化学与制药工程学院AES车间中和工艺课程设计书

1 化学与制药工程学院 第一章 设计说明 无色或微黄色透明膏状物体，是一种多功能的高级精细化工原料，它是阴离子表面活性剂，溶于水和乙醇，有优良的洗涤作用，广泛应用于日用化工、纺织、印染、洗涤乳化、湿润、助染扩散等。 为洗涤剂原料是当今世界一流产品，不但适用于各种粉状洗涤产品生产，更适用于各种液体、膏状等洗涤、清洁、餐具洗涤剂。 以和其它任何一种型号的表面活性剂、助洗剂进行复配发生作用，成为去污力强，泡沫丰富的最佳产品。 脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠包含天然脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和合成脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠。它们都是白色，后者是无色半透明膏状液体，平均分子量是 441，密度1080kg/能溶于水，无毒，有良好的润湿，渗透。乳化，分散，增溶和洗涤性能，属于阴离子表面活性剂。 脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠不易燃烧，在较高温度下，能缓慢燃烧，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠在酸性条件下能发生水解，生成酸、脂肪醇聚氧乙烯。由于生成更多的酸，使产品造成大幅度水解，最终使产品发生质的变化。 脂肪醉聚氧乙烯醚硫酸钠可作为良好的活性剂来配制各种工业 和民用洗涤剂。如：洗涤剂、洗发香波、复合皂、液体皂、硬表面活性剂等。另外还广泛用于农业，医药，石油，采矿，燃料，皮革，机械与国民经济各行业中。 计依据及指导思想 计指导思想 (1)本工程设计采用国内销售引进国外 和装置的工艺技术，并引进少量的关键技术仪器，目的在于节约外汇资金，提高产品质量，降低原料和能源消耗，改进坏境并提供经济效益，达到九十年代国内引进装置的生产水品。 (2)本工程设计要尽量做到总图布局合理，建筑设计简洁美观，经济适用。在设备计算机选型上力求先进 可靠。 (3)按照“三同时”的要求，在设计中考虑必要有效的环保和劳保措施，三废排放将 2 符合国家规定的现行指标，尽力减小污染。 (4)坚持实事求是的原则，充分挖掘现有设施的生产力，节省建设资金。 产工艺原理 液体硫磺经氮气雾化后，与经过压缩，冷却，硅胶吸附的露点可达到 左右的空气，燃烧生成二氧化硫，高温下，在钒触媒的催化下二氧化硫转化成三 氧化硫，经稀释空气调节浓度后进入反应器。 三氧化硫与 1#磺化器中反应生成醇醚硫酸酷，与碱中和，生成其盐。 三氧化硫 与 磺化器中反应，经老化，水解后生成烷基苯磺酸。 生产所产生的尾气，通过静电除雾器和酸碱洗涤塔净化处理，达到排放标准。 应方程式及反应原理 (1)反应方程式 )/1 35222 K m c V 催化剂 反应机理 从反应方程式可以看出，反应有两个特点，这两个特点是生产方式的基本依 据。 第一，反应是一个可逆、放热、体积缩小的反应 ; 第二，这个反应没有催化剂实际上是不能实现工业生产的。 由于这个反应是一个可逆、 放热、体积缩小的反应，所以存在一个平衡状态， 在平衡状态下转化率是理论上在某种条件下反应的最大可能限度，则实际可能达 到的反应限度越大。 衡转化率随着原始气体组成、温度、压力而变化，由于是一个放热反 应，所以降低反应温度会使平衡转化率增高，增加压力可提高平衡转化率。但是 实际生产中不采用加压转化，这是因为常压下转化率己经很高了，而加压要消耗 很大的动力，平衡转化率却提高并不多，经济上不合理。 原始气体中 2 的含量与平衡转化率直接有关，氧和二氧化硫浓度的比 值增高，会使平衡转化 率增高，所以，二氧化硫转化中有一个最佳气浓的问题。 在洗涤工业中，三氧化硫发生均用硫磺为原料，由于磺化反应相当快速，气浓越大，反应越快，但产品质量越差，一般三氧化硫气浓应为 : 对于烷基苯磺化三氧化硫气浓为 5%左右 ;对于 磺化，三氧化硫气浓 为 3%左右 ; 二氧化硫转化为三氧化硫的反应在常温下实际可以看作是不能进行的，因为这个反应活化能高，在反应物和反应压力一定的情之黔下，通常有两个方面加速反应速度，一个是 3 提高反应温度，另一个是采用催化剂。 在工业上常常由于催化剂要求在较高的温度条件 下刁具有催化性，因此上述加快速度的两个方法在工业实践中是同时得到应用的。 （ 2)磺化反应 磺化剂作用可生成醇醚硫酸酯，磺化剂分别为发烟硫酸和三氧化硫等。本装置采用三氧化硫作为磺化剂，正式由此决定了本装置工艺流程设有空气干燥、三氧化硫发生工序，生成的醇醚硫酸酯作为 原料。 三氧化硫与 下式反应： a O )(3)()(）中和反应（ 产工艺流程叙述及简图 主风机 （ 0和主风机 （ 空气压缩至 绝热升温到100160，分别经空气冷却器 (0空气冷却器 (通过冷却水和冷冻水二级冷却，其中大部分水分被冷凝析出，在经干燥器 (0 (0附去湿，从而得到一个与气象条件无关的恒定空气流，此时空气露点可达到 左右。两台干燥器硅胶吸附，再交替进行，定时自动切换。采用换热空气加热再生，低压空气循环吹冷流程。切换过程中没有泄压和充压操作，保证体系工艺空气压力稳定。 硫磺经人工倒入熔硫槽 (0在熔硫 槽中，用蒸汽间接加热使其 熔融。温度控制在 140 150 ，通过供硫泵 (0)和质量流量计精确 计量后送入燃硫炉 (0与空气燃烧生成 ，气体浓度约 8%，经冷 却器 (0却至适当温度后进入装有三段五氧化二钒触媒的转化塔(0在钒触媒的催化作用下 转化成 化率 97%转化后的 0却，再通过入口除雾器 (0过滤后的温度降至 3545 ，分出凝酸。加入稀释空气调节 体 浓度后，分别进入磺化反应器 (1 2。燃硫和 化生成的大量反应热，采用空气换热回收热量，大部分用于吸附干燥剂的再生放热，小部分放空。 燃硫炉 (0转化塔 (0统附有空气电加热器 (0一 供系统冷态开车时预热使用。 1#醇醚磺化反应 含有 35% 原料醇醚一起从膜式磺化反应器 (1一 顶部加入，醇醚作为液相沿反应器管壁呈膜状流下， 过，气液两相接触发生磺化反应，放出的热量由反应器另一侧的冷却水带走。在反应器底部气液两相流出后， 4 进入旋风分离器 (1行气液分离，分离出来的液相产品经脱气送至中和单元，从旋风分离出来的气相送至尾气处理单元进行处理。 来自磺化反应单元的产物进入混合气，分一定浓度的 液进行中和反应，中和过程产生的反应热通过预热器用冷却水除去，中和后的 品经脱气，检验合格后送至产品罐。 排空尾气中 量 共 5量 15电除雾器 (2 一 作电压 3 一 5 万 伏， 雾在此被分离收集成“黑磺酸”，从静电除雾器 (1/2 一 部排除，数量 6kg/h;体在碱吸收塔中被吸附生成 溶液被作为废水排出，其 0%左右。水溶液中固体物含量 78%， 10，排量约 h。洗涤碱液 吸收系统在开车阶段，临时停车和原料切换时使用，从而使不合格产 品降到最低限度。系统由吸收塔 (0循环泵器 (0成，工艺水从吸收塔顶部定量进入 ，量由换热器通过冷却水导出。经循环吸收产生 9598%的硫酸，作为副产品由循环输出泵输送到硫酸暂存罐，其排出量由开停车次数决定，一般冷态开车产生的酸量约为 （ 2） 生产工艺流程简图 空气 除尘 压缩 一级二级冷却 吸附去湿 5 料的特性 (1)硫磺 物理状态 :黄色晶体，粉末或液体。 外观 :固体，黄色粉末或片状。液体，棕黑色，粘 稠， 150 (工作温度 )左右流动性最好，闪电 168 至 188 10。 恒定 空气 液硫 燃硫炉中硫化 化塔 钒触媒 和空气 硫磺熔融 雾 冷却 入口除雾器 化反应 醇醚 和泵中进行中和反应 旋风分离器脱气 产品罐 尾气处理 碱塔吸收 酸吸收 空 6 燃烧或爆炸性 :可燃，粉尘在空气中能发生爆炸 (爆炸极限 35g/ 健康 :固体元素硫是无毒的，但一般视作有害粉尘对待，硫磺粉尘对眼睛和呼吸道粘膜有刺激性，液硫接触人体会引起灼伤。 (2)液碱 反应性 :与水混合时放热。 健康 :滴入皮肤或眼睛会引起严重或永久损害，若入口可严重灼伤粘膜。 (3)二氧化硫 外观 :无色气体。 健康 :3觉察的气体， 200即可引起眼睛刺激 12 (4)三氧化硫 外观 :无色气体。 燃烧爆 炸性 :不易着火。 反应性 :与水生成硫酸，与碱性物质剧烈反应，与空气混合形成腐蚀性烟雾。 健康 :若吸入烟雾可引起强烈刺激。 (5)磺酸 磺酸浓度 96%，属有机酸类，平均分子量 326，比重 色粘稠液体，对人体皮肤和眼睛有刺激性，但比较常见的无机酸的危害性要低得多 13。 第二章 计算 料衡算 算依据 （ 1） 年产成品 6 万吨 （ 2） 成品 量： 70% （ 3） 液浓度： 42% 7 （ 4） 液过量： 3% （ 5） 全年生产小时数： 7200 （ 6） 每小时 量为 : h/ 3 37 2 0 0106 7 物料平衡图 图 2料平衡图 算过程 总物料衡算： 4321 a O 3322251233222512 )(O S ）（398 40 420 18 1 %422 % 3 h/240h/溶液质量为：加入的加入硫酸酯的质量为：ah/ 22 22 h/ 018% 3 3 4 2 0 33 生成水的质量为： 加入水量为： 5 42 5 0% 8 9% 3 33 硫酸酯 1 2 中 和 反应罐 调节罐 3 A E S 8 生成 的 品质量： 料衡算表 进料名称 流量 kg/h 浓度 % 硫酸酯 00 碱液 2 水 00 0 合计 量衡算 算依据 h/ 2 7A E S H 进料： 50 25 7 9 3 . 6 5 k g / 8 8 9 . 6 4N a O H 25量平衡图 图 2热量平衡图 中和 9 算 S ，进料： h/ 6 6 8 0 0Qh/ 1 6 0 125508 9 2 7a O S 出料： h/ 7 3 9 2 2 4 4 7 9 1 2 5 0% 3 2 2 9%ha ng ec ha ng ）（反应转移走的热量为： Q=Q 进 =1473922KJ/h 和工段热量平衡表 输入 输出 名称 热量 KJ/h 名称 热量 KJ/h 61600 93229 水 0 水 261250 氢氧化钠 0 换热量 859492 合计 1928401 合计 1313971 备计算 设备位号： 数： 1 用途：中和冷却 依据工艺条件：选择列管式换热器 10 水走壳层，物料走管层，管程数 2 算依据 冷却水进口温度： 20 出口温度： 30 物料进口温度 ; 50 出口 温度： 40 定性温度 比热 1/ 黏度 h*m/密度 3m/管程 5 080 壳程 25 传热系数计算 取 K=200W/( )。 算平均温度 ：50 40 水： 30 20 1t =500 2t =400 21，用算术平均法求平均温度 202 2020t ， 校正系数：按 3查得 11 故 ， 热量衡算式计算冷却水用量 物料比一般为 15处取 15。 P/104.2/030(050()(6121221211得：代入可以得到冷却水用量 计算得冷却水用量为 h 选换热器型号 由于温差不大，所以选用 列。采用两台换热器并联，物料量减半，则每一个换热器的换热量为 h/k c a 。 3 m/ ，即 于 1间，取 u=s，设所需单程管数为 n，管内径为 传热面积 A= 6 =据参考文献 2可以选取公称面积为 60 的固定挡板式换热器，有关参数见下表： 外壳直径 D/00 管子尺寸 / 25称压强 /子长 l/m 3 公称面积 /0 管数 n/管 254 管程数 管心距 t/2 管子排列方式 正三角形 12 第三章 设计结果及设备汇总表 计结果汇总 年产成品 生产时间 300d 硫酸酯流量 h/路压强差 P 1流量 h/却水进口温度 20 h/却水出口温度 30 碱液流量 h/料进口温度 50 成品 70% 物料出口温度 40 42% 换热器总管数 254 3% 进料管长 80 管程数 13 摩擦系数 备一览表 （ 1）风机 序号 位号 设备名称 型号和技术规格 单位 数量 材料 单重 总重 备注 1 0风机 =6660m3/口压力： 质：空气 密度：入口 2：口： 作条件： 入口：常温、常压 出口： 167、计压力： 127Kg/ 1 碳钢 8150 带进出口消音器，进出口膨胀节，进出口过滤器 14 n=980机功率： 280 0风机 口压力：4440口压力： 质：空气 密度：入口： 口： 作条件： 入口：常温、常压 出口： 167、计压力： 127Kg/n=1250机功率： 185 1 碳钢 5200 带进出口消音器，进出口膨胀节，进出口过滤器 15 3 N风机 =173m3/=：电机 n=980r/压： 6000伏 台 1 碳钢 4200 带进出口消音器，进出口膨胀节，进出口过滤器 4 0却风机 Q=5100质：空气 密度：入口： 口： 作条件： 入口： 32 、口： 96 、计压力：n=2900机功率： 30 1 碳钢 3000 带进出口消音器，进出口膨胀节，进出口过滤器 5 0风机 Q=21800质：空气 密度：入口： 口： 作条件： 入口：环温、常压 出口： 40 、计压力： 1 碳钢 3418 带进出口消音器，进出口膨胀节，进出口过滤器 16 （ 2）泵类 n=2900机功率： 220号 位号 设备名称 型号和技术规格 单位 数量 材料 单重总重 备注 1 0 液硫输送泵 Q=n=1500动机功 率： 2 外商供货 2 0 联冷却泵 400 介质：水 温度： 35 Q=220m3/=50m n=2950动机功率： 55 1 碳钢 900 单端面机械密封安全阀自带 3 1 线磺酸循环泵（旋转活泵） 酸醋 温度： 33 比重： 800Kg/度： 800=70m3/=85m n=525动机功率： 22 1 316L 610 单端面机械密封双转子自带安全阀 17 4 2 线磺酸循环泵（旋转活泵 质：硫酸醋 温度： 33 比重： 800Kg/度： 500=45m3/=85m n=525动机功率： 22 1 316L 350 单端面机械密封安全阀自带 5 1 线磺酸卸料泵（内环式高粘度泵） 1 介质：硫酸醋 温度： 27 齿轮减速电机 比重： 800Kg/度： 500=10m3/=100m n=100 350频电机： 75速器配普通电机 台 1 316L 288 单端面机械密封安全阀自带 6 2 线磺酸卸料泵（内环式高粘度泵） 4010 介质：硫酸酯 温度： 27 齿轮减速电机 比重： 800Kg/度： 500=4m3/=105m n=105m 变频电机： 4 1 316L 171 单端面机械密封安全阀自带 18 减速器配普通电机 7 2 线中和混合泵 D 1011 介质：中和膏体 温度： 55 比重： 1020Kg/度： 2500 2800=44m3/=220m n=3000动机效率： 75 1 316L 外商供货 8 1 线中和循环泵（旋转活塞泵） 质： 度： 55 比重： 21020Kg/度： 2500 500=75m3/=105m n=1480动机功率： 45 1 316L 单端面机械密封 19 9 2 线中和循环泵 163 A 二线中和 介质： 度： 55 比重： 1020Kg/度： 2500 800=50m3/=215m n=1480动机功率： 45 1 316L 外商供货单端面机械密封 11 1 盐水输送泵（屏蔽泵） 417质：水 温度： 27 Q=4m3/=160m n=2950动机功率： 21 2 2 1 碱输送泵（滚柱式转子泵） 2514 介质： 2%) 温度： 21 设定压力： 重： 1520Kg/度： 48率： 2 316304 宁波正一 20 13 1 冲液进料泵（计量泵） 介质：碳酸锅 温度： 21 比重： 1100Kg/度： 1=90m n=15动机功率： 1 316L 外商供货 14 1 冲剂液下泵 16 介质： =n=2960动机功率： 3 2 316L 单端面机械密封 15 1 线二次脱气器卸料泵 5010 介质： 度： 49 比重： 1020Kg/度： 2500=10m3/=100m n=100 350动机功率： 11 1 河北泊头 16 2 线二次脱气器卸料泵 5010 介质： 度： 49 比重： 1020Kg/度： 2500=10m3/=100m 台 1 316L 单端面机械密封减速器配变频电机 21 n=100 350动机功率： 7 N 基苯磺酸输送泵（外置安全阀） 658 滚柱式转子泵 设定压力： 质： =20m3/口压力 :度： 49 比重： 1020Kg/度： 2500 8000cp n=320动机功率： 11 1 00端面机械密封 18 P0602A/B 产品输送泵（外置安全阀） 50柱式转子泵 设定压力： 质： =20m3/口压力 度： 49 比重： 1020Kg/度： 2500 8000cp n=320动机功率： 2 00端面机械密封 22 19 P 0603 液氮稀释泵（单级离心泵） 200 介质：水 温度： 27 比重： 1000Kg/=50m3/=50m n=2900功率 =动机功率： 15机型号： 2 50 200 台 1 0连耐碱泵业有限公司 20 P0604A/B 均质罐卸料泵（外置安全阀） 5010 滚柱式转子泵 设定压力： 质： =10m3/口压力： 度： 49 比重： 1020Kg/度： 2500 8000cp n=320动机功率： 2 00端面机械密封宁波正一 23 21 P0605A/B 产品输出泵（外置安全阀） 6510 滚柱式转子泵 设定压力： 质： =10m3/口压力： 度： 49 比重： 1020Kg/度： 2500 8000cp n=280动机功率： 11 1 00波正一 22 0 硫酸循环泵（耐酸陶瓷泵） 5 介质： 8%) 温度： 43 比重： 1800Kg/度： 10=60m3/=35m n=2950动机功率： 1 衬陶瓷 江苏宜兴华东北化工设有限公司 23 P 0901 液碱卸车泵（屏蔽泵）带热水加热套 616810质： 2%) 温度： 21 粘度： 2950=60m3/=46m 电动机功率： 30 1 00端面机械密封大连帝国屏蔽电泵有限公司 24 （ 3）储罐类 储罐类 序号位号 设备名称 型号和技术规格 单位 数量 材料 单 重 总重 /注 1 0 硫槽 1494 长宽高： 82003000 1750 介质：硫磺 操作温度：常温 操作压力：常压 加热盘管规格： 1 316L 10620 24 P 0902 液碱循环泵（屏蔽泵）带热水加热套 416608质： 2%) 温度： 21 粘度： 48重： 1520Kg/=30m3/hr n=2820=35m 电动机功 率： 1 00端面机械密封大连帝国屏蔽电泵有限公司 25 0 硫酸装车泵（屏蔽泵） 217204B Q=40m 电动机功率： 1 1304 大连帝国屏蔽电泵有限公司 25 加热面积： 0 空气干燥器 1122 立式： 27004500 操作温度：进口：