畢業(yè)設計年產25000噸電石的工藝設計

摘要本設計的題目是25000t/a電石的工藝設計。電石是有機合成工業(yè)的重要基本原料，我國生產的電石主要用于生產聚氯乙烯（PVC）（約70%），其他用于生產醋酸乙烯、氯丁橡膠、聚乙烯醇（PVA）、石灰氮等產品。本設計所用的原料為白灰、蘭碳和電極糊，蘭碳經干燥后與白灰以一定的配比投入密閉電石爐中，白灰和蘭碳依靠電極電弧熱和爐料電阻熱熔化反應而生成電石。電石生成后定時出爐，經冷卻、破碎后作為成品包裝。生成的一氧化碳全部從爐頂抽出。設計的內容包括確定工藝流程，對所選的流程進行物料衡算、設備選型和布置以及環(huán)保、消防、職業(yè)安全衛(wèi)生等內容。同時，畫出工藝流程圖、設備平面布置圖等。醋酸和農藥等的原料關鍵詞白灰，蘭碳，電石，電石爐，一氧化碳ABSTRACTThetopicofthedesignis25000t/acalciumcarbideprocessdesign.Calciumcarbideisanimportantrawmaterialoforganicsynthesisindustry.TheproductionofcalciumcarbideinChinamainlyusefortheproductionofpolyvinylchloride(PVC)(about70%).Therestisusedfortheproductionofvinylacetate,chloroprenerubber,polyvinylalcohol(PVA),limenitrogenandotherproducts.Whiteash,cokeandelectrodepasteareutilizedasrawmaterialsinthisdesign.Afterdrying,thecokeisinputintothefull-enclosedcalciumcarbidefurnacewithacertainratioofwhiteash.Calciumcarbidegeneratedfromthereactionofwhiteashandcockheatedbytheelectrodearcfurnaceheatandthethermalresistance.Thecalciumcarbideisgetoutofthefurnacetiming.Theproductsarepackagingaftercooled,broken.Thetasksofthisdesignincludetheidentificationoftheprocess,thematerialbalance,thelayoutandselectionoftheequipmentandenvironmentalprotection,firesafety,occupationalsafetyandhealthcontent.Meanwhile,drawtheprocessflowdiagrams,equipment.KEYWORDSWhiteash,coke,calciumcarbide,calciumcarbidefurnace,carbonmonoxide目錄第一章綜述 11.1電石的性質 11.1.1簡述 11.1.2電石的物理性質 11.1.3電石的化學性質 11.1.4電石的用途 21.2電石的生產概況 31.2.1電石的發(fā)展 31.2.2國外的生產情況 41.2.3 我國電石行業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展 4第二章電石的生產方法及生產流程 62.1電石生產原理 62.2電石生產的方法 62.2.1氧熱法 62.2.2電熱法 72.2.3其他方法 72.3電石生產的工藝流程 72.3.1原料的預處理 72.3.2電石的生產 82.3.3冷卻、破碎、儲存 92.3.4電石爐尾氣的凈化及利用 92.4電石生產流程簡圖 102.5電石爐爐氣處理流程簡圖 10第三章 電石生產過程的工藝計算 113.1設計的依據 113.1.1設計的主要內容 113.1.2主要技術指標 113.2產品的物料衡算 123.3電石生產原料的需求量 123.3.1白灰 123.3.2蘭碳 133.3.3電極糊 133.4干燥器的物料衡算 133.5電石爐中的物料衡算： 143.5.1主反應 143.5.2副反應 143.5.3反應的物料衡算 143.5.4電石爐物料流程圖 15第四章 主要設備計算及選型 164.1變壓器 164.1.1變壓器類型的確定 164.1.2變壓器容量的確定 164.1.3變壓器二次電壓的確定 164.1.4變壓器的二次電流 164.1.5變壓器的一次電流 174.1.6電石爐變壓器的電氣參數(shù)一覽表： 174.2電石爐 174.2.1電極設備 174.2.3電石爐爐膛內徑 184.2.4電石爐爐膛深度 184.2.5熔池半徑的計算 19表4-2電石爐的幾何參數(shù) 194.3干燥器設計及選型 194.4除塵設備設計及選型 204.4.1布袋除塵器 204.4.2旋風除塵器 204.5氣體冷卻 214.6其他設備一覽表 22第五章 設備布置 235.1設備布置圖的視圖內容及表達方法 235.2設備布置原則 235.2.1滿足生產工藝要求 235.2.2符合經濟原則 235.2.3符合安全生產要求 235.2.4便于操作、安裝和檢修 245.2.5其他要求 24第六章 環(huán)境保護、消防、安全及職業(yè)衛(wèi)生 256.1環(huán)境保護 256.2消防、安全及職業(yè)衛(wèi)生 256.2.1電石爐工藝操作危險性分析 266.2.2安全對策 27致謝 28參考文獻 29外文翻譯 30附錄 45PAGE30第一章綜述1.1電石的性質1.1.1簡述電石，其化學名稱叫做碳化鈣，分子式為CaC2，分子量為64.10?；瘜W純的碳化鈣幾乎是無色透明的晶體，不溶于任何溶媒中。在18℃是相對密度是2.22?；瘜W純的碳化鈣只能在實驗室中，用加熱金屬鈣和純碳使其直接化合的方法而制得。極純的碳化鈣結晶是天藍色的大晶體，其色澤和淬火鋼的顏色一樣。通常我們所說的電石是指工業(yè)碳化鈣而言。它是在電石爐中用焦炭和石灰而制得。電石除含大部分碳化鈣外，還含有少部分其他雜質。這些雜質都是原料中的雜質轉移過來的[1]1.1.2電石的物理性質電石的外觀為各種顏色的塊狀體。其顏色隨碳化鈣的含量不同而不同，有灰色的、棕黃色的或黑色的。電石的新斷面呈灰色，當CaC2含量較高時則呈紫色。若電石的新斷面暴露在潮濕的空氣中，則因吸收了空氣中的水分而使斷面失去光澤變成灰白色。電石能導電，其導電性與電石的純度有關，碳化鈣含量越高，導電性越好。電石的熔點隨電石中碳化鈣的含量改變而改變，純碳化鈣的熔點為2300℃，工業(yè)產品電石中碳化鈣的含量一般在80%左右，其熔點常在2000℃左右1.1.3電石的化學性質[1]1.在沒有任何水分的條件下，將電石在氫氣流中加熱至2200℃CaC2+H2→Ca+C2H2這時所生成的金屬鈣在2275℃2.粉狀電石與氮氣在加熱條件下反應生成氰氨化鈣CaC2+N2→CaCN2+C3.將氨通入粉狀的電石，在500℃到600℃時氨就分解成氮和氫。在650℃時則開始進行副反應而生成氰氨化鈣CaCN2和氰化CaC2+4NH3→CaCN2+NH4CN+4H24.碳化鈣被水解時生成乙炔。它不僅能被液態(tài)的或汽態(tài)的水分解，而且也能被物理的或化學的結合水所分解。這就是碳化鈣能被用作強烈脫水機的道理。在水過剩的條件下，也就是把碳化鈣浸于水中時，反應依下式進行：CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2如果滴加的水來分解碳化鈣，也就是碳化鈣過剩時，則除上式反應外還發(fā)生如下反應：CaC2+Ca(OH)2→2CaO+C2H2這個反應也足以說明碳化鈣是一種強脫水劑。用飽和水蒸氣分解碳化鈣時，也像水分解它一樣。有足量的水蒸氣存在時生成氫氧化鈣。蒸汽的溫度超過200℃5.當濃硫酸作用于碳化鈣時，生成丁烯醛和樹脂。用相對密度為1.75的硫酸長時間作用于碳酸鈣時，生成含硫化合物。1.1.4電石的用途[1]1.電石與水反應生成的乙炔是現(xiàn)代合成塑料、橡膠、纖維、醫(yī)藥、農藥、染料、樹脂和溶劑等許多有機產品的基礎原料。2.在加熱粉狀電石與氮氣時，反應生成氰氨化鈣，即石灰氮，是一種優(yōu)良的堿性肥料，也是生產氰化物的原料。加熱氰氨化鈣與食鹽，反應生成氰熔體，用于采金及有色金屬工業(yè)，也用于特種鋼的淬火。用氰氨化鈣生產的雙氰胺、三氯氰胺、硫脲和胍等，可用于醫(yī)藥、印染和塑料工業(yè)。3.電石本身還可以直接用作鋼鐵工業(yè)的脫硫劑，生產優(yōu)質鋼。用電石制成的爐磚，可以用作煉鋼爐的爐襯。粉狀電石可用作分析化學的試劑（主要用于水分含量的分析）和建筑工程的測濕劑。另外，電石用途還有其獨特之處。如電石乙炔的純度較高，乙炔-氧焰的性能較優(yōu)，這些都是石油化工生產的乙烯、丙烯代替不了的。尤其是近年來電石本身找到了許多新的用途，例如用電石處理橡膠樹、菠蘿樹和鳳梨樹等，可以增加產量。這說明電石還有許多用處，有待我們去研究、發(fā)掘。1.2電石的生產概況1.2.1電石的發(fā)展電石工業(yè)誕生于十九世紀末。當時的電石容量很小，只有100～300千伏安，且是單相，饋電線路既長又笨重，采用間歇操作，生產技術處于萌芽時期。所生產的電石只用于點燈，隨后才用于金屬的切割與焊接[1]。二十世紀初，生產石灰氮（氰氨化鈣）的方法問世后，電石生產向前邁進了一步。而隨著有機工業(yè)的迅速發(fā)展，電石工業(yè)更加興旺起來。第二次世界大戰(zhàn)以后，挪威和德國先后發(fā)明了?？希‥lekm）型和德馬格（Demag）型密閉爐，接著世界上許多國家均采用這兩種型式設計建設密閉爐。七十年代，美國成功研制了空心電極和全自動化操縱電爐的新技術，同時，德國也建成了巨型密閉電石爐，為電石工業(yè)的發(fā)展做出了很大的貢獻[1]。發(fā)達國家電石生產技術先進,但產量日趨減少。目前,美國、日本、德國均為世界上電石生產技術較為發(fā)達的國家,其中德國擁有世界上最大的電石爐,日產電石近500t。計算機自控技術、空心電極技術、密閉生產技術等先進的電石生產技術為降低電石生產成本提供了很大的空間。由于電石法生產乙炔的生產成本相對較高,且存在高能耗、重污染的缺點,發(fā)達國家電石生產日益萎縮。而發(fā)展中國家依靠引進技術和原有技術,生產能力持續(xù)擴大:以中國為代表的發(fā)展中國家依靠廉價的煤炭、水力和勞動力資源,正實施低技術擴大生產。從最初的間歇式生產到目前的自動化操作密閉電石爐的生產技術,世界電石的總量也因發(fā)展中國家的生產能力的擴大而基本保持不變[2]。1.2.2國外的生產情況美國是最早生產電石的國家,早在上世紀末葉，就建成了世界上第一座容量為300千伏安的電石爐。最初生產的電石只用于點燈。隨著有機合成的發(fā)展，美國的電石工業(yè)也得到迅速的發(fā)展。1965年，美國電石產量達100萬噸以上，與日本、德國同居世界首位。到20世紀70年代已成熟運用空心電極和計算機過程控制技術,能保證電石爐在恒定功率運行,電石電耗到3034kWh/t,發(fā)氣量也穩(wěn)定在優(yōu)級品[3]。日本在20世紀50年代末已使用密閉電石爐,至70年代已研制成功機械出料機,日本在研制成空心電極技術后,電石成本大幅下降,80年代初期電石電耗已降至3050kWh/t以下[3]。德國也是電石生產技術較為發(fā)達國家,擁有世界最大的電石爐,容量為75000kVA,日產電石為435噸,凈化后爐氣為1萬m3/h,運用空心電極技術,可利用粉料占總爐料的1/4以上,可大幅降低電耗,電石電耗已降至2940kWh/t,質量穩(wěn)定,最大生產廠可年產電石60萬噸以上[3]。除上述三個國家大量生產電石外，英國、法國、意大利、加拿大和挪威等國也生產電石，而且擁有大功率密閉電石爐。?？闲兔荛]電石爐就是挪威發(fā)明的，而且還是世界上第一個發(fā)明密閉電石爐的國家。這些國家生產技術也很先進，只是在生產規(guī)模上不如上述三國[3]。我國電石行業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展我國電石工業(yè)經過60多年的發(fā)展，已經成為重要的基礎化工原料產業(yè)。近年來，在下游需求不斷增長的帶動下，國內電石產能快速擴張[4]。

在我國，電石主要用于生產電石法聚氯乙烯（PVC），PVC消耗的電石量約占電石表觀消費量的75%以上；其次用于生產金屬切割用的乙炔類產品，該領域對于電石的需求量約占電石總消費量的10%左右；其余用于生產氯丁橡膠、聚乙烯醇（PVA）、石灰氮及其衍生物等產品。因此，國內電石市場的走向主要取決于下游PVC行業(yè)的發(fā)展態(tài)勢[5]?！案幻?、缺油、少氣”是我國資源、能源現(xiàn)狀，發(fā)展新型煤化工，特別是隨著我國煤氣化技術的發(fā)展，充分利用劣質煤炭發(fā)展煤化工，有利于資源的綜合利用和替代石油。我國石油資源匱乏，按現(xiàn)在的開采速度，我國現(xiàn)有的原油資源將在十幾年后消失殆盡。為滿足日益增長的成品油及其他石化產品的需求，我國每年都要從國外進口大量原油。我國發(fā)展以石油為原料的石化產業(yè)鏈受到資源供應的制約，產業(yè)安全難以得到全面保障。我國煤炭資源儲量豐富，煤炭供應可以完全立足于國內。電石法PVC符合我國“富煤少油”的資源結構。我國石油資源短缺，乙烯產量相對較少。PVC產量僅占總產量的四分之一左右。電石法生產PVC在一定程度上緩解了我國石油資源短缺的矛盾[5]。多年來，通過行業(yè)工作者的不懈努力，電石生產技術不斷改進，安全生產水平不斷提高，能耗、物耗持續(xù)下降，污染排放量也得到有效控制。電石設備制造企業(yè)已經完全掌握大型密閉式電石生產裝置的設計、制造和施工。特別是這近幾年來，能耗低、污染排放量少的大型密閉式電石爐在行業(yè)內得以迅速推廣，促使電石行業(yè)整體水平不斷提高[5]。為實現(xiàn)資源、能源的綜合利用，貫徹循環(huán)經濟理念，在煤炭資源豐富的地區(qū)建設“煤—熱電—化工（燒堿、電石、聚氯乙烯、水泥）一體化項目。這是電石、電石法聚氯乙烯規(guī)避風險、可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)雙贏的必由之路[5]。未來幾年內，石化產業(yè)和相關產業(yè)經過調整和振興，下游行業(yè)對聚氯乙烯的需求量仍將保持增長，聚氯乙烯行業(yè)將保持良好的發(fā)展勢頭。預計到2011年，我國PVC產能將有可能達到2200萬噸/年左右，其中電石法產能將由2008年的1200萬噸增長到1800萬噸，若開工率按80%～90%計算，則電石法PVC產量將達到1440萬～1620萬噸。按照生產1噸PVC需要消耗1.5噸電石計算，則總共需要消耗電石2160萬～2430萬噸[4]。因此國內電石行業(yè)仍存在一定的發(fā)展空間，產能的合理擴張將有利于滿足下游行業(yè)不斷增長的需求，從而保障國民經濟的平穩(wěn)增長。第二章電石的生產方法及生產流程2.1電石生產原理電石的生產過程是規(guī)格合格的生石灰和碳素按規(guī)定的配比經加料器送入電石爐爐面，原料在電石爐內1800℃～2200℃的高溫下反應生成電石CaO+3C→CaC2+CO由上化學方程式可知:(l)電石是由石灰和碳化合反應而成的；(2)在化合反應的時候，在每生成一個分子電石，需要一個分子的氧化鈣和三個碳原子，同時還有一個一氧化碳分子生成；(3)此化合反應為吸熱反應,為完成此反應，必須供給大量的熱量；(4)此化學反應為可逆反應，根據平衡原理，增加反應物的濃度和將生成物源源不斷地取出，有利于反應的進行[6]。2.2電石生產的方法2.2.1氧熱法在二十世紀六十年代，德國、美國、荷蘭和朝鮮就進行氧熱法生產電石的實驗，認為該方法與電爐法相比可降低成本50%。氧熱法工藝是以生石灰和煤為原料，在2500℃～3000℃的高溫下生成電石，爐內產生的爐氣在上升的過程中與下降的原料進行熱交換，充分利用了反應熱，節(jié)約了電石生產過程中的耗電量。該方法的優(yōu)點是電耗低、爐氣量大、純度高、對煤質要求不太嚴格（但煤耗量高）。這種方法既獲得電石有產生大量的爐氣，每生產一噸的電石可獲得爐氣2600～2800立方米，相當于密閉電石爐每噸電石產爐氣400立方米的七倍，該法考慮了爐氣的綜合利用，使氧熱法生產電石在經濟上更合理，但爐氣在合成化工方面尚未實踐，特別是爐氣的凈化和有毒的氣體的去除尚需進一步研究2.2.2電熱法電石工業(yè)誕生于19世紀末，迄今工業(yè)生產仍沿用電熱法工藝。電熱法生產電石工藝因生產工藝較簡單，技術較成熟而被廣泛應用。該工藝是生石灰和含碳原料(焦炭、無煙煤或石油焦)在電石爐內，依靠電弧高溫熔化反應而生成電石。主要生產過程是：原料加工；配料；通過電爐上端的入口或管道將混合料加入電爐內，在開放或密閉的電爐中加熱至2000℃左右，依下式反應生成電石：CaO+3C→CaC2+CO。熔化了的碳化鈣從爐底取出后，經冷卻、破碎后作為成品包裝。反應中生成的一氧化碳則依電石爐的類型以不同方式排出：在開放爐中，一氧化碳在料面上燃燒，產生的火焰隨同粉塵—起向外四散；在半密閉爐中，一氧化碳的一部分被安置于爐上的吸氣罩抽出，剩余的部分仍在料面燃燒；在密閉爐中，全部一氧化碳被抽出[8]2.2.3其他方法電石的生產方法還有以燃代焦法、等離子弧催化法和其他一些用粉煤、重油和天然氣等廉價燃料作熱源的電石生產方法，但這些方法技術不成熟，在工業(yè)上很少應用[7]。2.3電石生產的工藝流程2.3.1原料的預處理原料的要求[1]生產電石所用的石灰應符合下列要求：全CaO>92%MgO<1.6%生燒<5%過燒<5%粒度：電爐容量（KVA）粒度（mm）5000～100005～3010000～200005～35>200005～40生產電石所用的焦炭應符合下列要求：固定碳>84%灰分<15%揮發(fā)份<1.5%水分<3%（開放爐）<1%（密閉爐）粒度：電爐容量（KVA）粒度（mm）<50003～125000～100003～1510000～200003～18>200003～原料貯運電石生產主要原料焦炭、石灰、電極糊均由汽車運入廠區(qū)，經計量后貯存。焦炭采用露天堆場和焦碳棚貯存，石灰采用地下料倉貯存，電極糊貯存在電極糊廠房內。碳材的干燥合格粒度焦炭由膠帶輸送機分別送入濕焦炭倉，再由電機振動給料機把焦炭送入回轉干燥機進行烘干。經過烘干后的物料由膠帶輸送機斗式提升機送往配料站，儲存?zhèn)溆谩?.3.2電石的生產合格粒度的石灰、焦炭由倉口分別經配料站塊料倉下的振動給料機又經稱重斗，按合適的重量配比，由振動給料機經長膠帶式輸送機送至電石生產廠房，經帶式輸送機分別送到電石爐的環(huán)形加料機進入爐料貯斗。電爐爐料共有12個貯倉，貯倉中的混合物料經過向下延伸的料管及爐蓋上的進料口靠重力連續(xù)進入爐中；裝在電極糊盛斗內的破碎好的電極糊（100mm以下），經單軌吊從地面提升到各電極筒頂部倒入電極筒內。石灰和焦炭從環(huán)形料倉下部投料管投到電石爐內。電流由變壓器，經斷網、集電環(huán)、軟銅帶和導電顎板導入電極。爐料在電石爐內靠電弧熱、電阻熱和一氧化碳帶出的顯熱，加熱到1900～2200℃而生成電石和一氧化碳。生成的電石自爐口流料槽流出。在正常生產時，爐料經常充滿投料管，并在料倉內維持在低工作料面以上。投料管直接插入爐蓋內，投料管的上頭與熔池上層的疏松的料面接觸。當爐料下沉時，繼續(xù)補充爐料。共有16根投料管，其中3根專供投調和外之用，必要是用以調整電石爐。電石爐的使用功率由電極升降和電壓級數(shù)的切換來調整。調換電壓在有載情況下進行。[2]電極的升降用自動升降機帶動。冶煉好的電石，每隔一小時左右從爐口出爐一次，熔融電石經爐嘴流出來流入冷卻筒內。2.3.３冷卻、破碎、儲存自電石爐爐嘴將熔融的電石放出來，沿著具有冷卻管的流料槽（爐嘴）流入冷卻筒內。筒內裝有導葉，可以抄起電石而將其摔碎。從筒尾通入氮氣，以減少電石發(fā)氣量的損失，并可安全生產。筒外淋灑冷卻水使其冷卻。經冷卻破碎后的電石粒度在80毫米以下，自冷卻筒筒尾卸出，再經斗式提升機進入中間貯斗。在由此經漏斗而落入自動秤。稱量后的電石沿變向加料筒進入貯斗內貯存。2.3.4電石爐尾氣的凈化及利用密閉電石爐爐氣凈化一般有干法爐氣凈化、濕法爐氣凈化和爐氣直燃發(fā)電凈化三種方案，根據所設計的電石產量、能源條件及環(huán)境保護等方面的綜合分析，選擇干法爐氣凈化方案。該方案的工藝為：電石爐的高溫含CO的煙氣經管道進入冷卻系統(tǒng)降溫后,進入袋式除塵器過濾除塵后經風機排入氣柜,氣柜的CO氣體可以再利用。該方案的技術特點是:保持爐氣原有燃料成份,加以凈化后具有高經濟價值；采用濾袋除塵器凈化爐氣,可對各種成份的超細粉塵達到99.9%以上的除塵效率,保證粉塵排放<100mg/Nm3；收塵便于運輸和再利用,無廢液產生,不會產生“二次污染”；采用特有的蒸發(fā)冷卻器和輻射管組合降溫系統(tǒng),保證降溫效果,運行安全可靠,降低了造價；采用氮氣脈沖和密封系統(tǒng),確保系統(tǒng)燃氣系統(tǒng)防爆安全[9]。2.4電石生產流程簡圖干燥干燥自動給料機冷卻筒電石爐變壓器料倉斷網連接破碎包裝蘭碳白灰高壓配電成品電石冷卻水爐氣爐氣處理系統(tǒng)圖2-1電石生產流程簡圖2.5電石爐爐氣處理流程簡圖廢熱鍋爐廢熱鍋爐氣柜布袋除塵器蘭碳干燥器灰倉火炬旋風除塵器爐氣排放排放圖2-2電石爐尾氣處理流程簡圖電石生產過程的工藝計算3.1設計的依據3.1.1設計的主要內容本設計是對年產25000噸電石進行工藝設計，主要任務是完成生產流程的確認，物料衡算，設備布置以及環(huán)保、消防、職業(yè)安全衛(wèi)生等內容。同時，畫出工藝流程圖、設備平面布置圖等。3.1.2主要技術指標產品規(guī)格及質量指標表3-1產品規(guī)格及質量指標指標名稱指標優(yōu)級品一級品二級品三級品發(fā)氣量L/kg≥305295280255乙炔中的磷化氫（PH3）%≤0.060.080.080.08乙炔中的硫化氫（SH3）%≤.2原輔材料白灰：每噸電石耗白灰0.95噸，規(guī)格：全CaO>90%,MgO<2%,SiO2<1.5%,過燒及雜質<7%,粒度6～30mm;蘭碳：每噸電石消耗蘭炭0.6噸，規(guī)格:固定碳>84%，揮發(fā)份<3%,灰分<8%,水分<5%,粒度3～18mm;電極糊：每噸電石耗電極糊0.045噸，規(guī)格：固定碳≥75%，揮發(fā)份14±2%，灰分≤10%，軟化點100～110℃，粒度200mm以下?？缮a產品優(yōu)級、一級品占80%，二、三級品各占10%。生產日期一年生產330天水電氣供應方式國內資源價格便宜，可因地制宜，選取當?shù)刈盍畠r、方便的能源供應方式，外部供應。3.2產品的物料衡算年產25000噸電石，本設計假設生產裕度1.05，則年產量為。假設在冷卻、破碎及包裝工序中，電石的損失量為0.5%，則從電石爐中出來的電石量為：產量分配如下表3-2產品指標及產量分配指標名稱指標優(yōu)級品一級品二級品三級品發(fā)氣量L/kg320300290270產品占總產量的百分率%40401010產品量t/a11052.631611052.63162763.15792763.1579電石中CaC2的含量%83.9878.7376.1070.85電石中CaC2的含量：3.3電石生產原料的需求量3.3.1白灰白灰：白灰中的含量：白灰中的含量：白灰中的含量：3.3.2蘭碳蘭碳：蘭碳中碳含量：蘭碳中水分含量：蘭碳中揮發(fā)分含量：3.3.3電極糊電極糊：電極糊中碳含量：電極糊中揮發(fā)份含量：3.4干燥器的物料衡算蘭碳經干燥后，含水量為1%,濕料干燥物料衡算式如下：式中、—分別為進干燥器的濕物料和除干燥器的干燥產品量，=t/a、分別為進出干燥器的含水質量分數(shù)，=5%，=1%干燥干燥蘭碳t/aH2O5%蘭碳15909.0909t/aH2O1%159.0909t/a圖3-1干燥器物料流程圖3.5電石爐中的物料衡算：3.5.1主反應56366428生成電石消耗的C：生成電石消耗的：副產氣體的量：3.5.2副反應4012286024561812228副反應消耗的C量：副反應生成CO量：反應生成的量：3.5.3反應的物料衡算反應C的總消耗量：反應生成CO總量：反應共消耗的蘭碳：反應消耗的白灰量：電石爐總收入物料量：生成產物及反應生成氣體量：粉塵及其他副反應反應生成氣體消耗量：3.5.4電石爐物料流程圖電石爐電石爐白灰26250t/a蘭碳15909.0909t/a爐氣15770.9329t/a電石27631.579t/a電極糊1243.4210t/a圖3-2電石爐物料流程圖主要設備計算及選型4.1變壓器在電石的生產中，為了獲得優(yōu)異的生產成績，除了選用精良的原料，信得過的設備和精心操作外，采用性能良好的電爐變壓器也是一項很重要的因素。4.1.1變壓器類型的確定變壓器的類型有三相和單相兩種?？梢圆捎萌嘧儔浩饕慌_或三臺單相變壓器，多采用一臺三相電路變壓器。4.1.2變壓器容量的確定變壓器的容量的計算使用電石生產主管部門制定的一個通用的計算公式[1]：式中—電石爐生產能力，噸/年（標準電石）—變壓器的額定容量，千伏安—平均系數(shù)，即電爐年生產能力與變壓器額定容量之比，密閉爐為1.6則可得變壓器的容量4.1.3變壓器二次電壓的確定[1]式中—變壓器二次電壓，伏—變壓器的電壓系數(shù)，查得額定容量為15625千伏安的值為6.186—變壓器額定容量，千伏安則變壓器的二次電壓為4.1.4變壓器的二次電流[1]把數(shù)據帶入得4.1.5變壓器的一次電流[1]式中,則4.1.6電石爐變壓器的電氣參數(shù)一覽表：表4-1變壓器的電氣參數(shù)變壓器容量（kVA）（kV）（A）（V）（kA）1727035284.916161.9384.44.2電石爐電石爐的類型有開放爐、半密閉爐和密閉爐，現(xiàn)在大部分為密閉爐。4.2.1電極設備電極設備是電石爐重要設備之一。它既能把強大的電流導入電極端頭，在爐內進行電弧燃燒而把電能變換成熱能；又能延續(xù)電極和電極的燒結速度，使電極連續(xù)不斷地進行工作。電極直徑在電石爐幾何參數(shù)中，電極直徑是首要的，其他的參數(shù)都是它的函數(shù)，電極直徑計算公式[1]如下：式中—電極直徑（厘米）—變壓器最大二次額定電流（安）—電極電流密度（安/厘米2）查表得電極電流密度為7.7（安/厘米2），，由此可得電極同心圓直徑電石爐電極同心圓直徑也是一個重要的幾何參數(shù)。合理的同心圓直徑是閉弧生產、優(yōu)質高產低能耗條件。其計算公式[1]如下：式中—電極同心圓直徑（厘米）—電極同心圓系數(shù)，國內通過大量生產實踐表明，該系數(shù)值為2.7。電極同心圓直徑4.2.3電石爐爐膛內徑爐膛內徑太小，則爐墻易損，爐膛內徑太大，則會增加電爐工段的建筑面積，也會迫使短網長度增加，增大電耗，降低電效率。根據生產經驗，爐膛內徑計算公式[1]為：式中—爐膛內徑（厘米）—爐膛內徑系數(shù)（2.25）—電極同心圓直徑（厘米）代入數(shù)據計算得4.2.4電石爐爐膛深度爐膛深度太淺，爐料層太薄，表面散熱損失大，不但會降低電石產量，且電極離爐底太近，電弧燃燒過于集中，易損壞爐底，也會迫使電極上升，較難閉弧生產。爐膛太深，不僅會減少電石反應區(qū)的電能密度，降低電石質量，且會使出爐困難。根據生產實踐經驗，爐膛深度可由下式[1]求得：式中—爐膛深度（厘米）—爐膛深度系數(shù)（2.3）由上式代入數(shù)據可得4.2.5熔池半徑的計算根據長期操作電爐的經驗，得出計算電石爐內熔池半徑的經驗公式[1]如下：式中—熔池半徑（厘米）—電爐最佳運行有功功率（千瓦）—熔池單位面積上的單位強度（千瓦/厘米2）查表得=16221.33kW，=0.086cm2，則有4.2.6電石爐幾何參數(shù)一覽表表4-2電石爐的幾何參數(shù)變壓器容量（kVA）電極直徑（cm）電極同心圓直徑（cm）爐膛內徑（cm）爐膛深度（cm）熔池半徑（cm4620234.6141.54.3干燥器設計及選型碳材的干燥一般使用回轉干燥器。回轉干燥器是用于固體物料干燥的連續(xù)式常壓單體設備，主要由稍作傾斜而轉動的長圓筒所構成。濕物料與干燥介質在筒內接觸，而達到干燥的目的?；剞D干燥器采用直接傳熱方式，干燥介質采用電爐爐氣。濕蘭碳經加料器投入回轉干燥器中，爐氣在燃燒爐內燃燒后將火焰噴入干燥筒內，是焦炭加熱脫去水分。碳材干燥后經筒尾卸出，經提升機送入貯斗貯存。廢氣則經除塵后經排煙機排入大氣中?；剞D干燥器采用并流直接加熱，物料在轉筒內停留一小時，物料體積與轉筒體積之比約為0.2，蘭碳的密度約為1.18g/cm3并流直接,則可計算出裝同的體積則選擇型號為ZT1060的干燥器，主要參數(shù)及特性如下[10]表4-3干燥器的主要參數(shù)型號筒體直徑m筒體長度m電機功率kW安裝斜度轉速限r.min-1外形尺寸機器質量tZT10601643-56.736.54.4除塵設備設計及選型電石廠常用的除塵器有旋風除塵器、布袋除塵器和靜電除塵器。根據工藝流程的要求，本設計選用布袋除塵器和旋風除塵器。4.4.1布袋除塵器布袋除塵器具有凈化效率高、工作穩(wěn)定、操作簡單、管理方便，可回收細粉塵的優(yōu)點，所以很早就用于工業(yè)除塵。從密閉爐中生產一噸的電石，約副產400立方米的氣體，由此可知，每小時約產生的氣體量為：故選擇MC-24～120-Ⅱ型脈沖除塵器，該型號的除塵器為上揭蓋脈沖袋式除塵器，具有凈化效率高，處理氣體能力大等特點。其技術性能如下表[11]：表4-4布袋除塵器的主要參數(shù)型號氣速m/min處理氣量m3/h除塵效率%外形尺寸過濾面積m2質量kgMC-242-42160-430099185404.4.2旋風除塵器旋風除塵器應用最廣泛，其特點是結構簡單，除塵效率高，操作簡易，價格低廉，被廣泛用于化工、石油、冶金、建筑、礦山、機械、輕紡等工業(yè)部門。XLT/A型旋風除塵器是一種最常用的型號，其結構特點是具有向下傾斜的螺旋切線型氣體入口，頂板為螺旋型的導向板，導向板的角度為15°。由于氣體從切向進入，又有導向板的作用，可消除進入氣體向上流動而形成的小漩渦氣流，減少動力消耗，提高除塵效率。根據本設計的需要，選擇該型號的除塵器。其技術性能如下表[11]：表4-5旋風除塵器的主要參數(shù)型號筒徑mm組合形式處理氣量m3/h總高度mm質量kgXLT/A-4.5Y型450單筒1500-225036102144.5氣體冷卻本設計采用廢熱鍋爐冷卻氣體，同時可以回收熱量。爐氣的平均比熱約為0.28kcal/(kg·K),換熱器總傳熱系數(shù)約50kcal/(m2·h·K)，爐氣量為：平均溫差約為300℃。4.6其他設備一覽表序號名稱規(guī)格數(shù)量單位備注1白灰貯斗半徑=0.8m高度=1m1個自制2蘭碳貯斗半徑=1m高度=1m1個自制3電極糊貯斗半徑=0.4m高度=0.5m1個自制4自動秤ZL-3BL4臺外購5皮帶輸送機膠帶寬度0.5m，輸送距離≤5m3臺外購6鏈斗提升機160型，最大提升高度28m3臺外購7冷卻筒內徑=1.5m筒長=15m1個自制廢熱鍋爐內徑1.2m，高度1.8m1個外購9電石貯斗半徑=1m高度=1.5m2個自制10氣柜容量50m1個自制11氣體壓縮機ZW-1.5/18-28,排氣量1710Nm3/h2個外購設備布置設備布置圖是用來表示設備與建筑物、設備與設備之間的相對位置,并能直接指導設備的安裝的重要技術文件。5.1設備布置圖的視圖內容及表達方法設備布置圖一般只繪平面圖。對于較復雜的裝置或有多層建、構筑物的裝置，當平面圖表示不清楚時，可繪制剖視圖。平面圖和剖視圖可以繪制在同一張圖上,也可以單獨繪制。平面圖表達廠房某層上設備布置情況的水平剖視圖,它還能表示出廠房建筑的方位,占地大小,分隔情況及與設備安裝、定位有關的建筑物、構筑物的結構形狀和相對位置。剖視圖是假想用一平面將廠房建筑物沿垂直方向剖開后投影得到的立面剖視圖,用來表達設備沿高度方向的布置安裝情況。5.2設備布置原則5.2.1滿足生產工藝要求1.在布置設備時，設備的平面位置和高低位置，應符合工藝流程和工藝條件的要求，可以根據實際地形和廠房建筑結構的特點，因地制宜合理布置。2.同類型的設備或操作性質相似的有關設備，盡可能布置在一起，有效地利用車間建筑面積，便于管理、操作和維修。5.2.2符合經濟原則設備布置在滿足工藝要求的基礎上,應盡可能做到合理布置,節(jié)約投資。1.要考慮設備及附屬設備所占的位置，設備與設備之間或設備與建筑物堿的安全距離。2.要充分利用高位差，節(jié)省動力。5.2.3符合安全生產要求1.在化工生產中,易燃、易爆、高溫有毒的物品較多,其設備、建筑物、構筑物之間應達到規(guī)定間距。2.若場地受到限制,則要求在危險設備的周圍三邊設置混凝土墻，敞開口一邊對著空地。3.高溫設備與管道應布置在操作人員不能觸及的地方或采用保燙保溫措施。4.明火設備要遠離泄漏可燃氣體的設備,并布置在下風處。5.重及震動較大的設備應布置在底層。5.2.4便于操作、安裝和檢修1.設備布置應為操作人員提供良好的操作條件。設備布置時，要考慮采光條件，工人應背光操作，另外還要考慮通風。通風措施應根據生產中有害物質，易燃，易爆氣體的濃度和爆炸極限及廠房的溫度決定。2.操作及檢修通道，合理的設備通道和凈空高度，必要的平臺、樓梯和安全出入口等。3.設備布置應考慮在安裝或維修時有足夠的場地、拆卸區(qū)及通道。4.設備的端頭和側面與建筑、構筑物的間距、設備之間的間距應考慮拆卸和設備維修的需要。5.2.5其他要求設備布置應盡可能整齊,美觀,協(xié)調。1.泵、換熱器群排列要整齊。2.成排布置的塔,人孔方位應一致,人孔的標高盡可能取齊。3.所有容器或貯罐,在基本符合流程的前提下,盡量以直徑大小分組排列。環(huán)境保護、消防、安全及職業(yè)衛(wèi)生6.1環(huán)境保護廢水:電石生產過程中,電爐需要大量水冷卻電爐的某些部位,此時水都是在管路中密閉循環(huán)流動,不會受到污染。固廢:電石冶煉屬于無爐渣冶煉,所產生的主要固體廢物是除塵灰,除塵灰中主要含氧化鈣和電石,可出售給建筑公司用做建筑材料。廢氣:廢氣污染物主要是電石生產過程中產生的含有粉塵、CO等的廢氣以及無組織排放廢氣等。因此,電石生產過程中的主要污染物為廢氣,根據《電石行業(yè)準入條件（修訂）》(發(fā)改委公告2007年第70號)要求:“密閉式電石裝置的爐氣(指CO氣體)必須綜合利用,正常生產時不允許爐氣直排或點火炬;含塵爐氣或利用后的再生氣必須經除塵處理,達標排放,捕集后的粉塵不能造成二次污染”。本設計對生產過程中產生的尾氣進行綜合利用后，經除塵達到標準后排入大氣。6.2消防、安全及職業(yè)衛(wèi)生電石屬于危險化學品，應嚴格執(zhí)行國家有關危險化學品安全管理條例的各項規(guī)定。當電石受水或潮濕的空氣作用時即放出乙炔氣體，與空氣混合能形成爆炸性混合物。倘若室內或容器內的水滲入電石中就可以放出大量的乙炔氣體，此時若有任何火源存在，即能引起燃燒爆炸。在生產過程中，冶煉電石時放出有害氣體和粉塵，有害氣體主要是一氧化碳以及瀝青蒸汽。一氧化碳和空氣混合達到一定的濃度比例時，會引起燃燒和爆炸。當空氣中一氧化碳含量在0.16-0.2%（1600-2000PPM）時，人吸入1-1.5小時后會中毒死亡；而濃度到0.5%以上時，則人吸入十五分鐘后即中毒死亡。其安全濃度控制在0.01%以下，才能確保人身安全。電石爐排泄出來的粉塵，對人的呼吸器官、視覺器官、皮膚都是有害的。因此，工廠里一定要有防塵設備，使工人減少與粉塵的接觸。電石爐生產的的主要消耗的原材料是電能，電爐設備的電流通過部分必須使其絕緣良好。在電石爐工作時，禁止用赤手或金屬體接觸導電系統(tǒng)。必須隨時記住，接觸導電部分都會導致危險。從上面所述可以看出，電石生產中的電、氣體、粉塵、水都有可能因疏忽而引起事故，因此必須制定必須的安全技術規(guī)程，用以減少或避免不必要的損失。6.2.1電石爐工藝操作危險性分析[12]密閉爐爐內反應生成的CO必須及時抽出來。爐氣抽少了,爐內產生正壓較高,容易使防爆孔爆開,影響生產,爐氣抽多了,爐內產生負壓,空氣易泄入爐內,有可能發(fā)生爆炸事故。1.電石爐在運行過程中,高溫、腐蝕嚴重,對設備要求較高,當爐體通水設備漏水,遇高溫電石即可發(fā)生火災爆炸事故。2.電石爐操作過程中,不僅對設備設施要求較高,對人員的操作技能也較高,如果操作不當,可造成電極斷裂及爆炸事故。3.料面出現(xiàn)塌料時,爐內熔融的電石會隨氣流向外噴,如果操作工正在操作,防護不當,就會發(fā)生燒傷、燙傷事故。4.工藝操作中違反電極操作規(guī)程,造成電極的軟斷或硬斷,都可能造成電石爐被迫停電的事故。5.出爐操作不好,如爐眼燒的不好,打不開爐眼等導致出爐不正常,爐內不暢通或局部積存電石過多,最后會出現(xiàn)翻電石現(xiàn)象,爐壓波動,嚴重的會燒壞爐蓋及爐上設備。6.出爐時,高溫爐氣、電石等外噴,如果防護距離不夠,職工未穿防護用品,就會發(fā)生燒傷事故。7.出爐工違反操作規(guī)程,使用潮濕的物品或身體接觸帶電器具時,就會發(fā)生觸電事故。8.出爐時,用氧氣管頂吹爐嘴時,如果氧氣泄漏,有引起火災、爆炸事故的可能性。9.出完爐,如果堵爐眼的泥球過濕,會引起劇烈爆炸而燙傷操作工。10.用易導電的器具接觸(碰撞)了設備中帶電的任何部分,都可能損壞設備和造成人員的觸電傷亡事故。6.2.2安全對策[12]1.在電石生產中,電石爐是否能正常運行與原料有很大關系。要求石灰中氧化鈣含量要高,雜質含量少,炭素原料要求固定碳含量高,比電阻大。因此選擇合格