毕业论文：年产60000吨重烷基苯磺酸钠车间空气干燥工段初步设计.doc

齐齐哈尔大学毕业设计（论文） I 摘 要 本设计是关于年产 60 000 吨重烷基苯磺酸钠车间空气干燥工段初步设计，本工段 主要是通过除去空气中的水分生产露点为-60的干空气。在许多产品的生产中，干燥C 都是重要的工艺环节，正确地设计和进行干燥操作，是保持和改善产品质量的重要手 段之一。本说明书的内容包括空气干燥工艺的意义和作用；干空气在国内外的研究现 状和发展前景；课题的设计依据、工厂厂址的选择、生产规模和生产制度的制定、原 料与产品规格。通过工艺路线的比较，确定了利用乙二醇冷却器、硅胶干燥器获得干 空气的工艺路线。在已确定的工艺路线的基础上，对空气/水冷却器、乙二醇冷却器、 硅胶干燥器进行物料衡算、热量衡算和设备计算，以及对设备和设备内部结构的选型， 最后综合各方面因素对车间各个设备的布置做了合理的设计，完成了空气干燥工段初 步设计说明书。并绘制了空气干燥带控制点的工艺流程图、车间平立面布置图及乙二 醇干燥器设备装备图，完成了车间的工艺设计。 关键词：干空气；乙二醇冷凝器；硅胶干燥器；初步设计 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） II Abstract The design was about the annual output of 60,000 tons of air drying section LAS preliminary design workshop, mainly through the removal of this section in the air in the water production of dry air dew point to -60. In many products, the drying process were C important areas, properly designed and drying operation was to maintain and improve the product quality was one important means. First, the specification includes air-drying process the meaning and effect; dry air in the recent status and development prospects; issue of design basis, plant site selection, scale of production and production systems development, raw materials and product specifications. Route through the comparison process to determine the use of ethylene glycol cooler, gel dryer process dry air access routes. Second, in the process routes have been identified, based on air / water cooler, cooler glycol, silica gel dryer for mass balance, heat balance and equipment basis, as well as the internal structure of devices and equipment selection, final Summing up all the factors on the plant layout of all equipment to do a reasonable design, the completion of the design specification of about 20,000 words. Finally, draw a flow chart of production, workshop and facade layout plan and the main equipment and equipment plan, the completion of the workshop from the overall process design. Key words: dry air; glycol water condenser; silica gel dry; preliminary design 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 1 目录 摘 要 I Abstract.II 第章 总 论4 1.1 概述4 1.1.1 选题的依据和意义4 1.1.2 国内外的研究现状4 1.1.3 研究的内容及拟采取的方法4 1.2 设计依据5 1.3 厂址选择5 1.3.1 厂址选择的原则5 1.3.2 方案比较6 1.4 设计规模和生产7 1.4.1 设计规模7 1.4.2 生产制度7 1.5 原料产品与规格8 1.6 公用工程指标8 第章 工艺设计与计算9 2.1 工艺原理9 2.2 工艺路线的选择9 2.3 工艺流程简述9 2.4 工艺流程图10 2.5 工艺流程参数10 2.6 物料衡算10 2.6.1 物料衡算的意义和作用10 2.6.2 物料衡算的方法与步骤11 2.7 物料衡算.12 2.8 热量衡算14 2.8.1 热量衡算的意义和作用14 2.8.2 热量衡算的方法和步骤15 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 2 2.8.3热量衡算.15 第 3 章 设备选型18 3.1 选型原则18 3.1.1 原则18 3.1.2考虑的主要问题.18 第 4 章 设备一览表24 第 5 章 车间设备布置设计25 5.1 车间设备平面布置.25 5.2 车间设备立面布置.25 第 6 章 自动控制27 6.1 主要的控制原理27 6.2自控水平与控制点27 6.2.1 乙二醇冷却器的自动控制27 6.2.2 硅胶干燥器的自动控制28 第 7 章 安全和环境保护29 第章 公用工程30 8.1 供水30 8.2 供电30 8.3 通风31 8.4 供暖32 8.5 电气32 结束语33 参考文献34 致 谢35 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 3 第章 总论 1.1 概述 1.1.1 选题的依据和意义 在许多产品的生产中，干燥都是重要的工艺环节，正确地设计和进行干燥操作， 是保持和改善产品质量的重要手段之一1。在磺化工艺中，工艺空气中的水分导致 转化系统产生硫酸及发烟硫酸，引起系统的腐蚀，并降低了催化剂的活性2，导致 磺化反应气液分布不均。这部分影响硫酸还会吸收游离的 SO3生成发烟硫酸，引起 反应器局部过磺化，严重影响产品质量。同时会影响工艺空气露点，造成投料比在 短时间内发生变化3-6，使产品质量波动，同时增加了很难处理的废酸生成量，增加 了硫磺的消耗。 1.1.2 国内外的研究现状 干燥设备广泛应用于化工、制药、农林土特产品、粮食、轻工等领域，是量大 面广的通用机械产品。近年来我国的干燥设备有了长足的进步7。干燥机的结构、 性能都有明显改善，质量也在不断提高。我国的干燥器主要有箱式干、燥器、带式 干燥器、流化床干燥器、气流干燥器、旋转闪蒸干燥器、红外干燥器等8。近几年 来流化床、喷动床以及硫化与移动组合床等技术都有不同程度的提高，其中流化床 干燥器发展的最快。对于一些较新型的干燥技术，如冲击干燥、对流干燥、脉动燃 烧干燥器等也都已经开发研究，有的已经应用9。一些发达的国家，干燥工艺也比 较先进。如美国双膜空气干燥装置，意大利多管膜式空气干燥装置。最近，日本东 京的 Yamato Sankyo 制造公司研制了一台转筒干燥器10。干燥空气从中心管穿过多 条分支管而喷射到旋转筒壳壁上的料层上，它不仅热质传递速率近乎翻倍，且具有 尺寸小、结构简单和成本低等优点。 1.1.3 研究的内容及拟采取的方法 研究内容：磺化的工艺对空气湿含量要求很严格，需要对空气进行充分的干燥， 使其符合生产要求。同时还要注意对能源的节约。 采取方法：环境空气由过滤器通过低压鼓风机压缩至 0.1 Mpa，在空气冷却器组 中由水乙二醇冷却降至 35 ， 在此温度下可冷凝析出空气中的大部分水分。在 空气绝对含水量高时，形成恒湿流的空气，然后空气送入硅胶干燥器。硅胶干燥器 由两个干燥器组成，其中一个在工作时，另一个生成。吸附再生交替进行，定时切 换，8 小时为一个周期。经硅胶吸附后，除去空气中未除去的水分，空气露点可达 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 4 到-60 左右，可以达到工厂生产的要求。经干燥后的空气送入燃硫和磺化系统。 1.2 设计依据 本设计是以齐齐哈尔大学下发的毕业设计任务书为准，并结合齐齐哈尔 大学本科生毕业设计（论文）工作手册和学院的化学工程与工艺专业毕业教学 环节文件汇编 ，设计执行的规范：化工工艺手册,石油化工企业工艺装置设 备布置设计通则（SH11-89），钢制管法兰、垫片、紧固件 （HG2059220635- 9）,现场设备，工业管道焊接工程施工及验收规范（GB50236-98）,石油化工 巨毒，可燃介质管道工程施工及验收规范（SH3501-97）以及无机工艺化学 查阅的相关参数完成的。此间查阅了图书馆的大量中外相关资料和网络信息，并结 合在大学期间所学理论知识结合当前该工艺国内外现状综合设计的，且先后在指导 教师的指导下进行多次修改。 1.3 厂址选择 1.3.1 厂址选择的原则 在化工厂的重烷基苯的磺化，建厂地理位置的合理选定非常重要。厂房必须建 在化工原料丰富，交通发达，远离市区，初步选定为辽宁盘锦市。 (1)意义 工厂建在固定的厂址，位置一经确定，就不能移动。厂址选择是否得当， 对工业在各个地区的合理分布，城市和工业区的建设，自然资源的开发利用和环境 保护，都具有深远的影响11；同时，也直接关系到拟建企业的建设投资建设工期和 投产后的经济效益。这是一项政策性强、技术性和经济性要求高的工作，对大型和 特大型建设项目的厂址选择尤为重要。 （2）选址原则 一般应考虑：适合全国和地区工业布局以及产品供需安排的要求； 符合城市规划或工业区域规划；尽可能节约占地面积，少占或不占良田、耕地；企 业生产所需的资源能够落实，原料、燃料及辅助材料的供应经济合理；有充足可靠 的水源和电源；交通运输条件比较方便、经济；不污染环境，不破坏文物古迹，不 妨碍文化旅游及其他精神文明建设；对拟建项目留有适当发展余地；地质条件较好， 施工难度小，建设投资省；项目建成投产后，经济效益良好。 (3)选址方法 厂址选择可分两个阶段：首先确定建厂选址的范围，然后具体确 定厂址最后位置的比较方案，提出选址报告12-14。在中国，选厂工作可由筹建单位 单独进行，通常则是按项目隶属关系，由主管部门组织有关规划设计地质交通及 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 5 地方有关单位联合进行。凡在城市辖区内选址的，要取得城市规划部门的同意，并 且要有协议文件。不论单独选厂或联合选厂，都应对比选的各个地点，认真细致地 收集有关的自然环境社会经济情况，有关的厂矿企业的现状和发展规划等方面资料， 经过实地查勘，综合研究，进行充分的论证，再比较确定。化工厂使用大量的水， 用于产生蒸汽、冷却、洗涤，有时还用做原料。因此，厂址必须靠近水量充足和水 质良好的水源。选厂时应注意当地的自然环境条件，对工厂投产后给环境可能造成 的影响做出预评价，并应得到当地环保部门的认可15。选择的厂址，应该便于妥善 地处理废物(废气、废水、和废渣)。重要项目应远离机场，避开国际航线，且不宜 选在水库、水力枢纽、大桥、大工厂等明显目标附近。厂区和居住区应保持一定的 间隔距离，设置必要的卫生防护地带。要满足当地航空站，通讯发射台等对间隔距 离和技术上的要求16。厂址选择即新建项目具体位置的选择是工业布局的最终环节 和工业基本建设的前期工作，也是工业项目可行性研究的组成部分。它根据工业地 区布局和新建项目设计任务书的各项要求，由规划与设计部门共同承担，在实地踏 勘的技术经济调查的基础上，对各地建设条件分析评价17，并选择若干个能基本满 足建厂要求的厂址方案作定性与定量相结合的技术经济综合论证，确定最优的建设 地点和具体厂址18。 1.3.2 方案比较 根据以上原则和依据，本设计厂址初步拟定为盘锦兴隆台区。盘锦是辽宁省下 辖的一个地级市，位于辽宁省西南部，辽河三角洲中心地带，东北邻鞍山市辖区。 东南隔大辽河与营口市相望，西北邻锦州市辖区，南临渤海辽东湾。千里辽河在这 里入海，美丽的中国北方生态名城 盘锦在这里崛起，这里有中国第三大油田 辽河油田，有世界第一大苇田，市区距省城沈阳市 155 千米；西距锦州市 102 千 米；南距营口市 65 千米，鲅鱼圈港 146 千米，大连港 302 千米；东距鞍山市 98 千 米。盘锦市交通发达。区内的火车站、长途客运总站、公共汽车总站为出入的旅客 和市内居民出行提供了便利的交通条件。301 国道横贯区内，公园桥、东干线立交 桥，双向 8 车道的世纪大道及数十条城乡公路构成了四通八达的交通网络。快捷便 利的交通，为盘锦市的对外开放和经济发展注入了无限生机。 盘锦市土地面积 407 100 公顷。2005 年耕地面积 12.88 万公顷，占土地总面积 的 31.32%。其中：水田 10.96 万公顷(占耕地面积的 85%)；旱田 1.92 万公顷(占耕地 面积的 14.10%)。平均每人占有耕地 0.10 公顷；全年粮食总产量 99.2 万吨，其中水 稻产量 93.7 万吨。盘锦大米闻名于国内外是盘锦市主要出口商品之一。盘锦市尚有 2 万多公顷土地可以开垦，沿海滩涂逐年伸延，土地面积不断增加。 盘锦市地下有丰富的石油、天然气、井盐、煤、硫等矿藏。2000 年底，辽河油 田累计探明石油储量 21 亿吨，天然气 1 784 亿立方米。中国第三大油田辽河油 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 6 田坐落于此，已开发建设 32 个油气田，已建成兴隆台、欢喜岭、锦州、高升、沈阳、 茨榆坨等 12 个油气生产单位。原油稳定装置处理能力 600 万吨/年。2002 年生产原 油 1 351 万吨，天然气 11.31 亿立方米。原油品类有稀油、稠油和高凝油。年处理天 然气 5.62 亿立方米，为石化工业提供了可靠的原料资源。在盘山县的胡家西部、甜 水南部、羊圈子、东郭，地下埋藏着盐卤资源。深度 60 米100 米，盐卤水厚度 47 米77 米，按年开采 360 万立方米计算，可开采数百年。在晒制的原盐中，氯化钠 含量在 95.5%以上，质量达到海盐特级品标准。 盘锦市苇田收割面积 55 608 公顷，年产芦苇 50 吨左右，列世界之先。主要分 布于大辽河口至大口河口海岸线以北地段的辽滨、赵圈河、羊圈子、东郭 4 个苇场 和新生农场苇田大队。主要用于造纸原料，占辽宁省芦苇总产量的 50%以上。 盘锦市属暖温带大陆性半湿润季风气候区。其特点是：四季分明、雨热同季、 干冷同期、温度适宜、光照充裕。2005 年，年平均气温为 9.3，较历年 10.5偏 高 1.2。降水量为 631.7 毫米，较历年 651.0 毫米偏少 19.3 毫米，较上年 676.4 毫 米偏少 44.7 毫米。日照时数为 2 666.3 小时，较历年 2 725.9 小时偏少 59.6 小时，较 上年 2 955.6 小时偏少 289.3 小时。全年平均风速为 3.0/秒，最多风向为南西南风， 全年大于等于 8 级的大风日数为 14 天。土壤在 11 月中旬开始冻结，下旬封冰；解 冰期在 3 月上旬，4 月上旬化通。全年无霜期 204 天。终霜为 4 月上旬，初霜为 10 月中旬。全年总的气候特点是：气温稍高，热量条件好于常年，降水稍少，降水时 空分布不均，日照时数偏少。49 月气温偏高，降水稍多，光照偏少。夏季 6 月和 8 月上、中旬连阴雨，光照偏少，秋季 910 月气温偏高，降水偏少，光照充足。 盘锦市位于辽宁省西南部，辽河三角洲中心地带。地处北纬 40404127，东 经 1213112228之间，东界辽河与鞍山市连接，南隔大辽河与营口市相望，西、 北部与锦州市接壤，西南滨渤海。1990 年，境域南北端最长 87 千米，东西最宽 105 千米，总面积 3 959 平方千米。总人口 125 万人。 1.4 设计规模和生产 1.4.1 设计规模 年产 60 000 吨重烷基苯磺酸钠车间空气干燥工段初步设计，年开工天数 300 天， 即开工 7 200 小时。 1.4.2 生产制度 生产制度的制定是实行安全生产的基础，本车间生产欲采用“四班三倒”的制度， 同时要求员工要树立“稳定高产，力保安全”的方针，坚持“安全第一”的原则，生产 经营必须保障安全需要的原则，实现安全生产。定期组织检查安全生产和劳动保护 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 7 工作，发现问题及时解决。一旦发生生产安全事故，必须立即采取措施，并分析发 生事故的原因，提出改进方案，对事故责任者要严肃处理，预防事故重复发生19。 在生产中发现有重大危险，及时采取措施，清除隐患。安排生产计划时，必须 考虑生产设备装置的能力，防止设备装置超负荷运行考虑水、电、气的平衡。指导 和督促工人执行各项安全生产规章制度和操作规程，经常进行现场检查， 纠正违章 作业现象，及时清除隐患。保持作业现场及设备清洁，爱护和正确使用防护用具。 严格执行工艺要求，认真填写生产记录，正确分析、判断和处理事故。对从事电气、 压力容器、电梯、机动车驾驶等特殊工种的工人必须进行专业安全技术培训，经有 关部门严格考核并取得上岗证书后方可上岗操作。对特殊工种的在岗人员，必须进 行经常性的安全教育。车间内要保持环境清洁，根据各工位需求，设置物料临时存 放区，并明确临时存放负责人。各种物料码放整齐并远离热源、电源、水源，注意 室内通风。 1.5 原料产品与规格 本课题设计的内容是磺化工厂的空气干燥，主要是对空气水冷却器、乙二醇冷 却器和硅胶干燥器的物料衡算和热量衡算，从而对其进行设备选型，设计出满足工 厂要求设备，在实际的生产中达到除去空气中的水分，满足工厂所要求的招标。 表 1-1 原料规格与产品规格 物质空气乙二醇 比热容1.004 kJ/kg.C2.35 kJ/kg.C 密度1.237 kg/m31.11 kg/m3 产品指标达到露点为-60 C 1.6 公用工程指标 表 1-2 空气干燥工段各项工程指标 项目指标 入户温度C小于 28 循环水水池温度C30-35 水池液位%80 出水压力MPa0.4 热交换站蒸汽总压MPa0.3-0.6 采暖水温度C60-70 消防水站水池液位%80 以上 热水罐温度C40-60 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 8 仪表风压力MPa0.5-0.7 露点C-45 第章 工艺设计与计算 2.1 工艺原理 重烷基苯磺酸钠车间的空气的干燥是利用水蒸气的降温冷凝后结成液体析出， 剩余少量的水分通过硅胶干燥器的吸收，除去剩余的水分，从而达到工艺的要求。 2.2 工艺路线的选择 空气干燥器分为对流式、传导式、辐射式、介电式等类型。对流式空气干燥器 又称直接空气干燥器，是利用热的干燥介质与湿物料直接接触，以对流方式传递热 量，并将生成的蒸汽带走；传导式空气干燥器又称间接式空气干燥器，它利用传导 方式由热源通过金属间壁向湿物料传递热量，生成的湿分蒸汽可用减压抽吸、通入 少量吹扫气或在单独设置的低温冷凝器表面冷凝等方法移去。这类空气干燥器不使 用干燥介质，热效率较高，产品不受污染，但干燥能力受金属壁传热面积的限制， 结构也较复杂，常在真空下操作；辐射式空气干燥器是利用各种辐射器发射出一定 波长范围的电磁波，被湿物料表面有选择地吸收后转变为热量进行干燥；介电式空 气干燥器是利用高频电场作用，内部发生热效应进行干燥19-20。 本工艺是利用低压鼓风机先对空气进行加压升温处理，然后先通过空气水冷却 器进行冷却降温，降到约 40 ，再选用乙二醇冷却器进行进一步降温到 3-5 ，同 时除去其中的大部分的水分，剩余的未除去的水分再通过硅胶干燥器，进一步除去 其中的水分，以达到工艺的要求21。 2.3 工艺流程简述 在磺化车间的燃硫和三氧化硫生成过程中需要的空气先经过过滤。这部分空气 先经过低压鼓风机压缩冷却到 0.1 MPa，空气升温至 80 到 120 摄氏度。压缩过程中 产生的热空气先经过冷却水冷却器，然后通过乙二醇溶液冷却器降温至 2 到 5 摄氏 度，并将其中大部分的水分冷凝析出，从而得到一个与气象条件无关的恒定空气流。 乙二醇溶液由一氟利昂机组冷却。经冷凝的空气被送入硅胶/铝胶干燥器吸附去湿， 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 9 硅胶干燥器出口处干燥空气的露点低于零下 60 摄氏度。硅胶铝胶干燥器由两个干燥 器组成，其中一个在工作时，另一个生成。吸附再生交替进行，定时切换，8 小时 为一个周期22。硅胶/铝胶再生是通过从 SO2/SO3冷却器循环回来的热空气或由蒸汽 加热完成，然后由冷却水冷却。工艺空气的露点由一只在线的露点检测仪检测。 2.4 工艺流程图 罗茨风机水冷却器乙二醇冷却器 空气干燥器 磺化器燃硫炉 转化塔 新鲜空气 图2-1 工艺空气制备流程图 SO /SO 冷却器 冷空气 2.5 工艺流程参数 工厂实行年生产 300 天，即 7 200 小时。 车间整个流程的消耗率为 1%。 低压鼓风机操作压力为 0.1 MPa。 进入空气水冷却器的空气流量 13565 m3/h。 空气水冷却器中水的流量 265.7 m3/h。 进入乙二醇冷却器的空气流量 13129 m3/h。 乙二醇冷却器中乙二醇的流量 112 m3/h。 进入硅胶干燥器中的空气流量 11640 m3/h。 计算标准 各物料点每小时流量 m3/h。 2.6 物料衡算 2.6.1 物料衡算的意义和作用 计算是化工设计的关键，物料衡算又是化工计算中最基本、最重要的内容 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 10 之一，是进行化工计算的基础。在化学工程中，为了导出某一过程的基本方程 式和建立数学模型，设计或改造工艺流程和设备，了解和控制生产操作过程， 核算生产过程的经济效益等都要进行物料衡算23。在工厂设计中，物料衡算是 在工艺流程及工艺参数确定后即开始的一项化工计算工作。由此，设计工作从 定性分析转入定量计算24。 物料衡算是通过每一道工序的物料变化情况进行平衡计算，从而得到在正 常生产情况下各股物料的量。通过物料平衡，在已知产品生产任务情况下算出 所需原材料、生成的副产物及废物等的生成量；或者在已知原材料投放情况下 算出产品、副产物及废物量25。此外，通过物料衡算，不仅可算出原材料消耗 定额，并在此基础上做出能量平衡，算出动能消耗定额，算出生产过程所需热 量或冷量，同时为设备选型和计算提供依据。 物料衡算的结果直接关系到生产成本和车间运输量，对工厂技术经济指标 有举足轻重的影响26-28。 2.6.2 物料衡算的方法与步骤 物料衡算是在给定某些物料量的值情况下求解另一些物料的值26。众所周知， 化工工艺流程是多种多样的，因而物料衡算中，有的计算过程十分简单，而有的十 分复杂。为了有层次，循序渐进地进行物料衡算，并且为了避免误差，一般采用下 列步骤： （1）收集计算数据 原料、辅料、中间产物及产品的规格，过程中单位时间内的物流量，有关消耗 定额，有关转化率、选择性、单程收率 转化率反映出原料通过反应器后产生化学变 化程度。选择性是指生成目的产物所消耗的原料在全部转化了的原料中所占的比率， 单程收率指得到目的产物的产量占原料量的百分比和有关物理化学常数的相对密度、 视比重、相平衡常数。这些数据一般可以从有关资料中查找。 （2）画物料流程图 根据计算任务，画物料流程图或物料衡算方框图。画图的目的是为了物料衡算 时分析问题，便于展开计算以及为建立平衡方程式作好准备。 （3）确定衡算范围 在物料衡算中，为便于计算，常常采用划定衡算范围的方法。衡算范围一经划 定，便可假想成为一个独立的体系。凡是通过边界体系的物料属于输入项；凡是穿 越边界离开体系的物料属于输出项。 （4）选定计算基准 作为计算基准是数量在流程中是已知的，如已知单位时间内原料投放量，则以 此数值为准，采用“顺算法”，就能方便地算出单位时间的产品、中间产品以及三废 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 11 的各股物料量。若已知产品量，而中间步骤很多，很难一下子算出原料量。此时可 采用“倒算法”，即有已知产品量从后往前反算出其他各股物料量。经验表明，选用 恰当的基准，可以是计算简便，避免差误。当进行工艺设计时，物料衡算结果除将 其列成物料衡算表外，必要时还需画出物料衡算图，并对表或图中标出的所有数据 进行审核。 2.7 物料衡算 年产 6 万吨重烷基苯磺酸钠车间空气干燥阶段初步设计计算: （1）查化工工艺设计手册可知重烷基苯磺酸钠的分子量为 389.5，空气密度为 1.297kg/m3，空气的摩尔质量为 29 g/mol，氧气占空气的比例为 21%。 化学反应方程为： 22 223 22 SOSO SOOSO 653663 C H R + SO = C H RSO + Q (170 kcal/kg） 重烷基苯平均相对分子质量： （2- 285290 =287.5 g/mol 2 M 1） 重烷基苯磺酸平均相对分子质量： 0 287.580367.5 g/molM 重烷基苯磺酸钠平均相对分子质量： （2- 367.523 1389.5 g/molM 2） （2）根据公式可得重烷基苯与 SO3之比为 1：1，则可计算得： （2- 2 4.07 4.21 kmol/h 97% so V 3） 7 3 1 6 10 8.33 10 kg/h 300 24 V （3）可计算每小时生产重烷基苯磺酸钠为： （2- 3 4 2 3 8.33 10 mol/h2.14 10 mol/h 389.5 10 V 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 12 4） （4）根据以上计算可得在 S 转化为 SO3过程中每小时消耗 O2的量： （2- 2 44 4 2.14 102.14 10 3.34 10 mol/h 2 97% 99.9%97% 99.9% O V 5） 表 2-1 空气水冷却器物料平衡 进料出料 流量 m3/hm3/h 空气 1356513129.4 损失 406 总计 1356513535.4 （5）由于氧气占空气的比例为 21%，所以可得空气每小时的消耗量为： 4 33 3.34 1029 m /h3628.91 m /h 98% 21% 1.297 V （6）由于在后面的工段中需要干空气进行降温，所以可以计算得： SO2入口温度为，流量。出口 SO3流量，SO3流4204.21kmol/h3.789kmol/h 量。冷却 SO3分为两段 第一段从 400降到 200，第二段从 2000.421kmol/h 降到 50。所以可得： (2-6) 12p QC mtt 空气 12p QC mTT 空气 3.789 0.567 80400200Q （2-7 21 1.00930030 p QCmttm 空气空气空气 ） 133.76 kg/hm 空气 （2-8 3.789 0.567 8020050Q ） 1.00930030Qm 空气 1.00930030m 湿空气 101.78 kg/hm 空气 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 13 在转化过程中，冷却气体所需的湿空气总量： 23 soso （2-991.31 133.76 101.78326.85 kg/hm ） 表 2-2 乙二醇冷却器物料平衡 进料出料 流量 m3/hm3/h 空气 13129.411219 水分 1698 总计 13129.412917 骤冷空气需要量：第一段中，空气入口温度为 20 冷空气用量为 Q（放热） =Q（吸热） 。则可得： （2-10 1.497 105() 29 1.009 (44020)n空气 ） 12.18 kmol/h 12.18 64645.52 kg/h 用空气冷凝方法使混合气体从 520 降到 44 。放热量为 （2-11） 32 ()(soso QQQQ 空气放热） .789 80 0.567+0.443 64 0.502= 3 5 1.342 10 kJ/h 表 2-3 硅胶二干燥器物料平衡表 进料出料 流量 m3/hm3/h 空气 1291712104.1 水分 813.9 总计 1291712917 综上所述磺化工段需要的全部干空气量为： （2-12） 3565779.524231.53 kg/h 所以可得： （2-13） 34 1 0.2 4.186 10400502.14 10 kg/h1.0037 50 M 1 9993.6 kg/hM 所以可得空气总体积为： 3 9993.6 kg/h 3628.91 1.297 kg/m V 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 14 3 13565 mV 2.8 热量衡算 2.8.1 热量衡算的意义和作用 在化工生产过程中，各工序都要在严格控制的工艺条件下（如温度、压力、流 量、浓度等） ，经历各种化学变化和物理变化，进行着物质的生产。物质在整个过程 中发生质量传递和能量变化。前者可以从物料衡算中求得，后者则根据能量守恒定 律，利用能量传递的转化规律，通过平衡计算求得，这样的化工计算称为能量衡算。 能量衡算不仅对产生工艺条件的确定，设备设计是不可缺少的，且在实际生产 中分析生产问题，评价技术经济效果等方面的工作也是很需要的。 在化工生产中，能量衡算概括起来应用于以下几个方面： (1) 确定功率：如流体输送、搅拌、过滤、粉碎等单元操作中所需功率。 （2）确定热量或冷量：如蒸发、蒸馏、冷凝、冷却、闪蒸等所需热量或冷量。 （3）确定供热速率或放热速率：如化学反应中，由于热效应（使体系温度的上 升或下降）需确定的一个合适温度。 （4）确定节能措施：充分利用余热,降低总能耗而采取相应措施。 2.8.2 热量衡算的方法和步骤 （1）分析各股物料之间热平衡关系,必须根据各股物料走向及变化具体分析热量 间关系。借助热平衡建立各热量之间的数学关系式。 （2）收集数据 必须弄清过程中存在的热量形式，从而确定需要收集的物性数据， 要注意数据的准确性，以保证结果的可靠性。 （3）标绘能量衡算示意图。 （4）确定衡算范围。 （5）选定计算基准。 （6）列出输入输出热量平衡表。 2.8.3 热量衡算 （1）对于低压鼓风机的热量计算： 外界常温空气 升温到 80120C低压 鼓风机 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 15 20 13565 1.297 1.00368 kJ/hQ 空 （2-14） 271300 1.297 1.00368 kJ/h 5 3.5 10 kJ/h （2-15） 1 13565 1.297120201.00368 kJ/hQ 17556 100 1.00368 kJ/h 6 1.76 10 kJ/h （2-16） 2 13565 120 1.297 1.00368 kJ/hQ 1627800 1.297 1.297 1.00368 kJ/h 6 2.12 10 kJ/h （2）对于空气水冷却器的热量衡算： 80120的空气 40左右的空气CC 水的温度变化为 2C （2-17） 1 13565 1.297120401.00368 kJ/hQ 17556.19 80 1.00368 kJ/h 4 1.4 10 kJ/h （2-18） 2 13565 1.297 40 1.00368 kJ/hQ 703752.2 1.00368 kJ/h 4 2.8 10 kJ/h 从而可以计算出空气水冷却器中的水的流量： 2 （2-19） 633 1.4 10 KJ/h104.2 10 J/kg.V 水 CC 3 265.7 m /hV 水 表 2-4 空气水冷凝器的热量平衡表 进料热量出料热量 空气2120000 kJ/h636000 kJ/h 空气 水冷却器 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 16 水14000000 kJ/h15400000 kJ/h 损失84000 kJ/h 总计16120000 kJ/h16100000 kJ/h （3）对乙二醇冷却器的热量衡算: 40的空气 空气降温至 25CC 乙二醇温度变化为 2左右,C （2-20） 1 13565 1.297 4 1.00368 kJ/hQ 17565.19 4 1.00368 kJ/h 4 7.04 10 kJ/h （2-21） 2 13565 1.2974041.00368 kJ/hQ 17565.19 36 1.00368 kJ/h 5 6.34 10 kJ/h 根据以上数据列热量衡算方程式可计算出乙二醇的用量: （2-22） 533 1 1%6.34 10 m /h1.11 102 2.35V 乙二醇 3 123 m /hV 乙二醇 表 2-5 乙二醇冷凝器的热量平衡表 进料热量出料热量 空气636000 kJ/h70400 kJ/h 乙二醇634000 kJ/h126000 kJ/h 损失61000 kJ/h 总计1270000 kJ/h1210000 kJ/h （4）对硅胶干燥器的热量衡算: 35的空气 升温至 30CC （2-23） 1 13565 1.2973041.00368 kJ/hQ 17565.19 24 1.00368 乙二醇 冷却器 硅胶 干燥器 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 17 5 4.23 10 kJ/h 表 2-6 硅胶干燥器的热量平衡表 进料热量出料热量 空气70400 kJ/h453000 kJ/h 硅胶630000 kJ/h195000 kJ/h 损失31000 kJ/h 总计704000 kJ/h691000 kJ/h 第章 设备选型 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 18 3.1 选型原则 3.1.1 原则 所谓设备选型即是从多种同类型等设备中选出最理想，最节省成本的设备。合 理选择设备，可使有限的资金发挥最大的经济效益。 设备选型应遵循的原则如下。 （1）生产上适用所选购的设备应与本企业扩大生产规模或开发新产品等需求 相适应。 （2）技术上先进在满足生产需要的前提下，要求其性能指标保持先进水平， 以利提高产品质量和延长其技术寿命。 （3）经济上合理即要求设备价格合理，在使用过程中能耗、维护费用低，并 且回收期较短。 设备选型首先应考虑的是生产上适用，只有生产上适用的设备才能发挥其投资 效果；其次是技术上先进，技术上先进必须以生产适用为前提，以获得最大经济效 益为目的；最后，把生产上适用、技术上先进与经济上合理统一起来。一般情况下， 技术先进与经济合理是统一的。因为技术一上先进的设备不仅具有高的生产效率， 而且生产的产品也是高质量的。但是，有时两者也是矛盾的。例如，某台设备效率 较高，但可能能源消耗量很大，或者设备的零部件磨损很快，所以，根据总的经济 效益来衡量就不一定适宜。有些设备技术上很先进，自动化程度很高，适合于大批 量连续生产，但在生产批量不大的情况下使用，往往负荷不足，不能充分发挥设备 的能力，而且这类设备通常价格很高，维持费用大，从总的经济效益来看是不合算 的，因而也是不可取的。 3.1.2 考虑的主要问题 （1）设备的主要参数选择 生产率 设备的生产率一般用设备单位时间（分、时、班、年）的产品产量来 表示。水泵以扬程和流量来表示。但有些设备无法直接估计产量，则可用主要参数 来衡量，如车床的中心高、主轴转速，压力机的最大压力等。设备生产率要与企业 的经营方针、工厂的规划、生产计划、运输能力、技术力量、劳动力、动力和原材 料供应等相适应，不能盲目要求生产率越高越好，否则生产不平衡，服务供应工作 跟不上，不仅不能发挥全部效果反而造成损失，因为生产率高的设备， 一般自动化程度高、投资多、能耗大、维护复杂，如不能达到设计产量，单位产品 的平均成本就会增高。 工艺性 机器设备最基本的一条是要符合产品工艺的技术要求，把设备满足生 产工艺要求的能力叫工艺性。例如：金属切削机床应能保证所加工零件的尺寸精度、 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 19 几何形状精度和表面质量的要求；需要坐标镗床的场合很难用铣床代替；加热设备 要满足产品工艺的最高和最低温度要求、温度均匀性和温度控制精度等。除上面基 本要求外，设备操作控制的要求也很重要，一般要求设备操作轻便，控制灵活。产 量大设备自动化程度高，进行有害有毒作业的设备则要求能自动控制或远距离监督 控制等。 （2）设备的可靠性和维修性 设备的可靠性 可靠性是保持和提高设备生产率的前提条件。人们投资购置设备 都希望设备能无故障地工作，以期达到目的，这就是设备可靠性的概念。可靠性在 很大程度上撒于设备的设计与制造。因此，在进行设备选型时必须考虑设备的设计 制造质量。随着产品的不断更新对设备的可靠性要求也不断提高，设备的设计制造 商应提供产品设计的可靠性指标，方便用户选择设备。 设备的维修性 同样，人们希望投资购置的设备一旦发生故障后能方便地进行维 修，即设备的维修性要好。 （3）设备的操作性 设备的操作性属人机工程学范畴内容，总的要求是方便、可靠、安全，符合人 机工程学原理。 （4）设备的环保与节能 工业、交通运输业和建筑业等行业企业设备的环保性，通常是指其噪声振动和 有害物质排放等对周围环境的影响程度。在设备选型时必须要求其噪声、振动频率 和有害物排放等控制在国家和地区标准的规定范围内。 （5）设备的经济性 设备选择的经济性，其定义范围很宽，各企业可视自身的特点和需要而从中选 择影响设备经济性的主要因素进行分析论证。设备选型时要考虑的经济性影响因素 主要有：初期投资、对产品的适应性、生产效率、耐久性、能源与原材料消耗和维 护修理费用等。 设备的初期投资主要指购置费、运输与保险费、安装费、辅助设施费、培训费、 关税费等。在选购设备时不能简单寻求价格便宜而降低其他影响因素的评价标准， 尤其要充分考虑停机损失、维修、备件和能源消耗等项费用，以及各项管理费。总 之，以设备寿命周期费用为依据衡量设备的经济性，在寿命周期费用合理的基础上 追求设备投资的经济效益最高。设备价格直接影响工程投资。一般要选择价格便宜、 制造容易、结构简单、用材不多的设备，但要注意设备质量和生产效率。 3.2 主要设备的选型计算 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 20 （1）低压鼓风机的设备选型 外界的空气温度为常温 20，风量为 13565 m3/h，出口温度为 120 ，要 求风压为 0.1 MPa，当地大气压为 99kpa。 风机的使用工况且空气密度 按气体状态方程式求,即 3 0 0 9927320 1.30.95 kg/m 101.3273 120 Tp pT 查离心式风机性能表,当转速为 n=2900 r/min，则可选择 Q=14720 m3/h，一般 用途离心机 ARF-250，功率为 40kw/h. （2）冷却水冷却器的选型 空气进口温度为 120 ，出口温度 40 ，冷却水温度进口温度为 20 ，水CCC 温升温为 2 ，水的流速为 265.7m3/h，则可换算为 73.8 kg/s。C 由于流速对蒸汽冷凝系数的影响转小，并且为了使冷凝液易于排出，选择空 气在管冷凝，水流经管内，综合考虑可选择 252.5 m 无缝钢管,内径 d=0.02 m。 平均温差为： (3-1) 12 1 2 () ln m TtTt t Tt Tt 120202022 100 ln 98 100 根据空气-水系统冷凝操作的传热系数可初选 2 700w/(m .k C) 则传热面积： (3-2) 63 2 1.48 101.01 10 5.93 m 700 100 3600 s 单程管数为: (3-3) 2 4 73.8 31 0.02997 3.14 0.8 n 根 单程管长为： (3-4) 0 5.93 4.14 m 30 3.14 0.02 s l n d 选定换热器管长,则管程数为：3lm p N 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 21 (3-5) 4.14 1.38 3 p N 取管程，则：2 P N n=2n=231=62 根 根据以上计算，可选择型号 G273-2-32-7 的冷却器。材质为 Q235B。直径为 2200 mm，高为 4400 mm，壁厚为 6 mm。 （3）乙二醇冷却器设备选型 空气入口温度为 40 ，出口温度为 3 到 5 ，乙二醇温度变化为 2 左右，CCC 乙二醇的流量为 123 m3/h，则可换算为 37.07 kg/s。 (3-6) 403401 403 ln 401 m t 2 43 ln 41 38.3C 查传热系数 k 取值为，则估算其传热面积可为： 2 600w/(m .C) (3-7) 53 2 6.34 1010 m 600 38.3 3600 m Q s kt 2 26.6 m 根据以上计算，可选用型号为 G273-2-32-7 的设备。材质为 Q235B。直径为 2400 mm，高为 5000 mm，壁厚为 6 mm。 （4）硅胶干燥器的设备选型 由前面物料衡算和热量衡算可得，空气中的水含量为 351.1 kg/h，硅胶干燥用量 为 1316.63 kg，查资料可得硅胶的粒径为 2 到 5 mm，取为 3 mm，硅胶的堆积密度 为 760 kg/m3。 生产能力若以绝干物料算则： ； (3-8) 33 1 2%135