畢業(yè)論文年產(chǎn)30萬噸液堿工藝初步設(shè)計—鹽水工段工藝及前反應(yīng)桶設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計(論文) 課題名稱年產(chǎn)30萬噸液堿工藝初步設(shè)計 鹽水工段工藝及前反應(yīng)桶設(shè)計 學(xué)生姓 名 學(xué)號 系、年級專業(yè)生物與化學(xué)工程系10級化學(xué)工程與工藝 指導(dǎo)教師 職稱副教授、講師2014年 5 月 21 日摘要本次畢業(yè)設(shè)計課題為年產(chǎn)30萬噸液堿工藝初步設(shè)計鹽水工段工藝及前反應(yīng)桶設(shè)計。本次設(shè)計工藝部分，主要完成了對鹽水精制工藝方法進行比較和選擇，并設(shè)計出適宜的工藝生產(chǎn)方法及流程。采用A2圖紙繪制帶控制點工藝流程圖。列出鹽水工段工藝控制指標(biāo)作為衡算的基準(zhǔn)，對鹽水工段工藝?yán)L制衡算示意圖，進行物料衡算和熱量衡算，最終列出衡算表。本次設(shè)計對關(guān)鍵設(shè)備前反應(yīng)桶進行詳細的工藝及設(shè)備設(shè)計；列出鹽水工段主要設(shè)備表

2、，采用A2圖紙繪制前反應(yīng)桶設(shè)備裝配圖。編制設(shè)計計算說明書。本次設(shè)計的關(guān)鍵設(shè)備前反應(yīng)桶因其無需夾套人孔等裝置，故采用非標(biāo)反應(yīng)釜，長徑比取為2。本設(shè)計在槽壁上設(shè)置了四塊指型擋板，以避免出現(xiàn)鹽水打旋現(xiàn)象。前反應(yīng)桶的封頭采用45度折邊錐形，本設(shè)計已列出了封頭的詳細的計算參數(shù)。本設(shè)計中前反應(yīng)桶的攪拌機選擇單層二折葉槳式攪拌機：折葉角度為45度，相較于平直式攪拌機來說功耗更少操作費用更低。關(guān)鍵詞：液堿；鹽水精制；物料衡算；熱量衡算；前反應(yīng)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 錄中文摘要英文摘要1 前 言12 概述22.1 概述22.2 國內(nèi)外氯堿工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀22.3 液堿的用途32.4液堿的腐蝕性、安全和貯運32.5鹽

9、水工段精制方案確定及鹽水精制工藝簡介32.6 液堿工藝鹽水精制工段的主要原理，鹽水精制工藝關(guān)鍵點52.7 本設(shè)計準(zhǔn)備采取的措施62.8 鹽水工藝參數(shù)73 工藝計算83.1 物料衡算83.2 熱量衡算223.3 前反應(yīng)桶幾何數(shù)據(jù)的設(shè)計243.4前反應(yīng)桶中攪拌機的設(shè)計293.5 攪拌機的設(shè)計參數(shù)匯總334 反應(yīng)釜附屬部件的設(shè)計334.1 接管及其法蘭選擇335 總 結(jié)356 參考文獻367致謝37附：工程圖紙1 前 言本次畢業(yè)設(shè)計主要是結(jié)合了實際工業(yè)生產(chǎn)過程來進行。本次設(shè)計內(nèi)容為年產(chǎn)30萬噸液堿工藝初步設(shè)計鹽水工段工藝及前反應(yīng)桶設(shè)計。本設(shè)計說明書總共分為五個部分。第一部分為概述，主要闡述了燒堿的物

10、理化學(xué)性質(zhì)，用途和生產(chǎn)發(fā)展?fàn)顩r，并結(jié)合國內(nèi)外合成液堿工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，選擇了較為優(yōu)化的工藝流程方案；第二部分是鹽水工段工藝設(shè)計計算部分，對鹽水精制工段進行了物料衡算和熱量衡算，列出了相應(yīng)的符合規(guī)范的物料衡算表和熱量衡算表；第三部分主要為設(shè)備的工藝設(shè)計計算和選型，對關(guān)鍵設(shè)備前反應(yīng)桶進行設(shè)備設(shè)計，作出了相應(yīng)的工藝設(shè)計計算及附件的選型計算，材料選擇等；第四部分為本次畢業(yè)設(shè)計的總結(jié)，致謝，參考文獻等；第五部分是設(shè)計附件，包括鹽水工段工藝流程圖及前反應(yīng)桶的設(shè)備裝配圖。2 概述2.1 概述我國液堿生產(chǎn)所用原鹽主要有粉鹽、海鹽、湖鹽、井鹽和液體（鹵水）等。但這些沒有經(jīng)過處理的原鹽除了NaCl含有外，還含有鈣、

11、鎂離子、硫酸根離子、有機生物體、不溶性物質(zhì)等。一旦鹽水中含有的這些有害雜質(zhì)含量超過控制指標(biāo)，將會多種危害：一、陽離子電解過程中與氫氧根離子產(chǎn)生沉淀會堵塞電解槽的離子膜，導(dǎo)致槽電壓升高、電流效率下降、膜壽命縮短，甚至還會造成停車。二、硫酸根離子的存在能導(dǎo)致水失去電子產(chǎn)生氧氣，會降低氯氣的品質(zhì)，甚至可能產(chǎn)生安全隱患。因此食鹽溶液的電解，首先需要制備符合電解要求的氯化鈉溶液，即精制鹽水，對應(yīng)的工藝就是鹽水精制工藝。本次設(shè)計主要是對一次鹽水精制主要設(shè)備前反應(yīng)桶的工藝計算和設(shè)備選型。反應(yīng)桶內(nèi)，精制劑次氯酸鈉將藻類等有機物消解為小分子有機物，原鹽中的不溶性雜質(zhì)充分沉淀，經(jīng)過45度折邊錐形封頭良好匯集能力，

12、定期排出。加入了相應(yīng)的精致劑鹽水從前反應(yīng)桶上部流入，由底部流出，并進行攪拌混合，在反應(yīng)桶內(nèi)完成充分的精制反應(yīng)。在鹽水精制工藝的前反應(yīng)桶中攪拌轉(zhuǎn)速一般選取30 r/min，由于釜體寬大需要較大的槳葉進行攪拌，以及轉(zhuǎn)速較小，故攪拌器一般選擇為槳式，而折葉式較平直式槳葉攪拌效率更高，故綜合考慮應(yīng)當(dāng)選擇二折葉槳式攪拌器。由流入反應(yīng)桶的鹽水的流量較大和在反應(yīng)桶內(nèi)停留時間較長，故而該反應(yīng)器體型較大，所需攪拌機的功率和攪拌軸長度都會比較大。正因如此，設(shè)計攪拌機時，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮攪拌軸的強度是否達到要求；其次要在槽壁上設(shè)置擋板，以避免出現(xiàn)鹽水打旋現(xiàn)象，本設(shè)計中采用了指型擋板，相對于垂直擋板來說，指型擋板更節(jié)約能

13、量，還可以使前反應(yīng)桶內(nèi)流體上下混合，達到更好的反應(yīng)效果。2.2 國內(nèi)外氯堿工業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀我國氯堿工業(yè)起步較晚，始建于1920年。全國解放以前, 氯堿工業(yè)的發(fā)展仍然十分滯緩。解放二十年以來，氯堿產(chǎn)量僅1.5萬噸/年。改革開放以后，氯堿工業(yè)突飛猛進，達到了2123萬噸，居于世界第五，僅次于美、德、日、俄。特別是，十一五期間，燒堿和聚氯乙烯產(chǎn)能躍居世界第一，成為真正的氯堿大國，時至今日，氯堿工業(yè)已經(jīng)成為化工行業(yè)原料的供應(yīng)站，應(yīng)用于輕工業(yè)、紡織業(yè)、造紙業(yè)、石油工業(yè)等等。但隨之而來的環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)重，現(xiàn)在許多氯堿生產(chǎn)集團公司面臨著國家經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的陣痛，特別是國營企業(yè)龐大的員工負擔(dān)等等，情勢已不容樂觀

14、，但轉(zhuǎn)折也意味著轉(zhuǎn)機，希望這些企業(yè)迎難而上，完成經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的蛻變，躋身世界強大企業(yè)之林，屆時我們國家一定會成為真正的氯堿強國。對歐美國家氯堿產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢的概括：以技術(shù)改造為手段，向節(jié)約生產(chǎn)能耗發(fā)展 以兼并聯(lián)合為方式，向擴大企業(yè)規(guī)模發(fā)展以氯堿為生產(chǎn)原料，發(fā)展精細化工戰(zhàn)略 2.3 液堿的用途液堿是極為重要的化工原料，用途廣泛。氯堿工業(yè)生產(chǎn)出的氫氧化鈉，氫氣和氯氣都是非常重要的化工原料。這些原料可以應(yīng)用于化工生產(chǎn)的方方面面，氫氧化鈉可以用于制作肥皂，石油工業(yè)、造紙工業(yè)、堿性催化劑；氫氣和氯氣可以用于PVC的生產(chǎn)工藝，冶金工業(yè)等等。2.4液堿的腐蝕性、安全和貯運液堿的腐蝕性極強，屬一級無機堿性腐蝕物品，

15、危規(guī)編號：82001。通常液堿用槽車或貯槽裝運，工業(yè)固堿用鐵桶或其他密閉容器包裝。燒堿包裝上必須有：“腐蝕性物品”標(biāo)志。燒堿的存放，必須置于通風(fēng)、干燥處。燒堿發(fā)生失火時可用水、黃砂及滅火器及時撲救。在氯堿廠工作一定要注意安全防護，必要時穿上橡膠耐酸服防護服，戴橡膠耐酸堿手套，配上防護罩，當(dāng)皮膚不慎被燒堿觸及時應(yīng)當(dāng)立即用清水沖洗，若濺入眼內(nèi)時務(wù)必立刻用生理鹽水或者大量清水沖洗15分鐘以上，并及時送往醫(yī)院檢查治療。工作現(xiàn)場應(yīng)嚴(yán)格遵守規(guī)定，嚴(yán)禁吸煙、飲食；在食堂吃飯前要徹底清潔雙手，面部等。2.5鹽水工段精制方案確定及鹽水精制工藝簡介2.5.1 鹽水工段精制方案的確定 目前國內(nèi)外一次鹽水精制工藝主要

16、有四類： （1）傳統(tǒng)過濾技術(shù)該技術(shù)是以道爾桶和砂濾作為預(yù)處理，采用過濾器技術(shù)除去固體顆粒，該技術(shù)作為第一次引進的鹽水精制技術(shù)，存在很多漏洞，有待進一步改進。 （2）有機聚合物膜技術(shù) 該技術(shù)通常稱作凱膜或戈爾膜鹽水過濾技術(shù)，該技術(shù)的突出優(yōu)點是著重針對我國原鹽富含鎂離子及有機生物體的特點，并考慮到過濾的膜材料自身不耐高鎂離子及有機物的材料缺陷，開發(fā)出了二步法預(yù)處理工藝，即在兩個反應(yīng)器中分別除去鎂離子和有機物，具體為在預(yù)處理器將原鹽中的鎂離子除去，在膜過濾器中將原鹽中的有機物除去。相對于傳統(tǒng)過濾技術(shù)，該技術(shù)促進了鹽水質(zhì)量的質(zhì)的飛躍。經(jīng)不斷的工藝改進之后，凱膜鹽水過濾技術(shù)已相當(dāng)成熟完善，大多數(shù)企業(yè)因而

17、都選擇這種工藝技術(shù)?？梢院敛粦岩傻恼f，凱膜鹽水過濾技術(shù)推動了中國氯堿工業(yè)的進步。凱膜技術(shù)的未來也一定是充滿光明的。 （3）CN 過濾技術(shù)CN 過濾采用的動態(tài)吸附和深層床過濾相結(jié)合的原理，采用懸浮離子吸附作用達到固液分離的目的。但是CN過濾技術(shù)還沒有成熟地應(yīng)用于鹽水精制工藝，仍需進行完善。 （4）陶瓷膜過濾技術(shù)陶瓷膜是經(jīng)特殊工藝制成的非對稱膜，此技術(shù)中為避免陶瓷膜由于通道孔徑太小導(dǎo)致的通道堵塞，在進行過濾之前一定要解決鹽水粗過濾的問題。該技術(shù)還需不斷積累實踐經(jīng)驗來應(yīng)對國內(nèi)復(fù)雜的工況條件。綜上所述，本次設(shè)計將采用凱膜過濾技術(shù)進行一次鹽水的精制。2.5.2 一次鹽水精制工藝簡介皮帶傳送 原鹽化鹽桶前

18、折流槽預(yù)處理器氣液混合器及加壓容器罐前反應(yīng)桶后折流槽膜過濾器后反應(yīng)桶一次鹽水大罐A.粗鹽由皮帶傳送送入化鹽桶。初步除去雜草生活垃圾等等。初步溶解過濾后與配水一起送入前折流槽，配水中加入氫氧化鈉，碳酸氫鈉及氯化鋇。B.前折流槽中檢測PH值，適時調(diào)節(jié)配水.C.在前折流槽中加入次氯酸鈉及氫氧化鈉，前反應(yīng)桶中次氯酸鈉利用氧化性將原鹽水的有機物消解，以及發(fā)生反應(yīng)氫氧化鈉與鎂離子生成氫氧化鎂絮狀沉淀。鹽水經(jīng)過泵送至加壓溶氣罐，經(jīng)溶氣后在文丘里混合器中與充分混合，一同進入預(yù)處理器。 D.鹽水經(jīng)加壓溶氣后在預(yù)處理器中經(jīng)過減壓，將會釋放出許多細小的汽泡，氫氧化鐵膠體發(fā)揮良好的粘附和聚沉的效果，迅速吸附這些細小汽

19、泡、氫氧化鎂絮狀沉淀以及有機物，這些物質(zhì)共同形成泡沫向上浮出預(yù)處理器，從而起到除去這些雜質(zhì)的目的。粗鹽水經(jīng)處理后進入后反應(yīng)桶。E.后反應(yīng)桶中加入碳酸鈉，發(fā)生反應(yīng)鈣離子與碳酸鈉生成碳酸鈣不溶性沉淀，這些沉淀通過沉淀出口管排出，然后粗鹽水將進入膜過濾器。F.進入膜過濾器后，一些殘余的少量氫氧化鎂和碳酸鈣及氫氧化鎂等等固體顆粒物被膜過濾器除去，這時就能算作初步的精鹽水了。G.此時精鹽水流入后折流槽。后折流槽中先加入高純濃鹽酸，除去過量氫氧化鈉和碳酸鈉，起到調(diào)節(jié)PH以及除去過量碳酸根離子的目的,最后加入亞硫酸鈉除去精鹽水中的游離氯。H.經(jīng)后折流槽處理后泵送入一次鹽水大罐儲存。2.6 液堿工藝鹽水精制工

20、段的主要原理，鹽水精制工藝關(guān)鍵點鹽水精制工段的主要原理本工藝精制原理如下：（1）前反應(yīng)桶中次氯酸鈉除有機物次氯酸根離子將粗鹽水中的有機物氧化分解成小分子物質(zhì)，一般會采用過量次氯酸鈉。（2）前反應(yīng)桶中氫氧化鈉除鎂離子在前折流槽中加入溶液，迅速與反應(yīng)生成絮狀沉淀，之后在前反應(yīng)桶中反應(yīng)完全。氫氧化鈉的加入量要超過反應(yīng)理論用量，參照實驗結(jié)果以及工廠生產(chǎn)經(jīng)驗，本工藝氫氧化鈉過堿量為100300mg/l。其反應(yīng)式如下：       （3）后反應(yīng)桶中碳酸鈉除鈣離子，碳酸鈉的加入量要超過反應(yīng)理論的用量，參照實驗結(jié)果以及工廠生產(chǎn)經(jīng)驗，本工藝碳酸鈉的過堿量2004

21、00mg/l。其反應(yīng)式如下：      2.6.2 此工藝的關(guān)鍵點 （1）預(yù)處理器的處理效果與加入的溶液的量，鹽水中的鎂離子含量，預(yù)處理器的自身設(shè)計等有關(guān)。 （2）前后反應(yīng)桶中反應(yīng)物的停留時間采用通常工藝中的30min。 （3）后折流槽應(yīng)當(dāng)先加入高純濃鹽酸，再加入亞硫酸鈉，才能充分除去游離氯；否則鹽酸帶有的游離氯會對螯合樹脂塔產(chǎn)生毒害作用。2.7 本設(shè)計準(zhǔn)備采取的措施2.7.1 控制化鹽水溫度本次設(shè)計我們擬采用的化鹽溫度為：50-60（夏季），50-70（冬季）。（1） 通過升高溫度可以提高食鹽的溶解速度。因為溫度升高, 溶鹽粘度會降低, 溶解速度會加快

22、, 從而提高了溶鹽速度。（2） 較高溫度能加快沉淀反應(yīng)速度以及加快沉淀物沉降速度 , 并且沉降平衡時的界面高度也較低。（3） 的生成在低溫時反應(yīng)較慢, 而在60 以上時, 反應(yīng)則幾乎是瞬時的。所以, 較高溫度有利于除。（4） 升高溫度能提高過濾速度，提高生產(chǎn)效率。 因此本次設(shè)計我們采用了這樣的化鹽溫度。 本次設(shè)計預(yù)處理器擬采用浮上澄清法浮上澄清法是：將空氣經(jīng)過加壓溶氣罐加壓溶解在粗鹽水中，與氫氧化鐵膠體混合后，到預(yù)處理器突然減壓，溶解在粗鹽水中的空氣迅速形成微小的氣泡，并在氫氧化鐵的吸附及聚沉作用下，一起形成了富含氣泡的分子集團，密度比鹽水低得多，向上漂出浮上桶。 嚴(yán)格控制調(diào)節(jié)PH值一次鹽水精

23、制工藝中時，為了使各個沉淀反應(yīng)完全，加入了過量精制劑，過量的氫氧化鈉在電解槽中會失去電子生成氧氣，從而影響氯氣的品質(zhì)，甚至?xí)绊懮a(chǎn)的安全。故本設(shè)計中會在后折流槽中加入高純濃鹽酸調(diào)節(jié)PH為782.7.4 環(huán)保措施對洗泥及鹽泥處理采取的措施鹽泥一直是氯堿廠令人頭痛, 難以解決的三廢難點之一。因而搞好綜合利用是消除“ 三廢” , 保護環(huán)境的積極措施。（1）由沉降槽底分出的含固率為5 .57 % 的含鹽泥漿含氫氧化鎂較高, 是生產(chǎn)氧化鎂的較好原料。而氧化鎂又是較為重要的工業(yè)原料, 可供做橡膠的填充劑, 半導(dǎo)體粘膜和高級耐火保溫材料等。用鹽泥生產(chǎn)氧化鎂的反應(yīng)式如下:利用此法生產(chǎn)氧化鎂時, 鹽泥氯含量不

24、能太高, 否則, 產(chǎn)品不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。要求鹽泥中含在2g / 1以下。（2） 通常工廠會采用多層洗泥桶將廢棄的鹽泥加以利用來回收原鹽。2.8 鹽水工藝參數(shù)檢測項目檢測點控制指標(biāo)化鹽水溫度化鹽桶50-60（夏）50-70（冬）NacL過濾精鹽水罐300-320g/lCa+,Mg2+過濾精鹽水罐<=1mg/lPH過濾精鹽水罐Na2cO3過堿量前反應(yīng)桶NaoH 過堿量前反應(yīng)桶硫酸根離子過濾精鹽水罐<=5g/l亞鐵離子過濾精鹽水罐<=0.1mg/lSS(固體懸浮物)過濾精鹽水罐<=1mg/l游離氯過濾精鹽水罐無附加：壓縮空氣儀表控制壓力>0.3MPa3 工藝計算3.1 物

25、料衡算物料衡算基準(zhǔn)（1）生產(chǎn)時間：年產(chǎn)32%液堿30萬噸，取年生產(chǎn)時間為8000小時，則小時產(chǎn)量為：，本設(shè)計以小時產(chǎn)量為基準(zhǔn)。（2）設(shè)定生產(chǎn)產(chǎn)生的鹽泥含水量為（3）溫度時，的飽和溶解度為26.89%，質(zhì)量濃度為319.2，=1187g/L（）控制指標(biāo)，質(zhì)量濃度為300320（）原鹽的組成如下表：表3.1 原鹽組成表原鹽組分%950.20.150.20.33.5不溶性雜質(zhì)0.65電解槽物料衡算生產(chǎn)的濃度為32% 的質(zhì)量為物質(zhì)的量為水的質(zhì)量為電解反應(yīng)由守恒的消耗量設(shè)精鹽水的體積為V ，經(jīng)電解槽鹽水濃度由，設(shè)水的密度為進電解槽的質(zhì)量出電解槽的質(zhì)量=消耗的質(zhì)量 考慮損耗，取的1.01倍表3.2 電解槽

26、消耗水匯總表：物質(zhì)質(zhì)量物質(zhì)的量總計帶走水的總質(zhì)量為3.1.3 配水罐物料衡算配水罐回流鹽水 化鹽水純水流程水量圖3.1 配水罐物料衡算示意圖 回流的鹽水+加入的純水=流程的水量 回流到配水罐的鹽水量為 回流鹽水中的質(zhì)量濃度為的質(zhì)量 配水罐需加的純水的體積 質(zhì)量 在配水罐加入，用于除去離子過量，取理論值的倍表3.3 配水罐的鹽水體積表：物質(zhì)體積L回流的鹽 水84690加入的純水31420流程的水量116110查物料手性數(shù)據(jù)表有：200g/L鹽水的密度=1101.7g/L回流鹽水的質(zhì)量=84690×1101.7÷1000=93303kg/h回流鹽水中水的質(zhì)量=933031716

27、8=76135kg/hwt%(NaCl)=17168÷93303=18,4%wt%(H2O)=118,4%=81.6%出料中水的總質(zhì)量=7613531420=107555kg/h出料總質(zhì)量=10755517168161.12=124884kg表3.4 配水罐物料衡算表物料進料出料回流水純水BaCl2化鹽水kg/hwt%kg/hwt%kg/hwt%kg/hwt%NaCl1716818.4/1716813.75BaCl2/161.12100161.120.13H2O7613581.631420100/10755586.121248841248843.1.4 化鹽桶物料衡算 原鹽 粗鹽水

28、化鹽水 不溶性雜質(zhì)圖3.2 化鹽桶物料衡算示意圖守恒：回流鹽水中+加入=飽和鹽水配飽和精鹽水需的質(zhì)量： 設(shè)化鹽桶加入的質(zhì)量為 , 加入原鹽的質(zhì)量化鹽桶除去不溶性雜質(zhì)的質(zhì)量表3.5 化鹽桶物料衡算物料進料出料原鹽配水粗鹽水不溶性雜質(zhì)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/雜質(zhì)136.1160.65/136.116100總計20941100124884100145689.05100136.1161001458251458233.1.5 氯化鐵溶解罐物料衡算純水FeCl3固體FeCl3溶液圖3.3 氯化鐵溶解罐物料衡算示意圖 過量的質(zhì)量 取溫度為,查物性數(shù)據(jù)可知在水中的最大溶解克數(shù)為，濃度為，設(shè)配成的氯化鐵溶液 加入水的質(zhì)量表3.6 氯化鐵溶解罐物料衡算組分進料出料純水FeCl3固體FeCl3溶液（20%）kg/hwt%kg/hwt%kg/hwt%FeCl3/3

30、1.4610031.4620H2O125.84100/125.8480總計125.8410031.46100157.3100合計157.303.1.6預(yù)處理器物料衡算鹽水鹽水 NaOH溶液 沉淀 FeCl3溶液圖3.4 預(yù)處理器物料衡算示意圖 進預(yù)處理器中的NaCl=粗鹽水中的NaCl除去Mg2+反應(yīng)生成的NaCl除去Fe3+反應(yīng)生成的NaCl除去SO42+反應(yīng)生成的NaCl= 進預(yù)處理器中的BaCl2=粗鹽水中的BaCl2反應(yīng)生成BaSO4 消耗的BaCl2 = Mg(OH)2 = 預(yù)處理器中的水=粗鹽水中水的質(zhì)量NaOH溶液中水的質(zhì)量FeCl3溶液中水的質(zhì)量=過量，取理論值的倍守恒二：守恒

31、產(chǎn)生的的物質(zhì)的量的濃度的過堿量為的總濃度 總質(zhì)量 加入的溶液為電解槽的液堿，的濃度為 帶入的水的質(zhì)量守恒三：守恒 過量的質(zhì)量表3.7 預(yù)處理器物料進料衡算表物料進料進預(yù)處理器的鹽水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總計14568

32、9.05100248.26100157.30100合計146095表3.8 預(yù)處理器物料出料衡算表組分出料出預(yù)處理器的鹽水產(chǎn)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總計145869100225.55100合計1460953.1.7后反應(yīng)桶物料衡算鹽水鹽水 Na2CO3溶液沉淀圖3.

33、5 后反應(yīng)桶物料衡算示意圖 后反應(yīng)桶加入,用于除去和過量的過量的質(zhì)量的濃度的過堿量為則的總濃度的質(zhì)量 設(shè)加入的濃度為帶入水的質(zhì)量 出后反應(yīng)桶鹽水中的Na2CO3=進后反應(yīng)桶鹽水中的Na2CO3 除去CaCl2反應(yīng)消耗的Na2CO3除去BaCl2消耗Na2CO3= 出后反應(yīng)桶鹽水中的NaCl=進后反應(yīng)桶鹽水中的NaCl除去CaCl2反應(yīng)生成的NaCl除去BaCl2生成的NaCl=表3.9 后反應(yīng)桶物料進料衡算物料進料進后反應(yīng)桶的鹽水Na2CO3 溶液kg/hwt%kg/hwt%NaCl3723025.52/CaCl241.880.02871/BaCl214.64740.01004/H2O1085

34、82.6074.43837680Na2CO3/9420總計145970100470100合計146440組分出料出后反應(yīng)桶的鹽水產(chǎn)生的沉淀kg/hwt%kg/hwt%NaCl3728225.49/CaCl2/BaCl2/H2O10895874.48/Na2CO346.440.03/CaCO3/37.7369.7BaCO3/16.4130.3總計146286.6410054.14100合計146340.78表3.10 后反應(yīng)桶物料出料衡算3.1.8中間槽物料衡算鹽水鹽水高純HCl溶液沉淀圖3.6 中間槽物料衡算示意圖 加入高純，用于除去過量的和調(diào)節(jié)值 過量的質(zhì)量 設(shè)高純的濃度為帶入水的質(zhì)量表3.

35、11 中間槽物料進料衡算物料進料進中間槽的鹽水高純鹽酸（35%）kg/hwt%kg/hwt%NaCl3719125.55/H2O108244.674.4459.4065Na2CO346.44170.01/HCl/31.9835總38100合計145573.38表3.12 中間槽物料出料衡算表組分出料出中間槽的鹽水產(chǎn)生的氣體kg/hwt%kg/hwt%NaCl37242.2625.59/H2O108311.8974.41/CO2/19.2764100總計145554.210019.2764100合計145573.48 進入后折流槽鹽水的值為，繼續(xù)加入調(diào)節(jié)鹽水的值為，則濃

36、度為 加入的物質(zhì)的量 加入的質(zhì)量設(shè)高純的濃度為 則帶入水的質(zhì)量 最后在后折流槽中加入,用于除去游離氯。 鹽泥的組成匯總表3-13 鹽泥的組成匯總成分164.0789不溶性雜質(zhì)合計845 不溶性雜質(zhì)及沉淀的質(zhì)量 設(shè)鹽泥中水的含量為，設(shè)鹽泥中水的質(zhì)量為，因為為飽和鹽水，則鹽泥中的質(zhì)量為可得方程： 鹽泥中的質(zhì)量 鹽泥總的質(zhì)量為 鹽泥中的質(zhì)量 反應(yīng)產(chǎn)生的質(zhì)量 進入一次鹽水大罐的質(zhì)量 一次鹽水大罐的體積的質(zhì)量濃度3.2熱量衡算 配水罐熱量衡算 設(shè)回流水溫度，加入純水溫度表3.14 常壓下各溫度下水的比熱容如下：溫度比熱容204.183304.178404.178504.178604.178704.195

37、 加入純水的質(zhì)量 查物性數(shù)據(jù)手冊可知時，鹽水的密度 回流水的質(zhì)量以為焓值零點，加入純水的熱量回流水的熱量配水罐的鹽水的總質(zhì)量配水罐的鹽水的總熱量 由可得 配水罐出口鹽水溫度表3.15 配水罐熱量衡算進料熱量出料熱量回流鹽水熱量純水熱量混合鹽水熱量 加熱罐熱量衡算 設(shè)加熱罐出口處鹽水的溫度,加熱罐進出口鹽水質(zhì)量不變?nèi)肟谔廂}水的熱量出口處鹽水的熱量加熱罐提供的熱量第三部分 設(shè)備計算3.3 前反應(yīng)桶幾何數(shù)據(jù)的設(shè)計3.3 .1 計算基準(zhǔn)(1)從鹽水工段可知前反應(yīng)桶最大進料流量為(2)根據(jù)生產(chǎn)實際結(jié)合本設(shè)計，設(shè)定前反應(yīng)桶中反應(yīng)時間為。(3)反應(yīng)釜的全容積V與操作容積的關(guān)系，本設(shè)計物料反應(yīng)平穩(wěn)(4)下封頭

38、為折邊錐形，便于及時收集排出的沉淀。(5)本設(shè)計取長徑比為23.3 .2 反應(yīng)桶筒體的幾何計算根據(jù)鹽水工段最大流量及反應(yīng)桶中反應(yīng)時間可知反應(yīng)桶操作容積 反應(yīng)桶體積 設(shè)桶直徑為X則桶高h=2X。圖3-7反應(yīng)罐基本結(jié)構(gòu)圖示意圖 反應(yīng)桶體積圓整為3.5m，則桶高h=2X=7m 前反應(yīng)桶封頭的幾何計算 根據(jù)參考文獻2 , 計算折邊錐形的相關(guān)參數(shù)。表3.16 折邊錐形（含折邊）高度通用公式注：1.D可近似視為封頭內(nèi)直徑2.3.計算至錐頂圖3-8折邊錐形封頭的幾何量(來自參考文獻2)表3.17 封頭規(guī)格DN/mm曲面高度H/mm直邊高度/mm弧形結(jié)構(gòu)的半徑h/mm35001967.4625525.0015

39、96.23圖3-9折邊錐形封頭的幾何量的計算結(jié)果3.3.4 釜體的封頭和筒體壁厚計算 選擇設(shè)備材料，確定設(shè)計壓力,考慮工藝要求和腐蝕因素，選用A3熱軋鋼板，在100時，許用應(yīng)力= 127 MPa， 因為筒體高度為H=7m，計算壓力,所以設(shè)計壓力P=0.1MPa （1）封頭的壁厚設(shè)計 內(nèi)壓反應(yīng)釜的帶折邊錐形封頭的壁厚查參考文獻2表8-14可得,封頭的計算厚度為 考慮到鹽水的較強腐蝕性，腐蝕裕量取，則封頭的設(shè)計厚度，名義厚度圓整值為則有效壁厚。 錐形封頭小端結(jié)構(gòu)與壁厚錐形封頭小端與接管連接處也有邊界應(yīng)力。當(dāng)時，錐形封頭可直接與接管相連，并且；研究表明，當(dāng)大端與小端直徑比大于等于4時，小端厚度不必計

40、算，取與大端相同厚度即可。 (2)筒體的壁厚設(shè)計按承受0.1MPa的內(nèi)壓設(shè)計，筒體的計算壁厚 考慮到鹽水的較強腐蝕性，腐蝕裕量取，則筒體的設(shè)計壁厚 ，名義厚度圓整值為則有效壁厚。 (3)強度校核 計算應(yīng)力與許用應(yīng)力比較查參考文獻2表8-16可知：K=0.82，則封頭計算應(yīng)力查參考文獻2表8-19可知：K=1.00則筒體計算應(yīng)力 最大允許工作壓力與工作壓力P的比較。則封頭最大允許工作壓力符合要求。則筒體最大允許工作壓力符合要求。綜合計算結(jié)果，釜體的筒體壁厚為4mm，并經(jīng)計算校核，滿足設(shè)備安全要求?？紤]封頭和筒體焊接方便，取封頭與筒體等壁厚。 反應(yīng)釜筒體及封頭的基本設(shè)計參數(shù)：表3.18 反應(yīng)釜的相

41、關(guān)幾何參數(shù)項目筒體封頭公稱直徑DN/mm35003500公稱壓力PN/MPa0.10.1高度/mm70001992.42壁厚/mm443.4前反應(yīng)桶中攪拌機的設(shè)計3.4.1 攪拌機的選型工藝過程對攪拌的要求分為調(diào)和、懸浮、分散、傳熱，結(jié)合本次設(shè)計鹽水精制工藝，攪拌的主要的目是使溶液混合均勻即調(diào)和。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，選取單層二折葉槳式攪拌器。具體尺寸如下: 攪拌器的槳葉直徑,取為0.6，則, 攪拌器的槳葉寬度取為0.2則3.4.2 攪拌機的計算 （1）因原料中含有氯離子，具有較強的腐蝕性，故采用不銹耐酸鋼。本設(shè)計采用鋼號為2Cr13的不銹耐酸鋼,其許用切應(yīng)力為40-50MPa,取45MPa根據(jù)

42、經(jīng)驗選取轉(zhuǎn)數(shù)n=30 r/min=1s，鹽水，鹽水粘度，對單層攪拌器而言,雷諾數(shù)，即功率數(shù)的指數(shù)函數(shù)式便和雷諾數(shù)無關(guān),與Fr也無關(guān)。擋板：選取擋板寬度，采用擋板數(shù),擋板長度等幾何參數(shù)受到液位，物料粘度等因素影響。初步設(shè)定擋板插入深度為擋板長度為。本設(shè)計采用指型擋板，這種擋板具有節(jié)約動力，且有利于出現(xiàn)上下循環(huán)流的特點。由于其形狀不同、配置位置不同，還可以有不同的效果。圖3-10 指型擋板示意圖計算擋板系數(shù)，此時為部分擋板條件。查參考文獻【1】表3-9得：，表3.19 計算結(jié)果折葉角度無擋板條件下的部分擋板條件下的全擋板條件下的全擋板條件下的1.293.0263.153.40.851.6937.4

43、51.760.560.8763150.939 從表中可得到功率數(shù),可認為折葉角度近似,所以本設(shè)計中的單層二折葉槳式攪拌器折葉角度為。 折葉式比平直式槳葉在同樣的排量下效率更高效果更好。率數(shù).6, 則所需攪拌功率 （2）電動機額定功率的確定填料密封功率損耗約為攪拌器功率的10%,而機械密封的功率損失僅為填料密封的10%-50%，且機械密封泄露率低,密封性能可靠,功耗小,使用壽命長等優(yōu)點,故本設(shè)計擬采用雙端面機械密封。其消耗的功率為: 選用鏈傳動,機械傳動效率 故電動機功率為 電動機的規(guī)格,選用YD180L-6額定功率為13KW，電機效率。故符合條件。 （3）由攪拌軸的強度計算得到攪拌軸直徑 按實

44、心軸進行計算，滿足強度要求的最小攪拌軸直徑為： ，P是指攪拌機的輸出功率（文獻317-3），按扭矩計算軸的強度,，取，為機械傳動效率。， 由于攪拌軸的長度較大，會發(fā)生晃動，故應(yīng)取稍大值，D=1.2d=151.3mm圓整到D=160mm，此時軸在強度上是安全的. （4）由攪拌軸剛度計算攪拌軸直徑 對于實心軸,一般的傳動軸,取0.5,則有 所以攪拌軸的直徑d=200mm 由上可知,攪拌軸直徑取D=240mm既滿足強度要求,也滿足剛度要求。 （5）減速器的選擇根據(jù)以上計算，并查取文獻，選用XLD10-43-15型減速器，其減速比（傳動比）單級取47。電機轉(zhuǎn)速1460傳動比4730r/min可滿足條件

45、。3.4.3 攪拌機的安裝 攪拌器的插入深度一般取插人長度1-1.5倍槳葉直徑。 攪拌軸離罐底高度1-2倍槳葉直徑或槳葉半徑再加150mm。結(jié)合本設(shè)計的實際生產(chǎn)情況，攪拌器的插入深度取離罐底2倍槳葉直徑，即。再結(jié)合參考文獻6，可知攪拌器的插入深度取為筒體高度的一半，即。本設(shè)計中攪拌機安裝在工字鋼架上。3.5攪拌機的設(shè)計參數(shù)匯總表3.20 攪拌機的設(shè)計參數(shù)項目計算項目或選型數(shù)據(jù)統(tǒng)計折葉式槳葉直徑/mm2100寬度/mm420折葉角度45指型擋板長度/mm2800寬度/mm350指型角度45攪拌機啟動功率/KW10.3電機型號YD180L-6額定功率/KW13電機效率0.86減速機型號XLD10-

46、43-15減速比47攪拌軸直徑/mm28探入筒體的長度/mm35004 反應(yīng)釜附屬部件的設(shè)計4.1 接管及其法蘭選擇 粗鹽水進料接管 取， 根據(jù)書3附表三，選取管子規(guī)格為，采用Q235-A材料。4.1.2 出料接管 取， 根據(jù)參考文獻3附錄三，選取管子規(guī)格為,采用Q235-A材料。4.1.3 沉淀出口管 不溶性雜質(zhì)為136.116kg/h，密度約等于,體積流量為。積累速度較慢，可定期排放處理。故為選材方便，也可選取與進出口相同規(guī)格的管子，即選取管子規(guī)格為，采用Q235-A材料 表4.1 各接管尺寸代號接管接管外徑/mm壁厚/mma鹽水進料接管384b鹽水出料接管384c沉淀出口管384圖4.1

47、 接管法蘭的尺寸表4.2 各接管法蘭尺寸/mm代號公 稱通 徑DN連接尺寸板式平焊法蘭法蘭外徑D螺孔中心圓直徑K螺 孔直徑L螺孔數(shù)量n螺紋Th法蘭內(nèi)徑B坡口寬度b法蘭厚度Ca3212090144M1239016b3212090144M1239016c3212090144M12390165總 結(jié)通過這次畢業(yè)設(shè)計，我對液堿工藝有了進一步的了解，更進一步掌握了化工過程中的物料衡算、熱量衡算，以及工藝設(shè)備中反應(yīng)釜、攪拌機的設(shè)計原則和方法。這次畢業(yè)設(shè)計，也讓我們對所學(xué)的理論知識有了更深刻的理解。在設(shè)計的過程中，我們不斷地發(fā)現(xiàn)問題，思考問題從而努力解決問題，這讓我們解決實際問題的能力和動手能力有了實質(zhì)的提高。同時，作為一個合格的設(shè)計者要