年产5000吨阻燃型填料氧化锑的生产工艺设计——水解槽的设计【含CAD图纸+文档】
压缩包内含有CAD图纸和说明书,均可直接下载获得文件,所见所得,电脑查看更方便。Q 197216396 或 11970985
XXX学院本科毕业论文(设计)开题报告论文题目:生产5000吨阻燃性氧化锑的生产工艺的设计 1、 立项(选题)依据(学生填写) 氧化锑是重要的化工产品,属无机类阻燃剂,一般与卤系阻燃剂复配使用,是一种重要的阻燃协效剂,也可用作防火涂料和填充料、媒染剂等。三氧化二锑作为阻燃剂,本身并无良好阻燃效果,但与卤化物阻燃剂并用时却表现出良好的阻燃性,并超过了这两种阻燃剂中的任何一种,反映了他们之间的化学作用改变了原来的性质。国内阻燃剂的品种和消费量还是以有机阻燃剂为主,无机阻燃剂生产和消费量还较少,但近年来发展势头较好,市场潜力较大。阻燃剂中最常用的卤系阻燃剂显然具有其他阻燃剂系列无可比拟的高效性。尽管近年来阻燃剂无卤化呼声很高 , 但由于锑卤协效阻燃的高效性及对材料的物理性能影响极小,卤系阻燃剂在一段时间内仍将占据阻燃剂的主导地位, 因此氧化锑仍有一定的发展空间 2、 研究内容(学生填写) 年产5000吨阻燃型填料氧化锑的生产设计,选用工艺过程主要分为焙烧、酸解、水解、中和、洗涤、干燥几个阶段的工艺流程,确定在生产过程中所需的设备及最佳工艺条件。本文完成的是水解槽的工艺设计,确定生产的最佳工艺条件。 三、指导教师意见(指导教师填写) 经审查,(同意、不同意)开题。 签 名: 年 月 日年产5000吨阻燃型填料氧化锑的生产工艺设计水解槽的设计 摘 要:氧化锑是重要的化工产品,属无机类阻燃剂,一般与卤系阻燃剂复配使用,是一种重要的阻燃协效剂,也可用作防火涂料和填充料、媒染剂等。本文综述了阻燃型填料氧化锑的性质、用途、主要生产方法、产品规格、市场前景及发展趋势,主要探索了年产5000吨阻燃型填料氧化锑的工艺设计。设计中选用间歇生产方法(湿法.氨解法),将辉锑矿经焙烧、冷凝后置于反应釜加酸搅拌溶解,经过滤、水解、中和、洗涤、干燥、粉碎等步骤后即得到最终产品。本文主要承担了水解槽的设计和物料衡算,根据物料衡算,确定了水解槽的工艺参数、类型及体积,进行了合理的选型。关键词:阻燃型填料氧化锑;工艺设计;水解槽The process design of antimony oxide flame-retardant filler of 5,000 tons per year: The design of hydrolysis tankAbstract:Antimony oxide is an important chemical products, an inorganic flame retardants, halogen flame retardant is generally related to the use of compound, is an important synergism of flame-retardant agent, also can be used as a fire retardant coating and filler, such as mordant. In this paper, antimony oxide flame retardant filler nature, uses, the main production methods, product specifications, market prospects and development trends, the annual output of 3000 to explore the main flame-retardant antimony oxide fill process design. Batch production in the selected design method (wet. Ammonia solution), will be roasted by stibnite, condensation reactor placed after the mixing acid dissolved by filtration, hydrolysis, and, washing, drying, grinding and other steps after the the final product. Assumed in this paper and hydrolysis tank design and material balance, based on material balance, and hydrolysis tank to determine the process parameters, type and size, a reasonable selection.Key words : antimony oxide flame retardant filler; process design; hydrolysis tank.目录摘 要:1Abstract:11. 概述21.1 氧化锑的性质21.2 氧化锑的作用及用途21.3 阻燃机理21.3.1 阻燃剂的市场现状31.4 产品的毒副作用及防护处理41.5 市场需求及发展前景51.6 氧化锑合成方法简介51.6.1 干法61.6.2 湿法62. 设计任务82.1 设计项目83. 原料及产品技术规格93.1 原料93.2 产品规格(质量标准见下表)94. 生产工艺介绍94.1 本文选用氨解法制造氧化锑95. 水解槽的工艺计算及设备选型105.1 初步确定水解槽的要求105.2 设计生产能力115.3 水解槽体积V的计算135.3.1 操作容积的计算135.3.2 装料系数的选择135.3.3 反应釜数目及设备容积的估计135.4 确定反应釜筒体的直径和高度135.4.1 反应釜长径比的选择1325.4.2 初步估算筒体直径及高度145.4.3 数据核算及筒体直径高度的确定155.5 溶解釜夹套的直径、高度和传热面积155.5.1 夹套的结构和尺寸155.5.2 夹套直径选择155.6 溶解釜搅拌器的设计165.6.1 搅拌轴的材质及加工要求:165.6.2 计算结果统计17结束语18参考文献19致 谢20XXX学院本科毕业论文(设计)答辩报告论文题目:生产5000吨阻燃性氧化锑的生产工艺的设计 评语:(答辩小组填写) 答辩小组姓 名职 称答辩成绩签 字组 长成 员毕业论文成绩(百分制)指导教师评定成绩(权重50%)答辩成绩(权重50%)总评成绩XXX学院本科毕业论文(设计)结题报告论文题目:生产5000吨阻燃性氧化锑的生产工艺的设计一、课题完成情况,包括研究过程、结果及存在问题等(学生填写)在设计和计算的整个过程中,因为得到张孟民老师悉心的教导,以及资料室老师的帮助,使我在整个设计的过程中的物料数据都可以及时准确的得到。在处理数据时,同样由于老师和同组同学的帮助,使我在整个计算的过程中,都可以快速准确的得到设计过程所需的数据。正因为有老师和同学的帮助,使我在整个过程中,遇到问题都能够及时解决,顺利完成论文。签 名: 年 月 日二、指导教师评审意见及论文成绩(指导教师填写)成 绩: (百分制) 签 名: 年 月 日 三、系毕业论文(设计)指导委员会审查意见:经审查,(同意、不同意)答辩。 签 名: 年 月 日XX大学 本科毕业论文(设计) 题目 生产5000吨阻燃型填料氧化锑的生产工艺 设计水解槽的设计 学生姓名 专业名称 化学工程与工艺 指导教师 20xx 年5 月27日XX大学题目:年产5000吨阻燃型填料氧化锑的生产工艺设计 水解槽的设计 学生姓名 指导教师 班 级 专 业 化学工程与工艺 学 院 20xx年5月27日目录摘 要:1Abstract:11. 概述21.1 氧化锑的性质21.2 氧化锑的作用及用途21.3 阻燃机理21.3.1 阻燃剂的市场现状31.4 产品的毒副作用及防护处理41.5 市场需求及发展前景51.6 氧化锑合成方法简介51.6.1 干法61.6.2 湿法62. 设计任务82.1 设计项目83. 原料及产品技术规格93.1 原料93.2 产品规格(质量标准见下表)94. 生产工艺介绍94.1 本文选用氨解法制造氧化锑95. 水解槽的工艺计算及设备选型105.1 初步确定水解槽的要求105.2 设计生产能力115.3 水解槽体积V的计算135.3.1 操作容积的计算135.3.2 装料系数的选择135.3.3 反应釜数目及设备容积的估计135.4 确定反应釜筒体的直径和高度135.4.1 反应釜长径比的选择1325.4.2 初步估算筒体直径及高度145.4.3 数据核算及筒体直径高度的确定155.5 溶解釜夹套的直径、高度和传热面积155.5.1 夹套的结构和尺寸155.5.2 夹套直径选择155.6 溶解釜搅拌器的设计165.6.1 搅拌轴的材质及加工要求:165.6.2 计算结果统计17结束语18参考文献19致 谢20年产5000吨阻燃型填料氧化锑的生产工艺设计水解槽的设计 摘 要:氧化锑是重要的化工产品,属无机类阻燃剂,一般与卤系阻燃剂复配使用,是一种重要的阻燃协效剂,也可用作防火涂料和填充料、媒染剂等。本文综述了阻燃型填料氧化锑的性质、用途、主要生产方法、产品规格、市场前景及发展趋势,主要探索了年产5000吨阻燃型填料氧化锑的工艺设计。设计中选用间歇生产方法(湿法.氨解法),将辉锑矿经焙烧、冷凝后置于反应釜加酸搅拌溶解,经过滤、水解、中和、洗涤、干燥、粉碎等步骤后即得到最终产品。本文主要承担了水解槽的设计和物料衡算,根据物料衡算,确定了水解槽的工艺参数、类型及体积,进行了合理的选型。关键词:阻燃型填料氧化锑;工艺设计;水解槽The process design of antimony oxide flame-retardant filler of 5,000 tons per year: The design of hydrolysis tankAbstract:Antimony oxide is an important chemical products, an inorganic flame retardants, halogen flame retardant is generally related to the use of compound, is an important synergism of flame-retardant agent, also can be used as a fire retardant coating and filler, such as mordant. In this paper, antimony oxide flame retardant filler nature, uses, the main production methods, product specifications, market prospects and development trends, the annual output of 3000 to explore the main flame-retardant antimony oxide fill process design. Batch production in the selected design method (wet. Ammonia solution), will be roasted by stibnite, condensation reactor placed after the mixing acid dissolved by filtration, hydrolysis, and, washing, drying, grinding and other steps after the the final product. Assumed in this paper and hydrolysis tank design and material balance, based on material balance, and hydrolysis tank to determine the process parameters, type and size, a reasonable selection.Key words : antimony oxide flame retardant filler; process design; hydrolysis tank.1. 概述 1.1 氧化锑的性质氧化锑亦称三氧化二锑,锑华,氧化锑,方锑矿,为稳定的白色或灰色无溴晶体粉末,加热变为黄色,冷却后重新变为白色或灰色。属两性氧化物,其碱性比三氧化二砷强。是电的不良导体,微溶于水,难溶于乙醇,亦不溶于稀硫酸和稀硝酸,可溶于浓盐酸、浓硫酸、浓碱、草酸、酒石酸和发烟硝酸。表1 氧化锑理化指数分子式相对分子质量291.5熔点656沸点1550密度5670折射率2.350晶形斜方晶体(570以上)立方晶体(570以下)吸油性111.2 氧化锑的作用及用途氧化锑广泛应用于PVC、PP、PE、ABS、PU等塑料中做阻燃剂,尤其与卤化物阻燃剂并用时表现出良好的阻燃性,并基与对材料力学性能影响小,也用作帆布、纸张、涂料等的阻燃助剂,还可用作媒染剂和白色油漆燃料,制造白色玻璃、搪瓷、吐酒石、药物、胶合水泥及锑盐等。在橡胶塑料工业中作填充剂和阻燃剂。在搪瓷、陶瓷制品中作搪瓷遮盖剂。在电子工业中用于制作压敏陶瓷及磁头零件用的非磁性陶瓷。在涂料工业中作为油漆的白色颜料及阻燃剂。用作有机合成的催化剂。1.3 阻燃机理一般而言,有机材料进行燃烧应具备三个条件:外界热能的供应、氧气的存在和材料本身降解生成的可燃性气体。材料燃烧过程的主要反应为: 当材料受热后温度升高,一定温度后,发生热降解和氧化热降解反应,在氧的参与下生成活泼性较高的羟基自由基 ,其中决定着材料燃烧的速度;接着,羟基自由基与发生反应,并且生成的自由基与反应生成,如此反应循环进行,此反应具有连锁反应的特征,因此反应速度极快。由此可知,为了阻止材料燃烧,其基本方法是抑制可燃性气体的产生和阻断氧气的供应。三氧化二锑作为阻燃剂,本身并无良好阻燃效果,但与卤化物阻燃剂并用时却表现出良好的阻燃性,并超过了这两种阻燃剂中的任何一种,反映了他们之间的化学作用改变了原来物质的性质。三氧化二锑与卤化物并用时在高温下生成卤化锑,其反应为:三卤化锑沸点较高(沸点223,沸点288),密度大,可以长时间地在火焰区域起作用。卤化锑在聚相时,能促使聚合物阻燃剂体系脱卤化氢和使聚合物表面炭化。同时在气态时又能捕捉自由基,这些反应都有利于阻燃。三氧化二锑与氯化氢水溶液受热时先释出,并生成,然后进行热分解,在吸取大量热的同时生成。在火焰温度下,分解出游离基,与火焰中的活性、等结合,起到抑制火焰的作用。同时、蒸汽比重大,附于物料表面,起到隔绝空气的作用。并在火焰上空凝结成液滴或者固体微粒,能量在固体表面被消耗,使燃烧速度减慢或停止。1.3.1 阻燃剂的市场现状阻燃剂的生产和应用在经历了八十年代初的蓬勃发展后,已进入稳定发展阶段。全球阻燃剂的销量超过百万吨,据调查统计,其中85%为添加型阻燃剂,15%为反应型阻燃剂。美国、西欧及日本是世界三大阻燃剂市场。其中,美国占全球市场的40%,西欧约30%,日本约20%。在后来的发展中,全球阻燃剂市场的需求量也在逐年递增,据分析预测,今后几年全球阻燃剂的需求量将达到前所未有的高度。近年来,随着我国合成材料工业的发展和应用领域的不断拓展,阻燃剂在化学建材、电子电器、交通运输、航天航空、日用家具、室内装饰、衣食住行等各个领域中具有广阔的市场前景。此外,煤田、油田、森林灭火等领域也促进了我国阻燃、灭火剂生产较快的发展。我国阻燃剂已发展成为仅次于增塑剂的第二大高分子材料改性添加剂,目前的年生产能力20万吨左右,年生产量在15万-17万吨之间,年消费量20万吨左右。不足部分主要从美国和以色列进口,进口的主要品种为有机溴及卤磷系阻燃剂。我国阻燃剂生产厂60余家,能够生产50余种产品,主要为溴磷系列,其中溴系阻燃剂是最重要的系列,约占我国有机阻燃剂的30%。 国内阻燃剂的品种和消费量还是以有机阻燃剂为主,无机阻燃剂生产和消费量还较少,但近年来发展势头较好,市场潜力较大。阻燃剂中最常用的卤系阻燃剂虽然具有其他阻燃剂系列无可比拟的高效性。1.4 产品的毒副作用及防护处理氧化锑产品具有刺激性,对呼吸器官及眼、鼻、咽、喉、皮肤均有刺激作用,急性中毒:吸入后引起上呼吸道刺激、头痛、恶心、呕吐、呼吸困难。二氧化锑可溶于胃液,产生含锑离子,而锑是重金属,摄入后引起胃肠道刺激、恶心、呕吐、口腔和咽喉烧伤及中枢神经系统抑制。慢性影响:可致肝、肾损害。接触工人出现血压变化及心电图异常。可致皮肤损害,引起皮肤干燥、皲裂,还可出现皮炎或湿疹。表2 毒副试验结果试 验反 应(白鼠)剧烈的吸入性毒性(白鼠)剧烈的皮肤接触毒性(白兔)对眼的刺激 未冲洗眼睛冲洗眼睛,接触4秒一次性皮肤刺激(白兔)(人)皮肤过敏(白几内亚猪)(人)43.6g2.0g极端严重刺激极端严重刺激微小未发现有受刺激者未发现有过敏者未发现有受刺激者未发现有过敏者防护措施:操作时,密闭操作,局部排风,操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作流程。建议工作人员佩戴橡皮手套,防护镜,化学药品呼吸器,着防护衣服避免接触,避免产生粉尘,避免与还原剂、酸类、碱类接触。搬运时轻装轻卸,防止包装破损。如果不慎沾在衣服或身体上可以迅速从衣服上、皮肤上用肥皂和水洗去。1.5 市场需求及发展前景我国的锑矿资源十分丰富,其储量和产量占居世界首位。氧化锑是最重要的无机阻燃剂之一 ,单独使用时候阻燃作用很小 ,但是与卤系阻燃剂并用时可以大大提高卤系阻燃剂的效能 ,因此它是几乎所有卤系阻燃剂中不可缺少的协效剂 。尽管近年来阻燃剂无卤化呼声很高 , 但由于锑卤协效阻燃的高效性及对材料的物理性能影响极小,卤系阻燃剂在一段时间内仍将占据阻燃剂的主导地位, 因此氧化锑仍有一定的发展空间。随着有机高分子合成材料的广泛应用,同时对于合成材料的易燃烧、容易造成火灾的特点,人们对防火安全性显示了强烈关注,从而促进了氧化锑在塑料、涂料、橡胶、建材、电子、纺织等领域的应用获得迅速发展。1.6 氧化锑合成方法简介传统的工业制备方法主要分为干法和湿法两大类,加热条件下的金属锑与氧反应法、焙烧三硫化二锑矿物发、三硫化二锑水解法、电解氯化法、锑精矿直接氧化法(湿化学方法)等前两种属于干法,后三种属于湿法。制备的方法还有等离子体法和胶体沉淀法等。这些方法最大的缺点就是杂质含量过高、白度低、粉末颗粒分布不均匀。1.6.1 干法(1)加热条件下金属锑与氧反应法 (2)焙烧三硫化二锑矿物法 生产过程:蒸发硫化锑或金属梯,氧化其蒸气,并从蒸气相中使氧化锑进行结晶,该过程的温度为600800,当使用硫化矿时,会产生废料(固体矿渣和气体二氧化硫);金属锑燃烧法虽无废料产生,但考虑成本,故工业生产常不考虑。1.6.2 湿法(1) 三氯化锑水解法 将粉晶溶于无水乙醇中,磁力搅拌使其充分溶解后,往溶液中缓慢滴入去离子水,并不断搅拌即得胶乳状白色沉淀。然后用水多次倾析,并过滤洗涤,干燥后即得三氧化二锑粉末。 (注:工业上一般以氨水作为氯化氢接收体。)工艺流程:氨 水蒸馏水洗 涤成 品中 和水 解(2) 锑精矿直接氧化法(酸式湿法,多用硫酸) 工艺流程:浸出还原水锑精矿水解中和过滤干燥碱水还原剂浸出剂干燥产品工业上用的最多的是氨解法和直接法(3) 氨解法(湿法)以辉锑矿精矿或粗锑白(锑氧粉)为原料置于反应釜中,按重量比为0.3:1的比例加入浓度为30%的盐酸,经搅拌,让其溶解,生成三氯化锑,过滤后将滤液转入水解釜进行水解。水解完全的程度取决于水解液中剩余酸度的高低,一般水解产物控制在阶段时,其相应母液的酸度为0.50.6 molL,这时大量杂质仍留在母液中,水解过程可在常温搅拌下实现。水解产物过滤后的滤饼,由于含有水分和少量杂质,用0.1molL 或0.1molL 洗涤除去(由于金属杂质的硝酸盐溶解度大,且稀硝酸并不会使氧化,可用稀硝酸洗涤效果更好)。净化后的滤饼放入中和槽中用氨水中和,以除去 即生成锑白。中和时的碱度应控制在pH=78。太高时锑会溶解,增大损失。太低则除不完全。中和时,用碱液(pH=78)调浆,在常温下搅拌进行,当pH稳定在8左右时,中和即告完成。中和过滤后的产品含湿量为40%左右,在转筒干燥器中以100150温度下烘干2小时,即可获得含量高于99.5%的高质量锑白。工艺流程: 过滤粉碎机干燥炉洗涤槽 过滤中和槽 产品焙烧炉冷凝器反应釜 过滤 水解辉锑矿水盐酸 (4)直接法(辉锑矿法)将粉碎的辉锑矿与焦炭比7:1的比例混合均匀,置于煅烧炉(或反射炉)内,于6000左右氧化焙烧,将炉气冷凝收集挥发出的蒸气,此时因含有较多杂质,需将其转至还原炉中,在焦炭存在下,用纯碱作助熔剂,加热还原成金属锑,再将其放入氧化炉中用空气氧化成(蒸气),再送入冷凝器冷凝收集,即得含量大于99%的成品。2. 设计任务2.1 设计项目年产5000吨阻燃型填料氧化锑的生产设计,本工艺过程主要分为焙烧、酸解、水解、中和、洗涤、干燥几个阶段。本文完成的是水解槽的工艺设计,确定生产的最佳工艺条件。已知条件:(1)一年的生产时间为 300天,一天生产24h分三班生产 计算。 (2)每批物料所需的反应时间为8h,其中6h的反应时间,加 料、清洗等辅助时间为2h。3. 原料及产品技术规格3.1 原料表3 原料规格原料主要成分含量辉锑矿71.4%其他28.6%盐酸30%盐酸pH=78盐酸或硝酸0.1molL3.2 产品规格(质量标准见下表)表4 质量标准表项目零级品一级品二级品色泽三氧化二锑(),%氧化铅(), %三氧化二砷(), %杂质总和细度:325自筛筛余量, %100自筛筛余量纯白99.500.120.060.500.1纯白990.20.121.000.5白色,略带微红980.30.2全通过4. 生产工艺介绍4.1 本文选用氨解法制造氧化锑其具体的工艺流程分为以下几步: (1) 焙烧火法炼锑中将锑辉矿(含)在290空气中加热,氧化成粉末,并加热至400全部出去硫。 (2) 溶解 从辉锑矿、精矿或粗锑白(锑氧粉)为原料置于反应釜中,按重量比0.3:1的比例加入浓度为30%的盐酸,搅拌,让其充分溶解,生成三氧化二锑。(3)过滤 过滤(2)中的反应液,滤液存用。(4)水解 将(3)中滤液转入水解槽进行水解,常温搅拌。注:水解完全的程度取决于水解液中剩余酸度的高低,一般水解产物控制在阶段时,其相应母液的酸度为0.50.6摩尔/开盐酸。这时大量杂质仍留在母液中,水解过程可在常温下搅拌实现。水解产物过滤后的滤饼,由于含有少量杂质,可用0.1摩尔/开或0.1洗涤除去(由于金属杂质的硝酸盐溶解度大,且稀硝酸不会使氧化,效果更好)。(5)中和净化后的滤饼放入中和槽,以除即生成锑白,中和时的碱度控制在=78,如果太高锑溶解,增大损失,太低则除不完全。中和时,用碱液(=78)调,在常温下搅拌进行,当稳定到8时,中和即完成。(6)洗涤(7)干燥中和过滤后的产品含湿量为40%左右,在干燥箱100150%温度下烘干两小时,即可获得99.5%高质量锑白。(8)粉碎干燥好的产品转入粉碎机粉碎至理想粒度既得最终产品。5. 水解槽的工艺计算及设备选型5.1 初步确定水解槽的要求根据工作压力及反应温度以及该设备之工艺过程性质,可以看出它是属于带搅拌器的反应釜类型,根据惯例,选择圆柱形筒体和椭圆形封头;考虑水解过程中有产生,故选用闭式搅拌反应釜,内壁用搪瓷做衬,以减少设备的腐蚀损耗,延长使用寿命,传热选用夹套式壁外传热。5.2 设计生产能力年生产5000吨阻燃型填料三氧化二锑 一年生产300天每天生产三氧化二锑16.67吨采用每天3班间歇式生产焙烧段收率95%,反应段收率98%,板框压滤段收率98%,水解段收率98%,中和段收率98%,洗涤段收率98%,干燥段收率98% ,粉碎段收率98% ,为满足年产5000吨要求:即:每天16.67吨三氧化二锑。因为粉碎损失2%所以粉碎所需干燥产物为16.67(1-2%)=17.01吨干燥损失2%所以干燥所需水洗产物为17.01(1-2%)=17.35吨水洗的损失量也为2%,所以水洗所需原料即中和产物的量为17.35(1-25%)=17.71吨中和损失量为2%,中和所产生的三氧化二锑为17.71(1-2%)=18.07吨由中和反应方程式: + =+=解得X=19.77吨每天即中和反应所需原料为19.77吨每天。产物 由水解所得,而且水解过程损失量为2%所以水解共产生为19.77(1-2%)=20.17吨由水解反应方程式: + = + = 解得X=28.8565吨每天 即水解所需原料为28.8565吨,由于过滤损失量为2%所以过滤所需为28.8565(1-2%)=29.4454吨即酸浸取为过滤所提供的为29.4454吨因为算浸取过程中的损失量为2%所以酸浸取共产生的量为29.4454(1-2%)=30.0463吨酸浸取反应方程式: + = + = 解得 X=19.1985吨由焙烧所得,所以焙烧的产出量为19.1985吨每天,焙烧过程的损失率为5%即焙烧共产生为19.1985(1-5%)=20.2089吨由焙烧反应方程式: + = + = 解的X=23.5364吨,因为的含量为80%所以每天处理矿量为23.536480% =29.42吨即:每天焙烧需要进料(辉锑矿)29.42吨;反应釜进料(粗锑白)19.1985吨;压滤机进料(三氯化锑的稀盐酸悬浮液)29.4454吨;水解釜进料(三氯化锑的稀盐酸溶液)28.8565吨;中和釜进料()18.07吨;水洗釜进料()17.71吨;干燥器进料()17.35吨;粉碎机进料()17.01吨5.3 水解槽体积V的计算5.3.1 操作容积的计算已知 且 一天三班则一班所需的水解釜进料(三氯化锑的稀盐酸溶液)为 故 5.3.2 装料系数的选择决定反应器的罐体体积应考虑装料系数,通常装料系数可取0.6 -0.85。具体可按下列情况确定。易起泡沫或呈沸腾状态 =0.6 - 0.7反应状态平稳 =0.8 - 0.85物体粘度较大时,可取最大值在实际工程中,要根据物料的性质,反应时的状态和生成物的特点,合理的选取装料系数,以尽量提高罐体的利用率。本工段为水解反应,过程相对比较平稳,料液黏度不大,故该搅拌溶解釜的装料系数取为0.75。5.3.3 反应釜数目及设备容积的估计设备容积V与操作容积V0应有如下关系:V0=V故V = = = 8.7843 根据上述数据现选择3的反应釜3个进行计算,预计每个反应釜的操作容积为2.92815.4 确定反应釜筒体的直径和高度5.4.1 反应釜长径比的选择对于带搅拌器的反应釜而言,容积V为主要决定参数,而容积V是由筒体内径及高度决定,故反应釜长径比的选择尤为重要。在已知搅拌器的操作容积后,首先要选择罐体适宜的长径比 (),以确定罐体直径和高度。选择罐体长径比主要考虑以下两方面因素: 长径比对搅拌功率的影响:在转速不变的情况下,搅拌功率与搅拌器直径的五次方成正比,而搅拌器直径随釜体直径的增大而增加很多。 减小长径比只能无谓的损耗一些搅拌功率,因此一般情况下,长径比可考虑选得大一些。 长径比对传热的影响:当容积一定时, 越大,罐体盛料部分表面积越大,则传热面积也越大,且传热表面距中心近,温度梯度小,有利于提高传热效果。 表5 几种反应釜的值几种反应釜的 值种类釜内物料类型一般反应釜液固相或液液相物料气液相物料1 - 1.3发酵反应釜1.7 - 2.5聚合釜悬浮液、乳化液2.08 - 3.85本工艺选用为液固物系混合溶解发生水解反应,固选定为1.1。5.4.2 初步估算筒体直径及高度在确定了长径比和装料系数之后,还不能直接算出筒体的直径和高度,因为筒体直径未知,封头容积便未知,釜体全容积也就无法确定,为便于计算现忽略釜体底容积,此时 V = = 1.3 V = 2.9281解得 = 1.5024 = 1502.4在设计时选用标准筒体尺寸DN = 1.6 =1600当DN = 1600 时,由化工设备机械基础表165查得标准椭圆形封头的容积 = 0.5215,筒体高度 = = = 1.678 1.75.4.3 数据核算及筒体直径高度的确定 = = 1.06 1.1 = =3.1059 =故 =0.7071 0.75在误差允许的范围内,符合要求。故 筒体尺寸 = 1600,筒体高度 = 17005.5 溶解釜夹套的直径、高度和传热面积本段工艺反应为水解吸热过程,为保持反应釜内反应条件恒定,故外部选用整体夹套并以水蒸汽做载热体(水蒸汽从上端进入夹套,冷凝液从夹套底部排出,使夹套中经常充满蒸汽,充分利用传热面,加强传热效果)。5.5.1 夹套的结构和尺寸容器外装有夹套可有如下几种:仅圆筒部分有夹套仅圆筒和下封头部分有夹套为减小外压容器计算长度L,在圆筒部分的夹套采用了分段结构或带有加强圈。圆筒、下封头及上封头的一部分有夹套夹套型式可按工艺要求及反应釜具体结构的不同而选择,如上封头与筒体必须采用法兰联接时,就不能采用第种,而本工艺则采用最广泛应用的第种。5.5.2 夹套直径选择表6 夹套直径与筒体直径的关系夹套直径与筒体直径的关系()500600700180020003000+50+100+200 故夹套直径 = +100 = 1600+100 = 1700 夹套高度 = = 取 = 0.7381传热面积的计算当为1600时,从表165查得封头内标面积 = 3.678从表163查得筒体一米高内表面积 = 5.715 则 F = + = 5.6 溶解釜搅拌器的设计在反应釜中,为增加反应速度、强化传质或传热效果以及加强混合等作用,常装设搅拌装置。搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成,搅拌器的形式很多,通常由工艺要求确定,常用的搅拌器的形式有:浆式搅拌器,其直径D约取反应釜内径的 - .框式和锚式搅拌器,其直径常为筒内内径的 - ,当V5 ,转速范围为50 - 70 推进式搅拌器,其直径约取反应釜内径的 - ,切向线速度V15,转速为300 -600 ,甚至更快。5.6.1 搅拌轴的材质及加工要求:搅拌轴工作时,主要有扭转、弯曲和冲击作用,故轴的材质应有足够的强度、刚度和韧性。此外,为了便于加工制造,还要有优良的切削加工性能,所以常用45#钢,对于要求较低的搅拌轴,也可用Q235A或35#钢。本工艺选择的是浆式搅拌器和Q235A材质的搅拌轴。5.6.2 计算结果统计表7 计算结果统计表项目数值及说明水解釜一天进料28.8565水解釜一班进料9618.83操作容积6.5882设备容积8.7843反应釜容积与数目3的共3个每个反应釜操作容积2.9281筒体尺寸1600筒体高度1700夹套直径1700夹套高度750传热面积7.9621结束语本文主要介绍了工业生产阻燃型填料氧化锑的工艺设计,在生产上已经应用的相当成熟,具有广阔的市场前景及发展趋势。在设计中和釜时,通过计算选取设备,每步计算都要查得精确数据。反应釜的设计环环相扣,一步稍微出错,将会大大影响下步设计,这使我更加了解了化学是一门严谨的学科。也对化工设计的过程有了更加完整和清晰地认识。 在进行画图的过程中,使我对制图有了更进一步的掌握。但由于时间紧,所能查阅的资料和文献有限,在整个设计过程中还存在很多不足之处,仍需要更进一步改进。参考文献1 朱炳辰.化学反应工程M(第四版).北京:化学工业出版社,2006.12.2 H.S.卡茨 J.V.米路西凯.塑料用填料及增强剂手册J.化学工业出版社,2003.5:199-210.3 贾修伟.纳米技术应用丛书M.化学工业出版社与材料科学与工程出版中心,2009.7.4 张军,夏延至.聚合物阻燃与阻燃技术J.北京:化学工业出版社,2005.3:72-74.5 刁玉玮,王立业,喻健良.化工设备机械基础(第六版)M.大连理工出版社,2007.7.6 汤善甫,朱思明.化工设备机械基础(第二版)M. 华南理工大学出版,2004.6.7 熊家林,张克立.无极精细化学品的制备和应用M.化学工业出版社,2008.8 王永强.阻燃材料及应用技术M.化学工业出版社,2002.9 王正平,陈兴娟.精细化学反应设备分析与设计M.北京:化学工业出版社,2007.8.10 王凯.搅拌设备M.化学工业出版社,2003.5.11 邢凤兰,靳士兰.化工制图M.国防工业出版社,2002.3.12 贺匡国.化工容器及设备简明设计手册.北京:化学工业出版社,2002.致 谢本设计是在张孟民老师的指导下完成的,首先要衷心的感谢张老师的无私的毫无保留的帮助。还要感谢和我一起做毕业设计的同学,正因为有了老师和同学们无私的帮助,我才可以在遇到不会或不懂的问题时能及时地获得解决问题的办法,这使我节省了大量的时间和精力,使我的毕业设计得以顺利的进行下去。在设计和计算的整个过程中,张老师给予了细心地指导与热心的帮助,在此表示衷心感谢!最后在设计即将完成之际,对所有曾经在工作中和学习过程中给予过我帮助的老师和同学表示最诚挚的祝福与感谢!
收藏