浅谈发泡剂adc装置的设计

浅谈发泡剂adc装置的设计

发泡剂adc化学的名字是偶氮二甲胺，英英石nh2conchonh2。该化合物为黄色粉末，在二甲基亚中浸泡，不溶于乙醇、蒸汽、苯、吡啶和水。分解温度：180.200c，还原气量230.250ml（g），密度1.66g/cm3。超过120c者易分解并释放大量氧气。该产品无毒、无臭,不污染,易运输,广泛用作聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、氯丁橡胶、天然橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶等塑料和橡胶加工过程中的发泡剂。随着人们生活水平的不断提高,市场上发泡塑料及发泡橡胶用品的需求量也日益增加,1996～1998年,国内主要21家生产厂的总生产能力由3.5万t/a扩大到超过6万t/a,增长71%,之后,目前,我国发泡剂ADC的总生产能力仍在继续膨胀,主要的生产厂家都有继续扩产的计划。综合目前国内发泡剂ADC发展情况,归纳起来有几个趋向和特点:规模趋向由小到大,现设计或扩建的大多都在1万t/a以上;生产厂家由轻化工厂家转向氯碱厂家,以降低生产成本,有利于市场竞争;某些手工操作逐步用机械化和管道化所代替,减轻劳动强度;“三废”逐步回收,进行综合利用,降低消耗,改善环境。由于生产工艺路线的不同,工艺设计的条件和内容也不完全相同,本文仅以年产1万吨发泡剂ADC的生产规模为例,简要介绍其工艺设计方面的情况。1从聚合物至聚合反应法分离和制备湿adc发泡剂发泡剂ADC生产工艺流程如图1。在次氯酸钠反应器中,按一定比例加入碱和水,通入氯气,制成次氯酸钠溶液。尿素加水配制成尿素溶液,用泵送至尿素高位槽备用。两者由次氯酸钠泵和尿素泵及转子流量计按一定比例加入立管式反应器,反应生成水合肼。生成的水合肼溶液经气体分离器排出氮气后,再冷却至-5℃,送入离心机进行固液分离,液体为精制水合肼。将精制水合肼溶液送入配料槽,加入尿素,待充分溶解后,由泵打入缩合反应釜中,在此加入硫酸,使溶液保持酸性,加热进行缩合反应,制得联二脲及其副产物,经过滤、洗涤,制得联二脲。联二脲送至氧化釜,加入氯酸钠,在溴化钠等催化剂作用下进行氧化反应,生成偶氮二甲酰胺,再洗涤、离心分离,固体为湿ADC发泡剂,湿ADC发泡剂用热空气经气流干燥后,进入粉碎机即为成品。主要化学反应如下:2ΝaΟΗ+Cl2=ΝaClΟ+ΝaCl+Η2ΟΗ2ΝCΟΝΗ2+ΝaΟCl+2ΝaΟΗ=Η2ΝΝΗ2⋅Η2Ο+Νa2CΟ3+ΝaClΝ2Η4⋅Η2Ο+Νa2CΟ3+2Η2SΟ4=Ν2Η4⋅Η2SΟ4+Νa2SΟ4+CΟ2↑+2Η2Ο2ΝaΟΗ+Η2SΟ4=Νa2SΟ4+2Η2ΟΝ2Η4⋅Η2SΟ4+2ΝΗ2CΟΝΗ2=ΝΗ2CΟΝΗΝCΟΝΗ2+(ΝΗ4)2SΟ43ΝΗ2CΟΝΗΗΝCΟΝΗ2+ΝaClΟ3=3ΝΗ2CΟΝΝCΟΝΗ2+ΝaCl+3Η2Ο2设备的主要设备选择、结构的确定和台数的计算2.1主要定期设备主要定型设备的计算选型应根据建厂条件和生产情况,可全部选用国产或合资厂的产品,设计裕量按1.2考虑。2.1.1缩合反应装置年产1万t发泡剂ADC,每日需消耗362t的精肼,54.36t的尿素,精肼与尿素混合物的密度取0.9t/m3,缩合釜装料系数取0.8,每日生产联二脲6批,若选20m3的搪瓷反应釜,则每批生产需缩合釜的台数=362+54.360.9×0.8×20×6=4.85(台)故应选取20m3的搪瓷反应釜5台。由于缩合反应是把水合肼与尿素液打至缩合锅釜后加入浓硫酸,反应温度在100℃以上,原先采用液面上滴加法,抽出的尾气中往往有白色酸雾,不但使酸耗增加,而且污染环境。现改用内外衬聚四氟乙烯的钢塑加酸管插入液面下加酸,使酸液与反应物在液下接触,在搅拌下很快发生反应,大大地减少了气相酸雾。同时,缩合釜釜盖下的垫圈改用方形橡胶圈,既不泄漏又耐腐蚀,效果很好。2.1.2风机配置选用HTF-250型陶瓷叶轮风机1台,风量为3100m3/h,风压=980Pa,既能延长使用寿命,又可得到较好的引风效果。2.1.3真空泵选用无油立式WLW-200型3台,其抽气速率为720m3/h,极限真空度2kPa(绝压),二开一备。2.1.4式中间机械选用国产SX-1250型自动卸料离心机8台,配用皮带机输送,效率高,劳动强度减轻,产量可大大提高。2.2主要非标准设备2.2.1—管式反应器管式反应器有完全直立式和斜立式两种,这两种都是依靠泵为动力,自下而上进行反应。它具有设备、流程简单,生产连续化,产量高,操作方便,投资少等优点。根据d=4VsρπReμL=VpA式中:d—管子直径,m;Vs—流体流量,m3/s;ρ—流体密度,kg/m3;Re—雷诺准数;μ—流体粘度,Pa·s;Vp—生产能力,m3/d;L—管子长度,m;A—管子截面积,m2粗肼每天产量约400t,即389m3/d,设反应物在管内的时间τp=0.2min则Vs=38924×3600=4.5×10-3(m3/s)Vp=389×0.224×60=0.054(m3)d=4×4.5×10-3×10303.14×1×105×8×10-4=0.074(m)L=0.0543.144×(0.074)2=12.5(m)从以上计算可得,选用规格为D89mm×4.5mm,长度为12.5米的无缝钢管作管式反应器较好。2.2.2两组装料系数的确定粗肼每天的产量约400t,设粗肼溶液的密度为1t/m3,冷冻锅的装料系数取0.8,若冷冻锅的体积选30m3,一日三班,则每班生产需冷冻锅的台数=4001×30×0.8×3=5.6(台)取6台。冷冻锅设内、外冷却盘管,换热面积为30m3搅拌形式为斜叶浆式,双层。2.2.3氧化剂的配制槽每班生产需消耗3.43t纯NaClO3,设配制的NaClO3溶液的浓度为40%,溶液的密度为1.3t/m3,配制槽的装料系数为0.7,则氧化剂配制槽的体积=3.430.7×1.3×0.4=9.4(m3)所以,制作的氧化剂配制槽为D2600mm×2000mm,V=10.6m3。选用涡轮式搅拌器,搅拌器的转速取100r/min为宜。2.2.4纯naclo33t每天需生产发泡剂ADC约33.4t,一日三班,则每班需生产发泡剂ADC11.2t(已扣除生产过程中发泡剂的损失),需耗联二脲11.39t,纯NaClO33.43t。若氯酸钠质量分数为40%,与联二脲混合后溶液的密度为1.25t/m3,氧化釜的容积选20m3,装料系数取0.7,考虑到还需添加一半的水,故氧化釜的台数为:(3.43÷0.4+11.39)×21.25×0.7×20=2.85(台)取3台。由于氧化反应过程中有泡沫产生,故氧化釜上部封头在设备制作时应焊死,以避免反应液体溢出时,造成设备腐蚀。蒸汽加热管应插入到反应介质中部,这样加热效果较好。2.2.5过滤洗涤槽过滤洗涤槽宜选择玻璃钢为材料,既耐腐蚀,又保证钢度,使用效果也好。每班从氧化釜放出的物料容积V=(3.43÷0.4+11.39)×21.25=31.95(m3)根据生产操作实际情况,选取过滤洗涤槽的规格为D3000mm×2000mm,V=14m3,取装料系数为0.4,则过滤洗涤槽的台数=31.9514×0.4=5.7(台)。所以,制作6台规格为D3000mm×2000mm的过滤洗涤槽,就可满足实际生产的需要。3消耗指标生产发泡剂ADC的消耗指标见表1(以吨产品计)。4化工原料回收利用的途径本装置在工艺设计中充分考虑三废治理和综合利用,用最经济的办法,回收一切有用资源,既解决了污染问题,又回收了大量化工原料,为国家创造了大量财富。4.1t氯化钠在次氯酸钠制备过程中,从理论上讲,每消耗1t氯,就可产生0.81t氯化钠。所采用的食盐回收精制方法,只需在工艺设计时增加盐回收过滤罐、离心机、水洗罐等少量设备,就可得到精制的食盐,解决了盐污染问题。4.2从食品的过程中回收水合肼作为发泡剂生产的原料,在制备过程中,使用了大量的碱,这些碱除部分变成氯化钠外,大部分变成了碳酸钠。目前回收十水碳酸钠主要是采用冷冻法回收,即在工艺设计中增加冷冻锅、过滤罐、离心机等设备,经冷冻、离心甩干、过滤、洗涤等一系列工序,就可得到精制十水碳酸钠。每生产1t发泡剂约可回收3t十水碳酸钠。4.3蒸发回收工艺缩合母液中含有氯化钠质量分数为12%,氯化铵质量分数为12%,还有部分未反应的尿素,其总固体质量分数大约30%。由于固溶物含量高,因此蒸发回收在经济上是合理的。回收方法是将母液经双效蒸发,溶解度随温度变化小的氯化钠首先过饱和结晶析出,而溶解度随温度变化大的氯化铵在沸点温度下又无析出。离心分离