毕业论文：年产1万吨脂肪腈生产车间工段初步设计.docVIP

齐 齐 哈 尔 大 学 毕业设计（论文） 题 目 年产 1 万吨脂肪腈生产车间工段初步设计 学 院 化学与化学工程学院 专业班级 化学工程与工艺 083 班 学生姓名 张 海 龙 指导教师 贾 丽 华 成 绩 2012 年 4 月 25 日 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） I 摘要 本设计是关于年产 10 000 吨棕榈腈生产车间初步设计。首先阐述了棕榈腈的生产 意义及作用、国内外生产状况、发展前景、产品的性质和生产方法；其次对不同的脂 肪腈工艺流程进行对比，选择了脂肪酸氨化法制脂肪腈的生产工艺，并将厂址确定在 南京化工工业园区；然后从工艺设计、工艺计算、关键设备设计、车间布置、经济核 算、安全生产和环境保护等多个方面对该工艺的可行性进行了论证；进行了物料衡算、 热量衡算和设备计算，利用 Aspen plus 流程模拟软件对全流程进行模拟，重点对反应 釜进行了详细的设计及其他辅助设备的选型，对自动控制、三废处理、公用工程做了 说明；最后利用 Auto CAD 绘制了车间平立面布置图、关键设备装配图，手绘了带控 制点的工艺流程图，同时撰写 2 万字的设计说明书。 关键词：初步设计；生产车间；棕榈酸；氨气；棕榈腈；釜式反应器 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） II Abstract The workshop of producing 10000t/a palmitonitrile was designed preliminarily. Firstly, the significance and function of palmitonitrile and development of research on palmitonitrile was stated. Secondly, , fatty acid ammoniation method was confirmed as the final process, by all kinds of methods of designing process comparison and Nanjing chemical industrial park was confirmed. The feasibility of process was proved by process design, process calculation, the design of the major equipments, workshop layout, economic accounting, safety in production, and environmental protection. Meanwhile the material balance, heat balance, and Aspen plus simulation were finished. Particularly, the reactor was designed, other auxiliary equipments were selected Automatic control, safety and environmental protection, and utilities system was stated, At last, according to the process of condition, process flow diagram with control point was drawn by hand, arrangement of workshop and key equipments were drawn with Auto CAD. And design instruction of 20 thousand words was finished. Key words: Preliminary design; Production workshop; Palmitic acid; Ammonia; Palmitonitrile; Tank reactor 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） III 目录 摘要.I ABSTRACT.II 第 1 章 总论.1 1.1 概述.1 1.1.1 脂肪腈生产的意义1 1.1.2 产品特性1 1.2 设计依据.1 1.3 厂址选择方案.2 1.4 生产制度及设计规模.2 1.4.1 设计规模2 1.4.2 生产制度2 1.5 原材料及产品规格.3 1.6 经济核算.3 第 2 章 工艺设计及计算.5 2.1 工艺路线的选择比较.5 2.2 工艺流程简述.5 2.3 物料衡算.6 2.3.1 反应器物料衡算6 2.3.2 棕榈腈精馏塔物料衡算7 2.3.2 氨水分离物料衡算8 2.4 热量衡算.9 2.4.1 预料预处理热量衡算9 2.4.2 反应釜热量衡算10 2.4.3 反应釜顶部冷凝器热量衡11 2.4.4 棕榈腈精馏塔热量衡算12 2.4.5 氨气回收精馏塔热量衡算13 2.5 ASPEN流程模拟14 2.5.1 Aspen 全流程模拟14 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） IV 2.5.2 反应釜的模拟15 2.5.4 氨水分离模拟的结果16 2.5.4 全流程模拟的结果17 第 3 章 设备选型.18 3.1 釜式反应器的详细计算.18 3.1.1 确定筒体内径18 3.1.2 确定筒体的直径和高度18 3.1.3 封头几何尺寸计算18 3.1.4 夹套几何尺寸计算19 3.1.5 筒体夹套及封头厚度计算19 3.1.6 支座的选用20 3.1.6 搅拌釜搅拌轴的设计20 3.1.7 搅拌釜搅拌轴的轴封装置设计21 3.1.8 挡板的设计21 3.1.9 电机的选用22 3.1.10 减速器的选用22 3.1.11 联轴器的选用23 3.1.12 法兰的选用23 3.1.13 底盖的选用24 3.1.14 反应釜的支架25 3.1.15 反应釜的视镜25 3.1.16 反应釜接孔26 3.2 其他设备的计算.27 3.2.1 熔化釜的计算27 3.2.2 催化剂过滤器计算27 3.2.3 换热器的选型27 3.2.4 塔设备的计算30 3.2.5 泵以及压缩机的选型33 第 4 章 设备一览表.34 4.1 设备一览表.34 4.1.1 主设备一览表34 4.1.2 泵设备一览表34 4.1.3 换热器设备一览表34 第 5 章 车间布置.36 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） V 5.1 布置理念.36 5.2 布置方案.36 第 6 章 自动控制.38 6.1 熔化釜熔酸槽自动控制.38 6.2 釜顶冷凝器的控制.38 6.3 回流罐的液位控制.39 6.4 精馏塔的压力控制.39 第 7 章 安全与环境保护.41 7.1 主要污染源.41 7.1.1 废气污染41 7.1.2 噪声污染41 7.1.3 废水污染41 7.1.3 固体废弃物41 7.2 安全与防护.41 第 8 章 公用工程.42 8.1 给水工程.42 8.2 供电工程.43 8.3 供热工程.43 结束语.44 参考文献.45 致谢.47 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 1 第 1 章 总论 1.1 概述概述 1.1.1 脂肪腈生产的意义 脂肪腈是重要的表面活性剂的中间体，以及润滑油添加剂、塑化剂，同时也是合 成有机胺类的重要中间体1。同时脂肪腈的生产是脂肪酸生产伯胺工艺中最重要的过程 之一。脂肪腈可以直接制叔胺，且原料价格低廉，工艺流程短2。脂肪腈一步法制仲胺， 经过近两年的试验，获得了令人满意的的结果，制得的仲胺收率高，主要产品指标均 达到国际市场上同类产品水平。脂肪腈的精制是为了从脂肪腈、脂肪酸、酰胺中得到 更高纯度的脂肪腈3。含有杂质的的脂肪腈产品，影响该产品的质量，同时对下游产品 的转化率影响极大，对下游产品的等级也有很大的影响4。 1.1.2 产品特性 棕榈腈，分子式 CH3(CH2)14CN，相对分子质量是 237，白色菱柱状晶体，熔点 31，沸点 167.4，密度为 0.8224g/cm3,不溶于水，能溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。 表面活性剂的重要中间体、润滑油添加剂、同时也是脂肪酸制脂肪胺过程中最重要的 过程之一5。 1.2 设计依据设计依据 根据齐齐哈尔大学化学与化学工程学院下达的关于化工毕业设计任务书和化工厂 国家设计国家标准，以及学校对本课程的要求，确定设计题目是：年产 1 万吨脂肪腈 工段的初步设计。同时，查阅了大量的中外文资料，本设计的关键设备间歇式搅拌釜 式反应器，因此，依据化学化工物性数据手册中国石化出版的化工计算手册 ， 气液物性估算手册对各个组分的物性进行估算，为设计计算部分提供依据。利用 网络资源，了解到国内脂肪酸制脂肪腈发展现状及其趋势。同时也符合下列设计依据 的相关规定： (1) GB/T 17450 1998：技术制图图线 (2) HG/T20668-2000 化工设备设计文件编制规定 (3)齐齐哈尔大学毕业设计（论文）工作手册 (4) HG/T 20652-1998 塔器设计技术规定 (5) GB/T 16675 1996：技术制图简化表示方法 (6) GB 8978-1996 污水综合排放标准 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 2 1.3 厂址选择方案厂址选择方案 厂区拟定建在南京化学工业园区内的长芦片区。 南京位于北纬 31133236，东经 1181911924。滨临长江，东距出海口 360 公里，交通便利。属亚热带季风气候区，四季分明，年平均气温 15.4，最热月平 均气温 28.2，年平均相对湿度 77%，年平均降雨量 1094.98mm，无特殊冷热气象和 自然灾害，年无霜期 230 天左右，地震基本烈度 7 度。自然条件优越，非常适合建厂 和居住。 南京化学工业园区位于南京市域北部，长江北岸，距离南京市中心 30 公里。依托 长江深水岸线而建，自然地理条件优越，区位交通优势突出，化工产业基础雄厚，多 家大型骨干企业均分布在园区内及周边紧邻。该化工园规划总面积 45 平方公里，包括 长芦片区和玉带片区两大片区。其中长芦片区 26 平方公里，重点发展石油和天然气化 工、有机化工原料、精细化工产品等化工项目；玉带片区 19 平方公里，重点发展石化 上游产品与化工物流。南京化学工业园区成立于 2001 年 10 月，是南京唯一的一家经 国家批准，以发展石油化工为主的化学工业园区，重点发展石油与天然气化工、基本 有机化工原料、精细化工、高分子材料、生命医药、新型化工材料六大领域的系列产 品。 1.4 生产制度及设计规模生产制度及设计规模 1.4.1 设计规模 本设计是年产 10 000 吨棕榈腈车间工段的初步设计。 1.4.2 生产制度 年工作日时：8 000 小时。 本车间实行四班三倒制，每班 8 小时，对于重要岗位安排人员值班，处理突发事 故。 本设计的关键是搅拌釜式反应器详细的计算，在正常生产中，各个设备的压力、 温度，塔顶回流比、流量及液位等工艺参数等，都是重要的影响因素。 棕榈酸和氨气以及棕榈腈都是对身体有害化学物质，因此，在操作过程中一定要 严格按照国家相关标准，同时要保证各个工艺参数在生产操作过程中稳定运行。总之， 对各个工艺参数的控制严格执行岗位的工艺操作指南。生产中采用间歇操作，四班三 倒制度。负责本岗位的开、停车及事故处理，根据产品质量要求，生产合格的棕榈腈 产品；同时负责岗位所有的设备的正常运转和平稳运行，做好设备和工艺管线日常维 护工作。 加强巡回检查力度，并做好本岗位的交接班和原始数据记录，保证整个装置的安 全平稳运行。同时要求员工要树立“安全第一”的思想，自觉接受安全教育，学习安全 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 3 知识，保证生产的安全性。生产中要严格执行安全操作规程，避免各类事故发生。生 产岗位员工必须按规定穿戴劳动保护用品。车间安全员工要切实履行职责，随时检查 安全生产制度，落实情况，制止违章操作和冒险作业。各工段操作工在操作时应穿戴 好劳动防护用品，防止烫伤、灼伤、中毒。脂肪酸应防曝、防湿、严禁明火。严格按 工艺要求进行操作，并按规定对设备、管道、现场指示仪表巡回检查，以便及时发现 安全隐患并处理。 1.5 原材料及产品规格原材料及产品规格 该设计的主产品为十六腈又称（棕榈腈、软脂腈） ，摩尔分数为 99.8%以上（酸值 5 选取滑动率0.02 大带轮计算直径 d2 = id1 (1-) = 6 100（1-0.02）= 588 mm 圆整，取 = 600 mm 2d 初定中心距 ao = 0.7 （d1+d2）= 0.7 （100+600）= 490 mm 圆整到标准中心距为 500 mm；则 ao = 500 mm 带的基准长度 Ld = 2ao + + ）（ 1d2d 2 a4 21d2d）（ = 2 500 + （600 - 100）+ = 1000 + 850 + 250 = 2100 mm 2 14 . 3 5004 2100600 ）（ 圆整并根据长度系列选取 = 2240 mm0dL 确定中心距 a = ao +（Ldo-Ld）/2 = 570 mm 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 23 查文献包角修正系数 ka=0.9313 小带轮包角 180 - = 180o - 57.3o = 122.7o1 a dd12 57.3 500 100600 单根 V 带额定功率 P = 1.13 kw 带长修正系数 = 1.11Lk 时，单根 V 带额定功率增量 P1 = kbn1 （1-）= 0.0841i kL 1 则 v 带根数 Z = = 1.89 KaKlPP Pd )1( 取 2 根 故用 PV2 减速机15 3.1.11 联轴器的选用 根据设计要求本设计选用的联轴器为 C 型凸缘联轴器，根据轴径 d=50mm；查标 准联轴器的选用如下16： D 联轴器的直径 150 mm； d 轴的直径：50 mm； L 联轴器上下的总长度：169 mm； L2 联轴器上端距中心线长度：81 mm； L1联轴器下端凸出部分长度 70 mm； M 许用扭矩为 515 Mm； r 许用转速 1 960 r/min； m 质量为 14 kg； 3.1.12 法兰的选用 法兰的选择： 根据管法兰垫片紧固件选用手册中对焊钢制管法兰的选用。由于筒体的公称 直径为 2 600mm，P=0.35MPa，公称压力不超过 0.6MPa 选用突面对焊钢制管法兰。 （GB/T9115.1-2000） 标准法兰标准尺寸如下17： A 法兰焊端外径（钢管外径） 2 620 mm； D 法兰外径：2 905 mm； K 螺栓孔中心圆直径：2 810 mm； L 螺栓孔径: 48 mm; n 螺栓数量：48； 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 24 螺纹规格：M45； D 密封面与筒体的总长度：2 750 mm； f 密封面与螺栓孔切面的高度：6mm； C 法兰的厚度：46 mm； H 法兰的高度：130 mm； N 法兰曲面与筒体总径长：2 665 mm； S 法兰直面厚度：8 mm； H1 法兰直面长度：25 mm； R 法兰曲面半径：15 mm； d 密封面长度：2750 mm； f 密封面高度：6 mm； 垫片的选择： 根据设计要求，法兰垫片选为金属包覆垫，当公称直径为 2600mm 时，温度 t=450时，选择标准法兰垫片尺寸（GB/T19066.2-2003） 其标准尺寸如下： D1 垫片内径 2 620 mm； D2 垫片外径 2 675 mm； h 垫片厚度 4.5 mm； t 金属骨架垫片厚度小于 0.5 mm； 根据工艺要求温度 T = 450，压力 P = 0.35MPa，垫片材料选择不锈钢制垫片。 3.1.13 底盖的选用 安装盖座采用螺柱等紧固件，上与机架连接，下与凸缘法兰连接，是整个搅拌传 动装置与容器连接的主要连接件。 安装底盖的常用形式为 RS 和 LRS 型，其他结构（整体或衬里） 、密封面形式（突 面或凹面）以及传动轴的安装形式（上装或下装） ，按 HG21565-95 选取。 安装底盖的公称直径与凸缘法兰相同。形式选取时应注意与凸缘法兰的密封面配 合（突面配突面，凹面配凹面） 。 查压力容器与化工设备使用手册图 3-5-17 RS 型安装底座和表 3-5-7a 安装底 盖外形尺寸，标准底盖尺寸如下14： 安装底盖公称直径 900 mm； 机架公称直径 700 mm； d2 底盖总长度 1 045 mm； K 螺柱孔中心间距 990 mm； 螺柱孔数量 36； 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 25 d5 螺柱孔直径 30 mm； d6 密封面直径 670 mm； K1 螺孔中心距 780 mm： 螺纹孔数量 28； d7 螺纹孔 M24； 3.1.14 反应釜的支架 根据底座的尺寸确定出支架的表准尺寸，查压力容器与化工设备使用手册表 3-5-12 单支点式支架尺寸及图 3-5-21a 公称直径 A 型支架。其标准尺寸如下14： 机架公称直径 700 mm； 传动轴轴径长 150 mm； D1 ： 支座底部密封面长度 670 mm； D2 ： 支座底部螺孔中心间距 780 mm； D3 ：支座底部总长度 830 mm； D4 ：支座顶部螺栓中心间距 800 mm； D5 ：支座顶部总长度 880 mm； n- ： 28-26； d：传动轴轴径 150 mm； H ：机架总高度 1 185 mm； H1 ：机架底部与联轴器总高度 399 mm； 轴承型号 46236； 机架重量 582 kg； 3.1.15 反应釜的视镜 根据化工容器与化工设备设计手册刚与玻璃烧结试镜（HG 21605-95） 图 4- 2-1 刚与玻璃烧结试镜试镜和表 4-2-1 刚与玻璃烧结试镜基本参数，其标准尺寸如下14： P 公称压力 0.6 MPa； D0 视孔直径 150 mm； D1螺柱孔中心圆直径 200 mm； D2 外径 230 mm； n 螺栓个数 10 个； M 螺栓规格 M10； H 厚度 16 mm； m 质量 5.3 kg； 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 26 3.1.16 反应釜接孔 由于工艺操作要求在筒体和设备上需要开一些用途的孔。 表 3-1 为设备接管一览表。 表 3-1 设备接管一览表 序号法兰公称规格接管外径和壁厚标准号用途或名称 1PN0.6DN65 76 5.5 HG20592-97酸加料入口 2PN0.6DN80 89 4.5 HG20592-97液氨加料入口 3PN0.6 DN70 45 2.5 HG20592-97温度计管口 4PN0.6DN250 273 11.5 HG20592-97粗产品出口 5PN0.6DN200 219 9.5 HG20592-97氨水口 6PN0.6DN40 45 2.5 HG20592-97导热油进出口 7PN0.6DN40 45 2.5 HG20592-97釜顶回流接管 进料流量为每小时 17m3，假设流速为 u = 2 m/s, V = d2 u 计算的管内径径 d 4 =55mm； 原料液酸的进口管采用765.5 无缝钢管, 材料为 16MnR，配法兰 PN0.6 DN65 HG205931997 ； 原料液氨进料流量为每小时 75m3，假设流速为 u = 5 m/s，V = d2 u 计算的管内 4 径 d = 73 mm；原料液氨进口管89 4.5 无缝钢管，材料为 16MnR，配法兰 PN0.6 DN80 HG205931997； 加强套管温度计的管口选用45 2.5； 釜底产品出料口流量为每小时 5 m3，假设流速为 u = 0.5 m/s, V = d2 u，计算的 4 管内径 d = 78 mm； 产品出料管口采用89 4.5 无缝钢管，材料为 16MnR，配法兰 PN0.6 DN89 HG205931997； 釜顶氨水出料口流量为每小时 405.867 m3，假设流速为 u = 5 m/s, V = d2 u，计 4 算的管内径 d = 169 mm；标准产品出料管口采用219 9.5 无缝钢管，材料为 16MnR，配法兰 PN0.6 DN200 HG205931997； 搅拌釜夹套导热油的流量流量为每小时 1.23 m3，假设流速为 u = 0.4 m/s, V = d2u 计算的管内径 d = 32 mm；导热油出料管口采用45 2.5 无缝钢管，材料为 4 16MnR，配法兰 PN0.6 DN40 HG205931997； 釜顶回流管口流量为每小时 0.58 m3/h，设流速为 0.6 m/s,计算管内径 d = 36 mm， 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 27 釜顶回流管口采用45 2.5 无缝钢管，材料为 16MnR，配法兰 PN0.6 DN40 HG205931997； 人孔开孔尺寸为530 1518； 3.2 其他设备的计算其他设备的计算 3.2.1 熔酸槽的计算 熔酸槽的体积取决于消耗棕榈酸的体积： Q V 式中： V酸槽容积，m3； Q装置的液酸消耗量，kg/h； 液硫在槽中的停留时间，h； 槽容积利用系数，一般取0.8； 180 下的液棕榈酸密度，kg/m3。 取 Q = 14000 kg/h， = 1h， = 822 kg/m3 = 21.3 m3 8228 . 0 114000 V 取熔硫槽直径为 3m，则熔硫槽高度 = 3 m 2 5 . 114 . 3 3 . 21 h 则熔硫槽高度为 3m。 3.2.2 催化剂过滤器计算 每小时需要过滤液粗腈的体积 V = 5 m3/h； 过滤器的体积为粗腈流量的 0.4 倍，则过滤器的体积为 2 m3； 假设液酸过滤器的直径为 1 m； 则液酸过滤器的高度为 = 2.5 m； 2 5 . 014 . 3 2 h 3.2.3 换热器的选型 搅拌釜釜顶冷凝器的选型 氨水混合气 0.35 MPa， 320 冷却到 145 ； 冷却水 0.11 MPa，20 升高到 60 ； t1 =1 45 20 = 125 ；t2 = 320 60 = 260 tm =（t2-t1）/Ln = (260 - 125)/Ln = 206 19 2 1 t t 125 260 换热量 Q=1.34106kJ/h 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 28 取总传热系数 K=40，则传热面积 A=45m2 m tK Q 2066 . 340 1036 . 1 6 根据换热面积查换热器设计手册表 1-2-7 管径换热器的基本参数如5 . 225 下： DN 换热器的公称直径为 450 mm； P 换热器的公称压力 0.6 MPa； N 管程数 1； n 管子根数 135； 中心排管数 13； 管程流通面积 0.0424 m2; 换热管长 4500 mm； 换热面积为 46.6 m2； 型号：BEM450-46.6-1I； 3 . 0 6 . 0 25 5 . 4 腈精馏塔塔顶冷凝器的选型 氨水混合气 0.35 MPa， 151.6 冷却到 142 ； 冷却水 0.11 MPa，20 升高到 60 ； t1 = 142 20 = 122 ；t2 = 151.6 60 = 91.6 tm =（t2-t1）/Ln = (91.6 - 122)/Ln = 106 2 1 t t 122 6 . 91 换热量 Q = 1.01 107 kJ/h 取总传热系数 K=80.，则传热面积 A = = = 330.8 m2 m tK Q 1066 . 380 1001 . 1 7 据换热面积查换热器设计手册表 1-2-7 管径换热器的基本参数如下：5 . 225 DN 换热器的公称直径为 1000 mm； P 换热器的公称压力 0.6 MPa； N 管程数 2； n 管子根数 742； 中心排管数 29； 管程流通面积 0.1165 m2; 换热管长 6 000 mm； 换热面积为 343.7 m2； 型号：BEM1000-343.7-2I； 3 . 0 6 . 0 25 6 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 29 腈精馏塔塔底再沸器的选型 酰胺混合物 0.08 MPa， 191 升高到 192 ； 导热油 0.11 MPa，450 降到 445 ； t1 = 450 192 = 258 ；t2 = 445 191 = 254 tm = （t2+t1）/2 = （254+258）/2 = 256 换热量 Q = 5.54 105 kJ/h 取总传热系数 K=120.，则传热面积 A = = = 5.01 m2 m tK Q 1206 . 380 1054 . 5 5 据换热面积查换热器设计手册表 1-2-7 管径换热器的基本参数如下：5 . 225 DN 换热器的公称直径为 325 mm； P 换热器的公称压力 1.6 MPa； N 管程数 1； n 管子根数 57； 中心排管数 9； 管程流通面积 0.0179 m2； 换热管长 1500 mm； 换热面积为 6.3 m2； 型号：BEM219-6.3-1I； 1 6 . 1 25 5 . 1 腈氨水分离塔塔顶冷凝器的选型 氨水 1.0 MPa， 126 降到 37 ； 冷却水 0.11 MPa，20 升高到 60 ； t1 = 126 60 = 66 ；t2 = 37 20 = 17 ； tm = （t2-t1）/Ln = (66 - 17)/Ln = 36.13 ； 2 1 t t 17 66 换热量 Q = 1.14 107 kJ/h 取总传热系数 K = 200.，则传热面积 A = = = 273.89 m2 m tK Q 13.366 . 3200 1034 . 1 7 据换热面积查换热器设计手册表 1-2-7 管径换热器的基本参数如下：5 . 225 DN 换热器的公称直径为 1100 mm； P 换热器的公称压力 2.5 MPa； N 管程数 4； n 管子根数 848； 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 30 中心排管数 33； 管程流通面积 0.666 m2; 换热管长 4500 mm； 换热面积为 292.9 m2； 型号：BEM900-292.9-4I17； 6 . 1 5 . 2 25 5 . 4 氨水分离塔塔底再沸器的选型 水 1.05 MPa， 181 升高到 182 ； 导热油 0.11 MPa，450 降到 445 ； t1 = 450 182 = 268 ；t2 = 445 191 = 264 tm = （t2+t1）/2 = （264+268）/2 = 266 换热量 Q = 5.37 107 kJ/h 取总传热系数 K = 120.，则传热面积 A = = = 37.38 m2 m tK Q 2666 . 31500 1037 . 5 7 据换热面积查换热器设计手册表 1-2-7 管径换热器的基本参数如下：5 . 225 DN 换热器的公称直径为 500 mm； P 换热器的公称压力 1.0 MPa； N 管程数 1； n 管子根数 174； 中心排管数 14； 管程流通面积 0.0546 m2; 换热管长 3000 mm； 换热面积为 39.6 m2； 型号：BEM500-200-1I19； 6 . 0 0 . 1 25 3 3.2.4 塔设备的计算 氨水分离精馏塔设计 设塔板间距 HT =0.4 m，精馏塔上层清液层高度 hL=0.06 m，则：设塔板间距 HT =0.4 m，精馏塔上层清液层高度 hL=0.06 m，则： HT -hL=0.40-0.06=0.34 m 31 . 0 85.62 35.999 7 . 253 914.19 2 1 2 1 v L s s V L 查史密斯关联图 C20=0.073,表面张力为 13.25 没 mN/m 时的 C。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 31 033 . 0 20 25.13 073 . 0 20 2 . 02 . 0 20 CC ms-127 . 1 85.62 85.6235.999 033 . 0 G GL max Cu 可取安全系数 k=0.6 ms-1 76. 027 . 1 6 . 0 max kuu 精馏塔直径 m78 . 0 360076 . 0 14 . 3 5 . 365244 VG u q D 圆整 D=0.8 m。 当塔径为 0.8 m，可确定其封头的高度，查过程设备机械基础附录 6 椭圆形封 头（JB/4737-95）知当塔径为 0.8 m 时，封头的曲面高度 h1 = 200 mm；直边高度 h2 = 40 mm；内表面积 F = 0.792 m2；容积 V = 0.0871 m3。 全塔效率 ET = 0.17 - 0.616 lg，其中为平均粘度，由模拟结果计算的= m m m 0.081357 cp，则 ET = 0.17 - 0.616lg0.081357 = 0.84、则实际板数为 Np = = 19，由图 84 . 0 16 可知塔板间距为 0.4 m，塔体封头直边高度 HT = 0.4 m，则 Hz =（19-1） 0.4 = 7.2 m。 塔顶空间高度，为减少塔顶出口气体中夹带的液体流量，塔顶空间高度取 Ha = 0.5m。 塔底空间高度 Hb = ，其中 qV为精馏段液体的体积流量为 0.001 m3/s,液体在塔 2 D 4 tqv 釜停留时间取为 5 min。则 Hb = = = 0.6 m 2 D 4 tqv 2 0.814 . 3 605001 . 0 4 考虑到再沸器的高度，裙座高度 Hs取 3 m。 则塔体的高度 H = Hz + Ha + Hb + Hs + 0.24 = 7.2 + 0.5 + 0.6 + 3 + 0.24 = 11.54 m20。 则氨水分离精馏塔的规格为： = 800 mm，塔高为 1 1540 mm，材料为 16MnR。 在该设计条件下钢板的许用应力d = 144 MPa，筒体设计压力为 1MPa。 该材料钢板负偏差 C1 = 0.2 mm，腐蚀余量 C2 = 2 mm，钢板厚度附加量 C = C1 + C2 = 2.24 mm。焊接系数 f=0.621。 则塔体的厚度 d1 = + C = + 2.24 = 4.65 + 2.24 = P-f 2 D d P 16 . 01442 8001 6.89 mm，圆整到名义厚度则 d1 = 7 mm； 腈精馏塔设计 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 32 设塔板间距 HT =0.4 m，精馏塔上层清液层高度 hL=0.04 m，则： HT -hL=0.40-0.06=0.36 m 14 . 0 53.628 35.825 77 . 6 26.20 2 1 2 1 v L s s V L 查史密斯关联图 C20=0.068,表面张力为 21.45 mN/m 时的 C。 035 . 0 20 45.21 068 . 0 20 2 . 02 . 0 20 CC ms-12 . 0 53.628 35.62835.825 035 . 0 G GL max Cu 可取安全系数 k=0.6 ms-1 12 . 0 2 . 06 . 0 max kuu 精馏塔直径 m08 . 1 360012 . 0 14 . 3 5 . 1365244 VG u q D 圆整 D=1.1 m。 塔径为 1.1 m，可确定其封头的高度，查过程设备机械基础附录 6 椭圆形封头 （JB/4737-95）知当塔径为 1.1 m 时，封头的曲面高度 h1 = 275 mm；直边高度 h2 = 50 mm；内表面积 F = 1.49 m2;容积 V = 0.222 m3； 全塔效率 ET = 0.17 - 0.616lg，其中为平均粘度，由模拟结果计算的= m m m 0.13845 cp，则 ET = 0.17 - 0.616lg0.13845 = 0.6，则实际板数为 Np = = 26，由图可 61 . 0 15 知塔板间距 HT = 0.4 m，则 Hz = （26-1） 0.4 = 10 m20。 为减少塔顶出口气体中夹带的液体流量，塔顶空间高度取 Ha = 0.5 m。 塔底空间高度 Hb = ，其中 qV为精馏段液体的体积流量为 0.003 m3/s,液体在塔 2 D 4 tqv 釜停留时间取为 5 min。则 Hb = = = 1.8 m；考虑到再沸器的高度， 2 D 4 tqv 2 0.814 . 3 605003 . 0 4 裙座高度 Hs取 3 m。 则塔体的高度 H = Hz + Ha + Hb + Hs + 0.24 = 10+ 0.5 +1.8 + 3 + 0.325 = 15.625 m， 则腈精馏塔的规格为： = 1100 mm，塔高为 14 425mm，材料为 16MnR。在该设计条 件下钢板的许用应力d = 144 MPa，筒体设计压力为 0.05 MPa。该材料钢板负偏差 C1 = 0.2 mm，腐蚀余量 C2 = 2 mm，钢板厚度附加量 C = C1 + C2 = 2.20 mm。焊接系数 f = 0.621。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 33 则塔体的厚度 d2 = + C = + 2.2 = 2.33 + 2.2 = 4.53 mm， P-f 2 D d P 16 . 01442 8005 . 0 圆整到名义厚度 d2 = 5 mm； 3.2.5 泵以及压缩机的选型 （1）压缩机的选型 根据压缩机前后流量和压力选择压缩机，流量为 405 m3/h，压缩前压力为 0.35 MPa，压缩后的压力位 1.2 MPa。据此选用压缩机的型号为 VW-4.5/0.513，吸气压力 0.5 MPa，排气压力 1.2 MPa，驱动器型号 YB280S-6(45)，外形尺寸 750 720 1060， 压缩机的主机的重量为 178kg。 技术指标：出口压力 1.2 MPa，出口温度 280 ，流量 1050 m3h-1 根据工况，可选压缩机型号如下： 表 3-2 混合气压缩机 型号排气量 （m3min- 1） 工作压力 （MPa） 压缩 级数 驱动功率 （kW） 电源长 宽 高 （mm） 重量 （kg） H 型往复 式压缩机 32500.140264 000380V/3/50 Hz 750 720 1 060 178 (2）泵的选型 根据整个工艺中流股的流量以及塔体的进料位置确定了泵的流量和扬程。泵的选 型结果如表 3-1 泵的性能参数。 表 3-3 泵性能参数 参数 型号 流 量 Q m3/h 扬 程 H m 转速 n r/min 轴 功 率 kw 配带电动机 功率 kw 型号 效率 （% ） 汽 蚀 余 量 m 叶轮 直径 mm 进出 口径 mm 泵 重 kg 酸输送泵 IS(IR)80-50-315J 25321 4504.1 9 5.5Y802- 4 522.52005076 釜顶回流泵 ZPD6-25*10 7.5252 9509.4 4 15Y112 M-2 532.01703243 釜底出料泵 IS(IR) 80-50-315J 25321 4504.1 9 5.5Y802- 4 522.52005080 腈精馏塔顶回流泵 IS(IR)100-80-160B 75242 9006.37.5Y112 M-2 784.01703276 氨分离塔顶回流泵 IS(IR)100-80-160A 81.5282 9008.611Y132S 1-2 784.01805082 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 34 第 4 章 设备一览表 4.1 设备一览表设备一览表 4.1.1 主设备一览表 表 4-1 为主设备一览表。 表 4-1 主设备一览表 设备编号名称设备型号尺寸（mm）生产厂家 H101熔酸槽h =3 000，r=1 500民生高压容器有限公司 V101催化剂过滤器h=3 000，r=2000民生高压容器有限公司 V102釜顶回流罐h=1 200，r=400民生高压容器有限公司 V103腈塔顶回流罐h=1 300，r=400民生高压容器有限公司 V104腈缓冲罐h=1 000，r=400民生高压容器有限公司 V105氨水回流罐h=1 300，r=400民生高压容器有限公司 R101反应器h=4 000，r=26 000民生高压容器有限公司 T101腈精馏塔h=725 000，r=11 000 民生高压容器有限公司 T102氨水分离塔h=115 000，r=800民生高压容器有限公司 4.1.2 泵设备一览表 表 4-2 为泵设备一览表。 表 4-2 泵设备一览表 设备编号设备名称设备型号设备尺寸生产厂家 P101酸输送泵IS(IR)80-50-315J8001 000南京富卓科技有限公司 P102釜顶回流泵ZPD6-25*108001 000南京富卓科技有限公司 P103釜底输送泵IS(IR)80-50-315J8001 000南京富卓科技有限公司 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 35 P104腈回流泵IS(IR)100-80-160B8001 000南京富卓科技有限公司 P105氨水回流泵IS(IR)100-80-160A8001 000南京富卓科技有限公司 4.1.3 换热器设备一览表 表 4-3 为换热器设备一览表。 表 4-3 换热器设备一览表 设备编号设备名称设备型号尺寸生产厂家 E101氨水冷凝器 BEM450-46.6-1I 3 . 0 6 . 0 25 5 . 4=450 L=45 000 南京宜热纵联节 能科技有限公司 E102粗腈冷凝器 BEM1000-343.7-2I 3 . 0 6 . 0 25 6=1 000 L=6 000 南京宜热纵联节 能科技有限公司 E103粗腈再沸器 BEM219-5.7-1I 1 6 . 1 25 2=219， L=2 000 南京宜热纵联节 能科技有限公司 E104氨水冷凝器 BEM900-280.2-1I 6 . 1 5 . 2 25 9=900， L=9 000 南京宜热纵联节 能科技有限公司 E105氨水再沸器 BEM500-200-1I 6 . 0 0 . 1 25 3=500， L=3 000 南京宜热纵联节 能科技有限公司 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 36 第 5 章 车间布置 5.1 布置理念布置理念 设计中厂房采用半露天化，车间采用两层布置，第一层采用一般的标准厂房即为 半封闭式厂房，二层采用露天式布置，厂房中所有的设备以及设施都布置在厂房内部 或依厂房而建。厂房布置过程中依据流程从左到右的走向而布置。 5.2 布置方案布置方案 根据设备选型中设备的尺寸大小选择厂房的长为 24 m，宽为 12 m，厂中的车间面 积为 288 m2。在厂房中每 6 m 就会有一个立柱用来支撑厂房。厂房分两层而建，第一 层主要设备有熔酸槽、反应釜、过滤器、泵房以及楼梯的等辅助设备。二层露天车间 主要是一些辅助设备如换热器和回流罐等。厂房最左侧为楼梯宽度为 3.8 m。利于上下 楼。 （1）厂房内一层车间的布置 熔酸槽的布置：熔酸槽体积比较大，高三米直径三米的罐类，内部有加热的设备， 在车间布置中单独放置，然而熔酸槽属于高温设备需要保温并且腐蚀性比较大，放置 在地下三米的槽中。熔酸槽顶端距离墙距离为 2 m，左右各 1.5 m。最上端边缘与地面 持平。在熔酸过程中应时刻保持着熔酸孔被固体酸覆盖，避免酸在高温下迸溅而出腐 蚀其他设备。熔酸槽车间为长 6 m，四周设置了门窗和通风设施。图 5-1 介绍了一层车 间的平面布置。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 37 图 5-1 厂区一层车间平面布置图 反应装置的布置：反应装置主要是反应釜和过滤器。反应釜高度为 5.45 m。由支 座的支撑放在第二层楼板反应釜底与一层地面距离为 2.5 m，与左后墙之间的距离各保 持 2m 的距离。过滤器为直径 1 m，长度为 2.5 m 的圆柱形罐体，与右后墙的距离各位 2 m。反应车间为长 12 m。其中还有不很大的空间通行，同时也利于检修。同时该工 段还设置了长为 4 m 的门，以及后墙中的两个窗户。 泵房的布置：泵房处于第一层的最右侧独立的一个房间供四台泵和一个压缩机。 泵体与墙的间距为 1.2 m。泵与泵之间的距离为 0.7 m。 （2）厂房内二层车间的布置 图 5-2 为厂区二层车间平面布置。 图 5-2 厂区二层车间平面布置 厂房二层车间的布置：二层车间主要是反应釜的传动装置、换热器和回流罐。反 应釜的传动装置主要高度共两米，其中釜顶高度 1 m 利于观察釜内的反应情况。与一 层的釜连接在一起。接下来放置了换热器，换热器主要是竖型排开，彼此间距为 1 m， 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 38 保持安全的距离。二层最右侧为回流罐，回流罐横放，一字型摆放成一竖排，彼此之 间保持半米，共计四个。在整个厂房的最右侧距离厂房 2 m 处有两精馏塔，精馏塔的 中心间距为 4.38 m，塔径分别为 1.1 m 和 0.8 m22。图 5-3 为厂区立面图。 图 5-3 总厂区立面图 第 6 章 自动控制 6.1 熔化釜自动控制熔化釜自动控制 熔酸过程是将固体酸融化至液态，经过酸输送泵送到反应釜反应进行脂肪腈合成 反应。其控制过程如下图 6-1。 图 6-1 熔酸槽的温度控制 该图为熔化釜的温度控制，根据设计要求熔酸过程中酸的出口温度为 180 。当 温度指示低于设计要求时，会导致固体酸溶解不彻底黏在熔酸槽中并且腐蚀设备，为 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 39 了减少腐蚀，通过