年产320吨医药单宁酸车间工艺设计本科论文

11设计任务1.1设计任务：年产320吨医药单宁酸车间工艺设计。1.1.1项目：医药单宁酸生产车间。1.1.2产品名称：医药单宁酸。1.1.3产品规格：符合标准GB5308-85(一级)：单宁酸(干基计)含量98%；干燥失重12.0%；水不溶物0.6%；总颜色为2.0。1.1.4生产能力：年产320吨医药单宁酸，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。21.1.5.7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总颜色号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)153025453050357101520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。3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）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；4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；1.2.3.7破碎料间间隔含水：277kg/m3；1.2.3.8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2.1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：5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，故决定采用第四种生产方法。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320吨医药单宁酸。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。浸提蒸发喷雾干燥合格料残渣产品冷冻澄清离子交换62.3.2五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，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1.01.545756818204506009717237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%6.67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4m加热管长3m加热管直径322分离室直径1200材料3048表2.4干燥工段工艺条件2.5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。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浓度eB30含水率%1产品出塔温度65空塔速度m/s0.30.5气流入口速度m/s8109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）。原料贮藏方式：a:五倍子原料的贮存为室内堆垛贮存，水泥地上铺木质垫板，距地0.2m，堆顶1m，室内通风设施齐全，堆间有通气筒，保持上下透气。b:库存：简易相同，简易仓库，机械化原料库。国内多数栲胶厂设置原料仓库若干个，每个仓库堆存300t左右原料，仓库内每隔56m设通道，宽1.5m，仓顶和四周保持良好通风，仓顶和四周防止渗水，库内用地台板，并有防火措施。102.5.1.2原料的粉碎a：车间内原料的运输全部实行机械化。原料的运输通常采用：风送；皮带-斗式提升机；风送-皮带。本设计采用“皮带-斗式提升机”组合，皮带输送机适用于输送堆积重度为0.20.75T/m3的粒状、块状等散状物料，能长距离输送，输送量大，功率消耗小，噪音小，运输可靠，维护方便。但占地面积大，爬升高度也有一定的限制，密封较困难。斗式提升机，占地面积小，输送量大，机体一般采用封闭式，可以防止灰尘，适用于散料垂直提升，不易磨损，运输效率高。b：粉碎设备：五倍子角倍具有脆性大主要设备：对辊破碎机：它的特点是结构简单、维修容易、调节方便，主要缺点是生产能力小。五倍子应选用压条不锈钢辊，双传动，一轴固定另一轴可调的对辊破碎机。采用对辊破碎机，其设备简单，紧凑，生产能力高，适用于脆性大的物料，运输可靠，生产能力大，节省劳力，易维修，灰尘少，但机械磨损大。为方便浸提，保证质量，原料经粉碎、筛选处理，原料的粉碎粒度为1015mm。c：筛选设备：采用万能悬挂式振动筛和摇动筛，其结构简单。筛面利用率高，占地少，轻便，成本低，生产能力和筛分效率高，筛孔不易堵塞，操作方便，动力消耗少，但筛网寿命短，需及时更换，噪音较大，灰尘飞扬，需吸尘措施。表2.5振动筛的规格技术规格2WXS-1万能悬挂筛生产能力（t/h）34筛网层数2筛网尺寸（mmmm）12502500筛孔尺寸（mm）上层20，下层1.83.0每分振动次数（n/min）1200振幅（mm）26电动机型号-42-6JO电动机功率(kW)4112.5.1.4原料输送：栲胶生产中选用皮带输送、斗式提升机等实现水平、倾斜和垂直输送物料。图2-1备料工段工艺流程总图2.5.2浸提工段：浸提过程：浸提过程是用水浸泡五倍子原料，把有效成分从固体转移到浸体液中去的过程。评价浸提的好坏，主要是以优质、高产、低消耗等指标为依据，即在保证浸提液质量的前提下，达到抽出率高、浓度高、产量高的标准。螺带式连续浸提器，平转型浸提器，生产连续、操作安全、机械化程度高，浸提时间短，浸提液质量好，设备紧凑，结构比较简单，占地面积小，金属材料省，但对原料的适应性不如罐组。压力式金属浸提罐组：浸提温度高，浸提时间较短，生产效率及抽出率较高，产品质量较好，原料消耗较低，对原料的适应性强，转液、加料、出渣等操作比较方便，劳动强度小，热损失少，可避免单宁与空气接触氧化，寿命长，易维修，但较难造，造价高，对厂房要求高，对使用不锈钢要求较高，对原料粒度要求比较严格，出液系数大。国内工厂尚有使用转鼓连续浸提和木桶罐组浸提的。目前用于五倍子浸提有平转型浸提和罐组浸提，目前大多数单宁酸厂用罐组式逆流浸提，工艺条件成熟可行，抽出率高，所以本设计采用此工艺。由于五倍子单宁含量高，采用罐组逆流浸提法，正常操作时，尾罐只加一次清水，收罐只放一次浸体液离开罐组，以六罐组为例，每罐浸泡11次具体工艺参数如下：六罐生产有一罐备料，每罐投料271.2千克，新料投入后，打开下部排污阀用冷水喷淋10分钟，然后关闭排污阀进行正常转液。加水量规定加至距桶口20cm处，每罐新料浸提11次。每罐放出头罐液1.52，50时浓度为3上。3meB2.5.3冷冻澄清为了提高单宁酸质量，增加单宁酸品种，通常采用冷冻澄清、离子交换等手段，以达到清除与五倍子单宁一起溶入水的物质。五倍子单宁酸溶于水，形成了胶体溶液，其中单宁缔合成大小不同的粒子，在溶液中做布朗运动，温度对其稳定性的影响比较明显。当单宁酸溶液冷却到-30时，较大的粒子布朗运动减慢，因而产生沉淀，这样单宁酸溶液就发生分层，上层清溶液为单宁除铁筛选输送原料粉碎二次筛选合格原料12酸胶体分散系，下层沉淀为单宁酸胶体分散部分和粗分散部分，其中包括树脂、植物蛋白及淀粉等物质。五倍子单宁酸溶液浓度在68波美度时，产生的沉淀物较多。因此，生产上常用6-8波美度的浸提液进行冷冻。对于生产规模较小的冷冻澄清，首先将五倍子浸提液放入冷冻罐中澄清2530小时，即可达到分层目的。上层清液制试剂单宁酸，下层沉淀物用水解方法制没食子酸。2.5.4离子交换离子交换和吸附过程相似，它是通过离子交换树脂来完成，离子交换树脂是不溶于水的固体颗粒，带有活性离子的高分子化合物，有阴、阳两种。因生产试剂单宁酸中含有钙、镁、铁等阳离子和没食子酸、多缩没食子酸、色素等阴离子，用阴离子、阳离子交换树脂和阴阳离子混合床，就可以清除上述物质。离子交换操作通常在交换柱内进行。目前用的最多的是固定床操作。溶液由上而下透过固定床，进床溶液称为流入液，出床溶液称流出液。离子交换循环主要包括两个步骤：第一步为交换阶段或“吸附阶段”；第二步为再生或淋洗阶段。再生是将交换柱恢复到交换前的状态，即除去所吸附的离子。固定床交换柱可分阳离子交换柱、阴离子交换柱及混合离子交换柱，后者是将阳、阴两种离子交换树脂按一定比例充填而成的交换柱，俗称混合床。混合床装置具有设备少，装置集中，便于操作等优点。缺点是数值交换容量利用率低，树脂磨率大，在柱内分层再生时，操作条件要求较严格。为了尽可能地除去钙、镁阳离子以及有机酸阴离子，常采用联合式离子交换，通常称为复床系统。或者将复合床和混合床串联使用，称为复-混床系统，这种形式的优点是交换液质量好，pH值稳定，但流程复杂，再生不方便。2.5.5蒸发工段浸提液的浓度低于10%，需要用蒸发的方法，除去其中大量的水，尽可能提高浓度以利于喷雾干燥。浸提液的蒸发量是利用饱和水蒸气加热浸提液，使其沸腾，水分不断汽化，产生二次蒸汽，不断被排出，使其浓度提高。采用“低温、真空、多效、并流”蒸发，可减少对单宁的破坏，保证单宁的质量，节约生蒸汽用量，且可以自动平衡。目前生产所用的蒸发器有：外加热式蒸发器；液膜式蒸发器；刮板式蒸发器。本设计采用“外加热式蒸发器”。13蒸发过程：借助加热的作用使溶液中一部分溶剂汽化，因而获得浓缩溶液的过程叫蒸发。对蒸发过程的评价，主要反映在浓胶质量和浓度。蒸发消耗和蒸发强度等四个指标上。外加热式蒸发器主要由加热室、分离室、循环管组成，其中加热室和分离室分开安装，可以减少蒸发器总高度。循环管装在加热室外部，可以提高溶液循环速度，提高蒸发的传热系数和蒸发强度。浸提液经列管式换热器预热后，进入蒸发器，浓胶排入浓胶槽，末效二次蒸汽经表面冷凝器和混合式冷凝器完全冷凝后排入冷凝水槽，不凝性气体由真空泵排出。混合式冷凝器由于直接换热，热效率高，结构简单，耗材料少，但该设备会使水受到污染，水不能循环使用，对水的消耗很大。表面冷凝器由于采用间接换热，放冷凝水与冷却水均可使用，但结构复杂，耗材多，投资高，对清洁水和清洁度要求高。为达到最好效果我们采用表面冷凝器，减少废水，保护环境，节约水资源。真空泵是维持真空的机械；目前栲胶厂采用有：往复式真空泵；水环式真空泵；喷射泵（水、蒸汽）。往复式真空泵：利用活塞在泵缸内往复运动，真空度高，耗电量少，但对设备要求高，抽出的气体不能带液滴，否则影响抽气效率；水环式真空泵：利用转子旋转形成水环，结构简单，操作可靠，但真空度较低，耗电量大；喷射泵（水、蒸汽）：利用高速射流，结构简单，性能稳定，操作方便可靠，投资费与操作费均较低，占地面积小，维修方便，但真空度不太高，动力消耗大，耗用大量水和蒸汽。本次设计采用往复式真空泵。表2.6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%6.67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8414表2.7蒸发设备规格名称参数加热面积4(m)加热管道3(m)加热管直径322分离器直径1200材料3042.5.6干燥工段浓胶干燥方式有喷雾干燥、薄膜干燥、真空箱式干燥等。本设计采用喷雾干燥。其优点：干燥时间短，物料的温度低，适于热敏性物料的干燥，可直接将溶液喷雾干燥成粉状成品。省去了蒸发、粉碎等操作，产品为粉状，溶解性好，操作时易于调节或控制产品含水量和粒度，产品质量较稳定，生产连续化，易实行自动化生产，劳动生产率高。缺点：设备较多，体积大，能量消耗较大，投资较多，排气的净化要求高，要有可靠的气-固分离装置，才能减少产品损失，避免环境污染。主要设备有：干燥塔，浓胶喷雾系统，蒸汽加热系统，成品的排出装置，细粉的回收系统。本次设计采用气流喷雾干燥。参数如下表：表2.8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浓度eB30含水率%1产品出塔温度65空塔速度m/s0.30.5气流入口速度m/s810152.6确定生产工艺流程路线3.物料衡算3.1物料衡算的计算基准:以产量计算（每吨产品，每kg产品）；单位时间产量计算kg/h。由于第二种方法对设备、设计等更为方便，故设计采用第二种计算方法。对单宁酸生产的物料衡算，由于化学反应比较复杂，加上研究分析较少，若进行准确计算较为困难，故采用一些假定和经验实验数值，本设计是在假定生产中无化学变化的前提下进行计算的。从纯度考虑，假定原料的纯度为100%，则经浸提后下降到98%，经蒸发后的纯度直升到99%，经干燥时纯度基本不变，仍为100%。实际生产过程中物料损失：原料经粉碎、筛选等处理后损失2%，浸提工段抽出率为98%，蒸发损失1%，干燥工段损失0.5%（设风送夹带25%，回收效率97%）。各车间的纯度可由前向后计算：3.2每小时生产能力计算：产量：(3201000)/(30024)=44.44kg/h绝干物：44.4(1-12%)=40.44kg/h安全系数通常为10%30%，取20%实际生产绝干物：40.44(1+20%)=48.53kg/h实际生产单宁酸：44.44(1+20%)=53.33kg/h3.3画出生产工艺流程示意图，标出有关数据，然后进行计算：原料产品冷冻澄清离子交换备料浸提蒸发干燥16=100%=98%=98%=95%=99%=99%1p2p3p4p5p6pG3G4G5%4%1345G0.75%成品3.4纯度计算：3.4.1原料的纯度：=56/（56+8）=87.5%1P3.4.2经备料后的纯度：P2=P1100%=87.5%3.4.3浸提液的纯度：P3=P2P2=87.5%98%=85.75%3.4.4浓缩液的纯度：p4=p2p5=3.4.5干燥产品的纯度：%92.8781.625p3.5进料各工段物料计算：3.5.1物料总衡算全年开工300天，实行三班半制，年产240吨试剂单宁酸，日产1670千克试剂单宁酸，生产安全系数：10%30%，取20%。则：每小时生产试剂单宁酸=167024（1+0.2）=53.3kg/h绝干重：53.3(1-9%)=48.5kg/h含水量（以9%计）=53.39%=4.8kg3.5.2喷雾干燥工段抽出物：G5=53.399%=52.8kg/h单宁：T5=5P5=93%4093.11%=34.64kg/h水分：W5=409%=3.6kg/h3.5.3干燥工段损失部分的组分和数量抽出物：G5=G5/99.5%-G5=52.8/99.5%-52.8=0.265kg/h单宁：T5=587.92%=2.2577kg/h水分：W5=0.265/99%9%=0.024kg/h浸提备料冷冻澄清离子交换蒸发干燥173.5.4蒸发工段抽出物：G4=G5+G5=52.8+0.265=53.065kg/h单宁：T4=4P4=53.06599%94.05%=49.41kg/h水分：W4=G4/33%=53.065/33%=160.803kg/h3.5.5浸提工段抽出物：G3=G4/(1-2%)=53.065/(1-2%)=54.15kg/h单宁：T3=G3P3=54.1585.75%=46.43kg/h绝干原料：G0=G1/67%=55.26/67%=82.48kg/h原料G=G0/(1-10.5%)=92.16kg/hW3=500%G-G3=500%92.16-54.15=406.65kg/h3.5.6浸提工段损失部分的组分及数量抽出物：G3=G32%=54.152%=1.083kg/h(认为是可溶物中非单宁挥发)3.5.7备料工段抽出物：G2=G3/98%=54.15/98%=55.26kg/h单宁：T2=2P2=55.2687.5%=48.35kg/h水分：W2=55.26/10.5%=5.8kg/h3.5.8未经粉碎的原料的组分和数量抽出物：G1=55.26/(1-5%)=58.17kg/h单宁：T1=1P1=58.1787.5%=50.90kg/h水分：W1=G10.5%=92.1610.5%=9.68kg/h绝干原料：58.17/79.1%=73.54kg/h3.5.9备料工段损失部分的组分及数量抽出物：G2=G22%=58.172%=1.16kg/h单宁：T1=1P1=58.1717.5%=9.68kg/h水分：W1=9.682%=0.1936kg/h原料：G0=G02%=82.482%=1.6496kg/hG=G2%=92.162%=1.8432kg/h184.设备设计及热量衡算4.1备料工段：原料从仓库到厂房采用翻斗车运输，由皮带输送机送入粉碎。同时在下料时也采用皮带输送。通过斗式提升机把粉碎的物料通过输送筛选，下面对几种设备进行选取型及能量衡算。4.1.1电瓶车：选型：2DB型蓄电池搬运车该车以蓄电池作为动力，以半激直流电驱动。操作简单，维修方便，清洁卫生，适用于厂内运输。载重2T，时速812km，电机功率2.5kW，蓄电池型号DG-250。外型尺寸：312012501180mm，每台约1.3万元。4.1.2皮带输送机：（流程号1）五倍子输送带为普通胶带，在运输过程中作为承载和牵引构件。要求强度高，挠性好，伸长性小，寿命长。设输送高度H=3.5m，平型托辊，倾斜角=18，机械工程手册规定堆积重0.350.53T/m3的原料，最大容许倾角=18。4.1.2.1皮带长度：L=3.5/sin18=11.33m水平投影：Lh=11.33cos18=10.77m4.1.2.2皮带宽度：B=Q/（KVrC）1/2Q=380%0.459(1+2%)（60/20）（120）=4.0451T/hB=4.0451/（13510.30.85）1/2=358mm式中：Q：浸提罐3m3，装料80%，经粉碎好的原料r=0.459T/m3，经备料损失5%，每罐20min备料完毕，安全系数1030%，取20%。B：皮带宽度，mm；K：断面系数（静安息角=30，动安息角0=2/3,=20,K=135）；V：皮带运输速度m/s（V=11.5m/s）；r：物料堆积重T/m3（未经粉碎物料r=0.2860.4T/m3）；C：倾斜角修正系数（=18，C=0.85）；19圆整：B=500mmQ=B2KVrC=(0.5)213510.30.85=8.6063T/h4.1.2.3传动滚筒功率：N0=(K1LhV+K2QLh+0.00273QH)K3K4+K5V+K8r=0.013410.771+10.8910-58.606310.77+0.002738.60633.5)1.061.0140.030.3=0.2634kW式中：Q：皮带实际输送能力计算K1：输送带与托辊转动部分运行功率系数=0.0134K2：物料水平运行功率系数10.8910-5K3：尾部改向系数1.06K1LhV：水平方向输送消耗功率R2QLh：物料水平运输所需功率0.00273Qh：物料垂直提升所需功率K4：改向滚筒功率系数1.014，按增长轮考虑K5：卸料器阻力系数为0，尾端卸料，无需卸料器K8：物料加速功率系数0.034.1.2.4电动机功率：N=KN0/=1.40.2634/0.88=0.419kW式中：K：功率安全系数及满载起动功率取1.4：总结传动效率（胶面传动滚筒=0.88）4.1.2.5倾斜角输送机最大张力：max=K10rq0HK11N0=2600.39.23.58.20.2634=112.3599kg式中：K11：取8.2，V1.25m/s；max：倾斜输送机最大张力20K10=260=1.2B(1.1i+1+2)0q=1.20.5(1.13+5+7)=9.2即每米皮带自重为9.2kg/m4.1.2.6胶带层数：i=maxm/（B）=112.359910/（5056）=0.40133故初选i=3层m：硫化接头10m：带芯强度，普通型橡胶带取56kg/(cm.层)4.1.2.7选型：普通型橡胶带：B=500mm；L=12m；=18；i=3层选HQ69-154.1.3旋风分离器（流程号-11）参考书化工原理上选用CLP/A型选风分离器，两台串联使用。4.1.4锤直粉碎机（流程号-4）五倍子粒度比较均匀，性质易脆，选用压条不锈钢辊，双传动，一轴固定另一轴可调的对辊破碎机，使用于脆性物质的破碎。它的特点是结构简单、维修容易、调节方便，主要缺点是生产能力小。本机适用于在水泥，化工，电力，冶金，建材，耐火材料等工业部门破碎中等硬度的物料，如石灰石，炉渣，焦碳，煤等物料的中碎，细碎作业。21表4.1对辊破碎机参数项目参数型号2PG400250电子直径，mm400辊子直径，mm250最大进料，mm32出料粒度，mm28辊子转速，rpm200产量，t/h510电动机功率，kw11电动机转速，r/min970外形尺寸（长宽高量，kg13004.1.5振动筛（流程号-3）选型：万能悬挂式振动筛2WXS-1型特点：构造简单，其生产能力和筛分效率高，占地少，轻便，成本低，由于筛分强烈震动，所以筛孔不易堵塞。操作方便，动力消耗少，但筛网寿命短。主要缺点：噪音较大，灰尘飞扬现象比较严重，工作环境差。主要作用：用于粉碎前原料的筛选，去尘，达到初级筛选和利于粉碎的目的。4.1.6初级振动筛的吸尘装置选型：喷淋式旋风分离器一套。4.1.7贮灰斗用来收集备料工段的粉尘、灰沙等。4.1.8回转吸铁机用来吸收备料工段的铁类物质。4.1.9斗式提升机（流程号-5）4.1.9.1生产能力：Q=Q实K=380%0.459(120%)（60/20）1.4=5.5521T/h4.1.9.2料斗的选择：22/a=Q/（3.6Vr）0i=5.5521/（3.610310.4590.75）=4.48L/m式中：/a：每米容纳料的容积L/m；0iQ：生产能力；r：物料的堆积重度T/m3；V：料斗提升速度m/s（V=12m/s）；：填充系数（粉碎物料20mm,=0.750.95，取0.75）；a：料斗间距m；i：料斗容积L。选PL型，斗宽250mm，料斗制法：三角式斗间距d=200mm，料斗容积3.314.1.9.3功率计算：N0=1.15QH/367+K3q0HV/367=QH（1.15K2K3V）=0.552120(1.151.10.80.5)/367=0.479kWN=N0/（K）=0.479/（0.91.25）=0.426kW式中：1.15QH/367：物料提升所耗功率kw；K3q0HV/367：提升机空载运行所耗功率kW；K2：牵引件重量kg/m；K3：尾部改向滚筒系数；K：10mH20m，K=1.25；：传动装置总效率（=器皮=0.940.95=0.9）；器：LQ型减速器的传动功率（器=0.94）；皮：三角皮带的传动功率（皮=0.95）。4.1.9.4选型选用PL250-X1J2-K1Z2-L1-C2-20右装提升机4.1.10粉碎机原料筛选装置（流程号-7）选型：万能悬挂式振动筛2WXS-1不合格的原料返回粉碎机，合格原料送浸提缸加料斗以供浸提。234.1.11斗式提升机的吸尘装置选型：喷淋式旋风分离器，除尘设备一套。4.2浸提工段设备设计选型：4.2.1阀门组（流程号-13）4.2.2水力开启器（流程号-14）用于各物料的管线阀门控制。4.2.3梨形卸料器（流程号-8）结构简单，适用于输送能力小的带式输送机，安装在卸料口处两侧，卸料动作采用电控。4.2.4浸提罐加料斗（流程号-15）每个浸提罐上对应一个加料斗，容积与罐相同，为3m3锥体角60V=1.520.9=2.205m3V=1.2(20.3221.5220.31.5)/6=1.116m3V总=2.2051.116=3.141m3锥体下部安有杆板阀门可控制出料。4.2.5浸提罐（流程号-12）采用压力式金属浸提灌在密封条件下高温浸提，适用于多种原料的浸提，特别适用难浸提原料的浸提，抽出率高，原料单耗低，单宁不易氧化，溶液质量好，可连续转动，压力出渣，罐体不容易损坏，使用寿命长。设每两小时装一罐料，每罐G=292.16=184.32(kg/罐)原料体积V=184.32/459=0.4m3采用3m3压力式金属浸提罐组，浸提罐为圆柱形，长径比为3.8:1，取圆筒直径为1m，则圆筒高度为3.8m，采用8mm的不锈钢304，工作压力为0.4MPa左右。浸提罐顶部的加料斗口与锥体相连，锥顶角为40左右，斜锥体一侧为直立面废渣在直立面处受到的向上托力为最小，而利于先从此排出，故易排渣。采用罐组逆流浸提法，正常操作时，尾罐只加一次清水，收罐只放一次浸体液离开罐组，则浸提次数与罐组罐数的关系是：n=2m-1式中：n：浸提次数，11次；m：每组罐数，6个。24采用分别转液。浸提时间安排：抽尾部水5分钟卸料5分钟装料5分钟转液20分钟浸提45分钟放头部水40分钟为保证抽出率采用6罐，周期2612小时，五罐生产有一罐备料，每罐投料184.32千克，新料投入后，打开下部排污阀用冷水喷淋10min，然后关闭排污阀进行正常转液。加水量规定加至距桶口20cm处，每罐新料浸提11次。表4-2浸提温度控制如下：首罐至尾罐1234567891011温度（）4550505560754.2.6浸提过滤筛倾斜角:=20筛网尺寸:1450800，800目，不锈钢网4.2.7浸提加料皮带输送机（流程号-9）设输送距离Lh=20m，倾斜角=0，平型托辊。工作条件：少量尘埃，正常温度，采用含油轴承，平滑橡胶带，硫化接头，光滑滚筒。4.2.7.1皮带宽度：B=Q/（KVrC）1/2=3.9658/（13510.4591）1/2=253mm圆整取：B=500mm式中：Q=30.80.459（60/20）(1+20%)=3.9658T/hK=135V=1m/sr=0.459T/m3C=14.2.7.2传动滚筒功率：N。=（K1LhV+K2QLh0.00273QH）K3K4+K5V+K8r=（0.013420110.8910-53.9658200）1.51.0140.310.030.45925=（0.268+849.4210-5）1.521+0.3+0.01377=0.7343kw其中：K1=0.0134；K2=10.8910-5；K3=1.31.7；K4=1.014；K5=0.3；K8=0.034.2.7.3电动功率：N=KN0/=1.40.7343/0.88=1.1682kW4.2.7.4水平输送机最大张力：max=KqN0/v=2030.7343/1=149.0629kg4.2.7.5胶带层数：I=maxm/(B)=149.062910/(5056)=0.53层3层4.2.7.6选型：普通型橡胶带B=500mm；Lh=30m；=0；i=3层。4.2.8浸提上水泵(流程号-13)浸提水=（/30%）70%=（84.28/30%）70%+406.65=599.10/h0G3W20min内上完，则：=599.10（60/20）=1797.3/h水V=1.797m3取安全系数50%，则V=1.7971.5=2.696m3流量V=2.696m33m3，设管道阻力hf=0.1MPa，尾罐压p=0.4MPa，已知放液到首罐间的压力降0.2575MPa，6罐组压力降0.16MPa，尾罐泵压力降0.1MPa，安装高度1m，则H=（2.5751.61）51=26.9mmH2O。查化工工艺手册选2B31A型泵，则其：Q=10m3/h，H=28.5m，n=2900rpm，轴功率1.45kW，电动机功率N=3kw,=54.5%，允许上吸真空度Hs=8.7，叶轮直径D=148mm，净重35kg。4.2.9浸提上水预热器（流程号-17）26需要浸提上水量为：3594.6kg/h。设进水温度年平均为t1=22；出水平均温度：t2=（453+503+552+602+652+705）/17=61.76；故：t=61.76-22=39.76；需热量：Q=3594.639.764.2=5.888kJ/h；510取预热器的传热系数：K=2478kJ/h热源0.8MPa，饱和蒸汽：T=169.61汽化潜热r=2056.9kJ/kg，饱和水比热容：0.001114m3/kg故所需加蒸汽量：D=Q/r=5.888/2056.9=286.3kg/h510干饱和蒸汽比容：0.2448m3/kg，重度r=4.085kg/m3平均温度差计算：t1=169.61-39.76=129.85t2=169.1-22=147.61tm=（t1-t2）/ln（t2/t1）=17.76/0.26346=138.54预热器换热面积：A=5.888/(2056.9138.54)=2.0750取安全系数30%：A头=2.071.3=2.1查化工原理附录二十七，选用固定管板式，公称直径DN159mm，公称面积2,管长2m。4.2.10浸提液贮罐（流程号-19）选用不锈钢，外面用铁箍箍紧，桶壁安装计量装置，桶底排渣，排污。设浸提液浓度：54.15(406.65+54.15)=11.8；24小时浸提液量：24460.80=11059.2kg/；3m浸提液密度：1022kg/；3则：V=11059.2/1022=10.823设有三个不锈钢贮罐，则每个贮罐容积为：10.82/3=3.613圆矩形罐高：H=2m，底面直径D=1.5m浸提工段能量衡算表：27表4-3计算依据和主要技术指标原料处理量92.16kg/h原料温度15原料比热2.64kJ/kg浸提液温度45浸提液比热4.2kJ/kg浸提水温度61.76出水温度504.3冷冻澄清工段冷冻澄清在单宁酸生产中的应用：用水浸提五倍子时，与五倍子单宁酸一起进入水的在物质主要有没食子酸、植物蛋白、无机盐、叶绿素、树脂与淀粉等。这些物质对单宁酸的溶解性、灰分、颜色和纯度等均有影响。为了提高单宁酸的质量，增加单宁酸品种，通常采用冷冻澄清、离子交换等手段，以达到清除上述物质的目的。五倍子单宁酸溶于水，形成胶体溶液，其中单宁缔合成大小不同的粒子，在溶液中作布朗运动，温度对其稳定性影响较明显。当单宁酸冷却到-30时，较大的粒子布朗运动减慢，因而产生沉淀，这样单宁酸溶液产生分层，上层清溶液为单宁酸胶体分散系，下层沉淀为单宁酸分散部分和粗分散部分，其中包括树脂、植物蛋白及淀粉等物质。五倍子单宁酸溶液浓度在6-8时，产生沉淀最多，因此，生产上常用6-8的浸eBeB提液进行冷冻。由于单宁酸的沉淀速度较慢，澄清过程可采用间歇式澄清设备计算，主要是确定沉降容积。要注意冷冻罐和澄清罐保温材料的选择，具体要求：热绝缘性好，相对密度小，抗湿性好，耐火，耐冻，无味，价格便宜。本工艺中采用将6-8的五倍子单宁酸溶液放入澄清桶中，在不断搅拌下被盐水冷eB却到-30，由泵送到澄清罐中澄清25-30h，即可达到分层的目的。冷冻罐可采用搪玻璃冷冻罐。4.3.1冷冻机的选择（流程号-20）选用8AS10活塞式氨压缩机，取3台。28表4-48AS10活塞式氨压缩机技术性能项目指标型号8AS10标准工况产冷量103kcal/h100汽缸直径，mm100活塞行程，mm70汽缸数，个8理论容积，m3/h253.8压缩机转数960排气管直径80进气管径90机器冷却水进口直径21/2机器冷却水出口直径21/2容量调节范围0，5，50，75，100压缩机耗水量1000压缩机首次加油量15压缩机重量550冷凝器LN-35蒸发器LZ-40油水分离器YF-80贮氨器ZA-0.5集油器JY-150空气分离器KF-32电动型号及功率Y240kW启动设备QCS-4/6380V534.3.2设备选型及计算4.3.2.1浸提液泵每小时所得浸提液量为：460.80kg/h选用25F-16型泵4.3.2.2冷冻罐（流程号-21）化工工工艺设计手册29选用搪玻璃做成，因为搪玻璃能耐大多数无机酸，无机盐，有机溶