【導(dǎo)讀】畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生在經(jīng)過大學(xué)四年學(xué)習(xí)后對所學(xué)知識的綜合回顧和全面訓(xùn)練，1．針對工程實際問題進行建廠評價、可行性分析論證能力的訓(xùn)練。2．進行科技文獻、設(shè)計資料及數(shù)據(jù)的查閱、收集能力的訓(xùn)練。3．結(jié)合專業(yè)知識和工廠實習(xí)、分析選定合適的工藝參數(shù)。1．全廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝流程及企業(yè)組成。2．全廠的規(guī)劃布置，包括主要車間、輔助車間、動力、庫房、消防、道路等。3．本車間的產(chǎn)品特點及工藝流程、車間布置。6．輔助設(shè)備的名稱、規(guī)格、型號。、熱量衡算、結(jié)構(gòu)。尺寸計算及輔助設(shè)備的選型計算。動、組織人員編制。本設(shè)計包含設(shè)計說明書和圖紙兩部分。在這一部分中用到了物。料衡算、熱量衡算及其大量的相關(guān)的經(jīng)驗公式。

　　

【正文】 煙塵的氣體，盡量布置在廠區(qū)的下風(fēng)向； （ 7） 根據(jù)環(huán)保的要求，生產(chǎn)區(qū)設(shè)有廢渣處理站，廢水處理站等設(shè)施； （ 8） 考慮工廠今后的發(fā)展，在產(chǎn)區(qū)間 留有建筑余地； （ 9） 盡量做到以生產(chǎn)區(qū)為軸線，再考慮輔助車間、行政樓和道路的安排 。 另外， 總平面布置 圖的右上方繪有風(fēng)向玫瑰圖，下方有明細表等。本圖采用 1： 1000 的比例。 三廢的處理及回收 在皂素的生產(chǎn)過程中會用到硫酸，所以會對水有一定程度的污染，為了解決這個問題 ，建造了污水處理站，將水凈化回收利用。在這個工藝中，基本上沒有廢氣污染，同時廢渣也是較好的有機肥料，具有很好的利用價值。 擬建工廠 在整個生產(chǎn)工藝中，通過采取細胞破壁，復(fù)合酶解、分離纖維等連續(xù)工藝，使黃姜中有機物的 80%集中于酒精醪液中，制取酒精后，廢醪液經(jīng)濃縮和處理，清潔化利用、處理，不進污水處理系統(tǒng) ，因此大大減輕了污水處理的負荷。 水解物漂洗至中性時產(chǎn)生的廢水，每噸皂素為 400 噸。由于采取了酸解前的酶法分離有機物工藝，使進入酸解的固形物量降到黃姜固形物總量的 10%。，使酸解液中有機物含量也同樣大幅度降低。經(jīng)中試測定，進入廢水池濃度為 COD3500～ 4200mg/L左右。 在污水處理中，考慮到該污水中主要污染物為水解后的小分子有機物，易于降解，采用傳統(tǒng)的兼氧、好氧方法處理即可達到國家排放的標(biāo)準。 其具體工藝為 ： 沉淀污泥返回 圖 3－ 1，污水處理圖 車間布置說明 本廠采 用酶解分離法制取皂素， 并將淀粉發(fā)酵制得酒精。根據(jù)實際情況，設(shè)計包括以下幾個車間：粉碎車間，糊化車間，分離車間，發(fā)酵車間，蒸餾車間，蒸發(fā)車間，酸解車間以及其它輔助車間。本設(shè)計任務(wù)重點是酒精蒸餾車間。因此，下面主要介紹一下精餾車間的布置。 由于精餾車間的主要設(shè)備是精餾塔，所車間是露天式。車間為兩層樓結(jié)構(gòu)，長為 15 米，寬沉 淀 池 調(diào)pH值至中性 兼 氧 好 氧 沙 濾 達 標(biāo) 回 用 沉 淀 沉 泥 漂 洗 水 年產(chǎn) 100 噸黃姜皂素工廠設(shè)計（重點酒精回收車間） 15 為 6米， 高為 15米，一層高為 8米，二層高為 7米。車間設(shè)有三座塔，粗塔，醛塔，和精塔，另外設(shè)有 8個換熱器，及儲罐等其它設(shè)備。 結(jié)合生產(chǎn)流程圖、車間立面圖、車間平面圖可以看出生產(chǎn)設(shè)備與 2生產(chǎn)流程的關(guān)系 ，表現(xiàn)出車間的面積與空間、生產(chǎn)管理與操作條件及各工段的聯(lián)系。 本車間還具有以下特點： （ 1） 輔料車間與使用設(shè)備靠近。 （ 2） 按流程要求，為了減少動力消耗，提高了醛塔的位置，換熱器安裝位置稍高，也節(jié)省了動力消耗。 （ 3） 互相聯(lián)系的設(shè)備，在保證正常運行必須的間距的條件下，彼此可以適當(dāng)靠近。 （ 4） 較合理的安排廠房的出口，通道和樓梯的位置。 （ 5） 各設(shè)備統(tǒng)一安排，排列整齊，有足夠的操作空間，符合工藝流程的要求。 車間布置 圖分平面布置圖和立面布置圖，繪圖比例為 1： 10，圖上標(biāo)出了各主要設(shè)備的定位尺寸；圖上標(biāo)有邊強輪廓線、樓梯、控制室的位置。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 16 第 4 章 工藝計算及設(shè)備選型 總論 精餾過程原理和條件 精餾是多級分離過程，即多次而且同時運用部分氣化和部分冷凝的方法，使混合液得到較完全分離，以分別獲得接近純組分的操作。 利用 txy相圖，可以對精餾原理作具體的分析說明。 如圖 4－ 1將組成為 Fx ,溫度為 Ft 的混合液加熱到 1t ，使其部分氣化，并將氣相與液 相分開，可得到氣相組成為 1y ,液相組成為 1x 產(chǎn)品。 圖 4－ 1， 多次 部分汽化和冷凝的 t x y 理論上多次部分氣化在液相中可獲得高純度的難揮發(fā)組分，多次部分冷凝在氣相中可獲得高純度的易揮發(fā)組分，但因產(chǎn)生大量中間組分而使產(chǎn)品量極少，且設(shè)備龐大。工業(yè)生產(chǎn)中的精餾過程是在精餾塔中將部分氣化過程和部分冷凝過程有機結(jié)合而實現(xiàn)操作的。 如下圖 4－ 2所示為一精餾塔。下面由加熱釜 (再沸器 )供熱，使釜中殘液部分汽 化后蒸汽逐板上升，塔中各板上液體處于沸騰狀態(tài)。頂部冷凝得到的餾出液部分作回流入塔，從塔頂引人后逐板下流，使各板上保持一定液層。上升蒸汽和下降液體呈逆流流動，在每塊板上相互接觸進行傳熱和傳質(zhì)。原料液于中部適宜位置處加入精餾塔，其液相部分也逐板向下流入加熱釜，汽相部分則上升經(jīng)各板至塔頂。由于塔底部幾乎是純難揮發(fā)組分，因此塔底部溫度最高，而頂部回流液幾乎是純易揮發(fā)組分，因此塔頂部溫度最低，整個塔內(nèi)的溫度由下 向上逐漸降低。 年產(chǎn) 100 噸黃姜皂素工廠設(shè)計（重點酒精回收車間） 17 圖 4－ 2 精餾塔中物料流動示意圖 精餾操 作分析可知，為實現(xiàn)精餾分離操作，除了具有足夠?qū)訑?shù)塔板的精餾塔以外，還必須從塔頂引人下降液流 (即回流液 )和從塔底產(chǎn)生上升蒸汽流，以建立汽液兩相體系。因此，塔底上升蒸汽流和塔頂液體回流是精餾過程連續(xù)進行的必要條件。 精餾操作對塔設(shè)備的要求 精餾所進行的是氣 (汽 ),液兩相之間的傳質(zhì) ,而作為氣 (汽 ),液兩相傳質(zhì)所用的塔設(shè)備 ,首先必須要能使氣 (汽 ),液兩相得到充分的接觸 ,以達到較高的傳質(zhì)效率 .但是 ,為了滿足工業(yè)生產(chǎn)和需要 ,塔設(shè)備還得具備下列各種基本要求 : (1) 氣 (汽 ),液處理量大 ,即生產(chǎn)能力大 時 ,仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶 ,攔液或液泛等破壞操作的現(xiàn)象 . (2) 操作穩(wěn)定 ,彈性大 ,即當(dāng)塔設(shè)備的氣 (汽 ),液負荷有較大范圍的變動時 ,仍能在較高的傳質(zhì)效率下進行穩(wěn)定的操作并應(yīng)保證長期連續(xù)操作所必須具有的可靠性 . (3) 流體流動的阻力小 ,即流體流經(jīng)塔設(shè)備的壓力降小 ,這將大大節(jié)省動力消耗 ,從而降低操作費用 .對于減壓精餾操作 ,過大的壓力降還將使整個系統(tǒng)無法維持必要的真空度 ,最終破壞物系的操作 . 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 18 (4) 結(jié)構(gòu)簡單 ,材料耗用量小 ,制造和安裝容易 . (5) 耐腐蝕和不易堵塞 ,方便操作 ,調(diào)節(jié)和檢修 . (6) 塔內(nèi)的滯留量要小 . 塔設(shè)備的類型 氣 液傳質(zhì)設(shè)備主要分為板式塔和填料塔兩大類 .精餾操作既可采用板式塔 ,也可采用填料塔 。 板式塔為逐級接觸型氣 液傳質(zhì)設(shè)備 ,其種類繁多 ,根據(jù)塔板上氣 液接觸元件的不同 ,可分為泡罩塔 ,浮閥塔 ,篩板塔 ,穿流多孔板塔 ,舌形塔 ,浮動舌形塔和浮動噴射塔等多種 . 工業(yè)上最早使用的是泡罩塔 (1813 年 ),篩板塔 (1832 年 ),其后 ,特別是在本世紀五十年代以后 ,隨著石油 ,化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展 ,相繼出現(xiàn)了大批新型塔板 ,如 S型板 ,浮閥塔板 ,多降液管 篩板 ,舌形塔板 ,穿流式波紋塔板 ,浮動噴射塔板及角鋼塔板等 .目前從國內(nèi)外實際使用情況看 ,主要的塔板類型為浮閥塔 ,篩板塔及泡罩塔 ,而前兩者使用尤為廣泛 。 （ 1） 篩 板塔 篩板塔也是傳質(zhì)過程常用的塔設(shè)備 ,它的主要優(yōu)點有 : ① 結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡單 ,易于加工 ,造價約為泡罩塔的 60%,為浮閥塔的 80%左右 . ② 處理能力大 ,比同塔徑的泡罩塔可增加 10～ 15%. ③ 塔板效率高 ,比泡罩塔高 15%左右 . ④ 壓降較低 ,每板壓力比泡罩塔約低 30%左右 . 篩板塔的缺點是 : ① 塔板安裝的水平度要求較高 ,否則氣液接觸不勻 . ② 操作彈性較小 (約 2～ 3). ③ 小孔篩板容易堵塞 . （ 2） 浮閥塔 在泡罩塔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 ,它主要的改進是取消了升氣管和泡罩 ,在塔板開孔上 有 浮動的浮閥 ,浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動 ,自行調(diào)節(jié) ,使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值 .這一改進使浮閥塔在操作彈性 ,塔板效率 ,壓降 ,生產(chǎn)能力以及設(shè)備造價等方面比泡罩 塔優(yōu)越 .但在處理粘稠度大的物料方面 ,又不及泡罩塔可靠 .浮閥塔廣泛用于精餾 ,吸收以及脫吸等傳質(zhì)過程中 .塔徑從200mm到 6400mm,使用效果均較好 .國外浮閥塔徑 ,大者可達 10m,塔高可達 80m,板數(shù)有的多達數(shù)百塊 . 浮閥塔之所以這樣廣泛地被采用 ,是因為它具有下列特點 : ① 處理能力大 ,比同塔徑的泡罩塔可增加 20～ 40%,而接近于篩板塔 . ② 操作彈性大 ,一般約為 5～ 9,比篩板 ,泡罩 ,舌形塔板的操作彈性要大得多 . ③ 塔 板效率高 ,比泡罩塔高 15%左右 . ④ 壓強小 ,在常壓塔中每塊板的壓強降一般為 400～ 660N/m2. ⑤ 液面梯度小 . 年產(chǎn) 100 噸黃姜皂素工廠設(shè)計（重點酒精回收車間） 19 ⑥ 使用周期長 .粘度稍大以及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)也能正常操作 . ⑦ 結(jié)構(gòu)簡單 ,安裝容易 ,制造費為泡罩塔板的 60～ 80%,為篩板塔的 120～ 130%. 根據(jù)工藝要求，本設(shè)計中選用浮閥塔。 精餾塔工藝設(shè)計計算 精餾塔的物料衡算 年產(chǎn)酒精是 3000噸，則平均產(chǎn)量為 6 2 5 /kg h? ?? 63 10200 24 產(chǎn)物濃度（酒精） 95％（ v） ,而換算為質(zhì)量濃度為 ％； 進料體積濃度為 32％， 換算為質(zhì)量濃度為 ％； 所以 / 46 / 46 / 18 / 46 / 46 / 18FDxx???? ( 0 . 1 2 3 4 6 0 . 8 7 7 1 8 ) / 2 1 . 4 4 /( 0 . 8 2 6 4 6 0 . 1 7 4 1 8 ) / 4 1 . 1 3 /625 / 1 5 . 2 /4 1 . 1 3FDM g m o l g m o lM g m o l g m o lD k m o l h k m o l h? ? ? ? ?? ? ? ? ??? 釜液出料濃度控制在 ％以內(nèi)，所以 ???WX 0 . 1 / 4 6 . 1 / 4 6 9 9 . 9 / 1 8 全塔物料衡算 : F D W?? F D WFx Dx Wx?? 且 *OF V L W V? ? ? ? ， ( O是 指 直 接 蒸 汽 的 流 量 ） 又因為 F W D W D FD F Wx x x x x x????? 所以解得 /F kmol h? /W kmol h? 工藝中采用泡點進料 所以有 `OV V V?? *W F L?? , 又因為 L R D? 其 中 取 R= ?則 L=( )kmol/h=38kmol/h， ( 8 7 . 1 6 5 3 . 2 ) / 1 4 0 . 3 6 /k m o l h k m o l h? ? ?O所 以 V=L+D= （ 38+ ） kmol/h ＝ *=W+V *Wx*W Wx =W ?*W 87 .1 6 0. 00 04 x = =0 .0 00 25 理論塔板數(shù)的計算 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 20 （ 1） 作 txy圖 查《酒精工藝手冊》附錄 4－ 2乙醇－水溶液氣液平衡數(shù)據(jù) ， 作 txy圖 t/ C 圖 4－ 3 常壓下乙醇－水溶液的 txy圖 （ 2） 由平衡數(shù)據(jù)作得 xy圖，求得最小回流比 圖 4－ 4 常壓下乙醇－水溶液的 xy圖 因為乙醇－水溶液的 xy曲線是非正常曲線，所以只能用圖解法求得最小回流比，方法是過Dx 點作與 xy相切的直線，求得直線的斜率 k,由圖可以得到 k＝ ； 所以 minmin ,1RR ?? minR ＝ ， 則由經(jīng)驗數(shù)據(jù)取得 R=＝（ ～ ） minR （ 3） 求最少理論板數(shù) 由 Antoine方程求乙醇的飽和蒸汽壓 Ps, LnPs=AB/(C+T) (Ps/MPa。 T/K)。 查《化工熱力學(xué)》附錄 A2,得到相關(guān)參數(shù)： A= ,B=,C= 年產(chǎn) 100 噸黃姜皂素工廠設(shè)計（重點酒精回收車間） 21 ??時， 36 15 .0 69. 64 1748 .6 27 3. 2 78 .5LnP s ?? ? ? ? 所以 MPa? 同理 ?? MPa? 相對揮發(fā)度α的計算 ,匯于表（ 4－ 1） 表 4－ 1 組分 SDP /(MPa) SWP /(MPa) 乙醇（計算得到） 水（查表） α值 （水得飽和蒸汽壓由《化工原理》上冊附錄查得） α的計算過程如下： D0 . 1 0 1 7 2 .