的用量W（kg/h）傳熱面積（m2） 一效蒸發(fā)器5.936106二效蒸發(fā)器6.14310

59、6三效蒸發(fā)器6.288106四效蒸發(fā)器6.723106冷凝器1.5111061.695104生物降解池 Aspen 模擬根據(jù)化工過程模擬軟件 Aspen 對廢水工段進(jìn)行全流程模擬首先根據(jù)要求選擇合適的模塊，并且進(jìn)行物料流股的連接，同時輸入各組分名稱。 圖 2-2 全流程模擬1、第一效蒸發(fā)器模擬對于第一效蒸發(fā)器的模擬，首先需要輸入進(jìn)料流股信息及模塊參數(shù)，進(jìn)料溫度95，操作壓力 MPa，進(jìn)料量為 10000Kg/h，運行的結(jié)果見圖 2-3。圖 2-3 運行結(jié)果第一效蒸發(fā)器模擬結(jié)果如下圖 2-4 和圖 2-5：圖 2-4 第一效蒸發(fā)器模擬結(jié)果表圖 2-5 第一效蒸發(fā)器模擬結(jié)果表2、第二效蒸發(fā)器模擬物

60、料經(jīng)過離心泵打入二效蒸發(fā)器，輸入進(jìn)料流股信息及模塊參數(shù)，進(jìn)料溫度 95，操作壓力 0.237MPa，進(jìn)料量為 10000Kg/h，運行的結(jié)果見圖 2-6。 圖 2-6 第二效蒸發(fā)器模擬第二效蒸發(fā)器模擬結(jié)果如下圖 2-7 和圖 2-8：圖 2-7 第二效蒸發(fā)器模擬結(jié)果表圖 2-8 第二效蒸發(fā)器模擬結(jié)果表3、第三效蒸發(fā)器模擬物料經(jīng)過離心泵打入三效蒸發(fā)器，輸入進(jìn)料流股信息及模塊參數(shù)，進(jìn)料溫度 95，操作壓力 0.237MPa，進(jìn)料量為 10000Kg/h，運行的結(jié)果見圖 2-9。 圖 2-9 第三效蒸發(fā)器模擬第三效蒸發(fā)器模擬結(jié)果如下圖 2-10 和圖 2-11： 圖 2-10 第三效蒸發(fā)器模擬結(jié)果表