【正文】 .................................. 32 長徑比的確定 ............................................. 32 裝料系數(shù)的確定 ........................................... 32 初步計算罐體直徑 ......................................... 33 確定罐體直徑和高度 ....................................... 33 公稱壓力 PN的確定 .......................................... 34 釜體筒體的壁厚設計 ......................................... 34 材質(zhì)的選擇 ............................................... 34 設計參數(shù)的確定 ........................................... 34 筒體壁厚設計 ............................................. 34 釜體封頭的設計 ............................................. 35 反應釜夾套 的設計 ........................................... 35 攪拌裝置的選型與尺寸設計 ................................... 36 攪拌軸直徑的設計 ......................................... 36 攪拌軸剛度及臨界轉(zhuǎn)速的校核 ............................... 37 聯(lián)軸器的型式及尺寸的設計 ................................. 37 總 結(jié) ........................................................... 39 致 謝 ........................................... 錯誤 !未定義書簽。在選型的基礎上繪制了工藝流程圖 及 主要設備裝配 圖。 Major equipment 1 引 言 本設計為 ，主要對國內(nèi)外現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)和實驗進展進行簡要的闡述和對比分析，其中參考和引用了前人的技術(shù)成果。此外甲醇是易揮發(fā)液體，在離心工序中大量甲醇揮發(fā)，即使采用引風機也難去除生產(chǎn)環(huán)境中嗆 人的氣味。 針對國內(nèi)甘氨酸生產(chǎn)廠家排放的工業(yè)廢水中含有多種污染物的特點，本設計提出采用離子交換技術(shù)回收廢液中的氯化銨，之后排放的冷凝水進入凈化系統(tǒng)進行處理 的綜合治理方案。具有較高的沸點和熔點，熔點為 ℃236~232 （分解），相對密度為 。 在飼料行業(yè)的應用 :主要作為家禽、牲畜特別是寵物等食用的飼料增加氨基酸的添加劑與引誘劑 ，不僅可以降低飼料成本、補充禽畜飼料中的營養(yǎng)成分，還可以防止飼料氧化變質(zhì)，延長飼料的保鮮期 。由于 生產(chǎn)原料、 技術(shù)及設備 等 方面的限制，我國 現(xiàn) 主要采用氯乙酸氨解法生產(chǎn)工藝 。缺點 一 是反應時間較長， 不宜連續(xù)操作；二是 副產(chǎn)物氯化銨等無機鹽類難以除去， 只能 生產(chǎn)工業(yè)級甘氨酸 ，不能滿足醫(yī)藥和食品工業(yè)的需要，若 精制 則 成本 較 高 ；三是 烏洛托品難以回收循環(huán)使用，造成原料的極大浪費，使生產(chǎn)成本增加 ；四是副產(chǎn)物鹽酸由于含有大量的無機、有機氯化物，不能直接用作化工原料，只能用于金屬除銹等行業(yè)，帶來二次污染，多余的鹽酸需用石灰等處理后再排放 ]3[ 。據(jù)報道 ]5[ ，有兩條比較理想的加壓、加溫路線。美國、日本等普遍采用此法生產(chǎn)甘氨酸。反應壓力以 ～ Mpa 為宜，壓力過低，反應釜內(nèi)氫氣分壓不高，催化劑的活性成分有可能被水氧化；壓力過高，一則對設備要求高，再就是造成催化劑的熱壓結(jié)，影響反應活性。改性阮內(nèi)銅在甘氨酸的合成工藝中可以降低成本，具有很強的工業(yè)使用價值。盡管目前生物法尚處于研究階段，但該方法具有高選擇性，無污染，將是極具發(fā)展?jié)摿Φ暮铣陕肪€。 8 國內(nèi)外甘氨酸的生產(chǎn)現(xiàn)狀 國外甘氨酸生產(chǎn)廠家主要有美國的查特姆公司、法國的斯帕西亞公司、日本的有機合成藥品公司、昭和電工公司和昧之素公司等。s mainly glycine manufacturer and production capacity 生產(chǎn)廠家 生產(chǎn)能力 )( at 石家莊農(nóng)藥化工廠 500 河北東華化工總公司 3600 河北省萬全縣化肥廠 600 河北奇峰化工有限公司 500 平山縣有機化工廠 600 河北省保定市中原化工廠 3200 河北省武強縣化工六廠 800 太原化學工 業(yè)集團公司磷肥廠 700 上?；じ叩葘？茖W校實驗工廠 10000 江蘇省漣水化肥廠 2020 江蘇省濱?；S 1500 浙江省新安江化工（集團）股份有限公司 1000 河南省新鄉(xiāng)縣華宇福利膠黏劑廠 1400 甘氨酸市場需求分析 近期，國內(nèi)甘氨酸市場需求快速增長，我國的甘氨酸產(chǎn)量已從 2020年的 2萬噸增加到2020年的 13萬噸左右。在國內(nèi)，由于沒有相應的食品級甘氨酸質(zhì)量標準和采用新工藝的生產(chǎn)裝置，使得一些食品加工企業(yè)只能從國外進口，并且極大地阻礙了甘氨酸應用領域的擴展，據(jù)預測中國食品行業(yè)的潛在需求量為 10kt。現(xiàn) 主要采用以氫氰酸、羥基乙腈為原料的 kerStrec 工藝和 Hydantion 工藝 ， 并有采用生物技術(shù)由甘氨腈生產(chǎn)甘氨酸的發(fā)展趨勢。 本設計所選路線及任務 本設計要求年生產(chǎn) 5500 噸的甘氨酸，考慮到產(chǎn)量較大，且其它生產(chǎn)工藝只在實驗階段，或在國內(nèi)技術(shù)不成熟，本設計選用了氯乙酸氨解法生產(chǎn)工藝，并從催化劑、反應條件及母液、尾氣的處理方法等幾個方面對傳統(tǒng)的氯乙酸氨解法進行稍加優(yōu)化。 無色透明易 燃液體，有刺激性酸臭及較強的腐蝕性；相對密度： （ 20℃ ）；凝固點： ℃ ；沸點：℃ ；閃點： ℃ （閉杯）， 自燃點： 465℃ ；爆炸極限： %～ 16%；能溶于水、醚及甘油，不溶于二硫化碳，與醇能發(fā)生酯化反應。 ③ 硫磺 （ Sulfur）：分子式為 S， 相對分子量為 32。受熱分解產(chǎn)生有毒光氣和氯化物氣體。質(zhì)量指標如下表 。有油類存在時， 13 更增加燃燒危險。工業(yè)級甲醇的質(zhì)量指標如下表 所示。因此必須對該生產(chǎn)工藝進行優(yōu)化，縮短生產(chǎn)工藝路線，減少固定投資及生產(chǎn)環(huán)節(jié)，以降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)安全性，提升產(chǎn)品的市場競爭力。 將反應完全的氨解反應液送入醇析結(jié)晶反應釜中，從頂部加入 甲醇 ，并攪拌，通過夾套內(nèi)的冷卻水將溶液溫度降至 30～ 45℃，停止攪拌，靜置若干小時，溶液中有白色結(jié)晶析出。同時設置的吸收塔和精餾塔使反應產(chǎn)生的副產(chǎn)品氯化銨、氯化氫都能夠回收循環(huán)利用，節(jié)省了成本；對環(huán)境的污染程度有所降低，并且分離出的產(chǎn)品純度較高。因此甘氨酸合成時一定要在低溫下進行，需采用夾套冷卻水控制反應溫度在 60～ 70℃。此外， pH 值偏低，會使反應不充分，收率必然下降。這樣操作的原因是：由于第一次加入的甲醇是少量的，所以氨基乙酸過飽和度不是很大，會在溶液中析出數(shù)量不是很大的細小結(jié)晶；第二次加入大量甲醇時，這些細小的結(jié)晶起到了晶種的作用，大量析出的氨基乙酸在晶種表面上聚集，結(jié)晶得以長大。 其他工序涉及到的工藝指標 ① 離心過濾操作：離心過濾時所選用的甲醇濃度為 92%～ 95%。因此，每次放料后，應及時進行清理，并將清理下的片狀結(jié)晶砸碎，在下次投料時摻入反應釜中加以回收。 ③ 已知定量 氯化釜投料配比 液氯：硫磺：冰醋酸 =1::；離心后水分含量為 %；吸濾及離心過程產(chǎn)品按損耗 9%計；催化劑用量按氯乙酸的 %計算；吸濾及離心過程甲醇按損耗 %計算；精餾效率為 99%；吸收塔 總吸收率約為 100%。 表 物料衡算總表 Total material balance sheet 每次進 口物料 每次出口物料 產(chǎn)品 排放物 進料組分 t 出料組分 t 排放組分 t 冰醋酸 甘氨酸 氯化銨 硫磺 釜殘液 液氯 回收甲醇 液氨 甲醇 水 烏洛托品 總計 總計 熱量衡算 反應過程中，溫度的控制至關重要。 則 ? ? 11 .101 ???總 2 8 0 4 ?? = hKg = sKJ ? ? 22 ???總 =? hKg == sKJ 設換熱器汽化段換熱有效面積為 1換A 計算逆流平均溫度差 1,逆mt? 蒸汽 C?142 C?100 氨 C?35 C?.433 溫度差 C?107 C?.4133 2 .41 3 31 0 71, CCt m ?? ??? 逆 C?120? 按逆流計算的平均溫度差要乘以校正系數(shù) w，換熱器的流動類型為多折流 2 殼程多管程處理，計算參數(shù) 1P 及 1R 4 2 11121 ??????? CC CCtT ttP ?? ?? 10014212 211 ??????? CC CCtt TTR ?? ?? 27 查圖得 ?? ；則 Ktt mm ,11 ???? 逆? 求總傳熱系數(shù) 1K （忽略污垢熱阻）， 212111 111ddddbKm????? ??? （ 35） 一般氣體在裝置的管路上，流速按經(jīng)驗在 10～ 20 sm 之間，我們按最低流速 smu 10?計算，則需要管路截面積大小為： uqA NHv 3,2 ? 液氨體積流量為 m o lmm o lkg hkgq NHv 333, ?? ???? ? ??? uqd NHv 3,22 4 （ 36） 22d 3600 3??? sm sm m? 則 mmd 1082 ? 根據(jù)計算，我們選用 規(guī)格為 6121?? 的無縫鋼管 , 則 mmd 1211 ? ； mmd 1092 ? ； 2 21 dddm ?? mm115?； mmb ? ； 查資料得：鋼的導熱系數(shù) ? ?KmW ?? 451? ； 蒸汽冷凝的對流傳熱系數(shù) ? ?KmW ?? 21 104? ； 管內(nèi)走氨氣，蒸汽的體積流量為 hmq NHv 3, 7 5 0 63 ?，在 6121?? 管內(nèi)，計算流速 1u ： 221 2 ??????? dA ? 2)21 0 (1 4 1 m??23103. m??? 1,1 3Aqu NHv? 23 m hm??? ? 氨氣的物性系數(shù)，查資料得： ? ?KmW ?? ? ； 261 msN ??? ?? ； 31 mkg?? ； 由 2111Pr ? ??? pC （ 37） 28 知 1Pr 63 ????? ? 由 11121Re ? ???? ud （ 38） 知 1Re ?? ??? ?410? 所以該流動為湍流。因此，熱量移走和移走的多少非常重要。 氨化合成釜中的物料衡算方塊圖如圖 所示： 圖 氨化合成釜的物料衡算圖 Material balance sheet of ammoniation synthesis tank 化學方程式： ClNHC O O HCHNHNHC O O HC lC H 42232 2 ???? ??? 烏洛托品 34 75 由反應方程式計算可知： 所得甘氨酸的量為： ?75? = 所得氯化銨的量為： ?? = 消耗氨的量為： ?34? = 已知氨的純度為 %，為使反應徹底需通過量 5%的氨氣，則共消耗氨的量為： ? %?105%= 烏洛托品： ?%?%= 因氨解過程中加入新鮮水與烏洛托品的比例約為 :1 ]16[ ，可知所需新鮮水的量為： 22 ?= 烏洛托品中其他成分的量： ?%?%= 共加入水的量： (++)kg= 雜質(zhì)： （ ?%+?%+） kg= 由以上計算知氨化釜的物料衡算如圖 ： 圖 氨化合 成釜的物料衡算圖 Material balance sheet of ammoniation synthesis ta