丙烯腈硫酸水合法生產(chǎn)5000噸年丙烯酰胺裝置的工藝設計畢業(yè)設計

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/年丙烯酰胺裝置的工藝設計教學院： 化學與化工學院專業(yè)名稱：化學工程與工藝（精細化工方向）學號：0112學生姓名： 胡錫富 指導教師： 陳霖 年月日學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 年月日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學院有關保障、使用學位論文的規(guī)定，同意學院保留并向有關學位論文管理部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權省級優(yōu)秀學士學位論文評選機構將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。本學位論文屬于1、保密□，在 年解密后適用本授權書。2、不保密□。（請在以上相應方框內(nèi)打“亡）作者簽名： 年月日導師簽名： 年月日#釜頂上開孔很多，有的直徑較大，它們的開設位置應合理地布置在以封頭回轉軸為中心的0.8%范圍內(nèi)以避開封頭上的應力集中區(qū)，較大的開孔對頂蓋強度的削弱較大，應該進行開孔補強驗算。選擇碳素鋼材料的回旋蓋板式平焊法蘭人孔，公稱壓力PN=0.6MPa，公稱直徑DN=400mm，螺栓和螺柱的標準號是HGJ75-91,數(shù)量均為16個，選擇標準號為HGJ70—91墊片1個，標準號為HGJ45—91的法蘭1個。（5）安全裝置攪拌釜式反應器內(nèi)往往發(fā)生物理、化學反應等過程。如果反應器工作過程可能產(chǎn)生超壓時，則必須設置安全裝置。安全裝置一般采用安全閥，當釜內(nèi)工作介質黏度高、腐蝕性強，安全閥難以可靠工作時，則應該選用防爆膜，或采用防爆膜與安全閥共用的重疊式結構。安全閥與防爆膜的排放口必須裝設放空導管，將易燃、有毒的介質排空或引送到安全地點。4.2干燥器最常用的干燥設備主要有流態(tài)化干燥器（流化床、振動流化床、內(nèi)熱流化床、惰性粒子流化床），噴霧干燥器（主要有離心式和壓力式）,旋轉閃蒸和氣流干燥器等。根據(jù)設計任務書上的要求，本設計主要是用氣流干燥器來完成硫銨產(chǎn)品和丙烯酰胺成品的干燥過程。氣流干燥的流體阻力較大，一般為300-4000Pa。管長通常不大于20m。干燥時間僅為0.5-2.0S（最長不超過7s）。直管的體積傳熱系數(shù)為8264-25155kJ/（hm3K）。產(chǎn)品出口溫度比排氣溫度低20-30℃[11]。熱空氣與物料間的平均溫度差:ln式中t1——熱風進口溫度,℃；t2——熱風出口溫度,℃；tm1——物料進口溫度,℃；*2—物料出口溫度,℃干燥管體積：式中h一體積傳熱系數(shù),kJ/（h?m3?K）；Q——蒸發(fā)水分消耗的熱量,kJ/h；干燥器的內(nèi)徑：D=/工7900?！ㄊ街?,h—熱空氣用量,m3%；D一般為0.3-1.5m,取管內(nèi)進風速度為u=20m/s（通常為20-40m/s）。干燥管長度：4V

L= 兀D2對于需保持晶體完整或易黏附在干燥管上的物料，不宜采用氣流干燥。氣流干燥對投料速率很敏感，采用高溫進氣時可提高熱效率并減小氣管尺寸。氣流干燥通常取物料質量與氣體質量之比為0.2-1.0，含水率低氣溫高時取低值，由試驗設備放大至工業(yè)設備時應采用相同質量比。排氣溫度：根據(jù)具體要求的進風溫度及當時的大氣條件來進行計算。設定進風溫度為130℃，大氣條件為25℃，相對濕度為40%,則熱風量：=Q’V130 025cp25（13025）查文獻［9］得：p25=1.185kg/m3Cp25=1.005kJ/kg-℃通過干燥器后空氣中絕對含濕質量分數(shù)的增量為：wx1000Ay= “V130XP130查資料［ii］得：p130=0.876kg/m3則排氣的絕對含濕質量分數(shù)為：y2=y1+Ay在文獻［11］，焓濕圖上作圖求出排氣溫度：（1）由空氣溫度25℃及相對濕度40%找出A點。A點所對應的濕度為：y1=0.006kg/kg；（2）由A沿等濕線向上與130℃線相交找出B點（AB即為空氣加熱線）；（3）通過B點的等焓線為：h1=147kJ/kg若該干燥過程熱效率〃=0.85,則出口排氣的焓：

h2=h1x^=147%0.85=125kJ/kg%線與y2線的交點C,即為排氣的空氣狀態(tài),由C點可查得排氣溫度。對硫銨產(chǎn)品的干燥：q0

"130Qf 0.17q0

"130口25%5(13°-25)=1-185x1-OO5x105=1359.49m3/h通過干燥器后空氣中絕對含濕質量分數(shù)的增量為：wX1000 57.58XAy= = ccr=0.048,qy130X夕130.49X0.876y2=71+Ay=0.048+0.006=0.054kg/kg根據(jù)上述在焓濕圖上作圖求出排氣溫度的方法可得排氣溫度為45℃。設定進風溫度為130℃，根據(jù)產(chǎn)品出口溫度比排氣溫度低20-30℃，選擇出口溫度為25℃，選擇產(chǎn)品進口溫度為40℃。熱空氣與物料間的平均溫度差:At=（%一%1）一包一*2）(130—40)—(45—25)ln'%‘ml)<-o=41.86℃At=（%一%1）一包一*2）(130—40)—(45—25)ln'%‘ml)<-o=41.86℃根據(jù)直管的體積傳熱系數(shù)為8264-25155kJ/（h-m3-K），取&=25000故干燥管體積為:Q’ 0.17XV=.= = ^―TijAtX41.86=0.16m3鼓風機的風量:273+25 273+25給5=%3。273T130=135949X273T130=1005.28m3/h干燥器的內(nèi)徑:、900?！╢1005.28{900X3.14X20=0.13mD一般為0.3-1.5m，管內(nèi)進風速度為u=20m/s（通常為20-40m/s）。干燥管長度：4V4XL= = 兀D2化工廠布置與設計化工廠布置的基本任務化工廠布置涉及的對象是生產(chǎn)過程中使用的各種機器設備、各種物料（如原材料、半成品和成品以及公用系統(tǒng)的各種介質）、從事生產(chǎn)的操作人員、鐵路道路以及各種物料管線等。因此，化工廠布置的基本任務是結合廠區(qū)的各種自然條件和外部條件確定生產(chǎn)過程中各種對象的空間位置，以獲得最合理的物料和人員的流動路線，創(chuàng)造協(xié)調而又合理的生產(chǎn)和生活環(huán)境，組織全廠構成一個能高度發(fā)揮效能的生產(chǎn)整體［15］。廠址選擇化工廠布置是化工廠中的重要內(nèi)容，主要包括三個方面：廠址選擇、化工廠總平面布置和車間布置。廠址選擇的基本原則［12］：（1）應符合國家工業(yè)局，城市或地區(qū)的規(guī)劃要求；（2）宜選在原料、燃料供應和產(chǎn)品銷售便利的地區(qū)；（3）應靠近水量充足、水質良好的水源地；（4）盡可能靠近原有交通線；（5）廠址地區(qū)應具有熱電的效應；（6）廠區(qū)的大小、形狀和其他條件應滿足工藝流程合理布置的需要；（7）選廠時注意當?shù)刈匀画h(huán)境條件，并對工廠投產(chǎn)后可能造成的環(huán)境影響作出預評價；（8）廠址應避開低于洪水位或在采取措施后仍不能確保不受水淹的地段；（9）廠址附近應建立生產(chǎn)污水和生活污水的處理裝置；全部滿足以上各項原則是比較困難的，因此必須根據(jù)具體情況，因地制宜，盡量滿足對建廠最有影響的原則要求?；S總平面布置原則1、滿足生產(chǎn)和使用要求，根據(jù)工藝流程，相聯(lián)系或較緊密的車間就近布置，以免迂回、交叉、往返。將使用蒸汽、壓縮空氣、冷凍等公用工程的車間，盡量相對集中布置，尤其耗量大的車間盡量集中。原材料、中間體的輸送距離盡量小，人員運動距離盡量小。注意發(fā)揮主要設備的特點，車間布置在主要位置，注意風向和粉塵、噪聲污染的相互影響。2、注意人流、貨流和運輸方式的安排原料堆場、庫房與使用車間之間的運輸規(guī)劃成品入庫、半成品送檢、成品出廠以及操作工人的上下班、巡視路線等，應力求便捷、合理，防止人貨混流、人車混流事故發(fā)生。3、注意安全和環(huán)保、衛(wèi)生要求化工廠的防火防爆要求很嚴，應將產(chǎn)生明火的車間如釜爐、變電器、機修以及各種工業(yè)爐的車間與散出可燃氣體的車間盡量疏遠，有明火的車間常布置于廠區(qū)邊緣或下風向。煙囪和一些可燃氣體的拔風煙囪、拔風管要分開布置，有可能產(chǎn)生火星的煙囪安排于下風向或側風向。危險品庫房、易燃品庫房、腐蝕性庫房應在人跡罕至和遠離火源的地方。對于要求防火防爆的車間應有一定的安全距離，對有腐蝕性介質散發(fā)、可能有酸霧產(chǎn)生的車間、有粉塵飄散的車間、有污水排放的車間應有防護措施并安排在下風向、下游或側邊等。廠房建筑1、廠房平面力求簡單化，以利用建筑定型化和施工機械化。常用形式有直線形、T形和L形。2、柱間距多用6義6,一般不超過12m?？偪缍?多層一般424m,單層430m。常用廠房總跨度有6m,12m,18m,24m,30m,一般有機化工車間總跨度為2~3個柱網(wǎng)跨度。3、層高與設備的高低、安裝位置有關，一般每層4~6m,最低不低于3.2m,凈空高度。不得低于2.6m?；S廠房可根據(jù)工藝流程的需要設計成單層、多層或單層與多層相結合的形式。一般來說單層廠房利用率較高,建設費用也低,因此除了由于工藝流程的需要必須設計為多層外,工藝設計中一般多采用單層。4、在可能情況下盡量采用露天化和敞開式設計,這樣既能節(jié)省投資,又有利于通風采光、防爆、防毒等安全需要。5、在不影響流程情況下,較高設備集中布置,可簡化廠房立體化布置,又節(jié)約投資。6、笨重設備和震動設備盡量布置在底樓地面。同類設備可盡量集中。7、設備穿孔必須避開主梁。8、廠房出入口、交通道、樓梯等都需精心安排。一般廠房大門寬度要比通過的設備寬度大0.2m以上，滿載的運輸設備大0.6~1.0m,單門寬一般900mm雙門寬有1200mm,1500mm,1800mm，樓梯坡度45~60°,主樓梯45°的較多。生產(chǎn)操作1、在布置設備時一定要滿足工藝流程順序,要保證水平方向和垂直方向的連續(xù)性。對于有壓差的設備,應充分利用高位差布置,以節(jié)省動力設備及費用。一般從低層設備布置為計量槽、反應設備、貯槽、重型設備和震動設備。在不影響流程順序的原則下,將較高設備盡量集中布置,充分利用空間,簡化廠房體形。通常把計量槽、高位槽布置在最高層,主要設備如反應器等布置在中層,貯槽等設備布置在底層。這樣既可利用位差進出物料,又可減少樓面的荷重,降低造價。但在保證垂直方向連續(xù)性的同時,應注意在多層之間要避免操作人員在生產(chǎn)過程中過多地往返于樓層之間。2、凡屬相同的幾套設備或同類型的設備或操作性質相似的有關設備,應盡可能布置在一起,這樣可以統(tǒng)一管理,集中操作,還可以減少備用設備,即互為備用,如塔體集中布置在塔架上,熱交換器、泵等布置在一處。3、設備布置時,除了要考慮設備本身所占的位置外,還必須有足夠的操作、通行及檢修需要的位置。4、要考慮相同設備或相似設備互換使用的可能性,設備排列要整齊,避免過松過緊。5、設備布置的同時應考慮到管道布置空間、管架和操作閥門的位置,設備管口方位的布置要結合配管,力求設備間的管路走向合理,距離最短,無管路相互交叉現(xiàn)象,并有利于操作。6、車間內(nèi)要留有堆放原料、成品和包裝材料的空地（能堆放一批或一天的量）,以及必要的運輸通道,且盡可能地避免固體物料的交叉運輸。7、傳動設備要有安裝安全防護裝置的位置。8、要考慮物料特性對防火、防爆、防毒及控制噪聲的要求,如對噪聲大的設備宜采用封閉式間隔等；生產(chǎn)劇毒物及處理劇毒物料的場地,應和其他部分完全隔開。9、根據(jù)生產(chǎn)發(fā)展的需要與可能,適當預留擴建余地。10、設備之間或設備與墻之間的凈間距大小,雖無統(tǒng)一規(guī)定,但設計者應結合上述布置要求及設備的大小，設備上連接管線的多少，管徑的粗細，檢修的頻繁程度等各種因素，再根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，決定安全間距。設備裝修1、不僅要考慮安裝時設備的進出，而且要考慮各單個設備的更換和檢修，保證足夠的空間和通道。2、二層樓以上的設備，需在下層設吊孔，對龐大特殊設備在封閉式廠房中可先安裝設備后砌墻。3、要考慮起吊裝置，如塔頂、房梁等，設永久吊架。安全要求1、要為工人操作創(chuàng)造良好的采光條件。布置設備時盡可能使工人背光操作，高大設備避免靠窗布置，以免影響采光。2、要有效地利用自然對流通風，車間南北向不宜隔斷。高溫、有毒、易燃、易爆車間盡可能取敞開式，以利于通風散熱。如不能露天布置時，則要有機械送、排風裝置或采取其他措施，以滿足衛(wèi)生標準的要求。機械通風效果要好，應根據(jù)逸出氣體或粉塵量的允許濃度確定通風量和通風次數(shù)。在通風上必須保證廠房中易燃氣體或粉塵的濃度不超過允許極限，送、排風設備不應布置在同一個通風機室內(nèi)，且排風設備不應和其他房間的送、排風設備布置在一起。3、有毒物質設備放置在下風，操作位置應在上風。劇毒設備要隔離操作、單獨排風。4、防爆車間盡可能使用單層廠房，避免車間有死角。建筑物泄壓面積一般為0.05m2/m3。多層的樓板要有泄壓孔，設計防火、防爆墻，設置雙斗門，門窗朝外開。門凈寬不小于0.8m,凈高不低于2m,走道凈寬不小于1.4m,樓梯最小寬度不小于1.1m。二樓以上要考慮緊急疏散等措施。要考慮消防設施及相應的設備。5、必須采取必要的措施，防止產(chǎn)生靜電、放電以及著火的可能性。凡產(chǎn)生腐蝕性介質的設備,其基礎、設備周圍地面、墻、梁、柱等都要采取防護措施。環(huán)境保護防治環(huán)境污染的工作,必須堅持“以防為主,綜合防治”的原則。從控制污染的整體出發(fā),以經(jīng)濟觀點、資源觀點和生態(tài)觀點對生產(chǎn)過程進行研究,采取綜合防治技術，以達到環(huán)境保護的要求?；瘜W工業(yè)對環(huán)境的污染主要是廢水、廢氣、廢渣這三廢。因此，化工廠環(huán)境保護的任務就是對生產(chǎn)過程中排放的三廢所產(chǎn)生的環(huán)境影響和危害，通過科學試驗，尋找合理的防治方法，制定出社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益相一致的綜合防治技術，它大致可遵循下列幾條途徑：改革工藝產(chǎn)品的生產(chǎn)過程即產(chǎn)品的形成過程，也是原料的消耗過程，又是三廢的產(chǎn)生過程。產(chǎn)品所采取的生產(chǎn)工藝決定其產(chǎn)生的廢棄物及其對環(huán)境有無危害等。因此，采用新工藝，由無害無毒或低害、低毒的原料代替有害有毒的原料，降低原料消耗，提高資源利用率，把三廢的危害最大限度地消除在生產(chǎn)過程中，是防治化學工業(yè)污染的根本途徑。三廢的資源化三廢的流失是造成污染危害的根源，也是物質的損失和能源的浪費。實行綜合利用，對那些原來廢棄的資源，按社會需要、技術可能和經(jīng)濟合理，進行回收利用和加工改制，使之成為有用之物。三廢的無害化對于那些由于技術和經(jīng)濟原因尚無合適的利用方法，暫時必須排放的污染物，要進行物理的、化學的或生物的凈化處理，使之無害，力求以最小的經(jīng)濟代價取得最好的經(jīng)濟效果?；瘜W工業(yè)產(chǎn)生的三廢相當復雜，污染環(huán)境的主要有廢水、廢氣、廢渣等。結論丙烯酰胺是高分子化合物的重要單體和有機合成的原料。聚丙烯酰胺是良好的絮凝劑，用在三廢處理上，也用作選礦劑，如鈾礦的選礦。丙烯酰胺用作造紙原料的添加劑，用以提高紙張的干強度。丙烯酰胺與丙烯酸鈉的共聚物亦用于鉆探工程，能使泥漿懸浮液中的固體凝聚并快速沉降，從而加快鉆探速度。此外還可用作土壤的改良劑，纖維改性劑，增稠劑及粘合劑等。在本次年產(chǎn)5000噸丙烯酰胺的合成工藝及工廠設計中，進行了丙烯酰胺的合成、設備和車間的設計，得出以下結論：1、國內(nèi)需求與現(xiàn)有生產(chǎn)能力仍有一定差距，丙烯酰胺在國內(nèi)擁有廣闊的市場和發(fā)展?jié)摿Α?、本次設計采用的方法是硫酸水合法，是比較傳統(tǒng)的工藝，丙烯腈等原料消耗定額高，并產(chǎn)生大量含丙烯酰胺的硫酸鹽或硫酸廢液污染環(huán)境，而且副產(chǎn)物比較多，這種方法基本可以淘汰掉。3、丙烯酰胺的生產(chǎn)工藝除了硫酸水合法，還有銅催化水合法以及微生物?，F(xiàn)今主要是用后面兩種合成工藝。4、在設計過程中，物料衡算以及能量衡算是平衡的。有關于設備的計算與選擇都是在大量的文獻以及手冊資料的基礎上得到。由于生產(chǎn)條件等因素的影響，會使得設計和生產(chǎn)實踐會有些誤差。5、關于化工廠的布置，需要參照廠址選擇、車間布置、生產(chǎn)操作、設備維修以及安全要求等相關的原則進行設計。全部滿足以上各項原則是比較困難的，因此必須根據(jù)具體情況，因地制宜，盡量滿足對建廠最有影響的原則要求。6、設計過程中一定要考慮環(huán)境保護方面。對廢氣、廢液以及廢渣要選擇好相應的處理方法進行處理，以免對環(huán)境造成破壞。7、在實際生產(chǎn)中，還要對經(jīng)濟評估，以確保是否可以投入生產(chǎn)。致謝本設計是在陳老師的悉心下完成。從選題到完成整個設計，老師給了我很多的幫助。當我每次遇到難題無法解決的時候，老師總會放下手頭的工作來指導我，幫助我解決難題。在設計過程中，老師總會隔三差五的詢問研究進程以及遇到的問題，他這種一絲不茍的作風，嚴謹求實的態(tài)度，認真負責的精神，讓我非常感動。雖然時間不是很長，但是真的學到了很多。在這段時間里我不僅學到了知識，也學到了做人的道理以及求實務實的態(tài)度，我相信在以后的人生中一定能受益匪淺。在設計即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到設計的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，無法用言語來表達我的感激之情，在這里請接受我誠摯的謝意和敬意。參考文獻[1]方道斌，郭睿威，哈潤華.丙烯酰胺聚合物[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006：183-192.[2]張雁林，趙金垣，徐希嫻，趙贊梅，毛麗君.丙烯酰胺毒性研究進展[J].中國工業(yè)醫(yī)學雜志，2014，27(5)：1-2.[3]馬天祥.微生物法丙烯酰胺工藝的精制過程優(yōu)化[D].東北：大慶石油學院，2007.[4]于紹斌.淺析丙烯酰胺生產(chǎn)技術[J].化學工程與裝備,2012,(10)：1-2.[5]黃繡川.丙烯腈催化水合合成丙烯酰胺的研究[口].四川：四川大學，2004.