年产400吨工业单宁酸车间工艺设计毕业论文

本科毕业论文题目：年产400吨工业单宁酸车间工艺设计学院：专业：学号：学生姓名：指导教师：职称：1前言毕业设计是从理论联系实践的最佳途径。通过此途径，可以培养毕业生运用基础知识和专业知识灵活解决生产实践中的一系列问题的能力。通过不断解决所遇到的问题来提高我们掌握知识、运用知识能力；同时通过老师的指导和经常查阅技术资料，可以扩大我们的知识面。因此，毕业设计是适应将来工作和社会的一个重要环节。本设计是以五倍子为原料生产工业单宁酸的。全面了解试剂单宁酸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是本设计的主要目的。设计主要内容包括以下几个方面：1工艺设计计算：流程的选择和论证，物料和热量的衡算；2设备设计计算及选型；3车间工艺流程图1份；4蒸发器设备图1份；5蒸发器设备设计说明书1份；6车间平面图1份；7车间经济分析及评估1份。2PrefaceGraduationdesignisthebestwaytochangetheorytopractice.Bythisway,theabilityofstudentsusingbasicknowledgeandspecializedknowledgetosolveseriesofproblemsinproductivepracticecanbeobtained.Bysolvingproblemsconstantly,ourunderstandingandpracticingofknowledgecanbeimproved;bytheguidingofteachersandreadingoftechnicalmaterials,ourknowledgeareacanbeenlarged.Therefore,graduationdesignplaysanimportantroleinadjustinginthefuturejobandsocietyforstudents.Thisdesignistomanufacturereagenttanninwithnutgall.Itaimstohaveanoverallunderstandingoftheprocessandprocedureofproducingreagenttannin,andtomasterthebasicmethodandentireprocedureofchemicalprocessdesignandequipmentdesign.Thisdesigncontentincludesthefollowingaspects:1.Calculationofprocessdesign:choosingandproofingofflow,calculatingofmaterialandheat;2.Equipmentdesigncalculationandmodelchoosing;3.1copyofshopprocessflowchart4.1copyofevaporatorequipmentdrawing;5.1copyofevaporatorequipmentdesigninstructions;6.1copyofshopplanview;7.1copyofshopeconomicanalysisandevaluation.3目录1.设计任务1.1设计任务.21.2设计依据.22.选择生产方法，确定生产工艺与流程.42.1厂址选择.42.2生产方法的选择.52.3五倍子原料及单宁产品的特性.52.4主要工段工艺条件.62.5生产方法的选择.72.6确定生产工艺流程路线.143.物料衡算.143.1物料衡算的计算基准.143.2每小时生产能力计算.153.3画出生产流程图，标出相关数据，然后进行计算.153.4纯度计算.153.5进料各工段物料计算.163.5.1物料总衡算.163.5.2喷雾干燥工段.163.5.3干燥工段损失部分的组分和数量.163.5.4蒸发工段.163.5.5浸提工段.163.5.6浸提工段损失部分的组分及数量.1743.5.7备料工段.173.5.8未经粉碎的原料的组分和数量.173.5.9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电瓶车.184.1.2皮带输送机.184.1.3旋风分离器.204.1.4粉碎机.204.1.5振动筛.214.1.6初级振动筛的吸尘装置.214.1.7贮灰斗.214.1.8回转吸铁机.224.1.9斗式提升机.224.1.10粉碎机原料筛选装置.234.1.11斗式提升机的吸尘装置.234.2.1阀门组.234.2.2水力开启器.234.2.3梨形卸料器.234.2.4浸提罐加料斗.234.2.5浸提罐.244.2.6浸提过滤筛.2454.2.7浸提加料皮带输送机.244.2.8浸提上水泵.264.2.10浸提液贮罐.264.3冷冻澄清工段.274.3.1冷冻机的选择.284.3.2设备选型及计算.294.4蒸发工段.304.4.1蒸发器进液泵.304.4.2蒸发预热器.304.4.3蒸发器.314.4.4表面冷凝器.384.4.5往复式真空泵.394.4.6捕集器.404.4.7浓胶贮槽.404.5干燥.404.5.1干燥概述.414.5.2五倍子单宁酸干燥生产流程与设备.414.6其它设备.504.6.1原料仓库.504.6.2产品库.505.外加热式蒸发器结构设计.515.1简介.5165.2加热室结构设计.515.2.1加热管.525.2.2筒体.525.2.3管板.525.2.4下壳体封头.525.2.5接管管道.535.2.6加热蒸汽进口管.535.3分离室结构设计.545.3.1筒体.545.3.2封头.545.3.3视镜.545.3.4二次蒸汽管出口.545.3.5除沫器.555.3.6接管管道.565.4支座.565.4.1形式：悬挂式支座.565.4.2规格：.566.平面布置图(附图二).566.1平面布置设备.566.1.1原则.566.1.2想法.566.1.3有关设备依据.5777三废处理.577.1废渣处理.577.2废水处理.577.3废气处理.578经济核算.578.1建(构)筑物一览表.578.2项目投资估算.588.3生产成本估算.608.4投资回收期估算.619.致谢.6210.参考文献.6311.附表一.6512.附表二.6511.设计任务1.1设计任务：年产400吨工业单宁酸车间工艺设计1.1.1项目：工业单宁酸生产车间1.1.2产品名称：工业单宁酸1.1.3产品规格：符合标准GB5308-85(一级)：单宁酸(干基计)含量81%；干燥失重9.0%；水不溶物0.6%；总颜色2.0。1.1.4生产能力：年产400吨工业单宁酸，年工作日300天，每天三班半制。1.1.5产品用途：1.1.5.1医药工业在医药中单宁酸用作收敛剂，重金属中毒的解毒剂，也是合成磺胺增效剂的原料，也用于制造鞣酸甘油、鞣酸油青及用作止血剂I，也可作鞣酸蛋白，鞣酸苯海拉明、鞣酸小蘖碱等，还用于烫伤中的真菌抑制剂。1.1.5.2印染工业在印染工业中，单宁酸可作尼龙袜、针织衫、游泳衣等聚合胺类合成纤维用酸性染料的周色剂，用于丝纤维经盐基染料染色的后处理期。它用于盐基染料印染棉织物时的媒染剂，亦用于精整纸张和丝绸。1.1.5.3合成工业单宁酸可用于合成没食子酸和焦棓酚。没食子酸与醇类反应，可生成各种酯类。市售的没食子酸酯有没食子酸鲸蜡酯(一般工业用)、没食子酸十八酯(一般工业用)、没食子酸丙酯(食品用抗氧化剂)、没食子酸月桂酯(热敏纸用)等。1.1.5.4化学试剂工业在化学试剂中单宁酸用于分析微量铀、钍、钚等元素。还用作蛋白质及生物碱的沉淀剂。钼酸铵滴定铅时的外指示剂，用于铍、铝的沉淀和重量测定，铜、铁、钴等的比色测定。1.1.5.5石油工业单宁酸可用于石油钻探，制取钻探石油用泥浆助剂，用作泥浆稀释剂。1.1.5.6皮革工业2单宁酸可以制造皮革鞣剂。由于单宁酸遇到蛋白质或各种胶质时形成不溶物沉淀，与普皮中的生腔质形成不溶性物质，故单宁酸用于鞣革时，可提高皮革的柔软性。1.1.5.7其它工业上的应用在冶金工业上主要用于稀有金属的冶炼。还可作为印染油墨用的着色剂，在橡胶工业上单宁酸用作橡胶凝固剂。在选矿药剂中作选矿抑制剂，它也是鞣酸铁墨水中的主要原料。另外单宁酸亦作酒类澄清剂，可提净啤酒。1.2设计依据：1.2.1产品质量的标准：表1-1工业单宁酸GB5308-85技术指标指标一级二级三级单宁(%)81.078.075.0干燥失重(%)9.09.09.0水不溶物(%)0.60.81.0总颜色2.03.04.01.2.1.1五倍子：粉碎前五倍子的容积重：r=0.30.6T/3m平均容积重：=0.459T/1r3表1-2角倍原料物理特性破碎角破碎后物理特性123123大小(mmmm)1530254530503571015203松散容（kg/）3m291235188642459370静安息角（度）4143444646494647484950动安息角(度)313228292728343532332930注：安息角（堆积角）是指自然形成的散料堆的表面与水平面的最大夹角，有动、静安息角之分。（在静止平面自然形成的叫静安息角；在运动的平面形成的叫动安息角）1.2.1.2本设计以角倍为主要原料进行设计核算表1-3中国角倍一般组成及含量名称单宁没食子酸鞣花酸纤维素木质素树胶褐色酒精浸出物淀粉无机盐、糖蛋白质叶绿素水分含量(%)56.02.02.010.59.02.52.52.01.30.710.5表1-4中国五倍子角倍标准(GB5848-86)指标一级二级个体数(个/500g)100180夹杂物(%)0.61.0水分14.014.0单宁(%)64.060.01.2.1.3煤表1-5煤（贫烟煤）4成分CHOSN灰分水分百分含量%40.512.645.980.490.6740.519.2最低发热值：16256.9kJ/kg1.2.1.4工厂供水水温：夏天t=26，冬天t=8；年平均水温：22；水质：硬度7.9od；碱度5.9od；PH值7.4。1.2.2气象资料（四川绵阳）气温：平均t=16.5；最热月平均气温26.2；最冷月平均气温2.6；风向：SW；年平均风速3.1m/s；湿度：相对湿度=54%；降水：年均降水数147天；年平均日照数2330h。1.2.3其它方面：1.2.3.1粉状工业单宁酸松散容积重：r=0.459T/m3；1.2.3.2绝干工业单宁酸比热：c=1.59kJ/(kg)；1.2.3.3溶液比热：=(0.38x+1y)4.19kJ/(kg)；c1.2.3.4浸提罐比热（钢材比热）：=0.481kJ/(kg)；c1.2.3.5浸提罐重量：G=1.2T；1.2.3.6浸提罐传热系数：k=16.7kJ/(m2n)；1.2.3.7浸提罐物料流动阻力：共约1.5kg/m2(六罐组)与水泵到尾罐间阻力（管垢、阀门、预热器等）约1kg/m2；1.2.3.8破碎料间间隔含水：277kg/m3；1.2.3.9袋装工业单宁酸比重：d=0.44T/m3。2.选择生产方法，确定生产工艺与流程52.1厂址选择：在五倍子单宁酸生产中，原料占整个成本的60%以上。因此厂址首先考虑离原料产地的远近，初步确定在四川省建厂，因为四川省是五倍子主要产地之一，附近还有贵州、云南、湖北、湖南等五倍子产区。经综合分析，选择在绵阳建厂，因为绵阳不仅在原料产地，而且水电充足，交通运输便利，人力资源丰富，四川还是以电子、机械、冶金、化工为主体的综合性工业基地，可提供大量的煤做燃料。是建立五倍子试剂单宁酸厂的理想地点。对于三废的处理，在五倍子单宁酸生产过程中的废水主要是排渣时的水，含有单宁的废渣压榨水，夹带水，还含有机物，则色深，化学耗氧高，因此不宜排入江河。由于废水量不多，可用石灰处理，冷下来后排入四周的农田，产生的废渣用作果树的肥料，或生产过程中的燃料，产生的废气在整个生产过程中对环境影响小。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，尽可能的减少三废对环境的污染。气象因素中，以风向为主。风向直接影响着废气的扩散方向，一般污染源应设在下风向，如锅炉房、备料工段等。影响产品质量及工人的操作与生活的建设应在风向上。风速大有利于污染物的扩散。故建厂一般在迎风向上坡或离开上坡的谷地。2.2生产方法的选择目前，我国的单宁酸生产方法主要有四种：方法一：五倍子原料经粉碎，筛选，净化等处理后，经浸提得到浸提液，浸提液经蒸发，喷雾干燥而得到产品。方法二：五倍子原料经粉碎，筛选，净化等处理后，经浸提得到浸提液，浸提液再经冷冻澄清，离子交换，蒸发，喷雾干燥而得到产品。方法三：五倍子原料经粉碎，筛选，净化等处理后，经浸提得到浸提液，浸提液先经一次蒸发，冷冻澄清，离子交换，蒸发，喷雾干燥而得到产品。方法四：五倍子原料经粉碎，筛选，净化等处理后，经浸提，再经冷冻澄清，离子交换，蒸发，喷雾干燥而得到产品。不同的是：根据使用部门的要求对浸提与其处理工艺进行调整，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的用途，同时考虑到五倍子的特性，6故决定采用第一种生产方法。上述方法已有研究，较为成熟，国内外均有生产。根据设计任务书的规定，设计的生产能力为年产400吨工业单宁酸。本设计拟定：产品为含水12%的粉状单宁酸，年工作日300天，每天24小时，三班半制，采用连续式生产工艺。2.3五倍子原料及单宁产品的特性2.3.1五倍子原料五倍子是瘿绵蚜科一些种类的蚜虫寄生在漆树科盐肤木属，盐肤木等植物的叶子上形成的富含单宁物质的各种虫瘿的总称。五倍子单宁属水解类单宁，是一种无定形淡黄至浅棕色粉末，有收敛性和涩味，其水溶液是一种胶体。划分五倍子种类，应以致瘿蚜为依据，但习惯依瘿体形状，质地和单宁含量将五倍子划分倍子和倍花两大类。前者除具有明显角状突起的角倍外，其余均为不同形状圆形个体，壳厚，质地较硬，单宁含量高，倍花多分枝，成花状，壳薄易碎，单宁含量较低，以结倍的夏寄主不同，又将倍子划分角倍类和肚倍类，角倍类倍子产量高，肚倍类倍子质地好，生产上以角倍为主。2.3.2五倍子单宁酸物理性质分子式：C76H52O46,分子量1701.2（五倍子单宁酸平均值）；性状：五倍子单宁酸呈淡黄色至浅棕色，粉末状；溶解性：五倍子单宁酸能溶解于水形成胶体溶液，也能溶解于多种有机溶剂如：乙醇、酮、乙酸乙脂；特别能溶于这些有机溶剂的水溶液中，不溶于无水醚、氯仿、苯、石油醚和二硫化碳等。2.3.3单宁植物单宁又称为植物鞣质，为无定形固体，极少数为结晶体。溶解于热水和冷水中，浸提蒸发喷雾干燥合格料残渣产品7也溶于丙酮、乙酸乙酯、已醇等有机溶剂中成胶体溶液。不溶于其它一般溶剂(如无水乙醚、氯仿、苯、石油醚、二氧化碳等)。味苦涩，有收敛性，能被吸收而使之成革。与过高铁盐能产生兰黑色反应或沉淀。能与醋酸铅、醋酸铜、氯化亚锡、浓重铬酸钾溶液。能与许多生物铅盐类和有机盐类的水溶液结合生成不溶于水的沉淀。植物鞣质为强还原剂，在空气中能吸收氧，在铅性溶液中能更快地吸收氧而转变为暗色。2.3.4五倍子单宁溶液五倍子单宁溶液成分较复杂，为多分散体系，整个水溶液是一种胶体，表现出胶体的一系列化学性质，同时可溶物中以单宁为主要成分，非单宁为辅。故单宁酸溶液又表现出单宁的一系列化学性质和非单宁的一些理化性质等；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单宁酸溶液的粘度急剧的增加。单宁与Fe作用颜色加深；单宁酸溶液静置在空气中极易变色。通过微生物作用发醇成酸，造成单宁的分解，纯度降低，质量下降；单宁酸溶液长期静置，粒子会增大，盐析程度会增加，发生自发改变自己分散程度的老化现象。2.4主要工段工艺条件：表2-1浸提工段工艺条件浸提罐原料粒度mm温度罐数/组小时h出液系数%抽出率%浸提次数压力式五倍子1.01.5457561820450600971723表2-2蒸发工艺条件一览名称单位数值加热蒸汽压力kPa200(绝压)冷凝器真空度kPa80浸提液浓度%6.678浓缩液浓度%13冷凝水出口温度4050第一效沸腾温度99.2二效沸腾温度84表2-3蒸发设备规格名称参数加热面积8m加热管长2m加热管直径252分离室直径1600材料304表2-4干燥工段工艺条件项目名称单位数值进塔温度160干燥介质热空气出塔温度70由蒸发来52浓胶温度经预热后65产品浓度eB3092.5生产工艺流程：五倍子生产过程包括备料（原料粉碎、筛选和输送）、浸提、冷冻澄清、离子交换、蒸发、干燥。2.5.1备料工段：备料是指对进厂原料在浸提之前的一系列处理过程，直接关系到产品的产量、质量以及产品的成本。备料通常包括原料的贮存、粉碎、筛分、净化、除铁等的工艺，以及原料的装卸、输送、计量等。备料工段的特点：处理的均为固体物料，处理量大，劳动强度大，卫生条件差。因此在设计时要考虑好以下几方面问题：首先要贮备好足够的原料，避免和减少贮存中的变质和损失，保证连续不断地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。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，有序的机械化、自动化的生产线，还应注意解决降尘问题。备料过程：由于五倍子原料为人工采摘，泥砂杂质较多，质量不均，特别是生产要求把倍子壳中的虫尸去掉，因此备料过程不是单一的物料搬运，而是重要的加工过程。原料经过二次风选、二次筛选、二次破碎等净化措施，保证了质量。原料粉碎：粉碎是指在外力的作用下，将大块物料变成小块物料的过程。在五倍子单宁酸生产中，它是加速浸提过程，提高质量的重要手段。原料粉碎后粒度变小，缩短了溶质的扩散距离，增大了原料和水的接触面积，从而加快了浸提过程，得到高质量的浸提液。选择粉碎物料的方法，主要根据物料的物理性质、物料大小、粉碎程度，特别注意物料的硬脆性。目前有对辊破碎机、滚筒破碎机、锤式粉碎机。由于五倍子原料较脆，挤压和冲击比较有效，选用对辊破碎机较适宜。原料筛选：筛选是将颗粒大小不一的原料通过具有一定孔径的筛面，分成不同粒度级含水率%1出塔温度65空塔速度m/s0.30.5气流入口速度m/s81010别的过程沉。筛选的目的，一是改善碎料的粒度；二是除去尘粒杂质，净化原料。五倍子单宁酸生产所采用的筛选设备有：滚筒筛、振动筛和摇动筛。原料输送：固体原料的输送关系到改善劳动条件、提高工作效率、特别是满足连续化生产的要求，因此它在生产上占有重要的地位。目前再植物单宁酸生产中较普遍采用的原料输送装置有：皮带输送机、斗式提升机、螺旋输送机、气力输送设备及机动车等。本工艺采用皮带输送机和斗式提升机输送。在五倍子单宁酸生产中贮料不仅起缓冲、计量等作用，而且是种重要的节能装置，它可以充分发挥粉碎筛选输送等设备的最大生产能力，节省人力，节省时间。五倍子又为散装颗粒物料，它在料斗种的流动是非常重要的，因为它具有固态和液态流动特性，又具有呆滞性。因此解决料斗的排放问题，消除搭挤和挂料现象，对贮料的结构一般做多方面的考虑。2.5.1.1原料的贮藏考虑到节约成本，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）/HR。原料：含水率20%。库房和料堆不漏雨，通风良好，贮藏时间不易过长（一般不超过一年）。原