年生产4万吨草酸初步设计 课程设计说明书.doc

化工设计课程设计说明书项目名称：年生产4万吨草酸初步设计设计人姓名：专业班级：指导老师姓名设计起止日期：1概述1.1设计依据1.1.1设计项目名称：年生产4万吨草酸初步设计1.1.2生产能力：年生产能力4万吨1.1.3生产方法：甲酸钠法（钙法）主要技术经济指标：序号项目名称单位数量备注一生产规模吨40000二年操作日天300三主要原辅料、燃料1焦炭吨/年2烧碱吨/年3硫酸吨/年4燃料煤吨/年四运输量吨/年21运入量吨/年2运出量吨/年五定员人六建设期月七工程有地亩八报批工程中投资万元1建设投资万元2铺底流动资金万元3建设期利息万元九资金筹措万元1.1.4产品物理化学性质、技术指标及用途：【化学名】乙二酸(Oxalicaciddehydrate)【分子式】OHOCH24222【结构式】OHHOCOCOOH22、【分子量】126.06【CASNO】6153-56-6理化性质：白色晶体。熔点：101.5。密度：1.653。1.1.5草酸的主要用途用途：草酸是重要的有机工业原料，草酸及其衍生物是许多药品生3产那的中间体，如用于生产色甘酸钠、异唑肼。草酸可用于稀土元素的提取、分离和精制。此外，草酸可用于纺织品的清洗，纤维染色，永久定型及其阻燃。在聚合物合成中，草酸是制取许多有机物的原料或其它反应的催化剂等。主要原辅材料的物理化学性质、技术指标及供应：设计进度：1.1.6生产方法的比较级确定生产方法的论证：随着我国环保意识的不断增强及环境保护治理的力度不断加强，过去的铅法生产工艺被淘汰，而钙法工艺以其生产效率高，环江污染少，能源消耗少，工艺易操作，综合效率高，等优点逐步成为我国广泛推广的一种生产草酸的工艺。1.1.7生产过程主要反应的反应热：甲酸钠合成：HCOONaCONaOH甲酸钠脱氢：22)(2HCOONaHCOONa甲酸钠钙化：NaOHCaCOOCOONaOHCa222)()()(草酸钙酸化：24422)()(COOHCaSOSOHCaCOO生产过程的主要副反应的反应热232322222)(HCONaCOHCOONaOHNaCONaOHCOOHCaOHCaO1.2车间组成及生产制度41.2.1工段组成及设计范围的要求：（1）造气合成车间（造气工段、合成工段）、（2）脱氢车间（脱氢工段）、（3）钙化、酸化车间（钙化工段、酸化工段）、4结晶、干燥车间（结晶工段、干燥工段）本项目为年产（4）吨草酸产品的项目，本设计说明书对厂区围墙内的年产4吨的草酸产品装置，辅助生产装置，供排水系统，供热系统等进行了比较详细的说明。1.2.2生产制度:年工作日（300天/年），班组制（5班3运转）、8小时/班。2化工计算（物料衡算和热量衡算）2.1.1生产工艺流程工艺示意图（物料衡算和热量衡算的依据）5212工艺示意图简述如下：（1）鼓风机加压的空气由下部鼓入煤气发生炉，焦炭有煤气发生炉顶部加入，空气与燃烧状态的焦炭相互反应生成含有30%一氧化碳的空气煤气，煤气由顶出口排出，经洗气后进入第一水洗塔，水洗后的煤气进入真空泵加压，加压后的煤气进入第二水洗塔进一步除去细小微量灰尘，通过企业分离器进入压缩机煤气经压缩机压缩到1.8-2.0兆帕经油分离器分去掉其中油污，进入高压水洗塔出去二氧化碳和微量的硫化氢，然后在预热器中和稀碱液混合升温到150-170摄氏度再进入合成管合成甲酸钠混合气，经减压的甲酸钠混合气在尾气分离器中分离掉未反应的气体和水蒸气同时把合成的稀甲酸钠液体送到甲酸钠储罐，待用。（2）由甲酸钠储罐打入蒸发室经管间水蒸气加热，在真空蒸发浓缩到1000Be后放入浓甲酸储罐，再由泵打入离心机，分离的到固体甲酸钠，母液返回蒸发室，将固体甲酸钠投入脱氢反应器有过热蒸汽升温到410-430摄氏度脱氢生成草酸钠，迅速加入新鲜冷却溶解，通过真空吸料罐放入草酸钠槽，然后经过滤机得到的滤饼放入悬浮液配料槽中加水配成草酸钠含量160-180g/L的悬浮液，待用。（3）由脱氢来的草酸钠悬浮液由离心泵打入钙化灌，与氢氧化钠在搅拌下反应，反应后用带式过滤机过滤，滤液打到稀碱液槽，一部分送到御配碱池与外购的浓碱液加入新鲜水配制成185g/L的溶液送达合成车间，另一部分送三效蒸发器浓缩后送合成车间，草酸钙悬浮液送入酸化罐，然后将配酸罐中浓度为35%的硫酸用泵打入酸化罐与草酸钙悬浊液混合反应，然后将反应后的液体送去带式过6滤机过滤，滤液进入吸收罐，用蒸汽加热至85摄氏度送入带有搅拌的结晶罐晶体。滤液经5次洗涤，前两次结晶后的母液、洗水送到石墨蒸发器浓缩，其余三次用新鲜水洗涤，洗水和浓缩后的母液一起送去配酸罐稀释92.2%的浓硫酸使其达到反应所需浓度。待用。（4）吸附罐出来的草酸溶液结晶浓缩后进入离心机，离心后的固体草酸加入新鲜水溶解，经过过滤除杂后重新结晶，离心分离后的草酸固体用真空吸入滚筒干燥器与经过加热的热空气逆流干燥，在滚筒的尾部计量包装即成成品草酸。2.1.3原材料、动力消耗定额（以每吨草酸计算）序号名称规格及标准单位消耗定额一原材料1焦炭80%t2烧碱42.0%t3硫酸92.5%t二辅助材料1氧化钙含量90%t三燃料动力1电380VkWh2新鲜水18t3蒸汽1.3MPat生产能力的计算（1）草酸每小时生产能力：24*3001000*400005555.56kg/h7OHOCH24222相对分子量126.06kg/h则摩尔流量为5555.56/126.06=44.07kmol/h2.2各物料的物料衡算22.1计算依据各步反应的收率物质甲酸钠草酸钠草酸钙草酸收率0.950.830.950.90各部分反应所需的物料流量(1)CaC2O4+H2SO4CaSO4+H2C2O444.07/0.92=47.90kmol/h每小时消耗的H2SO447.90*98=4694.2kg/h原料中H2SO4的含量为92.5%每小时消耗的硫酸原料量为4694.2/0.925=5074.8kg/h(2)NaC2O4+Ca(OH)2CaC2O4+2NaOH每小时消耗的Ca(OH)2的量为47.90/0.98=48.88每小时消耗的NaC2O4的量为47.90/0.98=48.88(3)2HCOONa=NaC2O4+H2每小时消耗HCOONa的量为2*48.88/0.83=117.8kmol/h(4)CO+Na=HCOONa每小时消耗CO的量和NaOH得量都是117.8/0.95=123.98kmol/h(5)2C+O2=2CO每小时消耗C的量为123.98kmol/h8每小时消耗O2的量为61.99kmol/h(6)副反应的C的消耗从汽化炉出来的各种气体的含量如下表物质COCO2O2N2含量0.300.0250.1420.533煤气中CO2的含量为123.98*0.025/0.3=10.33kmol/h因为C+O2=CO2，所以生成需要消耗C的量和O2的量都是10.33kmol/h（7）综合（5）（6）C的消耗量123.98+10.33=134.31kmol/h*12=1611.72kg/h因为焦炭中含碳85%，所以实际消耗C的量为1611.72/0.85=1896.14kg/h（8）综合（5）（6）O2的消耗量为61.99+10.33=72.32kmol/h此外为其中含O2的量为123.98*0.142/0.3=58.68kmol/h入炉空气中O2的含量为72.32+58.68=131.00kmol/h131.00*1000*22.4/1000=2934.4Nm3/h空气O2：N2=0.21:0.79空气中N2的含量为123.98*0.79/0.21=466.37kmol/h466.37kmol/h*22.4*1000/1000=10446.69Nm3/h空气总量为123.98+466.37=590.35kmol/h590.35*22.4*1000/1000=13223.84Nm3/h(9)CaO+H2O=Ca(OH)29有（2）中的投料比NaC2O4:Ca(OH)2=1:1.15故Ca(OH)2的量为48.88*1.15=56.212kmol/h因为生石灰中CaO的含量为90%，所以消耗石灰的量为56.212*56/0.9=3497.64kg（10）NaOH消耗量为123.98*40=4959.2因为采购的NaOH为42%，所以NaOH的消耗量为4959.2/0.42=11807.62kg/h又因为副产物消耗CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O消耗NaOH10.33*2=20.66kmol/h所以消耗总量为123.98+20.66=144.64kmol/h*40=5785.6kg/h表1-4物料消耗统计汇总表（每小时）序号名称规格单位消耗1焦炭含碳85%t16122硫酸92.5%t5.073生石灰90%t34984空气Nm313.2245烧碱42%t5.7862.3副产物生产量的计算（1）2HCOONa=NaC2O4+H2每小时H2生产量为48.88*1000/1000*22.4=1094.91Nm3/h(2)NaC2O4+Ca(OH)2=CaC2O4+2NaOH