【文章內(nèi)容簡介】 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=故此反應的反應熱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計算公式：生成焓（表三） （J/t）基團AB基團AB叔基NH2季基OHNO2S仲基O0計算公式：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 設備選型本設計所用的主要設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行的，稱之為攪拌反應器或習慣上稱反應釜攪拌罐。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)。因此反應釜體的設計要確定如下內(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計等。[] 堿溶設備釜體設計 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?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、溫度及設備之工藝性質(zhì)?？梢钥闯鏊菍儆趲嚢杓皧A套的常壓反應類型。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 反應物料為液－液相類型，從資料中可知一般取H/Di＝1－。設備容積要求為3 m3?？紤]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器的直徑： 圓整至公稱直徑標準系列?？扇i＝1500mm。封頭取相同的內(nèi)徑，曲面高度由資料中查得當為h1=40mm,直邊高度h2可初步取為38mm. 確定筒體高度當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Dg=1500mm時，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＝。從安全計夾套上所有焊接縫均取=。封頭采用由鋼板拼制的標準橢圓形封頭。材料均為A3鋼板。夾套厚度計算如下：Sdi=＋C1+C2=++2= 夾套封頭厚度計算如下：Sd=+C1+C2=++2=圓整至鋼板規(guī)格厚度并查閱封頭標準，夾套筒體及封頭厚度Sn均取7mm。 計算內(nèi)筒筒體厚度承受1MPa內(nèi)壓時筒體厚度Sd=＋C1+C2=++2= mm，首先假設Sn=20mm。則：Se=20－＝，由于夾套頂部距容器法蘭面實際定為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則許用壓力可計算如下：[P]= = = Mpa因此名義厚度Sn=20mm時，能滿足穩(wěn)定要求。 計算內(nèi)筒封頭厚度承受1Mpa內(nèi)壓時Sd =＋C1+C2=mm Sn=20mm則Se=SnC1C2==即：A= Mpa＞滿足穩(wěn)定要求。[] 堿溶設備反應釜的零部件設計 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)反應器重量及支座處彎矩計算，選取B5JB/T472592,耳式支座的材料為Q235B，墊板材料也與其相同。 設備開孔的裝置 設備的接管與管法蘭接管的伸出長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 設置人孔和手孔是為了檢查設備和便于安裝與拆卸設備內(nèi)部部件。圓形人孔的直徑一般為450mm,容器直徑1500－3000mm時，選用常壓不銹鋼人孔。DN500 HG21595－1999。手孔直徑取250mm。 孔補強最大的開孔為人孔。選擇長圓型回轉(zhuǎn)蓋快開人孔。 補強公式計算如下：開孔直徑 ：d=400+2C=400+2＝ （c=）橢圓形封頭因開孔削弱，故需要開孔補強所需補強面積為 ： A――開孔削弱所需的補強面積d——開孔直徑，圓形孔取接管內(nèi)直徑為兩倍厚度附加厚，橢圓形長圓形孔取所考慮平面上尺寸（弧長，包括厚度附加量）mm。D――殼體名義厚度 mmδ――殼體開孔處的計算厚度 mmSnt 接管名義厚度mmC――厚度附加量 mmFr―強度削弱系數(shù) 本與設計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有效補強區(qū)尺寸： = B = 2d= = mm在有效補強的區(qū)內(nèi)，殼體有效厚度減去計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 A1=2752A=8590。不需要另行補強。另外如果：當A1A時，則開孔需加補強，補強面積為:AA1 夾套進水管和出水管的選型物料由于是水，考慮到經(jīng)濟問題，選一般材料即可。 攪拌裝置的設計 攪拌器的型式、特點及安裝方式攪拌器的作用概括的說就是加強介質(zhì)的混合和分散，提供適宜的流動狀態(tài)，以加速反應的速度，強化傳熱和傳質(zhì)，達到攪拌過程的目的。攪拌器主要為漿式攪拌器、筐式攪拌器、推進式攪拌器三類。其中漿式攪拌器結(jié)構(gòu)比較簡單，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。折葉式則使物料軸向流較多?？蚴綌嚢杵骺梢暈闈{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，也要考慮動力消耗的問題。在達到同樣的攪拌效果時，動力消耗越低越好。推進式攪拌器常用整體鑄造，加工方便。焊接時加工困難，制造時都應做靜平衡試驗，根據(jù)以上的攪拌器特點和工藝要求，可知選擇一般的攪拌器即可?？蛇x一種耐酸和不溶與有機溶劑的折葉漿式攪拌器即方便有簡單。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) 動力黏度181。20Pas當D=1600mm,則漿長d=533mm,寬B=,距封頭頂高度h1=533mm h=1599mm 攪拌功率計算一般將攪拌過程中的動力消耗稱為攪拌功率。包括攪拌器功率、機械傳動功率損失和軸封的功率損失。指的是攪拌器在單位時間內(nèi)對介質(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數(shù)，可以得到以下功率的準數(shù)關(guān)聯(lián)式。攪拌軸轉(zhuǎn)速n=150r/min，ρm=, 181。=120cp=s。（1） 計算雷諾準數(shù)Re：有功率曲線表查得：Np= （Np為功率準數(shù) ）（2） 計算攪拌功率：kw攪拌反應釜的傳動裝置包括電動機、減速器、攪拌軸和聯(lián)軸器。釜的傳動裝置通常設置在反應釜的頂蓋（上封頭）上，一般采取立