年產(chǎn)5000噸晶體丙烯酰胺工藝設(shè)計

1、 /32第一章概述1.1丙烯酰胺的介紹丙烯酰胺（AM）是一種有機化合物，純品為結(jié)晶固體，易溶于水、甲醇、乙醇、丙醇，稍溶于乙酸乙酯、氯仿，微溶于苯，在酸堿環(huán)境中可水解成丙烯酸。職業(yè)性接觸主要見于丙烯酰胺生產(chǎn)和樹脂、黏合劑等的合成，在地下建筑、改良土壤、油漆、造紙及服裝加工等行業(yè)也有接觸機會。日常生活中，丙烯酰胺可見于吸煙、經(jīng)高溫加工處理的淀粉食品及飲用水中。丙烯酰胺屬中等毒類，對眼睛和皮膚有一定的刺激作用，可經(jīng)皮膚、呼吸道和消化道吸收，在體內(nèi)有蓄積作用，主要影響神經(jīng)系統(tǒng)，急性中毒十分罕見。密切大量接觸可出現(xiàn)亞急性中毒，中毒者表現(xiàn)為嗜睡、小腦功能障礙以及感覺運動型多發(fā)性周圍神經(jīng)病。長期低濃度接觸

2、可引起慢性中毒，中毒者出現(xiàn)頭痛、頭暈、疲勞、嗜睡、手指刺痛、麻木感，還可伴有兩手掌發(fā)紅、脫屑，手掌、足心多汗，進一步發(fā)展可出現(xiàn)四肢無力、肌肉疼痛以及小腦功能障礙等。丙烯酰胺的合成方法硫酸水合法19世紀末，由丙烯酰氯與氨首次合成了丙烯酰胺。1954年，美國Cyanamid公司采用丙烯腈硫酸水合法實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，并被各國廣泛應(yīng)用。丙烯腈在硫酸存在下水合成丙烯酰胺的硫酸鹽，然后用液氨中和即生成丙烯酰胺和硫酸銨。反應(yīng)時，過長的停留時間和過高的反應(yīng)溫度都會增加副產(chǎn)物的收率，特別是聚合物和丙烯酸。必須嚴格控制反應(yīng)物的比例，以便抑制副反應(yīng)。從反應(yīng)混合物中回收丙烯酰胺是整個過程中成本最高和最困難的一步。通常

3、采用苯結(jié)晶提純法和離子交換樹脂法。硫酸水合法投資大，丙烯腈等原料消耗定額高，并產(chǎn)生大量含丙烯酰胺的硫酸鹽或硫酸廢液污染環(huán)境，從20世紀60年代開始，美國、日本等國積極研制開發(fā)無公害的工藝路線。到目前為止，采用硫酸水合法制備丙烯酰胺的工藝已經(jīng)基本被淘汰。銅催化法70年代初日本和美國同時開發(fā)了以銅為主的各類催化水合法生產(chǎn)丙烯酰胺，由于它合硫酸法比有很多優(yōu)越性，純度及轉(zhuǎn)化率都有很大的提高，環(huán)境污染少，成本低，在70年代中期基本上取代了硫酸水合法。流程圖如圖1-1圖1-1銅催化法流程方塊圖1.2.3微生物催化法采用微生物催化法效率大大的提高了，生產(chǎn)工藝大為簡化，除了省去丙烯腈回收、除Cu等工段外，微生

4、物催化法的其他工段的生產(chǎn)工藝過程如脫色、濃縮、結(jié)晶、干燥等均合化學合成法相同。微生物法的核心技術(shù)在于生產(chǎn)高效率的微生物催化劑。如圖1-2圖1-2微生物催化法方塊流程圖目前，世界各國生產(chǎn)丙烯酰胺的主要廠商、生產(chǎn)能力和生產(chǎn)方法見表表一生產(chǎn)丙烯酰胺的主要廠商和生產(chǎn)能力和生產(chǎn)方法國別公司名稱生產(chǎn)能力（萬噸/年）生產(chǎn)方法氰胺公司4.54硫酸水合催化水合美道化學公司4.53硫酸水合催化水合納爾科公司0.68催化水合國小計9.75西司道克豪生化學公司0.25催化水合西德道化學公司0.55荷蘭氰胺公司2.7催化水合英國同盟膠體制造公司0.75催化水合歐小計4.25二菱化成3.0催化水合日二井東壓1.5催化水合

5、日東2.0微生物本小計6.5丙烯酰胺聚合物的發(fā)展歷史丙烯酰胺（AM）最早于1893年由Moureu首次合成成功，至今已有一百多年的歷史。PAM在1983年由實驗室制得。1954年首先在美國實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，初期的品種僅是單一的非離子型PAM。不久開發(fā)了堿性水解的陰離子型PAM和陰離子型PAM。PAM的優(yōu)良的水溶性、增稠性、絮凝性能和化學反應(yīng)活性顯示出了巨大的市場潛力和廣闊的應(yīng)用前景。丙烯酰胺單體由丙烯腈經(jīng)硫酸催化水合制取。20世紀70年代初美國和日本開發(fā)了丙烯腈銅催化水合法，1985年在日本又有丙烯腈酶催化水合法問世。我國丙烯酰胺的發(fā)展狀況我國聚丙烯酰胺產(chǎn)品的開發(fā)始于五十年代末期，1962年上海

6、天原化工廠建成我國第一套聚丙烯酰胺生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)水溶膠產(chǎn)品。目前國內(nèi)生產(chǎn)廠家有70多家，總生產(chǎn)能力約為65kt/a（折合為100%），產(chǎn)量約為55kt/a，消費量約為70-75kt/a。其中大慶油田化學助劑廠于1995年從法國SNF公司引進的50kt/a聚丙烯酰胺生產(chǎn)裝置是目前我國最大的生產(chǎn)廠家（分子量為1500萬），1998年產(chǎn)量達到5kt。我國聚丙烯酰胺的應(yīng)用研究開始于六十年代。最早用于礦物精選，而后在制糖、造紙、鋼鐵、水處理等領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸擴大。目前聚丙烯酰胺的主要應(yīng)用領(lǐng)域為石油開采、水處理、造紙、高吸水樹脂、冶金和洗煤等。其消費結(jié)構(gòu)為：油田開采占81%、水處理占9%、造紙占5%、礦山占

7、2%、其它占3%。PAM最有價值的性能是分子量很高，水溶性強，可以制作出親水而水不溶性的凝膠，可以引進各種離子基團并調(diào)節(jié)分子量以得到持定的性能，對許多固體表面和溶解物質(zhì)有良好的粘附力。由于這些性能，使得PAM被廣泛應(yīng)用于增稠、絮凝、穩(wěn)定膠體、減阻、粘結(jié)、成膜、阻垢、凝膠及生物醫(yī)學材料等許多方面。PAM的最大用途是在水處理、造紙、采油、冶礦等領(lǐng)域。近年來，我國應(yīng)用最多的是三次采油方面。在水處理方面，主要利用PAM中酰胺基可與許多物質(zhì)親和、吸附、形成氫鍵的特性。高分子分子量PAM在被吸附的粒子間形成“橋聯(lián)”，生成絮團。達到微粒沉降的目的。依水質(zhì)的不同，可應(yīng)用非離子、陰離子、陽離子型等不同類型的聚合

8、物。目前我國用于水處理方面的絮凝劑80%是聚丙烯酰胺產(chǎn)品。隨著水資源保護和環(huán)境意識的增強。PAM在工業(yè)水處理方面將擁有巨大的潛在市場。據(jù)國外某公司預測，至21世紀初，我國50萬人口以上的城市，用于水處理方面的PAM將達到（6-8）萬噸/年。1.5丙烯酰胺聚合物的應(yīng)用國際上丙烯酰胺聚合物用量最大的領(lǐng)域是水處理。由于其特有的結(jié)構(gòu)和性能特點因而在水處理領(lǐng)域具有極廣泛的用途，主要用作：絮凝劑、污泥脫水劑、助濾劑。在原水處理中與活性炭配合使用，用于水的澄清，以得到符合要求的生活水源和工業(yè)水源；在污水達標處理中用做污泥脫水劑，以減少對環(huán)境的污染；在工業(yè)廢水處理中用作配方劑，以提高水的重復利用率。絮凝技術(shù)是

9、一種用來提高水質(zhì)處理效率的最常用技術(shù)。目前，絮凝技術(shù)是國內(nèi)外普遍用來提高水質(zhì)處理效率的一種既經(jīng)濟又簡便的水質(zhì)處理方法，廣泛地被用來處理工業(yè)廢水、生活污水、循環(huán)冷卻水等，對于加強全球環(huán)境保護和促進人類身體健康，具有重大意義。目前，丙烯酰胺聚合物的研究開發(fā)主要有兩個方向：一方面具有新型結(jié)構(gòu)和性能特點的丙烯酰胺衍生物聚合物的研究開發(fā)使聚丙烯酰胺衍生物的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展；另一方面對原有聚丙烯酰胺衍生物進行改性和進一步開發(fā)新的應(yīng)用。我國聚丙烯酰胺聚合物的應(yīng)用范圍正日益擴大，用量在逐步增加。目前國內(nèi)丙烯酰胺聚合物生產(chǎn)企業(yè)多數(shù)規(guī)模較小，技術(shù)水平低，產(chǎn)品牌號少，產(chǎn)品分子質(zhì)量低，一些高分子質(zhì)量產(chǎn)品還不能生產(chǎn)，需

10、要依賴進口，且價格較高。今后應(yīng)重視在技術(shù)開發(fā)上的投入，通過引進國際先進技術(shù)，研究開發(fā)具有新型結(jié)構(gòu)和性能特點的丙烯酰胺聚合物，使丙烯酰胺聚合物的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，同時對原有聚丙烯酰胺聚合物進一步改性并開發(fā)新的應(yīng)用。在石油開采方面，聚丙烯酰胺具有增稠、絮凝和對流體變性的調(diào)節(jié)作用?？捎米縻@井泥漿的增稠劑、穩(wěn)定劑和沉降絮凝劑。將聚丙烯酰胺加入鉆井泥漿中，可以增加泥漿的稠度，提高懸浮力，使泥漿分散均勻，控制失水，增加穩(wěn)定性，降低摩阻，提高固井速度；在水處理中，聚丙烯酰胺用作絮凝劑，可用于城市污水、生活污水、工業(yè)廢水等的處理以及各種地下水和工業(yè)懸浮液固液分離工程中；在紡織工業(yè)中，聚丙烯酰胺作為織物后處理的

11、上漿劑、整理劑，可以生成柔順、防皺、耐霉菌的保護層。利用它的吸濕性強的特點，能減少紡細紗時的斷線率；在造紙工業(yè)中，聚丙烯酰胺用作分散劑，可以改善紙頁的均勻度。用作增強劑，能有效地提高紙張的強度。用作助留劑、濾水劑、沉降劑，能提高填料和細小纖維的存留率，加速脫水速度，還可沉淀污水、減少污染；在電解冶金或銅、鋅的電解精煉時，添加聚丙烯酰胺，可改善金屬在陰極沉積的質(zhì)量，并增加電流效率。在采礦、洗煤中，采用聚丙烯酰胺作絮凝劑，可促進固體沉降，使水澄清，同時可回收大量有用的固體顆粒，避免對環(huán)境造成污染。聚丙烯酰胺作印染助劑時，可使產(chǎn)品附著牢度大，鮮艷度高。在制糖業(yè)，聚丙烯酰胺可加速蔗汁中細粒子下沉，促進

12、過濾和提高濾液清澈度；在養(yǎng)殖業(yè)中，聚丙稀酰胺可改善水質(zhì)，增加水的透光性能，從而改善水的光合作用。此外，聚丙烯酰胺還可以用作隧道、水壩等工程堵水固沙的化學灌漿和水下、地下建筑物的防腐劑，還可用作土壤改良劑、纖維改性劑、粘結(jié)劑、光敏樹脂交聯(lián)劑等。1.6國內(nèi)外丙烯酰胺生產(chǎn)現(xiàn)狀及消費情況日本生產(chǎn)的丙烯酰胺在各行業(yè)中消耗量的比例如下：紙張增強劑48%水處理30%纖維處理劑及其他8%出口14%美國及西歐生產(chǎn)的丙烯酰胺在各行業(yè)中消費量的情況如下：美國西歐水處理50%56%造紙20-2517%選礦10-15%22%石油工業(yè)10-15%5%其他5%我國丙烯酰胺在各行業(yè)中的消費情況如下：石油工業(yè)66.6%煤礦工業(yè)

13、4.4%紡織工業(yè)5.2%造紙工業(yè)15%水處理2.0%冶金32%化工4.5%制糖3.2%其他9.45%第二章工藝流程2.1工藝流程方塊圖粗原料罐水汽冷凝器2.2工藝流程說明濃度為30%的丙烯酰胺經(jīng)粗過濾后進入原料儲罐中，由離心泵送入提濃塔中進行提濃，為了在提濃塔中更快的提濃，在送入提濃過程中要進行預熱，提濃的熱源是熱空氣，熱空氣是由風機從外面吸入大氣與蒸汽在空氣加熱器中進行加熱而獲得的，空氣與蒸汽進行熱交換后進入提濃塔中從下而上進行加熱提濃，提濃是一個間歇過程，一次性提濃不會達到結(jié)晶所要的濃度，所以要反復的提濃，當濃度達到35%后送入冷凝器進行冷凝，防止溫度過高引起聚合。經(jīng)過冷凝后溫度降到35度

14、左右，送入粗丙烯酰胺罐，在儲罐外面要接冷凝套管通過泵進行循環(huán)，防止外界溫度過高引起丙烯酰胺自發(fā)聚合。再配制濃度約為35%的鹽酸溶液存入鹽酸配制槽中和配制濃度約為35%的氫氧化鈉溶液存入堿液配制槽中。再用泵從粗丙烯酰胺罐中輸送原料進入粗過濾器，除去粗原料中大顆粒的雜質(zhì)，再由粗過濾器送入活性炭過濾罐，吸附一些小顆粒的雜質(zhì)，再由活性炭過濾罐送入陽離子交換柱，用泵送配制好的鹽酸溶液進入陽離子交換柱中除去金屬離子如Ca2+、Mg2+和Cu2+等，再送入陰離子交換柱，用泵送配制好的堿液加入陰離子交換柱中，除去酸根離子如so42-和no3-等。經(jīng)過這些過濾后，丙烯酰胺溶液符合結(jié)晶的標準，送入精制儲罐中。再由

15、泵從儲罐送入結(jié)晶釜中進行結(jié)晶，在結(jié)晶過程中采用-10C的冷凍鹽水通入結(jié)晶釜的外面夾套中，控制釜中的溫度，同時要慢慢的攪拌。結(jié)晶后的物料送入離心機進行離心分離，分離的晶體由輸送機送往干燥段。離心的溶液送入原料罐重復上面的步驟。干燥主要除去晶體中的水分，干燥的熱源是用蒸汽與空氣進行熱交換，用熱空氣干燥晶體，再送入包裝機進行包裝。2.3工藝流程控制說明提濃塔溫度的控制通過調(diào)節(jié)液體的流量和提濃平衡罐內(nèi)的液體流量來控制塔內(nèi)的溫度，提濃平衡罐采用連鎖的形式，當溫度和液位超過設(shè)定數(shù)值時就自動調(diào)整閥門。容器液位的控制間歇操作時，反應(yīng)器中液位是通過每批加料量來決定的。進料時打開進料泵，物料達到預定夜位時，關(guān)閉進

16、料泵。泵的控制流體輸送設(shè)備為離心泵時，管路中流體流量通常有兩中調(diào)節(jié)方式，直接流量調(diào)節(jié)和旁觀流量調(diào)節(jié)。本設(shè)計采用直接流量調(diào)節(jié)。直接流量調(diào)節(jié)。流量計及調(diào)節(jié)閥安裝在輸出管道上，流量計在前，調(diào)節(jié)閥在后，通過調(diào)節(jié)閥門的開啟度，調(diào)節(jié)管路中流體流量的大小，該控制方案簡單、易操作。旁路流量調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)閥設(shè)在循環(huán)旁路管道上，流量計設(shè)在輸出管道上，泵的流量是固定的，通過調(diào)節(jié)循環(huán)旁路中閥們的開啟度來調(diào)節(jié)流量。換熱氣的控制通常采用調(diào)節(jié)載熱體流量的方法，檢測點一般放在物料出口處，也可以放在載熱體出口處通過控制凝液流量大小。報警、切斷及連鎖為了保證安全生產(chǎn)，雖然采用了各種常規(guī)的復雜的調(diào)節(jié)系統(tǒng)使工藝參數(shù)保持在安全范圍內(nèi)，但仍

17、不排除在特殊情況下發(fā)生意外。對于種種不正常的狀態(tài)都應(yīng)考慮到，并在設(shè)計中采用充分的附加防范措施。本設(shè)計采用連鎖報警裝置。第三章物料計算3.1物料計算方塊流程圖物料計算方塊流程圖如圖3-1圖3-13.2物料計算年生產(chǎn)330天，每天生產(chǎn)24小時。（1）年產(chǎn)5000噸晶體，需濃度為30%的粗原料年用量為：W=18000噸/年總水分總損失=原料總量-產(chǎn)品總量-損失總量（2）經(jīng)過提濃后損失5噸/年，濃度達到35%，除去水分為030%3518000（18000 x=2585.7噸年（3）、精制過程損失的主要是除去的雜質(zhì)。如下：濃度為30%鹽酸用量：400噸/年。濃度為30%堿用量：450噸/年。炭用量：10

18、0噸/年。其中在精制過程中年純水用量約2000噸。精制過程中碳吸附雜質(zhì)約5噸/年、離子交換除去雜質(zhì)約5噸/年廢液=水+鹽酸量+堿量+炭+除去的雜質(zhì)。廢液=2000+400+450+100+5+5=2960噸/年經(jīng)提濃后總物料量為：(18000 x0.30)0.35-5=15414.3噸/年、結(jié)晶過程結(jié)晶損失2噸/年、離心過程離心分離為35%其中損失5噸/年。經(jīng)分離后物料總量為：(15414.3-2-5)x35%=5388.3噸/年經(jīng)離心返回提濃段為：15395.2-5388.3=10006.9噸/年、干燥過程干燥損失5%其中損失2噸/年。由離心過來的總量為：5388.3噸/年。經(jīng)干燥工序后產(chǎn)品

19、為：(5388.3-2)x(1-0.05)=5116.98噸/年。第四章設(shè)備計算4.1主物料管徑的計算4q4qu=V=Va兀d2q兀Vu4流體的流速，ms；流體的體積流量，管子內(nèi)徑，m。查表取流速：u=1.5ms,q=10mh計算得:q兀u410：3600X0.785x1.5=0.050m取d=50mm。4.2循環(huán)水管徑計算u=2m/s=0.040m取循環(huán)水管道直徑為40mm4.3釜體的計算結(jié)晶釜的體積計算間歇操作a.根據(jù)年產(chǎn)量確定日產(chǎn)量“,Kgd-1db確定生產(chǎn)周期或每天生產(chǎn)批數(shù)T=V+TTRa式中：T一個生產(chǎn)周期的時間，h；TT結(jié)晶達到預期的時間，hRT輔助操作時間，h。a24aTT式中：

20、a每天生產(chǎn)批數(shù)，B-d-1。C.選擇反應(yīng)器的裝料系數(shù)V式中V液體的體積，m3RV反應(yīng)器的實際體積，m3T攪拌釜，申取0.60.8，有起泡或沸騰時，申取0.40.6d計算反應(yīng)器體積及臺數(shù)VWdTT或VRX24R、-1P2丿式中：P反應(yīng)液的混合密度，Kg-m3。m申1組分1所占的份數(shù)，%；申2組分2所占的份數(shù)，%；Pi組分1的密度，Kg-m3；P2組分1的密度，Kg-m3。間歇操作便于設(shè)備的設(shè)計與制造，降低設(shè)備費，取每個反應(yīng)器體積相同，此時式中:nT反應(yīng)器臺數(shù)，個。結(jié)晶釜日產(chǎn)量為間歇操作：W=15400=46.7td-1d330T=1.5hap伴申iPmWPI12丿(0.650.35*=+L998

21、1122丿=1039.56kg/m3申取0.7,H/D=1.52,上下封頭均用標準橢圓封頭。間歇操作周期：t=T+TTRa=9.0+1.5=10.5h液體體積為：WTm46700 x10.51039.56x24=20m3釜的總體積為：V=u33.33m3t申0.6取每個釜體積為V=8.5m3，則需要釜的個數(shù)為：nTiT查表得標準橢圓封頭的體積為：0.131D3、h=D4。封令：h為釜體直邊高度、H為結(jié)晶釜總高度，則：H=h+2xh封=h+D2=1.5D若取HD=1.5，則有：h=D3333沁4個8.5兀V=xD2xh+0.262D3T4兀=D3+0.262D34=1.047D3鑰2.0m所以此

22、處按公稱尺寸選=2m由于釜的上下封頭仍為標準封頭，因為HD取的較小,釜體直徑D二2.0m。釜體的直邊高度為：V2xV8.5-2x0.131X23h=t封=LxD20-785x224釜的實際高度為：H二h+2xV二2.0+1.0二3.0m封根據(jù)表取封頭的直邊高度為50mm。釜體圓形直筒部分高度：h=h-2x0.05=2.0-0.1=1.9m結(jié)晶釜的實際體積為：兀V=xD2xh+0.262xD3T4=0.785x22x2+0.262x23=6.28+2.096=8.37m3釜的實際長徑比：HD=3=1-5取釜的體積為8.5m3。提濃循環(huán)泵的計算根據(jù)伯努力方程式得：PPu2u2vW=(zz)g+i+

23、2+vH21p2f式中：W外加機械能，J/kg；z,z所選取兩截面距離地面的高度，m；12P，P所選取兩截面的壓力，Pa；12u,u12VH所選取兩截面的液體流速，m/s；兩截面間管路中的壓頭損失，mu2u2W=2i+vH2已知管內(nèi)物料的流速：u=1.5m/s，所以dupRe=05x卩x1122=841x1040.001經(jīng)查表得/d=0.003，九=0.027壓頭損失計算公式為：vH,llJ一+-e(dd丿u2式中：VHf兩截面間管路中的壓頭損失，m管道內(nèi)流體流速，m/s設(shè)管道的總長l=10m，2個截止閥；1個止回閥；管徑d=0.05m。在整個管路中，共有4個90彎頭；1個流量計。經(jīng)查表可得：

24、=4940；99，將數(shù)據(jù)代入公式計算得：YH=(101.520.027x+4940+99xf一j0.05丿一2Wu2-u2=i_+厶H=1.52-0+12f2所以=267.5J/kg又因為入數(shù)據(jù)計算得H=沁+125=27.4m9.8在選擇泵的揚程時，應(yīng)放大5%10%，所以，泵的揚程可以選為H=27.4x(1+0.5%)=28.8m計算軸功率及電機功率有效功率單位時間內(nèi)液體從泵獲得的能量，WP=QHpgeVe式中：q體積流量，m3s-i；VH揚程，m；ep流體密度，Kgm；g重力加速度，ms-2。10 x1041.66x28.8x9.813600.=871.5W軸功率單位時間內(nèi)泵軸所提供的能量，

25、W。式中：n泵效率。n取92%得Pa=囂冷窗電機功率電機轉(zhuǎn)動所提供的功率，W。pP=Kan式中：傳電機傳動效率；傳751.1K選用電動機富裕系數(shù)，與軸功率有關(guān)，取值范圍如下:K1.51.31.251.15選擇皮帶輪傳動的電機，則取耳=90%,K=1.5得傳888.6p=1.5x0.90=1481W4.5提濃塔的計算M=4M+申M)進1122式中：M1組分1的摩爾質(zhì)量，g/mol；M組分2的摩爾質(zhì)量，g/mol；2申組分1的百分含量，%；1申組分2百分含量，。2原料組分的含量為：AM單體申=30%，M=71gmol；11水申=70%，M=18gmol22則；M=（PM+申M）進1122=0.30

26、 x71+0.7xl8=21.3+12.6=33.9g/mol經(jīng)提濃后AM濃度為35%，根據(jù)上式計算M得;釜M=（PM+申M）釜1122=0.35x71+0.65x18=24.85+11.7=36.55g/mol根據(jù)公式（、P1+P2I-1得;式中：p1組分1的密度，Kg/m3；p2組分2的密度，Kg/m3；P組分1的百分含量，%；1P組分1的百分含量，。2已知P1=0.3，P2=0.7查表得p1=1122Kg/m3，20oC時水得密度p2=998.2Kg/m3，則進P*P1+p12丿（0.30.7I-1+1122998.2丿=1032.4Kg/m360C水的密度為丫2=983.1Kg/m3，

27、經(jīng)提濃后混合密度為,釜叩申丫1p1+p12丿pLP_LD=65.29Kg/h=3.6Kmol/h389.24W=10.65Kmol/h36.55454.55F=13.4Kmol/h33.9L=RD；V=L+D，取R=2SSSL=2x6529=0.000037m3/Ss998.2V=L+D=0.0688m3/SSSL=L+qF,取q=1SSl=0.000037+0.000122S=0.000159m3/S氣相重度389.24p=釜41065273+60釜22.4x10.65273454.55=1.3376Kg/m3p=273丄50=1.2799Kg/m3進22.4x13.4x273+502736

28、5.29p=：73丄40=0.7062Kg/m3餾22.4x3.6x273+40+曠）273p=進瞪=0.993Kg/m3V2P_=進缸=1.3087Kg/m3v2(、巳PV丿0.50.000159(1030=0.06881.3087丿二0.0650.2C=C20式中：C20表面張力為20mN/m時的C值；液體表面張力，mN/m；表面張力為時的C值。選塔板間距H二400mm，查表得C=0.073,T20查表得b=21.7mN/m=2.08m/sC=Cu=(0.60.8)Umaxu=0.7U=0.7x2.08=1.456m/smaxD=計算塔徑得式中：D塔徑，m；TV塔內(nèi)氣相的體積流量，m3/S

29、；Su氣相的空塔速度，m/s。T則，D二1.5二1.146mT石x1.4564.6風機的計算輸送60C的熱空氣，風量為40m3min,出風口位置為90度的風機，并配用電機，風壓為60mmH2O。根據(jù)工況要求風量和風壓，考慮加10%的附加值，即：Q=1.1x40m3；minxAP=1.1x60=66mmH2Ox風機的使用工況的空氣密度p按氣體狀態(tài)方程式求，即：PV二nRTpPT=P=pp00T01c94273+20=1.2xx101.3273+60=0.909Kgm3風機的實測標準狀態(tài)為P二101.3KPa,t=20OC，空氣密度p=1.2Kg/m3000將使用工況狀態(tài)下的風量和風壓換算為實測標

30、準狀態(tài)下的風量和風壓Q=Q=44m3/min0 xp1.2AP0=APxXF=666麗=81mmH2O查離心式風機性能表選擇轉(zhuǎn)速為1450r/min,軸功率為10.6KW的風機。4.7冷凝器的計算(1)耗水量，根據(jù)推動力Atm及水消耗兩兩方面考慮，選擇水的出口溫度t=30C,則水的平均溫度為：t=1(t+1)=i(20+30)=25C2122在25C時水的有關(guān)物理量為：密度p=997Kg/m熱容Cp=4.178Kg/(KgC)熱負荷：水消耗量為：導熱系數(shù)粘度九=0.608W/(mC)卩=0.866x10-3PaS普蘭特準數(shù)Pr=7.506Q=qc(T-T)m1p11212000=x3.475x

31、103x(50-35)3600=173KW173=4.14Kg/SW-2C(t-1)4.178x(30-20)p21從腐蝕性、傳熱面積和價格三方面綜合考慮后，選用025x2.5mm無縫鋼管,此管內(nèi)徑d0=0.02mm。工業(yè)上水和類似的流體流速一般取12.5m/s，則選AM的流速為1m/s。2)估算傳熱面積和管子的根數(shù)At-AtAt=1_t_2mAtlnat(t-1)-(T-1)=1(T-1)2ln(t22_(50-20)-(40-30)130In-10=18.2C由于AM的粘度小于1,所以K取值范圍在50350W/(m2S),初選K=250W/(m2S)估算傳熱面積為：Q173x1000S二二

32、二49.7m2KAt250 x13.9m單程管數(shù)為：W4x4.14c2U叟d2p1x3.14x0.022x997U才oP=15根單程管長為：_58ml，S_49.7_n阮d_11x3.14x0.025式中d1為管的外徑。選定換熱氣的管長為3m,則管程數(shù)為N，即:plN_19.06p3選換熱氣管程為2,則需要換熱氣的個數(shù)為N,即:N20N_p_10個22每個換熱氣管根數(shù)為:n_2xn_30根每個換熱氣的面積為:sS_4.97m210根據(jù)S=6m2,n=22查表選用換熱氣的型號，有關(guān)數(shù)據(jù)如下：公稱直徑Dn273mm公稱壓力2-5x106Pa傳熱面積S7/7.30管程數(shù)Np2管數(shù)n32管長l3m管子

33、規(guī)格025x2.5mm，管子排列方式為正三角形（3）管程壓降的計算管程雷諾準數(shù)為：dupRe_0其中u為選定換熱氣的實際操作流速，有下式計算Vu=sn”Ld240式中2二1030二0.004im3/S所以32n=16根20.0041門“/u=0.82ms兀16xx0.0224門dup0.02x0.82x1030Re=0=1.96x1040.866xl03由于鋼管的絕對粗糙度=0.15mm，故,-=0.0075，查九與Re及-的關(guān)系圖得,dd九=0.035，又取管程結(jié)垢系數(shù)Ft=1.5，故的管程壓降為：、lJ九d+30丿AP=31030 x0.822=(0.035x+3)xl.5x2x0.02=

34、8598.76N/m298辱因此壓降滿足要求所計算的換熱氣符合要求。4.8旋風分離器的計算已知標準型旋風分離器的阻力系數(shù):=8.0,允許壓強AP=700Pa,在60C時空氣的物理常數(shù)為：p=1.06Kg/m3，P=2.0 x10-5PaS,顆粒密度P=1160Kg/m-3可得分離器的最大進口速度u=i2AP飛號=12.85ms按照要求的分離效率，臨界粒徑不大于10um，而氣流回轉(zhuǎn)圈數(shù)Ne值取為5,求的進管寬度。兀X5X12.85X（1160一1.06）x（10 x10-6）9x2.0 x10-5=0.13m旋風分離器的直徑為：D=4B=4x0.13=0.52m一個旋風分離器的處理量為：V=hB

35、U=DDUsi24i0.522=X12.858=0.434m軒s含塵氣體在工況下的總流量為：V=4000X273+60s=3600X273=1.35m3；S所需分離器的臺數(shù)為：1.35n=s=3.12臺0.434s為了便于布置，決定采用4態(tài)分離器并聯(lián)操作。所以需要復算1）從分離效率和處理量求分離器直徑每個旋風分離器理量為：V=匕=135sr4=0.337m3js旋風分離器的臨界粒徑為：9HB兀Np_uesi按分離效率90%，其臨界粒徑為10um,即:d=i10X10-6=：9x(2.0 x10-5)B兀x5x1160ui(a)標準式旋風分離器的入口寬度為：B二D4旋風分離器的入口高度為：h二D

36、2含粒氣體在旋風分離器入口的流速為(b)c)uV0.337=s=ihBhBd)聯(lián)立（a）、（b）、（c）、（d）四式得:10X10-6=:9x(2.0 x10-5)B兀x5x1160 xui10X10-6=9x(2.0 x10-5)i兀x5x1160 x0.337DD2T“9x2x10-5xD310-5=斗32x兀x5x1160 x0.3370.3370.337x8.u二i=11.7m-sD20.482nD=0.48m校核壓強降A(chǔ)PpCi)21.06x11.722=580.6Pa700Pa校核壓強降表明旋風分離器直徑可小一點。第五章廠房布置5.1車間布置原則從經(jīng)濟和壓降觀點出發(fā)，設(shè)備布置應(yīng)順從

37、工藝流程，但若與安全、維修和施工有矛盾時，允許有所調(diào)整?？刂剖液团潆娛覒?yīng)布置在生產(chǎn)區(qū)域的中心部位，并在危險區(qū)之外。充分考慮本裝置車間與其他部門在總體布置圖上位置，力求緊湊、聯(lián)系方便、縮短輸送管線，達到節(jié)省管材費用及運輸費用。設(shè)備布置整齊，盡量使主要管架布置與管道走向一致。5.2車間布置車間平面布置廠房平面布置按其外形一般有長方形、L形和T形等。長方形便于總平面圖的布置，節(jié)約用地，有利于設(shè)備排列，縮短管線，易于安排交通出入口。廠房的柱網(wǎng)布置，要根據(jù)廠房結(jié)構(gòu)而定，生產(chǎn)類別為甲、乙類生產(chǎn)，宜采用的柱網(wǎng)間距一般為6m,也有采用7.5m的。丙、丁、戊類生產(chǎn)可采用混合結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)，開間采用4m、5m或6m。但不論框架結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)，在一幢廠房中不宜采用多種柱距。柱距要盡可能符合建筑模數(shù)的要求，這樣可以充分利用建筑結(jié)構(gòu)上的標準預制構(gòu)件，節(jié)約設(shè)計和施工力量，加速基建進度。廠房寬度的確定，一般單層廠房寬度不宜超過32m,多層廠房寬度不宜超過24m，廠房常用寬度9m、12m、15m、1