年產(chǎn)50噸水合肼裝置工藝設計本科畢業(yè)設計論文-資料下載頁

【導讀】年產(chǎn)量50噸，產(chǎn)品類型為40%水合肼。生產(chǎn)過程為原料配備、氧化合成、氧化液析堿、精肼液蒸發(fā)、水合肼精溜，以及三廢處理等過程。了依據(jù)，并確定了單位產(chǎn)品的原材料消耗。Φ108×4/Φ76×3，L=6500；五層塔蒸發(fā)器，設計規(guī)格為Φ480×500，對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的三廢進行了計算，并設計了處理流程。

　　

【正文】 吸 /H=五層塔換熱面積 夾套鍋式蒸發(fā)器傳熱總數(shù)范圍 300— 2020 kcal/ m2h ℃ 取 k 值為 1000 kcal/ m2h ℃ 每臺五層塔換熱面積為 △ t=Tt==℃ F=Q/k△ t=(1000)= 2 考慮操作波動，留 30%的余量，選換熱面積為 F= 五層塔臺數(shù)為一臺 吉首大學本科生畢業(yè) 設計 27 第 4 章 主要設備的設計與選型 年產(chǎn) 50噸的水合肼，一年工作 300天，一天 24小時。 液堿貯槽 一 年 所 需 液 堿 為 ， 則 每 小 時 流 量(300 24)=，六天流入的總量為 ，液堿的比重為 (30%)，則占用的體積 V=，去 30%的富余量，所需的液堿貯槽體積為 ，選型 號為Φ 2220 2020。 次鈉貯槽 次鈉年用總量為 ，小時流量為 ，兩天流入的量為 ，比重為 ，所占的體積為 V=，取 30%的富余量，體積為 ，選型號為Φ 1900 1700。 尿素高位槽 尿素溶液年用總量為 ，小時流量為 ，七天流入的總量為 ，比重為 ，所占體積為 V=，取30%的富余量， V= m3，選型 號為Φ 2400 1200。 氧化液貯槽 氧化液為粗肼，年所需為 ，小時流量為 ，三天流入的總量 。比重為 ，所占體積為 V=，去相應的富余量，體積為 ，選型號為Φ 2400 1760。 氧化反應管 氧化反應管的小時流量仍為 ，一天流入為 ，比重為，用一支氧化反應管，則每支流入量為 ，所占體積為 ，選Φ 108 4/Φ 76 3， L=6500。 精餾 塔 精餾塔結構計算 設計條件 (1)設計水合肼二元混合物連續(xù)操作的精餾塔。 吉首大學本科生畢業(yè) 設計 28 (2)進料 (飽和蒸汽 )， ，含水合肼 %，水蒸汽 %。 (3)成品水合肼 40%，廢水含水合肼 %。 (4)精餾塔真空度 — 。 (5)擬用填料塔，填充 50501 鋼質鮑爾環(huán)。 精餾塔物料衡算及物料摩爾分率 (1)精餾塔的全塔物料衡算 總物料衡算式： F=W+D 易揮發(fā)份物料衡算 (此分離過程中易揮發(fā)份 為水 ) F% = (1 40%)W + (%)D 二式解得： W= (2)進出精餾塔物料的摩爾分率 ①進料的摩爾分率 F=%/18+%/50= yF=%/(18)=②塔頂出塔物料的摩爾分率 D=%/18+%/50 = XD= ③塔釜出塔物料的摩爾分率 W== XW=( )/ = 回流比及塔板數(shù)的確定 (1)回流比的確定 ①相對揮發(fā)度 精餾塔塔頂真空度 — ，純水合肼泡點 80℃ 查得 80℃時，水的飽和蒸汽壓 P0H2O= 水合肼的飽和蒸汽壓 P0（ NH2） 2H2O== a=P0H2O/P0（ NH2） 2H2O=則汽液平衡方程為 yA=2XA/[1+(21)XA]=(1+) 或 XA= yA/[2(21)yA]= yA/( yA) ②回流比 ∵ (NH2)2H2O— H2O汽液平衡線無下凹部分 ∴采用公式 Rm=(XDyq)/(yqXq) (yq為 q線與平衡線交點的縱坐標 ) 吉首大學本科生畢業(yè) 設計 29 對于飽和蒸汽進料 q=0 故 q線方程 yq= yF 根據(jù)平衡方程得： Xq=()= 則 Rm=()/()= 根據(jù)經(jīng)驗，一般實際回流比取 Rm的 — ∴R= m=1 (2)理論板數(shù) 根據(jù)分斯克方程 Sm=1+Nm=lg[XDA/XDBX WB/XWA]/ =lg[]/ = Nm= (RRm)/(R+1)=()/(1+1)= 查吉利蘭圖 (理論板數(shù) — 回流比關聯(lián)圖 )得： (NNm)/(N+2)= N=≈22 塊 選金屬鮑爾環(huán) 50501 比表面積 a=空隙率 ∑= m 3/m3堆積重度 Pp(rp)=395kg/m3 濕填料因子 Φ=1401/m WL/WG(PG/PL)=()= (3)加料板位置 n/m=㏒ [XDA/XDBX FB/XFA]㏒ [XFA/XFBX WB/XWA] = ㏒ [ 33/]/ ㏒[] = 同式 n+m=22 解得 n=17塊， m=5塊 (包括塔釜 ) 精餾段與提餾段的質量流量 (1)液體平均質量流量 餾出液的摩爾質量可以認為等于易揮發(fā)組分水的摩爾質量。 ①根據(jù)汽液平衡方程計算得進料板液體的摩爾組成，（同加料位置計算的數(shù)據(jù)） XFA=精餾段的液體平衡摩爾組成為： XJ=(XD+XF)/2=(+)/2=混合液精餾段的液體摩爾質量 吉首大學本科生畢業(yè) 設計 30 MXJ=MAXJ+MB(1XJ) =18+50(1 )=精餾段的液體平均質量流量 Lj=DRM XJ/MA=1 ②提餾段液體的平均摩爾組為： XT=(XF+XW)/2=(+)/2= 提餾段中液體的平均摩爾質量 MXT=MAXT+MG(1XT) =18+50(1 )= 提餾段的液體平均質量流量 (MF=) LT=DRM XT/MD+FM XT/MF =1+ =(2)填料塔精餾段和提餾段蒸汽平均質量流量 yDA=[1+( 1) ]= yWA=[1+( 1) ]= ①精餾段中蒸汽平均摩爾組成 yJ=(yD+yF)/2=(+)/2= 精餾段中蒸汽平均摩爾質量 MyJ=MayJ+MB(1YJ) =18+50(1 )= 精餾段中蒸汽平均質量流量 GJ=D(R+1) Myj/Md=(1+1) = ②提餾段蒸汽的平均摩爾組為： yt=(yF+yw)/2=(+)/2= 提餾段中蒸汽平均摩爾質量 MyT=MayT+Mb(1yT) =18 +50(1 )= 提餾段中蒸汽平均質量流量 Gt = D(R+1) Myt/Md =(1+1) 蒸汽速度和塔徑 (1)液泛時蒸汽極限空塔速度 吉首大學本科生畢業(yè) 設計 31 蒸汽平均溫度 tj=75℃ t=80℃ 則精餾段的蒸汽密度 Pyj=Myj/To/(To+Tj) =273/(273+75)= 提餾段的蒸汽密度 PyT=Myj/To/(To+Tj)= 273/(273+80)= kg/m 3 水合肼的混合液體的密度、粘度按水的粘度計。 7580℃時平均粘度即 Ux=10 6kgs/m2,液態(tài)密度為： 977kg/m3 關于上升蒸汽極限速度 Uf可按下式計算 U2f ∑ 3px=[4(L/G)(Py/Px)] 精餾塔選用鋼制 5050 鮑爾環(huán)，比表面 a=103m2/m3 空隙率 ∑= 3/m3 干填料 a/∑ 3=1201/m 對于精餾段 U2f ∑ 3px=[4()()] 得精餾段的蒸汽極限速度 Uf J= 對于提餾段 U2fT （ 977 ） 120=[ －4()()] 得提餾段的蒸汽極限速度 Uft=(2)填料塔的塔徑 取操作速度 u為蒸汽極限速 Uf 的 70% 則 uJ=uf j== uJ=uf t== 故精餾段的塔徑為 dj=[4GJ/(∏UJPyJ)] =[4 /()] = 提餾段的塔徑為 dT=(4GJ/(πUTPy T) =[4()]= 選取上下塔兩段的筒體標準直徑 D為 (3)塔中蒸汽的實際操作速度 uJ=() 2=uT=() 2=吉首大學本科生畢業(yè) 設計 32 分別為蒸汽極限速度的 49%和 33% 填料層高度和塔高 填料高度按理論板數(shù) 等板高度求得 根據(jù)填料生產(chǎn)廠家的經(jīng)驗，在與本裝置生產(chǎn)條件相似的情況下，采用鮑爾環(huán)填料時，等板高度為 — HETP取。 則填料層總高度 H為： H=NHETP=22=11m 一節(jié)填料層高取 4m，則總的填料層總節(jié)數(shù)為 3節(jié)，其精餾段 2節(jié)，提餾段 1節(jié)。 塔高 Hz=Zn+(n1)hp+ZJ+ZT =11/43+(11/4 1) +(17+5) = 精餾裝置的熱量衡算 蒸餾釜的加熱蒸汽消耗量（ GB） 取再沸器及精餾塔系統(tǒng)，作熱量衡算（以 0℃為計算基準），本系統(tǒng)熱量衡算個物料比熱均以 1kcal/kg ℃ 計 (1)收入的熱量 ①進料帶入的熱量 QF=cmΔt=10 31=②回流帶入的熱量（回流液溫度 50℃） QR=RGDCRtR=110 31(50 1)=③ Q收 = QF+QR =(2)支出的熱量 ① 塔頂蒸汽帶出的熱量 QD=GD(R+1)Hv=10 3(1+1) =② 塔底產(chǎn)品帶走的熱量 Qw=GwCwtw=10 3(80 0)= ③ Q支 = QD +Qw =(3)凈支出熱量即需蒸汽補充熱量 QB=(Q支 Q入 )=則 GB=QB/HB=塔頂冷凝器冷卻水消耗量 Gc 塔頂冷卻水進口溫度 25℃ ，出口 40℃ ， 水蒸氣進口 75℃ ，出口50℃ ，需移走的熱量： 吉首大學本科生畢業(yè) 設計 33 Q=MH+cmΔt=10 3[+1(75 50)]=冷卻水量 Gc=(40 25)=所以，精餾塔的參數(shù)為：理論板數(shù)： 22 塊；塔徑為： ，塔高： 五層塔蒸發(fā)器 總的蒸發(fā)面積為 ，去 30%的富余量，總面積為 ，選Φ480500 ， ，則每臺的蒸發(fā)面積為 ，共需用 ，即選用一臺蒸發(fā)設備。 第 5 章 環(huán)境污染及治理 水合肼生產(chǎn)過程中有廢水、廢氣、廢渣產(chǎn)生。 三廢的來源及數(shù)量 廢氣 一是來自次鈉配置槽的以氫氣為主的氣體，排放量為每小時 公斤。 二是來自氧化反應管內(nèi)氧化反應產(chǎn)生的尾氣， 主要是含氮氣、含氨的水蒸汽，每小時約 6 公斤。其中含氨、含氮氣 3～ 4 公斤。 三是來自精餾塔的從塔頂排放的氨氣，數(shù)量較少。 廢水 精餾塔排放的廢水，經(jīng)塔頂冷凝器排出，每生產(chǎn)一噸水合肼排放量為 8~9 噸，每小時 噸。含有水合肼廢水水合肼排放標準在 g/l以下，成不均勻性排入地溝。再入折流池內(nèi)處理。 十水碳酸鈉及鹽渣 一是來自冷凍析堿，經(jīng)離心機分離出的十水碳酸鈉，每噸水合肼產(chǎn) 噸，每小時 515 公斤。 二是五層塔的以氯化鈉為主的含少量純堿的鹽堿渣，每一噸水合肼產(chǎn) 噸，每小時 518 公斤。 治理措施 吉首大學本科生畢業(yè) 設計 34 廢氣處理 來 因為廢氣排放，空氣中的含量增加不多，對環(huán)境影響不大，不設計專門的處理設施。 廢水處理 廢水主要是精餾塔塔頂冷凝器冷凝下來的含肼水，除回流部分以外的排放部分，每生產(chǎn)一噸水合肼排放量為 8～ 9噸，每小時 。工藝控制標準含肼 。治理措施是用地溝排放至廠廢水綜合處理池的折流池內(nèi)，用漂白乳處理，使廢水中的水合肼被次氯酸鈉氧化掉。產(chǎn)物為氮氣、氯化鈉，對環(huán)境無影響，處理后的廢水經(jīng)自然沉降后排放。 堿 及鹽渣 按傳統(tǒng)的尿素法水合肼工藝，經(jīng)五層塔排放的廢渣量比較大，資源浪費大，本設計工藝中采用冷凍析堿工藝，將大部分純堿回收，從而減少了五層塔排放的渣打量。 五層塔排放的是以氯化鈉為主的鹽堿渣，因含有少量的肼，不能直接利用而且回收價值又不大，所以用水沖洗至地溝，與精餾塔的廢水一同進入污水處理池，用漂白乳氧化掉廢水中的水合肼，然后廢水經(jīng)自然沉降后排放。 吉首大學本科生畢業(yè) 設計 35 參考文獻 [1] 王風臣 .水合肼的制備方法及發(fā)展前景 .河北化工 ,2020,(2):1315. 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