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年产 5 万吨三聚氰胺化工厂设计I 年产 5 万吨三聚氰胺工厂设计 摘 要 三聚氰胺是一种重要的氮杂环有机化工原料 是尿素的深加工产品 三聚氰胺还可以作阻燃剂 减水剂 甲醛清洁剂等 三聚氰胺生产方法有 双氰胺法和尿素法 由于以尿素为原料的生产路线的各项技术经济指标远 远好于双氰胺为原料的工艺路线 双氰胺法已逐步被淘汰 尿素法是今后 发展方向 对于把三聚氰胺作为尿素的下游产品进行开发的项目 它有着 得天独厚的条件 临近尿素生产装置 能向三聚氰胺装置可靠地提供熔融 尿素原料 又能将三聚氰胺装置的副产品甲胺液返回到尿素装置再生产尿 素 本设计是年产5万吨三聚氰胺工厂设计 主要进行了工艺计算 设备选型 并绘制了全厂平面布置图 工艺流程图 设备装备图 生产车间的立面图 和平面图 关 键 词 三聚氰胺 尿素 氨 二氧化碳 设备选型 福建农林大学大学毕业论文 设计说明书 II The Factory of Melamine Whose Output is 50 000 Tons Per Year ABSTRACT Melamine is an important nitrogen heterocyclic organic chemical raw materials are deep processing products of urea melamine can make a flame retardant water reducing agent formaldehyde cleaning agent Method for producing melamine dicyandiamide and urea method The process route of technical and economic indexes using urea as raw material production line is far better than dicyandiamide as raw material dicyandiamide has gradually been eliminated urea method is the developing direction in the future The melamine as the downstream product urea projects it has be richly endowed by nature conditions Near the urea production device can provide the melting urea raw device reliably to melamine and the by product of methylamine liquid melamine device back to urea urea plant reproduction The design is an annual output of 50000 tons of melamine plant mainly through the process calculation equipment selection and the plant layout process flow diagram equipment production workshop elevations and plans KEY WORDS melamine urea Ammonia carbon dioxide the equipment computation and the shaping 年产 5 万吨三聚氰胺化工厂设计III 目 录 一 总 论 1 二 工程设计条件与总平面布置 2 2 1 设计任务 2 2 1 1 设计原则 2 2 1 2 约束条件 2 2 2 工程设计条件 3 2 2 1 原材料及辅助物料的资源条件 3 2 2 2 公用工程概述 3 2 2 3 用电 供电要求 3 2 2 4 通风设计 4 2 2 5 给排水设计 4 2 3 劳动力资源条件劳动力资源条件 5 2 3 1 工厂组织 5 2 3 2 人员配备 5 2 4 全厂总平面设计 6 2 4 1 总平面设计任务和步骤 6 2 4 2 总平面设计任务 6 2 4 3 工厂组织 6 2 4 4 总平面设计原则及方法 7 2 4 5 总平面布置评述 8 2 5 厂址选择 9 2 5 1 建厂依据 9 2 5 2 指导方针 基本原则 9 2 5 3 选厂经过 10 2 5 4 地质水文资料 10 2 6 气象资料 10 2 6 1 气温 10 2 6 2 相对湿度 11 2 6 3 降雨量 11 三 车间布置设计 12 福建农林大学大学毕业论文 设计说明书 IV 3 1 车间布置设计的概述 12 3 2 车间布置设计的原则及方法 12 3 3 车间布置设计与评述 13 3 3 1 关于平面布置方案 13 3 3 2 关于厂房形式 13 3 3 3 车间设备布置 14 3 3 4 车间辅助室和生活室布置 15 3 4 工艺流程设计 15 3 4 1 工艺流程设计的重要性 15 3 4 2 工艺流程设计的原则 15 3 5 车间生产综合叙述 16 3 5 1 车间概况及特点 16 3 5 2 工作制度 16 3 5 3 成品主要技术规格及标准 17 3 6 工艺设计 17 3 6 1 三聚氰胺生产流程叙述 17 3 6 2 R101 塔的工艺计算 19 3 6 3 出塔气换热器的工艺计算 24 3 6 4 气体淬冷器的热量衡算 29 3 6 5 尿素洗涤塔的工艺计算 30 3 6 6 旋风分离器的工艺计算 34 3 6 7 尾气吸收塔的工艺计算 35 3 7 设备型号一览表 40 3 7 1 塔的选择 41 3 7 2 泵的选择 41 3 7 3 旋风分离器的选择 42 3 7 4 贮罐的选择 43 3 7 5 换热器的选择 44 3 7 6 工业炉的选择 44 3 7 7 热气过滤器的选择 45 3 7 8 气体淬冷器的选择 46 3 8 设计结果 46 3 8 1 设计成果 46 3 8 2 图纸及比例 46 3 8 3 关键设备一览表 46 年产 5 万吨三聚氰胺化工厂设计V 四 安全生产及环境保护 48 4 1 环境保护与综合利用 48 4 2 劳动安全卫生 49 致 谢 51 参 考 文 献 52 年产 5 万吨三聚氰胺化工厂设计1 一 一 总总 论论 三聚氰胺是一种重要的氮杂环有机化工原料 是尿素的深加工产品 主要用于生产 三聚氰胺 甲醛树脂 广泛用于木材加工 塑料 涂料 造纸 纺织 皮革 电气 医药等行业 目前是重要的尿素后加工产品 此外三聚氰胺还可以作阻燃剂 减水剂 甲醛清洁剂等 三聚氰胺生产方法有双氰胺法和尿素法 由于以尿素为原料的生产路线的各项技 术经济指标远远好于双氰胺为原料的工艺路线 双氰胺法已逐步被淘汰 尿素法是今 后发展方向 对于把三聚氰胺作为尿素的下游产品进行开发的项目 它有着得天独厚 的条件 临近尿素生产装置 能向三聚氰胺装置可靠地提供熔融尿素原料 又能将三 聚氰胺装置的副产品甲胺液返回到尿素装置再生产尿素 随着中国经济总体发展水平的不断提高 人们对高档建筑装饰材料的需求不断增 加 极大地刺激了三聚氰胺在建筑装饰材料生产方面的消费 目前 我国生产的三聚 氰胺近一半用于出口创汇 随着我国加入世贸组织 更为我国的三聚氰胺产品参加国 际市场竞争提供了极为有利的条件 从全球角度看 国外相当一部分三聚氰胺厂家成 本要高于国内生产厂家的成本 为拓宽国际市场提供了有利条件 我国有2家在建规模为3万吨和2 6万吨外 其余7家多是1万吨左右的规模 数量多 规模小是我国三聚氰胺行业的突出问题 根据三聚氰胺产业目前的现状 国内三聚氰 胺的主要消耗领域是木材加工 涂料和造纸等行业 三聚氰胺深加工产品在建筑 轻 工 涂料 塑料 造纸 纺织皮革 电子和材料加工等行业中的应用前景十分广阔 美国 西欧的三聚氰胺生产厂主要出口地区是东南亚 由于东南亚地区对层压板 和模塑料的强劲需求 该地区对木板粘合剂和表面涂料的需求增长也较快 预计 2009 2010年期间年需求量平均增长率为10 预计2009 2012年间 世界三聚氰胺的需求将以年平均4 1 的速度增长 2010年 需求量将达到180万吨左右 近几年中国三聚氰胺消费快速增长 中国需求量较大的市场是广东 广西 苏南 地区 东北 浙闽 西北 湘赣等地的市场 其需求量不断增加 价格也比较稳定 随着西部大开发的进行 今后西部地区的用量也将不断的增加 预计未来几年中国对 三聚氰胺消费增长幅度仍会保持在15 20 2010年中国消费量将达到22万吨左右 新建装置一定要考虑技术起点要高 同时必须考虑规模效益 尤其要避免低水平 重复建设现象 有关业内人士认为规模小于 1 5 万吨的新建装置已不具备国际竞争力 本设计的规模为年产 5 万吨三聚氰胺工厂 福建农林大学大学毕业论文 设计说明书 2 二 工程设计条件与总平面布置二 工程设计条件与总平面布置 2 1 设计任务设计任务 三聚氰胺生产工厂的工艺流程设计 物料 热量衡算 主要设备的计算和选型 画出工艺流程图 设备装备图 车间平面 立面布置图以及全厂平面图 2 1 12 1 1 设计原则设计原则 设计要求 1 产品的数量和质量指标 2 经济地使用资金 原材料 公用工程和人力 3 考虑各种明显和潜在的危险 保证生产人员的安全 4 符合国家和各地的环境保护法规 对排放的三废进行处理 5 整个系统必须可操作和可控制 2 1 22 1 2 约束条件约束条件 外部约束指 1 政府制定的各种法律 2 各种自然规律 3 安全要求 4 资源情况 5 各种必须遵循的标准和规范 内部约束指 1 技术的成熟程度 价格和使用条件 2 原材料 建筑材料 关键设备的供应难易 3 允许和必要的实际时间 4 人员素质和数量 5 建厂地区的具体情况 年产 5 万吨三聚氰胺化工厂设计3 2 22 2 工程设计条件工程设计条件 2 2 12 2 1 原材料及辅助物料的资源条件原材料及辅助物料的资源条件 本厂原材料为尿素 辅助物料主要为液氨可由就近的当地化工生产企业提供 生成的 三氯氰胺气体冷却 蒱集后得粗品 然后经溶解 除去杂质 重结晶得成品 尿素法生产三聚氰胺每吨产品消耗尿素 3 8 吨 液氨 0 5 吨 2 2 22 2 2 公用工程概述公用工程概述 公用工程是指全厂各部门有密切联系的 为这些部门所共有的一类动力类辅助设施 公用工程一般包括 供排水 供汽 供电 仪表 制冷 采暖 通风 公用工程的设计中 常涉及到公用工程的区域的划分 厂外工程 厂区工程 车间内 工程 对于厂外工程一般由当地的市政工程部门负责 对于厂区工程一般由专业化工设计 院负责设计 对于车间内工程皆由工业设计人员负责 一般包括所有设备及管线的安 装 电器 照明 采暖 通风等 2 2 32 2 3 用电 供电要求用电 供电要求 1 电源 生产中使用易燃易爆物料 为连续生产中途不允许突然停电 a 生产车间 泵房 锅炉房 消防泵等均属于二级负荷用电 以免停电影响产品质 量 其余用电属于三级负荷用电 b 供电形式 采用一个住电源 一个保安电源 主电源取自由电力系统 厂内变电所变电 380V 工业用电 工厂自备保安电源 采用 380V 低电源直接供电 c 根据 GB50058 92 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 将爆炸性气体混合 物出现的频繁程度和持续时间进行分区 2 配电系统 采用出电式 既由变压开关站引出的单独供电线路 向各车间变电器供电 供电结 构采用电缆 3 电机的选择 根据生产具体情况采用 YB 系列新型防爆电动机 其级别和组别不应低于该爆炸危 福建农林大学大学毕业论文 设计说明书 4 险场所内爆炸性混合物的级别和组别 4 照明系统 良好和安全的照明对安全生产 提高劳动率都有重要意义 a 光源种类 在厂房较低处大量采用装置简单的白炽灯 在厂房较高处采用光效高寿命长的荧 光高压汞灯 b 灯具种类 有爆炸性气体混合物出现和爆炸性介质出现的场所采用防爆型灯具 在容易潮湿的厂房和户外采用封闭型灯具 在有震动的场所采用具有防震的灯具 在灼热和多尘的场所采用投光灯 2 2 42 2 4 通风设计 通风设计 露天设备采用自然通风 2 2 52 2 5 给排水设计给排水设计 1 供水要求 a 生活用水 水的硬度 1 5 PH 6 5 8 5 水质符合国家卫生标准 b 消防用水 根据 建筑设计防水规范 中有关数据 2 给水系统 a 生产用水 采用海水 须经过一定软化处理达到水质要求 分别按不同水质送至装置 b 循环冷却水 设置循环冷却塔 将水循环使用 为防在循环水系统中产生腐蚀 结垢 需要投入水 质稳定剂 同时为了维持水质 需要不断排污和不加新水 c 锅炉用水 用海水 直接使用会产生结垢影响传热 损坏锅炉 因此须经沉淀软化 离子交 换等处理 使水符合锅炉给水的的水质标准 d 生活用水 生活用水采用海水 在厂区自设净化过滤系统 与生产用水分设系统供应 设置 高位储水池 以保证平时用水量 并降低泵的能耗 e 消防用水 消防用水在短时间内用水量很大 要求设置独立系统 并要求在生产 生活用水 年产 5 万吨三聚氰胺化工厂设计5 系统设置消防泵 以保证水压 3 排水系统 1 工业废水 有高含量化学污染物 应在厂内经适当处理后一部分循环使用 另一 部分排入城镇的排水管道 2 生活废水 在排出前必须经过处理 以免恶化水体并影响人体安全 3 雨水 一般不经过处理 直接排入排水系统 采用合流排水系统 2 32 3 劳动力资源条件劳动力资源条件 2 3 12 3 1 工厂组织工厂组织 本厂职工按工作性质分为 生产性人员和非生产性人员 生产人员占全厂职工的 60 左右 非生产人员占全厂人员的 35 左右 在非生产性人员中 55 为科研人员 兼职行政人员 10 为保安人员 35 为勤杂人员 2 3 22 3 2 人员配备人员配备 见表见表 1 11 1 表 1 1 人员配备表 序号岗位名称每日班次周工作天数单班人数在册人数 1 门卫 3744 2 劳司 2612 3 食堂 2736 4 成品库 3728 5 锅炉房 3739 6 配电所 3713 7 交电所 3713 8 反应工序 36310 9 包装工序 36310 10 尾气工序 3639 11 中和工序 3639 12 技术员 16412 13 车间管理员 1626 14 原料库 3728 总计 307934100 福建农林大学大学毕业论文 设计说明书 6 2 42 4 全厂总平面设计全厂总平面设计 2 2 4 1 总平面设计任务和步骤 全厂平面设计为本设计的一项重要任务 是结合厂区的各种自然条件和外部条件 确定生产过程中的各种对象在厂区的位置 总平面设计的合理 将获得最合理的物料 和人员的流动路线 创造协调和合理的生产和生活环境 组织全厂构成一个能高度发 挥效益的生产整体 2 4 2 总平面设计任务 1 结合建厂地区的具体条件 按照原料进厂到出厂的整个生产工艺过程 合理安排 场内外各建筑物 构筑物 堆场等的相对位置 2 经济合理的搞好平面和竖向布置 正确选择标高 确定场内外运输方式 动力和水 源 3 节约用地 布置紧凑 合理布置技术管网 4 给化工厂的发展留有余地 5 重视绿化 厂区卫生安全 消防条件 创造美好的工作条件 2 4 32 4 3 工厂组织工厂组织 1 生产车间 a 原料车间 包括原料库等 b 包装配套 检验包装等 2 辅助车间 包括锅炉房 变电站 污水处理站 循环冷却水构筑物 水泵房等 3 运输设施 包括道路 广场 起吊设备等 4 堆场和仓库 包括原料 燃料的露天堆场 成品出料仓库等 5 行政管理部门和生活室 6 厂区绿化 7 扩展备用地 2 4 42 4 4 总平面设计原则总平面设计原则及方法及方法 1 必须满足生产和运输要求 a 符合生产工艺的要求 避免生产流程的交叉重复 是物料的输送距离尽可能 年产 5 万吨三聚氰胺化工厂设计7 短 b 供水 供电 供热 供汽及其它公用设施尽可能靠近负荷中心 是公用工程 介质的运送距离最短 c 厂区内得到路短捷 人流与货流之间避免交叉和迂回 d 厂区布置还要求厂容整齐 厂区环境优美 布置紧凑 节约用地 2 满足安全和卫生要求 a 厂区布置应严格遵守防火 卫生等安全规范和有关规定 b 火灾危险性较大的车间与其它车间的间距应按照规定的安全距离设计 c 经常散发可燃气体的场所 应远离各类明火源 d 火灾 爆炸危险性较大和散发有毒气体的车间 装置 应尽量采用露天或半 敞开的布置 e 环境洁净度要求较高的车间应与污染源保持较大距离 3 应满足有关的标准和规范 常用的规范有 建筑设计防火规范 化工企业总 图运输设计规范 厂矿道路设计规范 工业企业卫生防护距离标准 4 工厂布置应满足施工和安装的作业要求 特别是应考虑大型设备的吊装 厂区道 路的路面结构和载荷标准等应满足施工安装要求 5 竖向布置应满足生产工艺布置和运输 装卸对高程的要求 设计标高应尽量与自 然地形相适应 力求使场地的土石方工程量为最小 6 综合管线统筹安排 防止干扰 力求管线短 拐弯少 并与道路 建筑的轴线以 及相邻管线向平行 7 近期建设和远期发展相结合 主要生产车间留有适当的发展余地 但必须注意与 城市建设和地域总体规划相适应 轻化工工厂变化较快 综合利用较广 加工深 度较深 大多数工艺流程更新快 这要求在设计实现留有较大的预留地 以满足 工厂发展变化的需要 8 采取各种措施 提高建筑系数和场地利用稀疏 建筑系数一般为 25 40 场地 利用系数一般为 50 60 这是总平面设计的主要技术经济指标 9 建筑群体应合理划分厂区 布置道路运输系统 进行管道综合 竖向布置 环境 保护等设计 空间和造型设计应具有特色 简洁 大方 美观 明朗 2 4 52 4 5 总平面布置评述总平面布置评述 1 生产车间布置 主要生产区选择两层厂房 便于组织和运输及个工序的衔接 以 及生产的自动化和流水线的组合 2 辅助车间布置 根据总平面布置原则 以生产车间为中心 对各个辅助车间布置 如下 福建农林大学大学毕业论文 设计说明书 8 a 维修车间 远离厂区前 降低噪音污染 在主力生产车间附近 便于设备维 修 b 锅炉房 布置在用蒸汽较多的地方 且是主导风向的下风向 c 变配电站 靠近电力负荷中心 缩短了电线路线 减少了投资 且在水处理 车间的上风向 煤堆场的平行风向 d 水处理车间 靠近负荷中心 处理每日生产车间所需的工业用水 并提供部 分生活用水 e 循环水冷却构筑物 靠近生产车间 且通风良好的开阔地带 应位于朱建筑 物的冬季主导风向的下侧 f 堆场和仓库 尽量靠近相应的生产车间及辅助车间 且位于主力干道边缘 在主导风向的下风向 置于厂区边缘 有利于原料或产品的进出厂 且当火 灾发生时 消防车的顺利到达出事地点 3 运输设备布置 车库油库均布置在主干道边缘 道路设计为主力干道 宽 12 米 人行道每边各 1 5 米 此干道 6 米 车间引道 3 4 米 这样有利于消防和道路 的改造 4 行政管理部门和生活室 一般布置在生活区的边缘且位于主导风向的上风向 5 绿化和美化区 本厂的绿化包括生产区 福利区的绿化带 既有专门的绿化区 也有环绕厂房及其他建筑物的绿化带 绿化带以草坪为主 路旁加种树木 这 样 可使场区空气得以净化 噪音减小 美化和改善了环境的卫生条件 使本 厂的小环境 小气候得以明显改善 综上所述 平面布置有以下几个特点 1 厂房建筑物的布置与生产工艺流程相适应 原料 半成品和成品形成整个顺 序 尽量保证流水作业 避免逆行和交叉 2 锅炉房 水泵房 配电站等辅助车间尽量靠近其主要部门 以缩短车间距离 节省投资 3 由前区到生产区主要干道 应避免与主要运输道路交叉 4 尽量使大多数厂房向阳 背风 避免瓦斯等 尽可能使各厂区有条件采用自 然采光和自然通风等 5 按防火规范的要求 保证建筑物之间的距离 符合规定 6 根据卫生规范的要求 保证厂区内卫生符合规定 7 根据环境发展的要求 生产区设在有废渣处理系统 废水处理系统 废气处 理系统等设施 8 考虑工厂今后的发展 在厂区留有建筑余地 9 尽量做到以生产区为轴线 再考虑辅助车间 行政楼和道路的安排 年产 5 万吨三聚氰胺化工厂设计9 2 52 5 厂址选择厂址选择 2 5 12 5 1 建厂依据建厂依据 根据国家和地区的发展规划和拟建化项目的具体情况 通过考察和比选 合理确 定项目的地区 建设地点和具体坐落位置 新建厂址位置为东南地区的福建省 因为 其用水方便且水源充足 距离原材料加工厂较近 2 5 22 5 2 指导方针指导方针 基本原则 基本原则 1 厂址符合国家工业布局 城市或地区的规划要求 2 厂址宜选在原料 燃料供应和产品销售便利的地区 3 厂址应靠近水源充足 良好的地区 4 厂址应尽可能靠近原有的交通线 即交通便利的地区 5 选厂址时注意自然资源 注意节约用地 不占用或少占用良田 6 厂址应不妨碍活不破坏农业水利工程 应尽量避免拆迁 7 厂址应避开洪水位 避免建在地震 洪水 泥石流的自然灾害易发生地区 采矿 区域 风景旅游地 文物保护区 自然瘟疫区 2 5 32 5 3 选厂经过选厂经过 厂址选择考虑到地势 交通 协作等问题 作为化工原料生产基地 厂址定在福建 省三明市 主要理由如下 1 本化工厂是潜在污染较大的有机化工厂 厂址必须要远离城市 防止当原 料或者产品泄漏时 给环境和当地居民造成不可挽回的伤害 2 环境布局符合安全环境保护要求 地势平整 公路 铁路等一系列交通设 施齐全 3 气候温和 雨量充沛 河道密布 排水良好 有可靠的供 输电系统 4 厂址附近有充足的劳动力资源 建筑材料供应 有充足的施工 设备组装 堆放场地 5 三明市是福建省重要的原材料工业基地 福建农林大学大学毕业论文 设计说明书 10 2 5 42 5 4 地质水文资料地质水文资料 1 地处沙溪江岸边 京福高速公路之侧 交通便利 2 以红土为主 呈酸性 环太平洋活动大陆边缘 红土具有高含水率 低密度而 强度较高 压缩性较低的特性 2 62 6 气象资料气象资料 2 6 1 气温气温 最热七月份 平均气温为 30 最冷一月份 平均气温为 5 历年平均气温 20 年平均风力 4 级 年极端最低气温5 年平均相对湿度77 7 年极端最高气温42 2 年平均相对气压1033 毫帕 年无霜期 330 天 2 6 22 6 2 相对湿度相对湿度 三明市属于亚热带季风气候区 雨量多 四季分明 全年七月份平均为 60 月 平均为 45 2 6 32 6 3 降雨量降雨量 年降水量平均为 2300 毫米 3000 毫米 年平均湿度为 77 7 年产 5 万吨三聚氰胺化工厂设计11 三 车间布置设计三 车间布置设计 3 13 1 车间布置设计的车间布置设计的概述概述 车间布置设计包括车间各工段 各设施在车间厂址范围的布置和车间设备 在车间 中布置两部分 前者称车间厂房布置设计 后者称车间设备布置设计 3 2 车间布置设计的原则车间布置设计的原则及方法及方法 车间布置设计的原则 1 车间平面布置首先必须适合全厂总平面布置的要求 应尽可能使各车间的平面布 置在总体上达到协调 整齐 紧凑 美观 相互融合 浑为一体 2 从生产需要出发 最大限度地满足生产 既要符合流程 满足生产 便于管理 便于运输 利于设备的安装和维修 3 生产要安全 既要全面妥善的解决防火 防爆 防毒 防腐 卫生等方面的问题 符合国家的有关规定 4 要考虑将来扩建及增建的余地 为今后生产发展 品种改革 技术改造提供方便 5 经济效果要好 车间平面布置设计应简捷 紧凑 以达最小的占地面积 6 便于生产管理 安装 操作 检修 车间布置设计的基本依据 在进行工艺设备布置时应注意 第一 符合生产工艺要求 做到流程通畅 生产连 续正常 第二 符合设备安装检修要求 要考虑设备的安装 检修和拆卸的可能及 其方式方法 第三 符合安全要求 要创造良好的工作条件和环境 保证操作者的 人身安全和生产正常运行 常用的 计规范和规定 a 建筑设计防火规范 GBJI6 87 2001 修订版 b 化工企业安全卫生设计规定 HG20571 95 c 工业企业厂界噪音标准 GB2348 90 d 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规定 GB50058 92 福建农林大学大学毕业论文 设计说明书 12 3 33 3 车间布置设计与评述车间布置设计与评述 3 3 13 3 1 关于平面布置方案关于平面布置方案 工厂车间布置方案一般有长方形型 L 型 T 型等数种 其中以长方形布置采用最 多 长方形布置的优点是施工方便 节约用地 有利于设备摆列 缩短管道 便于安 排交通和出入口 有较多可供自然采光和通风的墙面有利于今后发展 长方形布置适 用于中小型车间 3 3 23 3 2 关于厂房形式关于厂房形式 1 厂房形式 集中式或分散式厂房 一般的轻化工工厂 由于生产规模限制 车间各工段联系频繁 生产特点无显著 差异 在符合建筑设计防火规范及工业企业设计卫生标准的前提下 结合建厂地 区的具体情况 可采用集中布置 生产规模较大 车间中各工段的生产特点有显 著差异 集中布置不利于生产管理和安全生产是时 要考虑分散布置 本厂生产 规模中等 采用集中式厂房 单层或多层厂房 一般情况下多层厂房占地少 但造价高 单层厂房占地多 但造价 低 在设计时 必须根据不同的工艺流程及其采用的设备以及场地的条件 对厂房提出不同的要 求 本厂根据生产流程以及设备的限制 设计成二层厂房 2 关于厂房的层高 工厂厂房高低取决于设备的高低 安装的位置以及安全生产等条件 厂房层高应 符合建筑模数制的要求 即 0 3m 的倍数 一般工厂厂房的层高为 4 6m 采用框架 或混合结构的多层厂房 层高多采用 5 1 6m 最低不得低于 4 5m 本厂根据生 产需要 采用 6m 的层高 3 关于厂房柱网和厂房宽度 a 厂房柱网 厂房柱网车间布置的设计有密切关系 就一般而言 跨距大小 层 高都会有变化 一般化工工厂多层厂房常采用 6 6m 的柱网 因为这样的跨度 较经济 本厂设计为 6 6m 的柱网 b 厂房宽度 厂方宽度一般由以下几个方面所决定 各工艺设备所占厂房宽度 之和 各工艺设备沿厂房宽度方向间距之和 厂房内纵向通道之和及纵墙厚 度 对多层厂房来说 由于受到自然采光和通风的限制 其总宽度一般不超 年产 5 万吨三聚氰胺化工厂设计13 过 24m 单层厂房的总宽度不宜超过 30m 一般车间的宽度常为 2 3 跨 3 3 3 车间设备布置车间设备布置 1 保证工艺流程的畅通 既保证工艺流程在水平方向和竖直方向的连续性 以利于 生产的顺利进行 应充分利用高位差布置有压差的设备主要设备如反应器布置在 中层 贮槽布置在底层 相同的设备或同类的设备应尽可能布置在一起 如热交 换器 泵 2 考虑合适的设备间距 设备间距过大 会增大建筑面积 拉长管道 从而增加建 筑和管道的投资 同时操作和管理都不方便 设备间距过小 虽可节省占地和投 资 但会带来操作 安装和维修的困难 3 满足生产方便操作 如彼此相连续的各工序的设备 应尽量配置靠近些 以缩短 联系他们之间的输送线 设备之间尽可能达到自动流送物流 这样可减少输送设 备 4 满足安装检修 拆卸的要求 一般厂房大门的宽度要比所需要过的设备宽度达 0 5m 左右 对二层楼或更高时的情况 一般应在楼板上设置吊装孔 本厂厂房 大门宽度设计为 4 0m 5 考虑运输通道 如每排设备至少一侧要留有通道 大的室内设备在底层还要留有 移出通道 并接近大门布置 通道的宽窄取决于运输工具 运输物件的外形尺寸 及人流 货流通过量 6 考虑物料的防火 防爆 防毒及噪音 噪音大的设备宜采用封闭的隔绝 对方热 量大 有毒的工段 在室内应设置送风设备 以满足卫生标准 7 有剧烈震动的设备应布置在厂房的底层 其操作台和基础不得与建筑物的柱墙相 连 8 在厂房大门以及楼梯旁布置设备时要求不影响开门并确保人出入通畅 3 3 43 3 4 车间辅助室和生活室布置车间辅助室和生活室布置 1 生产规模不大的车间 多是将辅助室 生活室集中布置在车间中的一个区域内 2 生活室中的办公室 化验室 休息室已布置在南面房间 更衣室 厕所可布置在 厂房的北面 3 有毒的或者对卫生方面有特殊要求的工段必须设置专用的浴室 福建农林大学大学毕业论文 设计说明书 14 3 43 4 工艺流程设计工艺流程设计 3 4 13 4 1 工艺流程设计的重要性工艺流程设计的重要性 1 工艺流程设计是工厂设计最主要的内容 工艺流程设计的质量直接决定车间的生 产产品质量 生产能力 操作条件 安全生产 三废治理 经济效益等一系列根 本性问题 2 工艺流程设计是工艺设计的核心 在整个设计中 设备选型 工艺计算设备布置 等工作都与工艺设计有直接关系 只有工艺流程确定后 其他工作才可以展开 3 4 23 4 2 工艺流程设计的原则工艺流程设计的原则 1 先进性 工艺流程的首要条件是技术上的可行性和经济上的合理性 技术上有尽可能先进 才可能有较大的竞争力 经济上主要考虑技术指标优良 原材料及能耗少 成本 低 生产安全 产品质量好 2 可靠性 可靠性指所选的工艺路线是否成熟可靠 要防止只考虑先进性 而忽视装置的可 靠性 所设计的工艺流程必须可靠即经过实验室 工业小试 中试 证明技术是 成熟的 生产安全可靠 才可以设计选用 3 结合国情 因地制宜 工艺流程的选择从技术角度来说 应尽量采用新工艺 新技术 单从具体情况考 虑 并不必选择国外的先进的技术 因为国外的技术往往价格较高 技术保密性 强 没有实用价值 所以 结合实际 选择自己易于掌握和改进的技术要方便 实用 3 4 33 4 3 工艺流程图 工艺流程图 年产 5 万吨三聚氰胺化工厂设计15 反应粹冷洗涤旋流器解吸 过滤结晶干燥粉碎产品 尿素 氨 稀甲胺液去尿素装 置 气氨 3 53 5 车间生产综合叙述车间生产综合叙述 3 5 13 5 1 车间概况及特点车间概况及特点 本车间年生产 5 万吨成品三聚氰胺 采用以位流化尾气床载气 熔融尿素为原料 在催化剂 Al2O3 SiO2催化下 生成三聚氰胺的气体淬冷法 1 采用流化床反应器 使传质 传热效率提高 使用雾化加料方式是反应器温度稳 定 达到较高的转化率 2 采用气相淬冷法 温度严格控制在三聚氰胺凝固点以下 实现连续出料 3 设置尾气吸收塔 可制成甲胺溶液 可送至尿素工段合成尿素 提高经济效益 3 5 23 5 2 工作制度工作制度 正常工作日采用四班三运转 法定假日和星期假日采用轮换倒班制度 连续工作 制 工作日 365 设备维修日 365 65 300 天 福建农林大学大学毕业论文 设计说明书 16 3 5 33 5 3 成品主要技术规格及标准成品主要技术规格及标准 质量指标 国家标准 GB T9567 1997 指标名称优等品一等品 外观白色粉尘 无外来杂质 纯度 99 899 0 水分 0 10 2 PH 值PH 值 甲醛水溶解试验 色度 Hazen 单位 铂一 钴色号 度 20 30 浊度 高岭土浊度 度 2030 3 63 6 工艺设计工艺设计 3 6 1 三聚氰胺生产流程叙述 生产流程包括 7 个系统 熔盐系统 尿素洗涤系统 反应系统 热气过滤系统 反 应气体的淬冷 分离系统 尾气吸收系统 1 熔盐系统 在三聚氰胺反应器中 尿素生成三聚氰胺所需的热量由熔盐系统供给 熔盐由熔盐 泵送至熔盐加热炉的盘管内 由燃料燃烧将其加热到 445 然后送进三聚氰胺反 应器内 反应器内设有熔盐加热管 熔盐从盘管内流过时给关外的催化剂供热 提 供尿素生成三聚氰胺所需的热量 进行换热后的熔盐的温度约为 405 此后熔盐 流回熔盐槽 再由熔盐泵循环回熔盐加热炉 2 尿素洗涤系统 固体原料尿素用风扇输送至尿素速融洗涤塔 尿素被快速加热熔化 然后通过泵将 尿素送至反应器 作为反应原料 3 反应系统 尿素通过设在三聚氰胺反应器内的喷嘴喷射到流化床内 尿素喷嘴由中心管和夹 套管构成 尿素由中心管喷出 而夹套管通入雾化气体 使 进入反应器的液态 尿素雾化 提到生产率 流化床反应气的载气为 NH3和 CO2 NH3和 CO2来自尾气 年产 5 万吨三聚氰胺化工厂设计17 6 NH2 2COC6H6O6 6NH3 3CO2 吸收系统 经旋风分离器分离 由尿素洗涤塔冷却至 140 进入反应器 流化床反应器内的催化剂为 SiO2 Al2O3 载气为 NH3和 CO2 为了使反应后的气态 混合物带出的催化剂降到最低 在反应器的顶部出口管设置三个高效率的旋风分 离机 反应后的气态混合物从反应器的顶部出来 4 热气过滤系统 反应后的气体进入热气过滤系统之前 通过一个冷却系统将温度降至 320 降温 的目的是要使三聚氰胺反应器内的副产物 密勒胺 凝结成固态 而 320 时三聚 氰胺仍为气态 这样让气体通过热气过滤器 S101 副产物以及从反应器带出的 少量催化剂就被过滤下来 得到纯净的反应气体 5 反应气体的淬冷和捕集 从热气过滤器出来的纯净反应气体进入到气体淬冷器 106 顶部 在其中于 140 的氨和二氧化碳混合气体接触 反应气体迅速降至 210 三聚氰胺由气体 直接凝结成固体 然后随着混合气体一起从气体淬冷器底部出来 在进入到旋风 分离器 S102 通过旋风分离器的分离 210 的混合气体从旋风分离器顶部出来 又热气风机将一 部分混合气体作为冷却气体打到气体淬冷器循环使用 另一部分混合气体通过换 热器将进入反应器的载气加热到 140 然后进入尾气吸收系统 从尾气分离器分 离出来的固体 在底部有出料器排出 经气流输送到成品贮斗 6 尾气吸收系统 从热气风机出来的一部分气体送到尾气吸收塔 用水吸收气相中的 CO2和 NH3 被 吸收下来的 CO2和 NH3在底部成为甲胺溶液 用泵输送到尿素工段 送入三聚氰胺 反应器流化床底部作为流化气体 3 6 23 6 2 R101R101 塔的工艺计算塔的工艺计算 1 物料衡算 小时生产能力 按年生产工作日 300 天 损失率为 3 三聚氰胺小时生产量为 h7159 3 0124300 100050000 根据反应式 2 86kg 1kg 0 81kg 1 05kg 三聚氰胺的转化率为 92 1 尿素每小时供给量为 福建农林大学大学毕业论文 设计说明书 18 22015 h 93 0 86 27159 载气供给量一般为原料尿素质量的 1 5 倍 载气质量流量为 22015 1 5 33023 h 载气来自尾气故 CO2与 NH3的比例为 CO2 NH3 1 05 0 81 则反应器出口中 NH3的质量流量为 33023 14381 h 0 81 1 05 0 81 出口中 CO2的质量流量为 33023 14831 18642 h 反应产生的 NH3的质量流量为 22015 6235 h 0 81 2 86 反应产生的 CO2的质量流量为 22015 8082 h 1 05 2 86 须补充的 NH3的质量流量为 14381 6235 8146 h 须补充的 CO2的质量流量为 18642 8082 10560 h 催化剂采用 Al2O3 根据经验 投料负荷为 65 85g h kg 反应器负荷为 40 左 右 则实际负荷为 55037g h 4 0 22015 投料负荷取 70 g h kg 则催化剂用量为 786 h 70 55037 每生产一吨三聚氰胺消耗催化剂 5 10kg 催化剂消耗量为 7159 0 01 71 59 h 副产物主要为嘧勒胺 缩二脲 三聚氰胺的共聚物蜜伯胺等 每生产一吨三聚氰胺约 产生 10kg 的有机物 则副产物产量为 7159 0 01 71 59 h 年产 5 万吨三聚氰胺化工厂设计19 2 热量衡算 反应器进口温度 140 NH3 138 尿素 出口温度为 390 反应温度 390 操作压力 常压 假设以下热力学途径 T1 物料 390 反应后物料 25 物料25 反应后物料 H1 H H2 H3 13825 14025 pmpm nCCH 平均热容 oo o ppp 2C CC 根据气体热容公式 320 dTcTbTaCp NH3 的平均热容 查化工手册得 NH3的 a 6 5846 b 6 1251 10 3 c 2 3663 10 6 d 1 5981 10 9 将 T1 298 15k T2 413 15k 代入 15 41315 298 103663 2 15 41315 298 101251 6 1692 132 22630 p C kmolJCp 7769 37 0 尿素的平均热容 查化工手册得 010 107 822 120 138 198 93 25 0 00 0 CmolJC CmolJCC CmolJCC o p o p oo P 13825 010 107 60 22015 15025 7769 37 17 6235 1 hkJH 1085 7 6 1 0578 18 15 41315 298 105981 1 15 41315 298 33922 kmolcal 福建农林大学大学毕业论文 设计说明书 20 三聚氰胺反应热为 kJH627 0 298 反应热为 hkJ 1079 2 627 60 2667 8 2 CO2平均热容为 查化工手册得 CO2的 a 6 6 393 b 10 10 3 c 3 405 10 6 将 T1 298 15k T2 663 15k 代入 kmolcal Cp 881 20 13 66315 298 10405 3 15 66315 298 1010786 122 22630 kmolJCp 69 43 0 查化工手册得 298 15k 663 15k 下三聚氰胺平均热容为 74 74 0 kmolJCp NH3平均热容为 将 T1 298 15k T2 663 15k 代入得 31 20 15 66315 298 105981 1 15 66315 298 103663 2 15 66315 298 101251 6 1692 132 339 22630 kmolcal Cp 48 42 0 kmolJCp hkJ TTnCp 1086 1 15 29815 663 74 74 126 7158 694 43 44 18642 48 42 17 14382 7 12 0 3 hkJ 1096 2 1086 1 1079 2 107 8 8 786 321 热损失取的 10 则由熔盐系统进行加热提供的热量为 hkJQ 1029 3 9 0 1096 2 8 8 其中热损失为 Q损 kJ h 78 1029 3 1 01029 3 1 0 3 塔工艺计算 1 计算依据 压力 常压 年产 5 万吨三聚氰胺化工厂设计21 反应温度 390 气体离开稀相段的温度为 390 熔盐加热温度为 400 流化床内的换热装置为熔盐加热系统 接触时间 10s R101 塔进料流量组成 表 3 1 物料组成 名称 kg hWt 尿素 L 22015 54 1 氨气 814620 0 二氧化碳 1056025 9 总计 40721100 2 R101 塔出料流量组成 表 3 2 物料组成 名称 kg hWt 三聚氰胺 g 715917 75 氨气 1438135 66 二氧化碳 1864246 24 密伯胺 71 590 18 催化剂 71 590 18 福建农林大学大学毕业论文 设计说明书 22 总计 48779 8100 2 浓相段直径 出口处气体体积流量为 s m V h m 3 70 1970946 6 103 0 1013 0 15 273 15 663 4 22 126 7158 44 18642 17 14381 3 取空塔线速 0 6m s 浓相段直径为 m u V D46 6 6 014 3 70 1944 取流化床浓相段直径为 6 5m 3 浓相段高度 接触时间 10s 催化剂堆体积为 3 0 1971070 19mVVr 静床高 m0 6 5 614 3 4 0 1974 2 D Vr Ho 膨胀比取 2 浓相段高度为 mRHoH 0 1262 取浓相段高 12m 4 扩大段直径 气速取操作气速的一半 即 u 0 3m s 气体流量仍为 19 70m s 扩大段直径为 m u V d15 9 3 0785 0 70 19 2 4 取流化床扩大段直径为 9 2m 5 稀相段高度 根据流化床直径 6 5m 空塔线速 0 6m s 查得 H2 D 0 8 H2 0 8D 5 2m 稀相段高度取 6 0m 6 扩大段高度 据生产经验得 H3 2 1m 年产 5 万吨三聚氰胺化工厂设计23 3 6 33 6 3 出塔气换热器的工艺计算出塔气换热器的工艺计算 1 2 两流体温度变化情况 热流体 入口温度 390 出口温度 330 度 冷流体 入口温度 25 度 出口温度 80 度 两流体的定性温度 混合气体 Tm 390 330 2 360 C 冷却水 tm 25 80 2 52 5 C 两流体的温差 Tm tm 360 52 5 307 5 C 因温差较大 为安全起见 采用浮头列管换热器 3 选定流体流动空间和流速 因循环冷却水较易结垢 为了便于污垢清洗 故选定冷却水走管程 混合气体走壳 程 选 25mmx2 5mm 碳钢管 管内流速 u 1 0m s 二 确定物性数据 定性温度 密度 kg m3 黏度 mPa 比热容 KJ kg 热导率 W m 混合气 体 3600 560 0250 780 020168 冷却水 52 5988 10 54984 1740 6478 三 估算传热面积 1 计算热负荷 kwtTCpQ m 33 111 1 1024 5 3600 330390 1078 0 18 40325 2 计算冷却用水量 忽略热损失 hkgskg ttCp Q m 8 82249 9 22 2580 1017 4 1024 5 3 6 122 2 3 计算逆流平均温度差 逆流温度 tm C In 46 57 2580 39110 2580 330390 4 初选总传热系数 K 假设 K 300W m2 c A 2 3 41 30 46 57300 1028 524 m tK Q m 考虑 15 的面积裕度 A 1 15 30 41 35 0m2 福建农林大学大学毕业论文 设计说明书 24 四 工艺结构尺寸 1 管径和管内流速 25mm 2 5mm 管内流速 u 0 6m s 2 管程数和传热管数 根据传热管内径和流速确定单程传热管数 ns 根133 6 002 0 785 0 1 988 9 22 785 0 22 ii s ud V n 按单管程计算所需换热管的长度 L m dn S L os 35 6 025 0 13314 3 0 35 按单管程设计 取传热管 l 6m 则 管程 211 1 6 35 6 p N 传热管的