年产3000吨马占相思栲胶车间工艺设计

本科毕业设计（论文）题目：年 产 3000 吨 马 占 相 思 栲 胶 车 间 工 艺 设 计学 院： 专 业： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 前 言毕业设计是将理论知识转化为实践的有效途径。通过此途径可以培养毕业生灵活运用所学基础知识和专业知识去解决生产实际中的一系列问题。通过不断的解决问题来提高他们的理解知识、运用知识的能力。同时通过指导学生学会查阅科技资料，可以扩大他们的专业知识面，因此，毕业设计是适应毕业以后的工作，适应社会的一个重要环节。设计的规范文本主要是以马占相思树皮为原料生产马占相思栲胶，栲胶加工过程的生产工艺和流程，掌握化工工艺设计和设备设计的基本方法和设计的全过程。设计内容包含以下几个方面：1） 工艺设计计算：流程选择的论证、物料衡算、热量衡算。2） 设备设计计算机选型。3） 车间工艺流程图 1 份。4） 蒸发器设备图 1 份。5） 车间平面图 1 份。6） 蒸发器设备设计说明书 1 份。7）车间经济分析及评估一份PrefaceGraduation design is the best way to change theory to practice. By this way, the ability of students using basic knowledge and specialized knowledge to solve series of problems in productive practice can be obtained. By solving problems constantly, our understanding and practicing of knowledge can be improved; by the guiding of teachers and reading of technical materials, our knowledge area can be enlarged. Therefore, graduation design plays an important role in adjusting in the future job and society for students.This design is to manufacture reagent tannin extract with Acacia mangium . It aims to have an overall understanding of the process and procedure of producing reagenttannin extract , and to master the basic method and entire procedure of chemical process design and equipment design. This design content includes the following aspects:1. Calculation of process design: choosing and proofing of flow, calculating of material and heat;2. Equipment design calculation and model choosing;3. 1 copy of shop process flow chart 4. 1 copy of evaporator equipment drawing;5. 1 copy of evaporator equipment design instructions;6. 1 copy of shop plan view;7. 1 copy of shop economic analysis and evaluation.目 录1 设计任务及项目概况： .11.1 设计任务：年产 3000 吨马占相思栲胶车间工艺设计 .11.1.1 项 目：马占相思树皮栲胶车间 .11.1.2 产品名称：马占相思栲胶 .11.1.3 产品规格： .11.1.4 生产能力： .11.1.5 产品主要用途： .11.2 设计依据 .21.2.1 原料及辅助材料： .21.2.2 工厂概况： .31.2.3 其它方面： .42 主要工段工艺条件 .42.1 工艺条件 .42.1.1 浸提工艺条件： .42.1.2 蒸发工段工艺条件： .52.1.3 干燥工艺条件： .52.2 选择生产方法、确定生产工艺流程及论证： .52.3 马占相思栲胶原料及栲胶产品的特性： .62.3.1 栲胶原料： .62.3.2 栲胶溶液： .62.3.3 栲胶： .72.4 生产工艺流程： .82.4.1 备料工段： .82.4.2 浸提工段： .102.4.3 蒸发工段： .112.4.4 磺化工段 .122.4.5 干燥工段 .122.4.6 确定生产工艺流程 .133 物料衡算 .133.1 每小时生产能力计算： .143.2 物料平衡图： .143.3 纯度计算： .143.3.1 原料的纯度： .143.3.2 经备料工段后的纯度： .143.3.3 浸提液的纯度 .143.3.4 浓缩液的纯度： .143.3.5 磺化液的纯度： .153.3.6 干燥产品的纯度： .153.4 各工段的物料衡算：（逆推法） .153.4.1 产品的组分及数量： .153.4.2 干燥工段损失部分的组分及数量： .153.4.3 磺化工段浓胶的组分及数量： .153.4.4 浓缩液的组分及数量： .163.4.5 向浓缩液中加入的亚硫酸盐： .163.4.6 浸提液的组分及数量： .163.4.7 浸提工段损失部分的组分及数量 .173.4.8 向浸提液中加入亚硫酸盐的量： .173.4.9 备料时合格料的组成的数量： .173.4.10 未经粉碎时原料的组成及数量： .173.4.11 备料工段损失部分的组分及数量： .184 设备设计及热量衡算 .184.1 备料工段 .184.1.1 移动式皮带输送机(流程号-1) .184.1.2 电瓶车（流程号-2） .214.1.3 旋风分离器（流程号-7） .214.1.4 原料皮带输送机（流程号-3） .214.1.5 初级筛选(流程号-5) .234.1.6 粉碎机（流程号-6） .244.1.7 斗式提升机(流程号-10) .244.1.8 粉碎机原料筛选装置（流程号-9） .254.2 浸提工段(a) 设备设计选型： .254.2.1 浸提加料皮带输送机(流程号-15) .254.2.2 浸提罐加料斗(流程号-16) .264.2.3 浸提罐(流程号-11) .274.2.4 浸提过滤筛（流程号-23） .284.2.5 浸提液上水预热器(流程号-17) .284.2.6 浸提上水泵(流程号-19) .284.2.7 浸提液贮罐(流程号-21) .294.2.8 亚硫酸盐溶液泵（流程号-20） .294.2.9 亚硫酸盐计量槽（流程号-18） .294.2.10 亚硫酸盐溶解槽(流程号-22) .304.2.11 浸提工段(b)能量衡算表及能量衡算： .304.3 蒸发工段(a) 设备设计及选型 .314.3.1 蒸发器进液泵(流程号-25) .314.3.2 蒸发预热器(流程号-26) .314.3.3 蒸发器(流程号-27) .314.3.4 混合冷凝器(流程号-28) .364.3.5 表面冷凝器(流程号-29) .364.3.6 捕集器(流程号-30) .374.3.7 往复式真空泵(流程号-31) .374.3.8 浓胶贮罐(流程号-33) .374.3.9 浓胶泵（流程号-34） .384.3.10 蒸发工段（b）能量衡算及衡算表： .384.5 磺化工段 .384.5.1 物料衡算 .384.5.2 设备计算及选型 .394.6 干燥工段 .414.6.1 干燥概述 .414.6.2 设备计算及选型 .414.6.3 干燥工段（c）能量衡算： .494.7 其它设备 .494.7.1 原料仓库 .494.7.2 产品库 .505.外加热式蒸发器结构设计 .505.1 简介 .505.2 加热室结构设计 .515.2.1 加热管 .515.2.2 筒体 .515.2.3 管板 .515.2.4 下壳体封头 .525.2.5 接管管道 .525.2.6 加热蒸汽进口管 .535.3 分离室结构设计 .535.3.1 筒体 .535.3.2 封头 .535.3.3 视镜 .545.3.4 二次蒸汽管出口 .545.3.5 除沫器 .545.3.6 接管管道 .555.4 支座 .565.4.1 形式：悬挂式支座 .565.4.2 规格： .566.经济概算 .566.1 建（构）筑物一览表 .566.2 项目投资估算 .576.2.1 设备费用： .576.2.2 安装费用 .576.3 土建投资估算： .586.3.1 生产车间土建费： .586.3.2 化验室：仪器设备为 14 万 .586.3.3 锅炉房：60 万 .586.3.4 原料库房： .586.3.5 成品仓库： .586.3.6 办公楼： .586.3.7 食堂： .586.3.8 生活区 .586.4 配电房： .586.4.1 设备费 .586.4.2 安装费 .596.4.3 土建费 .596.4.4 其他费用 .596.5 门卫 .596.6 机修间 .596.7 水泵房 .596.8 其他费用： .596.8.1 技术费 .596.8.2 勘察设计费 .596.8.3 土地征用费 .596.8.4 投资方向调节 .596.8.5 预备税费 .596.9 生产成本估算 .596.9.1 原料 .596.9.2 操作费 .596.9.3 管理费 .596.9.4 劳动工资 .596.9.5 流动资金 .596.9.6 水费 .606.9.7 电费 .606.9.8 气费 .606.10 投资回收期估算 .606.10.1 年收入 .606.10.2 生产成本 .606.10.3 总投资 .606.10.4 年净利润 .607、生产工艺流程图的设计 .618、平面布置设计 .618.1 平面布置设计原则 .618.2 平面布置图 .619、 三废治理 .629.1 废渣的利用： .629.2 废水的处理： .629.3 废气的处理 .62参考文献 .6411 设计任务及项目概况：1.1 设计任务：年产 3000 吨马占相思栲胶车间工艺设计1.1.1 项 目：马占相思树皮栲胶车间1.1.2 产品名称：马占相思栲胶1.1.3 产品规格：符合国家 GB8145-96 和 GB/T12901-99 特级或一级品标准（含水 10%计） 。1.1.4 生产能力：年产 3000 吨粉状栲胶，年工作日 300 天，每天三班半制。1.1.5 产品主要用途：1.1.5.1 制革工业：栲胶中的单宁能与皮蛋白中的胶原蛋白形成多点交联结构,使胶原蛋白的湿热稳定性、酶解耐受性和化学试剂耐受性均有提高。单宁能增加纤维的强度,用栲胶作鞣剂正是利用此特性。1.1.5.2 石油工业：随着石油资源的日益减少和大量难降解的合成高分子给环境造成的污染,用天然多元酚代替苯酚制备钻井液添加剂的研究已引起广泛关注。在众多的钻井液处理剂中,以栲胶为原料制成的钻井液降粘剂因其性能良好被广泛应用。1.1.5.3 木工黏胶剂：栲胶制作木工胶粘剂并用于生产已有 30 多年的历史,现在胶粘剂的种类、产量及应用范围都有了很大发展。1.1.5.4 水、气及废料的处理剂：2栲胶用作锅炉、热交换器及汽车水箱的除垢剂,废水处理的絮凝剂及净化气体用的脱硫剂,这 3 种用途早已达工业和商业水平。近年来又有不少新的进展。1.1.5.5 配制药物：单宁酸具有收敛作用,能消炎、止血、止泻。浸食子单宁水解后的浸食子酸具有抗菌、止喘、抗病毒、抗血栓等生理活性。由这两种酸参与合成的药品已有几十种,已在市场出售。近年来单宁药用的研究非常活跃,新的植物原料不断有所发现,药物的治疗范围也逐渐扩大,并向疑难病、多发病方向发展。1.1.5.6 化妆品：利用单宁酸的收敛性、抗氧化和染色性,近年用它配制化妆品的种类甚多,有止汗剂、红斑抑制剂、皮肤粗糙预防剂、染发剂等。1.1.5.7 其它方面：将单宁制作钢和铸铁件的防锈剂、木材防腐剂、杀虫剂、杀植物病毒剂、水泥添加剂及阳离子交换树脂等,近年都有所突破。1.2 设计依据1.2.1 原料及辅助材料：表 1.1 马占相思树皮的主要组分名 称 水 分 抽 出 物 单 宁 非 单 宁 不 溶 物 纯 度干基含量% 10 34.0 21.7 7.3 5.0 74.81.2.1.1 马占相思树皮：粉碎前马占相思树皮的容积重：r = 0.40.6 T/m3马占相思树皮的实容量：d = 1.4 T/m3表 1.2 栲胶原料的粒度、堆积度、静安息角原料种类 粒度/cm 堆积粒度/kg/m3 静安息角/ 2 240270 12 330360 0.51 360440 马占相思栲胶（含水 15%20%）0.250.5 320460 30.25 340360 马占相思树皮的比热（参照木材化学 ）：c = 2.51kJ/kg.1.2.1.2 亚硫酸盐：Na2SO3.7H2O，纯度 95%（干基） ；NaHSO3，纯度 90%（干基）比重 1.48 T/m3亚硫酸盐浸提溶解浓度：10%15% ，亚硫酸盐浸提加大浓度：5%表 1.3 煤（贫烟煤）成分 C H O S N 灰分 水分百分含量% 40.51 2.64 5.98 0.49 0.67 40.51 9.2最低发热值：16241.4kJ/kg。1.2.2 工厂概况：1.2.2.1 工厂供水：水温：夏天 t = 26 ；冬天 t = -22水质：碱度 6.5；硬度 7.0；pH = 7.51.2.2.2 气象条件：表 1.4 气象条件参数气候 亚热带季风性，四季分明年平均气温 14 摄氏度年平均相对湿度 68%年平均降雨量 1402.5 毫米年平均无霜期 248 天气象特征年平均日照时数 2006.9 小时城区绿地面积 10.84 平方公里绿地覆盖率 36.2%绿化人均公共绿地面积 19.5 平方米其它气象资料（厂区）：气温：最高 t = 35.7 最低 t = -9.5风向：东北风转东风（ENE） 频率 8% 最大风速： 20m/s湿度：相对湿度= 71%4积雪：最大积雪深度 2 cm冻土：最大冻土深度 7cm 冻结天数 4 天，年平均降水数 135 天。1.2.3 其它方面：1.2.3.1 粉状栲胶容积量：r = 0.40.6 T/m31.2.3.2 绝干栲胶比热： c = 1.588 kJ/kg1.2.3.3 溶液比热：c = 1.588x + 4.18y1.2.3.4 浸提罐比热（钢材比热）：c” = 2.006 kJ/kg1.2.3.5 浸提罐重量（自重）：G = 3 T1.2.3.6 浸提罐传热系数：k = 41.2.3.7 浸提罐物料流动阻力约为 0.15 MPa；水泵至尾罐的阻力（管垢，阀门，预热器等）约为 0.1Mpa1.2.3.8 树皮空间间隙含水：277 kg/m31.2.3.9 10%亚硫酸盐溶液浓度：10Be1.2.3.10 袋装粉胶比重： d = 0.44 T/m32 主要工段工艺条件2.1 工艺条件2.1.1 浸提工艺条件：国内某厂采用 10 罐组（今属浸提罐 6.5m3）浸提马占相思，粒度 22.2 mm，温度90110，亚硫酸钠 1.8%（气干料计） 。出液系数近 150%，浸提 20h，配以小流量高扬程上水泵，实现连续转液放液，使溶液流动浸提时间增加，浸提率达 95%以上，单耗约2.2T/t。表 2.1 浸提工段工艺条件浸提罐 压力式 出液系数 % 500600原料 马占相思 抽出率 % 995粒度 mm 1015 浸提次数 15温度 80120 浸提时间 202.1.2 蒸发工段工艺条件：水解类单宁蒸发时，采用加热蒸汽压力 0.220.12 Mpa，使第一效沸腾温度小于100，避免单宁水解。缩合类单宁（黑荆树、马占相思树皮单宁） ，加热蒸汽压力为0.120.2 Mpa，第一效沸腾温度达 120，由于浓度低，时间短，弱酸性单宁不会破坏，还有利于提高蒸发能力。末效沸腾温度一般为 5565，若末效温度太低，随胶温度增加，黏度增加快，反而降低蒸发能力。冷凝器真空度常为 8088KPa。表 2.2 蒸发工段工艺条件名称 单位 数值加热蒸汽压力 MPa 0.020.1冷凝器真空度 mmHg 600700浸提液浓度 Be 18 (210%)浓缩液浓度 Be 1722冷凝水温度 4050第一效沸腾温度 90100末效沸腾温度 5262有效温度差 5212.1.3 干燥工艺条件：表 2.3 干燥工段工艺条件干燥方式 顺流喷雾 加热介质 热空气进胶浓度 35% 进胶温度 80进风湿度 140 出风温度 70相对湿度 75% 出料温度 6062.2 选择生产方法、确定生产工艺流程及论证：厂址的选择：厂址的选择依据：栲胶原料必须丰富，交通运输便利；水电充足，人力资源丰富等。选择厂址必须考虑到环保问题，应充分利用气象、地形等有利条件，尽可能的减少三废的污染。生产方法的选择：我国的栲胶生产方法主要有四种：第一：栲胶原料经粉碎、筛选、净化等处理后，经浸提得到浸提液再经澄清，干燥而得到产品。第二：栲胶原料经粉碎、筛选、净化等处理后，经浸提得到浸提液，浸提液再经澄清，磺化，干燥而得到产品。第三：栲胶原料经粉碎、筛选、净化等处理后，加亚硫酸盐进行浸提得到浸提液，浸提液再经澄清，蒸发，磺化，干燥而得到产品。第四：栲胶原料经粉碎、筛选、净化等处理后，经浸提，澄清，蒸发，干燥而得到产品。不同的是：根据使用部门的要求对浸提与化学处理工艺进行调整，生产出符合用户要求的合格产品。上述方法均为成熟工艺，鉴于本设计生产的产品主要用于糅革工业；同时考虑到马占相思树皮的特性，故决定采用第三种生产方法。根据设计任务书的规定，栲胶的生产能力为年产 6000 吨马占相思栲胶。拟定设计：产品含水 10%的粉状栲胶；年工作日 300 天，每天 24 小时，三班半制；采用连续式生产工艺。2.3 马占相思栲胶原料及栲胶产品的特性：2.3.1 栲胶原料：马占相思针叶科植物，树皮棕褐色，老时呈现纵裂，味苦。马占相思单宁属凝缩类单宁，糅革性能好，渗透性能好，渗透速度较快，颜色鲜、浅，马占相思单宁主要含于树皮的薄壁细胞中，它的水溶液是一种胶体。72.3.2 栲胶溶液：栲胶成分复杂，整个水溶液是一种胶体，表现出胶体的化学性质，同时可溶物中以单宁为主要为主要成分，非单宁为辅。故栲胶溶液又表现出单宁的化学性质和非单宁的理化性质等。单宁属于热敏性物质，高温下稳定性降低，可引起单宁分解。随着温度的降低，浓度的提高都会导致栲胶溶液的粘度急剧增加。单宁与 Fe 作用颜色加深，单宁溶液极易变色。栲胶溶液静止在空气中，通过微生物作用发酵成酸，造成单宁的分解，纯度降低，质量下降。栲胶溶液长期静置，粒子增大，盐析程度增加，发生自发改变自己分散程度的老化现象。2.3.3 栲胶：栲胶（myrica extract）又名单宁提取物，是从富含单宁的植物性原料（如木材，果壳、块茎、叶）经浸提、蒸发、干燥等工艺过程得到的浓缩产品。通常为棕黄色至棕褐色，粉状或块状。栲胶是森林资源综合利用的产品之一，在林产化学工业中属于树木提取物，树木提取物是树木中的少量成分，也称非细胞比提取物，大部分存在于细胞腔和胞间层中，可以用水或其他溶剂提取出来。栲胶是一类复杂的天然化合物的总称。比如有马占相思栲胶，杨梅栲胶，黑荆树栲胶。其租组成除主要成分单宁外，还有非单宁和不溶物。原料不同，其组成也不同。一般在商品名前冠以原料名，如马占相思树皮栲胶、橡菀栲胶等，用以区别其组成、性质和用途。根据单宁的化学结构特征，烤焦的主要成份可分为：水解类单宁和凝缩类单宁。栲胶溶于水，水溶液属半胶态体系，呈弱酸性，加食盐能发生盐析，不同栲胶的盐析度不同。味苦涩，遇明胶溶液发生沉淀，鞣制生皮时，烤焦溶液中单宁与皮蛋白质（胶原）形成多点氢键结合使生成皮革。栲胶又称植物鞣质，为无定形固体，极少数为结晶体。溶解于热水和冷水中，也溶于丙酮，乙酸乙酯等。栲胶是以单宁为主要成分的复杂混合物，大多存在于鞣料植物细胞腔和胞间层内；一般含单宁、非单宁、不溶物和水。单宁，又称植物鞣质，是能使生皮成革的水溶性复杂多酚，天然单宁一般为无定形固体，极少数为结晶体。味苦涩，有收敛性，能被吸收而使之成革。溶解于热水和冷水中，也溶于丙酮，乙酸乙酯等有机溶剂，不溶于其他一般溶剂（如无水乙醚、氯仿、苯、石油醚、二氧化碳等） 。过高铁盐能产生蓝黑色反应或沉淀。能被醋酸铅、醋酸铜、氯化亚锡、浓重铬酸钾溶液。许多生物铅盐类和有机盐类的水溶液能与栲胶结合生成不溶于水的沉淀。植物鞣质为强还原剂，8在空气中能吸收氧，在铅性溶液中吸收氧更快转变为暗色。马占相思栲胶在改性，改良渗透性、均匀分散型和鞣制皮革的柔软性的研究较多。多用于制革，具有渗透快、填充性好、色泽浅的特点，近年来在改性复鞣剂方面尤其得到好评。还可用于合成氨原料气脱硫剂净化及其他工业气体的脱硫净化，具有吸氧量大，吸氧速度快，化学活性高的特点。2.4 生产工艺流程：栲胶生产流程包括（原料粉碎、筛选和输送）原料浸提、浸提液蒸发、浓胶亚硫酸处理、磺化和干燥。2.4.1 备料工段：备料是指对进厂原料在浸提之前的处理，直接关系到产品的质量、产量，及产品的成本，备料通常包括原料的贮存，粉碎，筛选，净化等的工艺理论，设备，操作，以及原料的装卸，输送，计量等。备料工段的特点：处理的原料均为固体物料，处理量大，劳动强度大，卫生条件差。备料的目的和任务是从原料的角度给浸提创造良好的条件。首先要贮存好足够的原料，避免和减少贮存中的变质和损失。保证连续不断的满足浸提生产的需要；其次是对原料进行初步加工，给浸提提供粉碎度合格的，净化了的原料。以提高浸提效率和产品质量。备料工艺要求尽量减少原料装卸和搬运环节。大块料要粉碎，以降低成本；要求实现机械化和连续化，以减少繁重的劳力；根据原料的形状选用性能良好的粉碎、筛选、净化和输送设备，使备料各环节连成一体，组成有节奏的机械化、连续化生产线。要设置除尘系统，减少灰尘，保护环境卫生和工人健康。在设计时还应合理解决贮运工艺，减少搬运环节，降低能耗与成本，组成备料整体有节奏的机械化，自动化的生产线，备料工段还应注意解决降尘问题。2.4.1.1 原料的贮存：考虑到节约成本，减少占地面积，仓库只贮存半年原料，其余原料随到随用。库房面积：F = Q （1.31.5）/H.r 原料贮藏方式：含水率（ 20%） ，仓库要通风好，储存时间不宜太长，一般不宜过一年。9A：露天堆垛：L = 3050 m , a = 1020 m , H = 1012 m , 垛有防雨篷，屋脊角 60，以便篷顶排水，垛间距 4m，以及适当的运输通道等。B：库存：简易相同，简易仓库，机械化原料。C：原料仓库与生产厂区、居民区应有防火隔离地带，带有消防通道和防雷设备。2.4.1.2 原料的粉碎：车间内原料的运输全部实行机械化。原料粉碎的目的是为了浸提提供适度的原料，使单宁等水溶性物质能快速完全的浸出，从而提高浸提率，降低原料消耗，同时得到高质量浸提液。要求粉碎的粒度要小，以缩短单宁从原料内部扩散到浸提液的距离，增大碎料于水的接触面积，原料粉碎对浸提是十分有利的，粒度过小，反而使单宁的扩散条件变坏，粉末易结团使单宁难于浸出。流体流动阻力增加，堵塞过滤器和管路，增加栲胶中不溶物，多耗动力，以提高粉碎成分，因此要求一定力度即可。马占相思树皮具有中等硬度，采用锤式粉碎机。其设备简单，紧凑，生产能力高，能粉碎不同性质的物料，运转可靠，可达到较大的粉碎比值，生产能力大，节省劳力，易维修，灰尘少等优点。其缺点是借些磨损比较大，不适宜粉碎具有磨损型物料。表 2.4 锤式粉碎机规格型 号 80/60物料名称 马占相思生产能力 T/h 23出料粒度 mm 小于 10、15、20转子回转直径 mm 780转子长度 mm 530转子转度 r/min 1020锤头数 22锤头重量 kg 4.45外形尺寸