【正文】 在此，對(duì)所有關(guān)心和幫助過我的老師和同學(xué)表示 崇高的敬意和衷心的感謝 。 七． 致謝 本次設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)寫作期間，得到了 張德拉老師 的精心指導(dǎo)，老師 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度， 精益求精的工作作風(fēng)，樸實(shí)無華、平易近人的人格魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。 由于本設(shè)計(jì) 屬于初步設(shè)計(jì)，需要更多的討論與研究，才能投入生產(chǎn)實(shí)踐，使得技術(shù)得到改進(jìn)，生產(chǎn)效率提高。而產(chǎn)生的廢水用活性污泥進(jìn)行生化處理后再排放，對(duì)環(huán)境不具有污染。 根據(jù)實(shí)際情況，最大限度地回收利用，變廢為寶。 （ 3）酯化反應(yīng)在常壓操作進(jìn)行，對(duì) 傳統(tǒng)工藝的改進(jìn)使得其能量消耗大為減少，生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和連續(xù)性大為提高，符合現(xiàn)代工藝綠色高效生產(chǎn)的要求。 本工藝設(shè)計(jì)與一般工藝相比，優(yōu)勢(shì)在于： （ 1）原料預(yù)熱處理步驟提高了原料的轉(zhuǎn)化率，使苯酐在一級(jí)酯化釜轉(zhuǎn)化率接近100%。由于第①有公用工程消耗低，熱能利用合理，可以生產(chǎn)多牌號(hào)的 DOP產(chǎn)品等種優(yōu)點(diǎn)，并且，結(jié)合國內(nèi)條件和生產(chǎn)操作經(jīng)驗(yàn)，在借鑒第 1類典型工藝流程基礎(chǔ)上，采用的是非酸催化劑，可革除中和不洗兩個(gè)工序，設(shè)計(jì)國產(chǎn)化新的工藝流程。 本次設(shè)計(jì)以“工藝先進(jìn)、技術(shù)可靠、系統(tǒng)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)合理、安全環(huán)?！睘樵瓌t，依據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，遵循工程設(shè)計(jì)的規(guī)則與要求來完成， 設(shè)計(jì)思路清晰，能結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際輔助設(shè)計(jì)，引用資料和相關(guān)公式準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)結(jié)果可靠，自我感覺本次課程設(shè)計(jì)完成比較理想。 嚴(yán)格執(zhí)行防火規(guī)定及安全技術(shù)措施，嚴(yán)格控制可爆介質(zhì)不得上升到爆炸范圍。 （ 2） 不準(zhǔn)任意改變運(yùn)行中的工藝參數(shù)，不得超溫、超壓及提高設(shè)備的使用等級(jí)。 （ 4） 備有必須的消防器材。 （ 3） 電氣設(shè)備須選用防防爆型，電纜、電源絕緣良好，防止產(chǎn)生電火花。根據(jù) DOP 生產(chǎn)的特點(diǎn)，應(yīng)采取下列防火措施： （ 1） 貯存輸送原料及產(chǎn)品的貯罐、管線附近嚴(yán)禁火源，并有明顯的指示牌和標(biāo)志。設(shè)備及管道中可以采用的安全泄壓裝置主要有爆破片和安全閥，或在管道上加安全水封和安全放空管。 在設(shè)計(jì)中，流程上要考慮的安全因 素主要是避免設(shè)備和管道內(nèi)截止的壓力超過允許的超做壓力而造成災(zāi)難性事故的發(fā)生。而產(chǎn)生的廢水（ COD 值 700～ 1500mHg/L） 可以用活性污泥進(jìn)行生化處理后再排放?；厥諘r(shí)必須考慮經(jīng)濟(jì)效益，如果回收有效成分的費(fèi)用很大，就不如用少量堿將其破壞除去。 表 12 冷凝器設(shè)計(jì)匯總 筒體 內(nèi)徑 (mm) 700 折流板 數(shù)目 7 壁厚 (mm) 6 間距 (mm) 210 封頭 （橢球型） 半徑 (mm) 700 高度 (mm) 175 高度 (mm) 100 直邊高度 (mm) 25 列管 管長 1630 尺寸 (mm) Ф 16 數(shù)目 300 拉桿 數(shù)目 6 尺寸 (mm) Ф 25 接管 殼程流體進(jìn)出接管公稱直徑：410mm，厚度 4mm 不凝性氣體排除接管公稱直徑： 20mm,厚度 3mm 管程流體進(jìn)出接管公稱直徑： 90mm,厚度 4mm 管程數(shù) 4 五． 環(huán)境保護(hù)與勞動(dòng)安全 生產(chǎn)過程“三廢”處理 生產(chǎn)過程中工業(yè)廢水的主要來源是酯化反應(yīng)中生成的水；經(jīng)多次中和后含有單酯鈉鹽等雜質(zhì)的廢堿；洗滌粗酯用的水 ；脫醇時(shí)汽提蒸汽的冷凝水，它們的組成大致如下面所示： 表 12酯化液與中和廢水的組成 酯化反應(yīng)液 % 中和廢堿液 Mg/L DOP 90． 4 DOP 2020 苯酐 7． 83 苯酐 2020 苯二甲酸單 辛酯 苯二甲酸單 辛酯鈉 1000 硫酸單辛酯 硫酸單辛酯鈉 23000 硫酸單辛酯 硫酸單辛酯鈉 4000 治理的辦法，首先應(yīng)從工藝上減少廢水的排放量，象本設(shè)計(jì)采用的是非酸催化劑，則可革除中和水洗兩個(gè)工序；其次，當(dāng)然也不可避免地要進(jìn)行廢水處理。 開孔補(bǔ)強(qiáng) 換熱器封頭和殼體上的接管都需要補(bǔ)強(qiáng)，在開孔外面焊接上一塊與容器壁材料和厚度都相同的，即 5mm 厚的 20R 鋼板。曲面高度 h1=100mm，直邊高度 h2=25mm，材料選用 20 R 鋼。 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》得，折流板最小厚度為 4mm，折流板外徑 696mm，折流板開孔直徑為Ф +，材料為 Q235A 鋼；拉桿選用Ф 16，共 6 根，材料 為 Q235AF鋼。 折流板 采用弓形折流板，取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=175mm 取折流板間距 B=,則 B=210mm。按單管程計(jì)算管字?jǐn)?shù)： 組分 異辛醇 水 N2 比熱容KJ/(kg.℃ ) 2020C 600C 2020C 600C 2020C 600C 組成 kmol 產(chǎn)生熱 Q1 kJ/h ??????? ????? udd Vn iis ? mndA so ????? ? 采用四管程，則 L=L1/4= 管數(shù) n1=4n=240 根 管子的排列方式，管間距的確定 設(shè)計(jì)采用正三角形排列，取管間距為 a=32mm 。選用 ?? 的碳鋼管，管內(nèi)流速取 。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時(shí)進(jìn)口溫度會(huì)降低，考慮到這一因素，估計(jì)該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大，因此初步確定選用帶膨 脹節(jié)的固定管板式式換熱器。 這里將以二級(jí)反應(yīng)第一個(gè)釜為例進(jìn)行換熱器的計(jì)算與選型。所以需要將水帶出反應(yīng)釜，促進(jìn)反應(yīng)向產(chǎn)物方 向進(jìn)行。此外 ，還考慮到釜內(nèi)介質(zhì)的反應(yīng)速度難以控制以及介質(zhì)的腐蝕性， 設(shè)備不宜采用安全閥作超壓泄放裝置， 故設(shè)置了一泄放口徑為 200mm 的爆破片 （厚 3mm的鉛制平板型爆破片內(nèi)襯厚 2mm 的耐酸橡膠板）作為設(shè)備的超壓泄放裝置。 圖 2 反應(yīng)釜基本構(gòu)造 反應(yīng)釜的主要技術(shù)特性匯總 表 9 反應(yīng)釜的主要技術(shù)特性 項(xiàng)目 符號(hào) 設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)及選型 攪 拌 器 攪拌形式 六片平直葉圓盤渦輪式攪拌器 葉輪直徑 d 葉輪寬度 b 葉輪距釜底高度 c 攪拌轉(zhuǎn)速 n 槳葉數(shù) z 6 攪拌功率 N 攪拌 附件 擋板數(shù) nb 6 擋板寬度 w 反 應(yīng) 釜 攪拌釜全容積（不包括封頭部分） V 液面深度 h 攪拌釜實(shí)際高度 H 攪拌釜內(nèi)經(jīng) Di 工作壓力 PT 攪拌釜厚度 Sn 5mm 夾套 夾套形式 螺旋板夾套 螺旋板螺距 P 夾套環(huán)隙 E 夾套內(nèi)冷卻水流速 u 冷卻水每小時(shí)移出熱量 Q 被攪拌液體側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù) j? 890W/() 夾套側(cè)冷卻水對(duì)流傳熱系數(shù) ? () 攪拌槽總傳熱系數(shù) K () 所需夾套面積 F 由于釜內(nèi)介質(zhì)具有一定的 腐蝕性 , 要求對(duì)釜體及釜蓋內(nèi)表面進(jìn)行搪鉛處理 (鉛層厚 6— 8 )并襯耐酸瓷板二層。由于攪拌槽能提供的最小傳熱面積： ? DiH= =。 所以冷卻水質(zhì)量流量 m=Q/cp(t2t1)= ( 30)=。 被攪拌液體側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù) j? 采用佐野雄二推薦的關(guān)聯(lián)式計(jì)算 : Nuj=(? D4/? 3)(d/Di)(b/Di) ? = 4N/(? Di2Hρ ),式中 N=,Di=,ρ =1280kg/m3,H= 錨式 ○ ○ ○ 1～ 100 1～ 100 1000 螺桿式 ○ ○ ○ 1～ 50 ～50 1000 螺帶式 ○ ○ ○ 1～ 50 ～50 1000 故 ? =? =? /ρ = 104/1280= 107m2/s (? Di4/? 3)= 104 Pr= ???? ??pc j? Di/? =(? D4/? 3)(d/D)(b/D) = 104 = 104 故 j? = 104/=919W/() 夾套冷卻水對(duì)流傳熱系數(shù) ? 采用下式計(jì)算： ? De/? =(1+(De/Dc)) 即 ? =(1+(De/Dc))? /De 冷卻水進(jìn)入夾套溫度 25oC,冷卻水出夾套溫度 55oC，則其定性溫度 t=40oC，在此溫度下，水的相關(guān)物性如下： 比熱容 cp=()= 導(dǎo)熱系數(shù) ? = 密度 ρ =黏度 ? =。 攪拌功率的計(jì)算 采用永田進(jìn)治公式法計(jì)算。全檔板判斷如下： )(DW 。由《化工原理》上冊(cè)教材中表 41，選取葉輪直徑 d/Di=,即 d=,葉寬 b= 轉(zhuǎn)速取 n=，葉輪距槽底高度 C 為 D/3=。 攪拌器的選用及尺寸 攪拌器的選型要根據(jù)攪拌目的，物料粘度，攪拌容器容積的大小來綜合考慮。 水壓校驗(yàn)： 根據(jù)siCT Se SeDP ?? ???? )( 有： M P aM P as 1 8 02 0 ????? ? M P ammmmmmmmmmmmmmM P aSeSeDP iCT144)125(2)1252990(2)(????????????? 由此得： ST ?? ?? =180 故其強(qiáng)度滿足要求。 故攪拌釜的有效體積為： V=VR/= 反應(yīng)釜高度與底面直徑 反應(yīng)釜的高度與底面直徑關(guān)系： H= 底面直徑： mVDi . 4 33 ????? ? 故液面深度 h=4VR/? Di2= 反應(yīng)釜高： H== = 當(dāng) 3200mmDi ? ，查表 166得各參數(shù)如表 6所示 表 6 所查得的各參數(shù) 曲面高度 h1 直邊高度 h2 800mm 40mm 反應(yīng)釜溫度與壓力 查表 4— 5 設(shè)計(jì)溫度： 150℃ +20℃＝ 170℃ 混合液平均密度 ρ =nAMA/(nAMA+nBMB)ρ A+ nBMB/(nAMA+nBMB)ρ B = + = 已知： PW = 則工作壓力： M P aPwghP T1 0 0 0 0 0 01 0 1 3????????? ? 查表 4— 2 設(shè)計(jì)壓力為工作壓力的 110%，則設(shè)計(jì)壓力為： Pc== = 設(shè)備選材：查課本附表 91 設(shè)備選材：由于原料和產(chǎn)物對(duì)鋼材的腐蝕不大，溫度為 150℃，壓力為常壓，本設(shè)計(jì)從滿足生產(chǎn)工藝需要及保證酯化釜使用壽命的角度出發(fā)，酯化釜的材質(zhì)選用 高 合金鋼0Cr18Nil2Mo2Ti。若攪拌時(shí)產(chǎn)生泡沫或呈沸騰狀態(tài)， ? 應(yīng)取低值，約為 ～ ；若攪拌狀態(tài)平穩(wěn)或物料的粘度較高 ? 可取 ～ 。 ( 3600)= / S 同理異辛醇體積流量 QB ρ B 異辛醇密度 QB=nBMB/ρ Bt= 1000 247。 QA=nAMA/ρ At (10) 式中： nA 單位時(shí)間內(nèi)（ 1 小時(shí)）處理的苯酐摩爾數(shù)； MA 苯酐的式量；ρ A 苯酐密度 。由于攪拌速度較大，反應(yīng)物料在反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)狀況可視為呈全混流，在定態(tài)時(shí)，在等溫等容條件下對(duì)整個(gè)反應(yīng)器作 A 的物料衡算： 反應(yīng)釜容積按下式計(jì)算： VR=Q0 t (1+? ) (8) Q0=QA+QB (9) 式中： QA和 QB，分別為苯酐和異辛醇的體積流量 。 四、主要設(shè)備設(shè)計(jì)與選型