化学与制药工程学院AES车间中和工艺课程设计书.doc

化学与制药工程学院AES车间中和工艺课程设计书第一章 设计说明 1.1概论 AES是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。AES作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。AES具有多项功能，可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/m3，都能溶于水，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。1.2设计依据及指导思想1.2.1 设计指导思想 (1)本工程设计采用国内销售引进国外SO3中和装置的工艺技术，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。1.2.2生产工艺原理 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-60度左右的空气，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AEO在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LAB在磺化器中反应，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。1.2.3反应方程式及反应原理(1) 反应方程式 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。 SO2平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SO2和O2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AES硫磺化，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AEO与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AES的原料。三氧化硫与AEO按下式反应：1.2.4生产工艺流程叙述及简图 主风机（0-B20101）和主风机（N-B20102)将空气压缩至0.1MPa，并绝热升温到100160，分别经空气冷却器(0-VE20201)和空气冷却器(N-VE20201)，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-VE20301)和(0-VE20302)吸附去湿，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-60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-TK10101)，在熔硫槽中，用蒸汽间接加热使其熔融。温度控制在140150，通过供硫泵(0-P10201/2)和质量流量计精确计量后送入燃硫炉(0-VE30101)中与空气燃烧生成SO2，气体浓度约8%，经冷却器(0-HE30201)冷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-VE30301)，在钒触媒的催化作用下SO2，转化成SO3，转化率97%转化后的SO3空气经喷淋式冷却器(0-HE30501)冷却，再通过入口除雾器(0-VE30401)过滤后的温度降至3545，分出凝酸。加入稀释空气调节SO3气体浓度后，分别进入磺化反应器(1-VE40101 和2-VE40101) 。燃硫和SO2，SO3转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-VE30101)，转化塔(0-VE30301)系统附有空气电加热器(0一SP30701)，供系统冷态开车时预热使用。 1#醇醚磺化反应 含有35% SO3混合气，与原料醇醚一起从膜式磺化反应器(1一VE40101)的顶部加入，醇醚作为液相沿反应器管壁呈膜状流下，SO3气体则从反应器中心通过，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，进入旋风分离器(1-VE40201)进行气液分离，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NaOH溶液进行中和反应，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LAS产品经脱气，检验合格后送至产品罐。 排空尾气中SO2含量共5ppm，SO3含量15ppm。静电除雾器(2一VE80301)操作电压3一5万伏，SO3和酸雾在此被分离收集成“黑磺酸”，从静电除雾器(1/2一VE80301)底部排除，数量6kg/h;SO2气体在碱吸收塔中被吸附生成Na2SO3/Na2SO4水溶液被作为废水排出，其Na2SO4占80%左右。水溶液中固体物含量78%，PH值810，排量约0.5t/h。洗涤碱液PH值在线PH计连续调节控制。 SO3酸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-VE70101)，循环泵器(0-VE70102)组成，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0.81.2t。 （2） 生产工艺流程简图 吸附去湿一级二级冷却压缩除尘空气-60恒定空气转化塔SO2燃硫炉中硫化液硫硫磺熔融钒触媒和空气SO3入口除雾器冷却SO3酸雾醇醚磺化反应NaOH产品罐旋风分离器脱气中和泵中进行中和反应尾气处理酸吸收碱塔吸收Na2SO3/ Na2SO4排空1.2.5原料的特性(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18810。燃烧或爆炸性:可燃，粉尘在空气中能发生爆炸(爆炸极限35g/m3)。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:3ppm有觉察的气体，200ppm时即可引起眼睛刺激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1.05棕色粘稠液体，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2.1 物料衡算2.1.1 计算依据（1） 年产成品AES：6万吨（2） 成品AES含量：70%（3） NaOH溶液浓度：42%（4） NaOH溶液过量：3%（5） 全年生产小时数：（6） 每小时AES产量为:2.1.2 物料平衡图 AES硫酸酯中和反应罐调节罐 图2-1 物料平衡图2.1.3 计算过程 总物料衡算： 398 40 420 18 加入水量为：生成的AES成品质量：2.1.4 物料衡算表进料名称流量kg/h浓度%硫酸酯5527.76100碱液1889.6442水1454.01100AES8333.3370合计8333.332.2热量衡算2.2.1 计算依据 2.2.2热量平衡图 AESHAES中和图2-2 热量平衡图2.2.3 计算进料：出料：反应转移走的热量为：Q=Q进-Q出=1473922KJ/h2.2.4 中和工段热量平衡表输入输出名称热量KJ/h名称热量KJ/hAESH261600AES193229水0水261250氢氧化钠0换热量859492合计1928401合计13139712.3设备计算设备位号：E0401台数：1用途：中和冷却依据工艺条件：选择列管式换热器 水走壳层，物料走管层，管程数2.3.1计算依据冷却水进口温度： 出口温度：物料进口温度; 出口温度：定性温度比热黏度密度管程 AES450.4520.4685.041080壳程 250.9980.5233.25996.952.3.2 传热系数计算取K=200W/(m2)。2.3.3 计算平均温度 5040水： 3020=50-30=20=40-20=20，用算术平均法求平均温度校正系数：按3查得故2.3.4由热量衡算式计算冷却水用量物料比一般为15-20，此处取15。计算得冷却水用量为56613.20kg/h2.3.5初选换热器型号 由于温差不大，所以选用系列。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。 AES的黏度为，即1.4介于1-35之间，取u=1.5m/s，设所需单程管数为n，管内径为0.020m，则传热面积A=42.67m2 根据参考文献2可以选取公称面积为60m2的G600VI-10-60型的固定挡板式换热器，有关参数见下表：外壳直径D/mm600管子尺寸/mm252.5公称压强/MPa1.0管子长l/m3公称面积/m260管数n/管254管程数NP2管心距t/mm32管子排列方式正三角形第三章 设计结果及设备汇总表3.1设计结果汇总年产成品AES6wt年生产时间300d硫酸酯流量 5527.76管路压强差P1MPa水流量1454.01冷却水进口温度20AES流量8333.33冷却水出口温度30碱液流量1322.75物料进口温度50成品AES含量70%物料出口温度40NaOH浓度42%换热器总管数254NaOH质量浓度3%进料管长80管程数Np2摩擦系数0.033.2设备一览表（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10B20101主风机TRF-250Q=6660m3/hr出口压力：1.1Kg/cm2介质：空气密度：入口2：1.1Kg/m3出口：1.6Kg/m3操作条件：入口：常温、常压出口：167、1.1Kg/cm2设计压力：127Kg/cm2n=980rpm电机功率：280KW台1碳钢8150带进出口消音器，进出口膨胀节，进出口过滤器20B20102主风机TRF-250出口压力：4440Nm3/hr出口压力：1.1Kg/cm2介质：空气密度：入口：1.1Kg/m3出口：1.6Kg/m3操作条件：入口：常温、常压出口：167、1.1Kg/cm2设计压力：127Kg/cm2n=1250rpm电机功率：185KW台 1碳钢 5200带进出口消音器，进出口膨胀节，进出口过滤器3NB20102主风机TRF-300Q=173m3/minP=127.4Kpa附：电机n=980r/min电压：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40B20301冷却风机Q=5100Nm3/hr介质：空气密度：入口：1.1Kg/m3出口：1.0Kg/cm3操作条件：入口：32、0.1Kg/cm2出口：96、0.11Kg/cm2设计压力：0.11Kg/cm3n=2900rpm电机功率：30KW台1碳钢3000带进出口消音器，进出口膨胀节，进出口过滤器50B20401主风机Q=21800Nm3/hr介质：空气密度：入口：1.1Kg/m3出口：1.3Kg/cm3操作条件：入口：环温、常压出口：40、0.14Kg/cm2设计压力：0.18Kg/cm2n=2900rpm电机功率：220KW台1碳钢3418带进出口消音器，进出口膨胀节，进出口过滤器（2）泵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备注10P10201/2液硫输送泵Q=0.25-0.51m3/hrH=70.3mn=1500rpm电动机功率：2.2KW台2外商供货20P30501级联冷却泵CZ150400介质：水温度：35Q=220m3/hrH=50mn=2950rmp电动机功率：55KW台1碳钢900单端面机械密封安全阀自带31P40201一线磺酸循环泵（旋转活泵）FL518介质：硫酸醋温度：33比重：800Kg/m3粘度：800cpQ=70m3/hvH=85mn=525rmp电动机功率：22KW台1316L610单端面机械密封双转子自带安全阀42P4201二线磺酸循环泵（旋转活泵PL200介质：硫酸醋温度：33比重：800Kg/m3粘度：500cpQ=45m3/hvH=85mn=525rmp电动机功率：22KW台1316L350单端面机械密封安全阀自带51P40301一线磺酸卸料泵（内环式高粘度泵）NYP10/1.0AB1介质：硫酸醋温度：27齿轮减速电机比重：800Kg/m3粘度：500cpQ=10m3/hvH=100mn=100350rmp变频电机：75KW减速器配普通电机台1316L288单端面机械密封安全阀自带62P40301二线磺酸卸料泵（内环式高粘度泵）40GZA410介质：硫酸酯温度：27齿轮减速电机比重：800Kg/m3粘度：500cpQ=4m3/hvH=105mn=105m变频电机：4KW减速器配普通电机台1316L171单端面机械密封安全阀自带72P50101二线中和混合泵D1011介质：中和膏体温度：55比重：1020Kg/m3粘度：25002800cpQ=44m3/hrH=220mn=3000rmp电动机效率：75Hp台1316L外商供货81P50102一线中和循环泵（旋转活塞泵）H518介质：AES温度：55比重：21020Kg/m3粘度：2500500cpQ=75m3/hrH=105mn=1480rmp电动机功率：45KW台1316L单端面机械密封92P50102二线中和循环泵GAD2163A二线中和介质：AES温度：55比重：1020Kg/m3粘度：2500800cpQ=50m3/hrH=215mn=1480rmp电动机功率：45KW台1316L外商供货单端面机械密封111P503012 P50301脱盐水输送泵（屏蔽泵）F72417H48BM0405介质：水温度：27Q=4m3/hrH=160mn=2950rmp电动机功率：21KW台2Ocr18Ni9121P504012P50401液碱输送泵（滚柱式转子泵）25GZA1214介质：NaOH(42%)温度：21设定压力：0.88Mpa比重：1520Kg/m3粘度：48cp功率：2.2KW台2316304宁波正一131P505012P50501缓冲液进料泵（计量泵）介质：碳酸锅温度：21比重：1100Kg/m3粘度：1cpQ=0.2m3/hrH=90mn=15rmp电动机功率：0.75KW台1316L外商供货141P505022P50502缓冲剂液下泵DB50Y16介质：Na2CO3 H3PO4Q=14.4m3/hrH=15.7mn=2960rmp电动机功率：3KW台2316L单端面机械密封151P50901一线二次脱气器卸料泵50GZA1010介质：AES温度：49比重：1020Kg/m3粘度：2500cpQ=10m3/hrH=100mn=100350rmp电动机功率：11KW台1河北泊头162P50901二线二次脱气器卸料泵50GZA1010介质：AES温度：49比重：1020Kg/m3粘度：2500cpQ=10m3/hrH=100mn=100350rmp电动机功率：7.5KW台1316L单端面机械密封减速器配变频电机17NP90201A/B基苯磺酸输送泵（外置安全阀）65GZA208滚柱式转子泵设定压力：1.1MPa介质：AESQ=20m3/hr出口压力:0.8MPa温度：49比重：1020Kg/m3粘度：25008000cpn=320rmp电动机功率：11KW台100Cr17Ni14Mo2单端面机械密封18P0602A/B产品输送泵（外置安全阀）50GZA1010滚柱式转子泵设定压力：1.1MPa介质：AESQ=20m3/hr出口压力1.0MPa温度：49比重：1020Kg/m3粘度：25008000cpn=320rmp电动机功率：7.5KW台200Cr17Ni14Mo2单端面机械密封19P0603液氮稀释泵（单级离心泵）CZ50200介质：水温度：27比重：1000Kg/m3Q=50m3/hrH=50mn=2900rmp轴功率=10.8KW电动机功率：15KW电机型号：YB160M22IH8050200台10Cr118Ni9大连耐碱泵业有限公司20P0604A/B均质罐卸料泵（外置安全阀）50GZA1010滚柱式转子泵设定压力：1.1MPa介质：AESQ=10m3/hr出口压力：1.0MPa温度：49比重：1020Kg/m3粘度：25008000cpn=320rmp电动机功率：7.5KW台200Cr17Ni14Mo2单端面机械密封宁波正一21P0605A/B产品输出泵（外置安全阀）65GZA1010滚柱式转子泵设定压力：1.1MPa介质：AESQ=10m3/hr出口压力：1.0MPa温度：49比重：1020Kg/m3粘度：25008000cpn=280rmp电动机功率：11KW台100Cr17Ni14Mo2宁波正一220P70101浓硫酸循环泵（耐酸陶瓷泵）HTBZK10/35介质：H2SO4(98%)温度：43比重：1800Kg/m3粘度：10cpQ=60m3/hrH=35mn=2950rmp电动机功率：18.5KW台1衬陶瓷江苏宜兴华东北化工设有限公司23P0901液碱卸车泵（屏蔽泵）带热水加热套FA72616J4BM0810T1SFS介质：NaOH(42%)温度：21粘度：2950rmpQ=60m3/hrH=46m电动机功率：30KW台100Cr17Ni14Mo2单端面机械密封大连帝国屏蔽电泵有限公司24P0902液碱循环泵（屏蔽泵）带热水加热套FA71416H4BM0608T1SFS介质：NaOH(42%)温度：21粘度：48CP比重：1520Kg/m3Q=30m3/hrn=2820rmpH=35m电动机功率：7.5KW台100Cr17Ni14Mo2单端面机械密封大连帝国屏蔽电泵有限公司250P70102浓硫酸装车泵（屏蔽泵）F71217J4M0204T1B1BQ=4.0m3/hrH=40m电动机功率：3.0KW台11304大连帝国屏蔽电泵有限公司（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 /kg备注10TK10101熔硫槽J101494长宽高：820030001750介质：硫磺操作温度：常温操作压力：常压加热盘管规格：DN25加热面积：62.7m2台1Q235A316L1062020VE20301/2空气干燥器J121122立式：27004500操作温度：进口：16/218 出口：32/201操作压力：1kg/cm2设计温度：250设计压力：2kg/cm2台2Q235C458030VE30101燃硫炉J500257外形尺寸：2700