【導(dǎo)讀】年產(chǎn)5萬(wàn)噸環(huán)氧大豆油工藝設(shè)計(jì)

　　

【正文】 ? ? ???? lLNp （ 38） 20 傳熱管總根數(shù)： N = 415=60（根） 平均傳熱溫差校正及殼程數(shù) 42040 30120 ????R .5 2040 ????P 按單殼程，四管程結(jié)構(gòu)，查溫度差校正系數(shù)圖得： ??t? ≧ 滿足殼程數(shù)為單程。 平均傳熱溫差： Ctt mtm ??? ??????? ? （ 39） 傳熱管排列和分程方法 由上采用正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方形排列。取管心距 dt? 則 mmt ???? 。 管子按三 角形排列時(shí)橫過(guò)管束中心線的管數(shù)： ? ? ???? Nn c （ 310） 管體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 ，則殼體內(nèi)徑為： mmNtD ????? ? （ 311） 所以殼體直徑可取 D=400mm 折流板 采用弓形折流板，去弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25%，則切去的圓缺高度為： h=400=100mm，故可取 h=100mm 取折流板間距 B=，則 B=400=120mm，固定管板式換熱器折流板間距有150mm、 300mm、 600mm 三種，所以可取 B 為 150mm。 折流板數(shù)目： ? ?塊折流板間距 傳熱管長(zhǎng) 3911506 0 0 01 ????BN （ 312） 折流板圓缺面水平裝配。 21 接管 殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)環(huán)氧大豆油流速為 u＝ ，則接管內(nèi)徑為 ：mmmuVd 3 ??? ????? ? （ 313） 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 66mm； 管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速 smu ? ，則接管內(nèi)徑為： mmmuVd 4 ??? ????? ? （ 314） 取標(biāo)準(zhǔn)管徑為 76mm。 換熱器核算 熱量核算 殼程對(duì)流傳熱系數(shù) 對(duì)弓形折流板，可采用克恩公式： ?????????wed ???? 正三角形排列時(shí)當(dāng)量直徑為： 220034 ( )24e tdd d???? = mππ 22?? ???????? ???? （ 315） 殼程流通截面積： 200 0 1 3 1 2 mtdBDS ??????? ?????????? ?? （ 316） 殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為： smu 1 3 1 2 9 6 53 6 0 0109 4 4 30 ???? 9 0 70 0 0 3 2 0 ???? 普蘭特準(zhǔn)數(shù)： 0 0 0 3 2 3 ???? 殼程為冷卻所以粘度校正 ?????????w?? 22 ?????????wed ???? 3 ????? ? ?Cmw ??????? 1 8 013 7 4 （ 317） 管程對(duì)流傳熱系數(shù) 低粘度流體時(shí)： iii d?? ? （ 318） 管程流通截面積： ?iS ? ?22 0 0 4 7 8 m???? 管程流體流速及其雷諾數(shù)分別為： smu i 1 4 0 4 7 9 53 6 0 4 ???? ????i 普蘭特準(zhǔn)數(shù)： 0 0 0 8 0 0 3 ???? iii d?? ? Cmw ??????? 傳熱系數(shù) K 1 8 010 0 0 0 2 2 0 2 0 2 0 2 0 0 0 2 0 3 30 2 1110000????????????????? soiisiiiRdbdddRddK000 84 06 24 1????? ? ?℃?? mw （ 319） 傳熱面積 S: 2339。 mtK QS m ?? ???? （ 320）該換熱器的實(shí)際傳熱面： Sp= nldo? =? ? 6? 60=( m2) （ 321） 23 %% %100 ??????? S SSH P (﹥ 10％ ,﹤ 25％ ) （ 322）傳熱面積在合適的裕度范圍內(nèi) ,該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。 核算壁溫 因管壁很薄，且管壁熱阻很小，故管壁壁溫按下式計(jì)算： t=iiooiimooRaRaRatRa??????11)1()1(T m （ 323） Tm=(T1+T2)/2=（ 120+30） /2=75℃ tm=+=40+20=28℃ 取兩側(cè)污垢熱阻為零計(jì)算壁溫，得傳熱管平均壁溫： t= 0 3 31 1 8 01 0 3 328 1 8 07511T m??????ioimoaaata ℃ （ 324） 殼體平均壁溫近似取殼程流體的平均溫度，即 75℃ ； 殼體平均壁溫與傳熱管平均壁溫之差： =℃ 。 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力 管程流動(dòng)阻力： ? ? psti NNFPPP? ????? 21 （ tF 結(jié)垢校正系數(shù)， sN 殼程數(shù)， pN 管數(shù)） 其中 2 21 udlP i ????， 222 uP ???? （ 325） 取換熱 管壁粗糙度為 則 傳熱管相對(duì)粗糙度 ＝ ，而 ?i 查圖得 摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn) 24 圖 摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)及相對(duì)粗糙度的關(guān)系 數(shù)及相對(duì)粗糙度的關(guān)系得 Cmwi ??? ? ,流速 smui ? ， mkg?? 2 21 udlP i ???? =（ 6/） （ 2/2） =9= PauP 5 72 1 4 9 532 222 ?????? ?? 對(duì)于 Φ25 Ft=，且： 1?sN 4?pN ? ? ? ? PaNNFPPP psti 521 6 8 0 9 1 5 ???????????? 管程流動(dòng)阻力在允許范 圍之內(nèi)。 殼程阻力：sti NFPPP? ?????? ??????? 21 1?sN ，液體 1?tF .15 流體流經(jīng)管束的阻力： ? ? 21 2001 uNnFfP Bc ????? （ 326） 正三角形排列 F=， Re0﹥ 500 時(shí)， 6 2 9 0 ????? ?Rf 管子按正三角形排列時(shí) nc=== ?BN 39 ?u ? ? 21 20xx uNnFfP Bc ????? =(39+1)(965)= 流體流過(guò)折流板缺口的阻力 : 25 202 uDBNP B ??????? ????= 2 2 P???????? ??? 總阻力： PaPaP 50 5 1 1 7 3 6 ??????? ）（ 殼程流動(dòng)阻力也比較適宜。 換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表 表 換熱器主要結(jié)構(gòu) 尺寸和計(jì)算結(jié)果 參數(shù) 管程 殼程 流率 /(kg/h) 103 103 進(jìn)（出）口溫度 /℃ 20（ 40） 120（ 30） 壓力 /MPa 物性 定性溫度 /℃ 30 75 密度 /kg/ 3m 965 定壓比熱容 /[KJ/(kg℃ )] 粘度 /mPas 普朗特?cái)?shù) 設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù) 型式 固定管板式 殼程數(shù) 1 殼體內(nèi)徑 /mm 400 臺(tái)數(shù) 1 管徑 /mm Φ25 管心距 /mm 32 管長(zhǎng) /mm 6000 管子排列 正三角形 管數(shù)目 /根 60 折流板數(shù) /個(gè) 39 傳熱面積 / 2m 折流板間距 /mm 150 管程數(shù) 4 材質(zhì) 10 碳鋼 主要計(jì)算結(jié)果 管程 殼程 流速 /(m/s) 表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) /(W/ m2℃ ) 污垢熱阻 / (m2℃ /W) 傳熱系數(shù) / ? ?Cmw ??2 524 裕度 /％ 26 換熱器各個(gè)部件參數(shù) 橢圓形封頭 由上計(jì)算換熱器殼體內(nèi)徑為 D=400mm,查詢橢圓形封頭 JB/T473795 可得： 工程直徑 DN=400mm,曲面高度 h1=100mm,h2=25mm，厚度 ? =8mm。選用材料 16MR 封頭與殼體連接部位法蘭 查詢法蘭國(guó)標(biāo) JB/T470120xx 可得： PN=， DN=400mm 時(shí) D=515mm，D1=480mm,D2=450mm,D3=440m， D4=437mm, ? =30mm,d=18mm,螺柱為 M16，數(shù)量 20個(gè)。具體結(jié)構(gòu)如下圖： 圖 法蘭具體結(jié)構(gòu)圖 螺母查詢 GB/T6170 可得：選用優(yōu)選螺紋規(guī)格 M16，螺距 P=2mm， c=， d0=,dw=,e=,m=,s=24mm。具體結(jié)構(gòu)尺寸如下圖所示： 圖 螺母結(jié)構(gòu)圖 管子尺寸選取 查詢接管標(biāo)準(zhǔn) GB/T1497620xx，材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)選用 300 系列 316L，接管厚度為：。由上計(jì)算可得：環(huán)氧大豆油進(jìn)（出）料接管內(nèi)徑為： 65mm,冷卻水進(jìn)（出）接 27 管內(nèi)徑為： 76mm。本設(shè)計(jì)選用鋼管外徑 B 系列，公稱通徑為 65mm 時(shí)，鋼管外徑 76mm,即接管厚度 ；公稱通徑為 76mm時(shí)，鋼管外徑為： 88mm，即接管厚度 6mm。 筒體內(nèi)接管由工藝性質(zhì)選取 Φ25,同理查詢 GB1329691 當(dāng)換熱管外徑 d0 滿足： 25≦ d0≦ 57mm 時(shí)拉桿直徑 d 拉 =16mm。拉桿數(shù)量與公稱直徑有關(guān)當(dāng)公稱直徑滿足400≦ DN﹤ 700mm 時(shí)拉 桿數(shù)量為 4 個(gè)。拉桿的直徑可按需要確定，其中 La=20mm，Lb≧ 60mm。 公稱直徑 DN=400mm≦ 700mm，換熱管無(wú)支撐跨距 l=150mm≦ 300mm 時(shí)折流板最小厚度 4mm,考慮到本設(shè)計(jì)管子較長(zhǎng)增加固定支撐作用可采用折流板厚度為 6mm,計(jì)算得共39 塊折流板。 公稱直徑 DN=400mm≦ 600mm 由 GB150 得隔板的最小厚度為 8mm,采用碳素鋼及低合金鋼材料。 28 結(jié)論與展望 在無(wú)溶劑無(wú)硫酸條件下合成環(huán)氧大豆油，確認(rèn)整個(gè)工藝流程的完善可靠性，避免了過(guò)程中酸性介質(zhì)的影響，控制大豆油：雙氧 水：雜多酸季銨鹽催化劑質(zhì)量配比為 1::反應(yīng)溫度為 60℃ 70℃ 進(jìn)行配料后由泵打入反應(yīng)釜，控制反應(yīng)時(shí)間 68h，雙氧水的滴加時(shí)間控制在 5h 左右，隨后經(jīng)油水分離器使得油和水分離，含有催化劑鹽的水溶液進(jìn)一步進(jìn)入分離器使得水和催化劑雜多酸季銨鹽進(jìn)行分離后回收利用。油水分離器上層分離出的油溶液經(jīng)過(guò)水洗、蒸餾脫去油中的水組分，再通過(guò)精餾塔進(jìn)一步精制處理，最后經(jīng)換熱器進(jìn)行冷卻進(jìn)入錐頂槽儲(chǔ)存環(huán)氧化大豆油產(chǎn)品溶液。 本工藝流程的優(yōu)點(diǎn)： ① 不使用礦酸催化劑和羧酸，不但提高操作的安全性，而且減少了開(kāi)環(huán)副反應(yīng)和酸性廢水 的排放； ② 利用過(guò)氧磷鎢酸季銨鹽作催化劑，反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)速率快，催化效率高，雙氧水利用率高，雙氧水分解產(chǎn)物為水，因此本環(huán)氧化方法沒(méi)有廢水的污染； ③ 不適用有毒溶劑，生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染。 本設(shè)計(jì)選取工藝過(guò)程中必不可少的換熱器設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)處理，通過(guò)物料衡算、熱量衡算最后確定換熱器的主要尺寸設(shè)計(jì)。管子長(zhǎng)度 L=6000mm,型號(hào) Φ25,筒體直徑為400mm的單殼程四管程換熱器設(shè)備。 環(huán)氧大豆油作為性能優(yōu)良的無(wú)毒增塑劑日益受到人們的青睞，其原料大豆油的可再生性也成為另一大亮點(diǎn)。然而，當(dāng)今工業(yè)環(huán)氧化過(guò)程 中普遍性使用的羧酸、硫酸等原料造成了嚴(yán)重的水體污染。因此，在環(huán)保呼聲日益高漲的今天，無(wú)羧酸、無(wú)溶劑條件下的環(huán)氧化無(wú)疑是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，新型綠色環(huán)氧化催化劑的出現(xiàn)將成為歷史的必然。 過(guò)氧磷鎢酸季銨鹽在大豆油環(huán)氧化方面顯示了優(yōu)良的催化性能，并且反應(yīng)過(guò)程真正