年产25000吨电石的工艺设计VIP

摘 要 本设计的题目是 25000t/a 电石的工艺设计。电石是有机合成工业的重要基本原料，我国生产的电石主要用于生产聚氯乙烯（PVC）（约 70%） ，其他用于生产醋酸乙烯、氯丁橡胶、聚乙烯醇（PVA）、石灰氮等产品。本设计所用的原料为白灰、兰碳和电极糊，兰碳经干燥后与白灰以一定的配比投入密闭电石炉中，白灰和兰碳依靠电极电弧热和炉料电阻热熔化反应而生成电石。电石生成后定时出炉，经冷却、破碎后作为成品包装。生成的一氧化碳全部从炉顶抽出。设计的内容包括确定工艺流程，对所选的流程进行物料衡算、设备选型和布置以及环保、消防、职业安全卫生等内容。同时，画出工艺流程图、设备平面布置图等。醋酸和农药等的原料。关键词 白灰，兰碳，电石，电石炉，一氧化碳 ABSTRACT The topic of the design is 25000t/a calcium carbide process design. Calcium carbide is an important raw material of organic synthesis industry. The production of calcium carbide in China mainly use for the production of polyvinyl chloride (PVC) (about 70%). The rest is used for the production of vinyl acetate, chloroprene rubber, polyvinyl alcohol (PVA), lime nitrogen and other products.White ash, coke and electrode paste are utilized as raw materials in this design. After drying, the coke is input into the full-enclosed calcium carbide furnace with a certain ratio of white ash. Calcium carbide generated from the reaction of white ash and cock heated by the electrode arc furnace heat and the thermal resistance. The calcium carbide is get out of the furnace timing. The products are packaging after cooled, broken.The tasks of this design include the identification of the process, the material balance, the layout and selection of the equipment and environmental protection, fire safety, occupational safety and health content. Meanwhile, draw the process flow diagrams, equipment.KEY WORDS White ash, coke, calcium carbide, calcium carbide furnace, carbon monoxide目 录第一章 综述 .11.1 电石的性质 .11.1.1 简述 .11.1.2 电石的物理性质 .11.1.3 电石的化学性质 .11.1.4 电石的用途 .21.2 电石的生产概况 .31.2.1 电石的发展 .31.2.2 国外的生产情况 .41.2.3 我国电石行业的现状及发展 .4第二章 电石的生产方法及生产流程 .62.1 电石生产原理 .62.2 电石生产的方法 .62.2.1 氧热法 .62.2.2 电热法 .72.2.3 其他方法 .72.3 电石生产的工艺流程 .72.3.1 原料的预处理 .72.3.2 电石的生产 .82.3.3 冷却、破碎、储存 .92.3.4 电石炉尾气的净化及利用 .92.4 电石生产流程简图 .102.5 电石炉炉气处理流程简图 .10第三章 电石生产过程的工艺计算 .113.1 设计的依据 .113.1.1 设计的主要内容 .113.1.2 主要技术指标 .113.2 产品的物料衡算 .123.3 电石生产原料的需求量 .123.3.1 白灰 .123.3.2 兰碳 .133.3.3 电极糊 .133.4 干燥器的物料衡算 .133.5 电石炉中的物料衡算： .143.5.1 主反应 .143.5.2 副反应 .143.5.3 反应的物料衡算 .143.5.4 电石炉物料流程图 .15第四章 主要设备计算及选型 .164.1 变压器 .164.1.1 变压器类型的确定 .164.1.2 变压器容量的确定 .164.1.3 变压器二次电压的确定 .164.1.4 变压器的二次电流 .164.1.5 变压器的一次电流 .174.1.6 电石炉变压器的电气参数一览表： .174.2 电石炉 .174.2.1 电极设备 .174.2.3 电石炉炉膛内径 .184.2.4 电石炉炉膛深度 .184.2.5 熔池半径的计算 .19表 4-2 电石炉的几何参数 .194.3 干燥器设计及选型 .194.4 除尘设备设计及选型 .204.4.1 布袋除尘器 .204.4.2 旋风除尘器 .204.5 气体冷却 .214.6 其他设备一览表 .22第五章 设备布置 .235.1 设备布置图的视图内容及表达方法 .235.2 设备布置原则 .235.2.1 满足生产工艺要求 .235.2.2 符合经济原则 .235.2.3 符合安全生产要求 .235.2.4 便于操作、安装和检修 .245.2.5 其他要求 .24第六章 环境保护、消防、安全及职业卫生 .256.1 环境保护 .256.2 消防、安全及职业卫生 .256.2.1 电石炉工艺操作危险性分析 .266.2.2 安全对策 .27致 谢 .28参考文献 .29外 文 翻 译 .30附 录 .451第一章 综述1.1 电石的性质1.1.1 简述电石，其 化 学 名 称 叫 做 碳 化 钙 ， 分 子 式 为 CaC2， 分 子 量 为 64.10。 化 学纯 的 碳 化 钙 几 乎 是 无 色 透 明 的 晶 体 ， 不 溶 于 任 何 溶 媒 中 。 在 18是相对密度是 2.22。化学纯的碳化钙只能在实验室中，用加热金属钙和纯碳使其直接化合的方法而制得。极纯的碳化钙结晶是天蓝色的大晶体，其色泽和淬火钢的颜色一样。通常我们所说的电石是指工业碳化钙而言。它是在电石炉中用焦炭和石灰而制得。电石除含大部分碳化钙外，还含有少部分其他杂质。这些杂质都是原料中的杂质转移过来的 1 。1.1.2 电石的物理性质电石的外观为各种颜色的块状体。其颜色随碳化钙的含量不同而不同，有灰色的、棕黄色的或黑色的。电石的新断面呈灰色，当 CaC2 含量较高时则呈紫色。若电石的新断面暴露在潮湿的空气中，则因吸收了空气中的水分而使断面失去光泽变成灰白色。电石能导电，其导电性与电石的纯度有关，碳化钙含量越高，导电性越好。电石的熔点随电石中碳化钙的含量改变而改变，纯碳化钙的熔点为 2300，工业产品电石中碳化钙的含量一般在 80%左右，其熔点常在 2000左右 1。1.1.3 电石的化学性质 11.在没有任何水分的条件下，将电石在氢气流中加热至 2200以上时，就有相当量的乙炔发生CaC2 + H2 Ca + C 2H2这时所生成的金属钙在 2275开始升华。2.粉状电石与氮气在加热条件下反应生成氰氨化钙CaC2 + N2 CaCN 2 + C23.将氨通入粉状的电石，在 500到 600时氨就分解成氮和氢。在 650时则开始进行副反应而生成氰氨化钙 CaCN2和氰化铵 NH4CN。CaC2 + 4NH3 CaCN 2 + NH4CN + 4H24.碳化钙被水解时生成乙炔。它不仅能被液态的或汽态的水分解，而且也能被物理的或化学的结合水所分解。这就是碳化钙能被用作强烈脱水机的道理。在水过剩的条件下，也就是把碳化钙浸于水中时，反应依下式进行：CaC2 + 2H2O Ca(OH) 2 + C2H2如果滴加的水来分解碳化钙，也就是碳化钙过剩时，则除上式反应外还发生如下反应：CaC2 + Ca(OH)2 2CaO + C 2H2这个反应也足以说明碳化钙是一种强脱水剂。用饱和水蒸气分解碳化钙时，也像水分解它一样。有足量的水蒸气存在时生成氢氧化钙。蒸汽的温度超过 200时则生成氧化钙。在赤热的高温下，除生成乙炔外，同时还生成少量的氢和碳。在这种情况下，除碳化钙的加水分解反应外，还发生所生成的乙炔的分解。5.当浓硫酸作用于碳化钙时，生成丁烯醛和树脂。用相对密度为 1.75 的硫酸长时间作用于碳酸钙时，生成含硫化合物。1.1.4 电石的用途 11.电 石 与 水 反 应 生 成 的 乙 炔 是 现 代 合 成 塑 料 、 橡 胶 、 纤 维 、 医 药 、 农药 、 染 料 、 树 脂 和 溶 剂 等 许 多 有 机 产 品 的 基 础 原 料 。2.在 加 热 粉 状 电 石 与 氮 气 时 ， 反 应 生 成 氰 氨 化 钙 ， 即 石 灰 氮 ， 是 一 种 优良 的 碱 性 肥 料 ， 也 是 生 产 氰 化 物 的 原 料 。加 热 氰 氨 化 钙 与 食 盐 ， 反 应 生 成 氰 熔 体 ， 用 于 采 金 及 有 色 金 属 工 业 ， 也用 于 特 种 钢 的 淬 火 。用 氰 氨 化 钙 生 产 的 双 氰 胺 、 三 氯 氰 胺 、 硫 脲 和 胍 等 ， 可 用 于 医 药 、 印 染3和 塑 料 工 业 。3.电 石 本 身 还 可 以 直 接 用 作 钢 铁 工 业 的 脱 硫 剂 ， 生 产 优 质 钢 。 用 电 石 制成 的 炉 砖 ， 可 以 用 作 炼 钢 炉 的 炉 衬 。 粉 状 电 石 可 用 作 分 析 化 学 的 试 剂 （ 主 要用 于 水 分 含 量 的 分 析 ） 和 建 筑 工 程 的 测 湿 剂 。另 外 ， 电 石 用 途 还 有 其 独 特 之 处 。 如 电 石 乙 炔 的 纯 度 较 高 ， 乙 炔 -氧 焰的 性 能 较 优 ， 这 些 都 是 石 油 化 工 生 产 的 乙 烯 、 丙 烯 代 替 不 了 的 。 尤 其 是 近 年来 电 石 本 身 找 到 了 许 多 新 的 用 途 ， 例 如 用 电 石 处 理 橡 胶 树 、 菠 萝 树 和 凤 梨 树等 ， 可 以 增 加 产 量 。 这 说 明 电 石 还 有 许 多 用 处 ， 有 待 我 们 去 研 究 、 发 掘 。1.2 电石的生产概况1.2.1 电石的发展电石工业诞生于十九世纪末。当时的电石容量很小，只有 100300 千伏安，且是单相，馈电线路既长又笨重，采用间歇操作，生产技术处于萌芽时期。所生产的电石只用于点灯，随后才用于金属的切割与焊接 1。二十世纪初，生产石灰氮（氰氨化钙）的方法问世后，电石生产向前迈进了一步。而随着有机工业的迅速发展，电石工业更加兴旺起来。第二次世界大战以后，挪威和德国先后发明了埃肯（Elekm）型和德马格（Demag）型密闭炉，接着世界上许多国家均采用这两种型式设计建设密闭炉。七十年代，美国成功研制了空心电极和全自动化操纵电炉的新技术，同时，德国也建成了巨型密闭电石炉，为电石工业的发展做出了很大的贡献 1。发达国家电石生产技术先进,但产量日趋减少。目前,美国、日本、德国均为世界上电石生产技术较为发达的国家,其中德国拥有世界上最大的电石炉,日产电石近 500t。计算机自控技术、空心电极技术、密闭生产技术等先进的电石生产技术为降低电石生产成本提供了很大的空间。由于电石法生产乙炔的生产成本相对较高,且存在高能耗、重污染的缺点,发达国家电石生产日益萎缩。而发展中国家依靠引进技术和原有技术,生产能力持续扩大:以中国为代表的发展中国家依靠廉价的煤炭、水力和劳动力资源,正实施低技术扩大生产。从最初的间歇式生产到目前的自动化操作密闭电石炉的生产技术,世界电石的总量也因发4展中国家的生产能力的扩大而基本保持不变 2。1.2.2 国外的生产情况美国是最早生产电石的国家, 早在上世纪末叶，就建成了世界上第一座容量为 300 千伏安的电石炉。最初生产的电石只用于点灯。随着有机合成的发展，美国的电石工业也得到迅速的发展。1965 年，美国电石产量达 100 万吨以上，与日本、德国同居世界首位。到 20 世纪 70 年代已成熟运用空心电极和计算机过程控制技术, 能保证电石炉在恒定功率运行, 电石电耗到 3034kWh /t, 发气量也稳定在优级品 3。日本在 20 世纪 50 年代末已使用密闭电石炉,至 70 年代已研制成功机械出料机, 日本在研制成空心电极技术后, 电石成本大幅下降 , 80 年代初期电石电耗已降至 3050 kWh/t 以下 3。德国也是电石生产技术较为发达国家, 拥有世界最大的电石炉, 容量为 75 000 kVA, 日产电石为 435 吨, 净化后炉气为 1 万 m3 /h, 运用空心电极技术, 可利用粉料占总炉料的 1 /4 以上, 可大幅降低电耗 , 电石电耗已降至 2940 kWh /t, 质量稳定, 最大生产厂可年产电石 60 万吨以上 3。除上述三个国家大量生产电石外，英国、法国、意大利、加拿大和挪威等国也生产电石，而且拥有大功率密闭电石炉。埃肯型密闭电石炉就是挪威发明的，而且还是世界上第一个发明密闭电石炉的国家。这些国家生产技术也很先进，只是在生产规模上不如上述三国 3。1.2.3 我国电石行业的现状及发展我国电石工业经过 60 多年的发展，已经成为重要的基础化工原料产业。近年来，在下游需求不断增长的带动下，国内电石产能快速扩张 4。 在我国，电石主要用于生产电石法聚氯乙烯（PVC），PVC 消耗的电石量约占电石表观消费量的 75%以上；其次用于生产金属切割用的乙炔类产品，该领域对于电石的需求量约占电石总消费量的 10%左右；其余用于生产氯丁橡胶、聚乙烯醇（PVA ）、石灰氮及其衍生物等产品。因此，国内电石市场的走向主要取决于下游 PVC 行业的发展态势 5。“富煤、缺油、少气”是我国资源、能源现状，发展新型煤化工，特别是5随着我国煤气化技术的发展，充分利用劣质煤炭发展煤化工，有利于资源的综合利用和替代石油。我国石油资源匮乏，按现在的开采速度，我国现有的原油资源将在十几年后消失殆尽。为满足日益增长的成品油及其他石化产品的需求，我国每年都要从国外进口大量原油。我国发展以石油为原料的石化产业链受到资源供应的制约，产业安全难以得到全面保障。我国煤炭资源储量丰富，煤炭供应可以完全立足于国内。电石法 PVC 符合我国“富煤少油”的资源结构。我国石油资源短缺，乙烯产量相对较少。PVC 产量仅占总产量的四分之一左右。电石法生产 PVC 在一定程度上缓解了我国石油资源短缺的矛盾 5。多年来，通过行业工作者的不懈努力，电石生产技术不断改进，安全生产水平不断提高，能耗、物耗持续下降，污染排放量也得到有效控制。电石设备制造企业已经完全掌握大型密闭式电石生产装置的设计、制造和施工。特别是这近几年来，能耗低、污染排放量少的大型密闭式电石炉在行业内得以迅速推广，促使电石行业整体水平不断提高 5。为实现资源、能源的综合利用，贯彻循环经济理念，在煤炭资源丰富的地区建设“煤热电化工（烧碱、电石、聚氯乙烯、水泥）一体化项目。这是电石、电石法聚氯乙烯规避风险、可持续发展，实现双赢的必由之路 5。未来几年内，石化产业和相关产业经过调整和振兴，下游行业对聚氯