填料500公斤桔皮精油的提取工艺.docVIP

毕 业 论 文 设 计 题 目 投料500公斤桔皮精油提取生产线设计 学生姓名 乔良博 学号 0811034013 所在院(系) 化学与环境科学学院 专业班级 化学工程与工艺08级1班 指导教师 季晓辉 2012年 5月12日论文（设计）题 目投料500公斤桔皮精油的生产线设计选题时间2012-01-10完成时间2012-5-25论文设计字数关 键 词投料500公斤，桔皮精油，反应釜，换热器，精馏塔论文（设计）题目的来源、理论和实践意义： 设计题目来源：陕西振华生物科技股份有限公司为期一星期的生产实习。 设计的理论来自于大学期间对化工原理、分离工程、化学反应工程、化工热力学、化工仪表、化工设备等专业课的学习，以及化学工程手册、石油化工数据手册、基本有机化学工程等工具书。实践意义：此次毕业设计有着特殊的重要性，首先：是对本人大学四年来学习的一次综合检验，是一次大型的将自己所学与现实的应用的一次结合，对以后的工作学习都有重要的指导意义。再次：通过毕业设计小组的合作，进一步加强了团队合作精神，对以后的工作学习有重要的意义。论文（设计）的主要内容及创新点： 根据（参考）陕西振华生物科技股份有限公司的实习，了解一些生产设备的基本结构和造型。根据所给工艺条件，进行相关设备的物料衡算和热量衡算和设备设计；根据所计算的结果进行设备的选型和相关尺寸的计算；进行换热器及其它附属设备的选择和计算。创新点：设计中添加了自控部分，自己的改进建议，并综合考虑了环保问题；流程图中物料代号及设备选型都采用了新标准。附：论文（设计）本人签名： 乔良博 2012 年5 月 25日前 言2011年5月，在老师的带领下，我们在陕西振华生物科技股份有限公司完成了毕业实习。通过实习，我们了解了一些关于植物提取的步骤，生产方法和生产工艺，将以前所学的专业知识应用于实践。实习结束后，在老师的指导下，通过网络、书籍等途径，我搜集了大量相关资料，并进行了认真的整理与组织工作。为本说明书的设计准备了丰富的一手资料。在参阅了大量文献的基础上，根据设计步骤及程序，编制了本说明书。本说明书由三大部分组成。第一部分是概述，包括桔皮精油的发展概况、在国民经济中的地位和作用、未来工业展望，厂址的选择，生产方法的评述和选择，工艺配方的确定和主要设备的选型，原料和产品的主要物化性质、技术规格和用途，桔皮精油工艺流程叙述。第二部分是工艺计算，包括物料衡算、热量衡算和设备的计算和选型。本说明书主要依据敬园同学的实验参数，相关数据也从该同学处取得，附带的工艺流程图也是依据该同学的实验流程图。在设计过程中，得到了季晓辉等老师的热心帮助和指导，在此谨表感谢。虽然笔者在本课题的设计过程中，进行了大量而认真的筛选、组织和整理工作，但是由于笔者的知识有限，加上时间仓促，书中难免有缺点错误，敬请老师及时提出、指正，不胜感激。 编者 2012年5月25日摘要：我国目前对桔皮的加工还很落后，工业化生产多采用传统加工方法如水蒸汽蒸馏法和压榨法来提取桔皮精油，其提取率一般在1.85 %2.0 %左右。但由于压榨法所得产品不纯，可能有水分、叶绿素、粘液等,同时很难将精油完全压榨出来，而水蒸气蒸馏法可以克服其他杂质进入。因此本设计主要本设计阐述了桔皮精油在国内外的发展概况、在国民经济中的地位和作用及未来工业展望，生产方法的评述和选择及桔皮精油的基本工艺流程。并重点对投料500公斤桔皮精油的提取生产的冷凝阶段进行相关的工艺计算，其中主要包括物料衡算、热量衡算和设备的计算和选型，设备计算选择了换热器的相关计算。关键词：投料500公斤，桔皮精油，反应釜，换热器Abstract ：China still lagging behind the processing of orange peel, industrial production more than conventional processing methods such as water vapor distillation and compression method to extract the orange peel essential oil extraction rate of about 1.85% to 2.0%. However, due to the compression method to the product was impure, there may be water, chlorophyll, mucus, while difficult to completely squeeze out the essential oil, Steam distillation can overcome other impurities into it. This design presented in this design overview of the development of the orange peel essential oils at home and abroad, the position and role in the national economy and future industry outlook, the basic process of Review and selection of production methods, and orange peel oils, And focus on the condensation stage of the feeding 500 kg orange peel essential oil extraction production process calculations, which mainly include the material balance calculation and selection of the heat balance and equipment, computing equipment have chosen the calculation of the heat exchanger.Key words: Feeding of 500 kg, Orange peel essential oil, Reactor, Heat exchanger目录第1章 设计任务书11.1设计任务书11.2设计规模：11.3设计基础数据：11.3.1生产能力11.3.2 材料的来源11.3.3材料的规格11.3.4锅炉段工艺参数：11.3.5反应釜段工艺参数：11.3.6冷凝段工艺参数：11.3.7精馏段工艺参数：21.3.8厂房建设地基本参数：21.4产品性质及用途21.4.1产品性质21.4.2香精油的作用：21.4.3影响香精油品质的因素：31.5原料规格来源31.5.1原料来源：31.5.2原料规格：3第2章 桔皮精油的生产方法及工艺流程42.1各种生产方法评述及生产方法的选择42.1.1压榨法42.1.2溶剂浸提法42.1.3水蒸气蒸馏法52.1.4超临界二氧化碳萃取法52.2水蒸气蒸馏法提取桔皮精油的反应原理及物化数据52.2.1提取机理52.2.2物化数据52.3生产工艺条件的选择及主要设备形式的选择52.3.1主要设备形式的分类52.4工艺流程说明62.4.1桔皮精油提取段62.4.2陈皮苷提取段7第3章 精油提取段的设备选型73.1蒸汽锅炉的选型83.1.1如何确定蒸汽和热水的参数83.1.2蒸汽锅炉和热水锅炉选用关系83.1.3燃煤品种和选型关系93.1.4工业锅炉型的选择93.2工业锅炉产品型号编制方法和基本类型103.2.1工业锅炉产品型号组成：103.2.2蒸汽锅炉型号的确定103.3反应釜型号的确定103.3.1反应釜的选型103.3.2反应釜的标准编号113.3.3所需反应釜基本参数的计算113.3.4反应釜型号的确定12第4章 主要设备的设计与计算124.1设计方案的选择124.2工艺结构设计134.2.1估算换热面积134.2.2选择管径及管速164.2.3选取管长、确定管程数和总管数164.2.4平均传热温差校正及壳程数174.2.5管子排列184.2.6管心距194.2.7壳体内径204.3换热器的核算204.3.1热流量核算204.3.2传热管和壳体壁温核算244.3.3换热器内流体阻力计算25第5章 乙醇回收段的设备设计及核算265.1选型设计方案的确定265.2精馏塔的物料衡算275.2.1原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率275.2.2原料液及塔顶、塔底产品的平均摩尔质量275.2.3物料衡算275.3.塔板数的确定275.3.1理论板层数的求取275.4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算295.4.1操作压力计算295.4.2操作温度计算295.4.3平均摩尔质量305.4.4平均密度计算305.4.5液体平均表面张力计算315.4.6液体平均粘度计算325.5精馏塔的塔体工艺尺寸计算325.5.1塔径的计算325.5.2精馏塔有效高度的计算335.6塔板主要工艺尺寸的计算345.6.1溢流装置计算345.6.2塔板布置355.7筛板的流体验算365.7.1塔板压降365.7.2液面落差375.7.3也沫夹带375.7.4漏液375.7.5液泛385.8.塔板负荷性能图385.8.1漏液线385.8.2液沫夹带线395.8.3液相负荷下限线405.8.5液泛线4045第1章 设计任务书1.1设计任务书(1).设计项目：桔皮精油车间(2).产品名称：桔皮(3).年生产能力：一次投料500公斤1.2设计规模：本组的设计规模是一次投料500公斤。1.3设计基础数据：1.3.1生产能力一次投料500公斤1.3.2 材料的来源桔皮为一般可在超市购买到的汉中产桔子，冷却水为已处理的凉水塔用水，锅炉用水为软化过的凉水塔用水。1.3.3材料的规格桔皮粉碎后采用40目筛过筛，过筛后测得密度为3.0ml/g，(40目筛子过筛)1.3.4锅炉段工艺参数：P=0.005MPa(表压)， 蒸汽出口温度T=115 OC， 产气速度Q=2000L/h；1.3.5反应釜段工艺参数： 反应用蒸汽量Q=1000L/h， 反应釜为V=5000L的搪玻璃开式反应釜；1.3.6冷凝段工艺参数： 冷却水进口温度t进=25 OC， 冷却水出口温度t出=40 OC， 蒸馏水与精油混合物进口温度T进=115 OC， 蒸馏水与精油混合物出口温度T出=30 OC；1.3.7精馏段工艺参数： 进精馏塔的料液含乙醇X=30%（质量），其余为水 产品的乙醇含量不得低于94%（质量） 残液中乙醇含量不得高于0.1%（质量）生产能力为每小时Y=3.8吨94%（质量）的乙醇产品1.3.8厂房建设地基本参数：陕西省汉中市，历年偏东北风，东北方向地区污染比较严重。1.4产品性质及用途1.4.1产品性质香精油英文名称：essential oil一些关于香精油的基本知识：所有的植物都会进行光合作用，它的细胞会分泌出芬香的分子，这些分子则会聚集成香囊，散布在花瓣、叶子或树干上。将香囊提炼萃取后，即成为我们所称的“植物精油”。 精油可由250种以上不同的分子结合而成。在大自然的安排下，这些分子以完美的比例共同存在着，使得每种植物都有其特殊性，也因此精油对人体的奥妙作用是无比的宽广。 精油是由一些很小的分子所组成，它们非常容易溶于酒精/乳化剂，尤其是脂肪，这使得它们极易渗透于皮肤，且藉着与脂肪纤维的混合而进入体内。当这些高度流动物质挥发时，它们亦同时被数以万计的细胞所吸收，由鼻腔呼吸道中进入身体，将讯息直接送到脑部，靠着小脑系统的运作，控制情绪也控制身体的其他主要功能，所以在芳香疗法中，精油可强化生理和心理的机能。每一种植物精油都有一个化学结构来决定它的香味、色彩、流动性和它与系统运作的方式，也使得每一种植物精油各有一套特殊的功能特质。纯天然的植物精油都有以下主要功能：气味芬芳，自然的芳香经由嗅觉神经进入脑部后，可刺激大脑前叶分泌出内啡汰及脑啡汰两种荷尔蒙，使精神 呈现最舒适的状态，这是守护心灵的最佳良方。而且不同的精油可互相组合，调配出自己喜欢的香味，不会破坏精油的特质，反而使精油的功能更强大。 精油本质可防传染病、对抗细菌、病毒、霉菌、可防发炎，防痉挛、促进细胞新陈代谢及细胞再生功能，让生命更美好。而某些精油能调节内分泌器官，促进荷尔蒙分泌，让人体的生理及心理活动，获得良好的发展。香精油的一些基本性质： 香精油又称挥发油,是植物是一类易挥发、具有强烈香味和气味、随水蒸气蒸馏出来的油状液体的总称。精油精油具有活性成分,应用范围很广,如祛痰止咳、祛风健胃、驱虫、防皱保养等,目前最流行的水疗法(SPA),其精髓就是天然植物香精油。1.4.2香精油的作用：香精油的功效：桔皮精油具有减轻压力，安抚情绪，帮助消化，消暑止渴，降低胆固醇，排除皮肤毒素，改善皮肤，细嫩皮肤等功效。纯天然的香精油主要有以下功能(不包括所谓气化精油和配制精油)：精油的共通性：1、细胞再生、杀菌、镇定、免疫功能 。自然的芳香经由嗅觉神经进入脑部后，可刺激大脑前叶，使精神呈现最舒适的状态，这是守护心灵的最佳良方。而且不同的精油可互相组合，调配出自己喜欢的香味，不会破坏精油的特质，反而使精油的功能更强大。 2、精油本质：可防传染病，对抗细菌、病毒、霉菌，可防发炎、防痉挛，具促进细胞新陈代谢及细胞再生功能，让生命更美好。某些精油能调节内分泌器官，促进荷尔蒙分泌，让人体的生理及心理活动获得良好的发展。 所以要记往:一般来说，精油对人体所产生的作用，大多是属于间接性的促进、提升，改善人体本身正向功能的加强，只有少数的精油能直接对人体产生作用. 也就是说大家要学会正确认识精油的功效,他有点象外国人眼中的中医学或者说象瑜珈,它的作用不是说象化学或生物的护肤品那样立刻产生效果,而是更倾向于通过对内在的正面影响来调节机体整个的循环,从而产生理想中的效果.所以它不会是显效或奇效的,不要梦想运用了精油皮肤就一下有好转,但如果使用得当,精油对皮肤及身体的内循环都有好处。1.4.3影响香精油品质的因素：1、精油原料植物的品种：萃取精油所使用的植物品种必须经过辨识及认证。 2、精油原料植物的环境：如产地、土壤的品质、气候的变化、培育的方式、人文环境等。应选择有机、野生，以及在自然生态环境所生长的植物。精油原料植物的种植和采集标准： A、不受污染的独立农田，周围环境因无任何污染和废气排放； B、不可使用含化学成份的人工肥料、杀虫剂和除草剂； C、双手采摘，不可用机器代替； D、采收后必须存放在帆布袋中，忌用塑料袋； E、萃取纯质精油，必须三次提炼三次萃取。 3、采集的季节和时间：在不同的季节、一天当中不同的时间采集，其精油会具有不同的生命力。因此，品管严格的精油制造商都拥有自己的植物培育园，以便能控制采集时间，确保精油的高活力品质。4、采集部位的选择：单一植物由其不同的部位可萃取不同的精油，其功效、用法、价格差异很大。 5、提炼方法的选择：应该选择不破坏植物原始生命力的提炼方法，常以蒸馏法为主。 6、储藏的环境：光、热、温湿度及空气都会使精油产生化学反应，而破坏蕴藏其中的生命力，所以精油的容器应避光、紧密封盖，储放的地点必须阴凉、干燥。 7、精油一定要100%的纯净：不可加工业合成的香料，否则可能会引起中毒或敏感，甚至基础油的选择都有其特殊性。 8、精油在植物中的产生过程与储藏部位：精油在植物中的制造过程，大部分在树叶部分进行，之后再运输到所需要的部位，植物制造出芳香精油后，多半储藏在花、叶子、根部、果实和整株五个地方。 9、植物的采收：A、成熟时：当花成熟时会产生特殊引人的香味，也如人成熟后发出的体香。B、植物准备受精繁殖时：某类植物的花朵成熟后，在受精前具有的香味可维持8天之久，而受精之后香味在一个小时之内就会消失，如果没有受精，在花朵脱落植物之后，香味便会逐渐消失。1.5原料规格来源1.5.1原料来源：来源为可从汉中地处收购新鲜桔子进行处理，或者可以和果汁厂、罐头厂或相关厂家合作，购买适应桔皮进行提取与生产。1.5.2原料规格：首先采用粉碎机对原料进行粉碎，然后采用40目筛对粉碎后粉末进行过筛，确保粉末不大于40目。第2章 桔皮精油的生产方法及工艺流程2.1各种生产方法评述及生产方法的选择2.1.1压榨法压榨法的主要设备有螺旋压榨机和整果冷磨机两种,主要通过将新鲜柑桔皮用石灰水浸泡后,在漂洗去碱液,然后粉碎,利用水压机压榨出水油混合物,过滤出加明矾水沉淀过滤后,将混合液通过离心分离后抽虑得到桔皮精油粗品,再经溶剂萃取、真空分馏除去萜类物质而得脱萜的柑橘香精油。由于室温操作,因未经热处理以及油中含有天然抗氧化物(如酚类物质),和水蒸气蒸馏油比较,有较佳的气味,其香气更近于鲜橘果香,色泽为淡黄色液体,成份含有较多醇类和较少柠檬醛。但此法所得产品不纯,可能含有水分、叶绿素、粘液质及细胞组织等杂质而呈混浊状态,同时很难将挥发油完全压榨出来,出油率较低,为1.0%1.6%。2.1.2溶剂浸提法浸提法是利用有机溶剂把桔皮精油浸提出来,一般用沸点低的油醚,所得的桔皮精油品质较好。用酒精较为方便其方法是：先将桔皮粉碎,然后用有机溶剂在密封容器内浸渍,此工序应在较低温度条件下进行,以免浸出的桔皮精油挥发。浸渍3h12h。然后放出浸提液,同时轻轻压出原料中的浸液,这些浸液可再浸渍新的原料。如此反复进行3次,最后得到较浓的带有原料色素的酒精浸提液,过滤后可以作为带酒精的桔皮精油保存。如果需要浓缩的香精油,可将带酒精的浸提液进一步用蒸馏装置以较低的温度将有机溶剂回收,该方法是在温条件下操作可避免水解发生,但无法避免香精油中溶剂残渣的存在,由于溶剂必须通过蒸馏除去,有害的热降解反应无法排除,所以影响香精油的质量。2.1.3水蒸气蒸馏法桔皮精油具有沸点低、比重轻、可随水蒸气挥发等特点,可利用这些特点用蒸馏法提取。先用破碎机将原料粉碎成3mm5mm的细粒,即可放入蒸馏装置内提取精油；水分子容易向果皮细胞组织中渗透,水置换出香精油,使精油向水中扩散,在水蒸气作用下形成油水共沸物同时蒸出,蒸馏出油水混合物,静置后分离出油层,得到桔皮精油。水蒸气蒸馏法用于柑桔皮中精油的提取,设备简单、容易操作、成本低,出油率较高可达到1.2%2.1%。但由于操作温度较高,会引起精油中热敏性化合物的热分解和易水解成分的水解降低了精油质量。2.1.4超临界二氧化碳萃取法超临界萃取技术是利用在临界点附近的超临界区域内与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递性能,及对溶质的溶解能力随压力和温度微小变化能产生剧烈变化的特性,从而达到溶质分离的一项技术。的临界温度(31.3)和临界压力(7.15MPa)相对较低,且具有无毒、不易燃易爆、价格低廉及易于安全地从混合物中分离等优点,使之成为一种理想的萃取剂。与传统提取桔皮精油的方法相比,超临界萃取技术具有许多独特的优点,如萃取率高、操作参数容易控制、操作温度低、能保留香料的有效成分及不需要浓缩步骤等。因此,超临界萃取特别适合于不稳定产物和生理活性物质的分离精制,在香料工业中具有广泛的应用前景超临界萃取桔皮精油国内外有很多报道。但是超临界流体萃取法能有效地提高香精油的提取率及产品质量,但设备昂贵、需要专门技术人员操作,难以实现工业生产。2.2水蒸气蒸馏法提取桔皮精油的反应原理及物化数据2.2.1提取机理先用破碎机将原料粉碎成3mm5mm的细粒,即可放入蒸馏装置内提取精油；水分子容易向果皮细胞组织中渗透,水置换出香精油,使精油向水中扩散,在水蒸气作用下形成油水共沸物同时蒸出,蒸馏出油水混合物,冷却静置后分离出油层,得到桔皮精油。2.2.2物化数据见计算过程2.3生产工艺条件的选择及主要设备形式的选择2.3.1主要设备形式的分类换热器作为传热设备随处可见，在工业中应用非常普遍，特别是耗能用量十分大的领域，随着节能技术的飞速发展，换热器种类开发越来越多。适用于不同介质，不同工况，不同温度，不同压力的换热器，结构和形式亦不同，换热器种类随新型，高效换热器的开发不断更新，具体分类如下。(1)按传热原理分类1.直接接触式换热器 这类换热器主要工作原理是两种介质经接触面而相互传递热量，实现传热，接触面积直接影响到传热量。这类换热器的介质通常是一种气体，另一种为液体，主要以塔设备为主体的传热设备，但通常又涉及传质。故很难区分与塔器的关系，通常归口为塔式设备，电厂用凉水塔为最典型的直接接触式换热器。2.蓄能式换热器（简称蓄能器） 这类换热器用量极少，原理是通过一种固体物质，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到传递热量的目的。3.管板式换热器 这类换热器用量非常大，占总量的99%以上，原理是热介质通过金属或非金属将热量传递给冷介质的传热设备，这类换热器是我们通常称为管壳式，板式，板翘式，板壳式换热器。(2)按传热种类分类1.无相变传热 一般分为加热器和冷却器。2.有相变传热 一般分为冷凝器和重沸器。重沸器又分为釜式重沸器，虹吸式重沸器，再沸器，蒸发器，蒸汽发生器，废热锅炉。(3)按结构分类分为釜式换热器，固定管板式换热器，填料函式换热器，u形管式换热器，蛇管式换热器，双壳程换热器，单套管换热器，多套管换热器，外导流筒换热器，折流杆式换热器热管式换热器，插管式换热器，滑动管板式换热器。(4)按折流板分类分为单弓形换热器，双弓形换热器，三弓形换热器，螺旋弓形换热器。(5)按板状分类分为螺旋板式换热器，板式换热器，板翘式换热器，板壳式换热器，板式蒸发器，板式冷凝器，印刷电路板换热器，穿孔板换热器。(6)按密封形式分类此类换热器多用于高温，高压装置中，具体分为：螺旋锁紧环换热器，薄膜密封换热器，钢垫圈换热器，密封盖板式换热器。综上所述，换热器应该选用作于冷凝的固定管板式换热器，采用不锈钢无缝钢管作为冷却水通道，为卧式换热器。2.4工艺流程说明2.4.1桔皮精油提取段(1)反应材料生成工段采用粉碎机对采购进的桔皮进行粉碎，粉碎至3mm5mm，采用40目筛进行过筛，装入非塑料制品编织袋中备用。(2)反应用蒸汽生成工段将软化处理过的自来水塔用水以1500L/h的速度通入到锅炉中，采用一般类烟煤对锅炉进行加热，加热至115 OC，然后用处理过的保温管分两路将其通入进反应釜中，一路以1000L/h的流速通入反应釜内直接起到提取桔皮精油的作用，一路以500L/h的流速通入反应釜夹层，起到保温作用。(3)反应釜提取工段将粉碎后的桔皮500公斤投入反应釜中，加入3500L处理过的纯净水使桔皮粉末溶胀，打开搅拌机进行搅拌，打开夹套蒸汽管阀门对夹套进行通入蒸汽，使反应釜内逐渐升温；打开反应釜内蒸汽管阀门，对在搅拌中的溶胀液进行提取，持续通入蒸汽2h，将提取完精油的蒸汽导出反应釜，将其通入下一步冷凝器中进行冷凝。(4)冷凝器冷却工段将含有桔皮精油的混合水蒸汽通入冷凝器壳程中，在冷凝器反方向管程中通入初始温度25 OC的自来水塔来的经过处理自来水，将冷凝完的待处理混合液通入一储罐中静置，分离出下部液体即得到所需桔皮精油。2.4.2陈皮苷提取段(1)溶解工段将从反应釜分离出的残渣转移至一特定容器中，通入一定量水使其溶胀，然后通入95%的乙醇至混合液中的乙醇浓度达到80%，然后静置24h。使其中的陈皮苷充分溶解到乙醇中。(2)处理工段将静置后混合液进行过滤，过滤后对残渣进行干燥，所得干燥为果胶，残夜中则为乙醇和陈皮苷的混合物。(3)陈皮苷提取工段将过滤后的含有陈皮苷的乙醇与水溶液静置，再次加入水使其浓度降到30%左右，再次静置24小时，等待溶液中陈皮苷充分结晶出来。采用过滤设备进行过滤，所得滤渣则为陈皮苷晶体。(4)乙醇的回收阶段将乙醇与水溶液通入精馏塔中精馏，将低浓度的乙醇溶液精馏到94%左右。第3章 精油提取段的设备选型工艺流程图概况（方块图）：桔皮精油油水分离器冷凝器反应釜锅炉精馏塔过滤机反应槽生产设备型号的确定3.1蒸汽锅炉的选型3.1.1如何确定蒸汽和热水的参数用户要根据使用要求确定蒸汽或热水参数。工矿企业在生产上所需要的锅炉大多是蒸汽锅炉。蒸汽大多用于生产中需要一定温度的热量来满足生产工艺上要求的情况，如纺织印染、食品制糖、橡胶造纸、石油化工等行业。因此要按照生产工艺规定要求，确定锅炉的饱和蒸汽参数。饱和蒸汽的优点就是能保证生产上需要的恒定温度。一般锅炉的压力总是要高于生产上需要的饱和蒸汽压力，其理由是要克服管道或管网中压力损失。目前很多情况是锅炉铭牌压力远大于生产上需要的压力。例如很多用户选购了13压锅炉，而实际上只用5表压或6表压的运行压力。在这样低压力下运行，对蒸汽品质有不良影响。因为压力降低，蒸汽比容增加，出口处流速大大增加，使蒸汽带水现象上升。一般生产实际需要的压力加上克服全部管道阻力需要的压降后再加上25%30%的压力余量就已够了。给水泵的扬程按锅炉铭牌配套，锅炉实际运行压力过低，给水泵电能消耗显然是极大的浪费。用于小型发电厂的锅炉蒸汽参数，可按汽机需要参数配。大部分用25表大气压的过热蒸汽。如果汽机是13表大气压的过热蒸汽，则锅炉应选用16表大气压的过热蒸汽参数为宜，这样可使蒸汽品质更加好一些。对于城市、工厂采暖供热所需要的热水锅炉，目前常用的温度参数为供、回水温度95/70摄氏度。目前国内城市供热有三种型式；热电厂、区域锅炉房以及分散的小容量锅炉房供热。前二者为集中供热，以区域锅炉房供热为发展方向，当前以分散小容量锅炉房为多。对于区域集中供热，高温热水锅炉、供、回水温度将发展130/70参数。目前热水锅炉产品中已有95/70、115/70、130/70三档可供选择。实际使用中的热水锅炉运行压力大部分低于设计压力，主要是受原管网系统限制。3.1.2蒸汽锅炉和热水锅炉选用关系由于热水采暖比蒸汽采暖节能舒适，及节能要求蒸汽采暖改为热水采暖。担是在不少工矿企业的生产工艺上仍需要蒸汽加热，因此企业用户就存在既需要蒸汽又需要热水的情况。在这种情况下如何选型是一个比较复杂的问题。需选用什么设备要具体分析。大致估计有以下几种情况：A、工矿企业经常使用的蒸汽量很大而采暖用热水量不大进，可用蒸汽锅炉，另外配置面式热交换器生产热水。B、当采暖系统使用热水量很大，需要的蒸汽量很小，但压力较高时，不妨在热水锅炉外另设置一台小的蒸汽锅炉用为汽源。C、当热水量和蒸汽量都比较小时可选用汽、水两用的锅炉。 D、当热水量和蒸汽量都是很大时，则要从系统上来研究。3.1.3燃煤品种和选型关系我国绝大部分工业的生活锅炉的燃料是煤。煤的特性比较复杂，例如无烟煤难于着火，高灰分劣质煤亦不易着火，褐煤虽然挥分很高，但水分亦高，着火亦较难。这些难着火的煤对炉拱设计都有特殊要求，这方面的问题比较复杂。工业发达国家，锅炉燃烧品种经过筛选比较稳定。我国市场上供应的大部分是原煤，而原煤来源的品质都难以保持稳定。特别地方小窑煤产的煤投入市场，使燃煤品种更加复杂。因此用户在选购设备之前，必须和当地燃料供应部门认真研究燃煤品种的发展趋势，以保证炉型、拱型适宜。3.1.4工业锅炉型的选择A、燃烧设备的类型选择燃烧设备首先决定于企业用户使用的燃料品种，但是燃烧设备在燃料适应程度上亦交错。简单概括如下：链条炉排在炉拱的配合下能燃用较广泛的煤种。但是在已给定的炉拱下，燃煤的适应性亦在一定范围。由于链条炉排的金属耗量较大，发热值低的燃煤需要大的炉排面积，金属耗量随之增大。所以链条炉排适用于中等以上燃煤（发热值在4000大卡/小时以上），尤其是适宜于优质煤。往复炉排能使燃煤生产搅拌作用，因此燃用煤种较广泛。但是由于往复炉排冷却的条件下不如链条炉排，适用烧灰分较多的燃煤，因为灰分能起到保护炉排片不能使它过热而烧坏。适用于热值在27004500大卡/公斤的燃煤。抛煤机倒转炉排具有燃煤适应性广的特点，但不适宜烧无烟煤，因为无烟煤的层燃炉上需要长后拱，而抛煤机要开式炉膛，带二次风。抛煤机带有半悬浮燃烧性质，调节负荷灵敏。但是抛煤机炉排烟含尘量高。所以要发挥抛煤机炉优点首先要把降低排烟含尘量工作做好。如原煤颗粒度中细屑不能多，炉内二次风的运用，飞灰收集复燃装置等等措施跟上，把排烟含尘量减小到接近或略高于链条炉的水平，用户才能选用。沸腾炉是国内、外都在积极开发的新炉型。国外发展沸腾炉侧重于环保角度的考虑，国内则更多侧重燃用劣质煤上的考虑。它能燃用1300大卡/公斤发热值以上的任何煤种。在燃用优势煤和低质煤时，燃烧室受热面布置，操作方式等方面有所不同。沸腾炉金属耗量较小，成本低，有较大发展前途。煤粉炉总的说不适宜于20吨/时容量以下的小型工业锅炉，这是由于辅助装置复杂，不经济。我国中南地区采用煤粉、甘蔗渣两用炉也都是10吨/时以上容量。B、“锅”的型式的选用 在“锅”的型式上目前有：锅壳式（火管）、水火管混合式、水管式三种，三种型式各有特点。锅壳式和水火管式适宜于较小容量的锅炉，如4吨/时及以下容量。水管锅炉适宜于容量较大的锅炉如4吨/时及以上锅炉。总的说水管锅炉安全性好。在同样外形尺寸条件下水管锅炉的炉膛可以稍高一些，布置炉拱条件比锅壳式和水火管式要好，有利于燃烧。除了锅炉出力、工质参数、燃煤品种三个最基本因素外还有其他方面如外形尺寸、负荷波动性、水源水质、空气污染、机械化、自动化程度，都和主、辅机选型有关。锅炉外形尺寸对于在原有锅炉房内扩建须加以考虑，例如同样型号的10吨/时，6吨/时和6.5吨/时双锅筒横置式（SHL）锅炉，不同厂的产品，尺寸高低相差很大，用户要摸清制造厂产品情况。3.2工业锅炉产品型号编制方法和基本类型3.2.1工业锅炉产品型号组成：工业锅炉产品型号由三部分组成，各部分之间用短横线相连。如下图所示：（1）型号的第一部分表示锅炉型式、燃烧方式和额定蒸发量或额定供热量。共分三段：第一段用两个汉语拼音字母代表锅炉总体型式（见表1-3、表1-4）；第二段用一个汉语拼音字母代表燃烧方式（见表1-5）；第三段用阿拉伯数字表示蒸汽锅炉额定蒸发量为若干吨/时或热水锅炉额定供热量为若干10000千卡/时。各段连续书写，互相衔接。（2）型号的第二部分表示介质参数。共分两段：中间以斜线相连。第一段用阿拉伯数字表示介质出口压力为若干千克力/厘米2；第二段用阿拉伯数字表示过热蒸汽温度或出水温度/回水温度。蒸汽温度为饱和温度时，型号的第二部分无斜线和第二段。（3）型号的第三部分表示燃料种类和设计次序，共分两段：第一段汉语拼音字母代表燃料，同时以罗马数字代表燃料分类与其并列（见表1-6）。如同时使用几种燃料，主要燃料放在前面；第二段以阿拉伯数字表示设计次序，和第一段连续顺序书写，原型设计无第二段。3.2.2蒸汽锅炉型号的确定根据实际情况计本锅炉选用锅壳锅炉，选用单锅体立式水管，燃烧方式为固定炉排，燃烧物为类烟煤。所以锅炉的型号为：LHG20.1/115ALH立式火管G固定排炉2额定蒸发量为2t/h0.1介质出口压力为0.1Mp115介质出口温度为115 OCA采用类烟煤作为主要燃料3.3反应釜型号的确定3.3.1反应釜的选型表3-1反应釜型号公称容积VN/L公称直径d/mm耳式支承式L系列S系列H1/mmD1/mm1/mmH2/mmD2/mm2/mm505003307202410060038084024200700380940243008003801040244008003801040245009004801172248001000480127630100011004801378302158402412005201478302159502415001200520147830215950241300600165830215108030200013006001658302151080301450600181030215120030300014506001810302151200301600600196030205130030400016006001960302051300301750600211230205140030500017506002112302051400303.3.2反应釜的标准编号K-/- GB/T 250272010轴密封编号：机械密封为P，填料密封为S；搅拌器代号:锚式M，框式K，浆式J，叶轮式Y，其他N；传动装置代号：W型用W型表示，DZ型用D表示，SZ型用S表示；公称直径mm；工程容积L；内容器设计压力，MPa:0.25,0.6,1.0；K搪玻璃开式反应釜代号。3.3.3所需反应釜基本参数的计算1、 就算过40目筛后计算密度：=0.3325g/ml 投料500公斤所产生的体积为：= =1.50L 在通入蒸汽时要先加入为原料7倍质量的水，即：=5007=3500Kg =3.5=3500L =1500+3500=5000L所以在反应釜选型中可以选用5000L反应釜。2、查表3-5可得反应釜的公称直径为1750mm，因为为大型反应釜，故选开式搪玻璃反应釜。3、反应釜内物料为溶胀状态桔皮粉末与水的混合物，所以选择浆式搅拌器较为合适。4、因反应釜反应过程中釜内与外界无较大压差，所以选用机械密封即可。3.3.4反应釜型号的确定由上可推断出所选反应釜的型号应该为：K0.25-5000/1750-WJP GB/T 250272010所选反应釜为采用W型传动装置，机械密封，浆式搅拌的内压为0.25MP的内径为1750mm，反应体积为5000L的开式搪玻璃反应釜。第4章 主要设备的设计与计算4.1设计方案的选择设计方案的原则是要保证达到工艺要求的热流量，操作上要安全可靠，结构要简单，可维护性好，尽可能多的节省操作费用和设备投资。选择设计方案主要包括以下几个问题。（1）选择换热器的类型a)固定管板式 固定管板式换热器是用焊接的方式将连接管束的管板固定在壳体两端。它的主要特点是知道方便，紧凑，造价比较低。但由于管板间和壳体间的结构愿意使其难以清洗。另外，当管壁温度与壳体壁温之差较大时，会产生很大的热应力，严重时会毁坏换热器。固定管板式换热器适用于壳程流体清洁，不易结垢，或者管外测污垢能用化学方法清除的场合，同时要求壳体壁温与管子壁温不能相差太大，一般情况下不得大于50 OC。若超过此值，应加温度补偿设备，通常在壳体上加一膨胀节。但这种设备只能用于管壁温与壳体壁温之差低于60 OC到70 OC及壳程压力不高的场合，当壳程压力高于0.7MPa时，由于膨胀节的材料教厚，很难以伸缩而失去对热变形的补偿作用，由此不易采用此结构。b)浮头式换热器 浮头式换热器是用法兰把管束一端的管板固定到壳体上，另一端管板可以再壳体上自由收缩，并在这端管板上加一顶盖后成为浮头。这类换热器的主要特点是管束可以从壳体中抽出，便于清洗管间和管内，管束可以再壳体内自由伸缩，不会产生热效应力，但这种换热器结构较为复杂，造价高，制造安装要求高。由于以上特点可以看出浮头式换热器的应用范围很广，能在较高压力下工作，使用于壳体壁温与管壁温较大或壳程流体易结垢的场合。c)U型管式换热器 这类换热器的管束是由弯成U型的传热管组成。其特点是管束可以自由伸缩，不会产生温度差应力，结构简单，造价比浮头式低，管外容易清洗。但管板上排列的管子数较少。另外由于管束中心一带存在间隙，且各排管子回弯处曲率不同，长度不同，故壳程流体分布不够均匀，影响传热效果。 U型管式换热器适用于课程流体污垢较多，易结垢，或壳体壁温与管子壁温之差较大场合，但要求管程流体较为清洁，不易结垢。d)填料函式换热器 这类换热器具有浮头换热器的优点，克服了固定管板式换热器的缺点，结构比浮头式换热器简单，知道方便，易于检修清洗。对于一些腐蚀严重，需要经常更换管束的场合常采用这种换热器。但这种换热器性能差，故壳程中不易处理易燃易爆或有毒的流体。同时要求壳程流体的压力不宜过高。目前所使用的填料函式换热器的直径一般在700mm以下，很少采用大直径的填料函式换热器。 以上各类换热器是化工设备中常见的几类，在设计中可根据具体条件选用。(2)流程安排在列管式换热器中，冷、热流体的流程，需进行合理安排，一般应考虑以下原则。易结垢流体应走易于清洗的一侧。对于固定管板式、浮头式换热器，一般应使易结垢流体流经管程，而对于U型管换热器，易结垢流体应走壳程。有时在设计上需要提高流体的速度，以提高其表面传热系数，在这种情况下，应将需要调高流速的流体放在管程。这是因为管程流通截面积一般较小，而且易于采用多管程结构提高流速。具有腐蚀性的流体应走管程，这样可以节约耐腐蚀材料用量，降低换热器成本。压力高的流体应走管程。这是因为管子直径小，承压能力强，能够避免采用耐压的壳体和密封措施。具有饱和蒸汽冷凝的换热器，应使饱和蒸汽走壳程，便于排出冷凝液。粘度大的流体应走壳程，因为壳程内的流体在折流板的作用下，流通截面和方向都不断变化，在较低的雷诺数下就可达湍流状态。应该说明的是，上述要求常常不能同时满足，在设计中应考虑其中的主要问题，首先满足其中较为重要的要求。（3）加热剂和冷却剂的选择 一般情况下，用作加热或冷却的流体是由实际情况决定的，但有些时候则需要设计者自行选择。在选用加热剂或冷凝剂时，首先应满足所能达到的加热或冷却温度外，还应考虑其来源方便，价格低廉，使用方便。在化工生产中，水使常用的冷凝剂，饱和水蒸气是常用的加热剂。（4）流体进出口温度的确定工艺条体的进出口温度是工艺条件所规定的。加热剂或冷却剂的进口温度也是确定的，但其出口温度有时可由设计者决定。该温度直接影响加热剂或冷凝剂的用量以及换热器的大小，因而这个温度的确定有一个经济上的优化问题。另外还得考虑到温度对污垢的影响，比如未处理的河水做冷去剂时，其出口温度一般不得超过50 OC，否则积垢明显增多，会大大增加传热阻力。4.2工艺结构设计4.2.1估算换热面积a)换热器的热流量 换热器的热流量是指在确定的物流进口条件下，使其达到规定的出口状态，冷流体和热流体之间所叫唤的热量，或是通过冷、热体间所交换的热量，或是通过冷、热体的间壁所传递的热量。 在热损失可以忽略的不计的情况下，对于无相变的工艺物流，换热器的热流量由下式决定 式中热流量，W；工艺流体的质量流量，kg/s；工艺流体的定压比热容，kJ/(kgK)；工艺流体的温度变化，K。其中热流量为1000L/h，比热容为4.180kJ/(kgK)，