【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 產(chǎn)所使用的電石粒度?。ㄐ∮?5mm），其產(chǎn)生的雜質(zhì)為干粉末，比較容易處理，但移動(dòng)設(shè)備多，設(shè)備復(fù)雜，嚴(yán)密性較高，操作技術(shù)要求較高 [4]。其反應(yīng)式為： CaC2 +H2O→ C2H2 ↑ + CaO 濕 法電石乙炔法 濕式 電石乙炔 發(fā)生 法是將電石投入到過(guò)量的水中，每 一 千克電石需 要 10～ 20 千克的水。反應(yīng) 釋放 的熱量大部分由水吸收。其產(chǎn)生的雜質(zhì) 為 Ca(OH)2，水澄清后返回發(fā)生器繼續(xù)使用。 產(chǎn)生的渣漿最終用泵輸 送至排渣場(chǎng)。其反應(yīng)式為： CaC2 +2H2O→ C2H2 ↑ + Ca(OH)2 ↓ 干法與濕法的比較 目前國(guó)內(nèi) 電石法制 乙炔發(fā)生的方法主要 由濕法和干法兩種組成 。兩者在收率、生產(chǎn)成本、生產(chǎn)能力、設(shè)備要求以及技術(shù)要求等方面存在著 諸多 差異。兩者之間的具體比較見(jiàn)表21 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 表 21 濕法和干法乙炔發(fā)生的比較 序號(hào) 項(xiàng)目 干法 濕法 1 電石質(zhì)量及粒度 粉末狀 不能用低級(jí)品及粉末 2 發(fā)生器生產(chǎn)能力 大 小 3 操作法 連續(xù) 間歇式半連續(xù) 4 發(fā)生器溫度 100～ 110℃ 80177。5℃ 5 發(fā)生器壓力 定壓 定壓 6 乙炔純度 %左右 %以上 7 H3P 含量 ～ % ～ % 8 H2S 含量 ～ % 30 ml/m3 9 經(jīng)清凈后的乙炔純度 良 良 10 電石收率 97% 94～ 96% 11 電石消耗 略大 小 12 使用水量 少 多 13 用 N2 量 少 多 14 工時(shí) 少 多 15 沉淀池 不需 需要大的 16 熟石灰 不易 較易 17 操作技術(shù) 要求高 一般 18 設(shè)備要求 復(fù)雜 簡(jiǎn)單 雖然干法乙炔的收率高，生產(chǎn)能力相對(duì)較大，可以節(jié)約生產(chǎn)的成本，但技術(shù)的要求高，設(shè)備較復(fù)雜，操作技術(shù)要求高，濕法乙炔發(fā)生雖然有其局限性，但是現(xiàn)在仍被許多的大型企業(yè)所利用。其經(jīng)濟(jì)性和設(shè)備的安全性、穩(wěn)定性是其最大的優(yōu)點(diǎn) [4]。 濕式電石乙炔法 從上世紀(jì)六十年代 起 經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn)仍然沿用至今，所以 本次的畢業(yè)設(shè)計(jì) 選擇濕法乙炔發(fā)生 法作為 設(shè)計(jì) 的方案。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 生產(chǎn) 原料 規(guī)格要求 與 選擇 電石 電石化學(xué)名稱為碳化鈣，分子式為 CaC2，化學(xué)純碳化鈣幾乎是無(wú)色透明的晶體。極純的碳化鈣結(jié)晶是天藍(lán)色的大晶體，其顏色與淬火的鋼相似，不溶于任何溶劑中。工業(yè)電石的主要成份是碳化鈣 ，其余由游離氧化鈣、 碳 、 硅、鎂、鐵、鋁的化合物 以 及少量的磷化物、硫化物 組成 。工業(yè)用電石純度約為 70%~80%，雜質(zhì) CaO 約占 24％，碳、硅、 鐵、磷化鈣和硫化鈣等約占 6％。本設(shè)計(jì)所用 電石 的組成如表 31 所示 表 31 所用電石的組成 序號(hào) 組 分 分子式 組成（ %） 1 碳化鈣 CaC2 2 氧化鈣 CaO 3 二氧化硅 SiO2 4 氧化鐵 Fe2O3 5 氧化鋁 Al2O3 微量 6 氧化鎂 MgO 微量 7 碳 C 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)及 主要 設(shè)計(jì) 工藝技術(shù)指標(biāo) 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 以電石為原料，采用濕法工藝對(duì)年產(chǎn)能力為 20 萬(wàn)噸的乙炔生產(chǎn)工藝進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。年工作日為 300 天，每天 24 小時(shí)，連續(xù)操作。 濕法乙炔生產(chǎn)原理 （ 1） 乙炔發(fā)生 電石遇水生成乙炔氣和氫氧化鈣 ，同時(shí)放出很大的熱量。因工業(yè)電石不純，其中雜質(zhì)遇水后也能起反應(yīng)，生成相應(yīng)的雜氣。其主副反應(yīng)如下： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 主反應(yīng) CaC2 + 2H2O→ C2H2↑ + Ca(OH)2↓ 副反應(yīng) CaO + H2O→ Ca(OH)2 ↓ CaS + 2H2O→ Ca(OH)2 ↓ + H2S↑ Ca3P2 + 6H2O→ 3Ca(OH)2 ↓ + 2PH3↑ Ca3N2 + 6H2O→ 3Ca(OH)2 ↓ + 2NH3↑ Ca2Si + 6H2O→ 2Ca(OH)2↓ + SiH4↑ CaAs2 + 6H2O→ 3Ca(OH)2 ↓ + 2AsH3↑ 由于發(fā)生上述副反應(yīng)，故在粗乙炔氣沖含有 PH H2S、 NH AsH SiH4等雜質(zhì)。 影響乙炔產(chǎn)量的因素主要有以下幾點(diǎn)：電石的粒度；電石的純度； 電石在發(fā)生器內(nèi)的停留時(shí)間 ； 反應(yīng)的溫度等。 電石 的 水解反應(yīng)是液 — 固相反應(yīng)，電石 的 粒度越小，則與水接觸 的相對(duì) 表面積 就會(huì) 越大，反應(yīng)速度 就 越快。但粒度也不宜過(guò)小，否則 電石的 水解速度過(guò)快， 將會(huì)導(dǎo)致 反應(yīng)熱不能及時(shí)移走，發(fā)生局部過(guò)熱 從 而引起分解爆炸 的 危險(xiǎn)。粒度過(guò)大，則電石反應(yīng)慢，在排渣時(shí)容易帶走未水解的電石，造成電石耗量上升 。不同粒度的電石在不同溫度下水解速度的區(qū)別是較大的。隨著溫度的升高，水解速度加快，小粒度電石更為顯著。 電石 的 純度越高，水解 的 速度越快，單位發(fā)氣量就越大，反之就會(huì)越慢。 電石發(fā)生器的結(jié)構(gòu)決定著 電石在發(fā)生器內(nèi)的停留時(shí)間，對(duì)一定粒度的電石必須保證其完全水解的停留時(shí)間，以便電石 同 水有良好的接觸 ，能夠充分反應(yīng) 。同時(shí)，隨著反應(yīng)溫度的上升，乙炔在電石渣中溶解度下降，顯著的降低電石消耗。因此，適當(dāng)提高反應(yīng)溫度是比較有利的 [3]。 （ 2） 乙炔氣的壓縮 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 31 水環(huán)泵工作原理圖 水環(huán)壓縮機(jī)又 被稱為 水環(huán)泵，泵的外殼為圓形 。泵 中有偏心安裝的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上有葉板， 當(dāng)泵內(nèi)以水充滿到一定高度，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 形成水環(huán)，由于具有偏心距，此水封將葉板 密封 ， 從 而使葉板間形成 大量 小室。在旋轉(zhuǎn)的前半周，這些小室 體積 增大，由于通過(guò)進(jìn)口處將氣體吸入，在旋轉(zhuǎn)的后半周，小室的體積 變小 ，于是將氣體壓縮，迫使氣體從壓出口排出，往返連續(xù)運(yùn)行，即乙炔連續(xù)壓送的過(guò)程。 （ 3） 乙炔清凈 乙炔清凈主要是 為了 除去乙炔中 H3P、 H2S、 NH SiH AsH水、二氧化碳等一些對(duì)后面工序正常生產(chǎn)有害的雜質(zhì)氣體。運(yùn)用 NaClO 的凈化原理 ,把還原性化合物 PH H2S、NH SiH AsH3等氧化成相應(yīng)的酸， 隨后 用 NaOH 溶液 中和酸并除去 粗制氣體中的 二氧化碳，最后 將 堿沫和乙炔中的水分 用低溫水洗去 。 工藝流程敘述 本設(shè)計(jì)采用的是濕法乙炔生產(chǎn)工藝，工藝流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖 32。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 水廢堿廢 NaCLO水水電石渣氣液分離器冷凝器合成緩沖器中和塔氣柜冷卻塔水封 清凈塔電石發(fā)生器水環(huán)壓縮機(jī)水NaCLO溶液堿液 圖 32 濕法工藝流程圖 將 被電石破碎機(jī) 破碎成一定粒度的電石投入到裝有水的乙炔發(fā)生器 中 ，電石進(jìn)入 后，與水 發(fā)生水解反應(yīng)。發(fā)生器底部的電石渣，定期經(jīng) 由 排渣口 用泵送至 渣漿池。反應(yīng)產(chǎn)生的乙炔氣導(dǎo)出后，進(jìn)入 設(shè)有噴淋裝置 冷卻塔與生產(chǎn)上水進(jìn)行逆流接觸。 從而 使乙炔冷卻至40℃ ，然后從冷卻塔頂部導(dǎo)出， 大部分乙炔 通過(guò)管路直接 由乙炔水環(huán)壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，然后被送至 乙炔清凈裝置 當(dāng)中， 少部分 乙炔氣體存入 乙炔氣柜。當(dāng)發(fā)生器 出現(xiàn) 供氣不足時(shí) 的情況時(shí) ，氣柜的氣體 將 起 到 補(bǔ)充作用 ， 當(dāng)發(fā)生器供氣過(guò)量時(shí)，氣柜起貯存作用。進(jìn)入清凈塔的粗乙炔氣體含有 PH H2S、 NH SiH AsH水、二氧化碳等 一系列 雜質(zhì)。通過(guò)向清凈塔內(nèi)投加強(qiáng)氧化劑 ， 可把還原性化合物 PH H2S、 NH SiH AsH3等氧化成相應(yīng)的酸，然后進(jìn)入 到 中和塔用堿液中和酸 ， 并除去二氧化碳 等酸性氣體。 中和塔 導(dǎo)出的 乙炔氣體被 冷凝器除去大量水分后，所得到的乙炔便是我們所需的產(chǎn)品。 生產(chǎn)流程要求及部分技術(shù)指標(biāo) （ 1） 原料的加入 將 電石分廠破碎成 50～ 80mm 粒度的原料電石，裝 在吊斗內(nèi)，稱重后用電石運(yùn)輸小車從導(dǎo)軌運(yùn)至本工序。 將電石吊斗推到提升口，由電動(dòng)葫蘆吊斗 將電石送 到乙炔發(fā)生器上部的電石加料斗上。然后進(jìn)入用 N2 置換合格后的第一貯斗內(nèi)，并繼續(xù)通入 N2，將隨電石帶入 發(fā)生器 的空氣置 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)銀川學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 換掉，再進(jìn)入用 N2置換合格后的第二貯斗。在電磁振動(dòng)給料機(jī) 與倉(cāng)壁振動(dòng)器的協(xié)助下，將電石均勻的 加入 到 發(fā)生器中。 （ 2） 發(fā)生 在 發(fā)生器內(nèi) 充入 75％ 體積的水，電石進(jìn)入后發(fā)生水解反應(yīng)。 主要用來(lái)自廢水高位槽的廢水， 適當(dāng) 補(bǔ)充生產(chǎn)上水， 不斷由溢流管排出帶有石灰乳的水溶液 ，帶出大部分反應(yīng)熱 ，以及加入的室溫水，會(huì) 保持 發(fā)生器溫度控制在 80177。5℃，使生產(chǎn)正常進(jìn)行。發(fā)生器的液位是由 溢流 來(lái)保證 。 發(fā)生器內(nèi)設(shè)有四層攪拌耙齒。使電石與水的接觸面不斷更新，充分進(jìn)行反應(yīng)。產(chǎn)生的粗乙炔氣從發(fā)生器 的上部導(dǎo)出，通過(guò) 正水封至冷卻塔。 當(dāng)發(fā)生器的操作壓力超過(guò)工藝要求時(shí)，乙炔氣體通過(guò) 安全水封自動(dòng)放空。當(dāng)壓力低于操作壓力時(shí)，乙炔 氣體 由氣柜經(jīng)逆水封補(bǔ)充到發(fā)生器內(nèi)， 從而維持操作壓力 平衡。 （ 3） 冷卻與調(diào)節(jié) 乙炔氣 經(jīng)由 正水封導(dǎo)出后，進(jìn)入 設(shè)有噴淋裝置冷卻塔與生產(chǎn)上水進(jìn)行逆流接觸 。使乙炔 氣體的溫度下降 至 40℃，然后從冷卻塔的 頂部導(dǎo)出，大部分 通過(guò)管路 直接 由水環(huán)泵 進(jìn)行壓縮然后進(jìn)入乙炔清凈裝置。少部分 氣體 進(jìn)入乙炔氣柜。當(dāng)發(fā)生器供氣不足時(shí)，氣柜的氣體起 到 補(bǔ)充 的 作用，當(dāng)發(fā)生器供氣過(guò)量時(shí)，氣柜起貯存作用。 （ 4） 次氯酸鈉的配制 將 45%濃堿 打入 濃堿槽，靠位差 自動(dòng) 流進(jìn)稀堿槽 中，同 水配成 6%的稀堿液。通過(guò)堿泵打到稀堿高位槽后 ，通過(guò) 流量計(jì) 自動(dòng)流入 NaClO 配制槽頂部文丘里混合器的入 口。 氯氣從氯氣鋼瓶出來(lái)， 通過(guò)氯氣緩沖罐，經(jīng)流量計(jì)進(jìn)入文丘里混合器氯氣入 口。 水自外管 通過(guò) 流量計(jì)進(jìn)入文丘里水 入口。堿液，氯氣和水 三者在文丘里混合器中 發(fā)生反應(yīng) ，得到 NaClO 溶液，貯入 NaClO 配制槽中 以 供清凈塔使用。 在