【毕业设计】3000ta乌洛托品车间工艺初步设计-精品.doc

目 录 第 1 章 引 言 1 第 2 章 乌洛托品的概况 2 2 1 乌洛托品的性质 2 2 2 乌洛托品的生产工艺与行业现状 3 2 3 工艺设计思想 3 2 4 工艺设计任务书 4 第第 3 章章 工艺流程设计与工艺流程工艺流程设计与工艺流程 6 3 1 合成路线 6 3 2 工艺设计 6 3 3 工艺流程图 6 第 4 章 物料衡算 6 4 1 物料衡算依据 6 4 2 部分生产原料的性质 7 4 3 物料衡算 7 4 3 1 反应岗位 7 4 3 2 浓缩岗位 8 4 3 3 结晶 离心岗位 9 4 3 4 干燥岗位 10 第 5 章 能量衡算 11 5 1 热量衡算目的 11 5 2 热量衡算依据 11 5 3 热量衡算基础数据的计算和查取 12 5 3 1 比热容的计算 12 5 3 2 状态热的计算 13 5 3 3 化学反应热的计算 14 5 4 热量衡算 16 5 4 1 反应过程的热量衡算 16 5 4 2 浓缩过程的热量衡算 19 5 4 3 结晶 离心过程的热量衡算 21 5 4 5 产品干燥岗位的热量衡算 23 第 6 章 设备选型与计算 26 6 1 理论依据 26 6 2 主要设备的选型与计算 26 1 加成反应釜 26 2 蒸发罐 27 3 乌洛托品贮罐 28 4 离心机 28 5 干燥器 29 第 7 章 车间布局设计 30 7 1 设计依据 30 7 1 1 常用的设计规范和规定 30 7 1 2 基础资料 30 7 2 车间布置 30 7 2 1 厂房布置 30 第 8 章 工艺存在问题与建议 32 结 束 语 33 参考文献 34 附 录 35 附录一 生产原料及中间体性质 35 附录二 生产投料量 35 附录三 设备一览表 35 附录四 加成反应工艺流程图 36 附录五 加成反应设备布局图 36 致 谢 37 3000t a3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计乌洛托品车间工艺初步设计 设计者 指导老师 讲师 摘摘 要 要 本次设计为年产 3000 吨乌洛托品生产工艺设计 乌洛托品 又名六亚甲基四 胺 主要用作树脂和塑料的固化 剂 氨基塑料的催化剂和发泡剂 橡胶硫化的促进剂 纺织品的防缩剂等 六亚甲基四胺是有机合成的原料 在医药工业中用来生产氯霉 素 六亚甲基四胺可用作泌尿系统的消毒剂 对革兰氏阴性细菌有效 其 20 的溶液 可用于治疗腋臭 汗脚 体癣等 它与氢氧化钠和苯酚钠混合 可做防毒面具中的光 气吸收剂 并用于制造农药杀虫剂 六亚甲基四胺与发烟硝酸作用 可制得爆炸性极 强的旋风炸药 简称 RDX 六亚甲基四胺还可作为测定铋 铟 锰 钴 钍 铂 锂 铜 铀 铍 碲 溴化物 碘化物等的试剂和色谱分析试剂等 本设计所采用的工艺路线为 由甲醛和氨缩合制得 将甲醛溶液置于反应器中 通 氨 在碱性溶液中进行 反应 反应温度保持在 50 70 料液经冷却进入液膜真空蒸 发器 于 60 80 下蒸发 使其浓度从 24 提高到 38 42 然后将反应液过滤 经 真空蒸发结晶 干燥即得成品乌洛托品 关键词 关键词 甲醛 乌洛托品 工艺路线 流程 收率 A Technology Design For 3000 Tons Urotropine Produced per Year Author Liu Wenqing Instructor Zhang Xiuyun Lecturer Abstract The design for the annual production capacity of 3000 tons Urotropine production process design Urotropine also known as hexamethylenetetramine mainly used for plastic resin and curing agent catalyst and amino plastic foam rubber vulcanization promoting agent anti shrinking agent for textiles Hexamethylenetetramine is the organic synthesis of raw materials used in the pharmaceutical industry in the production of chloramphenicol Hexamethylenetetramine urinary system can be used as a disinfectant effective against gram negative bacteria 20 of the solution can be used for the treatment of armpit odor sweat feet such as tinea corporis Phenol with sodium hydroxide and sodium mixture of gas masks can be absorbent phosgene And pesticides used in the manufacture of pesticides Hexamethylenetetramine nitrate and the role of smoke can be obtained highly explosive whirlwind of explosives referred to as RDX Hexamethylenetetramine can be measured as bismuth indium manganese cobalt thorium platinum lithium copper uranium beryllium tellurium bromide iodide and other reagents and reagents such as chromatography Used in the design process route is from the condensation of formaldehyde and ammonia obtained Will be placed in formaldehyde solution reactor pass ammonia in alkaline solution to the reaction temperature maintained at 50 70 the cooling liquid into the liquid membrane by a vacuum evaporator evaporation in the next 60 80 to concentration from 24 to 38 42 and then reaction solution is filtered by vacuum evaporation of the crystallization of a product that is Urotropine dry Key words Formaldehyde Urotropine Technolo gical route Process Yiel 1 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 第 1 章 引 言 乌洛托品 又称六亚甲基四胺 性状为白色结晶粉末或无色有光泽的晶体 几乎 无臭味 对皮肤有刺激作用 在空气中燃烧为无色火焰 在 263 时升华并部分分解 可溶于水 乙醇 氯仿 不溶于乙醚 溶于水时易分解为甲醛与氨 六亚甲基四胺主要用作树脂和塑料的固化剂 氨基塑料的催化剂和发泡剂 橡 胶硫化的促进剂 促进剂 H 纺织品的防缩剂等 六亚甲基四胺是有机合成的原 料 在医药工业中用来生产氯霉素 六亚甲基四胺可用作泌尿系统的消毒剂 其本 身无抗菌作用 内服后遇酸性尿分解产生甲醛而起杀菌作用 用于轻度尿路感染 对革兰氏阴性细菌有效 其 20 的溶液可用于治疗腋臭 汗脚 体癣等 它与氢氧 化钠和苯酚钠混合 可做防毒面具中的光气吸收剂 并用于制造农药杀虫剂 六亚 甲基四胺与发烟硝酸作用 可制得爆炸性极强的旋风炸药 简称RDX 六亚甲基 四胺可作为测定铋 铟 锰 钴 钍 铂 镁产 锂 铜 铀 铍 碲 溴化物 碘化物等的试剂和色谱分析试剂等 另外 乌洛托品还是一种常用的缓蚀剂 用 于减缓金属材料的腐蚀 由此可以看出 乌洛托品在工业 医药行业中起着非常重要的作用 本次设计按 照设计任务书的要求 依据车间设计的基本理论 经过大量查阅工艺文献 化工工具 数 经过一步一步计算而完成 由于时间和知识水平所限 还有就是理论知识和实践 经验的欠缺 其中难免有很多瑕疵 希望老师能够给予指正 设 计 者 刘文清 2009 年 5 月 13 日 2 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 第 2 章 乌洛托品的概况 2 12 1 乌洛托品的性质乌洛托品的性质 1 1 产品名称 产品名称 中文名 乌洛托品 俗名 四氮六甲环 六胺 胺仿 化学名 六亚甲基四胺 英文名 hexamethylenetetramine 英文名称 2 Urotropine 2 化学结构式 分子式及分子量 化学结构式 分子式及分子量 化学结构式 分子式 4126 NHC 分子量 140 18 3 3 理化性质 理化性质 外观与性状 白色细粒状结晶 味初甜后苦 熔点 263 升华 相对密度 水 1 1 27 燃烧热 kJ mol 239 7 溶解性 溶于水 乙醇 氯仿 四氯化碳 不溶于乙醚 石油醚 芳烃 4 4 质量指标 质量指标 3 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 2 22 2 乌洛托品的生产工艺与行业现状乌洛托品的生产工艺与行业现状 乌洛托品的研究在我国起步较晚 1956 年开始工业化生产 1975 年产量突破 l 万 t 1997 年国内有 70 多个生产厂家 装置能力为 3 5 万 t a 实际年产约 2 万 t 随 着塑料工业 橡胶工业的发展 特别是矿山开采业的发展 对乌洛托品需求量不断增 加 在 九五 末 国内需求量达到 3 5 万 t a 目前的装置能力可满足国内需求 由于发达国家塑料产量的增长 促进了乌洛托品的消费 在国际市场上仍很紧俏 是 一种很好的出口创汇产品 为了使我国在乌洛托品的国际市场上占有一定地位 应当 进一步对现有装置进行技术改造 提高生产能力 同时适当扩建一批先进的生产装置 提高出口能力 以便获得更大的经济效益和社会效益 2 3 工艺设计思想 乌洛托品的工业制造方法分为液相法和气相法 所用原料是甲醛气 或甲醛水溶液 氨气 或液氨 所以 在合成氨厂 甲醇厂生产乌洛托品有原料易得 成本低的优势 本次合成工艺设计以成熟的工艺路线为基础 将合格的甲醛水溶液和氨气送入反 应釜中 反应热由冷却器移除 然后将反应生成的乌洛托品料液引入汽化器 使部分 水汽化 料液被浓缩至乌洛托品含量约为 38 后送入结晶器中 乌洛托品被进一步冷 却结晶后送入离心机 在此分离出乌洛托品晶体 湿乌洛托品在干燥器中用热风干燥 4 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 最终收率约为 79 36 本工艺具有技术路线成熟 技术难度小 控制简单 操作工段少等特点 以中间 体为原料可以在较小的投资和建厂规模的条件下 大量合成乌洛托品 2 4 工艺设计任务书 一 课题名称一 课题名称 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 二 工艺条件二 工艺条件 生产能力 3000 吨 年 年工作日 300 天 原料 甲醛 主要设备 反应釜 原料储罐 原料计量罐 离心机 换热器 离心泵 干燥 器等 操作压力 反应为常压 蒸发锅保持 0 06Mpa 以下 操作温度 5 至 110 控温方式 反应釜夹套换热 三 设计的主要任务三 设计的主要任务 1 确定合成路线 设计工艺流程 绘制工艺流程图 2 根据年生产任务和年工作日进行物料衡算 3 根据年生产任务和年工作日进行能量衡算 4 根据物料 能量衡算的数据及操作条件进行设备选型及其计算 5 根据计算的有关数据及相关标准设计设备布局 6 绘制设备布局图 四 主要符号说明四 主要符号说明 D 反应釜 F 储罐E 换热器 L 离心机 J 离心泵 五 参考文献五 参考文献 见开题报告 附 计划进度 发题 2008 年 4 月 1 日 文献调研 1 周 5 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 工艺路线的确定 1 周 物料衡算 2 周 能量恒算 2 周 设备选型及相关计算 2 周 绘图 1 周 撰写设计说明书 1 周 答辩 评分 1 6 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 第第 3 3 章章 工艺流程设计与工艺流程工艺流程设计与工艺流程 3 1 合成路线 OHNHCNHHCHO 241263 646 3 2 工艺设计 本设计的生产工艺的操作方式采用的是间歇操作 整个工艺总体上分为三个工段 包括反应 浓缩 结晶 干燥等一系列单元过程 流程图框表示单元过程及单元反应 以箭头表示物料和载能介质流向 该设计的生产工艺流程框图见下图 反 应 釜 蒸 发 器 结 晶 釜 离 心 机 干 燥 器 成 品 包 装 氨 气 甲 醛水溶 液 汽 热风 放空 过 滤 器 3 3 工艺流程图 见附录四 第 4 章 物料衡算 4 1 物料衡算依据 设计任务 1 设计项目 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 2 产品名称 乌洛托品 3 产品规格 纯度 99 4 7 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 4 工作日 300 天 年 5 年生产能力 年产 3000 吨乌洛托品 杂质 水 纯乌洛托品 日产量 2 0Kg203 4 0Kg402 4 99Kg99401 10000Kg 300 10003000 6 收率 79 36 基准 物料衡算以天计算 物料单位为千克 4 2 部分生产原料的性质 表 4 1 反应原料用量表 物料名称分子式分子量相对密度纯度含水量杂质含量性状 甲醛 HCHO30 031 08336 5 63 5 0溶液 氨气 NH317 0310 7081g L99 01 0 气体 4 3 物料衡算 4 3 14 3 1 反应岗位反应岗位 1 化学方程式 化学方程式 OHNHCNHHCHO 241263 646 2 2 投料 投料 表 4 2 反应原料用量表 原料名称规格日投料量分子量 甲醛 纯度 36 5 44120 08 Kg 44341 79 L 30 03 氨99 6145 12 Kg17 031 3 3 计算过程 计算过程 乌洛托品的理论产量 2 12525 306 14083 16103 实际产量 9940kg 损失量 12525 2 9940 2585 2kg 由于收率不可能达到 100 所致 纯甲醛的日投料量 8 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 83 16103 140 36 79 3069940 kg 甲醛原料的日投料量 08 44120 5 3683 16103 kg 纯氨气的日投料量 67 6083 140 36 79 1749940 kg 氨气原料的日投料量 12 6145 9967 6083 kg 反应生成的水量 3 9662 140 36 79 1869940 kg 总水量 甲醛原料含水量 反应生成水量 44120 08 1 36 5 9662 3 37678 55 kg 纯甲醛余量 16103 83 1 79 36 3323 83 kg 纯氨气余量 6145 12 1 79 36 1268 35 kg 4 3 24 3 2 浓缩岗位浓缩岗位 浓缩 反应液 蒸出气体 浓缩液 反应液 44120 08 6145 12 3323 83 46941 37 kg 9 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 蒸出气体 46941 37 26157 89 20783 48 kg 其中 水蒸气 19744 31 kg 氨气 1039 17 kg 浓缩液 89 26157 38 9940 kg 其中 乌洛托品 9940 kg 氨气 229 18 kg 水 15988 71 kg 4 3 34 3 3 结晶 离心岗位结晶 离心岗位 离心 过 滤 浓缩液 母液 滤饼 浓缩液 26157 89 kg 其中 乌洛托品 9940 kg 杂质 229 18 kg 水 15988 71 kg 滤饼 26157 89 9940 7194 92 14260 79 kg 10 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 其中 水 9022 97 229 18 8793 79 kg 乌洛托品 9940 55 5467 kg 母液 11897 10 kg 其中 乌洛托品 4473 kg 水 7194 92 kg 杂质 229 18 kg 4 3 44 3 4 干燥岗位干燥岗位 干燥 滤饼 水蒸气 产品 滤饼 14260 79 kg 水蒸汽 8760 79 kg 产品 5500 kg 其中 乌洛托品 5467 kg 杂质 10 86 kg 水 22 14kg 11 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 第 5 章 能量衡算 5 1 热量衡算目的 热量衡算得主要目的是为了确定设备的热负荷 根据设备热负荷的大小 所处理 物料的性质及工艺要求再选择传热面的型式 计算传热面积 确定设备的主要工艺尺寸 5 2 热量衡算依据 热量衡算的主要依据是能量守恒定律 以车间物料衡算的结果为基础而进 行的 所以 车间物料衡算表是进行车间热量衡算的首要条件 设备的热量平衡方程式 对于有传热要求的设备 其热量平衡方程式为 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 式中 Q1 物料带入到设备的热量 kJ Q2 加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量kJ Q3 过程热效应 kJ Q4 物料离开设备所带走的热量 kJ Q5 加热或冷却设备所消耗的热量 kJ Q6 设备向环境散失的热量 kJ 1 1 Q Q1 1与与 Q Q4 4 Q1与Q4均可用下式计算 Q1 Q4 mtCp kJ 式中m 输入 或输出 设备的物料量 kg Cp 物料的平均比热容 kJ kg t 物料的温度 该式的计算基准是标准状态 即0 及 1 013 105Pa 为计算基准 因为物料的比 热容是温度的函数 上式中物料的比热容是指进 出口物料的定压平均比热容 对于 进口物料取基准温度与物料进口温度的平均温度下的比热容 对于出口物料取基准温 度与物料出口温度的平均温度下的比热容 对于不同物料的比热容可查 化学工程手 册 第 1 册 或 化学工艺设计手册 下 若查不到 各种估算方法求出相应温度 下的比热容值 2 2 过程热效应 过程热效应 Q3Q3 12 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 化学过程的热效应包括化学反应热与状态变化热 纯物理过程只产生状态变化热 而对于化学反应过程 在产生化学反应的同时 往往还伴有状态变化热 在热量衡算 中 过程热效应Q3的符号为 放热为正 吸热为负 3 3 Q5Q5 与与 Q6Q6 的确定的确定 根据工艺操作经验 Q5 Q6 一般为 Q4 Q5 Q6 的 5 10 只要计算出 Q4 就可以确定 Q5 Q6 从而计算出Q2 4 4 Q2Q2 的计算的计算 由以上计算过程得到Q1 Q3 Q4 Q5 Q6后 根据热量平衡方程式求出设备 的热负荷Q2 Q2正值表示需对设备加热 负值表示需冷却 5 3 热量衡算基础数据的计算和查取 在热量衡算中 大部分物料的物性常数可通过相关的物性常数手册查取 如 化 学工程师技术全书 上 下册 化工工艺设计手册 第三版 纯物质的热化学 数据手册 上 下册 当遇到手册中数据不全的情况时 就需通过一些公式来估算 这些物性常数 在本设计中涉及的物性计算有比热容 汽化热 熔融热 溶解热 浓 度变化热效应 燃烧热等 以下介绍它们的计算方法 5 3 15 3 1 比热容的计算比热容的计算 1 气态物质的比热容的计算 气态物质的比热容的计算 对于压强低于 5 105Pa 的气体或蒸汽均可作理想气体处理 其定压比热容 为 Cp 4 187 2n 3 M kJ kg 式中 n 化合物分子中原子个数 M 化合物分子量 2 2 液体的比热容的计算 液体的比热容的计算 对于绝大多数有机化合物 其比热容可依据 化工工艺设计手册 第三版 查到 先根据化合物的分子结构 将各种基团结构的摩尔热容数值加和 求出摩 尔热容 再由化合物的分子量换算成比热容 另外 如果作为近似计算 液体的比热 容也可按照计算固体比热容的科普定律求取 其具体计算过程见固体的比热容计算 3 3 固体的比热容的计算固体的比热容的计算 固体的比热容可应用科普定律来计算 kJ kg M Can C 式中 Ca 元素的原子比热容 kJ kg 其值见 4 2 n 固体分子中同种原子的个数 M 化合物分子量 13 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 表 5 1 元素原子的比热容 元素 kcal kg 元素 kcal kg 液态固态液态固态 碳 C 2 81 8 硫 S 7 45 5 氢 H 4 32 3 磷 P 7 45 4 硼 B 4 72 7 氯 CL 8 06 2 硅 Si 5 83 8 氮 N 8 02 6 氧 O 6 04 0 其它元素 8 06 2 氟 F 7 05 0 注 1Kcal 4 187kJ 上述公式计算出的是 20 时的比热容 不在 20 时各化合物的比热容将与算出的 比热容有出入 凡高于 20 时的化合物 比热容可根据上述公式计算所得结果再加大 20 25 5 3 25 3 2 状态热的计算状态热的计算 状态热一般也称为潜热 它包括汽化热 熔融热 熔解热等 下面分别加以论述 1 1 汽化热 汽化热 任何温度 压强下 化合物的汽化热均可按下式计算 kgkJTTTPq RCRRv 162 0 lg 5 28 式中 PR 对比压强 实际压强与临界压强之比值 TR 对比温度 实际温度与临界温度之比值 TC 临界温度 K 液体在沸点下的汽化热可按下式计算 kgkJMTTTq bbbvb 029 0 lg 8 39 式中 Tb 液体的沸点 K M 液体的分子量 2 2 熔融热 熔融热 不同物质的熔融热可根据以下公式粗略求出求出 见 化工工艺设计手册 第三 版 上册第二篇 P887 14 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 K M T H m m kg kcal熔融热 式中 m H 相对分子质量 M K熔点 m T 其中 K 的取值 元素 2 3 可取 2 2 无机物 5 7 有机物 10 16 可取 13 5 3 3 溶解热 溶解热 气态溶质的溶解热可取蒸发潜热的负值 固态溶质的溶解热则近似可取其熔融热 的值 5 3 35 3 3 化学反应热的计算化学反应热的计算 为计算各种温度下的反应热 规定当反应温度为 298K 及标准大气压时反应热的数 值为标准反应热 习惯上用 H 表示 负值表示放热 正值表示吸热 这与在热量衡 算中所规定的符号正好相反 为避免出错 现用符号 q r 表示标准反应热 放热为正 吸热为负 则 q r H 标准反应热的数据可以在 化学工程手册 第一册 或 化学工艺设计手册 下 中查到 当缺乏数据时用标准生成热或标准燃烧热求得 1 用标准生成热求 q r 其公式为 molkJvqq fr 式中 v 反应方程中各物质的化学计量数 反应物为负 生成物为正 kJ mol f q 2 用标准燃烧热求 q r 其公式为 molkJvqq cr 式中 反应方程中各物质的化学计量数 反应物为负 生成物为正 kJ mol c 燃烧 q 3 标准燃烧热的计算 理查德认为 有机化合物的燃烧热与完全燃烧该有机化合物所需的氧原子数成 直线关系 即 Richard 认为 有机化合物的燃烧热与完全燃烧该有机化合物所需 的氧原子数成直线关系 即 15 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 kcal mol b xa c q 式中 a b 常数 与化合物结构相关 其值见 化工工艺设计手册 上册第 二篇P884 888表 21 119 X 化合物完全燃烧时所需的氧原子数 得 的换算 有盖斯定律可与 c 4 qqf kJ mol nq cef qqc 标准生成热 式中 kJ mol f q 标准燃烧热热 kJ mol c q 子数 化合物中同种元素的原 n 其数值见表 元素的标准燃烧热热 2atomgkJ ce q 的计算不同温度下反应热 t r 5 q 因反应恒定在 t 温度下进行 而且反应物及生成物在 25 t 范围内 均无相变化 则qtr计算公式为 molkJvCqq pr t r 25 t 标准反应热 式中mol kJ r q 正 负 v Cp 反应物或生成物在 25 t 范围内的平均比热容 kJ kg t 反应温度 表 5 2 元素标准燃烧热一览表 16 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 5 4 热量衡算 5 4 15 4 1 反应过程的热量衡算反应过程的热量衡算 1 甲醛原料 44120 08 Kg 25 甲醛 16103 83Kg 水 28016 25Kg 2 氨气原料 6145 12Kg 25 氨气 6083 67Kg 杂质 61 45Kg 3 母液 50265 2 Kg 60 乌洛托品 9940 Kg 甲醛 3323 83 Kg 氨气 1268 35 Kg 水 37678 55 Kg 杂质 61 45Kg 计算过程计算过程 1 Q1的计算 Q1 mtCp 以 0 为基准 Cp 的求取 即 0 25 之间的平均比热容 A 甲醛的Cp 可查阅 化学数据速查手册 第 107 页 B 氨气的Cp 可查阅 化学数据速查手册 第 74 页 C 水的Cp 可查阅 化学数据速查手册 上册第 70 页 D 杂质的 Cp 用以上物质的平均值估算 表 5 3 物质的 Cp 值一览表 17 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 物质 温度 A 甲醛 B 氨气 C 水 D 杂质 25 1 44762 70434 18282 7782 由以上计算可知 Q1 A 16103 83 1 4476 25 582797 61KJ Q1 B 6083 67 2 7043 25 411301 72KJ Q1 C 28016 25 4 1828 25 2929659 26KJ Q1 D 61 45 2 7782 25 4268 01KJ 所以 Q1 Q1 A Q1 B Q1 C Q1 D 3928026 60kJ 2 Q4的计算 Q4 mtCp 以 0 为基准 Cp 的求取 A 乌洛托品的 Cp 可根据 科普法则 估算而得 kJ kg M Can C 18 140 18 4 46 2123 268 1 1 455158 kJ Kg B甲醛的Cp 可查阅 化学数据速查手册 第 107 页 C 氨气的Cp 可查阅 化学数据速查手册 第 74 页 D 水的Cp 可查阅 化学数据速查手册 上册第 70 页 E 杂质的 Cp 用以上物质的平均值估算 表 5 4 物质的 Cp 值一览表 物质 温度 A 乌洛 托品 B 甲醛 C 氨气 D 水 E 杂质 60 1 74621 73713 2452 5 0194 2 9370 18 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 由以上计算可知 Q4 A 9940 1 7462 60 1041457 54KJ Q4 B 3323 83 1 7371 60 346433 50KJ Q4 C 1268 35 3 2452 60 246959 92KJ Q4 D 37678 55 5 0194 60 11347332 41KJ Q4 E 61 45 2 9370 60 10828 72KJ 所以 Q4 Q4 A Q4 B Q4 C Q4 D Q4 E 12993012 09kJ 3 Q3的计算 化学反应热 OHNHCNHHCHO 241263 646 A 各物质标准生成热 107kJ mol 6 108H a 11 页 见 化学数据速查手册醛 ff q 74 kJ mol 9 45H b 22 页 见 化学数据速查手册氨 ff q 70 kJ mol 8 285H c 33 页 见 化学数据速查手册水 ff q B 乌洛托品的标准生成热的估算 查阅 化学工程师技术手册 可得 c q 4212 00kJ mol molkJ 70 408815 1431215 3956 kJ mol nq ce molkJqnqq cef 30 12300 421270 4088 4 因此 标准状态下的反应热的求取 molKJ qqqq molkJvqq ffff 3 756 30 123 8 1714 6 183 6 651 30 1236 8 285 4 9 456 6 108 6 46 4321 fr 因反应恒定在 t 温度下进行 而且反应物及生成物在 25 t 范围内 均无相变化 则qtr计算公式为 19 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 molkJvCqq pr t r 25 t 表 5 5 物质的 Cp 值一览表 物质 温度 A 甲醛 B 氨气 C 乌洛托品 D 水 25 1 44762 70431 45524 1828 取反应温度为 60 则 mol1003 02kJ kJ mol 0968 254552 1 8172 106856 8 353 756 61828 4 4552 1 47043 2 64476 1 35 9 1002 25 t t r pr t r q molkJvCqq 得 kJQ17 71122976 140 18 10009940 02 1003 r 因此 4 Q5 Q6的计算 据工艺要求 可以有 Q5 Q6 5 10 Q5 Q6 Q4 故取Q5 Q6 8 Q5 Q6 Q4 kJ14 1129827912993012 0 92 8 92 8 465 QQQ因此 5 Q2的计算 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q2 Q4 Q5 Q6 Q1 Q3 12993012 09 1129827 14 3928026 60 71122976 17 60928163 54kJ 6 冷却剂的消耗量 TC T Q hk 2 W Th 冷却剂的初温为 5 Tk 放出的冷却剂的末温为 15 C 冷却剂的比热容 5 与 15 之间的平均比热容 可查阅 化工工艺设 计手册 第 647 页 可得 2 8197KJ kg 则 KgW54 1391244 5 152 1897 54 60928163 TC T Q hk 2 20 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 所需冷冻盐水量为 1391244 54Kg 5 4 25 4 2 浓缩过程的热量衡算浓缩过程的热量衡算 1 母液 46941 37Kg 25 乌洛托品 9940 Kg 氨气 1268 35 Kg 水 35733 02 Kg 2 蒸出气体 20783 48 Kg 水 19744 31 Kg 氨气 1039 17 Kg 3 剩余液 26157 89 Kg 含 乌洛托品 9940 Kg 氨气 229 18 Kg 水 15988 71 Kg 1219 87 1 页书 第查 化学工程师技术全注 水蒸气的定压比热kgkJ 表 5 6 物质的 Cp 值一览表 物质 温度 A 乌洛托品 B 氨气 C 水 25 1 45222 70434 1828 60 1 74623 24525 0194 计算过程计算过程 1 Q1的计算 Q1 0kJ 2 Q4的计算 Q4 mtCp 以 25 为基准 Q4 A 9940 1 7462 60 25 607502 98 kJ Q4 B 1268 35 3 2452 60 25 144061 73 kJ Q4 C 35733 02 5 0194 60 25 6277541 22 kJ 21 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 Q4 Q4 A Q4 B Q4 C 7029105 93 kJ 3 Q3的计算 化学反应热 此过程没有发生化学反应 故化学反应热为 0KJ 状态变化热 除汽化外 没有其他状态变化 即求汽化热 水 qv 2432 65kJ Kg 查 化工工艺设计手册 第三版上册第二篇 P819 kJQ72 4803099531 19744 2432 65 v Q3 48030995 72 kJ 4 Q5 Q6的计算 据工艺要求 可以有 Q5 Q6 5 10 Q5 Q6 Q4 取Q5 Q6 8 Q5 Q6 Q4 kJ60 611226 93 7029105 92 8 92 8 Q 465 QQ则 5 Q2的计算 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q2 Q4 Q5 Q6 Q1 Q3 7029105 93 611226 60 0 48030995 72 55671328 25kJ 6 水蒸气消耗量 间接加热 可按以下公式计算 W 2 TCH Q P 式中 W 蒸汽的消耗量 Kg 或 Kg h kJ h 2 或的热量 由蒸汽传给物料及设备kJ Q H 蒸气的热焓 2253 02KJ kg 查阅 化工工艺设计手册 第三版上册 22 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 716 页 1219 87 1 页书 第查 化学工程师技术全水蒸气的定压比热kgkJ CP T 冷凝水温度 为 80 加热效率 对保温设备可取 0 97 0 98 不保温设备取 0 93 0 95 Kg20 27007 98 0 8087 102 2253 555671328 2 W 则 即 所需的水蒸汽消耗量为 27007 20Kg 5 4 35 4 3 结晶 离心过程的热量衡算结晶 离心过程的热量衡算 浓缩液 26157 89 Kg 乌洛托品 9940 Kg 杂质 229 18 Kg 水 15988 71 Kg 滤饼 5754 74 Kg 水 287 74 Kg 乌洛托品 9940 55 5467 Kg 母液 20430 15 Kg 乌洛托品 4473 Kg 水 15700 97 Kg 杂质 229 18 Kg 计算过程计算过程 1 Q1 的计算 Q1即上工段带来的Q4所以 Q1 7029105 93 2 Q4的计算 Q4 mtCp 以 25 为基准 所以 Q4 0 2 Q1 1405821 19kJ 3 Q3的计算 化学反应热 此过程没有发生化学反应 故化学反应热为 0KJ 状态变化热 结晶热 有 5467kg 的乌洛托品结晶出来 乌洛托品的结晶热可以近似采用其熔融热 对于有机物 23 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 K M T H m m 根据文献记载 乌洛托品的熔点为130 134 用 405 15K 计算 系数取 13 5 molkJmolkcalHm 11 163 02 39 5 13 18 140 15 405 kJ73 6361266 11 163 18 140 10005467 则结晶热为 所以 Q3 6361266 73kJ 4 Q5 Q6的计算 据工艺要求 可以有 Q5 Q6 5 10 Q5 Q6 Q4 取Q5 Q6 8 Q5 Q6 Q4 J122245 32k 19 1405821 92 8 92 8 Q 465 QQ则 5 Q2的计算 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q2 Q4 Q5 Q6 Q1 Q3 1405821 19 122245 32 7029105 93 6361266 73 12106796 79kJ 6 冷却剂的消耗量 TC T Q hk 2 W Th 冷却剂的初温为 25 Tk 放出的冷却剂的末温为 10 C 冷却剂的比热容 15 与 10 之间的平均比热容 选取 25 NaCl 冷冻盐水 见 化工工艺设计手册 上册 第二篇 P847 可得 C 3 3022KJ kg 24 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 则 KgW81 244418 25 10 3022 3 79 12106796 TC T Q hk 2 所需冷冻盐水量为 244418 81Kg 5 4 45 4 4 产品干燥岗位的热量衡算产品干燥岗位的热量衡算 1 滤饼 5754 74kg a 5754 74 95 5467Kg b 杂质 10 86Kg c 水 276 88Kg 2 水蒸汽 254 74Kg 3 粗品 5500 a 5467Kg b 杂质 10 86Kg c 水 22 14kg 表 5 7 物质的 Cp 值一览表 物质 温度 A 乌洛托品 B 水 C 水蒸汽 D 杂质 150 1 74624 1828 1 87 2 5997 1219 87 1 页书 第查 化学工程师技术全注 水蒸气的定压比热kgkJ 计算过程计算过程 1 Q1 的计算 以 25 为基准 Q1 0kJ 2 Q4的计算 Q4 mtCp 以 25 为基准 Q4 A 5467 1 7462 150 25 1193309 43KJ Q4 B 22 14 4 1828 150 25 11575 90KJ Q4 C 254 87 1 87 150 25 59575 86KJ Q4 D 10 86 2 5997 150 25 3529 09KJ 则 Q4 Q4 A Q4 B Q4 C Q4 D 1193309 43 11575 90 59575 86 3529 09 1267990 28kJ 25 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 3 Q3的计算 a 化学反应热 此过程没有发生化学反应 故化学反应热为 0KJ b 状态变化热 汽化热 水 qv 2432 65kJ Kg 查 化工工艺设计手册 第三版上册第二篇 P819 kJQ51 62000987 542 2432 65 v Q3 620009 51kJ 4 Q5 Q6的计算 据工艺要求 可以有 Q5 Q6 5 10 Q5 Q6 Q4 取Q5 Q6 8 Q5 Q6 Q4 kJ02 110260 28 1267990 92 8 92 8 Q 465 QQ则 5 Q2的计算 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q2 Q4 Q5 Q6 Q1 Q3 1267990 28 110260 02 0 620009 51 1998259 81kJ 6 水蒸气消耗量 间接加热 可按以下公式计算 W 2 TCH Q P 式中 W 蒸汽的消耗量 Kg 或 Kg h kJ h 2 或的热量 由蒸汽传给物料及设备kJ Q H 蒸气的热焓 2253 02KJ kg 查阅 化工工艺设计手册 第三版上册 716 页 26 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 1219 87 1 页书 第查 化学工程师技术全水蒸气的定压比热kgkJ CP T 冷凝水温度 为 80 加热效率 对保温设备可取 0 97 0 98 不保温设备取 0 93 0 95 Kg01 1000 95 0 8087 102 2253 1998259 81 W 则 即 所需的水蒸汽消耗量为 1000 01Kg 第 6 章 设备选型与计算 6 1 理论依据 设备所需台数根据以下公式计算 27 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 24 VdT vanp 式中 式 Vd 根据生产任务 通过物料衡算确定的每天处理物理量 m3 d Va 设备的名义容积 m3 Vp 设备的有效容积 m3 Vp Va 设备的装料系数 T 设备每一生产周期的持续时间 h 生产过程的持续时间 T 包括反应时间 T1和 辅助过程时间T2 a 每天总的操作批数 每天每台设备的操作批数 np 需用设备台数 n 实际安装的设备台数 设备生产能力的后备系数 实际上 往往由于设备的检修及其它原因 不能连续地进行生产 因此 还 得考虑设备的后备系数 故实际安装的设备台数为 Va VdT nn p 24 100 1 对于不起泡的物理或化学过程 一般装料系数 0 7 0 8 对于沸腾的或有泡沫产生的物理或化学过程 一般装料系数 0 4 0 6 流体的计量及储存设备 一般装料系数 0 85 0 9 6 2 主要设备的选型与计算 1 1 反应釜 反应釜 设备选型 生产周期 T 5 5h 由于反应料液不发生泡沫 不沸腾 取装料系数 0 80 从加成反应工段的物料衡算表 3 2 可知 加成反应釜每天的处理的物料总量为 28 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 Vd 40738 76 L 根据公式 24 VdT vanp 计算 得 L VdT vanp96 11669 80 0 24 5 576 40738 24 依据 化学工程师技术全书 P237 241 其加成反应釜的主要技术参数如下 型号标记 K 0 25 19 GI DMBC HC 2371 92 公称体积 2500L实际容积 2775L 传热面积 8 3m2 电机功率 4 0kW 公称直径 1450mm 公称压力 0 25Mpa 参考质量 2726Kg 不包括电传动装置和搪瓷玻璃质量 人孔或手孔 带视镜和平衡器人孔 轴密封 带冷却水夹套填料箱 温度计套 带测温透的温度计套 搅拌器 锚式 容器支座形式 支撑式 则需用的设备台数 p n 11669 96 2500 4 670 5 台 校核计算校核计算根据以上的选型计算可知 每台釜每天操作 4 4 批 共计 22 批 则每批 的进料体积为 V Vd 20 40738 76 22 1851 76L 则 1851 76 2500 0 74 0 80 符合要求 2 2 蒸发罐 蒸发罐 根据公式 24 VdT vanp 计算 得 L VdT vanp02 10236 80 024 5 502 35733 24 依据 化学工程师技术全书 P251 252 选取公称容积为 3000L 的陶瓷蒸发罐 主要技术参数如下 见表 5 1 29 3000t a 乌洛托品车间工艺初步设计 表 5 1 反应液蒸发罐的基本技术参数 D1600H600 D1120H630 D1750H315 D1962H300 D30 卡子规格 M24 L2475 卡子数量 52 H1810 公称容积 3000 则需用的设备台数 p n 10236 02L 3000L 3 412 4 台 3 3 乌洛托品贮罐 乌洛托品贮罐 根据公式 24 VdT vanp 计算 得 L VdT vanp10 4580 80 0 24 5 571 15988 24 依据 化学工程师技术全书 P159 160 选取 HG5 1579 85 公称容积为 3 5m的 椭圆形封头贮罐 则需用的设备台数 p n 4580 10L 5000L 4 580 1 台 4 4 离心机 离心机 操作工时 2h 每批的生产能力 14260 79 4 4 3241 09kg 则每小时每批的生产能力 3241 09 2 1620 54kg 根据离心料液的特性 为固液分离 间歇操作及以上参数 查 化工工艺设计手 册 第三版上册第二篇 P176 182 选取三足式上悬式过滤离心机 主要技术参数 型号 SS 1100 名称 三足式上部卸料离心机 转鼓规格 转鼓直径 高度 mm 1800 550 外形尺寸 长 宽 高 mm 2350 1800 1200 30 3000t a 乌洛托品车