以提溴废液为原料年产12万吨氯化镁车间工艺设计概述.doc

以以提提溴溴废废液液为为原原料料年年产产 12万万吨吨氯氯化化镁镁车车间间工工 艺艺设设计计 the process design of magnesium chloride with annual output of 120000 tons using the bromine effluent liquid as raw material 摘 要 氯化镁是一种重要的化工原料 随着科学的进步及世界经济的飞速发展 人们对氯化镁产品的精细化程度也提出了越来越高的要求 我国是世界产镁大 国 也是用镁大户 但不是产镁强国 其主要原因是我国的产品粗品多 精品 少 一方面是低级原料的大量出口 另一方面又是大量精品的进口 其进口价 是出口价的几倍 甚至高达几十倍 因此 设计了一个年产 10 万吨的氯化镁生 产工艺车间 本设计说明书对氯化镁车间的主要生产流程 设备的选型 总平立面布置 及环境保护等各方面进行较全面 合理的安排 其重点是对生产流程中的主要 设备进行了详细的说明 氯化镁的生产主要包括 预热 蒸发 保温沉降 制 片 包装等过程 而其中的蒸发 保温沉降 制片又是其中的重点工序 蒸发 采用强制循环蒸发器 这种蒸发器的优点是靠外力循环 循环速度大 一般可 达 1 5 3 5m s 靠泵循环 加热蒸气的压力对循环速度没有影响 操作稳定 生产强度大 适合于粘度大而又有晶体析出的料液 保温沉降主要是控制好温 度 是沉降器内的温度保持在 105 以上 采用这样的流程 其氯化镁质量完 全符合工业用氯化镁企业标准 由于所选的各种设备比较齐全 工艺先进 从 而大大地提高了生产效率 关键词 氯化镁 车间设计 工艺流程 1 54 ABSTRACT Magnesium chloride is a important chemical raw material with the improvement of science and quick development of international economy people require more finer magnesium chloride products Our country is a big magnesium producer and a big magnesium consumer but not a strong magnesium producer The main reason is most of our products is grossness few of them is fine products On one hand we export huge raw material on the other hand we are a big fine magnesium chloride importer the price of imported products is times or several tens of exported ones So we design a magnesium chloride work shop which with eighty ton annual output This design instruction has a comprehensive and reasonable arrangement about main production flow equipment selection over all plane and elevation laying and environmental protection It emphasizes the detail instruction of important equipment in the production flow Production of magnesium chloride includes preheating evaporating insulating big production intensity for viscosity and Auskristallisierung f liquor The key of insulating Workshop design Process 1 54 目 录 第一章第一章 前前言言 1 第一节 概述 1 第二节 综述 3 第二章第二章 生产方案和生产流程确定生产方案和生产流程确定 7 第一节 生产工艺的确定 7 第二节 生产流程简图 8 第三章第三章 主要主要生产车间操作及生产设备生产车间操作及生产设备 10 第一节 蒸发车间概述及特点 10 第二节 其它车间简介 15 第四章第四章 物料衡算及热量衡算物料衡算及热量衡算 17 第一节 生产条件及要求 17 第二节 物料衡算 17 第三节 热量衡算 18 第五章第五章 设备选型及计算设备选型及计算 21 第一节 主要设备选型及计算 21 第二节 附属设备 28 第六章第六章 车间布置车间布置 33 第一节 车间平面布置 33 第二节 车间设置布置 35 2 54 第三节 管道布置 36 第七章第七章 非工艺专业要求非工艺专业要求 28 第一节 土建设计 38 第二节 供电与照明 38 第三节 自动控制检测仪表 39 第 4 节 给水排水 40 第 5 节 采暖通风 42 第 6 节 节能环保及安全卫生 42 第 8 章 技术经济分析与投资估算技术经济分析与投资估算 45 第 1 节 经济概算 45 第 2 节 单元设备价格估算 43 结结 论论 48 参考文献参考文献 31 致致 谢谢 32 3 54 第一章 前言 第一节 概述 氯化镁是一种非常重要的化工原料 随着社会进步和世界经济的飞速发 展 人们对氯化镁的需求也在与日俱增 尤其是对高纯度 高质量的产品需 求更为突出 氯化镁的用途很广 它是生产金属镁 氧化镁 六氨氯化镁 氢氧化镁 硫酸镁等的基本原料 被广泛用于各个行业 例如 1 冶金行业 可用来制造耐火材料和 做为砌炉臂的粘合剂 并 且是制 造二号熔剂和冶炼金属镁的原料 2 化学工业 主要用于 生产各种镁盐 如氧化镁 氢氧化镁 碳酸镁 和鞭炮固引剂等 也可用作生产防冻剂的原料 3 建筑材料 六水氯化镁与菱苦土混合可制成坚硬的耐腐蚀的镁氧水泥 可制成人造大理石 苦土瓦 地板 天花板 装饰板 防火板 大棚支架 隔墙板 菱镁井盖 浴缸 门窗框以及活动房屋等 日常建筑装修材料 4 机械工业 日常生活中 用菱苦土可制成机械包装箱 三角垫棱和家 具等 是 以土代料 的好材料 5 食品行业 用卤水 食品级氯化镁水溶液 点制的豆腐较石膏点制的 豆腐 质嫩味鲜 还用作 一部分食品的添加剂 6 交通行业 用作道路化冰融雪剂 化冰速度快 对车辆腐蚀性小 比氯化钠融雪效果好 7 医药 用氯化镁制成 的 卤干 可作药用 8 农业 可用来生产镁肥 钾镁肥和棉花脱叶剂 等 在工业发达国家 已将海水中的氯化镁作为生产冶炼金属镁的重要原料 由于镁系产品的可塑性强 利用化学和物理技术处理和深加工 在高 精 尖 材料科学领域中具有广泛的应用前景 如高速飞行器窗口材料 耐高温腐蚀材 料 透明精细陶瓷 高温绝缘材料 以及2O世纪9O年代发展起来的纳米镁系物 材料及许多高功能性材料等方面 可以形成许多高技术产品 具有较高附加值 和较高经济效益 我国是世界产镁大国 也是用镁大户 但却不是产镁强国 主要原因 4 54 是我国的镁产品粗品多 精品少 一方面是低级镁原料的大量出口 另一方面 又是大量精品镁产品的进口 其进口价是出口价的几倍 甚至高达几十倍 因 此 盐化工行业应该加强研究 致力于提高镁产品的精细化程度 以增强在国 际市场上的竞争能力 我国发展镁质化工材料有很大优势 我国有丰富的镁资源 不仅有海水 盐卤 井卤等液体镁资源 还有十分丰富的菱镁矿 水镁石 水菱镁石 蛇纹 石 石棉尾矿等天然镁矿资源 为发展镁质化工材料产品提供了坚实的资源基 础 我国能源比较丰富 为生产镁质化工材料提供了能源保证 我国具有以多 种原料 多种工艺路线生产镁质化工材料的企业 特别是近年来 在工艺 设 备等方面具有中国特色的科技成果不断出现并运用于生产实践中 在不同的温度范围内 生成含有 2 4 6 8 12 个结晶水的水合物和无水 氯化镁 目前生产的氯化镁是指六水氯化镁 六水氯化镁在 3 4 116 7 之间是稳定的水合物 为无色结晶体 密度 1 56 1 59克 厘米3 味苦 利用海盐苦卤制得的产品 因色值高而呈现褐黄色 茶色 外观因制造方法而异 分块状 片状 粒状和晶体状 提溴废液是经过水蒸气蒸馏法提取溴产品后排出的废液 其主成分为氯 化镁 400g L 左右 是生产工业氯化镁和食品级氯化镁的优良原料 在沿 海的盐化工厂中采用蒸发法生产工业氯化镁 卤片 卤粉 工艺成熟 产品 质量符合标准要求 销路较好 具有良好的经济效益 工业用氯化镁为六水氯化镁 其中含少量四水合物 工业用氯化镁企业标 准下如表 1 1 表表 1 11 1 工业用氯化镁企业标准工业用氯化镁企业标准 化学组成 品名外形色泽 MgCl2MgSO4NaCl KCl 氯化镁块深褐黄色 50 2 31 2 5 氯化镁片 粒 块褐黄色 45 2 31 2 5 氯化镁晶体黄色 43 氯化镁片白色 45 但是 我国食用氯化镁的生产现状很不理想 食用氯化镁作为添加剂广泛用于食品 食盐 矿泉水 医药等行业 其产 品的市场潜力巨大 发展前景非常广阔 在国外 食用氯化镁在食品行业中已 得到普遍应用 在豆制品 面包 水产保鲜 瓜果蔬菜等食品的生产加工过程 中都已广泛使用 中国一直没有食品级氯化镁的生产 国内食品行业对这一产品很陌生 应 5 54 用也不广泛 同时 国家食品卫生法 明确规定 在食品生产过程中所使用的 添加剂必须为食品级 随着人们对健康意识的不断提高 2003 年 12 月 11 日 中国首发了 食用氯化镁 行业标准 并把食品级氯化镁确定为食品稳定剂和 凝固剂 这一规定对规范中国食用氯化镁产品的生产与市场销售等工作都起到 了积极的推动作用 大大改变了中国食品行业中传统的由工业氯化镁作为食品 添加剂的状况 目前中国仅有天津市塘沽金轮盐化有限公司 连云港银化制镁有限公司等 少数生产商具备生产食用氯化镁产品的资质 2009 年 6 月 青海洁镁露科技公 司根据市场需求 新上了 5000t a 的食用氯化镁生产线 经初步统计 全国食 用氯化镁的实际产能仍然还远远不能满足人们生活的需求 我国食用氯化镁企业标准见下表 1 2 表表 1 21 2 食用氯化镁企业标准食用氯化镁企业标准 项目名称指标 氯化镁 以 MgCl2计 46 00 钙离子 以 Ca2 计 0 10 硫酸根 以计 2 4 SO 0 80 碱金属氯化物 以计 Cl 0 4 水不溶物 0 10 色度 度 40 铅 以计 Pb mg kg 3 0 砷 以计 3 As mg kg 0 5 铵 以J 计 4 NH mg kg 50 注 1mg 铂在 1L 水中所具有的色度为 1 度 第二节 综述 6 54 一 文献综述 氯化镁产品的外观有晶体氯化镁 片状氯化镁和粒状氯化镁三种 其化学 式均为 MgCl2 6H2O 由不同的冷却工艺可生产不同形状的氯化镁产品 氯化镁被广泛应用于冶金 建筑材料 食品 医药 耐火材料等各行各业 还可用于道路除冰融雪 用作多种催化剂的载体等 氯化镁也是制糖业结晶工 艺的助剂 同时它也是很好的分散剂 用于防结块等 随着社会进步和世界经 济的飞速发展 人们对氯化镁的需求也在与日俱增 青海省柴达木盆地的盐湖资源得天独厚 有丰富的氯化镁资源 由氯化镁 可生产多种镁产品 特别是利用青海盐湖卤水提钾老卤中的镁资源开发镁产品 既可获得经济效益 又可治理氯化镁老卤对环境造成的危害与污染 为开展高 值镁产品的研究以及为盐湖开发的纵深发展打好基础 中国海岸线很长 沿海地区均具备利用海水发展海洋化学工业的自然条件 制盐工场遍布各地 制盐后的母液 通称苦卤 是制取镁盐的好原料 另外 盐 湖卤水也是镁资源的一大宝库 世界著名的盐湖如死海 Dead Sea 大盐湖 Great Salt Lake 察尔汗盐湖 大柴旦湖等 都有比较丰富的镁盐蕴藏 目前 我国生产工业氯化镁的原料依生产工艺的不同而不同 常用的原料 主要有海水化工生产过程中提溴后产生的制溴母液 青海盐湖卤水等 生产方 法主要是盐湖卤水滩晒法和苦卤综合利用的蒸发浓缩法 盐湖卤水滩晒法是利用太阳暴晒自然蒸发 对卤水进行蒸发 浓缩 析出 白色工业氯化镁 该法主要适用于青海盐湖卤水进行工业氯化镁的生产 其工 艺流程见图 1 1 盐湖卤水 一级晒制 分离 二级晒制 计量包装 工业氯化镁 KCl 图图 1 11 1 滩晒法制取工业氯化镁流程图滩晒法制取工业氯化镁流程图 利用该工艺生产的白色工业氯化镁色泽较好 但由于受生产工艺条件的限 制 加上人们对资源开发的重视力度不够 造成对青海镁资源的利用率太低 浪费严重 产品的质量得不到有效的保证和提高 对于利用制溴母液生产食用氯化镁工艺来说 因体系中氯化镁处于不饱和 状态 则需要进行蒸发 去除大量的水分 在蒸发过程中 因液料中夹带的硫 酸镁 氯化钠等杂质盐类的溶解度小于 MgCl2的溶解度 首先以 MgSO4 H2O NaCl 形式析出 并在保温条件下实现沉降分离 经蒸发浓缩至含 氯化镁 45 以上的溶液 再进一步加工成片状 粒状 晶体状的 MgCl2 6H2O 产 品 其工艺流程见图 1 2 7 54 制溴废液 蒸发浓缩 造粒或制片 包装 氯化镁 图图 1 21 2 苦卤综合利用制取氯化镁工艺流程图苦卤综合利用制取氯化镁工艺流程图 氯化镁的产品不同性状差异主要是蒸发完成后采取的冷却工艺不同所致 片状氯化镁是用滚筒制片机制片 将沉降后的完成液通入制片机 利用卤水冷 却使氯化镁结晶为片状 用刮刀刮下 包装成产品出售 粒状氯化镁的生产则 采用造粒塔来完成 将保温沉降完成液喷入造粒塔 利用空气冷却成粒状晶体 在重力作用下掉回塔底 刮刀收集到料斗中排出塔外 晶体状的氯化镁生产采 用蒸发结晶再离心分离制得 食用氯化镁的生产主要有两种方法 制溴母液法和卤晶提纯法 制溴母液法是利用海盐化工生产过程中的制溴母液 在一定的工艺条件下 进行漂白 除铁 再加入定量的氯化钙饱和溶液进行除硫 并进行pH值调整与 过滤 滤后液减压蒸发至一定的终止沸点 将蒸发完成液排于保温沉降器中进 行保温沉降后 经保温夹套槽放人制片机进行冷却制片 即得到食用氯化镁产 品 其生产工艺如图1 3 漂白 除铁 制片 除硫过滤 蒸发保温沉降 制溴母液 漂白液 CaCl2饱和溶液 CaSO4 2H2O 食用氯化镁 图图1 31 3 制溴废液法生产食用氯化镁工艺流程制溴废液法生产食用氯化镁工艺流程 卤晶提纯法主要利用青海产氯化镁 卤晶 作为生产食用氯化镁的原料 生 产过程包括溶解 化学处理 过滤 蒸发 保温沉降 冷却成形等 其生产工 艺见图1 4 溶解 计量包装冷却成形 化学处理 保温沉降 一级过滤 蒸发 二级过滤 青海卤晶 水 食用氯化镁 回收利用 8 54 图图1 41 4 卤晶提纯法生产食用氯化镁工艺流程卤晶提纯法生产食用氯化镁工艺流程 我们通常使用制溴废液为原料来制取氯化镁 制溴废液是不饱和的 MgCl2 水溶液 需要蒸发浓缩 通常采取常压和减压 真空 两种方法 常压蒸发式 将制溴废液放入敞口铁锅内在大气压下进行加热浓缩 减压 真空 蒸发是将 制溴废液放入密闭设备内 在低于大气压下加热 将二次蒸汽排入冷凝器中混 合冷凝可获得一定的真空度 为真空蒸发创造条件 氯化镁水溶液沸点高 又易水解 很适合减压蒸发 目前已很普遍 但其 设备比较复杂 一些规模小的生产单位仍采用常压蒸发 减压蒸发分单效和双效 由于氯化镁溶液沸点上升大 温度损失多 只宜 采取单效蒸发 二 设计任务的依据或项目来源 根据天津科技大学海洋科学与工程学院下达的本科生毕业设计任务书 三 设计范围 装置组成及建设规模 本设计的建设规模为年产 12 万吨的工业级粒状氯化镁车间 主要由预热 蒸发 保温沉降 干燥造粒和包装工序组成 四 设计产品所需的主要原料 原料 提溴废液 组成见表 1 3 表表 1 3 提溴废液组成提溴废液组成 化学组成MgCl2KClNaClMgSO4Be 含量 g l395372635 生产中所需水 电 汽由相应的公司或部门来提供 其中电力 蒸汽由热 电站供给 9 54 第二章 生产方案和生产流程确定 第一节 生产工艺的确定 确定一种蒸发流程 往往需要根据不同的条件而定 其中最主要的条件是 蒸发方式 产品要求和能源供应等 本设计采取提溴废液经蒸发罐蒸发然后保温沉降再由造粒塔造粒的方式制 得粒状氯化镁 一 生产原料 海盐区生产氯化镁的原料是提溴之后的母液 俗称制溴废液 其浓度为 33 34 比重为 1 3202 B 用这种卤水生产不同的氯化镁产品 关键是除去多余的水分 分离出杂质 盐 新从溴蒸馏塔排出的制溴废液 除了含有上述的组成外 还含有一部分游 离的氯 颜色呈黄绿色 又因为氯气可溶解在水里生成盐酸 因此制溴废液具 有很强的腐蚀性 用它制取氯化镁之前进行前处理是必要的 最简单的方法是 将制溴废液排入卤井中用曝气的方法使游离的氯和溴逸散 或加入氢氧化钙或 碳酸钙来中和其中的盐酸和氢溴酸 也可以将接近沸点的溶液引入到负压蒸发 器中 使溶液急速的沸腾液化 把氯 溴带走 又能汽化一部分的水分 蒸发 室所需的真空由二次蒸汽出口的混合冷凝器提供 二 工艺原理的相图分析 提取氯化钾之后的浓厚卤中含有大量的 MgCl2 经分析 浓厚卤的组成如 表 2 1 所示 表表 2 12 1 浓厚卤的组成及含量 浓厚卤的组成及含量 34 35 B 化学组成 2 MgCl 4 MgSO NaClKCl Br 含量 g L 430 48030 408 122 5 3 57 7 5 可见 浓厚卤是提取氯化镁的极好原料 在研究中 我们将浓厚卤近似地 作为 MgCl2 H2O 二元体系加以考虑 其水盐体系相图如下图 图 2 1 10 54 图 2 1 MgCl2 H2O 体系溶解度图 M M1 M7 体系点 体系起点为 M 点 30 将浓厚卤加热至沸腾时为 M1点 由 M1点蒸发至 M2点时停止加热 开始降温 当体系点落在 M3点时 MgCl2 6H2O 开始饱和 从 M3 M4的降温过程中 固相量不断增加 液相量逐渐减少 温度降至 M4点 30 时 进行固液分离 得到较纯净的 MgCl2 6H2O 产品 也可以由 M 点 升温至 160 180 间某一点 如 M5点 作为终止沸腾温度 然后冷却到 30 M1点 这样可以得到 MgCl2 6H2O 与 MgCl2 4H2O 的混晶块 卤块 可见 要得到含有不同结晶水的氯化镁产品 应控制不同的沸腾终止温度 实验也证明 只要控制好各体系点相应的温度 按以上两种操作路线均能 制得满意的产品 本设计中就是采用控制蒸发终点的温度来确定六水氯化镁水 溶液的蒸发强度和要求 第二节 生产流程简图 一 生产流程简图 氯化镁的生产就是经过蒸发 保温沉降 凝固成型及包装最后形成产品的 过程 其生产工艺流程如图所示 提溴废液 预热 蒸发 保温沉降 凝固成型 图 2 2 生产流程简图 二 生产流程简介 一 蒸发过程 经过预热器后的不饱和卤水 平流进入蒸发器中 通 11 54 过高压蒸汽加热将提溴废液中的水分蒸发出来 达到浓缩提溴废液的目的 本 设计中采用强制循环蒸发器 料液循环速度较大 传热速度较高 热利用充分 二 保温沉降 选择夹套保温沉降槽 在夹套内通入蒸汽或冷水加热或 冷却浓缩液 保持一定料温 搅拌器转数 22 转 分 夹套加热蒸汽压力不超过 0 02 兆帕 表压 及时排放不凝汽和冷凝水 三 制片 它的底部紧靠近料槽 有料液时 浸入料液中 冷却水通过 中空轴进入转筒内 从另侧流出 转筒表面粘附的结晶薄片自己脱落或用刮刀 刮下 四 预热 设计中为了减少能源消耗 最大限度的利用热能 将加热蒸 汽冷凝后的高温冷凝水作为原料预热的热源 提高原料进入蒸发器的温度 实 现节能操作 12 54 第三章 主要生产车间操作及生产设备 第一节 蒸发车间概述及特点 一 蒸发概述 蒸发车间主要包括提溴废液的单效蒸发工艺 蒸发是用加热的方法 在沸腾状态下使溶液中具有挥发性的溶剂 工业中 用得较多的是水分 部分汽化的单元操作 蒸发过程是重要的化工单元操作之 一 在化工 食品及其他有关的工业中有着广泛的用途和重要的作用 蒸发过程的目的是浓缩溶液 回收溶剂或制取纯净的溶剂 除此之外 随 着膜蒸发技术的发展 目前已有将膜蒸发器作为汽液相反应器的成功例子 工业生产中 大多数蒸发器是以饱和水蒸气作为加热剂的 因此这类蒸发 器实质是一侧蒸汽冷凝给热 另一侧液体饱和沸腾的间壁式换热器 因为蒸发 过程是一个将高温位的热源换取低温位蒸汽的过程 所以蒸发过程的节能也是 必须考虑的重要问题 蒸发操作可以在加压 常压和真空条件下进行 当需要保持产品生产过程 中整个系统具有一定的压力时 蒸发要在加压状态下进行 而对于热敏性物料 及常压下溶液沸点过高的物料 为保证产品质量或保证操作的经济性 则需要 采用真空操作以降低溶液的沸点 但由于溶液的沸点降低后其粘度增大 而且 为形成真空需增加设备投资和动力消耗费用 因此 若无特殊要求 一般采用 常压蒸发是比较适宜的 蒸发操作的特点主要有以下几方面 1 蒸发设备内传热壁面的一侧为加热蒸汽冷凝 另一侧为溶液沸腾汽化 属于壁面两侧流体均有相变的传热过程 2 蒸发过程中常有结晶过程出现 加热表面也有结垢和气泡的现象 有些 溶液在高温的条件下还会分解或聚合 溶液的粘度在蒸发过程中随着浓度的增 大而增大 其流动性也会降低 而腐蚀性会增加 溶液的这些性质对蒸发设备 的结构和蒸发操作提出了特殊的要求 3 溶液的沸点不同于溶剂的沸点 含有不挥发的溶质的溶液 其蒸汽压较 同温度下的纯溶剂的沸点要低 即在相同外压下 溶液的沸点高于纯溶剂的沸 点 在进行蒸发的过程中 溶液的浓度会不断提高 沸点也会不断提高 因此 在加热蒸汽压一定的条件下 蒸发溶液的传热温差会不断的变化 这点也使蒸 13 54 发设备的计算比一般的换热设备的计算要复杂 4 蒸发过程中蒸汽中常带有大量的液滴 在排出蒸汽之前要设法除去 否 则不仅要损失物料 而且污染后面的加热器和冷凝器 5 在蒸发过程中只有溶剂是挥发性的 在不断的蒸发中溶质的量是不会变 的 这是物料衡算的依据 6 蒸发过程中大量溶剂汽化 需要消耗大量的热能 节约热能是在蒸发操 作中要注意的问题 蒸发操作可以在加压 常压或减压下进行 减压下的蒸发为真空蒸发 分 为间歇蒸发和连续蒸发两种方式 料液达到终止沸点后一次性排空料液的方法称为间歇式蒸发 多采用强制 循环降膜式蒸发器 料液达到终止沸点后连续进料 连续排料的方法称为连续 式蒸发 多采用强制循环蒸发器 将制溴废液预热后打入蒸发器 调节蒸发器 内真空度达到 0 066MPa 当液面达到要求时 关闭进料阀门 停进卤泵 开循 环泵 缓慢开启蒸汽阀门用生蒸汽对原料进行加热 压力逐步加大到 0 4 0 6MPa 同时放出加热室内冷凝水和不凝气体 料液达到终止沸点 135 137 后调节好进料量和排料量 在确保排料温度的前提下进行生产 本设计中就是采用上述连续蒸发方法 在真空下进行蒸发 真空蒸发有其优缺点 优点 1 在减压下溶液的沸点升降低 使蒸发器的传热推动力增大 可以节约蒸 发器的传热面积 2 蒸发操作的热源可以采用低压蒸汽或废热利用 有利于实现多效蒸发 3 适用于处理热敏性溶液 缺点 1 由于操作温度降低 使料液的粘度增大 导致总传热系数下降 2 需要有造成负压的装置 并消耗一定的热量 在本工艺中采用的是真空蒸发 在生产氯化镁过程中因为它的特殊性质要 求使用这种方法 因为氯化镁在高温下会水解 而在常温下容易吸水而变的潮 湿 真空下蒸发的溶液的沸点降低 有利于处理热敏性的物质 也可以利用低 压蒸汽或废气作为热源来降低成本 溶液的沸点随设备的操作压降低而降低 故对相同压强加热蒸汽 当溶液在负压下沸腾时 设备的传热温差会提高 二 真空蒸发效数的确定 真空蒸发装置的经济性随效数增多而增大 但是效数确定是有条件的 对 MgCl2而言 由于蒸发时沸点上升较大 在常压下沸点为163 以上 这就需 要 0 59 兆帕以上表压的饱和蒸汽来加热 使用过高压力蒸汽对锅炉热效率是 14 54 不经济的 同时 MgCl2溶液产生的二次蒸汽中含有 HCl 易腐蚀加热器 这些 基本条件限制了效数的增大 因此本设计采用单效蒸发 三 蒸发终止沸点的确定 不论采用常压 真空 加压法蒸发浓缩制溴废液 都是在沸腾状态下将水 汽化 料液中 MgCl2含量浓缩到技术指标要求的浓度时就终止蒸发 终止蒸发 时料液的沸腾温度 称为蒸发终止沸点 生产相同 MgCl2含量的产品 因采用的原料卤组成不同 蒸发终止沸点也 不同 它的确定原则是 通过实验做出各种蒸发终止沸点与产品含 MgCl2的关 系曲线 从中找出满足技术标准规定 MgCl2含量时的沸点 本设计中原料为制溴废液 蒸发完成温度为 137 四 蒸发的操作及控制 一 检查水 设备 蒸汽符合生产条件后 蒸发造真空后 方能生产 二 先开启进料泵 后开蒸汽阀 要求缓慢的开启 三 刷罐时 先关蒸汽阀 使设备中温度低于 100 后再给水 同时加 热水在 80 时可以回收利用 四 每半小时放一次不凝汽 每次一分钟左右 五 若排料管堵塞 不能用东西敲打 应该用料液或高温蒸汽冲洗 六 由于加热壁过热而造成结垢 会影响传热系数 这时要停车刷罐 停车刷罐顺序 停止往加热室送气 停止进料 停止往混合冷凝器送冷却 水 破除管内真空 排出蒸发浓缩液 加清水刷罐 五 蒸发操作时候的注意事项 一 维持液面的高度 维持蒸发器内的液面的合理高度是正常操作必要 条件 它的好处是 液面稳定对保证产品的质量有利 液面降低会导致传热面 结垢而使传热系数降低 使循环泵的排液量减少 循环速度降低 传热面积减 少 因此 在操作中要注意维持排液量 调节料液加入量 保持等液面的原则 二 定时排放加热室内的冷凝水 加热室内的冷凝水不及时的排放 会 使加热室内的有效的传热面积减少 使设备的生产能力降低 特别在开工初期 蒸汽管道和设备内冷凝水一直富集在加热室 更应注意及时排放 三 除不凝气体 在蒸发过程中有一些不凝气体 如空气 二氧化碳等 不凝气体比水轻 凝聚在加热室上部 它本身是不良导体 在加热室中存在 使传热速率降低 50 因此必须排除 排除的方法是在加热室的上部在蒸汽入 口较远的地方设置不凝气排出阀 定期的排出不凝气 四 定期刷罐 随着蒸发水量的增大 有些物质析出而使壁面上结垢使 厚度加大 传热速率降低 清除的方法可以用料液来冲刷 15 54 五 防止发泡溢料 氯化镁溶液的粘度和表面张力较大 在蒸发浓缩时 尤其在接近沸点时会产生气泡 沿着蒸发器的壁面上升 不易破碎 携带卤液 进入二次蒸汽管道 从混合冷凝器流出 使用铁锅蒸发时则将料液溢出锅外 既损失料液又会伤害人身 预防的方法有 将液面适当降低 当发泡激烈 时可添加动植物油脂 肥皂水 脂肪酸于溶液中 可立即消泡 常用植物油脂 价廉且无毒无臭 油脂消泡是因其比重小 浮于卤液上 生成薄膜吸附在气泡 表面 它的表面张力较小 使气泡易破裂 不能连成一体 六 定期清洗管垢 废液中的硫酸镁 随着温度上升到 100 以上 溶 解度会逐渐的减少 会结垢 它的厚度增大 传热效率减小 六 蒸发中不正常现象和处理 一 加热蒸汽压力正常 浓缩卤沸点不增或极缓慢 二次蒸汽压力小 耗气量低 原因 刷罐不彻底 加热管结垢 处理 不凝气未未排出或管路堵塞 二 加热室蒸汽压力迅速增加 耗气量小 原因 1 疏水器有故障 冷凝水未排尽 2 不凝气未排出或管路堵塞 处理 1 检查故障排出冷凝水 2 检查排不凝气钢阀 排尽不凝气 三 耗气量正常 浓缩卤沸点上升慢 二次蒸汽增多 原因 1 加热管漏 蒸汽和冷凝水进入浓缩卤中 2 混合冷凝器中冷却水反流入蒸发室 3 原料卤被雨水稀释 处理 1 检查更换加热管 2 检查二次蒸汽管是否倾斜 混合冷凝器出水口是否被堵 3 测量原料卤浓度 四 加热室冷凝水经化验 含氯根增加 原因 加热管穿孔或管板胀口漏卤 处理 更换加热管 管板胀口补胀或补焊 五 蒸发室真空度波动 冷凝器摇摆 原因 1 冷却水太少 水温过高 2 淋水板堵塞或脱落 处理 1 增加冷却水 2 停产检修 六 混合冷凝器排出的冷却水带卤 16 54 原因 1 蒸发室液面过高 2 发泡溢卤 3 混合冷凝器内部故障 处理 1 降低液面 2 加油脂消泡 3 检查冷凝器内部 七 劳动保护和安全技术 1 车间的工人必须穿保护服 2 高温的设备和保温的管道一定要保温 一方面要减少热量损失 另一方 面要能防止操作岗位的温度过高而影响工人的健康 3 楼梯和操作平台要有防护栏 4 传动设备 皮带等要加保护罩 防止发生事故 5 蒸发罐和泵在操作时要防止震动 6 对各种的阀门和仪表要加强检修 保证灵活运用 7 对传动设备要加强维修 及时的加油 保证设备的正常的运转 8 蒸发车间和锅炉车间双方的信号要保持一致 若信号装置有毛病要及时 的检修 9 有的地沟要加盖 保证安全生产 八 生产设备材料选择 因为氯化镁具有腐蚀性 所以在选择材料的时候有特殊的要求 现在的盐 工业的设备材料选择 尤其对具有腐蚀性的溶液 基本上大都用钛材 因为它 具有很强的抗腐蚀性并且使用寿命比不锈钢的使用寿命长 钛材的性能特点 金属钛以它独有的优异性能 被广泛地应用到各个领域 钛的比重比较小 比强度高 而且钛合金耐高温 耐低温 工业纯钛在多种化 学介质中 尤其是氧化性和中性介质中 其腐蚀性远远的超过不锈钢 在海水 中的耐腐蚀性能与白金相媲美 对流速比较大的海水和含晶体的料浆物料所造 成的冲刷性腐蚀 钛的抗腐蚀能力也很强 它之所以有这样的抗腐蚀性是因为 在钛的表面很容易产生一层附着力很强的惰性氧化膜 这种膜由于具备很强的 自愈和修复能力 即使在受到机械破坏时 在氧化性的介质中会重新的生产 而且相当稳定 钛的这一特性使它在化工 石油 电力 冶金 海洋 能源 轻工业以及医疗器械等各个领域获得广泛的应用 所以在蒸发器 循环管的材料选钛材为设备的制作材料 九 设备防腐 1 蒸发器防腐蚀 氯化镁生产中不论采用的是哪种蒸发器 普遍存在设备 17 54 腐蚀 腐蚀对产量 质量 经济效益和安全都不利 腐蚀部位主要是蒸发器内 壁液面以上 二次蒸汽排出管道 加热室等 造成腐蚀的原因主要是制溴废液 中含有对金属起化学反应的物质 有氯气和溴 为了减轻腐蚀 设备选型力求做到减少暴露面积 暴露于气体中的面积 称为暴露面积 蒸发器为钢板焊接的壳体 液面以上的空间都是暴露面积 选 择蒸发器的径高比要适宜 2 其他设备的防腐 对于其他的设备 大都是槽体 所以在防腐方面一般 采用的是涂料 在设备的表面涂上防腐的涂料 这样可以达到较好的防腐性能 而且用涂料可以较好的和设备连接 并且有较好的附着力 又方便施工 十 凝堵和预防 凝堵 是由于浓缩液的凝固点较高 最容易出现在设备和管道内凝固产生 堵塞 一旦发生 会影响生产 损坏设备 伤害人身 造成凝堵的原因 主要是不正常操作使浓缩液温度下降引起的 有以下几 种 1 突然断电 引起强制循环蒸发器的循环泵停止 2 蒸发器内真空度过大 引起浓缩液沸点低 与凝固点差距小 3 蒸发中沸点偏高 结晶成型时 喂料温度偏低 4 保温不好 管道过长 弯管过多 也容易积料 5 阀门结构不合适 保温不佳 预防 1 断电的时候 首先要关闭蒸发阀 停止供气 或是把所有的浓缩液全部 排出 2 发生真空度过大 可以加入少量冷却水 不要在高度真空度下进行 3 当蒸发终止沸点偏高时 喂料温度也要相应提高 加上一定的温差 避 免在中途凝固 4 管道保温 采取料管外加夹套 5 不应采用一般的阀门 要用氯化镁专用的阀门 一般的阀门容易存料 难保温 易堵塞 第二节 其他车间简介 一 保温沉降 蒸发完成液经转料泵送至保温沉降器 保温沉降器外有蒸汽加热夹套层 使料液温度保持在 120 以上 若温度低于 117 六水氯化镁开始凝固结晶 沉降器的另一个作用是使完成液中的杂质盐沉降排出 如硫酸镁 氯化钠等盐 18 54 在高温下溶解度小于氯化镁 在蒸发过程中结晶析出 而六水氯化镁在高温下 为液态 可以达到分离杂质的目的 第四章 物料衡算及热量衡算 第一节 生产条件及要求 一 计算条件的确定 一 生产能力及年生产时间 年产量 12 万吨氯化镁卤粉 全年工作 6600 小时 二 进料提溴废液组成如下表 4 1 表表 4 1 提溴废液组成表提溴废液组成表 化学组成MgCl2KClNaClMgSO4Be 含量 g l395372635 三 产品质量 产品质量要求 按 QB 2605 2003 标准 第二节 物料衡算 一 氯化镁量计算 每小时产粒状氯化镁量 120000 18 182 6600 Gt h 4 1 二 提溴废液量 每小时提溴废液消耗量 Fh 提 1 3202 103Kg m3 对氯化镁 回收率为 96 4 45 395 0 96 GV 提 2 19 54 V 提 21576 74L h 21 58 m3 h 21 58 1 3202 28 489t hFhV 提提 4 3 三 产品含水量 4 24 1000g 2673 100045045 45 45 450450450 549 964 M ClMgSONaClKCl g 4 所以 卤片含水量为 54 996 四 每小时蒸发水量 W 每升提溴废液质量为 1320 2g 含水量为1320 226 0395 07 03 0889 2g 所以 3 889 2 889 2 Cg Lkg m 水 4 VCW G 提水 含水量 5 21 58 889 2 18182 54 996 9 1896 W Wt h 第三节 热量衡算 每小时生蒸汽消耗量 D 20 54 生蒸气 T0 158 1 排料 137 t1 预热器 蒸 发 罐 水 W T1 100 回锅炉 卤水 t0 30 图图 4 1 生产简图生产简图 加热蒸汽压力 P 表 0 49MPa 相应温度 T0 158 1 水的比热容 Cw 4 187kJ kg 通过查表计算求得 158 1 2093 1 rkJ kg 提溴废液中 MgCl2约为 30 水含量约为 70 C MgCl2 71 4J mol k 0 752 kJ kg Cp0 提溴废液比热容 4 6 0 0 752 30 4 187 70 3 1565 p CkJ kg 对蒸发器和预热器分别做热量衡算有 蒸发器 4 01 137 pL DrFh CtQWr 7 预热器 4 01010 wp D CTTFh Ctt 8 其中热量损失5 L QDr 二次蒸汽压力 相应温度为0 066 w PMPa 72 w t 查表得 72 蒸汽焓值为2370 w rkJ kg 分别代入得 1 0 952093 128489 3 1565 137 9189 6 2370Dt 21 54 1 4 187 158 1 100 28489 3 1565 30 Dt 求得 14 071 Dt h 1 68t 根据物料衡算和热量衡算结果 换算为单位产品 吨 的消耗量 及消耗定额 和单位时间 小时 天 年 的消耗量 列入表 4 2 和表 4 3 表表 4 24 2 原材料消耗定额及消耗量表原材料消耗定额及消耗量表 序号原料名称单位规格成品消 耗定额 t l 每小时消 耗量 t 每年消 耗量 t 备注 1提溴废液 3 m 28 489188027 4 表表 4 34 3 动力 水 电 汽 气等 消耗定额及消耗量表动力 水 电 汽 气等 消耗定额及消耗量表 序号动力名称单位规格成品消耗 定额 单 耗 t 每小时消 耗量 每年消耗 量 使用情况 1蒸汽吨0 49MPa14 07192868 6 2电kwh380V 22 54 第五章 设备选型及计算 第一节 主要设备选型及计算 一 蒸发器 蒸发器选型 采用强制循环真空蒸发器 强制循环蒸发器用泵循环输送料液 保持了一定的循环速度 操作温差要 求较小 加热蒸汽压力要求较低 对粘度大 以高温水解的 MgCl2溶液的浓缩 比较适宜 同时料液自加热室下部进入 全部循环系统包括加热管都充满液体 加热管内料液不沸腾 抑制了腐蚀性气体对设备的腐蚀 加热室使用寿命较长 蒸发器安装高度较低 维修方便 循环泵扬程要求不高 对加热室蒸汽压力 温度 的变化适应性大 容易操作 其缺点是电力消耗较多 增加循环泵的维修 加热管传热系数较低 一 加热室 1 蒸发器传热面积 A 5 1 mm QDr K tK t 23 54 5 2 158 1 13721 1 m tC 取 K 1500 2 W mC 2 14 071 1000 2093 1 265 2 5500 21 1 Am 放大 15 2 265 2 1 15304 98Am 取 A 305 2 m 2 加热管的选择和管数的初步估计 加热管选用的钛材 管长 L 取 8 m42 1 2mm 42dmm 0 42 1 2 239 6dmm i 4239 6 40 80 0408 2 dmmm m 加热管根数 5 305 297 59 3 14 0 0408 8 m A n dL 3 取管数为 298 根 3 加热室直径及加热管数目的确定 加热管按正三角形排列 如图 5 4 1 2 1 11 1 29818 98 c nn 管束中心线上的管数 c n 取 19 根 c n 管间距通常取管外径的 1 25 1 35 倍 图图 5 15 1 加热管排列加热管排列 管心距 52 5mm 0 1 25td 管束中心线上最外层管中心至壳体内壁的距离 0 1 1 5 ed 取 0 142edmm 5 1 252 5 19 1 2 421029 ic Dt nemm 5 24 54 取 1100 mm 最小壁厚 12 mm i D 选取标准见下表 表表 5 1 壳体内径与最小壁厚壳体内径与最小壁厚 壳体内径 mm 400 700800 10001100 15001600 20002100 2500 最小壁厚 mm 810121416 二 蒸发室 1 蒸发室直径 断面蒸发强度法 单位时间 单位面积上蒸发水量 E 断面蒸发强度 其值与物料特性和压强有关 本设计中可取 E 10002 kg mh 5 W E F 2 4 FD 44 9189 6 3 421 3 14 1000 W Dm E 6 取 D 3 5m 蒸发室高度 H 6 m 2 循环管直径 取 f 1 0 5 2 4 i fdn f 循 7 2 0 0396298 1 00 367 4 fm 循 4 0 367 0 684684dmmm 循 取 700mm d循 3 顶盖封头高度 常用的蒸发室封头有半球形 拱形和椭圆形 为了不致产生弯曲应力集中 各部分尺寸要求如图 5 2 R D r 0 15D H 0 2D h 50mm 在本设计中 选取 H 0 3D 0 96m h 100mm 蒸发室封头总高度为 1060mm 25 54 图图 5 2 蒸发器封头尺寸蒸发器封头尺寸 图图 5 3 蒸发器底盖与筒体折边设蒸发器底盖与筒体折边设 计计 4 底盖高度 蒸发器常用底盖为锥形底 图 5 3 本设计中从底部排出粘稠物料的情况更 应选择此形状 锥形底最常用的半底角为 30 45 度 且一般都有折边 折边半 径 r 0 15D 本设计中取半底角为 30 度 r 0 15D 480mm 则錐底高度为 5 8 3500 tan 2020 72 22tan3 DD Hmm H 三 循环泵 加热室在外的强制循环蒸发器要求扬程较低 常用轴流泵 轴流泵又称旋浆泵 有立式和卧式两种 使用于压头不大情况下输送流量 很大的 含有杂质的液体 蒸发器溶液循环常用卧式轴流泵 计算如下 5 2 3600 4 i Qdn u 流量 1 5 2msu 1 5msu取 9 3 2 0 0396298 1 5 36001980 93 4 m h Q 流量 取扬程 H 4m 选泵 卧式轴流泵 选用苏州特耐泵业有限公司的强制循环泵 表表 5 2 强制循环泵参数强制循环泵参数 型号流量扬程转速效率轴功率配用电机 FJX 500 2650 3 mh 4m70 minr70 42 0KW75KW 26 54 四 法兰 人孔 视镜和手孔 设备中所有管路连接法兰 均应按有关标准选择 在无特殊要求下 建议 选用 HG5010 58 平焊法兰 人孔是安装和检修设备时所必须的 人孔的尺寸一般以 600mm 为宜 当设备较小而人无法进入时 为设备的检修 清洗等 应安装必要的手孔 手孔尺寸一般为 150mm 蒸发操作过程中 为了便于观察 往往装有视镜 视镜尺寸为 200mm 除此以外 还必须考虑液位汁 取样管 温度计插入口及压力计接管等 这些部件都是保证蒸发装置正常生产所不可缺少的 关于人孔 视镜 手孔 法兰及至安装设备的支架是许多化上设备都需要 的部件 目前已有统一的标准 五 蒸发器各管口计算 1 二次蒸汽出口 9189 6 Wkg h 3 0 1043 kg m 5 10 3 9189 6 24 4743 3600 0 1043 v W Wms 又 u 取 50m s 2 4 v Wfud u 取 4 0 7896 v W dm u 0 80800dmmm 2 生蒸汽进口 0 49PMPa 0 158 1TC 14 071 Dt h 对加热室加热蒸汽管 可按 20 40m s 的流速确定管径 取 30 um s 查 158 1 蒸汽密度为 5 11 3 158 1 3 2522 543 158 1 150 2 5433 11729 160 150 C kg m 蒸汽体积流量为 3 14 071 1000 1 2538 3600 3 11729 Wvms 取 1 2538 4 0 23 30 3 14 dm 0 3dm 3 进料口 27 54 28 489 Wt h 3 28489 0 0059 3600 1320 2 Wvms 对原料液 当液体粘度不大时可取 1 2m s um s取1 取 0 0059 4 0 086786 7 1 3 14 dmmm 100dmm 4 出料口 28 4899 189619 2994 Wt h 3 19 2994 0 00406 3600 1320 2 v Wms 出料速度 u 取 0 5m s 取 d 110mm 0 00406 4 0 1017101 7 0 5 3 14 dmmm 5 冷凝水出口 查数据的 158 的水密度为 3 909 5 kg m 2 14071 0 0043 3600 909 5 Wvms 1 um s 取 0 0043 4 0 074 1 3 14 dm 100dmm 二 预热器 选用 L 3m 的钛管25 1 0mm 5 12 0 3 10 28489 3 1565 10 6830 949214 3600 p QFCttW 0 158 1TC 1 100TC 1 68tC 0 30