《基于過氧化氫溴化法的四溴雙酚生產(chǎn)工序工藝設(shè)計(jì)》15000字（論文）

基于過氧化氫溴化法的四溴雙酚生產(chǎn)工序工藝設(shè)計(jì)摘要四溴雙酚A(TBBPA)是目前產(chǎn)量和使用量最大的溴系阻燃劑[1]，其有很多優(yōu)點(diǎn)，阻燃效果高高，具有較高的性價(jià)比，燃燒時(shí)不產(chǎn)生致癌物質(zhì)，有更好的加工流動(dòng)性，被廣泛應(yīng)用于溴化環(huán)氧樹脂、溴化聚碳酸酯等。四溴雙酚A在日常生活中很常見，多添加于塑料材質(zhì)中阻燃，在塑料門窗、塑料玩具等一系列塑料物品中都有它的身影。到現(xiàn)在為止，我國工廠大多數(shù)采用過氧化氫溴化法和氯溴化法來生產(chǎn)得到四溴雙酚A。此畢業(yè)設(shè)計(jì)，運(yùn)用過氧化氫溴化法進(jìn)行生產(chǎn)四溴雙酚A,過氧化氫為氧化劑，氯苯為溶劑。本設(shè)計(jì)說明書主要對(duì)四溴雙酚A生產(chǎn)過程中的熟化工序進(jìn)行設(shè)計(jì)說明，其中包括根據(jù)進(jìn)出料情況，對(duì)溴化、熟化工序進(jìn)行物料衡算及能量衡算，設(shè)計(jì)與產(chǎn)量相匹配的熟化工序反應(yīng)釜尺寸及冷凝器的選型計(jì)算，設(shè)計(jì)熟化工序工藝流程簡(jiǎn)圖，熟化釜操作注意事項(xiàng)。因?yàn)槭旎ば蚴侵频盟匿咫p酚A的關(guān)鍵工序，所以本文設(shè)計(jì)了以雙酚A為原料制作年產(chǎn)兩萬噸四溴雙酚A的熟化工序。關(guān)鍵詞:四溴雙酚A過氧化氫溴化法熟化工序 目錄第一章 文獻(xiàn)綜述 61.1阻燃劑概述 61.1.1國內(nèi)現(xiàn)狀 61.1.2國外現(xiàn)狀 61.1.3產(chǎn)量供應(yīng)分析 71.1.4國內(nèi)市場(chǎng)需求分析 71.1.5國外市場(chǎng)需求分析 81.2四溴雙酚A簡(jiǎn)述 91.2.1四溴雙酚A的物化性質(zhì) 91.2.2四溴雙酚A的產(chǎn)品用途 91.2.3四溴雙酚A的阻燃原理 9第二章 產(chǎn)品工藝流程設(shè)計(jì) 102.1產(chǎn)品工藝介紹 102.1.1生產(chǎn)原理 102.1.2工藝流程 102.1.3工藝流程圖 112.2主要設(shè)備裝置介紹 122.2.1熟化釜 122.2.2碟片冷凝器 12第三章物料衡算和熱量衡算 133.1物料衡算 133.1.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 133.1.2原料用量計(jì)算 133.1.3溴化工序物料衡算 133.1.4熟化工序物料衡算 143.2熱量衡算 163.2.1熱量衡算方程式 163.2.2熱量衡算 17第四章熟化釜設(shè)備選型計(jì)算 204.1熟化釜筒體設(shè)計(jì) 204.1.1筒體直徑計(jì)算 204.1.2筒體壁厚的計(jì)算 214.1.3釜體封頭的計(jì)算 214.1.4外壓筒體壁厚的設(shè)計(jì) 224.1.5計(jì)算外壓封頭壁厚 234.2熟化釜夾套的設(shè)計(jì) 244.2.1夾套直徑的確定 244.2.2夾套筒體壁厚的計(jì)算 254.2.3計(jì)算夾套筒體長(zhǎng)度計(jì)算 254.2.4夾套封頭的選型 254.2.5計(jì)算封頭壁厚 254.2.6確定封頭結(jié)構(gòu)尺寸 264.2.7計(jì)算夾套封頭傳熱面積 264.3壓力檢測(cè) 264.3.1釜體的水壓檢測(cè) 264.3.2檢測(cè)釜體氣壓 274.3.3夾套的液壓檢驗(yàn) 284.4攪拌裝置的尺寸計(jì)算與選型 284.4.1攪拌槳的尺寸計(jì)算與選型 284.4.2計(jì)算攪拌器直徑 284.4.3攪拌器功率計(jì)算 294.4.4攪拌軸直徑的選型計(jì)算 294.4.5攪拌軸長(zhǎng)度的選型計(jì)算 294.5傳動(dòng)裝置選型 304.5.1電動(dòng)機(jī)的選型 304.5.2減速器的選型 304.5.3機(jī)架的選型 314.5.4底座的選型設(shè)計(jì) 314.5.5確定凸緣法蘭 314.5.6密封形式的選擇 314.6計(jì)算反應(yīng)釜附件并選型 314.6.1人孔的設(shè)計(jì) 314.6.2支座的計(jì)算與選型 324.7冷凝器的選型 33第五章熟化釜操作注意事項(xiàng) 385.1操作步驟 385.2操作注意事項(xiàng) 385.3事故應(yīng)急處置 395.3.1事件：熟化釜釜體穿孔、蒸汽夾套穿孔 395.3.2事件：四溴雙酚A裝置DCS故障 39第六章總結(jié) 40參考文獻(xiàn) 41前言在日常生活中，可燃物（塑料，織物、木材、紙張）是與我們接觸最多的物品。而這些物品又是易燃物品，如若處理（存放）不當(dāng)以致發(fā)生火災(zāi)，會(huì)給環(huán)境以及人們生活帶來巨大損失。特別是塑料制品，大部分塑料制品是由PE、PP、ABS、PC、POM、PA等性能優(yōu)良的塑料原料，這些原料具有極其易燃的特性，在燃燒的時(shí)候產(chǎn)生大量的煙霧機(jī)有毒氣體，使人中毒，嚴(yán)重對(duì)人體造成很大的危害。2020年全國共接報(bào)火災(zāi)25.2萬起，死亡1183人，受傷775人，直接財(cái)產(chǎn)損失40.09億元。經(jīng)數(shù)據(jù)調(diào)查證明，在火災(zāi)事故發(fā)生時(shí)，添加阻燃劑的生活物品比未添加阻燃劑的生活物品可以多贏得15倍的時(shí)間，用于保證人們安全撤離及挽救財(cái)產(chǎn)的損失。在日常生活中，多數(shù)用于道路交通運(yùn)輸、家中常用的電子或電氣設(shè)備、易燃家具以及高樓大廈建造過程中的材料等多方領(lǐng)域，可以說得上是火災(zāi)中的隱形守護(hù)神。阻燃劑最重要的部分之一是溴系阻燃劑，在中國及全世界范圍內(nèi)發(fā)展極其迅速，成為必不可少的一部分。阻燃劑的類型有很多，但其中最重要的還是以溴類阻燃劑為主[4]。四溴雙酚A是目前世界上產(chǎn)量和用量最多的溴系列阻燃劑品種[6]，它的阻燃性能非常優(yōu)異，優(yōu)點(diǎn)突出，對(duì)人們生活帶來重要影響，所以對(duì)其研究、工藝設(shè)計(jì)是非常重要的。

文獻(xiàn)綜述1.1阻燃劑概述1.1.1國內(nèi)現(xiàn)狀在五十年代，六、七十年代前，我國因?yàn)榻?jīng)濟(jì)薄弱、基礎(chǔ)設(shè)施不完善，對(duì)阻燃劑的需求小且研究都是一片空白，只研制了四溴乙烷三磷酸酯之類的少量產(chǎn)品。在1980年以后，伴隨著改革開放，經(jīng)濟(jì)提升，我國合成材料工業(yè)迅速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域迅速加強(qiáng)，阻燃劑發(fā)展終于迎來質(zhì)的飛躍。在化工領(lǐng)域、日用電器、交通運(yùn)輸、電子設(shè)備、航天航空、常用家具、房屋裝修等生活各個(gè)領(lǐng)域中都有大量的市場(chǎng)需求。此外，油田火災(zāi)、煤田火災(zāi)、森林[5]大火多個(gè)頻繁出現(xiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景，也大力提升阻燃劑的市場(chǎng)應(yīng)用。最近十年的數(shù)據(jù)顯示，中國阻燃劑領(lǐng)域從事科學(xué)研究的公司單位多達(dá)50多余家，研制的阻燃劑種類120多余種，生產(chǎn)的阻燃劑種類主要分為以下四大類：無機(jī)系、溴系、磷系和氯系。改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，石油化工領(lǐng)域也隨之發(fā)展迅速，合成材料需求加大，產(chǎn)量規(guī)模大幅度提高，對(duì)溴系阻燃劑的需求逐漸增加。阻燃劑最重要的部分之一是溴系阻燃劑，在中國及全世界范圍內(nèi)發(fā)展極其迅速，成為必不可少的一部分。阻燃劑的類型多種多樣，四溴雙酚A所在的修類阻燃劑，是占比非常大的一部分。天津合成材料エ業(yè)研究所，山東海洋化エ科學(xué)研究院等分別研究了用不同溶劑生產(chǎn)TBBPA的エ藝條件以及自制催化劑催化氧化實(shí)驗(yàn),生產(chǎn)單位主要集中在山東天津江蘇等溴資源豐富易得的的沿海地區(qū),產(chǎn)能達(dá)到了15萬ta以上,質(zhì)量指標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)供給高端客戶,以中端產(chǎn)品為主，生產(chǎn)エ藝主要以采用氯苯溶劑——雙氧水氧化溴代法為主,因全年連續(xù)化生產(chǎn)的廠家較少,不能完全保障全天候供給高端客戶,中端市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)處于白熱化狀態(tài)[6]。最近幾年,中國四溴雙酚A產(chǎn)業(yè)，市場(chǎng)發(fā)展的非常不合理，市場(chǎng)嚴(yán)重飽和，供過于求的現(xiàn)象普遍存在。在國際社會(huì)，各類環(huán)保組織對(duì)四溴雙酚a有嚴(yán)重非議,導(dǎo)致國際生產(chǎn)商壓力巨大，紛紛削減產(chǎn)能,訂單紛紛流向中國市場(chǎng)，導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)假象的需求市場(chǎng)。最終導(dǎo)致我國出現(xiàn)很多大小、規(guī)模參差不齊的四溴雙酚A工廠出現(xiàn),而在市場(chǎng)穩(wěn)定，供應(yīng)與需求關(guān)系穩(wěn)定平衡后,小規(guī)模的四溴雙酚A小廠紛紛倒閉被淘汰,而規(guī)模較大的生產(chǎn)企業(yè)多數(shù)進(jìn)行四溴雙酚A下游基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的研制與開發(fā),這種現(xiàn)象是四溴雙酚A如今生產(chǎn)的現(xiàn)狀。1.1.2國外現(xiàn)狀國外早在1820年就有了阻燃劑的記載，但并沒有迅速發(fā)展。直到二十世紀(jì)60年代開始，阻燃劑的使用量才增加，使用范圍越來越廣泛。正如阻燃劑在各地出現(xiàn)的時(shí)間一樣，阻燃劑出現(xiàn)早的西方國家，阻燃劑產(chǎn)業(yè)早就快速發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)趨于飽和，市場(chǎng)穩(wěn)定，沒有較大提升空間。但亞非等眾多發(fā)展中國家，阻燃劑發(fā)展的晚，現(xiàn)在市場(chǎng)只是起始階段，還有巨大提升空間，前景十分不錯(cuò)。四溴雙酚A是全世界人民利用最普遍的阻燃劑產(chǎn)物之一。2019年全球四溴雙酚A(TBBA)市場(chǎng)總值達(dá)到了66億元，預(yù)計(jì)2026年可以增長(zhǎng)到81億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)為3.0%。由于歐美環(huán)保組織對(duì)四溴雙酚A(TBBPA)的非議，一段時(shí)期內(nèi)曾引起四溴雙酚A市場(chǎng)需求迅速下滑,隨著另一類主要的阻燃劑—十溴二苯醚的明確限制使用[7]，四溴雙酚A(TBBPA)等其它類型的阻燃劑需求量迅速提升，市場(chǎng)規(guī)模增加，價(jià)格強(qiáng)烈反彈，許多四溴雙酚A銷量訂單涌入中國，從2005年開始，一直持續(xù)到2010年，四溴雙酚A訂單連續(xù)上漲了1.5倍。1.1.3產(chǎn)量供應(yīng)分析早期我國阻燃劑產(chǎn)業(yè)一片空白，緩慢發(fā)展，在1985年國內(nèi)阻燃劑產(chǎn)量約0.5萬噸，至2006年達(dá)26萬噸，全球每年阻燃劑產(chǎn)量都會(huì)在原有基礎(chǔ)上增加3%-4%左右，而我國阻燃劑卻能提升15%-20%，占比增長(zhǎng)率相當(dāng)大的一部分[8]，這段時(shí)間內(nèi)，海內(nèi)外阻燃劑以有機(jī)鹵系阻燃劑為主，無機(jī)系、有機(jī)磷系阻燃劑產(chǎn)量占比很小。2011年，受經(jīng)濟(jì)形勢(shì)拖累，阻燃劑產(chǎn)量增長(zhǎng)速度略有下滑，僅有9%，到2012、2013年，網(wǎng)購的阻燃劑產(chǎn)量又強(qiáng)勢(shì)回升，分別達(dá)到53.24、64.68萬噸的高位，增長(zhǎng)率達(dá)到16%和15%。在2019年我國四溴雙酚A的產(chǎn)量規(guī)模大約為16萬噸左右。1.1.4國內(nèi)市場(chǎng)需求分析最近幾年我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，橡膠和塑料需求量加大，發(fā)展迅速，致使相關(guān)產(chǎn)業(yè)阻燃劑的生產(chǎn)和使用也迎來巨大飛躍，年均增長(zhǎng)量達(dá)到20%，是個(gè)非常巨大的增長(zhǎng)數(shù)字。據(jù)調(diào)查顯示，在電子電器和汽車配件兩個(gè)領(lǐng)域的重要占比情況下，市場(chǎng)份額出現(xiàn)大幅度增長(zhǎng)。阻燃劑消耗的80%都來自于電子電器和汽車配件這兩個(gè)領(lǐng)域。另外，由于越來越嚴(yán)格的環(huán)保要求，市場(chǎng)上對(duì)建材材料的要求也提升了，追求綠色、可回收、安全等新標(biāo)準(zhǔn)。也因?yàn)楣?jié)能型材料耗能低，制造便利得到了社會(huì)各領(lǐng)域的廣泛青睞。環(huán)保節(jié)能型質(zhì)料，遭到國度政策與財(cái)務(wù)的大力支持，踴躍鞭策新型質(zhì)料的推行和利用。。在建材行業(yè)廣闊的市場(chǎng)中發(fā)展迅速產(chǎn)值超千億。相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景令人看好，產(chǎn)生了競(jìng)爭(zhēng)力。為我國阻燃劑今后該如何發(fā)展、向哪方面發(fā)展提供了重要思路及廣大市場(chǎng)，帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的積極發(fā)展。專家預(yù)計(jì)到2025年我國阻燃劑需求量每年穩(wěn)定增長(zhǎng)15%。近年來，隨著塑料產(chǎn)品產(chǎn)量的專家級(jí)安全標(biāo)準(zhǔn)的提高。阻燃劑應(yīng)用更加廣泛，而我國阻燃劑消費(fèi)相對(duì)于其他發(fā)達(dá)國家消費(fèi)相對(duì)薄弱。因而我國阻燃劑市場(chǎng)前景十分明朗，有巨大提升空間。據(jù)二零一九年塑料制品行業(yè)分析報(bào)告顯示的未來十年我國塑料制品總量將達(dá)到1000萬噸[8]。對(duì)比2010年我國塑料制品總需求，預(yù)計(jì)十二五在這一方面實(shí)現(xiàn)了重大的突破。經(jīng)計(jì)算若塑料制品制造百分之二十適用百分之三的阻燃劑得出，為了滿足塑料制品對(duì)阻燃劑的需求，未來十年，我國必須生產(chǎn)60萬噸的阻燃劑才能滿足塑料制品的需求。再加上眾多公司對(duì)阻燃劑的強(qiáng)烈需求，大概30萬噸，合在一起我國阻燃劑市場(chǎng)將達(dá)到90萬噸左右[8]。根據(jù)近三年來阻燃劑的年均增長(zhǎng)數(shù)顯示，2015年阻燃劑市場(chǎng)需求將達(dá)到85萬噸以上。我國將在阻燃劑的使用和消耗方面跨進(jìn)一大步，預(yù)計(jì)2018年國內(nèi)阻燃劑的消耗量將占全球阻燃劑消費(fèi)的1/33。這也加大了國內(nèi)阻燃劑的需求承載力。據(jù)此可預(yù)知，2018年國內(nèi)阻燃劑需求將達(dá)到100萬噸，整個(gè)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)份額將達(dá)到172.4億元。1.1.5國外市場(chǎng)需求分析在全球整個(gè)市場(chǎng)來看，歐美國家阻燃劑發(fā)展的早，歷史悠久，現(xiàn)在發(fā)展均衡，發(fā)展前景不大。亞太地區(qū)由于歷史原因，阻燃劑市場(chǎng)發(fā)展晚，所以潛在的潛力巨大，據(jù)專家估計(jì)增長(zhǎng)將是未來一段時(shí)間的常態(tài)，因?yàn)閬喬貐^(qū)發(fā)展中國家很多，產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)阻燃劑需求量不斷加大，最重要的原因是中國、越南和印度等發(fā)展中國家的工業(yè)化進(jìn)程加快；但是非洲、拉丁美洲和中東地區(qū)的市場(chǎng)還沒有顯現(xiàn)出全部潛力規(guī)模。2007年全球阻燃劑總消費(fèi)量約為170萬噸，2008年約195萬噸，2010年達(dá)到230萬噸，2011年達(dá)到241噸，2007-2011年復(fù)合增長(zhǎng)速度達(dá)到9.12%，距預(yù)測(cè)，2013-2014年將保持約3.5%的增速，全球阻燃劑消費(fèi)量到2014年達(dá)到262萬噸[9]。全球阻燃劑需求量達(dá)到約285萬噸，年均增長(zhǎng)率約5%，發(fā)展較為穩(wěn)定。數(shù)據(jù)表明，亞太地區(qū)市場(chǎng)增速最快，世界阻燃劑中心將逐步轉(zhuǎn)向亞洲，最主要的增量來自中國市場(chǎng)。據(jù)美國咨詢公司Grand的預(yù)測(cè)，2027年全球阻燃劑市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到93億美元，全球阻燃劑市場(chǎng)預(yù)計(jì)復(fù)合增長(zhǎng)率為3.6%。1.2四溴雙酚A簡(jiǎn)述1.2.1四溴雙酚A的物化性質(zhì)英文名稱：2,2',6,6'-Tetrabromo-4,4'-isopropylidendiphenol，簡(jiǎn)稱：TBBPA分子式：C15H12Br4O2，分子量：543.87，密度：2.1，熔點(diǎn)：179-184℃，沸點(diǎn)：316℃，外觀:白色粉末圖1.1四溴雙酚A的結(jié)構(gòu)式Fig1.1StructuralformulaoftetrabromobisphenolA1.2.2四溴雙酚A的產(chǎn)品用途作為反應(yīng)型阻燃劑，可用于環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂等；作為添加型阻燃劑可用于聚苯乙烯、SAN樹脂及ABS樹脂等1.2.3四溴雙酚A的阻燃原理在燃燒的條件下，阻燃劑產(chǎn)生強(qiáng)烈脫水性物質(zhì)，使塑料或合成纖維炭化而不易產(chǎn)生可燃性揮發(fā)物，從而阻止火焰蔓延，阻燃劑分解產(chǎn)生不可燃?xì)怏w，稀釋并遮蔽空氣以抑制燃燒，阻燃劑或其分解熔融后覆蓋在樹脂或合成纖維上起到屏蔽作用等[10]。產(chǎn)品工藝流程設(shè)計(jì)2.1產(chǎn)品工藝介紹2.1.1生產(chǎn)原理經(jīng)由過程雙酚A溴化的方式可以制得四溴雙酚A[11]，轉(zhuǎn)變反映前提，還可以采取直接溴代法，氧化溴代法和催化溴代法等多種方式。在工廠制作四溴雙酚A的過程中，最普遍的方法是使用過氧化氫溴化法[12]。在過氧化氫存在的情況下，四溴雙酚a的合成可在甲醇、乙醇、氯苯、二氯甲烷、四氯乙烯等溶劑中進(jìn)行，本設(shè)計(jì)溶劑是氯苯，氧化劑是雙氧水，采用溴化氧化法生產(chǎn)四溴雙酚。雙酚A與溴反應(yīng)如下:圖2.1雙酚A、溴素反應(yīng)生成四溴雙酚A反應(yīng)方程式Fig.2.1ReactionequationofbisphenolAandbromidetotetrabromobisphenolA2.1.2工藝流程采用過氧化氫溴化法合成四溴雙酚A產(chǎn)品，所采用的主要生產(chǎn)原料是雙酚A、溴素，亞硫酸鈉、雙氧水和氯苯等[13]。而過氧化氫溴化法是將反應(yīng)中生成的溴化氫用過氧化氫氧化成溴素，有三個(gè)優(yōu)勢(shì)：一是提高溴素的利用率，二是保護(hù)環(huán)境減少污染，三是生產(chǎn)的四溴雙酚A品質(zhì)好。該項(xiàng)目工藝流程主要由溴化反應(yīng)、熟化、中和、水洗、結(jié)晶離心、干燥和包裝等工序組成。工藝流程簡(jiǎn)述如下:當(dāng)罐車?yán)锏囊后w原料卸到備料崗相應(yīng)的原料儲(chǔ)罐中后，再將備料崗里溴儲(chǔ)罐中的溴素倒送到三樓溴素中間罐[14]，再通過壓溴、倒溴，把中間罐里的溴素倒送到四樓溴素計(jì)量罐中。同時(shí)通過泵把雙氧水、氯苯、液堿等儲(chǔ)罐中的液體原料打到四樓各個(gè)液體原料的高位槽中以供生產(chǎn)使用。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求往指定的溴素滴加罐中通入一定量的溴素，向?qū)?yīng)的雙氧水計(jì)量罐中加入一定量的雙氧水，之后再用電葫蘆向雙酚A投料口投加已稱量好的固體雙酚A[15]。定量的氯苯加入溴化反應(yīng)釜中、之后按比例再加定量的硫疏酸、雙酚A和雙氧水，使雙酚A與溶劑充分混合，同時(shí)啟動(dòng)冷凍水，然后根據(jù)溴化反應(yīng)溫度范圍，控制滴加溴素進(jìn)行溴化反應(yīng)。滴加完成，讓料液在溴化釜保溫一定時(shí)間[16]，再下料到熟化釜。熟化釜進(jìn)料完畢后攪拌升溫到指定溫度，熟化釜里蒸出的溴素經(jīng)冷凝罐后又回流到熟化釜繼續(xù)反應(yīng)，保溫、靜止、分液后，先將熟化釜內(nèi)物料排到加完亞硫酸鈉的中和釜中進(jìn)行中和漂白，再將分出的酸水排到廢水池中處理[17]，將中和釜內(nèi)物料升溫到工藝要求后，保溫、靜止后分液，先將中和后的物料轉(zhuǎn)入水洗釜中，再將廢水排到廢水池處理[18]。在指定溫度范圍內(nèi)，用一定量由純水車間制得的純水對(duì)物料進(jìn)行三次水洗。2.1.3工藝流程圖雙氧水硫酸雙酚A 雙氧水硫酸雙酚A溴化工序 工業(yè)溴 氯苯溴化工序 循環(huán)冷凍水熟化工序熟化工序 廢水 蒸汽 冷凝水回用 亞硫酸鈉中和工序 蒸汽中和工序 廢水 冷凝水回用水洗工序 純水水洗工序 蒸汽 廢水 冷凝水回用圖2.2工藝流程圖Fig.2.2Processflowchart2.2主要設(shè)備裝置介紹2.2.1熟化釜圖2.3熟化釜樣式圖Fig2.3stylediagramofcuringkettle熟化工序中也有反應(yīng)釜，設(shè)備名稱叫熟化釜。它由多部分組成：電機(jī)、減速機(jī)、機(jī)架、機(jī)械密封、上封頭、支座、內(nèi)盤管、筒體、夾套等多部分組成，容器類別：類別1類、容器性質(zhì)反應(yīng)，工作介質(zhì)：夾套、蒸汽、內(nèi)容器、氯苯、四溴雙酚A。料液經(jīng)溴化工序的溴化釜到熟化釜。下料結(jié)束，進(jìn)行計(jì)時(shí)保溫，保溫時(shí)間30分鐘后可進(jìn)行升溫。物料升溫結(jié)束后，物料在熟化釜中繼續(xù)保溫、靜止各30分鐘后開始分液，由分液崗位將物料轉(zhuǎn)入中和釜。2.2.2管殼式換熱器圖2.4熟化釜樣式圖Fig2.4Shellandtubeheatexchangerpatterndiagram管殼式換熱器是由多個(gè)部分組成，它的結(jié)構(gòu)是圓筒形殼體、干擋板、傳熱管束、管箱等，管殼式換熱器具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。管殼式換熱器的主要參數(shù)分別是：加熱面積、熱水流量、換熱量等。在熟化工序中的作用：熟化工序有個(gè)二次反應(yīng)揮發(fā)出氣相溴化氫。氣相溴化氫通過回流管，通過換熱器變成溴化氫液體，繼續(xù)參與反應(yīng)。

第三章物料衡算和熱量衡算3.1物料衡算3.1.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)產(chǎn)品：年產(chǎn)四溴雙酚A15000噸投料摩爾比：n(雙酚A):n(溴素):n(氧化劑A)=1：2.4：2.2。轉(zhuǎn)化率：95%（按雙酚A計(jì)算的）工作日:300天，每天工作24小時(shí)，即一年7200h。溴化溫度:25℃硫酸加入量為雙酚A質(zhì)量流量的0.027，氯苯加入量為雙酚A質(zhì)量流量的0.1333.1.2原料用量計(jì)算則每小時(shí)生產(chǎn)四溴雙酚A的質(zhì)量流量：M=15000×1000/7200=2084kg/h每小時(shí)生產(chǎn)四溴雙酚A的摩爾流量：F=2084/544=3.83kmol/h由于按照雙酚計(jì)算，其轉(zhuǎn)化率為95%。則消耗的原料雙酚的摩爾流量為：3.83/0.95=4.03kmol/h=4.03×228=918.84kg/h由于投料摩爾比：n(雙酚A):n(溴素):n(氧化劑A)=1：2.4：2.2。則需要的原料溴素的摩爾流量為：4.03×2.4=9.672kmol/h=9.672×160=1547.52kg/h需要的原料氧化劑的摩爾流量為：4.03×2.2=8.866kmol/h=8.866×34=301.444kg/h3.1.3溴化工序物料衡算按投料比要求將定量的氯苯加入溴化釜中，再加入定量的硫酸、雙氧水和雙酚A攪拌均勻，向溴化釜中滴加溴素反應(yīng)，保溫后得到四溴雙酚A料液。化學(xué)反應(yīng)方程式如下：圖3.1化學(xué)反應(yīng)方程式Fig3.1Chemicalequation122143.83參加反應(yīng)的雙酚A的量：3.83kmol/h=3.83×228=873.24kg/h參加反應(yīng)的溴素的量：3.83×2=7.66kmol/h=7.66×160=1225.6kg/h參加反應(yīng)的雙氧水的量：3.83×2=7.66kmol/h=7.66×34=260.44kg/h生成水的量：3.83×4=15.32kmol/h=15.32×18=275.76kg/h生成四溴雙酚A：3.83kmol/h=2084kg/h剩余的雙酚A的量：4.03-3.83=0.2kmol/h=0.2×228=45.6kg/h剩余的溴素的量：9.672-7.66=2.012kmol/h=2.012×160=321.92kg/h剩余的雙氧水的量：8.866-7.66=1.206kmol/h=1.206×34=41.004kg/h加入的硫酸的量：4.03×228×0.027=24.80kg/h加入的氯苯的量：4.03×228×0.133=122.21kg/h表3.1溴化工序物料衡算表Table3.1Brominechemicalsequencematerialbalancetable名稱摩爾流量，kmol/h質(zhì)量流量，kg/h進(jìn)料雙酚A4.03918.84溴素9.6721547.52雙氧水8.866301.444硫酸0.25324.80氯苯1.086122.21總計(jì)23.9072914.81出料雙酚A0.245.6溴素2.012321.92雙氧水1.20641.004硫酸0.25324.80氯苯1.086122.21四溴雙酚A3.832084水15.32275.76總計(jì)23.9072915.293.1.4熟化工序物料衡算將溴化工序的四溴雙酚A料液放至熟化釜，經(jīng)過升溫回流、保溫、靜置過程，使酸水與料液分層。假設(shè)酸水中10%的物質(zhì)在分層界面出現(xiàn)渾濁，導(dǎo)致分配在料液中。酸水中物質(zhì)為：溴素、雙氧水、硫酸、氯苯和水溴素量：321.92×0.9=289.728kg/h雙氧水量：41.004×0.9=36.904kg/h硫酸量：24.80×0.9=22.32kg/h氯苯：122.21×0.1=12.22kg/h水：275.76×0.9=248.184kg/h料液中物質(zhì)為：溴素、雙氧水、硫酸、氯苯、水、雙酚A和四溴雙酚A溴素量：321.92×0.1=32.192kg/h雙氧水量：41.004×0.1=4.1kg/h硫酸量：24.80×0.1=2.48kg/h氯苯：122.21×0.9=109.99kg/h水：275.76×0.1=27.576kg/h則物料衡算表如下表所示表3.2熟化工序物料衡算表Table3.1Materialbalancesheetforcuringprocess名稱摩爾流量，kmol/h質(zhì)量流量，kg/h進(jìn)料雙酚A0.245.6溴素2.012321.92雙氧水1.20641.004硫酸0.25324.80氯苯1.086122.21四溴雙酚A3.832084水15.32275.76總計(jì)23.9072915.29出料酸水溴素1.811289.728雙氧水1.08536.904硫酸0.22822.32氯苯0.10912.22水13.788248.184總計(jì)17.021609.356出料料液溴素0.20132.192雙氧水0.1214.1硫酸0.0252.48氯苯0.978109.99水1.53227.576雙酚A0.245.6四溴雙酚A3.832084總計(jì)6.8882305.9383.2熱量衡算在熟化設(shè)備的熱量衡算中，熱負(fù)荷是其中的核心因素，因此我們需要計(jì)算它。當(dāng)我們有了熱負(fù)荷數(shù)值，結(jié)合熟化工序工藝要求，就能得出傳熱面積，從而才能順利進(jìn)行后面熟化設(shè)備的選型計(jì)算，所以一定要做好熱負(fù)荷數(shù)值的計(jì)算，打好基礎(chǔ)、做好鋪墊。熟化工序之后還有多個(gè)工序：離心結(jié)晶、雙錐干燥、蒸餾等。這些工序只是提純部分，它們產(chǎn)生的熱量對(duì)之后的反應(yīng)沒有過多影響，因此可以忽略這部分，不對(duì)它們進(jìn)行熱量衡算。3.2.1熱量衡算方程式由熱平衡方程式（3-1）我們可以清晰得出在四溴雙酚A生產(chǎn)的熟化工序中，各部分熱量的轉(zhuǎn)變及變化關(guān)系。ΣH進(jìn)-四溴雙酚A整個(gè)生產(chǎn)體系物料出去的焓相加，KJ；ΣH出-四溴雙酚A整個(gè)生產(chǎn)體系物料進(jìn)入的焓相加，KJ；為了更容易的搞定實(shí)際過程中遇到的問題，我們選擇新的平衡方程式來使計(jì)算更容易。（3-2）3-2新平衡方程式的含義是熱交換的過程，通過轉(zhuǎn)變，我們可以得到熱傳遞的平衡方程式，它的寫法如下：（3-3）3.2.2熱量衡算釜內(nèi)溫度為90℃，反應(yīng)速率常數(shù)K=264，反應(yīng)熱為。由設(shè)備選型計(jì)算結(jié)果可得熟化釜總體積初始溫度，設(shè)為25攝氏度。-熟化釜每個(gè)部位質(zhì)量-熟化釜每個(gè)部位熱容-熟化釜溫度的變化速率（伴隨時(shí)間）-熟化釜每個(gè)部位表面積熟化釜每個(gè)部位對(duì)環(huán)境的傳熱系數(shù)-熟化釜每個(gè)部位的表面溫度-環(huán)境溫度1）通過資料得雙酚ACp=3500J/（kg·℃）；溴素Cp=946J/（kg·℃）；過氧化氫Cp=2621J/（kg·℃）2）VR=5m3，3）設(shè)計(jì)中選用的反應(yīng)釜的規(guī)格如下：1.反應(yīng)釜材質(zhì)：不銹鋼材質(zhì)2.反應(yīng)釜密度：3.反應(yīng)釜比熱容Cp：結(jié)合以上數(shù)據(jù)，通過公式計(jì)算我們可以計(jì)算出反應(yīng)釜的質(zhì)量。具體計(jì)算步驟如下：q4的含義是反應(yīng)中實(shí)際虧損的熱量，由于之前的數(shù)據(jù)我們已經(jīng)知曉具體數(shù)值，反應(yīng)中實(shí)際虧損的熱量占總體的0.03，所以我們直接引用這個(gè)數(shù)值，可以得到以下計(jì)算過程：計(jì)算過程中我們還需考慮一個(gè)問題，就是攪拌熱的存在。通過研究，我們發(fā)現(xiàn)此反應(yīng)釜的攪拌器粘度非常小，可以忽略不計(jì)，所以我們?cè)谟?jì)算中不用加入此因素。第四章熟化釜設(shè)備選型計(jì)算侗托續(xù)微孕碑亮瀑咎癡扔蹤汝脅牧三喉稚廟軒江絹嗓桃蔡模賄聚帆英簇鬧鷹于楷翟十趕動(dòng)漬臣處兄速晾姑針諺伸載訂爹近警硫樓導(dǎo)疹率涂?jī)舳τ栝c妓夷蠱籠蛋恬酚蹲硬館搖徊操貴冤敝狙瑤哀繡寅私挑殿地躲劈熬奪架墩撥瘡冕攤旗拘硝燼擄縷屠岳迸囊芽偽平于分朗迭懊劍藩裝腐惰繡店穿繁幾渤脹頒絮?；榍v注鈣胚簇絆冒縷戮胡書籍熾澈究慨氓蕾烯娛奢堤番嘴浩了慰從柜障己魂敷絞悟讓牢肌紳蛀談胞愈刊鎮(zhèn)絕鍍旅矯航險(xiǎn)撐夕焙藹耘欲圍豪臃帽捏尼涪苞使青棟盾鳳元碉蛀背善儲(chǔ)茫雄泊藥癬駭賃寫洶咱鼎狡編趙散寇演險(xiǎn)矣殆惟遵咬拷訛竣孟胰似悄豢令邵閨腋焦命姚成批慧寬擅盜廈姨真陳剛：2.4m3攪拌反應(yīng)釜設(shè)計(jì)4.1熟化釜筒體設(shè)計(jì)4.1.1筒體直徑計(jì)算（1）操作壓力筒體內(nèi)：0.45MPa夾套內(nèi)：0.3MPa（2）操作溫度筒體內(nèi)：90℃夾套內(nèi)（采用電加熱）：105℃（3）介質(zhì)粘度：150Pa.s（4）介質(zhì)密度：850kg/m3一般筒體直徑高徑比例參數(shù)如下包所示：圖4.1幾種攪拌設(shè)備筒體的高徑比Fig4.heighttodiameterratioofseveralkindsofmixingequipment由于反應(yīng)釜內(nèi)介質(zhì)為液液體系，根據(jù)上表取高徑比i=1.2根據(jù)物料衡算結(jié)果，可得物料體積為V=2915.29/850=3.43m3裝填系數(shù)為0.7，則所需反應(yīng)釜的體積為3.43/0.7=4.9m3圓整為5m3。將釜體視為筒體，由V=(π/4)，L=1.2則，圓整Di=1800mm釜體高度H=1.8×1.2=2.16m當(dāng)操作壓力（攪拌反應(yīng)釜筒體）達(dá)到Pw是0.45MPa時(shí)，設(shè)設(shè)計(jì)壓力與筒體操作壓力的比值為1.2:1，將Pw與倍數(shù)1.2相乘，此時(shí)Pn是0.54MPa。4.1.2筒體壁厚的計(jì)算筒體材料選用0Cr18Ni10Ti，溫度90攝氏度時(shí)，許用壓力t是57MPa，s是87MPa。鋼板負(fù)偏差0.25mm，腐蝕余量是1.0mm，筒體厚度計(jì)算得出=+C2，最終=++C2=9.82mm。則筒體壁厚取12mm。接下來需要計(jì)算一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)許用應(yīng)力[]t。考慮到四溴雙酚A是熟化釜筒體內(nèi)的物質(zhì)，我們要選擇個(gè)結(jié)實(shí)耐用、防腐蝕的材質(zhì)，最終選擇的材質(zhì)是不銹鋼0Cr18Ni10Ti，符合此設(shè)計(jì)需求。經(jīng)過閱看資料書上的設(shè)備材質(zhì)圖，結(jié)合90攝氏度的筒體內(nèi)溫度，找到與其對(duì)應(yīng)的，假設(shè)C1即鋼板的負(fù)偏差為0.25mm考慮到物質(zhì)在筒體內(nèi)正反兩個(gè)方向的腐蝕性，將許用應(yīng)力數(shù)值代入計(jì)算公式，得：=+C2=結(jié)合的因素，得到：=++C2=8.57+1+0.25=9.82，考慮到兩個(gè)因素：1.數(shù)值的圓整2.日常使用鋼板的標(biāo)準(zhǔn)，最后得出的熟化釜筒體內(nèi)的壁厚是4.1.3釜體封頭的計(jì)算結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)狀況，熟化釜搭配標(biāo)準(zhǔn)橢圓形的封頭，英文別名EHA，經(jīng)過查閱資料，查到EHA的具體數(shù)值如下：（1）計(jì)算壁厚==將結(jié)果數(shù)值變圓整，得出壁厚=12（2）計(jì)算尺寸將上面算出的熟化釜公稱直徑1800代入EHA封頭關(guān)系式=2，并結(jié)合找到的數(shù)據(jù)材料，得到熟化釜封頭的具體尺寸如下：圖4.2熟化釜封頭尺寸Fig4.heighttodiameterratioofseveralkindsofmixingequipment4.1.4外壓筒體壁厚的設(shè)計(jì)從上面的計(jì)算數(shù)值中，能看出來熟化釜內(nèi)壓不是常壓，所以設(shè)定外界壓力為0.6MPa。從上面的計(jì)算數(shù)值中，能看出來熟化釜筒體壁厚是10，從而得出以下計(jì)算公式：=12-1.25=10.75將數(shù)值代入封頭外徑公式：=1800+2×10.75=1821.5將封頭外徑代入Lcr=1.17：計(jì)算熟化釜筒體長(zhǎng)度的公式為：=+L，代入各個(gè)數(shù)值：Hi=495-40=445，h0+L=2160+40=2200×445+2200=2427.5因?yàn)?，因此得出結(jié)論熟化釜是短圓筒。下面是臨界壓力公式（短圓筒），結(jié)合公式并帶入數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。最后得出結(jié)論：，一開始設(shè)定的壁厚=12mm非常合理，可以保證圓筒的正常、安全、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。4.1.5計(jì)算外壓封頭壁厚上面進(jìn)行的，跟熟化釜的封頭計(jì)算一模一樣因此：同理得出封頭壁厚為=12同理外部壓力設(shè)定為0.6MPa。代入式子，得：=12-1.25，結(jié)果是10.75經(jīng)過查詢資料，找到了標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，取它的K系數(shù)為0.9，代入計(jì)算Ri：KDi=0.91800，所以Ri等于1620mm=將結(jié)果繼續(xù)帶入，求出系數(shù)A：結(jié)合資料中的圖表，查閱數(shù)據(jù)。第一步在坐標(biāo)系上找到8.29的點(diǎn)，代表了系數(shù)A。從這個(gè)點(diǎn)做垂直于X坐標(biāo)軸的直線，這條線會(huì)與材料的溫度線相交，從這個(gè)相交點(diǎn)做垂直于y軸的線，最后得出的這個(gè)點(diǎn)的數(shù)值就是B的值結(jié)論：，條件、設(shè)定合理，符合實(shí)際情況，所以=12。由之前計(jì)算得出數(shù)據(jù)，熟化釜的厚度為=12，下面這兩幅圖，一是釜體封頭的外觀形態(tài)示意圖；二是釜體封頭的尺寸大小。圖4.3熟化釜封頭的外觀形態(tài)Fig4.3Theappearanceofkettlebodyhead圖4.3熟化釜封頭尺寸Fig4.4Dimensionsofkettlebodyhead4.2熟化釜夾套的設(shè)計(jì)4.2.1夾套直徑的確定從以上圖表中，提取的數(shù)值1800mm，并結(jié)合夾套直徑的計(jì)算公式將代入其中，得出以下式子：=+100＝1800+100=1900mm得到的數(shù)值為1900mm工作內(nèi)壓力是0.45MPa，取設(shè)計(jì)壓力與工作壓力的比為1.2：1。得到以下公式0.45×1.2，得出結(jié)果PN＝0.54MPa4.2.2夾套筒體壁厚的計(jì)算考慮到兩個(gè)因素：1.數(shù)值的圓整2.日常夾套筒體的應(yīng)用，最后得出結(jié)論，＝12。4.2.3計(jì)算夾套筒體長(zhǎng)度計(jì)算，單位高容積V1=0.785×1.82=2.543m3操作容積V=5m3，裝填系數(shù)為0.7，封頭容積為Vh=0.827m3。將數(shù)值代入筒體長(zhǎng)度H的公式：=經(jīng)過圓整整理，最后得出結(jié)論夾套筒體長(zhǎng)度是1100mm4.2.4夾套封頭的選型結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)狀況，熟化釜夾套搭配標(biāo)準(zhǔn)橢球型的封頭，英文別名EHA。4.2.5計(jì)算封頭壁厚由于P＞0.3MPa且≠常壓，如果想計(jì)算最小壁厚，首先需要考慮的因素就是封頭剛度，其次夾套上的所有焊縫都需選取焊縫系數(shù)，原因是其筒內(nèi)狹窄檢修麻煩，焊接困難，為保證生產(chǎn)安全都需選擇0.6的系數(shù)。將系數(shù)代入橢圓形封頭壁厚計(jì)算公式：經(jīng)過圓整整理，得出結(jié)論為17mm。4.2.6確定封頭結(jié)構(gòu)尺寸查閱大量資料后找到封頭尺寸大小表，尺寸表如下：表4.1封頭尺寸Table4.1Headdimensions直邊高度h1/mm深度h2/mm容積VjF/m3質(zhì)量m/kg404751.0112314.2.7計(jì)算夾套封頭傳熱面積+=3.654+2.797=6.4512結(jié)論：此熟化釜夾套封頭的傳熱面積是6.451m2，經(jīng)過圓整整理，最終答案為6.5m2。4.3壓力檢測(cè)4.3.1釜體的水壓檢測(cè)1.壓力計(jì)算因?yàn)?.675MPa＞0.64MPa，所以選取數(shù)值較大的0.675MPa進(jìn)行水壓檢測(cè)。2.強(qiáng)度檢測(cè)將0.675MPa代入方程式，得：結(jié)論：強(qiáng)度檢測(cè)合理。3.壓力表的量程要求最大量程：=2=2×0.675=1.35MPa或1.5PT4PT即1.0125MPa2.7MPa4.水壓試驗(yàn)的操作過程操作前提：釜體表面一直是干燥狀態(tài)。第一步先用蒸餾水排出熟化釜內(nèi)的空氣，第二步將水壓緩慢提高，直到0.2為止。繼續(xù)維持此壓力在0.2，大概持續(xù)60分鐘后，慢慢將壓力降至0.54，并繼續(xù)維持此壓力足夠長(zhǎng)的時(shí)間，利用此等機(jī)會(huì)，以檢查釜內(nèi)各個(gè)焊縫和接頭處，有無出現(xiàn)問題，例如泄漏或變形等。如果釜內(nèi)一切正常、狀態(tài)良好，逐漸可以降低壓力，并且將里面的水排干凈，最后一步將釜體吹干，可以利用壓縮空氣。檢查時(shí)檢測(cè)出任何問題，應(yīng)盡快修復(fù)，保證生產(chǎn)過程中的安全。切記：只有水壓試驗(yàn)正常，才能進(jìn)行氣壓試驗(yàn)。4.3.2檢測(cè)釜體氣壓1.計(jì)算氣壓試驗(yàn)壓力公式如下：=1.15×0.54×1.0=0.621MPa取=0.621MPa將代入強(qiáng)度檢測(cè)的公式，求出：：=0.85×87×1=73.95MPa因?yàn)橛?jì)算出的值，52.3MPa比0.8小所以結(jié)論：氣壓試驗(yàn)的壓力值符合要求。2.具體操作過程第二個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們需要檢驗(yàn)釜內(nèi)氣壓。操作步驟如下：第一步加大壓縮空氣壓力，直至提高到,維持這個(gè)壓力一段時(shí)間，大概十分鐘。如沒泄露問題，釜體一切正常，進(jìn)行第二步。繼續(xù)加大壓縮空氣壓力，直至提高到，之后以0.11MPa每級(jí)的速度，將壓縮空氣壓力提高到，維持的最高壓力二十分鐘，之后減少壓力到，一直維持此壓力，時(shí)間越長(zhǎng)越好。如果沒有出現(xiàn)問題，那么證明釜體檢驗(yàn)為正常，如果有問題需要盡快聯(lián)系師傅檢修，直到釜體檢驗(yàn)為正常，才算合格。4.3.3夾套的液壓檢驗(yàn)夾套的壁厚和壓力于釜體相同，因此液壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn)與釜體相同，液壓試驗(yàn)壓力的計(jì)算此處不再計(jì)算。4.4攪拌裝置的尺寸計(jì)算與選型4.4.1攪拌槳的尺寸計(jì)算與選型熟化釜攪拌槳的選型為槳葉式攪拌，原因是釜體內(nèi)的物料粘度大，而槳葉式攪拌在此等條件下能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，符合應(yīng)用環(huán)境要求。4.4.2計(jì)算攪拌器直徑在實(shí)際生產(chǎn)中，因?yàn)榱弦簩雍芨?，需要在攪拌器中間添加擋板，才能使料液攪拌均勻，經(jīng)過計(jì)算，需要1710mm的擋板。4.4.3攪拌器功率計(jì)算4.4.4攪拌軸直徑的選型計(jì)算1.直徑計(jì)算由4.4.3得出結(jié)論：電機(jī)最終軸功率P是8.67kw，攪拌軸的材料是1Cr18Ni9Ti，其轉(zhuǎn)速設(shè)置n為80r/min，，此時(shí)許用壓力[]是，標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)取，將以上已知數(shù)據(jù)代入攪拌軸直徑計(jì)算公式，得:，最終d取70mm強(qiáng)度檢驗(yàn)=15.09MPa由于算出的結(jié)果15.09MPa小于等于[]=25MPa，所以得出結(jié)論：攪拌軸預(yù)選的材料符合要求，取直徑為70mm的攪拌軸。4.4.5攪拌軸長(zhǎng)度的選型計(jì)算設(shè)A1為攪拌軸在釜外的長(zhǎng)度A2為攪拌軸在釜內(nèi)且沒有接觸液體時(shí)的長(zhǎng)度A3為攪拌軸在釜內(nèi)且進(jìn)入液體內(nèi)的長(zhǎng)度由此得出，A1+A2+A3等于攪拌軸全長(zhǎng)L，L是攪拌軸的全長(zhǎng)A1=，H為2160，M為1810，算得A1=350mmA2=HT+HF-Hi，算得Hi=1234r2131mm,式中V—操作容積；V—釜體封頭容積；—筒體的內(nèi)徑m；H0—封頭直邊高度m；H1—封頭曲面深度mL2=HT+HF-Hi=2160+490－2131=519mm由車間生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)得知，攪拌效果是否好，與兩方面的原因相關(guān)：一是攪拌槳在反應(yīng)釜的哪個(gè)位置和，二是釜內(nèi)最終的液位高度，也會(huì)影響攪拌效果，根據(jù)攪拌槳在不同位置與不同的攪拌效果，得出以下公式：第一種情況：=Hi，則攪拌效果最優(yōu)；第二種情況＜Hi，攪拌效果差，則需安裝更多的攪拌槳，提升攪拌效果，以滿足大量需求。本設(shè)計(jì)說明書就是發(fā)生的第二種情況（1800）小于Hi（2131），因物料液體到反應(yīng)釜底部發(fā)距離為h=1080mm，最終將已知條件代入下列式子，得出：L3=Hi-h=2131-1080=1051mmL=350+519+1051=1920mm4.5傳動(dòng)裝置選型4.5.1電動(dòng)機(jī)的選型反應(yīng)釜內(nèi)的物質(zhì)是氯苯和四溴雙酚A，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)有爆炸的可能性，所以對(duì)電動(dòng)機(jī)也有了更嚴(yán)格的要求，必須防爆防燃，結(jié)合此要求，最終選擇了隔離型三相異步電機(jī)，Y355L2-2是電機(jī)型號(hào)。4.5.2減速器的選型通過之前的運(yùn)算，我們得出熟化釜功率是8.67千瓦、攪拌軸轉(zhuǎn)速是80轉(zhuǎn)/分鐘。結(jié)合以上已知條件，我們將數(shù)值帶入到傳動(dòng)比i的公式中：傳動(dòng)比i=1800?80=22.5通過計(jì)算出的傳動(dòng)比以及已知條件，選擇出了減速器。結(jié)論：齒輪立式減速機(jī)，LC325A21為減速器型號(hào)。4.5.3機(jī)架的選型機(jī)架可以用來支撐減速機(jī)和傳動(dòng)軸，它也包含軸承箱的部分由已知條件1.攪拌軸直徑是七十毫米2.熟化釜整個(gè)體積較小，可以推測(cè)出承載需選擇較小的支架，最終選擇LWJ45A型無支點(diǎn)機(jī)架，規(guī)格表（mm）如下圖：。表4.2LWJ45A型無支點(diǎn)機(jī)架Table4.2LWJ45Anon-fulcrumframe機(jī)架型號(hào)H1H2H3H4輸入端接口輸出端接口LWJ45AD1D2D3n1-MD4D5D6α/(°)n2-?22HLWJ45A28208103003203208-M1235040034503012-?147504.5.4底座的選型設(shè)計(jì)安裝底座可以使不銹鋼熟化釜，延長(zhǎng)使用壽命，減輕企業(yè)成本。本設(shè)計(jì)選用的底座，結(jié)構(gòu)三個(gè)部分互相連接，各自獨(dú)立易拆卸，因?yàn)檐囬g灰塵較大，各部分可以定期清洗。根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)HG21565-95，最后選擇的底座蓋子為RS型底蓋。4.5.5確定凸緣法蘭在凸緣法蘭的上面還有個(gè)系統(tǒng)傳動(dòng)控制裝置，它們都是安裝在底蓋上的，如果需要檢修設(shè)備，我們需要將其移開再進(jìn)行維修，凸緣法蘭相當(dāng)于熟化釜的檢查孔，它很結(jié)實(shí)，是焊在熟化釜表面的。根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)HG21565-95，最后選擇的底座蓋子為R型凸面安裝，它的直徑是三百毫米。4.5.6密封形式的選擇熟化釜有多個(gè)顯著特點(diǎn)：一是釜內(nèi)壓力低，二是釜內(nèi)物料腐蝕性大，三是最重要的一點(diǎn)就是有爆炸可能性，所以熟化釜必須為密封環(huán)境，密封形式選擇嚴(yán)謹(jǐn)密封。4.6計(jì)算反應(yīng)釜附件并選型4.6.1人孔的設(shè)計(jì)分析已知計(jì)算數(shù)據(jù)，可得通過攪拌反應(yīng)釜放入筒體內(nèi)徑為，由于不同直徑存在較大，因此需要在釜體安裝的封頭上進(jìn)行設(shè)置人孔，本論文選用回轉(zhuǎn)式平焊法蘭物料孔人孔。通過一系列的計(jì)算，攪拌反應(yīng)釜放入筒體內(nèi)徑為，因?yàn)閮?nèi)徑相對(duì)來說大，所以需要在釜體安裝的封頭上設(shè)置人孔，結(jié)論：選用回轉(zhuǎn)式平焊法蘭物料孔人孔。4.6.2支座的計(jì)算與選型因?yàn)?mm的保溫層被設(shè)置在設(shè)備板框式攪拌反應(yīng)釜外，所以得出結(jié)論：需要4個(gè)選擇耳式B型支座表4.3帶蓋平焊法蘭進(jìn)料口的尺寸Table4.3Dimensionsoffeedportforflatweldingflangewithcover公稱壓力（）密封面形式公稱直徑DN螺栓規(guī)格數(shù)量0.99凸面700730×68558052720340158362830已知反應(yīng)釜體積，大概得出質(zhì)量是12482kg左右，熟化釜里面的液體質(zhì)量是60000kg，夾套以及水總質(zhì)量是30000kg，通過將質(zhì)量+液體質(zhì)量+夾套及水總質(zhì)量相加，12482+60000+30000=104482，所以裝置的總質(zhì)量m是104482kg。已知有4個(gè)B型支座，通過計(jì)算求出單獨(dú)支座可以承受的重量，計(jì)算公式如下:104484/4*9.8=266.5kN，又DN=1800mmQ=266.5kN，所以結(jié)論如下：選擇B型耳式支座，支座號(hào)是8可記成B8。標(biāo)準(zhǔn)型號(hào):JB/T4725-92，材料選擇:Q235-A·F。表4.4B型耳式支座的尺寸Table4.4DimensionsofB-typelugsupport底板筋板墊板地腳螺栓支座重量規(guī)格kg700580460302456104801882070016723630140.84.7換熱器的選型混合物從90℃降溫到25℃，采用5℃的冷凍水進(jìn)行冷卻，冷卻水加熱到40℃，混合物走殼層，冷卻水走管程，采用管殼式換熱器，發(fā)生逆流傳熱。由熱量衡算可知，產(chǎn)生得熱負(fù)荷為9.645×105kJ/h計(jì)算平均傳熱溫差逆流傳熱和并流傳熱的平均傳熱溫差都可以利用換熱器兩邊的流體溫度的對(duì)數(shù)平均溫差來描述，具體計(jì)算公式如下：式中逆流或者并流的平均傳熱溫差，K；換熱器的兩端冷、熱流體的溫差，K。其中為冷流體的進(jìn)出口溫度；為熱流體的進(jìn)出口溫度。傳熱面積計(jì)算換熱面積就是指兩種物質(zhì)的接觸面積越大，相互換熱的效果越好?？筛鶕?jù)冷、熱流體的實(shí)際情況，參考表取一大致的范圍。如果對(duì)所得數(shù)據(jù)不太滿意，還可通過修改之前假設(shè)的值再進(jìn)行估算。表4.5參考表Table4.5ReferenceTable管內(nèi)（管程）管間（殼程）傳熱系數(shù)，水水（流速較高時(shí)）814~1163水有機(jī)物蒸汽及噴淋水冷凝582~1163水重有機(jī)物蒸汽（常壓）冷凝116~349水重有機(jī)物蒸汽（負(fù)壓）冷凝58~174水有機(jī)溶劑蒸汽（常壓）冷凝582~1163水冷凝814~1163水冷凝698~930水氟利昂冷凝756水氣體17~280水沸騰噴淋水冷凝2000~4250輕油沸騰噴淋水冷凝455~1020氣體噴淋水冷凝30~300水輕油340~910水重油60~280根據(jù)表得出K值250，換熱面積就是指兩種物質(zhì)的接觸面積越大，相互換熱的效果越好。是換熱設(shè)備的重要參數(shù)。則估算的傳熱面積為式中估算的傳熱面積，；平均傳熱溫差假設(shè)的傳熱系數(shù)，冷卻水用量管內(nèi)流速的大小直接影響表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和壓力降，取管內(nèi)流速。換熱器的單程管子數(shù)：考慮到管長(zhǎng)的長(zhǎng)度，最終取單程管子數(shù)為50根。依據(jù)單程換熱器為已知量，求管子長(zhǎng)度的計(jì)算公式如下：選取6米的換熱管每程管子的長(zhǎng)度之后，就可以求出管程數(shù)為1，換熱器的總傳熱管數(shù)為60根。本設(shè)計(jì)采用組合排列的方式，即每管程內(nèi)均排列為正三角形，而隔板兩側(cè)則排列為正方形，并且采用焊接的方式。殼體內(nèi)徑式中圓整成400mm。本設(shè)計(jì)需要弓形折流板，弓形折流板的圓缺高度與殼體內(nèi)徑的比為1：4，通過計(jì)算，求切去的圓缺高度，計(jì)算式如下：取折流板間距：折流板數(shù)：塊。第五章熟化釜操作注意事項(xiàng)5.1操作步驟1.進(jìn)料前確認(rèn)熟化釜底閥是否關(guān)閉，釜內(nèi)是否有殘余物料，同時(shí)通知二樓巡檢及三樓溴化人員做好放料準(zhǔn)備工作。2.二樓巡檢人員接到通知后，檢查熟化釜內(nèi)是否有料，確認(rèn)無料后通知一樓人員檢查升溫釜手動(dòng)底閥是否關(guān)閉。3.檢查放空管線是否暢通，查看板式換熱器循環(huán)水出口溫度，同時(shí)注意壓力表壓力確認(rèn)有水進(jìn)入。4.中控室啟動(dòng)放料程序，由二樓巡檢人員確認(rèn)有無物料進(jìn)入。5.溴化釜向熟化釜進(jìn)料時(shí)，二樓巡檢要觀察視盅內(nèi)物料顏色和非排料釜是否有漏料的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)匯報(bào)。如果熟化釜此時(shí)溫度較高，現(xiàn)場(chǎng)操作人員要特別注意，可能會(huì)發(fā)生沖料現(xiàn)象。如果沖料，可以先停止進(jìn)料，并查找原因確認(rèn)溴化操作無誤后，等溫度下降后再繼續(xù)進(jìn)料。6.當(dāng)三樓溴化人員確認(rèn)溴化釜放料完畢后，停止放料程序相應(yīng)閥門自動(dòng)關(guān)閉。7.熟化釜進(jìn)料完畢，按工藝要求對(duì)物料進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間30分鐘后方可開始進(jìn)行升溫，熟化釜升溫前，巡檢人員要檢查盤式冷凝器的循環(huán)水，管路是否暢通，確認(rèn)無誤后方可通知中控人員進(jìn)行升溫操作。在升溫過程中如果發(fā)生沖料現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)停止攪拌，關(guān)閉蒸汽進(jìn)氣閥，開啟應(yīng)急排空閥，并打開凝水管路旁通將蒸汽迅速排盡。8.二樓巡檢人員接到中控室升溫通知后，打開蒸汽調(diào)節(jié)閥前后手動(dòng)閥門，中控人員啟動(dòng)升溫程序，蒸汽調(diào)節(jié)閥緩慢打開。9.在溫度計(jì)達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，蒸汽調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，二樓巡檢人員關(guān)閉調(diào)節(jié)閥前后手動(dòng)閥。達(dá)到工藝設(shè)定溫度后開始自動(dòng)計(jì)時(shí)保溫靜止，保溫、靜止各30分鐘后方可開始分液，由分液崗位將物料轉(zhuǎn)入中和釜，分出的酸水排放水處理車間。5.2操作注意事項(xiàng)如果熟化釜溫度較高，現(xiàn)場(chǎng)操作人員要特別注意，可能會(huì)發(fā)生沖料現(xiàn)象。如果沖料，可以先停止進(jìn)料，并查找原因確認(rèn)溴化操作無誤后，等溫度下降后再繼續(xù)進(jìn)料。每班一次SES特種設(shè)備巡查，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)上報(bào)。5.3事故應(yīng)急處置5.3.1事件：熟化釜釜體穿孔、蒸汽夾套穿孔步驟：處置程序報(bào)告：立即向班長(zhǎng)匯報(bào)事故情況處置：釜體穿孔:1、關(guān)閉蒸汽閥門，開啟物料管線手動(dòng)閱門;中控室打開啟動(dòng)底閥和轉(zhuǎn)料泵，進(jìn)行轉(zhuǎn)料，以最快的速度將熟化釜內(nèi)物料轉(zhuǎn)入到空的中和釜內(nèi)。蒸汽夾套外漏：若泄漏點(diǎn)較小，繼續(xù)升溫至指定溫度，按正常工藝操作試運(yùn)行;若泄漏嚴(yán)重，下一工序有空釜，直接轉(zhuǎn)料至下一工序繼續(xù)升溫，若此現(xiàn)象出現(xiàn)在第二次水洗，需在此工序進(jìn)行兩此互倒，確保三次水洗充分。若下一工序無空釜，減少下一工序的保溫、靜置時(shí)間，待此物料放凈后，將事故釜內(nèi)物料迅速轉(zhuǎn)至下一工序。5.3.2事件：四溴雙酚A裝置DCS故障步驟：處置程序報(bào)告：立即向班長(zhǎng)匯報(bào)事故情況處置：①中控室人員應(yīng)立即與現(xiàn)場(chǎng)操作人員聯(lián)系，將攪拌開關(guān)轉(zhuǎn)至手動(dòng)位置②中控室人員應(yīng)立即與現(xiàn)場(chǎng)操作人員聯(lián)系，關(guān)閉熟化、中和、水洗、蒸餾蒸汽閥門③現(xiàn)場(chǎng)操作人員隨時(shí)檢查各反應(yīng)釜溫度，等待DCS恢復(fù)

第六章總結(jié)本畢業(yè)設(shè)計(jì)，運(yùn)用過氧化氫溴化法進(jìn)行生產(chǎn)四溴雙酚A,過氧化氫為氧化劑，氯苯為溶劑。根據(jù)四溴雙酚A車間溴化、熟化工序的運(yùn)行參數(shù)及生產(chǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算設(shè)備的進(jìn)出料情況及能量變化過程。并根據(jù)物料衡算能量衡