年生產(chǎn)4萬噸草酸初步設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)說明書

1、化工設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書項(xiàng) 目 名 稱：年生產(chǎn)4萬噸草酸初步設(shè)計(jì)設(shè) 計(jì) 人 姓 名：專 業(yè) 班 級：指 導(dǎo) 老 師 姓 名設(shè)計(jì)起止日期： 1概述1.1設(shè)計(jì)依據(jù)1.1.1設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱：年生產(chǎn)4萬噸草酸初步設(shè)計(jì)1.1.2生產(chǎn)能力：年生產(chǎn)能力4萬噸1.1.3生產(chǎn)方法：甲酸鈉法（鈣法）主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：序號項(xiàng)目名稱單位數(shù)量備注一生產(chǎn)規(guī)模噸40000二年操作日天300三主要原輔料、燃料1焦炭噸/年2燒堿噸/年3硫酸噸/年4燃料煤噸/年四運(yùn)輸量噸/年1運(yùn)入量噸/年2運(yùn)出量噸/年 五定員人六建設(shè)期月七工程有地畝八報(bào)批工程中投資萬元1建設(shè)投資萬元2鋪底流動(dòng)資金萬元3建設(shè)期利息萬元九資金籌措萬元 1.1.4產(chǎn)品物

2、理化學(xué)性質(zhì)、技術(shù)指標(biāo)及用途：【化學(xué)名】乙二酸(oxalic acid dehydrate) 【分子式】【結(jié)構(gòu)式】、【分子量】126.06 【casno】6153-56-6理化性質(zhì)：白色晶體。熔點(diǎn)：101.5。密度：1.653。1.1.5草酸的主要用途用途：草酸是重要的有機(jī)工業(yè)原料，草酸及其衍生物是許多藥品生產(chǎn)那的中間體，如用于生產(chǎn)色甘酸鈉、異唑肼。草酸可用于稀土元素的提取、分離和精制。此外，草酸可用于紡織品的清洗，纖維染色，永久定型及其阻燃。在聚合物合成中，草酸是制取許多有機(jī)物的原料或其它反應(yīng)的催化劑等。主要原輔材料的物理化學(xué)性質(zhì)、技術(shù)指標(biāo)及供應(yīng)：設(shè)計(jì)進(jìn)度：1.1.6生產(chǎn)方法的比較級確定生產(chǎn)方

3、法的論證：隨著我國環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)及環(huán)境保護(hù)治理的力度不斷加強(qiáng)，過去的鉛法生產(chǎn)工藝被淘汰，而鈣法工藝以其生產(chǎn)效率高，環(huán)江污染少，能源消耗少，工藝易操作，綜合效率高，等優(yōu)點(diǎn)逐步成為我國廣泛推廣的一種生產(chǎn)草酸的工藝。1.1.7生產(chǎn)過程主要反應(yīng)的反應(yīng)熱：甲酸鈉合成：甲酸鈉脫氫：甲酸鈉鈣化：草酸鈣酸化：生產(chǎn)過程的主要副反應(yīng)的反應(yīng)熱1.2車間組成及生產(chǎn)制度1.2.1工段組成及設(shè)計(jì)范圍的要求： （1）造氣合成車間（造氣工段、合成工段）、（2）脫氫車間（脫氫工段）、（3）鈣化、酸化車間（鈣化工段、酸化工段）、4結(jié)晶、干燥車間（結(jié)晶工段、干燥工段）本項(xiàng)目為年產(chǎn)（4）噸草酸產(chǎn)品的項(xiàng)目，本設(shè)計(jì)說明書對廠區(qū)圍墻內(nèi)

4、的年產(chǎn)4噸的草酸產(chǎn)品裝置，輔助生產(chǎn)裝置，供排水系統(tǒng)，供熱系統(tǒng)等進(jìn)行了比較詳細(xì)的說明。1.2.2生產(chǎn)制度:年工作日（300天/年），班組制（5班3運(yùn)轉(zhuǎn)）、8小時(shí)/班。2化工計(jì)算（物料衡算和熱量衡算）2.1.1生產(chǎn)工藝流程工藝示意圖（物料衡算和熱量衡算的依據(jù)）212工藝示意圖簡述如下：（1）鼓風(fēng)機(jī)加壓的空氣由下部鼓入煤氣發(fā)生爐，焦炭有煤氣發(fā)生爐頂部加入，空氣與燃燒狀態(tài)的焦炭相互反應(yīng)生成含有30%一氧化碳的空氣煤氣，煤氣由頂出口排出，經(jīng)洗氣后進(jìn)入第一水洗塔，水洗后的煤氣進(jìn)入真空泵加壓，加壓后的煤氣進(jìn)入第二水洗塔進(jìn)一步除去細(xì)小微量灰塵，通過企業(yè)分離器進(jìn)入壓縮機(jī)煤氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮到1.8-2.0兆帕經(jīng)油分

5、離器分去掉其中油污，進(jìn)入高壓水洗塔出去二氧化碳和微量的硫化氫，然后在預(yù)熱器中和稀堿液混合升溫到150-170攝氏度再進(jìn)入合成管合成甲酸鈉混合氣，經(jīng)減壓的甲酸鈉混合氣在尾氣分離器中分離掉未反應(yīng)的氣體和水蒸氣同時(shí)把合成的稀甲酸鈉液體送到甲酸鈉儲(chǔ)罐，待用。（2）由甲酸鈉儲(chǔ)罐打入蒸發(fā)室經(jīng)管間水蒸氣加熱，在真空蒸發(fā)濃縮到1000be后放入濃甲酸儲(chǔ)罐，再由泵打入離心機(jī)，分離的到固體甲酸鈉，母液返回蒸發(fā)室，將固體甲酸鈉投入脫氫反應(yīng)器有過熱蒸汽升溫到410-430攝氏度脫氫生成草酸鈉，迅速加入新鮮冷卻溶解，通過真空吸料罐放入草酸鈉槽，然后經(jīng)過濾機(jī)得到的濾餅放入懸浮液配料槽中加水配成草酸鈉含量160-180g/

6、l的懸浮液，待用。（3）由脫氫來的草酸鈉懸浮液由離心泵打入鈣化灌，與氫氧化鈉在攪拌下反應(yīng)，反應(yīng)后用帶式過濾機(jī)過濾，濾液打到稀堿液槽，一部分送到御配堿池與外購的濃堿液加入新鮮水配制成185g/l的溶液送達(dá)合成車間，另一部分送三效蒸發(fā)器濃縮后送合成車間，草酸鈣懸浮液送入酸化罐，然后將配酸罐中濃度為35%的硫酸用泵打入酸化罐與草酸鈣懸濁液混合反應(yīng)，然后將反應(yīng)后的液體送去帶式過濾機(jī)過濾，濾液進(jìn)入吸收罐，用蒸汽加熱至85攝氏度送入帶有攪拌的結(jié)晶罐晶體。濾液經(jīng)5次洗滌，前兩次結(jié)晶后的母液、洗水送到石墨蒸發(fā)器濃縮，其余三次用新鮮水洗滌，洗水和濃縮后的母液一起送去配酸罐稀釋92.2%的濃硫酸使其達(dá)到反應(yīng)所需濃

7、度。待用。（4）吸附罐出來的草酸溶液結(jié)晶濃縮后進(jìn)入離心機(jī)，離心后的固體草酸加入新鮮水溶解，經(jīng)過過濾除雜后重新結(jié)晶，離心分離后的草酸固體用真空吸入滾筒干燥器與經(jīng)過加熱的熱空氣逆流干燥，在滾筒的尾部計(jì)量包裝即成成品草酸。2.1.3原材料、動(dòng)力消耗定額（以每噸草酸計(jì)算）序號名稱規(guī)格及標(biāo)準(zhǔn)單位消耗定額一原材料1焦炭80%t2燒堿42.0%t3硫酸92.5%t二輔助材料1氧化鈣含量90%t三燃料動(dòng)力1電380vkwh2新鮮水18t3蒸汽1.3mpat生產(chǎn)能力的計(jì)算（1） 草酸每小時(shí)生產(chǎn)能力：5555.56kg/h 相對分子量126.06kg/h 則摩爾流量為5555.56/126.06=44.07kmo

8、l/h2.2各物料的物料衡算22.1計(jì)算依據(jù)各步反應(yīng)的收率物質(zhì)甲酸鈉草酸鈉草酸鈣草酸收率0.950.830.950.90各部分反應(yīng)所需的物料流量(1)cac2o4+h2so4caso4+h2c2o444.07/0.92=47.90kmol/h每小時(shí)消耗的h2so4 47.90*98=4694.2kg/h原料中h2so4的含量為92.5%每小時(shí)消耗的硫酸原料量為4694.2/0.925=5074.8kg/h(2)nac2o4+ca(oh)2cac2o4+2naoh每小時(shí)消耗的ca(oh)2的量為47.90/0.98=48.88每小時(shí)消耗的nac2o4的量為47.90/0.98=48.88 (3)

9、2hcoona=nac2o4+h2每小時(shí)消耗hcoona 的量為2*48.88/0.83=117.8kmol/h(4)co+na=hcoona每小時(shí)消耗co的量和naoh得量都是117.8/0.95=123.98kmol/h(5)2c+o2=2co每小時(shí)消耗c的量為123.98kmol/h每小時(shí)消耗o2的量為61.99kmol/h(6)副反應(yīng)的c的消耗從汽化爐出來的各種氣體的含量如下表物質(zhì)coco2o2n2含量0.300.0250.1420.533煤氣中co2的含量為123.98*0.025/0.3=10.33kmol/h因?yàn)閏+o2=co2，所以生成需要消耗c的量和o2的量都是10.33km

10、ol/h（7）綜合（5）（6）c的消耗量123.98+10.33=134.31kmol/h*12=1611.72kg/h因?yàn)榻固恐泻?5%，所以實(shí)際消耗c的量為1611.72/0.85=1896.14kg/h（8）綜合（5）（6） o2的消耗量為61.99+10.33=72.32kmol/h此外為其中含o2的量為123.98*0.142/0.3=58.68kmol/h入爐空氣中o2的含量為72.32+58.68=131.00kmol/h131.00*1000*22.4/1000=2934.4nm3/h空氣o2：n2=0.21:0.79空氣中n2的含量為123.98*0.79/0.21=466

11、.37kmol/h466.37kmol/h*22.4*1000/1000=10446.69nm3/h空氣總量為123.98+466.37=590.35kmol/h590.35*22.4*1000/1000=13223.84nm3/h(9) cao+h2o=ca(oh)2 有（2）中的投料比nac2o4:ca(oh)2=1:1.15故ca(oh)2的量為48.88*1.15=56.212kmol/h因?yàn)樯抑衏ao的含量為90%，所以消耗石灰的量為 56.212*56/0.9=3497.64kg（10） naoh消耗量為123.98*40=4959.2因?yàn)椴少彽膎aoh為42%，所以naoh的

12、消耗量為 4959.2/0.42=11807.62kg/h又因?yàn)楦碑a(chǎn)物消耗 co2+2naoh=na2co3+h2o 消耗naoh 10.33*2=20.66kmol/h所以消耗總量為 123.98+20.66=144.64kmol/h*40=5785.6kg/h表1-4物料消耗統(tǒng)計(jì)匯總表（每小時(shí)）序號名稱規(guī)格單位消耗1焦炭含碳85%t16122硫酸92.5%t5.073生石灰90%t34984空氣nm313.2245燒堿42%t5.7862.3副產(chǎn)物生產(chǎn)量的計(jì)算（1）2hcoona=nac2o4+h2每小時(shí)h2生產(chǎn)量為48.88*1000/1000*22.4=1094.91nm3/h(2)

13、nac2o4+ca(oh)2= cac2o4+2naoh每小時(shí)naoh的生成量為47.91*2=95.81kmol/h95.81*40=3832.5kg/h(3) cac2o4+h2so4=caso4+ h2c2o4 每小時(shí)caso4的生成量44.08*136=5996.0kg/h2.4物料與熱量和能算（1）煤氣發(fā)生爐物料與熱量和能算2.4.1物料衡算計(jì)算依據(jù)【a】h2c2o4.h2o產(chǎn)量為4958.1kg/h即55.09kmol/h【b】進(jìn)煤氣發(fā)生爐物質(zhì)為煤氣和空氣其中空氣組成問為o2:n2=0.21:0.79【c】產(chǎn)物空氣組成如下表物質(zhì)coco2o2n2含量0.300.0250.1420.

14、533物料衡算a 爐出口氣組分流量 co 123.98kmol/h o2 58.68kmol/h co2 10.33kmol/hn2 466.37kmol/hb 進(jìn)口的分流量焦炭1611.72kg/ho2 10446.69nm3/hn2 10446.69nm3/h表2-2物料衡算表物質(zhì)反應(yīng)器入口反應(yīng)器出口co-123.98kmol/ho210446.69nm3/h58.68kmol/hco2-10.33kmol/hn210446.69nm3/h466.37kmol/h焦炭1611.72 kg/h-2.4.2 能量衡算（1）計(jì)算依據(jù)a 進(jìn)爐空氣焦炭均為25b 出口混合氣溫度為800c 出口氣體組

15、成如下表物質(zhì)coco2o2n2含量123.98kmol/h10.33kmol/h58.68kmol/h466.37kmol/h d 平均熱熔（1073k，kj/kmolk）物質(zhì)coco2o2n2含量31.3648.2532.1630.85（2） 熱量衡算 c+o2=co 查表得fhm(co)=110.525kj/mol h1=123.98*(-110.525)=-1.37*105kj/hc+o2=co2 查表得fhm(co2)=-393.509kj/mol h2=10.33*(-393.509)=-4.06*103kj/h以下為個(gè)氣體從25-800是的焓變 co h3=123.98*31.16

16、*775=2.99*106 kj/hco2 h4=10.33*48.25*775=3.86*105 kj/ho2 h5=58.68*32.16*775=1.46*106 kj/hn2 h6=466.37*30.85*775=1.12*107 kj/h總焓變h=-1.61*107 kj/h冷卻介質(zhì)用100鍋爐給水 出口為190的飽和蒸汽，100水的焓值為419.04kj/kg 需水產(chǎn)氣量為1.61*107/（2786.4-419.04）=6803.69kg/h 2.4.3廢熱鍋爐的能量衡算 （1）計(jì)算依據(jù) a 入口氣與出口氣組成相同，結(jié)尾煤氣發(fā)生爐的出口氣組成 b 入口氣溫度為800 c 出口氣

17、溫度為300 d 鍋爐側(cè)產(chǎn)生200的飽和蒸汽，進(jìn)水100 （2）熱量衡算 物質(zhì)coco2o2n2含量123.98kmol/h10.33kmol/h58.68kmol/h466.37kmol/h查表得各組分平均熱熔cp(kj/mol)tcoco2o2n2298k29.1837.1729.3929.13400k29.3239.2329.7529.23500k29.4540.0730.1829.35600k29.6742.7230.6529.531000k30.9347.5632.3730.641100k31.2448.5032.7030.93現(xiàn)行內(nèi)插舉例： 298k-1073k間co平均熱熔 cp

18、=30.93+(31.24-30.93)/(1100-1000)*(1073-1000)=31.16kj/k內(nèi)插法結(jié)果如下表所示tcoco2o2n2323k29.2137.6729.4829.18573k29.6142.0030.5229.481073k31.1648.2532.6130.85o2 800-300h1=q1=58.68*32.16*(1073-298)- 58.68*30.52*(573-298)=9.7*105kj/hn2 800-300h2=q2=466.37*30.85*(1073-298)-466.37*29.48*(573-298)=7.37*106 kj/hco 8

19、00-300h3=q3=123.98*31.16*(1073-298)-123.98*29.61*(573-298)=1.98*106 kj/hco2 800-300h4=q4=10.33*48.25*(1073-298)-10.33*42.00*（573-298）=2.67*105kj/h 所以煤氣總焓變h=1.059*107kj/h蓄水量為1.059*107/（2786.4-419.04）=4470kg2.4.4水洗塔進(jìn)一步冷卻除塵的衡算氣體50-25 新鮮水18-25tcoco2o2n2298k29.1837.1723.3929.13323k29.2137.6729.4829.18co

20、h1123.98*29.21*(323-298)=9.05*104kj/hco2 h2=10.33*37.67*(323-298)=9.7*103 kj/ho2 h3=58.68*29.48*(323-298)=4.3*104kj/hn2 h4=466.37*29.18*(323-298)=3.4*105 kj/h總焓值h=4.87*105 kj/h18水的焓值為75.57kj/kg25水的焓值為104.89kj/kg需水量為4.87*105/（104.89-75.57）=16633.7 kg/h 2.4.5原料氣體預(yù)熱器的衡算由高壓水洗塔出來的氣體溫度為25，經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱至160，高壓水洗塔

21、出去co2物質(zhì)coco2n2含量123.98kmol/h10.33kmol/h466.37kmol/h物質(zhì)coco2n2平均熱容cp29.36kj/kmolk29.89 kj/kmolk29.27 kj/kmolk co h1=123.98*29.36*(433-298)=4.9*105 kj/ho2 h2=58.68*29.89*(433-298)=2.4*105 kj/hn2 h3=466.37*29.27*(433-298)=1.8*106kj/h總焓值h=2.57*106kj/h需190的蒸汽量為2.57*106/1978.3=1299kg/h2.4.6堿液預(yù)熱器的衡算有物料衡算得 堿

22、液4339.8kg/h cp近似取值為4.2 kj/kgk 用190的蒸汽預(yù)熱 需蒸汽量為4339.8*4.2*（160-25）/1978.8=1243.5kg/h 2.4.7hcoona合成器物料衡算與熱量衡算 a 物料衡算（1）計(jì)算依據(jù) a hcoona的產(chǎn)量為117.8kmol/h b co+naoh=hcoona 收率為95% c 原料氣組成co:o2:co2:n2=300:142:25:533 d 堿液中含naoh為42%（質(zhì)量），即0.246（摩爾）（2）物料衡算a 合成反應(yīng)器進(jìn)口原料氣給組成流量 物質(zhì)coco2o2n2naoh含量123.98kmol/h10.33kmol/h58

23、.68kmol/h466.37kmol/h144.64 kmol/hb 合成反應(yīng)出口物料物質(zhì)hcoonana2co3o2n2h2o含量117.8kmol/h10.33kmol/h58.68kmol/h466.37kmol/h378.28kmol/h b 熱量衡算 各物質(zhì)熱容如下表：物質(zhì)coco2o2naohn2h2ocp29.142kj/kmolk37.11kj/kmolk29.355 kj/kmolk59.54kj/kmolk29.125kj/kmolk75.29kj/kmolkco+naoh=hcoona fhm(co)=-110.525kj/molfhm(naoh)=-525.60kj/

24、molfhm(hcoona)=-665.57kj/molfhm=fhm(hcoona)- fhm(naoh)=-129.536 kj/mol故反應(yīng)熱為117.8*103*（-129.536）=-15.7*106kj用100循環(huán)水升溫到汽化熱為2257kj/kg需水量為15.7*106/2257=6956kg2.4.8洗氣箱的熱量衡算（1）計(jì)算依據(jù) a入口氣組成與出口氣組成基本相同 b 入口氣溫度為300出口氣溫度為50 c 進(jìn)洗氣箱循環(huán)溫度為25 d 出氣箱循環(huán)水溫度是40（2）熱力學(xué)參數(shù)物質(zhì)coco2o2n2cp29.18kj/kmolk37.17kj/kmolk29.39 kj/kmolk

25、29.13kj/kmolk 取基準(zhǔn)溫度為298k 查表298k-400k間各組分平均熱容如下表物質(zhì)coo2co2n2平均熱容cp29.32kj/kmolk29.75 kj/kmolk39.23 kj/kmolk29.23 kj/kmolk查表298k-600k間各組分平均熱容如下表物質(zhì)coo2co2n2平均熱容cp29.67kj/kmolk30.65 kj/kmolk42.72 kj/kmolk29.53 kj/kmolk利用線性內(nèi)插法求得298k-323k間各組分平均熱容如下表物質(zhì)coo2co2n2平均熱容cp36.67kj/kmolk29.21 kj/kmolk29.48kj/kmolk2

26、9.18 kj/kmolk298k-573k間各組分平均熱容如下表物質(zhì)coo2co2n2平均熱容cp42.25kj/kmolk29.62 kj/kmolk30.53kj/kmolk29.49kj/kmolk故得co h1=123.98*29.62*（573-298）-123.98*29.21*（323-298）=9.19*105kj/molo2 h2=58.68*30.53*(573-298)- 58.68*29.48*(323-298)=4.5*105kj/moln2 h3=466.37*29.49*(573-298)- 466.37*29.18*(323-298)=3.44*106kj/m

27、olco2 h4=10.33*42.25*(573-298)- 10.33*37.67*(323-298)=1.1*105kj/mol總焓 h=4.92*106kj/mol40水的焓值為167.57kj/kg25水的焓值為104.89 kj/kg故需水量為4.92*106/（167.57-104.89）=7.84*104kj/mol2.4.9hcoona蒸發(fā)器的物料衡算與熱量衡算a 物料衡算 （1）計(jì)算依據(jù) a 每小時(shí)需濃縮出117.8kmol/hhcoona即8010kg/h b 進(jìn)料濃度為400g/l 出料濃度為900g/l c 加熱蒸汽溫度為200 d 進(jìn)料液溫度為100（2）熱參數(shù)10

28、0水的汽化潛熱為2257kj/kg200水的汽化潛熱為1940.7 kj/kg（3）物料衡算a 入口物流 稀hcoona溶液為117.8*68/400=20.03m3/hb 出口物流 濃hcoona溶液為117.8*68/900=8.90m3/h h2o為（20.03-8.90）*1000=11130kg/hb 熱量衡算a 稀hcoona溶液蒸發(fā)水吸熱 q=11130*2257=2.51*107 kj/hb 需加蒸汽量為2.51*107/1940.7=12900 kg/h2.4.10脫氫反應(yīng)器物料衡算如熱量衡算a 物料計(jì)算（1）計(jì)算依據(jù) 2hcoona=na2c2o4+h2 a 每小時(shí)脫氫生成

29、48.88molna2c2o4 b 脫氫反應(yīng)收率83% c 進(jìn)料為hcoona固體 d 副產(chǎn)物為2hcoona=na2co3+co+h2 (2) 物料衡算 a 出口物料組成流量 草酸鈉 假設(shè)碳酸鈉的轉(zhuǎn)化率為90%，已知收率為83% 生成碳酸鈉的量（117.8*0.9-48.88*2）/2=4.17kmol/h 甲酸鈉117.8*0.1=11.7kmol/h co 4.17kmol/h h2 4.17+48.88=53.05kmol/hb 進(jìn)口物料組分流量 hcoona 38.88*2/0.83=93.69c 物料衡算表物質(zhì)進(jìn)口物料（kmol/h）出口物料（kmol/h）na2c2o4-48.8

30、8h2-53.05na2co3-4.17hcoona93.69 -co-4.17b 熱量衡算 計(jì)算依據(jù) 脫氫反應(yīng)在380-420發(fā)生，在280-300有副反應(yīng) 2hcoona=na2co3+co+h2發(fā)生物質(zhì)hcoona(coona)2h2na2co3co平均cp（kj/kmolk）76.53133.929.126125.01529.342平均hf(kj.mol)-664.67-1305.340-1135.717-110.1292hcoona=(coona)2+ h2hf=-1305.34+2*664.67=24kj/molhof=-1135.717-110.129+2*664.67=83.4

31、94 kj/mola 未反應(yīng)的甲酸鈉所吸收的熱量g1 g1=11.78*76.53*(420-25)=356101.7kj/hb 發(fā)生副反應(yīng)的甲酸鈉吸收的熱量g2 甲酸鈉的反應(yīng)熱q2=4.17*83.494*103=3.48*105 kj/h 甲酸鈉升溫?zé)醧1=4.17*2*（300-25）*76.53=1.76*105 kj/h g2= q2 +q1=5.24*105 kj/hc 甲酸鈉生成草酸所需的熱量g3 甲酸鈉升溫?zé)醧1=38.88*2*76.53*（400-25）=2.23*106 kj/h 甲酸鈉的反應(yīng)熱q2=38.88*6*103=2.33*105 kj/h g3=q1+q2=2

32、.46*106 kj/hd 總熱量 g= g1+g2+g3=3.34*106 kj/h 2.4.11鈣化反應(yīng)器物料衡算 (1) 計(jì)算依據(jù) a 每小時(shí)生成cac2o437.91kmol b 鈣化反應(yīng)收率 0.98 c 進(jìn)口草酸鈉（懸浮液）濃度為400g/l,ca(oh)2濃度為900g/l d 投料比 nac2o4：ca(oh)2=1：1.15 e 產(chǎn)物堿液濃度為80g/l (2) 物料衡算 a 出口物料 cac2o4 37.91kmol/h 堿液 37.91kmol/h ca(oh)2 37.91*1.15*0.02/0.98=0.89kmol/h b 進(jìn)口物料 ca(oh)2液 37.91*

33、1.15/0.98=44.49kmol/h 44.49*74/900=3.66m3/h2.4.12酸化反應(yīng)器物料衡算與熱量衡算（1）計(jì)算依據(jù) a 出口h2c2o4密度為320g/l b 每小時(shí)需處理caso4濃度為37.91kmol c h2so4進(jìn)口濃度為92.5% 出口為400g/l d 進(jìn)料caso4濃度為400g/l e 物料比h2so4：caso4=1：1.1 f cac2o4+h2so4=ca+ h2c2o4 g 反應(yīng)溫度 85 h 操作壓力 0.1mpa 進(jìn)料 caso4 37.91kmol/h h2so4 37.91*1.1*98/0.925=4418.0kg/h 出料 h2s

34、o4溶液 37.91*1.1*98/0.4=10216.7kg/h h2c2o4溶液 35.06*90/320=9.86m3/h caso4 35.06kmol/h=4769.1kg/h2.4.13結(jié)晶過程計(jì)算草酸溶解度溫度010203040608090溶解度3.546.089.5214.2321.5244.3284.5120 草酸的溶解度隨溫度變化很大適用于冷卻結(jié)晶，將此溶液冷卻到20，草酸濃度350kg/m3,c產(chǎn)量5555.56kg/h，結(jié)晶罐夾套水溫為20，結(jié)晶出的鹽為h2c2o42h2o，近似認(rèn)為10000kg水中有350kg h2c2o4,假設(shè)有2%的水蒸發(fā) r=126/90=1.

35、4 c1=350/1000=0.35kg c2=9.52/100=0.0952kg c3=2/106=0.02kg 2.4.14 吸附罐的熱量衡算（1）計(jì)算依據(jù)a 吸附罐內(nèi)草酸溶液入口溫度25，出口溫度85b 用1.3mpa蒸汽加熱c 草酸鈉溶液濃度350 kg/m3,產(chǎn)量5555,56kg/h(2)熱量衡算草酸的平均熱容cp=101.156kj/molk水平均熱熔cp=75.28 kj/molk草酸升溫所需要的熱量q1=44.09*101.156*（85-25）=2.68*105 kj/h水吸收的熱量q2=5555.56/350*1000*75.28/18*（85-25）=4.0*106 k

36、j/h總熱量q= q1+q2=4.268*106 kj/h則所需1.3mpa蒸汽為g=q/hf=165961.3kg/h2.4.15回轉(zhuǎn)干燥器的物料衡算（1）計(jì)算依據(jù) a 干燥水分為30%，h2c2o42h2o的量5555.56kg/h b 物料入口溫度20，出口溫度45，含水5% c 氣體入口溫度165，出口溫度80 d 桶內(nèi)物料存留率5%（2）熱量衡算 干物料的平均熱容cp=1.124kj/kg 入口熱風(fēng) h1=0.03 kj/kg 干空氣 a 所需風(fēng)量，入口處熱焓 h1=1.036*165*(2500+1.98*165)*0.03=256.1 kj/kg 物料帶入熱量為 q1=（5555

37、.56*1.124+0.3*6028.9*4.168）*10=1.3*105 kj/hb 設(shè)排風(fēng)濕度為h2 出口處熱風(fēng)焓為 1.005*80+（2500+1.956*80）=2736.88 kj/kgc 產(chǎn)品帶出熱量5555.56*（1.124+4.18*0.05）*45=3.33*10 kj/h根據(jù)熱量衡算，g0為必須的干空氣量g0=53564kg/h3主要設(shè)備的選擇及計(jì)算3.1甲酸鈉蒸發(fā)器（采用單效蒸發(fā)器）3.1.1設(shè)計(jì)依據(jù) a 進(jìn)口甲酸鈉溶液的濃度為400 kg/m3,出口濃度為900 kg/m3 b 用1.3mpa，190 飽和蒸汽加熱 c 操作壓力p=-450mmhg d 甲酸鈉溶液

38、進(jìn)口溫度250，出口溫度75.2 e 甲酸鈉的量 177.8kmol/h 即12090.4kg/h 3.1.2熱量衡算求蒸發(fā)器的熱負(fù)荷 蒸發(fā)器內(nèi)操作壓力為p=（760-450）/760*105=4.1*104pa在此操作壓力下水沸點(diǎn)t=75.2甲酸鈉熱容：平均cp=76.53kj/kmolk水的平均熱容 cp=75.78kj/kmolkp=0.04 mpa時(shí)，水蒸發(fā)潛熱為2321.4kj/kgp=1.3 mpa時(shí)，水的蒸發(fā)潛熱1978.8 kj/kg蒸發(fā)器中蒸發(fā)掉的質(zhì)量為m1,m1=(1-400/900)*3946.3/400*1000=5480.97kg/h蒸發(fā)需要的熱負(fù)荷q溶液升溫所需的熱

39、為 q1=（117.8*76.53+5480.97/78*75.78）*（75.2-25）=7.12*105 kj/h 蒸發(fā)水分所需的熱 q2=5480.97*2321.4=12723524kj/h q=q1+q2=1.34*107 kj/h 則需水量g=7250kg/h3.1.3 蒸發(fā)器傳熱面積 有效溫差為114.8，總傳熱系數(shù)w=1200w/m2忽略熱損失s=q/kt=14419327.31/(1200*114.8)=104.67 m2 為了安全取s=1.2*104.67=125.61 m2 3.1.4 蒸發(fā)器的主要工藝尺寸a 加熱室 選用38mm3mm,長為3mm的無縫管為加熱管 管數(shù)n

40、=s/d=282 管子采用正三角形排列 正三角形排列的管束中心線上的管數(shù)為nc=1.1*2820.5=19 加熱室內(nèi)徑d=t(nc-1)+2b 采用膨脹管取t=1.5d 故t=1.5d=57mm 取b=1.5d=57mm 加熱室直徑d=57*18+2*57=1140mmb循環(huán)管 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值取循環(huán)管額截面積為加熱管總截面的75%，故循環(huán)管的截面積為0.75*/4*0.0322*210=0.1676m2故循環(huán)管的內(nèi)徑為d1=0.16760.5/0.25=0.8187故選用426mm9mm的無縫鋼管為循環(huán)管 c 分離室 取分離室的高度為3.5m 41kpa 蒸汽密度為0.2146 kg/m3,則二次

41、蒸汽的體積流量為vs=5524.86/(0.2416*36000)=0.64 kg/m3 取允許分離蒸發(fā)體積強(qiáng)度vs為1.5kg/m3 分離室直徑d1=（4vs）0.5/hvs=6.02 h/d=1.46 高徑比在1-2之間3.2 氫氧化鈉溶液蒸發(fā)器（采用單效蒸發(fā)器）3.2.1 計(jì)算依據(jù) a naoh溶液入口濃度80kg/m3，出口濃度185kg/m3 b 操作壓力p=0.08169*105pa c 溶液入口溫度25，出口溫度25 d用1.3mpa的蒸汽加熱。p=0.8169*105pa時(shí)，水的汽化潛熱為2442.3 kj/kg3.2.2 熱量衡算求蒸發(fā)器的熱負(fù)荷蒸發(fā)水所需的熱量q=(4340

42、/80-4340/185)*1000*2442.3=7.5*107 kj/h 所需飽和蒸汽的熱量g=q/hf=3624 kj/h3.2.3 蒸發(fā)器的傳熱面積 有效溫差t=190-25=165，蒸發(fā)器中溶液的沸點(diǎn)為25 s=q/k=7.5*107/（1200*165）=378.8m2 a 加熱室采用正三角形排列，長為3m的無縫鋼管為加熱管 管數(shù)n=s/d=356 管子的采用正三角形排列的管數(shù)中心的管數(shù)nc nc=1.1*n0.5=21 d=t（nc-1）+2b, t=1.5d=57mm b 循環(huán)管 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值取循環(huán)管額截面積為加熱管總截面的75%，故循環(huán)管的內(nèi)徑為0.130.5/0.75=0.4

43、8m 故用48mm9mm的無縫鋼管為循環(huán)管蒸發(fā)的水量g=12825410/2242.3=5719.8kg/h 25時(shí)3.1677kpa,水蒸氣的密度為0.02304kg/m3 二次蒸汽vs=5719.8/(3600*0.02304)=68.96 m3/s 取允許分離室蒸發(fā)體積vs為5 高度為3.5m 分離室直徑d1=4*(68.96)0.5/10.5=3.16m h/d=1.11 高徑比在1-2之間3.3 廢熱鍋爐 3.3.1 計(jì)算依據(jù) a 管內(nèi)氣體流量和組成如下組分co2coh2o2h2sn2h2okmol/h6.45577.4610.1236.660.62291.46.87b 管內(nèi)氣體進(jìn)口

44、溫度500，出口溫度230館內(nèi)氣體進(jìn)口壓力為0.11mpa,出口壓力為0.1 mpac 采用42mm3.5mm無縫管管360根作為換熱器，管外熱水沸騰產(chǎn)生1.3mpa飽和蒸汽d 熱負(fù)荷為6.5832*103kj/h3.3.2 計(jì)算換熱面積，確定換熱管及管長總傳熱系數(shù)管內(nèi)氣體體積流量 q=4620.04*22.4*0.1013/0.157*（273+365）/273=156049.2m3/h =43.55/360*0.785*0.035=125.2m/s =15245.6/19560.8=0.78 其他數(shù)據(jù)誤差不計(jì)，平均溫度365，此時(shí)溫度下空氣的物據(jù) 傳熱系數(shù) =4.61*10-2w/mk=3

45、.14*10-5paspr=0.676 re=du/=0.035*125.2*0.78/3.14*10-5=10882510000 管內(nèi)氣體給熱系數(shù)為 1=0.023/dre0.8pr0.3=54.76mk管外熱水沸騰的給熱系數(shù)取2=4651w/mk總產(chǎn)熱系數(shù)k 污垢熱阻取0.26*10-3 1/k=1/54.7+1/4651+0.0034/45+0.26*10-3+0.5*10-3所以k=1.8 w/mk對數(shù)平均傳熱溫差 tm=131.86換熱面積熱負(fù)荷 q=1.8278*10610-3j/sa=q/ktm=267073m2 取安全系數(shù)1.2 則換熱面積320m2 換熱管長l=q/ktm=8

46、.08 取8.5m3.4 合成造氣工序3.4.1 煤氣發(fā)生爐氣量3.0萬噸/年草酸，每小時(shí)需煤氣量為4168.3nm3 空氣煤氣的工藝參數(shù)是： 氣體成分co30%，o21.0%，co2800 氣體強(qiáng)度250nm3/m2h 因此選用2400mm7000mm直型煤氣發(fā)生爐 選用臺(tái)數(shù)3.1臺(tái)（備用5臺(tái)），考慮到設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率，應(yīng)配備9臺(tái)煤氣發(fā)生爐。3.4.2 煤氣壓縮機(jī) 為滿足3.0萬噸/年草酸，每小時(shí)需煤氣量為4168.3nm3，考慮選用國內(nèi)廣泛使用的5.5l-20/25-1煤氣壓縮機(jī) 其性能參數(shù)如下： 打氣量： 20m3/min 1200m3/h 出口壓力：2.5mpa 功率： 250kw 計(jì)算臺(tái)數(shù)

47、：4168.3/1200=3.5臺(tái)（備用2臺(tái)）共6臺(tái)3.5 脫氫工序3.5.1 脫氫鍋 根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，由物料衡算得每小時(shí)需處理草酸鈉固體9801.3kg,每臺(tái)脫氫鍋可加草酸鈉固體350kg,需脫氫鍋臺(tái)數(shù)為 28臺(tái)（備用4臺(tái)）共32臺(tái)3.5.2 離心機(jī)根據(jù)物料衡算，每小時(shí)生產(chǎn)草酸鈉的量為88.3kmol濃甲酸鈉溶液濃度為900g/l,密度為2055g/l每小時(shí)需處理濃甲酸鈉溶液為88.3*68*2500/900=16.7t】10h-800型臥式活塞推料離心機(jī)最大處理能力為5t/h,實(shí)際處理能力為4t/h,需離心機(jī)5臺(tái)，選8臺(tái)。3.5.3 轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)選g-5-1.75型轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī) 過濾面積

48、為5m2,轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速0.13-0.26r/min過濾量為3t/h每小時(shí)可處理草酸鈉固體30.54kmol配成水溶液濃度400g/l,溶液密度為1400g/l溶液質(zhì)量30.54*134*1400/400=14.32t/h需5臺(tái) 考慮備選共選7臺(tái)3.6 雙化及成品工序3.6.1 雙化反應(yīng)器每臺(tái)反應(yīng)器操作時(shí)間1.5h，投草酸鈉1.5t,投氫氧化鈉1.4t 單日處理nac2o4的量：1.5t 則單罐日產(chǎn)出草酸量為1.52t30000/300/1.52=66臺(tái)考慮備選共選77臺(tái)3.6.2 吸附罐酸化液中含草酸量為300-400kg/m3,每罐按6-8h計(jì)，單罐日出3-4次料，每罐每次8.5m3，單罐處理量

49、為：8.5*325.5=2766.75m3/日罐 （30000*1000）/（300*300）=20臺(tái)，考慮備選共選25臺(tái)3.6.3 結(jié)晶罐 v=5000l結(jié)晶罐，日產(chǎn)能力為3.85t/日 30000/300/3085=26臺(tái)，考慮備選共選32臺(tái)3.6.4 滾筒干燥器 =1000900滾筒干燥器，每臺(tái)日產(chǎn)能力20t 30000/300/20=5臺(tái)，考慮備選共選8臺(tái)4 工藝設(shè)備一覽表序號設(shè)備名稱規(guī)格型號單位數(shù)量配套功率1煤氣發(fā)生爐24007000臺(tái)92煤氣壓縮機(jī)q=20m3/h臺(tái)63合成反應(yīng)器臺(tái)14甲酸鈉蒸發(fā)器臺(tái)15甲酸鈉過濾機(jī)臺(tái)16甲酸鈉干慮機(jī)臺(tái)17脫氫反應(yīng)器臺(tái)18氫氣分離器臺(tái)19草酸鈉儲(chǔ)罐臺(tái)110甲酸鈉泵