【正文】 2022 年 6 月 10 日課題名稱(chēng) 年產(chǎn) 50 萬(wàn)標(biāo) m3 溶解乙炔工藝設(shè)計(jì) 姓 名 賴(lài)志強(qiáng) 學(xué) 號(hào) 090810327 院 系 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 化學(xué)工程與工藝 指導(dǎo)教師 尹志芳 ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ 2022 屆學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )材料 （四） 目 錄 摘要 ………………………………………………………………………………錯(cuò)誤 ! 未 定 義 書(shū) 簽 。在當(dāng)今迅猛發(fā)展的國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有及其重要的地位，是國(guó)家大力發(fā)展和推廣的一項(xiàng)新工藝。干法乙炔發(fā)生是對(duì)濕法乙炔發(fā)生的改進(jìn)。 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(guó)發(fā)明了 一種特殊的鋼瓶，在瓶中填滿(mǎn)一種多孔物質(zhì)，并在多孔物質(zhì)上浸潤(rùn)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。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。熔點(diǎn)（ ） ℃ ，沸點(diǎn) 84℃ ，相對(duì)密度 (82/4℃ )，折射率，折光率 （ 0℃ ），閃點(diǎn)（ 開(kāi)杯） ℃ ，自燃點(diǎn) 305℃ 。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(lái)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)。 5. 溶解乙炔車(chē)間設(shè)備設(shè)計(jì)與選型 乙炔發(fā)生器的選型 乙炔發(fā)生器 [8]是用水分解電石，制取氣態(tài)乙炔的設(shè)備，是溶解乙炔生產(chǎn)裝置中的重要設(shè)備之一，乙炔發(fā)生器的性能好壞，將直接影響到成套設(shè)備的安全性能和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。 查相關(guān)資料取總傳熱系數(shù) ? ? ℃mW300?K 計(jì)算熱負(fù)荷 乙炔氣計(jì)算，即 kWTTCmQ p 0 5 9 5 83 6 0 0/)401 1 6(102 2 )( 32111 ???????? 式中： m1——乙炔的流量 ， m3/h； CP1——乙炔的比熱 ， kJ/kg℃ ； T1——乙炔進(jìn)口溫度 ， ℃ ； T2——乙炔出口溫度 ， ℃ ； 計(jì)算冷卻用水量 忽略熱損失，則水的用量為 )( )( 331222 ???????? TTC QmPkg/s= kg/h 式中： m2——水的質(zhì)量流量 ， kg/h； CP2——水的比熱 ， kJ/kg℃ ； T1——水進(jìn)口溫度 ， ℃ ； T2——水出口溫度 ， ℃ ； 估算傳熱面積 15 31 ?? ???? mtK QAm2 式中： K——總傳熱系數(shù) ， W/(m2取弓形折流板圓 17 缺高度為殼體內(nèi)徑的 25%，則切去的圓缺高度為 h=1000=250mm, 取h=250mm。在此筒體的材料選擇 Q345R 設(shè)計(jì)溫度需用應(yīng)力 ? ? 163?t? MPa， 鋼板負(fù)偏差 1= ， 腐蝕余量 2 = 。在不同的假定下，可得到各種不同計(jì)算方法各計(jì)算結(jié)果，在此采用 GB151 標(biāo)準(zhǔn) [12]中管板計(jì)算方法來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算管板。 接管宜與殼體內(nèi)表面平齊；對(duì)于不能利用接管（或接口）進(jìn)行放氣和排液的換熱器，就在管程和殼程的最高點(diǎn)設(shè)置放氣口，最低點(diǎn)設(shè)置排液口，其最小公稱(chēng)直徑為 20mm；立式換熱器可設(shè)置溢流口。我國(guó)的壓力容器法蘭自成體系、目前最新的標(biāo)準(zhǔn)為 JB/T470047072022壓力容器法蘭 [14]。 根據(jù)勞動(dòng)定員原則，擬計(jì)劃的本集團(tuán)定員情況如表 9所示： 表 9 年產(chǎn) 50萬(wàn)標(biāo) m179。第四，要考慮將來(lái)擴(kuò)建及增建的余地，為今后生產(chǎn)發(fā)展、品種改革、技術(shù)改造提供方便。從全局出發(fā)，正確處理工業(yè)與農(nóng)業(yè)、城市與鄉(xiāng)村、遠(yuǎn)期與近期以及協(xié)作配套等各種關(guān)系，并因地制宜，節(jié)約用地，不占或少占耕地及林地。 （ 10） 安全防護(hù)：要符合城市及區(qū)域規(guī)劃，并滿(mǎn)足人防的要求。對(duì)于為新產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的廠房，由于在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于工藝路線還需不斷改進(jìn)和完善，所以一般都設(shè)計(jì)成一個(gè)高單層廠房，利用便于移動(dòng)、拆裝、改建的鋼操作臺(tái)代替鋼筋混凝土操作臺(tái)或多層廠房的樓板，以適應(yīng)工 藝流程改變的需要。其次，必須從生產(chǎn)需要出發(fā)，最大限度的滿(mǎn)足生產(chǎn)包括設(shè)備維修的要求。 換熱器主要工藝結(jié) 構(gòu)參數(shù)和計(jì)算結(jié)果一覽表 31 表 7 換熱器主要工藝結(jié)構(gòu)參數(shù)和計(jì)算結(jié)果一覽表 參數(shù) 管程 殼程 流率 /（ kg/h) 溫度 (進(jìn) /出） ℃ 30/38 物 性 參 數(shù) 定性溫度 /℃ 密度 /(kg/m3) 比熱容 /[kJ/(kg℃ )] 粘度 /mPas 104 104 熱導(dǎo)率 /[W/(m℃ )] 普朗特?cái)?shù) 設(shè) 備 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 型式 浮頭式 臺(tái)數(shù) 1 殼體內(nèi)徑 /mm 1000 殼程數(shù) 1 管子規(guī)格 Φ 19mm2mm 管心距 25 管長(zhǎng) /mm 6000 管子排列 正方形 管子數(shù)目 /根 630 折流板數(shù) 19 傳熱面積 /m2 折流板距 300 管程數(shù) 2 材質(zhì) 碳鋼 主要計(jì)算結(jié)果 管程 殼程 流速 / 1 10 傳熱膜系數(shù) /[W/(m2℃ )] 1200 熱負(fù)荷 /kW 傳熱系數(shù) /[W/(m2℃ )] 裕度 /% 32 6. 主要設(shè)備一覽表 表 8 主要設(shè)備一覽表 7. 定員 不同層面職能 管理層：公司領(lǐng)導(dǎo)班子主要負(fù)責(zé)戰(zhàn)略決策管理，負(fù)責(zé)對(duì)過(guò)程進(jìn)行統(tǒng) 一計(jì)劃、指揮、控制和協(xié)調(diào)；職能部室在公司領(lǐng)導(dǎo)班子的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下，代表公司行使管理職能，主要負(fù)責(zé)對(duì)公司所有生產(chǎn)要素進(jìn)行統(tǒng)一控制管理、對(duì)作業(yè)層進(jìn)行業(yè)務(wù)指導(dǎo)、為領(lǐng)導(dǎo)班子決策提供各種技術(shù)和信息支持。 根據(jù) GB150 鋼制壓力容器鞍座設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、公稱(chēng)直徑為 1000mm 的容器、其鞍座的尺寸結(jié)構(gòu)見(jiàn)表 5。 管板布管區(qū)當(dāng)量直徑 tD ???? ? tt AD 換熱管的有效長(zhǎng)度為： L 222tnL L l?? ? ? 式中 tL? 換熱管長(zhǎng)， mm； n?? 管板的名義厚度， mm； 2l? 換熱管與管板脹接長(zhǎng)度或焊腳高度， mm； 根據(jù)換熱管外徑 0 19d mm? 查《管殼式熱交換器設(shè)計(jì)手冊(cè) GB151》 [12]知管板最小厚度 m i n 19 m m? ? ? ? ?，在這里取 mm20?n? 。 圖 4 浮頭簡(jiǎn)圖 布管限定圓直徑 LD ? ? ? ? 9 3 0 0 02 21 ?????????? bbbDD iL mm 浮頭法蘭和鉤圈的內(nèi)直徑 fiD ? ? ? ? mm9 5 020521 0 0 02 1 ???????? nifi bbDD 24 浮頭法蘭和鉤圈的外直徑 feD mm1 0 8 080 ??? ife DD 外頭蓋內(nèi)直徑 D mm1 1 0 01 0 01 0 0 01 0 0 ????? iDD 浮動(dòng)管板外徑 0D mm9905210002 10 ?????? bDD i 選擇所用參數(shù)，繪制如下表格。其傳熱面積為： ?? tLNdF ? m2 殼體 殼體材料除要滿(mǎn)足一定的強(qiáng)度外，由于制造 過(guò)程中經(jīng)過(guò)卷板、沖壓和焊接，故要求材料有一定的塑性和可焊性，一般采用含碳量較低的 Q345R、 nR?16 等，現(xiàn)選用鋼。弓形折流板又可以分為單弓形、雙弓形、三弓形。 確定設(shè)計(jì)方案 兩流體溫度變化情況：熱流體是乙炔，進(jìn)口溫度 oC，出口溫度 40oC；冷流體（循環(huán)水）進(jìn)口溫度 30 oC，出口溫度 。 （ 8） 充罐乙炔氣體量： 充罐乙炔量 =（充罐后瓶中） （充罐前瓶中） 乙炔最大充罐量可按下式計(jì)算： VG ? ? 式中： ＆ 填料孔隙率 % V鋼瓶實(shí)際容積 L Gmax乙炔限定充裝量 kg 由上式可得 ： Gmax = （ 9） 生產(chǎn)乙炔瓶總數(shù) ?年生產(chǎn)乙炔瓶總數(shù)： 75900（瓶） ?日生產(chǎn)乙炔瓶數(shù)： 253（瓶） （ 10）發(fā)生器的物料衡算： 電石投入量 M1= 熱量的散失 Q 累積 產(chǎn)生的乙炔 V1 電石渣 M2 產(chǎn)生的廢氣 V2 發(fā)生器 11 總物料： ∑m 入 =∑m 出 則： F=W+P M1=M2+V1+V2 （ 11）發(fā)生器的熱量衡算： 由于電石與水在發(fā)生器里是根據(jù)化學(xué)反應(yīng)自發(fā)所產(chǎn)生的熱量，所以我們?cè)谶@里就只能夠看其本身的熱量衡算了。為了安全生產(chǎn)，系統(tǒng)設(shè)有安全水封和逆水封。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)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％。 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。 3 A 天然氣部分氧化法 （ 1）我國(guó)的天然氣儲(chǔ)量比較大，便 于開(kāi)采； （ 2）天然氣相對(duì)于其它的能源來(lái)說(shuō)比較經(jīng)濟(jì)； （ 3）天然氣部分氧化法在工藝上存在一定的危險(xiǎn)性； （ 4）天然氣部分氧化法在設(shè)備的投資成本上不經(jīng)濟(jì)； B 煤等離子體法 （ 1）煤在我國(guó)的存儲(chǔ)量比較大； （ 2）煤在相對(duì)于石油和其它的新興能源上有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)； （ 3）煤在化工生產(chǎn)中產(chǎn)生的污染較為嚴(yán)重； （ 4）煤等離子體法是一種高技術(shù)的手段其可行性和穩(wěn)定性值得商榷； （ 5）煤等離子體法的設(shè)備投資成本不經(jīng)濟(jì)； C 干法和濕法制乙炔 （ 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(píng)估 通過(guò)比較和細(xì)致的觀察，加上對(duì)乙炔市場(chǎng)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(wèn)題。 關(guān)鍵詞： 換熱器；溶解乙炔氣體；乙炔發(fā)生器 50 Million Standard m3 Dissolved of Acetylene Process Design per Year Lai Zhiqiang (2022 year Student of Chemical Engineering and Technology Major,Hunan City University, Yiyang, Hunan, 413000, China) Abstrsct:In this paper, an annual output of 50 million standard m3 dissolved acetylene production tasks, process design for the entire production process,Major equipment includes acetylene generator, heat exchanger, purification tower, and the metering tank, the receptacle of each step, receiving tanks, pressors and other additional equipment. Key words: Heat exchanger。 1. 概述 ………………………… ……………………………………………………錯(cuò)誤 ! 未 定 義 書(shū) 簽 。乙炔燃燒時(shí)能產(chǎn)生高溫，氧炔焰的溫度可以達(dá)到 3200℃ 左右，用于切割和焊接金屬。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(kāi)始被用于照明。 1936 年法商又在青島開(kāi)設(shè)東方修焊公司，這就是我國(guó)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(guó)沿海的航標(biāo)燈。