【文章內(nèi)容簡介】 于 （ 2）甘 油： 甘油的重要用途是制取三硝酸甘油酯，三硝酸甘油酯是無色或淡黃色有油狀物，微溶于水，溶于丙酮、醚等有機溶劑中。它是非常容易爆炸的物質(zhì)，稍受震 動就能引起猛烈爆炸，爆炸時分解成氮氣、二氧化碳、水蒸氣和氧氣，并放出大量的熱。現(xiàn)在一般是把三硝酸甘油酯吸收在木屑、硅藻土等多孔性物質(zhì)里，以及跟一定量的硝化棉、硝酸銨等物質(zhì)混合，制成甘油炸藥，應(yīng)用廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5000t/a 松香 甘油 酯生產(chǎn)工藝設(shè)計 15 于爆破工程和國防上。硝酸甘油酯在生理上有擴張血管的作用，用作心臟病急救藥。甘油的另一重要用途是制備醇酸 樹脂 ，而醇酸樹脂是醇酸瓷漆的原料。甘油有甜味、無毒，在食品工業(yè)上可作為甜味添加劑。甘油具有很強的吸水性，煙草、皮革用甘油處理后可防霉、不變硬、使皮革柔軟。它對皮膚無刺激作用，涂上皮膚上可以滋潤皮膚。因為它的吸水性，在 許多軟膏制品(如牙膏、香脂、醫(yī)用軟膏等 )中加入一定量的甘油后可以防止干結(jié)。甘油的水溶液的冰點很低，例如 %的甘油溶液的冰點為 ℃ ，所以，甘油水溶液可以作防凍劑和致冷劑。此外，甘油還作為潤濕劑、潤滑劑應(yīng)用于印刷、紡織、機械加工等方面。 生產(chǎn)工藝流程圖 松香酯生產(chǎn)工藝流程圖見附錄中附圖的附圖 1。 生產(chǎn)流程說明： 將原料松香投入松香熔解釜，加熱熔化，并通 CO2，松香熔化后，借真空吸入反應(yīng)鍋中。開始攪拌，攪拌速度為 100r/min。松香投入的初始溫度一般都為 20。 C，我們設(shè)計在溫度 C 進 行松香液放出，進入反應(yīng)釜。 在進行 酯化反應(yīng)時候，為了縮短酯化反應(yīng)時間，提高酯的透明度和軟化點，可加氧化鋅。氧化鋅的加入量按照原料配比進行投料，抽真空 ，邊抽真空邊升溫。 在酯化反應(yīng)過程 中 ，我們應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制溫度及掌握 好 酯化反應(yīng)的時間，當(dāng)升溫到 200。 C 時，開回流冷凝器的冷卻水。冷凝器用以冷凝酯化時蒸出的水和甘油蒸汽。逐漸加入甘油，邊加邊升溫，升至 260 時維持 3h。 維持完畢，再升溫至 290? 2。 C，維持 5h。然后放冷卻水，抽真空 3h。 蒸出剩余的甘油和 水，抽真空完畢后，在 270 以下抽樣化驗。酸值在 10以下溶于苯中為清晰為合格。 抽樣分析樣品合格后，通入二氧化碳?xì)怏w， 借CO2 壓力（ ）將成品壓出包裝。 第二節(jié) 工藝計算 由于原料為松香，不具有季節(jié)性，因此松香進入工廠的數(shù)量不隨季節(jié)而變化。年產(chǎn)松香 甘油 酯 5000 噸的工廠，在本設(shè)計中以年生產(chǎn)時間 250 天計算，每天生產(chǎn)量為 20噸，每小時平均產(chǎn)量松香酯 噸，即 833(kg/h)。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5000t/a 松香 甘油 酯生產(chǎn)工藝設(shè)計 16 本設(shè)計的工藝流程中的酯化反應(yīng)： 反應(yīng)中物料摩爾比： 松香 ∶ 甘油 ∶ 甘油酯：水 =3∶ 1∶ 1∶ 3 分子量比： 松香 ∶ 甘油 ∶ 甘油酯 ∶ 水 =302∶ 92∶ 944∶ 18 物料衡算 （ 1）進料： W 松香 = 302 3 833944?? = kg/h W 甘油 = 833 92944? = kg/h 因為在生產(chǎn)過程中存在原 料的被真空抽出，本設(shè)計中， 抽出量按 3%計算，則實際生產(chǎn)投料量： W 松香 = 247。（ 100%— 3%） = kg/h W 甘油 = 247。（ 100%— 3%） = kg/h 氧化鋅加入量按原料配比計算： 特級松香 ∶ 氧化鋅 =100∶ W 氧化鋅 = ? = kg/h 總投料量 W = ＋ + = kg/h （ 2）出料： 在原料松香的 3%在抽真空時被抽出里面 ，其中松節(jié)油按 60%計算，則松香為 40% W 松香 = 3% 40% = kg/h W 松節(jié)油 = 3% 60% = kg/h 酯化反應(yīng)生成的水 W 水 =（ 650+650） 18 3247。 944 =甘油蒸汽量： W 甘油 = 3%= kg/h 產(chǎn)品出量： W 甘油酯 = 650 kg/h W 淺色甘油酯 = 650 kg/h 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5000t/a 松香 甘油 酯生產(chǎn)工藝設(shè)計 17 催化劑氧化鋅的量： W 氧化鋅 = kg/h 黑香產(chǎn)出量： = kg/h W 出 = + + 1300 + + + + = kg/h 表 4— 3 物料平衡表 進 料 （單位： kg/h） 出 料 （單位： kg/h） 名稱 數(shù)量 名稱 數(shù)量 溶解釜 真空抽出物 松香 松香 酯化反應(yīng)釜 松節(jié)油 甘油 甘油蒸汽 氧化鋅 氧化鋅 水 蒸餾釜 產(chǎn)品出量 總計 總計 熱量衡算 已知：松香比熱： kJ/kg ℃ 松香熔解熱： kJ/kg 松節(jié)油比熱： kJ/kg ℃ 松節(jié)油汽化熱： kJ/kg 甘油比熱： kJ/kg ℃ 水的比熱： kJ/kg ℃ 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5000t/a 松香 甘油 酯生產(chǎn)工藝設(shè)計 18 水的汽化熱： （ 1）需熱量 設(shè)松香進入熔化系統(tǒng)時的溫度為 20℃，加熱熔化，當(dāng)溫度升至 160℃，借真空吸入 到酯化反應(yīng)鍋 和蒸餾鍋 。 ① 熔化工序松香熱量為： Q1 = （ 160－ 20） = （ kJ/h） 在該工序中還存在一熔解熱，即松香熔解熱 Q2 = = （ kJ/h） 熱損失按 3%計算 ： Q3= （ + ） 3% = （ kJ/h） 該工序總熱量： Q 總 1= + + = （ kJ/h） ② 酯化反應(yīng)鍋熱量計算： 在反應(yīng)鍋中，存在放熱反應(yīng)，但在酯化過程中我們是加熱過程，而且該熱反應(yīng)的熱能很少，所以該熱效應(yīng)不考慮。該工段中由于加入的催化劑氧化鋅的量比較小，所以在熱量衡算中就不做考慮。 松香加入到酯化反應(yīng)鍋時的初始溫度為 160℃ ，在反應(yīng)過程中達到最高溫度為 290℃，則在該過程中松香的熱量為： Q4 = （ 290－ 160） = （ kJ/h） 甘油熱量：設(shè)甘油加入的平均溫度為 20℃ Q5 = （ 290－ 20） =（ kJ/h） 該工段的熱損失按 5%計算： Q6 =（ + ） 5% = 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5000t/a 松香 甘油 酯生產(chǎn)工藝設(shè)計 19 則酯化反應(yīng)鍋總熱量： Q 總 2= + + = （ kJ/h） ③ 抽真空階段 設(shè)系統(tǒng)最后抽真空階段溫度為 290℃，則各物質(zhì)的熱量各為： 在原料松香的 3%抽出量里面 ，其中松節(jié)油按 60%計算，則松香為 40% Q 松節(jié)油 = = （ kJ/h） 已知水的汽化熱： 則水帶走的熱量： Q 水 = = （ kJ/h） 在抽真空過程有極少量的松香和甘油蒸汽抽出 ,該部分由于抽出量非常少 ,所以本設(shè)計在熱量衡算的計算上就 不做考慮 。 所以整個工藝流程輸入熱量為： Q 輸入 = Q 總 1+ Q 總 2+ Q 松節(jié)油 + Q 水 = ＋ ＋ ＋ = kJ/h （ 2）供熱量 整個工藝過程所需熱量全部由導(dǎo)熱油供給。 表 4— 4 熱量平衡表 需 熱（單位： KJ/h） 供 熱（單位： KJ/h） 名稱 數(shù)量 名稱 數(shù)量 熔解釜 松香需熱量 導(dǎo)熱油 松香熔解熱 損失熱 酯化反應(yīng)釜 甘油需熱量 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5000t/a 松香 甘油 酯生產(chǎn)工藝設(shè)計 20 松香需熱量 熱損失 抽真空過程 水汽化熱 松節(jié)油汽化熱 總計 總計 第五章 生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計 本設(shè)計采用間歇式生產(chǎn)工藝，設(shè)備主要為熔化鍋及酯化反應(yīng)鍋。而設(shè)備的選擇和計算必須充分考慮工藝上的要求，力求做到技術(shù)上先進，經(jīng)濟上合理，亦即選用的設(shè)備能與生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)，并應(yīng)獲得最大的單位產(chǎn)量；能適應(yīng)產(chǎn)品品種變化的要求，并確保產(chǎn)品質(zhì)量；能降低勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率；能降低原材料及相應(yīng)的公用工程（水、電、汽）的單耗；能改善環(huán)境保護；設(shè)備制 造較易得到，操作及維修保養(yǎng)方便；同時設(shè)計中所選用的設(shè)備不但要保證技術(shù)性能要可靠，設(shè)備材質(zhì)也要保證可靠。 第一節(jié) 主要設(shè)備尺寸的計算 熔解釜 的參數(shù)計算 本設(shè)計松香甘油酯日產(chǎn)量為 20t,設(shè)四個酯化釜，一個 熔解釜 。則每個酯化釜日產(chǎn)松香甘油酯為 5t,而 熔解釜 為了保證正常生產(chǎn)需要，就必須每鍋融化松香量為 5t，既 5000kg. 立式熔解釜實際上是一個圓筒體，上下各加一個封頭而成。立式熔解釜的下部設(shè)有直接導(dǎo)熱油盤管。它的基本結(jié)構(gòu) 如圖 （圖 2）。松香從頂部的某個位置加入，因為它是用來熔解松香的，所以它的底部有加熱盤管。當(dāng) 松香熔解到一定程度后從底部排入酯化釜。主體主要是由圓筒體和上下封頭焊接構(gòu)成 。 （ 1）熔解釜圓筒尺寸計算： 已知松香在常溫下密度為 103 kg/m3 則 5000 kg 松香的體積： V= 10? = m3 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5000t/a 松香 甘油 酯生產(chǎn)工藝設(shè)計 21 設(shè)熔化鍋直徑： D= m 由 V= 24DH? 得 H= 24VD? = 24 ?? = m 考慮到工藝條件，取值 m 由于松香融化后體積會有一定的膨脹，所以在設(shè)計上就要求在松香脂液面上方留有一定的空隙，設(shè)液面到鍋頂高度為 m，最后熔解釜高度值 ： H= + = m 松香酯生產(chǎn)工藝流程所用的熔解器結(jié)構(gòu)圖見附錄中附圖的附圖 2。 （ 2） 圓筒的強度計算 在生產(chǎn)中熔解器一般情況的工作壓力為常壓，但由于開工和停工的需要，壓力可能相對較高，所以設(shè)計壓力比正常工作的壓力要高一些，以減少意外情況的發(fā)生。 本設(shè)備設(shè)計壓力 PC= 105 Pa,工作壓力 P= 105 Pa。對于中低壓鋼制化工容器，所應(yīng)用的是 《化工設(shè)備機械基礎(chǔ)》（華東理工大學(xué)出版社 第二版） 中的第三強度理論 。在內(nèi)壓薄壁圓筒內(nèi)的最大主應(yīng)力是周向應(yīng)力，其值為 PDN/2S0，而 Ｏ 3=0，圓筒強度條件為： PCDN/2S00≤ ［ σ ］ （ 51） 如果筒體是鋼板卷焊而成 ,則因焊縫金屬的強度往往低于筒體材料的強度 ,降低了筒體的承載能力。為了使用安全，故筒體材料的許用應(yīng)力 ［ σ ］應(yīng)降某一倍數(shù)使用，即乘上一個小于 1 的焊縫系數(shù)φ， 故 PCDN/2S00≤ ［ σ ］ φ （ 52） 式中平均直徑 DN用容器的內(nèi)徑 Di表示則 PC（ Di+ S0） /2S0≤ ［ σ