毕业论文年产30万吨液碱工艺初步设计—盐水工段工艺及前反应桶设计

1、毕业设计(论文) 课题名称年产30万吨液碱工艺初步设计 盐水工段工艺及前反应桶设计 学生姓 名 学号 系、年级专业生物与化学工程系10级化学工程与工艺 指导教师 职称副教授、讲师2014年 5 月 21 日摘要本次毕业设计课题为年产30万吨液碱工艺初步设计盐水工段工艺及前反应桶设计。本次设计工艺部分，主要完成了对盐水精制工艺方法进行比较和选择，并设计出适宜的工艺生产方法及流程。采用A2图纸绘制带控制点工艺流程图。列出盐水工段工艺控制指标作为衡算的基准，对盐水工段工艺绘制衡算示意图，进行物料衡算和热量衡算，最终列出衡算表。本次设计对关键设备前反应桶进行详细的工艺及设备设计；列出盐水工段主要设备表

2、，采用A2图纸绘制前反应桶设备装配图。编制设计计算说明书。本次设计的关键设备前反应桶因其无需夹套人孔等装置，故采用非标反应釜，长径比取为2。本设计在槽壁上设置了四块指型挡板，以避免出现盐水打旋现象。前反应桶的封头采用45度折边锥形，本设计已列出了封头的详细的计算参数。本设计中前反应桶的搅拌机选择单层二折叶桨式搅拌机：折叶角度为45度，相较于平直式搅拌机来说功耗更少操作费用更低。关键词：液碱；盐水精制；物料衡算；热量衡算；前反应桶The Design of Annual Production Capacity of30,0000 Tons of liquid caustic sodathe De

3、sign of saline process and the before reaction barrelsSummaryThe graduation design topic for the design of annual production capacity of 300000 tons of liquid caustic soda the design of saline process and the before reaction barrels. The design of the main completed the review and selection of the p

4、roduction method of industrial design process for the production of liquid caustic soda, appropriate methods and processes, using drawings A2drawings drawing the process flow chart with control points. The absorption section for material balance and heat balance, balance sheet lists, list control in

5、dex of saline process. The key equipment of the before reaction barrels for process and equipment of the before reaction barrels for process and equipment design detailed list of main equipment table saline. This design has used A2 drawing the before reaction barrels equipment assembly drawings and

6、Formulatedthe design specification.The design of key equipment-the before reaction barrel, because its has not jacket and manhole and so on, is non-standard reaction kettle,which is adopted to that the height todiameter is 2.This design has set up four vertical baffle on tank walls, whichcould avoid

7、 salt water to swirl. The before reaction barrels glanduses 45 degrees of ruffled taper, and this design has been listed a detailed calculation parameters for the gland. the before reaction barrel chooses a single twin hinged paddledagitator in my design : leaf Angle of 45 degrees, compared to strai

8、ght paddledagitator, which has less operation and the cost is lowerunder the same displacement power consumption.Key words: liquid caustic soda; brine purification; material balance; heat balance; the before reaction barrels目 录中文摘要英文摘要1 前 言12 概述22.1 概述22.2 国内外氯碱工业发展的现状22.3 液碱的用途32.4液碱的腐蚀性、安全和贮运32.5盐

9、水工段精制方案确定及盐水精制工艺简介32.6 液碱工艺盐水精制工段的主要原理，盐水精制工艺关键点52.7 本设计准备采取的措施62.8 盐水工艺参数73 工艺计算83.1 物料衡算83.2 热量衡算223.3 前反应桶几何数据的设计243.4前反应桶中搅拌机的设计293.5 搅拌机的设计参数汇总334 反应釜附属部件的设计334.1 接管及其法兰选择335 总 结356 参考文献367致谢37附：工程图纸1 前 言本次毕业设计主要是结合了实际工业生产过程来进行。本次设计内容为年产30万吨液碱工艺初步设计盐水工段工艺及前反应桶设计。本设计说明书总共分为五个部分。第一部分为概述，主要阐述了烧碱的物

10、理化学性质，用途和生产发展状况，并结合国内外合成液碱工业发展的现状，选择了较为优化的工艺流程方案；第二部分是盐水工段工艺设计计算部分，对盐水精制工段进行了物料衡算和热量衡算，列出了相应的符合规范的物料衡算表和热量衡算表；第三部分主要为设备的工艺设计计算和选型，对关键设备前反应桶进行设备设计，作出了相应的工艺设计计算及附件的选型计算，材料选择等；第四部分为本次毕业设计的总结，致谢，参考文献等；第五部分是设计附件，包括盐水工段工艺流程图及前反应桶的设备装配图。2 概述2.1 概述我国液碱生产所用原盐主要有粉盐、海盐、湖盐、井盐和液体（卤水）等。但这些没有经过处理的原盐除了NaCl含有外，还含有钙、

11、镁离子、硫酸根离子、有机生物体、不溶性物质等。一旦盐水中含有的这些有害杂质含量超过控制指标，将会多种危害：一、阳离子电解过程中与氢氧根离子产生沉淀会堵塞电解槽的离子膜，导致槽电压升高、电流效率下降、膜寿命缩短，甚至还会造成停车。二、硫酸根离子的存在能导致水失去电子产生氧气，会降低氯气的品质，甚至可能产生安全隐患。因此食盐溶液的电解，首先需要制备符合电解要求的氯化钠溶液，即精制盐水，对应的工艺就是盐水精制工艺。本次设计主要是对一次盐水精制主要设备前反应桶的工艺计算和设备选型。反应桶内，精制剂次氯酸钠将藻类等有机物消解为小分子有机物，原盐中的不溶性杂质充分沉淀，经过45度折边锥形封头良好汇集能力，

12、定期排出。加入了相应的精致剂盐水从前反应桶上部流入，由底部流出，并进行搅拌混合，在反应桶内完成充分的精制反应。在盐水精制工艺的前反应桶中搅拌转速一般选取30 r/min，由于釜体宽大需要较大的桨叶进行搅拌，以及转速较小，故搅拌器一般选择为桨式，而折叶式较平直式桨叶搅拌效率更高，故综合考虑应当选择二折叶桨式搅拌器。由流入反应桶的盐水的流量较大和在反应桶内停留时间较长，故而该反应器体型较大，所需搅拌机的功率和搅拌轴长度都会比较大。正因如此，设计搅拌机时，应当优先考虑搅拌轴的强度是否达到要求；其次要在槽壁上设置挡板，以避免出现盐水打旋现象，本设计中采用了指型挡板，相对于垂直挡板来说，指型挡板更节约能

13、量，还可以使前反应桶内流体上下混合，达到更好的反应效果。2.2 国内外氯碱工业发展的现状我国氯碱工业起步较晚，始建于1920年。全国解放以前, 氯碱工业的发展仍然十分滞缓。解放二十年以来，氯碱产量仅1.5万吨/年。改革开放以后，氯碱工业突飞猛进，达到了2123万吨，居于世界第五，仅次于美、德、日、俄。特别是，十一五期间，烧碱和聚氯乙烯产能跃居世界第一，成为真正的氯碱大国，时至今日，氯碱工业已经成为化工行业原料的供应站，应用于轻工业、纺织业、造纸业、石油工业等等。但随之而来的环境污染问题也日益严重，现在许多氯碱生产集团公司面临着国家经济转型的阵痛，特别是国营企业庞大的员工负担等等，情势已不容乐观

14、，但转折也意味着转机，希望这些企业迎难而上，完成经济转型的蜕变，跻身世界强大企业之林，届时我们国家一定会成为真正的氯碱强国。对欧美国家氯碱产业发展趋势的概括：以技术改造为手段，向节约生产能耗发展 以兼并联合为方式，向扩大企业规模发展以氯碱为生产原料，发展精细化工战略 2.3 液碱的用途液碱是极为重要的化工原料，用途广泛。氯碱工业生产出的氢氧化钠，氢气和氯气都是非常重要的化工原料。这些原料可以应用于化工生产的方方面面，氢氧化钠可以用于制作肥皂，石油工业、造纸工业、碱性催化剂；氢气和氯气可以用于PVC的生产工艺，冶金工业等等。2.4液碱的腐蚀性、安全和贮运液碱的腐蚀性极强，属一级无机碱性腐蚀物品，

15、危规编号：82001。通常液碱用槽车或贮槽装运，工业固碱用铁桶或其他密闭容器包装。烧碱包装上必须有：“腐蚀性物品”标志。烧碱的存放，必须置于通风、干燥处。烧碱发生失火时可用水、黄砂及灭火器及时扑救。在氯碱厂工作一定要注意安全防护，必要时穿上橡胶耐酸服防护服，戴橡胶耐酸碱手套，配上防护罩，当皮肤不慎被烧碱触及时应当立即用清水冲洗，若溅入眼内时务必立刻用生理盐水或者大量清水冲洗15分钟以上，并及时送往医院检查治疗。工作现场应严格遵守规定，严禁吸烟、饮食；在食堂吃饭前要彻底清洁双手，面部等。2.5盐水工段精制方案确定及盐水精制工艺简介2.5.1 盐水工段精制方案的确定 目前国内外一次盐水精制工艺主要

16、有四类： （1）传统过滤技术该技术是以道尔桶和砂滤作为预处理，采用过滤器技术除去固体颗粒，该技术作为第一次引进的盐水精制技术，存在很多漏洞，有待进一步改进。 （2）有机聚合物膜技术 该技术通常称作凯膜或戈尔膜盐水过滤技术，该技术的突出优点是着重针对我国原盐富含镁离子及有机生物体的特点，并考虑到过滤的膜材料自身不耐高镁离子及有机物的材料缺陷，开发出了二步法预处理工艺，即在两个反应器中分别除去镁离子和有机物，具体为在预处理器将原盐中的镁离子除去，在膜过滤器中将原盐中的有机物除去。相对于传统过滤技术，该技术促进了盐水质量的质的飞跃。经不断的工艺改进之后，凯膜盐水过滤技术已相当成熟完善，大多数企业因而

17、都选择这种工艺技术。可以毫不怀疑的说，凯膜盐水过滤技术推动了中国氯碱工业的进步。凯膜技术的未来也一定是充满光明的。 （3）CN 过滤技术CN 过滤采用的动态吸附和深层床过滤相结合的原理，采用悬浮离子吸附作用达到固液分离的目的。但是CN过滤技术还没有成熟地应用于盐水精制工艺，仍需进行完善。 （4）陶瓷膜过滤技术陶瓷膜是经特殊工艺制成的非对称膜，此技术中为避免陶瓷膜由于通道孔径太小导致的通道堵塞，在进行过滤之前一定要解决盐水粗过滤的问题。该技术还需不断积累实践经验来应对国内复杂的工况条件。综上所述，本次设计将采用凯膜过滤技术进行一次盐水的精制。2.5.2 一次盐水精制工艺简介皮带传送 原盐化盐桶前

18、折流槽预处理器气液混合器及加压容器罐前反应桶后折流槽膜过滤器后反应桶一次盐水大罐A.粗盐由皮带传送送入化盐桶。初步除去杂草生活垃圾等等。初步溶解过滤后与配水一起送入前折流槽，配水中加入氢氧化钠，碳酸氢钠及氯化钡。B.前折流槽中检测PH值，适时调节配水.C.在前折流槽中加入次氯酸钠及氢氧化钠，前反应桶中次氯酸钠利用氧化性将原盐水的有机物消解，以及发生反应氢氧化钠与镁离子生成氢氧化镁絮状沉淀。盐水经过泵送至加压溶气罐，经溶气后在文丘里混合器中与充分混合，一同进入预处理器。 D.盐水经加压溶气后在预处理器中经过减压，将会释放出许多细小的汽泡，氢氧化铁胶体发挥良好的粘附和聚沉的效果，迅速吸附这些细小汽

19、泡、氢氧化镁絮状沉淀以及有机物，这些物质共同形成泡沫向上浮出预处理器，从而起到除去这些杂质的目的。粗盐水经处理后进入后反应桶。E.后反应桶中加入碳酸钠，发生反应钙离子与碳酸钠生成碳酸钙不溶性沉淀，这些沉淀通过沉淀出口管排出，然后粗盐水将进入膜过滤器。F.进入膜过滤器后，一些残余的少量氢氧化镁和碳酸钙及氢氧化镁等等固体颗粒物被膜过滤器除去，这时就能算作初步的精盐水了。G.此时精盐水流入后折流槽。后折流槽中先加入高纯浓盐酸，除去过量氢氧化钠和碳酸钠，起到调节PH以及除去过量碳酸根离子的目的,最后加入亚硫酸钠除去精盐水中的游离氯。H.经后折流槽处理后泵送入一次盐水大罐储存。2.6 液碱工艺盐水精制工

20、段的主要原理，盐水精制工艺关键点盐水精制工段的主要原理本工艺精制原理如下：（1）前反应桶中次氯酸钠除有机物次氯酸根离子将粗盐水中的有机物氧化分解成小分子物质，一般会采用过量次氯酸钠。（2）前反应桶中氢氧化钠除镁离子在前折流槽中加入溶液，迅速与反应生成絮状沉淀，之后在前反应桶中反应完全。氢氧化钠的加入量要超过反应理论用量，参照实验结果以及工厂生产经验，本工艺氢氧化钠过碱量为100300mg/l。其反应式如下：       （3）后反应桶中碳酸钠除钙离子，碳酸钠的加入量要超过反应理论的用量，参照实验结果以及工厂生产经验，本工艺碳酸钠的过碱量2004

21、00mg/l。其反应式如下：      2.6.2 此工艺的关键点 （1）预处理器的处理效果与加入的溶液的量，盐水中的镁离子含量，预处理器的自身设计等有关。 （2）前后反应桶中反应物的停留时间采用通常工艺中的30min。 （3）后折流槽应当先加入高纯浓盐酸，再加入亚硫酸钠，才能充分除去游离氯；否则盐酸带有的游离氯会对螯合树脂塔产生毒害作用。2.7 本设计准备采取的措施2.7.1 控制化盐水温度本次设计我们拟采用的化盐温度为：50-60（夏季），50-70（冬季）。（1） 通过升高温度可以提高食盐的溶解速度。因为温度升高, 溶盐粘度会降低, 溶解速度会加快

22、, 从而提高了溶盐速度。（2） 较高温度能加快沉淀反应速度以及加快沉淀物沉降速度 , 并且沉降平衡时的界面高度也较低。（3） 的生成在低温时反应较慢, 而在60 以上时, 反应则几乎是瞬时的。所以, 较高温度有利于除。（4） 升高温度能提高过滤速度，提高生产效率。 因此本次设计我们采用了这样的化盐温度。 本次设计预处理器拟采用浮上澄清法浮上澄清法是：将空气经过加压溶气罐加压溶解在粗盐水中，与氢氧化铁胶体混合后，到预处理器突然减压，溶解在粗盐水中的空气迅速形成微小的气泡，并在氢氧化铁的吸附及聚沉作用下，一起形成了富含气泡的分子集团，密度比盐水低得多，向上漂出浮上桶。 严格控制调节PH值一次盐水精

23、制工艺中时，为了使各个沉淀反应完全，加入了过量精制剂，过量的氢氧化钠在电解槽中会失去电子生成氧气，从而影响氯气的品质，甚至会影响生产的安全。故本设计中会在后折流槽中加入高纯浓盐酸调节PH为782.7.4 环保措施对洗泥及盐泥处理采取的措施盐泥一直是氯碱厂令人头痛, 难以解决的三废难点之一。因而搞好综合利用是消除“ 三废” , 保护环境的积极措施。（1）由沉降槽底分出的含固率为5 .57 % 的含盐泥浆含氢氧化镁较高, 是生产氧化镁的较好原料。而氧化镁又是较为重要的工业原料, 可供做橡胶的填充剂, 半导体粘膜和高级耐火保温材料等。用盐泥生产氧化镁的反应式如下:利用此法生产氧化镁时, 盐泥氯含量不

24、能太高, 否则, 产品不符合质量标准。要求盐泥中含在2g / 1以下。（2） 通常工厂会采用多层洗泥桶将废弃的盐泥加以利用来回收原盐。2.8 盐水工艺参数检测项目检测点控制指标化盐水温度化盐桶50-60（夏）50-70（冬）NacL过滤精盐水罐300-320g/lCa+,Mg2+过滤精盐水罐<=1mg/lPH过滤精盐水罐Na2cO3过碱量前反应桶NaoH 过碱量前反应桶硫酸根离子过滤精盐水罐<=5g/l亚铁离子过滤精盐水罐<=0.1mg/lSS(固体悬浮物)过滤精盐水罐<=1mg/l游离氯过滤精盐水罐无附加：压缩空气仪表控制压力>0.3MPa3 工艺计算3.1 物

25、料衡算物料衡算基准（1）生产时间：年产32%液碱30万吨，取年生产时间为8000小时，则小时产量为：，本设计以小时产量为基准。（2）设定生产产生的盐泥含水量为（3）温度时，的饱和溶解度为26.89%，质量浓度为319.2，=1187g/L（）控制指标，质量浓度为300320（）原盐的组成如下表：表3.1 原盐组成表原盐组分%950.20.150.20.33.5不溶性杂质0.65电解槽物料衡算生产的浓度为32% 的质量为物质的量为水的质量为电解反应由守恒的消耗量设精盐水的体积为V ，经电解槽盐水浓度由，设水的密度为进电解槽的质量出电解槽的质量=消耗的质量 考虑损耗，取的1.01倍表3.2 电解槽

26、消耗水汇总表：物质质量物质的量总计带走水的总质量为3.1.3 配水罐物料衡算配水罐回流盐水 化盐水纯水流程水量图3.1 配水罐物料衡算示意图 回流的盐水+加入的纯水=流程的水量 回流到配水罐的盐水量为 回流盐水中的质量浓度为的质量 配水罐需加的纯水的体积 质量 在配水罐加入，用于除去离子过量，取理论值的倍表3.3 配水罐的盐水体积表：物质体积L回流的盐 水84690加入的纯水31420流程的水量116110查物料手性数据表有：200g/L盐水的密度=1101.7g/L回流盐水的质量=84690×1101.7÷1000=93303kg/h回流盐水中水的质量=933031716

27、8=76135kg/hwt%(NaCl)=17168÷93303=18,4%wt%(H2O)=118,4%=81.6%出料中水的总质量=7613531420=107555kg/h出料总质量=10755517168161.12=124884kg表3.4 配水罐物料衡算表物料进料出料回流水纯水BaCl2化盐水kg/hwt%kg/hwt%kg/hwt%kg/hwt%NaCl1716818.4/1716813.75BaCl2/161.12100161.120.13H2O7613581.631420100/10755586.121248841248843.1.4 化盐桶物料衡算 原盐 粗盐水

28、化盐水 不溶性杂质图3.2 化盐桶物料衡算示意图守恒：回流盐水中+加入=饱和盐水配饱和精盐水需的质量： 设化盐桶加入的质量为 , 加入原盐的质量化盐桶除去不溶性杂质的质量表3.5 化盐桶物料衡算物料进料出料原盐配水粗盐水不溶性杂质kg/hwt%kg/hwt%kg/hwt%kg/hwt%NaCl19894951716813.753706225.4391/CaCl241.880.2/41.880.0287/MgSO431.410.15/31.410.0216/MgCl241.880.2/41.880.0431/Na2SO462.820.3/62.820.0431/BaCl2/161.120.131

29、61.120.1106/H2O732.943.510755586.12108287.9474.3281/杂质136.1160.65/136.116100总计20941100124884100145689.05100136.1161001458251458233.1.5 氯化铁溶解罐物料衡算纯水FeCl3固体FeCl3溶液图3.3 氯化铁溶解罐物料衡算示意图 过量的质量 取温度为,查物性数据可知在水中的最大溶解克数为，浓度为，设配成的氯化铁溶液 加入水的质量表3.6 氯化铁溶解罐物料衡算组分进料出料纯水FeCl3固体FeCl3溶液（20%）kg/hwt%kg/hwt%kg/hwt%FeCl3/3

30、1.4610031.4620H2O125.84100/125.8480总计125.8410031.46100157.3100合计157.303.1.6预处理器物料衡算盐水盐水 NaOH溶液 沉淀 FeCl3溶液图3.4 预处理器物料衡算示意图 进预处理器中的NaCl=粗盐水中的NaCl除去Mg2+反应生成的NaCl除去Fe3+反应生成的NaCl除去SO42+反应生成的NaCl= 进预处理器中的BaCl2=粗盐水中的BaCl2反应生成BaSO4 消耗的BaCl2 = Mg(OH)2 = 预处理器中的水=粗盐水中水的质量NaOH溶液中水的质量FeCl3溶液中水的质量=过量，取理论值的倍守恒二：守恒

31、产生的的物质的量的浓度的过碱量为的总浓度 总质量 加入的溶液为电解槽的液碱，的浓度为 带入的水的质量守恒三：守恒 过量的质量表3.7 预处理器物料进料衡算表物料进料进预处理器的盐水NaOH溶液FeCl3溶液kg/hwt%kg/hwt%kg/hwt%NaCl3706225.4391/CaCl241.880.0287/MgSO431.410.0216/MgCl241.880.0431/Na2SO462.820.0431/BaCl2161.120.1106/H2O108287.9474.3281168.815368125.8480NaOH/79.442532/FeCl3/31.4620总计14568

32、9.05100248.26100157.30100合计146095表3.8 预处理器物料出料衡算表组分出料出预处理器的盐水产生的沉淀kg/hwt%kg/hwt%NaCl3723025.52/CaCl241.880.02871/MgSO4/MgCl2/Na2SO4/BaCl214.64740.01004/H2O108582.6074.438/NaOH/FeCl3/BaSO4/164.078972.746Mg(OH）2/40.75618.07Fe(OH）2/20.71529.184总计145869100225.55100合计1460953.1.7后反应桶物料衡算盐水盐水 Na2CO3溶液沉淀图3.

33、5 后反应桶物料衡算示意图 后反应桶加入,用于除去和过量的过量的质量的浓度的过碱量为则的总浓度的质量 设加入的浓度为带入水的质量 出后反应桶盐水中的Na2CO3=进后反应桶盐水中的Na2CO3 除去CaCl2反应消耗的Na2CO3除去BaCl2消耗Na2CO3= 出后反应桶盐水中的NaCl=进后反应桶盐水中的NaCl除去CaCl2反应生成的NaCl除去BaCl2生成的NaCl=表3.9 后反应桶物料进料衡算物料进料进后反应桶的盐水Na2CO3 溶液kg/hwt%kg/hwt%NaCl3723025.52/CaCl241.880.02871/BaCl214.64740.01004/H2O1085

34、82.6074.43837680Na2CO3/9420总计145970100470100合计146440组分出料出后反应桶的盐水产生的沉淀kg/hwt%kg/hwt%NaCl3728225.49/CaCl2/BaCl2/H2O10895874.48/Na2CO346.440.03/CaCO3/37.7369.7BaCO3/16.4130.3总计146286.6410054.14100合计146340.78表3.10 后反应桶物料出料衡算3.1.8中间槽物料衡算盐水盐水高纯HCl溶液沉淀图3.6 中间槽物料衡算示意图 加入高纯，用于除去过量的和调节值 过量的质量 设高纯的浓度为带入水的质量表3.

35、11 中间槽物料进料衡算物料进料进中间槽的盐水高纯盐酸（35%）kg/hwt%kg/hwt%NaCl3719125.55/H2O108244.674.4459.4065Na2CO346.44170.01/HCl/31.9835总38100合计145573.38表3.12 中间槽物料出料衡算表组分出料出中间槽的盐水产生的气体kg/hwt%kg/hwt%NaCl37242.2625.59/H2O108311.8974.41/CO2/19.2764100总计145554.210019.2764100合计145573.48 进入后折流槽盐水的值为，继续加入调节盐水的值为，则浓

36、度为 加入的物质的量 加入的质量设高纯的浓度为 则带入水的质量 最后在后折流槽中加入,用于除去游离氯。 盐泥的组成汇总表3-13 盐泥的组成汇总成分164.0789不溶性杂质合计845 不溶性杂质及沉淀的质量 设盐泥中水的含量为，设盐泥中水的质量为，因为为饱和盐水，则盐泥中的质量为可得方程： 盐泥中的质量 盐泥总的质量为 盐泥中的质量 反应产生的质量 进入一次盐水大罐的质量 一次盐水大罐的体积的质量浓度3.2热量衡算 配水罐热量衡算 设回流水温度，加入纯水温度表3.14 常压下各温度下水的比热容如下：温度比热容204.183304.178404.178504.178604.178704.195

37、 加入纯水的质量 查物性数据手册可知时，盐水的密度 回流水的质量以为焓值零点，加入纯水的热量回流水的热量配水罐的盐水的总质量配水罐的盐水的总热量 由可得 配水罐出口盐水温度表3.15 配水罐热量衡算进料热量出料热量回流盐水热量纯水热量混合盐水热量 加热罐热量衡算 设加热罐出口处盐水的温度,加热罐进出口盐水质量不变入口处盐水的热量出口处盐水的热量加热罐提供的热量第三部分 设备计算3.3 前反应桶几何数据的设计3.3 .1 计算基准(1)从盐水工段可知前反应桶最大进料流量为(2)根据生产实际结合本设计，设定前反应桶中反应时间为。(3)反应釜的全容积V与操作容积的关系，本设计物料反应平稳(4)下封头

38、为折边锥形，便于及时收集排出的沉淀。(5)本设计取长径比为23.3 .2 反应桶筒体的几何计算根据盐水工段最大流量及反应桶中反应时间可知反应桶操作容积 反应桶体积 设桶直径为X则桶高h=2X。图3-7反应罐基本结构图示意图 反应桶体积圆整为3.5m，则桶高h=2X=7m 前反应桶封头的几何计算 根据参考文献2 , 计算折边锥形的相关参数。表3.16 折边锥形（含折边）高度通用公式注：1.D可近似视为封头内直径2.3.计算至锥顶图3-8折边锥形封头的几何量(来自参考文献2)表3.17 封头规格DN/mm曲面高度H/mm直边高度/mm弧形结构的半径h/mm35001967.4625525.0015

39、96.23图3-9折边锥形封头的几何量的计算结果3.3.4 釜体的封头和筒体壁厚计算 选择设备材料，确定设计压力,考虑工艺要求和腐蚀因素，选用A3热轧钢板，在100时，许用应力= 127 MPa， 因为筒体高度为H=7m，计算压力,所以设计压力P=0.1MPa （1）封头的壁厚设计 内压反应釜的带折边锥形封头的壁厚查参考文献2表8-14可得,封头的计算厚度为 考虑到盐水的较强腐蚀性，腐蚀裕量取，则封头的设计厚度，名义厚度圆整值为则有效壁厚。 锥形封头小端结构与壁厚锥形封头小端与接管连接处也有边界应力。当时，锥形封头可直接与接管相连，并且；研究表明，当大端与小端直径比大于等于4时，小端厚度不必计

40、算，取与大端相同厚度即可。 (2)筒体的壁厚设计按承受0.1MPa的内压设计，筒体的计算壁厚 考虑到盐水的较强腐蚀性，腐蚀裕量取，则筒体的设计壁厚 ，名义厚度圆整值为则有效壁厚。 (3)强度校核 计算应力与许用应力比较查参考文献2表8-16可知：K=0.82，则封头计算应力查参考文献2表8-19可知：K=1.00则筒体计算应力 最大允许工作压力与工作压力P的比较。则封头最大允许工作压力符合要求。则筒体最大允许工作压力符合要求。综合计算结果，釜体的筒体壁厚为4mm，并经计算校核，满足设备安全要求。考虑封头和筒体焊接方便，取封头与筒体等壁厚。 反应釜筒体及封头的基本设计参数：表3.18 反应釜的相

41、关几何参数项目筒体封头公称直径DN/mm35003500公称压力PN/MPa0.10.1高度/mm70001992.42壁厚/mm443.4前反应桶中搅拌机的设计3.4.1 搅拌机的选型工艺过程对搅拌的要求分为调和、悬浮、分散、传热，结合本次设计盐水精制工艺，搅拌的主要的目是使溶液混合均匀即调和。根据现有数据和经验，选取单层二折叶桨式搅拌器。具体尺寸如下: 搅拌器的桨叶直径,取为0.6，则, 搅拌器的桨叶宽度取为0.2则3.4.2 搅拌机的计算 （1）因原料中含有氯离子，具有较强的腐蚀性，故采用不锈耐酸钢。本设计采用钢号为2Cr13的不锈耐酸钢,其许用切应力为40-50MPa,取45MPa根据

42、经验选取转数n=30 r/min=1s，盐水，盐水粘度，对单层搅拌器而言,雷诺数，即功率数的指数函数式便和雷诺数无关,与Fr也无关。挡板：选取挡板宽度，采用挡板数,挡板长度等几何参数受到液位，物料粘度等因素影响。初步设定挡板插入深度为挡板长度为。本设计采用指型挡板，这种挡板具有节约动力，且有利于出现上下循环流的特点。由于其形状不同、配置位置不同，还可以有不同的效果。图3-10 指型挡板示意图计算挡板系数，此时为部分挡板条件。查参考文献【1】表3-9得：，表3.19 计算结果折叶角度无挡板条件下的部分挡板条件下的全挡板条件下的全挡板条件下的1.293.0263.153.40.851.6937.4

43、51.760.560.8763150.939 从表中可得到功率数,可认为折叶角度近似,所以本设计中的单层二折叶桨式搅拌器折叶角度为。 折叶式比平直式桨叶在同样的排量下效率更高效果更好。率数.6, 则所需搅拌功率 （2）电动机额定功率的确定填料密封功率损耗约为搅拌器功率的10%,而机械密封的功率损失仅为填料密封的10%-50%，且机械密封泄露率低,密封性能可靠,功耗小,使用寿命长等优点,故本设计拟采用双端面机械密封。其消耗的功率为: 选用链传动,机械传动效率 故电动机功率为 电动机的规格,选用YD180L-6额定功率为13KW，电机效率。故符合条件。 （3）由搅拌轴的强度计算得到搅拌轴直径 按实

44、心轴进行计算，满足强度要求的最小搅拌轴直径为： ，P是指搅拌机的输出功率（文献317-3），按扭矩计算轴的强度,，取，为机械传动效率。， 由于搅拌轴的长度较大，会发生晃动，故应取稍大值，D=1.2d=151.3mm圆整到D=160mm，此时轴在强度上是安全的. （4）由搅拌轴刚度计算搅拌轴直径 对于实心轴,一般的传动轴,取0.5,则有 所以搅拌轴的直径d=200mm 由上可知,搅拌轴直径取D=240mm既满足强度要求,也满足刚度要求。 （5）减速器的选择根据以上计算，并查取文献，选用XLD10-43-15型减速器，其减速比（传动比）单级取47。电机转速1460传动比4730r/min可满足条件

45、。3.4.3 搅拌机的安装 搅拌器的插入深度一般取插人长度1-1.5倍桨叶直径。 搅拌轴离罐底高度1-2倍桨叶直径或桨叶半径再加150mm。结合本设计的实际生产情况，搅拌器的插入深度取离罐底2倍桨叶直径，即。再结合参考文献6，可知搅拌器的插入深度取为筒体高度的一半，即。本设计中搅拌机安装在工字钢架上。3.5搅拌机的设计参数汇总表3.20 搅拌机的设计参数项目计算项目或选型数据统计折叶式桨叶直径/mm2100宽度/mm420折叶角度45指型挡板长度/mm2800宽度/mm350指型角度45搅拌机启动功率/KW10.3电机型号YD180L-6额定功率/KW13电机效率0.86减速机型号XLD10-

46、43-15减速比47搅拌轴直径/mm28探入筒体的长度/mm35004 反应釜附属部件的设计4.1 接管及其法兰选择 粗盐水进料接管 取， 根据书3附表三，选取管子规格为，采用Q235-A材料。4.1.2 出料接管 取， 根据参考文献3附录三，选取管子规格为,采用Q235-A材料。4.1.3 沉淀出口管 不溶性杂质为136.116kg/h，密度约等于,体积流量为。积累速度较慢，可定期排放处理。故为选材方便，也可选取与进出口相同规格的管子，即选取管子规格为，采用Q235-A材料 表4.1 各接管尺寸代号接管接管外径/mm壁厚/mma盐水进料接管384b盐水出料接管384c沉淀出口管384图4.1

47、 接管法兰的尺寸表4.2 各接管法兰尺寸/mm代号公 称通 径DN连接尺寸板式平焊法兰法兰外径D螺孔中心圆直径K螺 孔直径L螺孔数量n螺纹Th法兰内径B坡口宽度b法兰厚度Ca3212090144M1239016b3212090144M1239016c3212090144M12390165总 结通过这次毕业设计，我对液碱工艺有了进一步的了解，更进一步掌握了化工过程中的物料衡算、热量衡算，以及工艺设备中反应釜、搅拌机的设计原则和方法。这次毕业设计，也让我们对所学的理论知识有了更深刻的理解。在设计的过程中，我们不断地发现问题，思考问题从而努力解决问题，这让我们解决实际问题的能力和动手能力有了实质的提高。同时，作为一个合格的设计者要