【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 硝化工序根據(jù)公式HNO3的生成焓為： H=H0++5107BT2－100C/T+107DT3代入數(shù)據(jù)：H=293＋65107289293293－100（－）/293＋.293293293109＝－已知65%，65％ KJ/kgK。K。求HNO3的摩爾量為：1000/63＝。從附表知萘三磺酸的生成熱為：Hf2＝根據(jù)焓變?yōu)椋害＝∑RiCpiT＝－(－)293/1000－1399＝同樣用0℃的冷水冷卻降至20℃。根據(jù)公式ΔH=Q水=20M 則需要水的量為：M＝ t/h 堿溶工序從附表中知NaOH的 Cp＝K；Koch’s磺酸鹽的Hf3＝根據(jù)物料衡算式知Koch’ t/h， t/h?！?。則需要熱量為：Q=(+= KJ根據(jù)關(guān)系式：查資料知的Hf4=故此反應(yīng)的反應(yīng)熱ΔH＝∑RiCpiT ＝Hf－453＝ KJ 用250℃的水蒸氣加熱物料到180℃。則溫差是70℃。 KJ/t 根據(jù)公式 ： ΔH＋Q=Q水蒸汽= C M ΔT求得水蒸氣的量為： M水＝ 酸析工序查資料知60％的硫酸的比熱CP=K，用80℃的水加熱混合物料，知溫差為10℃。硫酸需要的熱量為：QH2SO4 ＝（70－20）＝10M得：M＝ t/h t/h，NaOH的剩余量為：= t/h 故需要的能量：+（180－90）＝故180℃的堿溶物料降溫至90℃需要的熱量是Q＝，則用0℃的水冷卻。 根據(jù)公式：Q=Q水=M90求得所需要的冷卻水的量為： M= t/h根據(jù)關(guān)系式：根據(jù)物料衡算知 t/h。 t/h已知 的生成熱為 ：Hf4＝又由于和 都屬于鹽類，故兩者的Hf在生成上是近似相等的。根據(jù)流量不一樣求得 ： ΔH =（－）＝。[]熱量衡算中需要的數(shù)據(jù)某些物質(zhì)的密度和比容（表一）物質(zhì)密度Cp(比容)H2SO4（發(fā)煙）1831 kg/m3 KJ/(tk)H2SO4（100%） kg/m3 KJ/(tk)H2SO4（65%）1553 kg/m3 KJ/(tk)HNO3 （45%）1278 kg/m3/ kg/m3——HNO3 （100%）1513 kg/m3——萘—— J/(tk)NaOH （180℃）—— J/(tk)水—— KJ/(kg℃)水蒸汽—— KJ/t生成焓（表二） （J/t）化合物ABCDH0H2SO41570HNO3計(jì)算公式：生成焓（表三） （J/t）基團(tuán)AB基團(tuán)AB叔基NH2季基OHNO2S仲基O0計(jì)算公式：H=A+BT生成焓（表四）物質(zhì)生成焓(J/t)物質(zhì)生成焓(J/t)萘三磺酸(160℃)H酸三鈉鹽82800(90℃)1硝基萘三磺酸(20℃)H酸三鈉鹽74810(55℃)1氨基萘三磺酸鈉110600(180℃)1氨基8羥基3，6二磺酸74810(55℃)H酸三鈉鹽103320（70℃）第六章 設(shè)備選型本設(shè)計(jì)所用的主要設(shè)備是在一定容積的容器中，在一定的壓力和溫度下，借助攪拌器向液體物料傳遞必要的能量而進(jìn)行的，稱之為攪拌反應(yīng)器或習(xí)慣上稱反應(yīng)釜攪拌罐。攪拌器包括筒體、上下封頭與夾套以及各種接管口等。反應(yīng)釜釜體的主要部分是容器，其筒體基本上是圓柱形，封頭以橢圓形應(yīng)用最廣泛。釜體結(jié)構(gòu)與傳熱形式有關(guān)，最常見的是夾套式壁外傳熱結(jié)構(gòu)。因此反應(yīng)釜體的設(shè)計(jì)要確定如下內(nèi)容：釜體的結(jié)構(gòu)型式和各部分尺寸，傳熱形式和結(jié)構(gòu)，工藝管口的安排和設(shè)計(jì)等。[] 堿溶設(shè)備釜體設(shè)計(jì) 查表知1奈胺368磺酸鈉的ρ＝㎏/m3，氫氧化鈉ρ＝1450㎏/m3。在這里密度可近似取為兩者的平均值即 ： （＋1450）/2＝㎏/m3故所需塔的體積為 ： V=(+)1000/= m3根據(jù)所需要的體積選擇和適當(dāng)?shù)娜萜黧w積。查閱資料，確定容器的體積為 3 m3。從要求上可以看出工作壓力、溫度及設(shè)備之工藝性質(zhì)?？梢钥闯鏊菍儆趲嚢杓皧A套的常壓反應(yīng)類型。根據(jù)慣例選擇圓柱形筒體和橢圓形封頭。 確定筒體和封頭直徑 反應(yīng)物料為液－液相類型，從資料中可知一般取H/Di＝1－。設(shè)備容積要求為3 m3。考慮到容積不是很大，可取H/Di＝；這樣，可使直徑不致太大。從工藝上了解到反應(yīng)狀態(tài)無泡沫或沸騰情況。有一定的粘度，但不大。故取裝料系數(shù)η＝。先忽落封頭容積估算反應(yīng)器的直徑： 圓整至公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)系列?？扇i＝1500mm。封頭取相同的內(nèi)徑，曲面高度由資料中查得當(dāng)為h1=40mm,直邊高度h2可初步取為38mm. 確定筒體高度當(dāng)Dg=1500mm，h2=38mm 從資料中查得橢圓形封頭的容積為Vh=，查得筒體每一米高的容積V1=。H=(V－Vh)/Vi=()/=1630mm，于是H/Di= /= 確定夾套直徑從資料中得當(dāng)Dj=Di+100=1500+100=1600mm，夾套、封頭也采用橢圓形，并與夾套筒體取相同直徑。 確定夾套高度夾套筒體的高度估算如下： Hj=(ηVVh)/V1=（3－）/＝1405mm故可取 Hj=1500mm 校核傳熱面積當(dāng)Dg=1500mm時(shí)，從資料中查得Fh= (Fh封頭內(nèi)表面積) F1= (F1筒體一米高的內(nèi)表面積)則：F=Fh+=+＝ m2 m2大于工藝要求，說明以上確定的夾套高度是可以應(yīng)用的。 內(nèi)筒及夾套的受力分析 工藝提供的條件為：釜體內(nèi)筒中工作壓力為高壓，夾套內(nèi)工作壓力為高壓。則夾套筒體和夾套封頭受內(nèi)壓。而內(nèi)筒的筒體和封頭之間也壓力差，故其工作條件為高壓有壓力差操作。 計(jì)算夾套筒體和封頭厚度夾套筒體與內(nèi)筒的環(huán)焊接縫，因無法探傷檢查，故資料中查得＝。從安全計(jì)夾套上所有焊接縫均取=。封頭采用由鋼板拼制的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭。材料均為A3鋼板。夾套厚度計(jì)算如下：Sdi=＋C1+C2=++2= 夾套封頭厚度計(jì)算如下：Sd=+C1+C2=++2=圓整至鋼板規(guī)格厚度并查閱封頭標(biāo)準(zhǔn)，夾套筒體及封頭厚度Sn均取7mm。 計(jì)算內(nèi)筒筒體厚度承受1MPa內(nèi)壓時(shí)筒體厚度Sd=＋C1+C2=++2= mm，首先假設(shè)Sn=20mm。則：Se=20－＝，由于夾套頂部距容器法蘭面實(shí)際定為200mm，因此，內(nèi)筒體承受外壓部分厚度為H200mm,并以此決定L/D0 及 D0/Se的值D0=Di+2Sn=1500+220=1540mmL=H900+h2+1/3h1=1500200+38+1/340=1351mm式中h2為橢圓封頭直邊高度，根據(jù)Di=1500mm Sn=20mm由資料中查得h1=350mm因此： L/D0=1351/1540=D0/Se=1540/=查資料A==108則許用壓力可計(jì)算如下：[P]= = = Mpa因此名義厚度Sn=20mm時(shí)，能滿足穩(wěn)定要求。 計(jì)算內(nèi)筒封頭厚度承受1Mpa內(nèi)壓時(shí)Sd =＋C1+C2=mm Sn=20mm則Se=SnC1C2==即：A= Mpa＞滿足穩(wěn)定要求。[] 堿溶設(shè)備反應(yīng)釜的零部件設(shè)計(jì) 夾套及支座的選型因夾套溫度太高，故需外加保溫材料，經(jīng)反應(yīng)器重量及支座處彎矩計(jì)算，選取B5JB/T472592,耳式支座的材料為Q235B，墊板材料也與其相同。 設(shè)備開孔的裝置 設(shè)備的接管與管法蘭接管的伸出長(zhǎng)度一般為從法蘭密封面到殼體外經(jīng)為150mm 所以管法蘭用PN （HG20592－97） 手孔與人孔 設(shè)置人孔和手孔是為了檢查設(shè)備和便于安裝與拆卸設(shè)備內(nèi)部部件。圓形人孔的直徑一般為450mm,容器直徑1500－3000mm時(shí)，選用常壓不銹鋼人孔。DN500 HG21595－1999。手孔直徑取250mm。 孔補(bǔ)強(qiáng)最大的開孔為人孔。選擇長(zhǎng)圓型回轉(zhuǎn)蓋快開人孔。 補(bǔ)強(qiáng)公式計(jì)算如下：開孔直徑 ：d=400+2C=400+2＝ （c=）橢圓形封頭因開孔削弱，故需要開孔補(bǔ)強(qiáng)所需補(bǔ)強(qiáng)面積為 ： A――開孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積d——開孔直徑，圓形孔取接管內(nèi)直徑為兩倍厚度附加厚，橢圓形長(zhǎng)圓形孔取所考慮平面上尺寸（弧長(zhǎng)，包括厚度附加量）mm。D――殼體名義厚度 mmδ――殼體開孔處的計(jì)算厚度 mmSnt 接管名義厚度mmC――厚度附加量 mmFr―強(qiáng)度削弱系數(shù) 本與設(shè)計(jì)溫度下接管材料與殼體材料的許用壓力之比 ， 取fr=故： A=ds==8590mm2有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)尺寸： = B = 2d= = mm在有效補(bǔ)強(qiáng)的區(qū)內(nèi)，殼體有效厚度減去計(jì)算厚度之外的多余面積公式如下：A1=(B－d)(Seδ)－2（Snt－C）(Se－δ)(1－fr)其中安放式接管 fr＝1故：A1=(B－d)(Se－δ)＝（－）（－） ＝2752 mm2當(dāng) A1=2752A=8590。不需要另行補(bǔ)強(qiáng)。另外如果：當(dāng)A1A時(shí)，則開孔需加補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)面積為:AA1 夾套進(jìn)水管和出水管的選型物料由于是水，考慮到經(jīng)濟(jì)問題，選一般材料即可。 攪拌裝置的設(shè)計(jì) 攪拌器的型式、特點(diǎn)及安裝方式攪拌器的作用概括的說就是加強(qiáng)介質(zhì)的混合和分散，提供適宜的流動(dòng)狀態(tài)，以加速反應(yīng)的速度，強(qiáng)化傳熱和傳質(zhì)，達(dá)到攪拌過程的目的。攪拌器主要為漿式攪拌器、筐式攪拌器、推進(jìn)式攪拌器三類。其中漿式攪拌器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，漿葉一般以扁鋼制造。材料可以采用碳鋼、合金鋼、或有色金屬或碳鋼外包橡膠環(huán)氧樹脂，酚醛玻璃布等。漿葉有平直葉、和折葉兩種。平直葉面與旋轉(zhuǎn)方向垂直，主要使物料產(chǎn)生切向的流動(dòng)。折葉式則使物料軸向流較多。框式攪拌器可視為漿式攪拌器，水平與垂直的漿葉聯(lián)成一剛性框架。結(jié)構(gòu)比較堅(jiān)固。錨式攪拌器是在筐式攪拌器的基礎(chǔ)上外表以搪瓷、覆膠或覆蓋其它保護(hù)性覆蓋層。以防腐蝕。它們的直徑比較大。選型不僅要考慮攪拌過程的目的，也要考慮動(dòng)力消耗的問題。在達(dá)到同樣的攪拌效果時(shí)，動(dòng)力消耗越低越好。推進(jìn)式攪拌器常用整體鑄造，加工方便。焊接時(shí)加工困難，制造時(shí)都應(yīng)做靜平衡試驗(yàn)，根據(jù)以上的攪拌器特點(diǎn)和工藝要求，可知選擇一般的攪拌器即可?？蛇x一種耐酸和不溶與有機(jī)溶劑的折葉漿式攪拌器即方便有簡(jiǎn)單。在料液層比較高的情況下，為了將物料攪拌均勻，常裝有兩層漿，相鄰兩層攪拌葉交錯(cuò)成90186。安裝，一層安裝在下封頭環(huán)向焊縫與液面的中間或稍高些的位置上。主要參數(shù)：B/d=1/5 D/d=3 h/d=3 h1/d=1 θ=45186。 Z=2 ν=1～5m/s(漿端線速度) 動(dòng)力黏度181。20Pas當(dāng)D=1600mm,則漿長(zhǎng)d=533mm,寬B=,距封頭頂高度h1=533mm h=1599mm 攪拌功率計(jì)算一般將攪拌過程中的動(dòng)力消耗稱為攪拌功率。包括攪拌器功率、機(jī)械傳動(dòng)功率損失和軸封的功率損失。指的是攪拌器在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)介質(zhì)所做的功。攪拌功率的確定Rushton算圖，在影響攪拌功率的諸多變量中用因次分析地方法將大量的變量轉(zhuǎn)化成少量的有意義的無因次準(zhǔn)數(shù)，可以得到以下功率的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。攪拌軸轉(zhuǎn)速n=150r/min，ρm=, 181。=120cp=s。（1） 計(jì)算雷諾準(zhǔn)數(shù)Re：有功率曲線表查得：Np= （Np為功率準(zhǔn)數(shù) ）（2） 計(jì)算攪拌功率：kw攪拌反應(yīng)釜的傳動(dòng)裝置包括電動(dòng)機(jī)、減速器、攪拌軸和聯(lián)軸器。釜的傳動(dòng)裝置通常設(shè)置在反應(yīng)釜的頂蓋（上封頭）上，一般采取立