【正文】 ，玉米殘余物為 億噸。 農(nóng)業(yè)廢棄物指的是農(nóng)作物收獲時農(nóng)田中產(chǎn)生的殘余物，可以利用的有谷物、根莖作物和甘蔗殘余物等。而與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)不同之處在于，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)則是利用現(xiàn)代生物或者是化學(xué)科技將農(nóng)作物秸稈、家禽以及家畜糞便等各種生物質(zhì)原材料加工生產(chǎn)出種類繁多的清潔能源產(chǎn)品等生物基產(chǎn)品。生物基產(chǎn)品主要有：沼氣、燃料乙醇、生物柴油和生物塑料、防凍劑。 鑒于此，亟需找到一種乙二醇以及丙三醇為原料的替代品，標(biāo)準(zhǔn)是：資源豐富可持續(xù)使 用；價格低廉經(jīng)濟性好；制備工藝簡捷容易實現(xiàn)，產(chǎn)品質(zhì)量及性能更能適應(yīng)發(fā)動機及其它行業(yè)的不同需要。 3，乙二醇本身是相 對活躍的物質(zhì)，容易聚合成高分子聚合物，進一步氧化成聚合物有機酸（通常所說的油泥），形成十分粘重的物質(zhì)，沉積后容易結(jié)垢；另乙二醇與氧氣反應(yīng)，生成微量的甲酸和乙酸 當(dāng)然現(xiàn)行的防凍液還有丙三醇型防凍液，丙三醇型防凍液采用丙三醇與軟水按不同比例混合而成?，F(xiàn)存防凍液生產(chǎn)方式存在許多缺點和不足： （ 1）乙二醇是石油產(chǎn)品的衍生品，屬于不能再生的稀缺資源，不能持續(xù)發(fā)展；乙二醇用途廣泛，是化工工業(yè)合成的主要原料，用在防凍液產(chǎn)品上是一種資源的損失浪費和無奈之舉；乙二醇有毒，人若誤服體重千分之一的量即可致死，需加人工警示色素；乙二醇不易分解，廢棄防凍液排放后污染環(huán)境；乙二醇價格隨國際油價變動波動劇烈，用乙二醇生產(chǎn)防凍液利潤較低，直接影響防凍液產(chǎn)量和市場穩(wěn)定，造成假冒偽劣橫行，為產(chǎn)品質(zhì)量低下的重災(zāi)區(qū)。 目前，世界各國標(biāo)準(zhǔn)的防凍液生產(chǎn) 95%以上采用乙二醇為主要原料，乙二醇是礦物質(zhì)石油的衍生物，資源緊缺不可再生。一些先進國家的防凍液普及率達到了 100 %。本章設(shè)計書主要是用新工藝解決原來生產(chǎn)冷凍液的缺點以及制備年產(chǎn)萬噸的防凍液。 并且介紹了 工 廠的整體布局原則以及車間設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容，繪制了車間布置圖，工藝流程圖，反應(yīng)釜裝配圖。 設(shè)計 包括 生物質(zhì)基 產(chǎn)品的介紹，防凍液的配置原理，工廠內(nèi)的能量衡算，物料衡算，反應(yīng)釜的計算與選型， 離子交換器的計算與選型，確定了反應(yīng)釜的體積為 ，離子交換器 中陽樹脂高度和陰樹脂高度。因此，汽車行業(yè)也蓬勃發(fā)展，可是對于汽車至關(guān)重要的發(fā)動機卻因為冷凍液的缺少而受到限制。 各國對此都做了大量的研究，不斷推出配方專利和優(yōu)良的防凍液商品。為此，必須吸收國外的先進技術(shù)并結(jié)的實際，開發(fā)生產(chǎn)多功能的高效防凍液來滿足日益增長的市場需求。世界各國也都存在同樣的問題。當(dāng)濃度達到 99,9%時，其冰點上升至 ℃ 這就是濃縮型防凍液（防凍液母液）為什么不能直接使用的一條重要原因，必須引起使用者的注意。有鑒于此，那些需要良好保障條件的高檔汽車，都會青睞丙三醇型防凍液。生物產(chǎn)品及綠色能源問題已經(jīng)成為世界科技領(lǐng)域的前沿。轉(zhuǎn)化儲藏于動植物體的能量和生命物質(zhì)是人類獲取能量和營養(yǎng)的來源，農(nóng)業(yè)向來是專門從事動植物生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)。中國是一個農(nóng)業(yè)大國，根據(jù)中國能源網(wǎng)查得的數(shù)據(jù)如下 (1)農(nóng)林廢棄物包括農(nóng)業(yè)廢棄物和林業(yè)廢棄物。世界上產(chǎn)生的農(nóng)林廢棄物總共約為 30 億噸，米的殘余物最多，約為 億噸。世界上的木質(zhì)廢棄物的產(chǎn)生、可再生資源化的狀況不是很清楚，但是，與《氣候變化框架組織條約》相關(guān)聯(lián)的，針對由于木材的經(jīng)久耐用造成的碳元素儲量變化，有的締約國已經(jīng)采取行動公布其數(shù)據(jù)，從而有可能逐漸了解相應(yīng)木質(zhì)廢料現(xiàn)狀。 由于清潔、高效、可再生等突出特點，氫氣作為能源日益受到人們的重視。 (3)、禽畜糞便 禽畜糞便也是一種重要的生物質(zhì)能源。 在糞便資源中，大中型養(yǎng)殖場的糞便是更便于集中開發(fā)、規(guī)模化利用的。 1995 年中國城市總數(shù)達 640 座，垃圾清運量 10750 萬噸。 目前生物基所具有的產(chǎn)品有沼氣，生產(chǎn)生物柴油，乙醇，以及四氫呋喃等一列的化學(xué)有化工產(chǎn)品。其中，將大分子多糖降解為可生物利用的還原糖是目前最大的技術(shù)屏障。 中石化公司副總裁曹湘洪院士分析了我國石油產(chǎn)需的突出矛盾，農(nóng)林生物質(zhì)豐富的資源潛力和國外利用生物質(zhì)生產(chǎn)車用燃料和化工產(chǎn)品的現(xiàn)狀及動態(tài)，提出我國應(yīng)實施 “政府推動、企業(yè)參與、選準(zhǔn)目標(biāo)、企學(xué)研結(jié)合，著力提高經(jīng)濟性，適時實現(xiàn)企業(yè)化 ”的生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略，宜在車用乙醇燃料和乙醇下游產(chǎn)品開發(fā)、生物柴油、聚乳酸樹脂、 1， 3丙二醇等四個方面重點突破。 設(shè)計依據(jù)的技術(shù)說明： 總反應(yīng)式： C6H12O6+NaCOOH 催化劑 C6H13O6+NaOOCCOONa 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 6 生物質(zhì)基防凍液母液的生產(chǎn)原理 采用生物質(zhì)基單糖為原料，在催化劑、相轉(zhuǎn)移劑、氫轉(zhuǎn)移劑及抗氧劑等，用在常壓、低溫下進行氫轉(zhuǎn)移催化轉(zhuǎn)化，制備出紅色透明略帶香氣的液體，經(jīng)離子交換處理后，獲得比重 ，冰點－ 70℃ 到－ 75℃ ，沸點 110℃ 到 118℃ ， PH值 7－ 8，中性無腐蝕，可作為配制防凍液的母液，利用此母液進行復(fù)配，以調(diào)制不同型號不同標(biāo)準(zhǔn)不同行業(yè)使用的防凍液產(chǎn)品。 已知葡萄糖加氫反應(yīng)除影響糖結(jié)構(gòu)醛基外，也應(yīng)注意到糖分子中羥基也可受到加氫影響，形成脫氧糖，故存在另一種加氫反應(yīng)模式。 生物質(zhì)基 防凍液制備過程 按配比，向帶有加熱控溫、攪拌裝置的反應(yīng)釜中加入質(zhì)量濃度為 % 的葡萄糖或淀粉水溶液，質(zhì)量濃度為 %的甲酸鈉溶液，催化劑醋酸鎳，相轉(zhuǎn)移催化劑，+ H2O R1 HCOH (HCOH)3 R2 [2H] R1 HCH (CHOH)3 R2 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 7 再加入熱穩(wěn)定劑，抗氧化劑，攪拌，在 90110℃ 下反應(yīng) 24 小時，降溫到 30℃ ，經(jīng)離子交換后，制得一種生物質(zhì)基防凍液母液，它是微紅色透明的液體，冰點為7075℃ 。 . 利用冰點測定儀檢測產(chǎn)物的冰點的變化。 利用銹蝕測試儀測定產(chǎn)物及所配制的防凍液對金屬的腐蝕情況。易于運輸儲存，無易燃易爆危險，價格及資 源較為豐富。 相轉(zhuǎn)移劑的種類 反應(yīng)時間 /h 反 應(yīng) 現(xiàn) 象 冰點 PPG200 少量黑色聚合物、粘度中等 50 PPG400 無黑色聚合物、液體色澤 透亮 70 PPG600 有較多黑色聚合物、液體粘稠 35 PEG400 有較多黑色聚合物、液體粘稠 35 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 10 用金屬銹蝕儀測定了防凍液母液對金屬的腐蝕情況（見表 6），實驗結(jié)果表明：性能完全符合并高于國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。10 高于國家標(biāo)準(zhǔn) 4 鑄 鐵 177。10，黃銅 177。30，鑄鋁 177。具體結(jié)果見下表 8 和 表 9 。10 符合國家標(biāo)準(zhǔn) 2 黃 銅 177。30 符合國家標(biāo)準(zhǔn) 6 鑄 鋁 177。相信在未來的發(fā)展中會取得驕人的成果 。選擇蒸發(fā)器制備飽和水蒸氣，然后加熱完的水蒸氣通過回流在進入蒸發(fā)器產(chǎn)生水蒸氣如此循環(huán)。 4. 經(jīng)過過濾的產(chǎn)物存放在中間的儲藏槽中準(zhǔn)備進行下一步離子交換過程。 B 再生過程，在生過程包括反洗分成，來自料液的產(chǎn)物從交換器的底部進入上部排出，對混床進行反洗分程。操作時間一般要在 30 分鐘左右。進堿液完成后關(guān)閉進溶堿閥，堿噴射器和閥 9. 進酸液過程，酸液通過再生水泵和噴射器混合后從底部今年入交換器經(jīng)過交換器后從中部閥排出。關(guān)閉溶酸和溶堿閥，有酸液和堿液噴射閥同時送水，打 開閥 9 和閥 6 供水從中部排出，對樹脂進行置換。 8. 正洗過程 正洗過程同運行過程一樣，初級純水閥從閥一進入，從閥 2 排出。將 10%左右的氨水加 入氨水儲槽，開計量泵，調(diào)整劑量泵，將氨水加入到混床出口的水中，跳整 ph值合格。 10. 配液過程。 根據(jù)上面要求可進行如下的運算 ， 已知總反應(yīng)方程式： 2C6H12O6+2NaCOOH 催化劑 2C6H13O6+NaOOCCOONa 360 132 362 134 4057 4080 如上計算可以得出理想每小 時投入的葡萄糖量為 4057kg，甲酸鈉的量為 投入的相催化劑十六烷基三甲基溴化銨的量為： 噸 /批次 = 。 出料產(chǎn)物的量有 :加氫產(chǎn)物的量為 4000 kg ， 草酸鈉為 kg 。 表 10 物料衡算表為： 進料物料名稱 百分含量 折純量 實際進料 /批次 葡萄糖 50% 4057kg 4057kg 甲酸鈉 30% 催化 劑 100% 出料名稱 —— —— —— 加氫產(chǎn)物 —— 4000kg 4000kg 草酸鈉 —— 催化劑 —— 反應(yīng)釜中的混合物的密度計算 查表知道 ρ 葡萄糖 =1554 kg/m3 ， ρ 甲酸鈉 =1919 kg/m3， ρ 草酸鈉 =2270 kg/m3 因為加氫產(chǎn)物的密度可與葡萄糖相似 所以 ρ50%葡萄糖 =*1554 kg/m3+*996 kg/m3=1275kg/m3 ρ30%甲酸鈉 =*1554 kg/m3 +*996 kg/m3= kg/m3 ρ 進料混合 =1275* kg/m3+* kg/m3= kg/m3 ρ 出料混合 =1275*+(*2270 kg/m3+*996 kg/m3)* = kg/m3 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 17 第 4 章 熱量衡算 生產(chǎn)工程中包含有化學(xué)和物理工程，往往伴隨有能量變化，所以有必要進行能量衡算?！?) 公式中 t —表示物料的溫度， ℃ 公式中 t0—計算得基準(zhǔn)溫度， ℃ 用 Missenard 法計算得到葡萄糖的 cp 值 ， cp=（ 5*44++++4*） /180= kj/(kg℃ ) 依據(jù)上面的數(shù)據(jù)可以帶入計算式中計算 ， Q1=*4057*25+**25+**25= kj （ 1） 同理計算 Q4 Q4=4080*110*+**110*+**110= kj （ 2） Q5 的計算依據(jù) Q5=micpi（ t2t1） 式中的 mi—第 i種部件的質(zhì)量， kg 式中 cpi—第 i種部件平均等壓比熱容 kj/(kg已知反應(yīng)過程為吸熱反應(yīng)，而且反應(yīng)熱為 △ H= kj/mol 所以過程的總熱量為 Qr=*1000*4057/180= kj 已知反應(yīng)過程過程的物理熱效應(yīng)有溶解熱，溶度變化熱， 混溶熱，汽化熱在過程中主要水蒸氣的汽化熱為主其他反應(yīng)熱可以忽略 。 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 計算依據(jù)：投入反應(yīng)釜的質(zhì)量為 G 進料 為 kg ， 反應(yīng)釜中混合物的密度。 反應(yīng)釜的筒體直徑可以按照下式計算 ， Di=（ 4V/∏i） 1/3 其中 Di—筒體內(nèi)徑 V—反應(yīng)釜的有效容積 i—長徑比 帶入相關(guān)的數(shù)據(jù)得出 ， Di=（ 4*） 1/3=2540 mm 圓整到公稱直徑系列標(biāo)準(zhǔn)可以取 Di=2600 mm。 筒體高度的計算也同樣用 H=(VV 封 )/V1m 帶入數(shù)據(jù)得 ， H=（ ） /= mm 向上圓整到 2077 mm。夾套內(nèi)徑 D2 可根據(jù)筒體內(nèi)徑D1，按下表選取 表 11 夾套內(nèi)徑 D2 D1 500——600 700——1800 20xx——3000 D2 D1+50 D1+100 D1+200 夾套高 H2 由傳熱面積決定，不能低于料液的高度。 夾套高度 H2 按照下式進行計算 ， 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 21 H2=(ηVV 封 ） / V1m 式中 V 封 ——封頭容積 V1m ——1m高筒體容積 夾套所包圍的罐體表面積（筒體表面積 F 筒體 +封頭表面積 F 封頭 ）一定要大于工藝要求的傳熱面積 F，即 F ≦ F 筒體 +F 封頭 則表面積 ， F 筒體 =H2*F1m F1m——表示 1m高內(nèi)表面積 m2 F 封頭 可以通過查表得到 ， 則帶入數(shù)據(jù)得出 總傳熱面積 ， F= F 筒體 +F 封頭 =*+= m2 傳熱面積的校核反應(yīng)開始階段用飽和水蒸氣將葡萄糖加熱，從 25℃ 加熱到 90℃ 。 夾套反應(yīng)釜的強度計算 [3] 當(dāng)夾套反應(yīng)釜幾何尺寸確定后，要根據(jù)已知的公稱直徑，設(shè)計壓力和設(shè)計溫度進行強度計算，以確定筒體以及封頭的厚度。 確定筒體的厚度 選擇 16MnR銅板，在表中查出許用應(yīng) 力【 σ】 t=113 Mpa，焊縫接頭系數(shù)選擇Φ=，則筒體的厚度可以通過下面的計算式 [3]求 σ=Pc*Di/(2【 σ】 tΦ Pc) 帶入數(shù)據(jù)計算 σ=*20xx/(2*113*)= 由表查出 σ= mm，假設(shè)鋼板的負(fù)偏差為 。 反應(yīng)釜體封頭的厚度計算 受 的內(nèi)壓時， σ2=Pc*Di/(2【 σ】 tΦ ) 帶入數(shù)據(jù)計算得出 σ= mm 同上步驟，可以算出反應(yīng)釜的厚度 σ2=σ+ C2+C1=++2= mm 已知鋼板的常用厚度為（ 2,3,4,6,8,10…… ）圓整到厚度為 6 mm。 攪拌器的選型和計算 攪拌裝置的設(shè)計選型與攪拌作業(yè)目的緊密結(jié)合。 、攪拌轉(zhuǎn)速及工藝條件，從減速機選型表中選擇確定減速機機型。 在以上選型過程中，攪拌裝置的組合、配置可參考 (攪拌裝置設(shè)計選擇流程示意圖 )，配置過程中各部件之間連接關(guān)鍵尺寸是軸頭尺寸，軸頭尺寸一致的各部件原則上可互換、組合。 高粘度的流體在層流流況下，其攪拌所需要的功率可以利用粘性功率準(zhǔn)數(shù)P/μN2D3