(学生化工创业设计作品)聚氨酯胶黏剂-工厂工艺设计

PAGE第3页共31页作品名称：100吨/年聚氨酯胶黏剂工厂工艺设计

100吨/年聚氨酯胶黏剂工厂工艺设计目录第1章1.1、HYPERLINK概述21.2、HYPERLINK产品方案21.3、HYPERLINK生产方法和工艺流程31.4、HYPERLINK三废处理5第2章2.1、HYPERLINK总图布置52.2、HYPERLINK带控制点的工艺流程图72.3、HYPERLINK主生产线设备平面布置图72.4、HYPERLINK主要设备装配图及设计计算说明书72.5、HYPERLINK工艺计算(物料衡算、设备计算、)…102.6、HYPERLINK设备规范表（主生产线及公用工程）182.7、HYPERLINK\s"1,23888,23892,0,,能量衡算"能量衡算202.8、HYPERLINK符号说明222.9、HYPERLINK用户手册232.10、HYPERLINK参考文献30

第1章1.1、概述聚氨酯（PU）胶粘剂是指在分子链中含有氨基甲酸酯基团（－NHCOO－）或异氰酸酯基（－NCO）的胶粘剂。聚氨酯胶粘剂是目前正在迅猛发展的聚氨酯树脂中的一个重要组成部分，具有良好的耐磨,耐水,耐油,耐溶剂,耐化学药品,耐臭氧及防霉菌等优异性能，在许多方面都得到了广泛的应用，是八大合成胶粘剂中的重要品种之一。聚氨酯胶粘剂自20世纪40年代在德国工业化之后，经过几十年的发展，已开发出各种类型的品种，其化学基础研究和技术现在已经趋于成熟。而由于近年来我国石油资源消费缺口很大，化工原料大量依赖进口的状况没有根本性改变，而且原料价格随着石油的涨价而升高，再生资源便成为解决原料紧缺的捷径，而且来源丰富，成本低廉。聚合物回收再生利用是解决资源短缺的一种可行的方法。目前，在国外，Dow公司，英国ICI公司，德国Beyer，BASF等公司都有从废旧聚合物中回收聚醚/聚酯后再用于制备聚氨酯材料的研究报道，根据其制造方法，可估算出其成本较高，经济效益不显著。在国内，中科院兰州理化技术研究所有推出利用废聚酯生产聚酯多元醇的技术。一些企业机构也有对类似产品的研究，但却在细节上过于粗糙，仍存在不少问题，如含水量大，粘度大，副产品无法分离等，这都对预聚体的制备带来很大难度。本研究采用T210系列的再生聚醚，它们是从某种废旧聚合物中回收再生的几种分子量不同的聚醚，其性能稳定适中，并且价格便宜，仅是传统聚醚的40%左右。再生聚醚在成本上颇具优势，且应用广泛，拥有较广阔的发展前景，特别是在聚氨酯领域中。研究此再生聚醚的利用是很有价值意义的。本设计为100吨/年聚氨酯胶黏剂工厂工艺设计1.2、产品方案1.2.1、产品名称：聚氨酯（PU）胶黏剂1.2.2、产品性质：该成品外观无色或浅黄色透明粘液。具有良好的耐油性、韧性、耐磨性、耐老化性和粘合性。1.2.3、生产规模：100吨/1.2.4、产品包装：产品外包装为聚丙烯桶，净重为10kg/桶，25kg/1.3、生产方法和工艺流程1.3.1、生产方法：生产方法采用醇解法，预聚体法。1.3.2、工艺流程1.3.2.1、工艺流程方框图废氨纶醇解废氨纶醇解冷却萃取水洗过滤包装工艺流程方框图废渣液相固相回收DEG乙醚单组份反应罐废水单组份胶黏剂甲料反应罐乙料反应罐乙料甲料双组份胶黏剂1.4、三废处理1.4.1、废渣乙醚水洗后，经过压滤机有少量的滤渣滤出，如果直接倒出对环境有影响，可根据成分对其进行回收，减少对空气的污染。1.4.2、废水主要有醇解冷却水、洗涤水等，大部分回收重复使用，少量排放物进行酸碱综合处理或通过三级废水综合处理池进行无害化处理达标后排放。1.4.3、废气该项目没有特别需要处理的废气。药品等挥发的气体符合三废排放处理标准，不需要大型的设备处理。1.4.4、噪声该项目没有特别需要噪声处理的大型设备，基本无噪声污染。1.4.5、粉尘本项目无粉尘产生。无粉尘污染。1.4.6、对环境的影响分析经过对上述污染源和污染物的处理，本项目排放气体达到《锅炉烟尘排放标准》和《工业“三废”排放试行标准》要求，不增加项目区域局部大气污染程度。经过对废水处理，排放的废水达到《污水综合排放标准》（GB8978－88）要求，不增加该区域地面体系的污染程度。第2章2.1、总图布置2.1.1、工厂总平面布置图（详见CAD附图一）2.1.2、全厂总平面说明本设计所租用的生产厂房位于广西柳州市官塘工业开发区，柳州市全年主导风向为东南风.最大风速为9米/秒，年平均风速2.5米/秒.本设计聚氨酯生产厂座北朝南，总厂长25米，宽25米，总面积为625m2.1.2.1、进出口进出口主要包括人流出入口、物流出入口。2.1.2.1.1、物流入口／人流出入口：位于总厂平面的前方，门口向东，为总厂正门，门宽7米；为方便物流运输，物流出入口分开设置2.1.2.1.2、物流进口：位于总厂平面的左侧，门口向西，门宽7米考虑到所租厂房的实际情况及占地面积较小的特点，不宜留出太大空地让车辆倒车或反方向开行，原料运输车从物流入口进，卸料完毕后直接从物流出口出，物流出入口对着行政区与生产车间之间的主干道，而废氨纶等原料存贮仓库就位于物流入口北面，距离为4米，方便短捷。2.1.2.1.3、物流出口／废料出口：位于总厂平面的后方，门口向西，门宽7米，靠近堆渣场、废水处理区及生产车间出口。生产过程产生不可回收的废渣，经出来后运往堆渣场，集中到一定量后方可运出。2.1.2.2、道路考虑到我们是创业起步阶段，工厂规模较小，运输量较小，道路不宜留置过大，已便达到较好的投资效益。道路布置主要分两种，主干道和次干道，主干道5.5米宽，次干道3.5米，转弯出半径为6米。各主干道和次干道之间相互连通，路面为水泥路面。厂区地势平坦。道路面积：计算得S=5.5×25+3.5×5.5+3.5×5.5=176m2左右，占总厂区面积百分数：176÷625×100%=28.2%2.1.2.3、建筑物在厂区内，按照建筑功能和区域划分主要分成：2.1.2.3.1、生活及行政办公区：建筑物主要包括厂部办公楼、小型停车场、食堂、宿舍楼，分布在厂房的前半区，为风向的上游。办公楼为两层，一楼为办公用楼；二楼为职工宿舍用楼。2.1.2.3.2、生产车间：共有两个区域，置北向南上下对称分布，由一条通道隔开，分成南北区。北部区域为生产区，南部区域为车间办公区和储存区。生产区主要由贮存区、反应区等部分组成。车间办公区由车间办公室、休息室、机修车间、厕所组成。车间办公区和储存区位于风向上游。2.1.2.3.3、辅助及动力设施：包括消防栓、堆渣场、污水处理区、配电车间等。分布全厂的后方的不同区域。废渣堆场及污水处理区布置在生产车间的下风口，即厂区的左上角。2.1.2.3.4、工厂总建筑面积：3×6+6×6+6×14+9×15+3×4+2×4+1×1+3×33×4=315m占总厂区面积百分数：315÷625×100%=50.4%土建工程方案：主厂房为单层工业厂房，柱为钢筋混凝土柱，四周设墙体（个别地方根据工作需用和安全需要设有矮墙），顶部为玻璃钢瓦。办公楼、食堂、配电车间及原料仓库为钢筋混凝土框架+砖墙的房屋结构2.1.2.4、绿化地绿化设计以草皮、灌木为主，除了交通干道和建筑物所占面积，剩下的全部集中绿化，种植草皮，灌木以及对大气含尘，含菌浓度不产生有害影响的树木，起到防火减尘、减弱噪声作用。厂区绿化地面积=1×14+2×6+0.8×16+2×6=50.8m2，约占厂区总面积8%,受所租厂房原布局和面积的限制，绿化带面积不宜过大，否则会增加投资。2.2、带控制点的工艺流程图2.2.1、带控制点的工艺流程图（详见CAD附图二）2.2.2、工艺流程简述2.2.2.1、原料废弃的氨纶：来自氨纶厂废弃的氨纶及废纶旧衣物等边角料。有专门的车输送到工厂，人工进料到反应釜内。醇解剂：醇解剂外购，数量可以根据生产的需要购买。催化剂：所用到的各种催化剂都需外购， TDI，乙酸乙酯等：需要外购，由于药品的价格相对较贵，可根据流动资金来选购。2.2.2.2、醇解反应按工艺配方加入废弃的氨纶丝和部分醇解剂后，启动搅拌，缓慢再加入，控制反应罐温度达到200℃。搅拌反映5h；注意反应罐温度不能过低，温度达不到要求的使反映不完全或者副产物生成过多。2.2.2.3、乙醚洗涤醇解出来的产品冷却后成蜡状物质，用乙醚洗涤可去除杂质。由于乙醚易挥发，因此需要冷凝器来冷凝挥发的乙醚。搅拌反应1h；温度为室温：洗涤结束利用液位差将料液流入XAY30/1250-U厢式液压压紧式压滤机。2.2.2.4、过滤料液经过压滤机，将滤液、滤渣分离，滤液利用泵把滤液送进V-106贮液罐。滤渣经水洗后压干送堆渣场。2.2.2.5、水洗在不断搅拌下，用热水对V-106贮液罐里的液体进行洗涤。分层后静置，先放出水，放出达到分层边界时，检测液体符合标准时才开聚酯聚醚阀。洗涤水进行处理，同时回收DEG。2.2.2.6、单组份反应在不断搅拌下，根据量的要求向R-102反应釜放入聚醚，催化剂和TDI等，温度控制在80-90℃.搅拌反应1.5h。2.2.2.7、双组份反应甲料：在不断搅拌下，向R-103反应釜加入助剂，TDI乙酸乙酯等，温度控制855℃，反应2h。乙料：在不断搅拌下，向R-104反应釜加入三羟甲基丙烷，TDI乙酸乙酯等等，温度控制在85℃左右，反应的时间为2h.2.3、主生产线设备平面布置图2.3.1、一层平面布置图（详见CAD附图三）2.4、主要设备装配图及设计计算说明书（整个设计用到反应釜个数较多，可选醇解反应釜来做代表）2.4.1、醇解反应罐装配图（详见附图四）2.4.2、醇解反应罐设计计算说明书2.4.2.1、醇解反应罐的基本结构包括：2.4.2.1.1、罐体罐体由底座、外筒体构成主体结构，主要部分是一圆柱容器。底座、外筒体均用钢筋混凝土浇铸而成。外筒体外部用四道铁箍加固，具有足够的强度和反应体积以保证反应物达到规定转化率所需的时间,材料根据反应物的来选取16MnR.2.4.2.1.2、搅拌装置由电动机、减速器、搅拌轴及搅拌浆组成。它的传动由电机和减速机通过联轴节带动搅拌轴装置来完成。良好的搅拌装置，既可使罐内物料充分混合，均匀分散，使悬浮体系保持稳定。电动机的功率选取对节约电能有很大的影响，过小功率没有达到实验要求，导致搅拌不均匀，严重影响产品的性能。2.4.2.1.3、工艺接管根据工艺要求，反应罐上配有废氨纶丝、醇解剂、催化剂等入口，物料出口。2.5、工艺计算(物料衡算及设备计算)2.5.1、基础数据2.5.1.1.废弃的氨纶丝含氨纶一般为65.66%，计算按512.8千克/吨；2.5.1.2.醇解剂与氨纶丝的比例为2：1、其他的均为1：1、催化剂的用量按反应物的质量0.25%～0.75%；2.5.1.3.工厂年工作日300-330d；;2.5.1.4.工厂三班三倒，年生产100t，计算按305kg/d计；2.5.1.5.醇解反应时间为5h，计算按每班每个反应罐生产1罐计；2.5.1.6.单双组份的反应时间为1h，计算按每班每个反应罐生产1罐计；2.5.1.7化学反应方程式：TDI+聚醚单组份聚氨酯胶黏X304X=Y=17.79kg废弃氨纶质量M=286.2÷65.66%÷85%=512.8kg醇解剂(DEG)=512.8×2=1025.6.3kg催化剂用量为醇解剂用量的0.25%～0.75%则M=5.13～15.38kg2.5.22.5.2.1查相关资料得到：氨纶的密度为1～1.3g/cm醇解剂（DEG）的密度为1.118g/cm催化剂（二月桂酸二丁基锡）的密度为1.066g/cm则V氨纶=mV醇=mV催化剂=m反应釜采用的是间歇反应式，因此一天中反应釜分三次进料和放料，则一次进料后反应物及催化剂所占的体积为：V=V氨纶/3+V醇/3+V催化剂/3=0.171+0.612+0.4810.808m由于物料的粘度较大装料系数实际反应釜的体积：V0.95m圆整后V=1m2.5.2.2（1）筒体和封头形式、选择圆柱形筒体，标准椭圆形头.（2）确定内简体和封头的直径设备容积要求1m3，反应物科为液固相类型，H／D＝1～1.3，考虑到容器不大，故选取片H／D＝1.3。根据工艺要求，装料系数V＝o．85。则估算DD=1.03m圆整到公称直径D=1000mm封头取与内简体相同内径，封头直边高度由《化工设备设计基础》附表6选取得=25mm工程上将D/2h=2即a/b=2的椭圆形封头称为标准椭圆封头即：1000/2h=2，则曲面高度为250mm（3）确定内筒体高度：当D=1000mm，h2=25mm时，有同上附表有内筒封头容积Vki=0.151.m则H==m圆整后H=1000mm(4)选取夹套直径D选取D=Di+100=1000+100=1100mm夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径。（5）确定夹套高度Hj设夹套高度Hj等于料液高度（一般不应低于料液高度），则：Hj==m圆整后取Hj=850mm（6）校核传热面积A工艺要求传热面积为3m，查同上附表有内筒体封头表面积Ａki=1.16m,1m高筒体表面积A1=Di×1=3.14m,总传热面积A=3.14+1.16=4.3m，满足工艺要求。2.5.2.3内筒（1）选择材料，确定设计压力有建议并分析工艺要求和腐蚀因素，按照《钢制压力容器》（GB150—98）规定，决定选用GB6654-16MnR热轧钢板。在200°C一下的许用应力由附表查得，[σ]t=141Mpa，常压屈服限=285Mpa.夹套为一内压容器，取计算压力等于夹套内最高工作压力，即pc=0.4Mpa.内筒体和底封头及受内压又受外压的作用。按内压取计算压力pc=0.1Mpa，按外压取计算压力pc=0.4Mpa（考虑操作过程可能出现的最大压力差）。（2）夹套筒体和夹套封头壁厚计算夹套筒体计算壁厚：（夹套采用双面焊，局部损伤检查，查表有=0.85）==1.84mm取钢板厚度负偏差C1=0.6mm，腐蚀裕量C2=2mm,故厚度附加量C=C1+C2=2.6mm。根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度nj=4.44mm夹套封头计算壁厚==2.30mm取厚度附加量C=2.6mm，确定取夹套封头壁厚等于4.9mm（3）内筒体壁厚计算eq\o\ac(○,1)按接收0.1Mpa内压计算焊缝系数同夹套，取=0.85，则内筒体计算壁厚为：eq\o\ac(○,2)按承受0.4Mpa外压计算设内筒体名义厚度n=10mm，取C1=0.8，C2=2，则C=2.8，e=n–C=10-2.8=7.2mm,内筒体外径D0=Di+2n=1020mm，内筒体计算长度L=Hj+h=850+×（300+10）=954mm。则L/D0=954/1020=0.935,D0/e=1020/7.2=141.7,由《化工设备设计基础》图表查得B=18Mpa，此时许用外压[p]为：[p]=Mpa因此取n=10mm满足内筒体稳定性要求。故取内筒体壁厚n=10mm可以满足要求。(4)内筒封头设计计算考虑到加工制造方便，取封头与筒体等厚，即取封头名义厚度nk=10m按内压计算肯定是满足强度要求的，下边仅按封头受外压情况进行校核。封头有效厚度e=10-2.8=7.2mm，椭圆封头的当量球壳内半径Ｒｉ＝ＫｉＤｉ＝0.91020＝918mm（标准椭圆形封头Ｋｉ=0.9）。则技术系数A：A=0.125查图表得B=50Mpa,则可得许用外压：[p]=Mpa故封头壁厚取10mm不能满足稳定性要求。所以又设筒体封头名义厚度n=12mm，则封头有效厚度e=12-2.8=9.2mm。椭圆封头的当量球壳内半径Ｒｉ＝ＫｉＤｉ＝0.91020＝918mm（标准椭圆形封头Ｋｉ=0.9）。则技术系数A：A=0.125查图表得B=58Mpa,则可得许用外压：[p]=Mpa故封头壁厚取12mm能满足稳定性要求（5）水压试验校核eq\o\ac(○,1)实验压力据式，内压实验压力取P=P+0.1=0.1+0.1=0.2Mpa;夹套试验压力取P=P+0.1=0.4+0.1=0.5Mpaeq\o\ac(○,2)外压实验校核内筒筒体应力Mpa夹套筒体应力Mpa而0.9=0.9，故内筒和夹套内筒均满足水压试验时的应力要求。eq\o\ac(○,3)外压试验校核由前计算，当内筒筒体取10mm厚时，它的许用外压为[p]=0.53Mpa，大于夹套0.4Mpa的水试验压力，所以满足压力要求。2.5.2.4因夹套温度较高，故需外加保温，因而选B型耳式支座。选用支座B4JB/T4725—922.5.2.5最大的开孔为人孔，选择长圆型回转盖快开人孔，标记为：人孔PN5，400300，JB579-792.5.2.6管路计算公式采用：di=1、液体几口接管采用液体物料飞机管架（20分钟加料完v=2.5m/s）醇：mS=2051.3/2060=1.709Kg/SVS=mS/=1.709/1.118=0.001529di==27.9则：DN=30mm，醇进口接管采用无缝钢管，法兰采用PN1.0，DN30，HG20593—97醇解剂等加料口接管采用无缝钢管，法兰采用PN1.0，DN30，HG20593—97。2、废氨纶加料口接管及法兰选择取DN=40mm,接管采用无缝钢管，法兰采用PN1.0，DN40，HG20593—97。3、视镜视镜接管采用无缝钢管，法兰采用PN10.0，DN100，HG20593—974、温度计和压力计接管一样采用无缝钢管，法兰采用PN1.0，DN30，HG20593—97。5、出料口采用无缝钢管，法兰采用PN1.0，DN60，HG20593—97。搅拌轴，搅拌器及传动装置的设计和选择为了使物料均相混匀，选择平直桨式搅拌器。2.5.2.7按照《化工容器及设备简明设计手册》中搅拌器形式的参数，有：搅拌桨的直径d=（0.25～0.75）D=250～750mm取d=700mm搅拌桨的宽度b=（0.1～0.3）d=70～210mm取b=100mm桨叶距离槽底的高度为h=(0.2～1)d=140～700mm取h=200mm选择搅拌桨的转速n=60r/min=1r/s由于物料属于高黏度的物体，需要的搅拌轴直径较大，所选择的搅拌功率也相对实际计算得到的功率大，现在选择电机功率即轴上的搅拌功率N轴=9.8KW，转速n=60r/min.搅拌轴直径d轴≥A=A搅拌轴选择不锈钢作为材料，根据经验公式剪应力为15~25的时候，材料为不锈钢是，变化系数A的选择范围是13.4~11.3，得到搅拌轴的最小直径是d=7.3cm根据工艺要求选择d轴=12cm反应釜内溶液密度的计算=1.09×10kg/m搅拌功率计算选择转速n=60r／min=1r/s物料的粘度μ=1.7Pa.sRe=dnρ/μ=0.72×1×1.09×103÷1.7=314.210＜Re＜104，搅拌槽中的流体为过渡区，流体不会出项大的旋涡，不需要挡板。Re=314.2∵10＜Re＜400∴Fr准数的影响可以忽略，φ准数可以从Rushton图中查到φ=2.57N=φρnd=2.57×1.09×10×1×0.7=0.806KW由于物料黏度较大，物料较多，选择2个折叶桨式搅拌叶片，可以使物料混合均匀。N=2×N=2×0.806=1.612KW2.5.2.8电机选择传动效率包括减速器、联轴器印密封装置处的效率。设整个系统的总效率为0.95（一般可以据现场情况类比）则电动功率P=9.8/0.95=10.32。参考电机系列，电机功率10.5kw。根据工作环境及与减速器的联接形式，可选用YB130M—4安装型式的电动机。减速机选用YB130M—4电机同步转速1500r／min，满载时转速1400r／min，减速比i=～30,按减速器标准系列取t=29,输出轴径50mm。由《化工设备设计基础》表18-12，选用单级摆线针轮减器，输出轴头型为夹壳型，选用BLD1.5-229Q型减速器。联轴器选择选用JQ型夹壳式联轴器，标记符号为JQ—50.机座选择由于搅拌轴轴向力不大，联轴器为夹壳大，故选用J—A型机应。由于减速器轴径为50mm。故选用J-A-50型机座即可。轴封装置为了密封可靠，选用单端面小弹簧平衡型机械密封2.5.3生成单组份聚氨酯胶黏剂反应釜的相关计算TDI+聚醚单组份聚氨酯胶黏X304X=Y=17.79kg2.5.3.1查相关资料得到：TDI的密度为1.22g/cm聚醚的密度为0.98g/cm由于催化剂阻聚剂等等用量相对反应物来说较小，因此在估算反应釜的体积可以忽略不计。则VTDI=mV聚醚=m则第一次进料后反应物及催化剂所占的体积大约为：V=VTDI+V聚醚+=0.015+0.292=0.307m由于物料的粘度较大装料系数实际反应釜的体积：V0.361m2.5.3.2（1）筒体和封头形式、选择圆柱形筒体，标准椭圆形头.(2)确定内简体和封头的直径设备容积要求1m，反应物为液液相类型，H／D＝1～1.3，考虑到容器不大，故选取片H／D＝1.3。根据工艺要求，装料系数V＝0.85。则估算DD=0.75m圆整到公称直径D=800mm封头取与内简体相同内径，封头直边高度由《化工设备设计基础》附表6选取得=25mm工程上将D/2h=2即a/b=2的椭圆形封头称为标准椭圆封头即：1000/2h=2，则曲面高度为200mm（3）确定内筒体高度：当D=800mm，h2=25mm时，有同上附表有内筒封头容积Vki=0.0796m则H==m圆整后H=600mm(4)选取夹套直径D选取D=Di+100=800+100=900mm夹套封头也采用标准椭圆形，并与夹套筒体取相同直径。（5）确定夹套高度Hj设夹套高度Hj等于料液高度（一般不应低于料液高度），则：Hj==m圆整后取Hj=500mm（6）校核传热面积A工艺要求传热面积为3.5m，查同上附表有内筒体封头表面积Ａki=0.754m,1m高筒体表面积A=Di×1=2.51m,总传热面积A=2.51+0.754=3.26m，满足工艺要求。2.5.3.3（1）选择材料，确定设计压力有建议并分析工艺要求和腐蚀因素，按照《钢制压力容器》（GB150—98）规定，决定选用GB6654-16MnR热轧钢板。在80～90°C一下的许用应力由附表查得，[σ]t=170Mpa，常压屈服限=345Mpa.夹套为一内压容器，取计算压力等于夹套内最高工作压力，即pc=0.4Mpa.内筒体和底封头及受内压又受外压的作用。按内压取计算压力pc=0.1Mpa，按外压取计算压力pc=0.4Mpa（考虑操作过程可能出现的最大压力差）。（2）夹套筒体和夹套封头壁厚计算夹套筒体计算壁厚：（夹套采用双面焊，局部损伤检查，查表有=0.85）==1.25mm取钢板厚度负偏差C1=0.6mm，腐蚀裕量C2=2mm,故厚度附加量C=C1+C2=2.6mm。根据钢板规格，取夹套筒体名义厚度nj=3.85mm夹套封头计算壁厚==1.56mm取厚度附加量C=2.6mm，确定取夹套封头壁厚等于4.16mm（3）内筒体壁厚计算eq\o\ac(○,1)按接收0.1Mpa内压计算焊缝系数同夹套，取=0.85，则内筒体计算壁厚为：eq\o\ac(○,2)按承受0.4Mpa外压计算设内筒体名义厚度n=10mm，取C1=0.8，C2=2，则C=2.8，e=n–C=10-2.8=7.2mm,内筒体外径D0=Di+2n=820mm，内筒体计算长度L=Hj+h=500+×（300+10）=603mm。则L/D0=603/820=0.736,D0/e=820/7.2=113.9,由《化工设备设计基础》图表查得B=45Mpa，此时许用外压[p]为：[p]=Mpa因此取n=10mm满足内筒体稳定性要求。故取内筒体壁厚n=10mm可以满足要求。（4）内筒封头设计计算考虑到加工制造方便，取封头与筒体等厚，即取封头名义厚度nk=10mm。按内压计算肯定是满足强度要求的，下边仅按封头受外压情况进行校核。封头有效厚度e=10-2.8=7.2mm，椭圆封头的当量球壳内半径Ｒｉ＝ＫｉＤｉ＝0.9800＝720mm（标准椭圆形封头Ｋｉ=0.9）。则技术系数A：A=0.125查图表得B=50Mpa,则可得许用外压：[p]=Mpa故封头壁厚取10mm不能满足稳定性要求。所以又设筒体封头名义厚度n=12mm，则封头有效厚度e=12-2.8=9.2mm。椭圆封头的当量球壳内半径Rｉ＝KｉDｉ＝0.9800＝720mm（标准椭圆形封头Ｋｉ=0.9）。则技术系数A：A=0.125查图表得B=58Mpa,则可得许用外压：[p]=Mpa故封头壁厚取12mm能满足稳定性要求（5）水压试验校核eq\o\ac(○,1)实验压力据式，内压实验压力取P=P+0.1=0.1+0.1=0.2Mpa;夹套试验压力取P=P+0.1=0.4+0.1=0.5Mpaeq\o\ac(○,2)外压实验校核内筒筒体应力Mpa夹套筒体应力Mpa而0.9=0.9，故内筒和夹套内筒均满足水压试验时的应力要求。eq\o\ac(○,3)外压试验校核由前计算，当内筒筒体取10mm厚时，它的许用外压为[p]=0.47Mpa，大于夹套0.4Mpa的水试验压力，所以满足压力要求。2.5.3.4因夹套温度较高，故需外加保温，因而选B型耳式支座。选用支座B4JB/T4725—922.5.3.5最大的开孔为人孔，选择长圆型回转盖快开人孔，标记为：人孔PN5，400300，JB579-792.5.3.6管路计算公式采用：di=(1)液体几口接管采用液体物料飞机管架（10分钟加料完v=5m/s）聚醚：mS=286.2/1060=0.477Kg/SVS=mS/=0.477/0.98=0.487di==0.352m则：DN=35mm，醇进口接管采用无缝钢管，法兰采用PN1.0，DN35，HG20593—97催化剂阻聚剂等加料口接管采用无缝钢管，法兰采用PN1.0，DN20，HG20593—97。(2)TDI加料口接管及法兰选择取DN=30mm,接管采用无缝钢管，法兰采用PN1.0，DN30，HG20593—97。(3)视镜视镜接管采用无缝钢管，法兰采用PN10.0，DN100，HG20593—97(4)温度计和压力计接管一样采用无缝钢管，法兰采用PN1.0，DN30，HG20593—97。(5)出料口采用无缝钢管，法兰采用PN1.0，DN60，HG20593—97。2.5.3.7搅拌轴，搅拌器及传动装置的设计和为了使物料均相混匀，选择平直桨式搅拌器。1.搅拌桨的选型按照《化工容器及设备简明设计手册》中搅拌器形式的参数，有：搅拌桨的直径d=（0.25～0.75）D=200～500mm取d=400mm搅拌桨的宽度b=（0.1～0.3）d=40～120mm取b=80mm桨叶距离槽底的高度为h=(0.2～1)d=16～80mm取h=50mm选择搅拌桨的转速n=60r/min=1r/s由于物料属于高黏度的物体，需要的搅拌轴直径较大，所选择的搅拌功率也相对实际计算得到的功率大，现在选择电机功率即轴上的搅拌功率N轴=9.8KW，转速n=60r/min.搅拌轴直径d轴≥=搅拌轴选择不锈钢作为材料，根据经验公式剪应力为15~25的时候，材料为不锈钢,变化系数A0的选择范围是13.4~11.3，得到搅拌轴的最小直径是d=7.3cm根据工艺要求选择d轴=12cm反应釜内溶液密度的计算ρ==0.990×10kg/m搅拌功率计算选择转速n=60r／min=1r/s物料的粘度μ=2.3Pa.sRe=dnρ/μ=0.4×0.4×1×990÷2.3=68.8710＜Re＜104，搅拌槽中的流体为过渡区，流体不会出项大的旋涡，不需要挡板。Re=68.87∵10＜Re＜400∴Fr准数的影响可以忽略，φ准数可以从Rushton图中查到φ=1.65N=φρnd=1.65×0.990×10×1×0.4=0.653KW由于物料黏度较大，物料较多，选择2个折叶桨式搅拌叶片，可以使物料混合均匀。N=2×N=2×0.653=1.306KW2.传动装置：电机选择传动效率包括减速器、联轴器印密封装置处的效率。设整个系统的总效率为0.95（一般可以据现场情况类比）则电动功率P=9.8/0.95=10.32。参考电机系列，电机功率10.5kw。根据工作环境及与减速器的联接形式可选用YB130M—4安装型式的电动机。减速机选用YB130M—4电机同步转速1500r／min，满载时转速1400r／min，则减速比i=～30,按减速器标准系列取t=29,输出轴径50mm。由《化工设备设计基础》表18-12，选用单级摆线针轮减器，输出轴头型为夹壳型，选用BLD1.5-229Q型减速器。联轴器选择选用JQ型夹壳式联轴器，标记符号为JQ—50.机座选择由于搅拌轴轴向力不大，联轴器为夹壳大，故选用J—A型机应。由于减速器轴径为50mm。故选用J-A-50型机座即可。轴封装置为了密封可靠，选用单端面小弹簧平衡型机械密封2.5.4.甲料：聚醚+TDI+乙酸乙酯甲料乙料：三羟甲基丙烷+TDI+乙酸乙酯乙料由于生产甲原料与单组份的原料基本相同，因此可以选取一个与单组份相同的反应釜，只是操作条件有些不同。又甲料和乙料的用量不多，因此乙料的反应釜与甲料相同。2.5.5泵选型（以水洗流量Qv=6m/h密度ρ=980kg/m流速u=5m/s粘度μ=5.3Pa*s由公式d=188.1×Qv×u得d=34则取管径为35mm雷诺数Re=3235849（湍流）又有管道粗糙度ε=0.02所以,ε/d=0.0002查表得λ=0.019扬程计算:h=D－S+h+h+h+Pd－PsD——排出几何高度，m；取值：高于泵入口中心线：为正；低于泵入口中心线：为负；S——吸入几何高度，m；取值：高于泵入口中心线：为负；低于泵入口中心线：为正；Pd、Ps——容器内操作压力，m液柱（表压）；取值：以表压正负为准h——直管阻力损失，m液柱；h——管件阻力损失，m液柱；h——进出口局部阻力损失，m液柱；h0——泵的扬程，m液柱。管路局部阻力系数进口突然收缩ζ=0.5出口突然扩大ζ=1.090度标准弯头ζ=0.75闸阀(全开)ζ=0.17∑ζ=（0.5+1.0+2×0.75+3×0.17）=3.51h+h+h=0.62mh=6.6-0+0.62+4-0=11.22流量安全系数为1.1扬程安全系数为1.2所以有Qe=1.1×6=6.6m3/hHe= 11.22×1.2=13.46m泵型的确定：IHF80-65-125运行参数为：Q=6.6m3／hHe=13.5m,，效率=69％,n=1450r／min汽蚀余量=2.5m。工艺上用到的泵经计算跟以上的泵相同。2.5.6管路选型计算管路计算公式：管路计算公式一律采用：di=式中：di为管子内径，mLV为流体的体积流量，m3/sυ流体的流速，m/s醇解进料管路计算：由物料衡算原料部分计算得：M=2051.2kg/hM=15.38kg/hM混=（M+M）=(2051.3+15.38)=2066.68kg/hLG=2066.68（20）=1.72kg/sLV=LG/ρ=1.721.835=0.94m3/s（由于催化剂的用量相对少，密度又比较小可以忽略不计，因此密度只选醇解剂的密度）di=m=24.5mmDN=26mmd外=30mm壁厚为2di=30-22=26mm醇解出料管路计算：出料口的时间为20分钟。聚醚的一天产量为268.2kgM=268.2kg/hLG=268.2（20）=0.2235kg/sLV=LG/ρ=0.22350.98=0.23m3/s则di=0.0242m=24.2mmDN=26mmd外=30mm壁厚为2di=30-22=26mm由于醇解反应釜的材料对管路要求较高，厚度和管路直径也比较大。经计算其他管路的厚度和直径基本相同，因此整个设计的管路厚度为2mm,直径为26mm。2.5.7醇解剂槽：物料总体积：V=1.835m罐的有效容积系数取0.8贮液罐容积=1.835÷0.8=2.30m3反应罐直径为1.5m时，由V=（π/4）D2H算得罐高为H=2.30×4÷3.14÷1.52=1.3m选用平底平盖φ1500×1500贮液罐1台醇解出料槽：由于反应釜的体积为1m3,因此出料槽的体积可选为1.5m3,选用长宽都为1000mm,高为1500mm有盖的贮液罐4台乙醚槽：乙醚是用来洗涤醇解产物（聚醚）用量为1：1。因为V聚醚=m，装料系数为0.5，所以乙醚槽的体积0.5m选用选用长宽都为1000mm,高为0.5m。单双组份所用的槽：选用平底平盖φ1000×1500贮液罐6台。2.5.8压滤机的选型用乙醚洗后出来的悬浮液需经过压滤之后才能进入下一步工序。选用厢式液压压紧式压滤机及参数如下表：型号过滤压力过滤面积过滤室容积长×宽×高XAY30/1250-U≤0.6MPa30m30.8m31250×1250×5002.6、设备规范表（主生产线及公用工程）2.6.1、反应器类（R）序号流程编号名称数量型号操作条件装料系数停留时间容积m3介质温度℃压力MPa1R-101溶解浸反应罐1非标液固常温常压0.855h12R-102单组份反应罐1非标液液常温常压0.851h13R-103甲组份反应罐1非标液体常温常压0.851.5h14R-104乙组分反应罐1非标液体常温常压0.851.5h12.6.2、容器类（V）序号流程编号名称数量(台)操作条件装料系数容积m3介质温度℃压力MPa1V-101醇解剂贮罐1一缩二乙二醇常温常压0.852.62V-102醇解产物贮罐1液体常温常压0.851.53V-103蓄水槽1水常温常压0.8524V-104乙醚贮罐1乙醚常温常压0.850.55V-105溶解反应罐1有机溶剂常温常压0.850.86V-106水洗槽1水常温常压0.8527V-107DEG回收槽1DEG常温常压0.8528V-108单组份槽1液体常温常压0.851.59V-109胶粘剂槽1液体常温常压0.852.610V-1010催化剂槽1液体常温常压0.852.611V-1011阻聚剂槽1液体常温常压0.852.612V-1012乙酸乙酯贮罐1液体常温常压0.852.62.6.3、泵类（P）序号流程编号名称数量(台)型号流量m3/h扬程水柱m介质功率kw密封要求名称温度℃1P-101工艺液体泵1IHF80-65-1256.615聚醚常温3.5密封2PN-101工艺液体泵1IHF80-65-1256.615TDI常温3.5密封2.7.能量衡算(按每批进行计算)：2.7二甲硅油的比热容：Cp=3.26反应釜内物质总量：m=680传热系数：K=835.62（查《搅拌设备设计》）夹套内的二甲硅油温度：250℃反应釜内温度：200℃夹套内压力：0.5Mpa温差：50℃确定釜内溶液升温过程中所吸收的热量Q=m1cp(t2-t1)=680×3.26×（200-25）=3.88J预热加热时间60minqc=Q/(60×60)=3.88/（60×60）=107.8J/s则：夹套的实际传热面积A=qc/K(T-t)=107.8/(835×50)=2.85m2确定夹热套内二甲硅油升温过程中所吸收的热量夹套内二甲硅油开始的温度为常温25℃，需要升温到250℃才能使反应釜内的温度达到200℃，因此所需的能量Q：Q=KA=835=535.442.7确定各种物质的参数水的比热容：Cp=4.187反应釜内物质总量：m=464.4传热系数：K=783.21（查《搅拌设备设计》）饱和水蒸汽入口温度：145℃反应釜内温度：85℃夹套内压力：0.5Mpa温差：60℃确定釜内溶液升温过程中所吸收的热量Q=m1cp(t2-t1)=464.4×4.187×（85-20）=1.26×106J预热加热时间30minqc=Q/(30×60)=1.26×105/（30×60）=7.0×10J/s则：夹套的实际传热面积A=qc/K(T-t)=7.0×102/(783.21×60)=1.49m2确定热蒸汽的流率加热蒸汽放出的热流量必须大于或者恰好等于夹套内冷流体由20℃加热至85℃所需的热流量，即查《化工原理·谭天恩》附录九在145℃下，饱和水蒸汽的汽化热，故又由于在加热过程中，有一部分热量不能够传递给冷流体，故，2.7.确定物质的各参数T=25℃T=65℃t=100℃t=55℃附：TT——分别为冷凝水进出口温度。tt——分别为蒸气进出口温度。冷凝器热交换量Q=mC=20.12×983.24.17×（65-25）=3.30×10kJ/h=916.6kW平均温差：△tm=(△t1-△t2)÷ln(△t1÷△t2)=(75+10)÷ln(75÷10)=42.19℃水蒸气用量ωi=Qo÷cpi÷△ti=3300000÷4.647÷(100-55)=15780.8总传热系数K：管程传热系数Re=di×ui×ρi÷μi=0.0026×10×833.6÷0.000122=1.78×10αi=0.023λi(Re)0.8(cp×μi÷λ)0.4÷di=1.94×108壳程传热系数假设壳程的传热系数αo=290W*m-2*℃-1管壁的导热系数λ=45W*m-2*℃-1忽略污垢热阻。K=1÷（do÷αi÷di+b×do÷λ÷dm+1÷αo）=0.375W*m-2*℃-1计算传热面积S＇=Q÷K÷△tm=916.6÷0.375÷42.19=57.93（m2）考虑15%的面积裕度，S=1.15*S＇=66.6（m2）工艺结构尺寸：管径和管内流速选用φ30×2.5传热管（碳钢），取管内流速ui=8m/s管程数和传热管数按单组管计算，所需的传热管长度为L=S÷(π×do×ns)=66.6÷3.14÷0.03÷1=707.00m按单组管设计，传热管过长，宜采用多组同心圆柱形蛇管。通过计算，该换热器应采用五组。实际每组蛇管所需的长度为L=S÷(π×do×ns)=66.6÷3.14÷0.03÷5=141.4m一般,蛇管间距h=1.5～2.0d0取2.0d0，则h=2.0×0.03m=0.06m蛇管圈中心直径Dn=Di-（200～400）取300，则Dn=（2800-300）mm=2500mm则每圈蛇管长度为l=(Dn2+h2)0.5=(2.52+0.062)0.5=2.5m每组蛇管圈数n=L÷l=141.4≈141.42.8、符号说明d搅拌桨的直径，mm；b搅拌桨的宽度，mm；h叶轮距离槽底的高度,mm;D罐体的直径，mm；V总整个椭圆封头的体积，m3；Vi反应罐椭圆封头体积，m3；k椭圆封头形容器部分体积系数，无因次；Fr弗鲁德准数，无因次；Re雷诺准数，无因次；Rec临界雷诺准数，无因次；n搅拌转速，r/s；M质量，kg；H罐体高，mm；V体积，m3W搅拌桨的宽度，mm；Kb系数，无因次；A、B、p系数，无因次；Hi物料液面高度，mm；N轴传动功率，W；N搅拌功率，W；Np功率系数，无因次；A0变化系数，无因次；d轴搅拌轴直径，mm;ρ液体密度,kg/m3φ功率因数,无因次;μ流体的黏度,Pa.sQv流量，m3/h；Qe矫正流量，m3/h；Pd、Ps——容器内操作压力，m液柱（表压）Hf1——直管阻力损失，m液柱；Hf2——管件阻力损失，m液柱；Hf3——进出口局部阻力损失，m液柱；h0——泵的扬程，m液柱；He矫正扬程，m；g重力加速度，m/s2；ε绝对粗糙度，mm；λ摩擦系数，无因次；ζ局部阻力系数，无因次；Cpi水蒸汽定压比热容,kJ·kg-1·℃-1；Cpo水的定压比热容,kJ·kg-1·℃-1；Q热流量,W；T壳程水的定性温度,℃；t管程水蒸气的定性温度,℃；to有效温差,℃；△ti水蒸气温差,℃；△tm平均传热温差,℃；△t1压蒸汽温差，℃；△t2溶液温差，℃；ωi水蒸气用量,kg/h；K总传热系数,W·m-2·℃-1；αo壳程的传热系数,W·m-2·℃-1；λ管壁的导热系数,W·m-2·℃-1 ；μi水蒸气粘度,Pa·s；ρi水蒸气密度,kg·m-3；S传热面积,m2；L、l传热管长度,m；do传热管直径,m；h蛇管间距,m；Dn蛇管圈中心直径,mm；ns蛇管组数；n蛇管圈数；Q电量，kAh/t；2.9、用户手册基本设备：醇解剂贮罐规格：φ1500×1500材质：钢筋水泥内衬不锈钢铁皮基本结构与操作：平底平盖，上封头有醇解剂加入口，醇解剂可以直接由入口加入，设置有放空孔，与大气连通；液面计量管可以随时直观看出罐内盐酸的液面高度；醇解剂由下部开口阀将其流出使用。醇解产物贮罐规格：1000×1000×1500材质：钢筋水泥内衬耐酸瓷砖基本结构与操作：上封头有产品流入口，液面计量管可以随时直观看出罐内盐酸的液面高度；醇解剂由下部开口用阀取出。单组份和双组份产物贮罐规格：φ1000×1500材质：钢筋水泥内衬耐酸瓷砖基本结构与操作：（同上）蓄水罐规格：1000×1000×2000材质：钢筋水泥基本结构与操作：上部全部密封，最低部有管道接入排出污水，流量可根据槽的水量用阀来调节。水洗槽和DEG回收槽（同上）乙醚罐规格：1000×1000×500材质：钢筋水泥基本结构与操作：上部全部密封，最低部有管道接入排出污水，流量可根据槽的水量用阀来调节。大量存放乙醚仓库必须设有自动喷水及射出二氧化碳的装置。避免阳光直射，防止静电，也要预防受到闪电引火。醇解反应罐规格：D=1000n=10mmH=1000mm材质：GB6654-16MnR热轧钢板基本结构与操作：投入的醇解剂和氨纶丝按质量比（2：1）加入，在夹套内对反应釜进行加热达到200℃，启动搅拌器，反应5h单组份反应罐规格：D=800n=10mmH=600mm材质：GB6654-16MnR热轧钢板基本结构与操作：投入的量按配方比加入，在夹套内对反应釜加热达到80-90℃启动搅拌器，反应2h。双组份的甲料和乙料的反应罐（同上）水洗泵型号：IHF80-65-125扬程：13.5m流量：6.6m3/h功率：3.5kw概

述：IH型泵为单级单吸悬臂式离心泵。其标记、额定性能点和尺寸等效采用国际标准ISO2858-1975（E）、是国家机械工业部确定取代F型耐腐蚀离心泵的更新换代产品。能满足化工流程中输送有腐蚀性粘度类似于水的液体，其输