【導讀】醫(yī)藥、食品、飼料以及制取其它氨基酸，合成表面活性劑等。方法有很多種，主要有氯乙酸氨解法和施特雷克法。在國內(nèi)，由于技術(shù)、原。料等原因，大都采用氯乙酸氨解法。結(jié)合國內(nèi)的實際情況，本設計選用了氯乙酸氨解法，采用間歇式。釜進行了設計，對生產(chǎn)工藝流程進行了優(yōu)化，對車間進行了布置和規(guī)劃。產(chǎn)品理論上符合設計要求。應用于飼料行業(yè)...

　　

【正文】 =123804kg 表 醇析釜的物料衡算表 Table alcohol out of the reactor material balance sheet 設備名稱 進料名稱 進料組分 組分含量 % 進料量 kg 醇析釜 氨化粗產(chǎn)物 同上 甲醇 甲醇 92 123804 出料名稱 出料組分 組分含量 % 出料量 kg 醇析產(chǎn)物 甘氨酸 氨 烏洛托品 氯化銨 水 其他 甲醇 113900 吸濾離心過程，補充甲醇 13680kg，用于清洗濾餅。 離心后水分含量為 %。 則粗產(chǎn)物中水分含量為 : %= 母液中水分含量為 : +13680 8%= 氯化銨有 %溶于母液中被分離出來，即 %= 則粗產(chǎn)物中氯化銨的含量為： = 離心過程產(chǎn)品損耗 10%，則離心后粗產(chǎn)品中甘氨酸的含量為 D 化工 091 化工設計課程大作業(yè) 90%= 母液中甘氨酸的含量為 = 甲醇和氨離心過程損耗 % 甲醇損耗（ 123804+13680） %= 氨損耗 %= 粗產(chǎn)品中氨的含量為 247。（ +113900）（ 500+） = 則母液中氨的含量為 = 其他物質(zhì)離心后仍有 %于粗產(chǎn)品中 %= 母液中其他物質(zhì)為 = 表 離心機物料衡算表 Table centrifuge material balance sheet 設備名稱 進料名稱 進料組分 組分含量 % 進料量 kg 離心機 醇析產(chǎn)物 同上 甲醇 甲醇 92 13680 出料名稱 出料組分 組分含量 % 出料量 kg 粗產(chǎn)物 甘氨酸 氯化 銨 水 其他 甲醇 500 D 化工 091 化工設計課程大作業(yè) 氨 母液 甘氨酸 氨 烏洛托品 氯化銨 水 其他 甲醇 損耗 甲醇 氨 干燥過程粗產(chǎn)品中甲醇，水，氨全部去掉。 表 干燥機物料衡算表 Table dryer material balance sheet 設備名稱 進料名稱 進料組分 組分含量 % 進料量 kg 干燥 粗產(chǎn)物 同上 出料名稱 出料組分 組分含量 % 出料量 kg 產(chǎn)品 甘氨酸 氯化銨 其他 甲醇 甲醇 500 氨 氨 水 水 得到的產(chǎn)品總量為 ++= 純品含量為 247。 100%=% D 化工 091 化工設計課程大作業(yè) 其他雜 質(zhì)含量 247。 100%=% 氯化物的含量 247。 100%=% 產(chǎn)品符合標準 精餾效率為 99 %，則可回收的甲醇為 : 99%= 塔釜流出液為 : +++++= 實際年產(chǎn)量為 : 3 330=9955 噸。 各項指標均符合設計要求。 表 精餾塔物料衡算表 Table distillation column material balance sheet 設備名稱 進料名稱 進料組分 組分含量 % 進料量 kg 精餾塔 母液 同上 出料名稱 出料組分 組分含量 % 出料量 kg 氯化銨溶液 甘氨酸 烏洛托品 氯化銨 水 其他 甲醇 水 水 甲醇 甲醇 氨 氨 對于整個系統(tǒng) 輸入： +1758+++123804+13680= D 化工 091 化工設計課程大作業(yè) 輸出： ++500+++++ ++ = 熱量衡算 熱量衡算按按能量守恒定律，在無軸功條件下，進入系統(tǒng)的熱量與離開熱量平衡，在實際中對傳熱設備的熱量衡算可由下式表示 [21]： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 （ ） Q1 — 所處理的物料帶入設備中的熱量 kJ Q2 — 加熱劑或冷卻劑與設備和物料傳遞的熱量（符號規(guī)定加熱劑加入熱量為“ +”；冷卻劑吸收熱量為“ ”） kJ Q3 — 過程的熱效應（符號規(guī)定過程放熱為“ +”；過程吸收熱量為“ ”，注意 Q與熱焓符號相反，即 Q=△ H。） kJ Q4 — 離開設備帶走的熱量 kJ Q5 — 設備各部件所消耗的熱量 Q6 — 設備向四周散失的熱量 取 25℃ 為溫度基準 計算 Q1 與 Q4 Q1或 Q4 可用下列公式計算 Q1（ Q4） =? ? )( 0ttpicGi （ ） 式中 Gi — 物料的質(zhì)量 kg pic?? — 物料平均定壓比熱容 kJ/kg℃ t — 物料的溫度℃ t0 — 計算基準溫度℃ 固體 和液體的熱容可采用下式計算 [22]（《化工生產(chǎn)中的間歇過程》） D 化工 091 化工設計課程大作業(yè) C=M nc? ?? （ ） 式中 ca — 元素的原子比熱容 kJ/kg℃（見下表） n — 分子中同一元素的原子數(shù) M — 化合物的分子量 g/mol 表 元素的原子比熱容 （ 0℃） Table elements of the atomic heat capacity (0 ℃ ) 元素 ca（固） ca（液） 元素 ca（固） ca（液） 碳 硅 氫 氟 氧 硼 硫 氮 —— 磷 其他 按該式計算的是 0℃的比熱容，和常溫下的比熱容出入不大，如要求高溫下的比熱，可由結(jié)果放大 5%—— 10%。 由 C= M nc? ?? 得 25℃下 氯乙酸 ClCH2COOH C 氯乙酸 = ?????? = kJ/kg℃ 烏洛托品（ CH2） 6N4 C 烏洛托品 = 140 ??? = kJ/kg℃ 甘氨酸 NH2CH2COOH C 甘氨酸 = 75 ????? = kJ/kg℃ 氯化銨 NH4Cl D 化工 091 化工設計課程大作業(yè) C 氯化銨 = ?? = kJ/kg℃ 查資料得 C 氨 = kJ/kg℃ C 水 = kJ/kg℃ Q1= ? ? )( 0ttpicGi = 25+ + 1758+ 25 = 反應的溫度在 6070℃左右 C 甘氨酸 = 105%= kJ/kg℃ C 烏洛托品 = 105%= kJ/kg℃ 產(chǎn)生的少量雜質(zhì)對熱量的影響不大，現(xiàn)忽略不計，水在該溫度下的比熱容幾乎沒有變化。 Q4=? ? )( 0ttpicGi = 70+ 70+ 70+ 70 = 過程熱效應 Q3 計算 過程熱效應可 分為兩類，一類是化學過程熱效應，另一類是物理過程熱效應，即物理狀態(tài)變化熱，物料經(jīng)歷化學變化過程，除化學反應熱效應外，往往伴隨著物料狀態(tài)變化熱效應，則兩者應結(jié)合在一起考慮，可用下式計算 Q3=Qr+Qp （ ） 式中 Qr—— 是化學反應熱效應 Qp—— 是物理過程熱效應 氯乙酸與氨氣反應，生成大量的熱，氨溶解在水中，也放出大量的熱。 ClCH2COOH+2NH3 NH2CH2COOH+ NH4Cl 34 75 D 化工 091 化工設計課程大作業(yè) 已知各物質(zhì)的焓 △ H 氯化銨 =△ H 甘氨酸 = kJ/mol △ H 氨 = kJ/mol △ H 氯乙酸 = kJ/mol 由公式 △ H= ?? ??? 反應物生成物 HH （ ） 而 Q=△ H Qr=（ 247。 247。 75+ 247。 34+ 247。 ） 103 =9981436kJ 查表得氨的溶解熱為△ H= kJ/mol Qp=( 247。 17) 103 =11349789kJ Q3=Qr+Qp=9981436+11349789=21331225kJ Q2 的計算 Q5 為設備各部件所消耗的熱量，按占總熱量的 10%計 Q6 為設備向四周散失的熱量，現(xiàn)忽略不計，則 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5 Q1+Q2+Q3=Q4+（ Q1+Q2+Q3Q4） 10% Q2=Q4Q1Q3+（ Q1 +Q3Q4） 10%+ Q2 Q2=Q4Q1Q3+Q4247。 =+247。 = Q20，需加入冷卻劑 D 化工 091 化工設計課程大作業(yè) 第四章 主體設備氨化合成釜設計 [23] 體積估算 氨化釜中的投料量 氯化銨 烏洛托品 1758kg 水 氨 各物質(zhì)相對密度 氯化銨 烏洛托品 水 1g/cm3 氨 V=247。 +1758247。 +247。 1 = 初步設計 20 套合成釜，則每釜體積 V=247。 20=，每釜按使用 60%的容量（受醇析容量和生產(chǎn)時間限制），即裝料系數(shù)η =. 則合成釜的體積為 247。 = 取整為 3000L。 D 化工 091 化工設計課程大作業(yè) 確定筒體和封頭形式 從工作壓力、溫度以及設備工藝性質(zhì)，可以看出它屬于帶攪拌的低壓反應類型，根據(jù)慣例選擇橢圓形封頭和圓柱形筒體。 確定筒體和封頭直徑 設備要求容積 3m3，查表 H/Di 為 ，現(xiàn)取 ，裝料系數(shù)η =。反應器直徑估算： D= ????? ? ?? DiH V 圓整至公稱直徑標準系列，取 Di=1400 ㎜，封頭取相同的內(nèi)徑，由GB/T433795 查得 [15]： 封頭曲面高度 h1=350 ㎜，直邊高度 h2=40 ㎜， Fb= ㎡， Vb= m3 確定筒體高度 由 H=42DVV b?? ?H= 取筒體高度 H 為 ， H/Di=， 則實際體積為 V= 322 mVHDb ????? ?? 符合實際設計要求。 確定夾套的直徑 Dj =Di+100=1400+100=1500 ㎜，夾套也采用橢圓形，并與夾套筒體取相同直 徑。 D 化工 091 化工設計課程大作業(yè) 確定夾套的高度 夾套筒體高度估算如下 ： V VVH bi ??? 取 Hi 為 1100㎜ 。 計算傳熱面積 當 D=1400 ㎜時， Fb= ㎡ F= Fb +π DHi=+ = ㎡ 計算夾套筒體，封頭厚度 夾套筒體與內(nèi)筒的環(huán)焊縫，因無法探傷檢查，從安全計夾套上所有焊縫均取? =，封頭采用由鋼板拼制的標準橢圓形封頭 ， 材料均為 A鋼 。 夾套厚度計算如下 ： 21][2 ccppDt id ???? ???= ???? ?? ++2=++2=8mm 夾套封頭厚度計算如下： mmccppDt id ][2 21 ???????? ??????? ??? 圓整至鋼板規(guī)格厚度并查閱封頭標準，夾套筒體與封頭厚度均取為 ? =8 ㎜。 計算內(nèi)筒筒體厚度 承受 內(nèi)壓時筒體厚度，結(jié)合夾套筒體和封頭厚度，由設備選型確定筒體厚度為 10 ㎜ 。 D 化工 091 化工設計課程大作業(yè) 攪拌器 換熱裝置 主要是夾套和蛇管，用來輸入和輸出熱量，以保證反應過程最適宜的溫度，本設計選用夾套換熱 。 攪拌裝置 由攪拌軸和攪拌電機組成。棋根本目的是加強反應器內(nèi)物料的均勻混合，以加強傳質(zhì)傳熱。由于本釜為低粘度液體混合，液相反應，所以選用折葉開啟渦輪式，攪拌軸常用材料為 45 鋼，需耐磨蝕較高或要求釜式反應器內(nèi)物料不被鐵離子污染時，應當用 不銹鋼或采用防腐措施 [16]。 軸封裝置 用來防止釜的主體與攪拌軸之間的泄露。反應釜中使用的軸封裝置主要有調(diào)料密封和機械密封，本釜采用機械密封，用垂直