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正文內(nèi)容

年產(chǎn)50萬標(biāo)m3溶解乙炔的工藝設(shè)計(jì)-文庫吧

2025-10-03 07:14 本頁面


【正文】 和濕法制乙炔 ( 1)都是傳統(tǒng)的生產(chǎn)乙炔的方法; ( 2)干法乙炔是用略多與理論的水以霧態(tài)噴在電石粉上使之水解; ( 3)干法乙炔發(fā)生和濕法乙炔發(fā)生的化學(xué)原理是相同的; ( 4)濕法乙炔發(fā)生是塊狀電石投入發(fā)生器中(發(fā)生器中有水)使之水解; ( 5)干法制乙炔產(chǎn)生的污染物比濕法制乙炔的少; ( 6)干法制乙炔的成本略小于濕法制乙炔的成本; 新興乙炔化工生產(chǎn)方法與舊法的風(fēng)險(xiǎn)評估 通過比較和細(xì)致的觀察,加上對乙炔市場的考察,新興的兩種乙炔發(fā)生方法既天然氣部分氧化法和煤等離子體法,都有很大的局限性和經(jīng)濟(jì)成本問題。其數(shù)據(jù)就不一一羅列。而干法乙炔發(fā)生 和濕法乙炔發(fā)生是傳統(tǒng)的制備乙炔的方法,其安全性和穩(wěn)定性都有一定的保障,其中如果考慮環(huán)保的問題,乙炔干法發(fā)生會(huì)占很大的優(yōu)勢,其反應(yīng)以后得電石粉末具有再利用價(jià)值。濕法乙炔發(fā)生則在環(huán)保方面有些欠缺。干法乙炔發(fā)生是對濕法乙炔發(fā)生的改進(jìn)。 干法乙炔發(fā)生是對濕法乙炔發(fā)生的改進(jìn),通過綜合的考慮和出于對其風(fēng)險(xiǎn)的評估,我認(rèn)為干法乙炔發(fā)生具有很好的工業(yè)化價(jià)值。所以我選擇干法乙炔發(fā)生作為我這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。 溶解乙炔的概念與由來 溶解乙炔是將碳化鈣與水作用制得粗乙炔氣,經(jīng)凈化、壓縮,干燥、再充裝 4 至填有多 孔填料 [4]并含溶劑 (一般采用丙酮 )的鋼瓶內(nèi),使乙炔氣體溶解于丙酮液體中,當(dāng)使用時(shí)將乙炔氣體再從丙酮釋放出來。 乙炔是叁健的不飽和的烴類化合物,其化學(xué)性質(zhì)活潑,具有爆炸性。它雖在 1836 年就被人們發(fā)現(xiàn),但直到 1892年利用電爐生產(chǎn)電石的方法被發(fā)明以后,它才開始被用于照明。隨著工業(yè)的發(fā)展,1903 年法國首先將乙炔用于金屬的焊接與切割。從而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。乙炔在被工業(yè)生產(chǎn)大量應(yīng)用時(shí),它的來源主要依靠使用電石的發(fā)生裝置來供給。但是由于大型的乙炔發(fā)生裝置搬運(yùn)不便。小型的乙炔發(fā)生裝置安全性能差,易發(fā)生爆炸事故,使 用不方便。電石渣又難以集中利用,于是人們開始研究用其它方法來貯存、運(yùn)輸和使用乙炔氣。 起初人們研究把氣態(tài)乙炔像其它氣體一樣,壓縮到鋼瓶中進(jìn)行了一系列運(yùn)輸和使用試驗(yàn),但是由于高壓的氣態(tài)乙炔,給予很小的能量(例如當(dāng)乙炔壓縮到15 大氣壓時(shí)只需要 10179。焦耳的能量)就會(huì)發(fā)生分解爆炸,試驗(yàn)遭受到失敗。隨后人們又采取像液化氣體那樣把乙炔液化成液體貯存在容器中使用,但液化乙炔更具有爆炸性,稍一不慎就發(fā)生爆炸事故。所以高壓的氣態(tài)乙炔和液化乙炔在工業(yè)上都不能得到實(shí)際應(yīng)用。 為了將這種危險(xiǎn)性大的氣體穩(wěn)定地貯存在鋼瓶中 ,直到 1896 年在法國發(fā)明了一種特殊的鋼瓶,在瓶中填滿一種多孔物質(zhì),并在多孔物質(zhì)上浸潤丙酮作為溶劑,當(dāng)乙炔被壓縮充入瓶中時(shí),由于溶劑吸附在多孔物質(zhì)的毛細(xì)孔中,而高壓乙炔又被溶解在溶劑中,從而達(dá)到安全貯存、運(yùn)輸和使用的目的。這種被稱為溶解乙炔氣瓶的特殊鋼瓶的誕生,使溶解乙炔在工業(yè)上得到了更廣泛的應(yīng)用。因此溶解乙炔的發(fā)展離不開乙炔瓶,所以溶解乙炔的發(fā)展史,也可以說是乙炔瓶的發(fā)展史。 我國溶解乙炔的發(fā)展 溶解乙炔在我國也已經(jīng)有了 九十 多年的歷史,早在 1920 年法商在上海蘆家灣徐家匯路開設(shè)氧氣廠,引進(jìn) 了法國溶解乙炔的技術(shù)和設(shè)備及乙炔瓶。 1932 年上海中國煉氣廠從德國引進(jìn)了技術(shù)和設(shè)備。 1936 年法商又在青島開設(shè)東方修焊公司,這就是我國解放以前僅有的三個(gè)溶解乙炔廠 [5],其規(guī)模都較小,而且主要用于我國沿海的航標(biāo)燈。 解放以后,隨著我國工業(yè)的發(fā)展,溶解乙炔工業(yè)也有了一些發(fā)展,但由于對推廣使用溶解乙炔氣瓶的優(yōu)越性認(rèn)識(shí)不足,在較長一段時(shí)間內(nèi)發(fā)展緩慢,直到 5 1979 年全國生產(chǎn)溶解乙炔的廠也僅有十一家,而且大多數(shù)又是大型企業(yè)的附屬站,規(guī)模都較小,產(chǎn)品主要供給本廠使用,裝置總?cè)萘績H有 300 米 179。/ 時(shí),在用的乙炔瓶也僅有約 8000 多只,年產(chǎn)乙炔約 1000 噸。 2020 年以來,隨著政府刺激內(nèi)需政策效應(yīng)的逐漸顯現(xiàn)以及國際經(jīng)濟(jì)形勢的好轉(zhuǎn),溶解乙炔下游行業(yè)進(jìn)入新一輪景氣周期從而帶來溶解乙炔市場需求的膨脹,溶解乙炔行業(yè)的銷售回升明顯,供求關(guān)系得到改善,行業(yè)盈利能力穩(wěn)步提升。同時(shí),在國家 “十二五 ”規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的大方針下,溶解乙炔面臨巨大的市場投資機(jī)遇,行業(yè)有望迎來新的發(fā)展契機(jī)。 2. 原料及產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)格 電石 電石化學(xué)名稱為碳化鈣,分子式為 CaC2,外觀為灰色、棕黃色、黑色或褐色塊狀固體,是有機(jī)合成化學(xué)工業(yè)的基本 原料,利用電石為原料可以合成一系列的有機(jī)化合物,為工業(yè),農(nóng)業(yè),醫(yī)藥提供原料。工業(yè)電石的主要成份是碳化鈣,其余為游離氧化鈣,碳以及硅、鎂、鐵、鋁的化合物及少量的磷化物、硫化物。工業(yè)用電石純度約為 70%80%,雜質(zhì) 雜質(zhì) CaO 約占 24%,碳、硅、鐵、磷化鈣和硫化鈣等約占 6%。碳化鈣質(zhì)量應(yīng)符合表 1 要求。 表 1 電石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 項(xiàng)目 指 標(biāo) 優(yōu)等品 一等品 合格品 發(fā)氣量( 20℃ ,g≧ ) 粒度 (mm) 80200 305 285 255 5080 305 285 255 580 300 280 250 550 300 280 250 乙炔中磷化氫, %( V/V) 乙炔中硫化氫, %( V/V) 注:本設(shè)計(jì)采用的電石規(guī)格為優(yōu)等品。 電石的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì) 電石的化學(xué)性質(zhì)非?;顫?。遇水激烈分解產(chǎn)生乙炔氣和氫氧化鈣,并 6 放出大量的熱。 電石的物理性質(zhì)是外觀呈灰色、棕色、紫色或黑色的固態(tài)物。工業(yè)品密度,熔點(diǎn) 2300℃ ,能導(dǎo)電,純度越高,導(dǎo)電越容易。 丙酮 丙酮的化學(xué)性質(zhì) 丙酮是脂肪族酮類有代表性的化合物,具有酮類典型反應(yīng),丙酮對氧化劑比較穩(wěn)定。常溫下不會(huì)被硝酸氧化,用高錳酸鉀等強(qiáng)氧化劑氧化時(shí)生成二氧化碳、水、乙酸、甲酸等。 丙酮能和水等非極性、極性溶劑混合,是一種良好的溶劑,它沸點(diǎn)低,揮發(fā)性大,對日光和堿不穩(wěn)定,屬一級易燃液體,故應(yīng)在陰涼處密閉貯存并勿進(jìn)火源。丙酮對金屬不腐蝕,可貯于鐵、鋁等容器中,丙酮毒性低,毒性近于乙醇,對中樞神經(jīng)有麻醉作用,吸入蒸汽會(huì)引起頭痛,在空氣中嗅覺界限為 。 丙酮 的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及 規(guī)格 丙酮的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(工業(yè)用)( GB602689)主要性能指標(biāo)如下表 2: 表 2 丙酮質(zhì)量要求 名稱 級 別 指 標(biāo) 一級品 二級品 三級品 外觀 透明液體 色澤(鉑 鈷)號(hào) ≦ 5 5 10 密度( 20℃ )( g/cm3) 沸程:在標(biāo)準(zhǔn)狀況下( 0℃ ,)溫度范圍(包括 ℃ )( ℃ )≦ 蒸餾量:( ml)≥ 98 98 98 蒸發(fā)后干燥殘?jiān)?%)≦ 酸度(乙酸計(jì))( %) ≦ 高錳酸鉀褪色時(shí)間25℃ ( min)≧ 100 60 15 含醇量( %) ≦ 含水量( %) ≤ 注 :乙炔瓶用丙酮應(yīng)符合一級品要求。 7 乙炔 乙炔簡介 乙炔又稱 電石 氣。結(jié)構(gòu)簡式 HC≡CH,是最簡單的 炔烴 ?;瘜W(xué)式 C2H2分子結(jié)構(gòu): C 原子以 sp 雜化軌道成鍵、分子為直線形的非極性分子。微溶于水,易溶于 乙醇 、苯、 丙酮 等 有機(jī) 溶劑。在 15℃ 和 時(shí),乙炔在丙酮中的溶解度為 237g/L,溶液是穩(wěn)定的。工業(yè)品乙炔帶輕微大蒜臭。由碳化鈣 (電石 )制備的乙炔因含磷化氫等雜質(zhì)而有惡臭。 乙炔的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì) 乙炔的物理性質(zhì): 純乙炔為無色無味味的易燃、有毒氣體。熔點(diǎn)( ) ℃ ,沸點(diǎn) 84℃ ,相對密度 (82/4℃ ),折射率,折光率 ( 0℃ ),閃點(diǎn)(開杯) ℃ ,自燃點(diǎn) 305℃ 。在空氣中爆炸極限 %%( vol)。乙炔分子量 氣體比重 ( kg/m3), 火焰溫度 3150℃ ,熱值 12800(千卡 /m3),純乙炔在空氣中燃燒 2100 度左右,在氧氣中燃燒可達(dá) 3600 度。 乙炔的化學(xué)性質(zhì): 化學(xué)性質(zhì)很活潑,能起加成、 氧化 、聚合及 金屬 取代等反應(yīng)。 乙炔的化工產(chǎn)出指標(biāo) 不同的化工企業(yè)對自己產(chǎn)出的乙炔的含量要求不同,我所在公司要求產(chǎn)出的乙炔含量必須 ≥,清凈以后的乙炔含量要 ≥。 3. 生產(chǎn)工藝 生產(chǎn)工藝流程圖 原料的準(zhǔn)備粗乙炔氣的發(fā)生粗乙炔氣的冷卻粗乙炔氣的凈化粗乙炔氣的低壓干燥乙炔氣的三級壓縮乙炔氣的油水分離乙炔氣的高壓干燥乙炔氣的充瓶充瓶后的靜置檢查運(yùn)輸 流程簡述 8 乙炔反應(yīng)的化學(xué)原理 電石水解反應(yīng)原理 : CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2+130kJ/mol 由于工 業(yè)電石含有大量雜質(zhì) ,CaC2 在水解反應(yīng)的同時(shí) ,還進(jìn)行一些副反應(yīng) ,生成相應(yīng)的雜質(zhì)氣體 ,其反應(yīng)式如下 : CaO+2H2O→Ca(OH)2+CaS+2H2O→Ca(OH)2+H2S↑ Ca3P2+6H2O→3Ca(OH)2+2PH3↑ Ca3N2+6H2O→3Ca(OH)2+2NH3↑ Ca2Si+4H2O→2Ca(OH)2+SiH4↑ Ca3As2+6H2O→3Ca(OH)2+2AsH3↑ 乙炔生產(chǎn)的工序工藝概述 經(jīng)過計(jì)量的電石由電葫蘆送到加料斗上方。用氮?dú)鈱σ欢?、?斗進(jìn)行置換,然后在氮?dú)獾谋Wo(hù)下,電石從料斗進(jìn)入加料斗。經(jīng)一斗、二斗和電磁震蕩加料器進(jìn)入乙炔發(fā)生器。在發(fā)生器中,電石與水發(fā)生反應(yīng),生成乙炔氣和電石渣。乙炔氣從發(fā)生器頂部溢出,經(jīng)洗泥器進(jìn)入正水封后進(jìn)入換熱器和水洗塔,冷卻后的乙炔氣進(jìn)入清凈系統(tǒng)在進(jìn)入氣柜。電石渣漿從發(fā)生器溢流管不斷排出,濃渣漿和矽鐵等雜質(zhì)從發(fā)生器底部間隙排出。 在發(fā)生器中,電石與水反應(yīng),主要生成乙炔氣和氫氧化鈣,并放出大量的熱,因此要不斷往發(fā)生器中加水或廢次氯酸鈉液,維持恒溫。為了安全生產(chǎn),系統(tǒng)設(shè)有安全水封和逆水封。當(dāng)發(fā)生器壓力過高時(shí),安全水封自 動(dòng)排氣,以降低發(fā)生器的壓力,當(dāng)發(fā)生器壓力過低時(shí),為了避免在負(fù)壓時(shí)空氣進(jìn)入發(fā)生器和管道,形成爆炸性氣體,氣柜的乙炔氣經(jīng)逆水封進(jìn)入發(fā)生器,以升高發(fā)生器的壓力。氣柜設(shè)置高低位報(bào)警,根據(jù)氣柜的高低和發(fā)生器的壓力控制電磁振動(dòng)下料器,調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)生器的電石量。 由冷卻塔來的乙炔氣,經(jīng)乙炔壓縮機(jī)加壓后,依次進(jìn)入清凈 1 塔,清凈 2 塔[6],在清凈塔內(nèi)用次氯酸鈉溶液洗滌。次氯酸鈉液自次氯酸鈉配制槽,先經(jīng)次氯酸鈉泵打入清凈 2 塔頂部,從清凈 2 塔底部流出,然后一部分自身循環(huán),一部分經(jīng)清凈泵打入清凈 1 塔頂部,清凈 1 塔底部流出的次氯酸鈉液 自身循環(huán),從第二 9 清凈塔頂部出來的乙炔氣進(jìn)入中和塔,用氫氧化鈉液洗滌,中和掉從電石中帶入的二氧化碳和清凈時(shí)產(chǎn)生的酸性物質(zhì)。 從中和塔出來的乙炔進(jìn)入干燥工序。乙炔氣先通過換熱器和除霧器脫除大部分水,再進(jìn)入分子篩干燥器進(jìn)行吸附脫水。干燥系統(tǒng)一般有兩臺(tái)以上的干燥器,一臺(tái)吸附,一臺(tái)再生,輪換使用。乙炔氣干燥后,送入氯乙烯裝置。發(fā)生器溢流及由人工間隙排出的渣漿經(jīng)渣漿罐除去硅鐵后流至沉降池。 4. 物料衡算 本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)年生產(chǎn) 50 萬 標(biāo) m3 溶解乙炔,以年工作日 300 天計(jì),則可知日生產(chǎn)溶解乙炔 噸,可得出原 料消耗量為:電石 噸 /天,丙酮充裝量,充灌乙炔氣體量 ,年生產(chǎn)乙炔瓶 75900 瓶。 (1) 標(biāo) m3: , 20℃ 空氣一標(biāo)準(zhǔn)立方米 =。 (2)年產(chǎn) 50 萬標(biāo) m3 換算成質(zhì)量及 。 ( 3)以年工作日 300 天計(jì)算,平均每日生產(chǎn)乙炔 。 ( 4)以日生產(chǎn) 24 小時(shí)計(jì)算,平均每小時(shí)生產(chǎn)乙炔 。 ( 5)消耗電石的計(jì)算: CaC2 + 2H2O Ca(OH)2 + C2H2 ?每小時(shí)消耗電石: ?每日消耗電石: ?每年消耗電石: ( 6)丙酮充裝量:按《溶解乙炔氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程》 [7]的規(guī)定,丙酮充裝量按下式計(jì)算: W=& V 式中 W丙酮充裝量, kg; & 填料孔隙率, %; V鋼瓶實(shí)際容積, L; 由《溶解乙炔氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程》 [7]可知 & =91% V= 由此可得 W= kg ( 7)丙酮補(bǔ)加量 丙酮補(bǔ)加量 =(乙炔瓶始重) +(剩余乙炔量) (實(shí)重) 10 ?剩余乙炔量的確定 在充裝乙炔前,要先測定瓶內(nèi)剩余的乙炔壓力,以便確定剩余乙炔量有多少,計(jì)算公式如下: Gs=& ɑVPa(PS+1)103 式中: Gs乙炔在瓶中剩余的乙炔量 kg & 填料孔隙率 %
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