【正文】 （ 5）煤等離子體法的設(shè)備投資成本不經(jīng)濟(jì)； C 干法和濕法制乙炔 （ 1）都是傳統(tǒng)的生產(chǎn)乙炔的方法； （ 2）干法乙炔是用略多與理論的 水以霧態(tài)噴在電石粉上使之水解； （ 3）干法乙炔發(fā)生和濕法乙炔發(fā)生的化學(xué)原理是相同的； （ 4）濕法乙炔發(fā)生是塊狀電石投入發(fā)生器中（發(fā)生器中有水）使之水解； （ 5）干法制乙炔產(chǎn)生的污染物比濕法制乙炔的少； （ 6）干法制乙炔的成本略小于濕法制乙炔的成本； 新興乙炔化工生產(chǎn)方法與舊法的風(fēng)險(xiǎn)評估 通過比較和細(xì)致的觀察，加上對乙炔市場的考察，新興的兩種乙炔發(fā)生方法既天然氣部分氧化法和煤等離子體法，都有很大的局限性和經(jīng)濟(jì)成本問題。而干法乙炔發(fā)生和濕法乙炔發(fā)生是傳統(tǒng)的制備乙 炔的方法，其安全性和穩(wěn)定性都有一定的保障，其中如果考慮環(huán)保的問題，乙炔干法發(fā)生會(huì)占很大的優(yōu)勢，其反應(yīng)以后得電石粉末具有再利用價(jià)值。干法乙炔發(fā)生是對濕法乙炔發(fā)生的改進(jìn)。所以我選擇干法乙炔發(fā)生作為我這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。 乙炔是叁健的不飽和的烴類化合物，其化學(xué)性質(zhì)活潑，具有爆炸性。隨著工業(yè)的發(fā)展，1903 年法國首先將乙炔用于金屬的焊接與切割。乙炔在被工業(yè)生產(chǎn)大量應(yīng)用時(shí)，它的來源主要依靠使用電石的發(fā)生裝置來供給。小型的乙炔發(fā)生裝置安全性能差，易發(fā)生爆炸事故，使用不方便。 起初人們研究把氣態(tài)乙炔像其它氣體一樣，壓縮到鋼瓶中進(jìn)行了一系列運(yùn)輸和使用試驗(yàn)，但是由于高壓的氣態(tài)乙炔，給予很小的能量（例如當(dāng)乙炔壓縮到15 大氣壓時(shí)只需要 10179。隨后人們又采取像液化氣體那樣把乙炔液化成液體貯存在容器中使用，但液化乙炔更具有爆炸性，稍一不慎就發(fā)生爆炸事故。 為了將這種危險(xiǎn)性大的氣體穩(wěn)定地貯存在鋼瓶中，直到 1896 年在法國發(fā)明了 一種特殊的鋼瓶，在瓶中填滿一種多孔物質(zhì)，并在多孔物質(zhì)上浸潤丙酮作為溶劑，當(dāng)乙炔被壓縮充入瓶中時(shí)，由于溶劑吸附在多孔物質(zhì)的毛細(xì)孔中，而高壓乙炔又被溶解在溶劑中，從而達(dá)到安全貯存、運(yùn)輸和使用的目的。因此溶解乙炔的發(fā)展離不開乙炔瓶，所以溶解乙炔的發(fā)展史，也可以說是乙炔瓶的發(fā)展史。 1932 年上海中國煉氣廠從德國引進(jìn)了技術(shù)和設(shè)備。 解放以后，隨著我國工業(yè)的發(fā)展，溶解乙炔工業(yè)也有了一些發(fā)展，但由于對推廣使用溶解乙炔氣瓶的優(yōu)越性認(rèn)識(shí)不足，在較長一段時(shí)間內(nèi)發(fā)展緩慢，直到 5 1979 年全國生產(chǎn)溶解乙炔的廠也僅有十一家，而且大多數(shù)又是大型企業(yè)的附屬站，規(guī)模都較小，產(chǎn)品主要供給本廠使用，裝置總?cè)萘績H有 300 米 179。 2022 年以來，隨著政府刺激內(nèi)需政策效應(yīng)的逐漸顯現(xiàn)以及國際經(jīng)濟(jì)形勢的好轉(zhuǎn)，溶解乙炔下游行業(yè)進(jìn)入新一輪景氣周期從而帶來溶解乙炔市場需求的膨脹，溶解乙炔行業(yè)的銷售回升明顯，供求關(guān)系得到改善，行業(yè)盈利能力穩(wěn)步提升。 2. 原料及產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)格 電石 電石化學(xué)名稱為碳化鈣，分子式為 CaC2，外觀為灰色、棕黃色、黑色或褐色塊狀固體，是有機(jī)合成化學(xué)工業(yè)的基本原料，利用電石為原料可以合成 一系列的有機(jī)化合物，為工業(yè)，農(nóng)業(yè)，醫(yī)藥提供原料。工業(yè)用電石純度約為 70%80%，雜質(zhì) 雜質(zhì) CaO 約占 24％，碳、硅、鐵、磷化鈣和硫化鈣等約占 6％。 表 1 電石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 項(xiàng)目 指 標(biāo) 優(yōu)等品 一等品 合格品 發(fā)氣量（ 20℃ ,g≧ ） 粒度 (mm) 80200 305 285 255 5080 305 285 255 580 300 280 250 550 300 280 250 乙炔中磷化氫， %（ V/V) 乙炔中硫化氫， %（ V/V) 注：本設(shè)計(jì)采用的電石規(guī)格為優(yōu)等品。遇水激烈分解產(chǎn)生乙炔氣和氫氧化鈣，并 6 放出大量的熱。工業(yè)品密度，熔點(diǎn) 2300℃ ，能導(dǎo)電，純度越高，導(dǎo)電越容易。常溫下不會(huì)被硝酸氧化，用高錳酸鉀等強(qiáng)氧化劑氧化時(shí)生成二氧化碳、水、乙酸、甲酸等。丙酮對金屬不腐蝕，可貯于鐵、鋁等容器中，丙酮毒性低，毒性近于乙醇，對中樞神經(jīng)有麻醉作用，吸入蒸汽會(huì)引起頭痛，在空氣中嗅覺界限為 。 7 乙炔 乙炔簡介 乙炔又稱 電石 氣?；瘜W(xué)式 C2H2分子結(jié)構(gòu)： C 原子以 sp 雜化軌道成鍵、分子為直線形的非極性分子。在 15℃ 和 時(shí)，乙炔在丙酮中的溶解度為 237g/L，溶液是穩(wěn)定的。由碳化鈣 (電石 )制備的乙炔因含磷化氫等雜質(zhì)而有惡臭。熔點(diǎn)（ ） ℃ ，沸點(diǎn) 84℃ ，相對密度 (82/4℃ )，折射率，折光率 （ 0℃ ），閃點(diǎn)（ 開杯） ℃ ，自燃點(diǎn) 305℃ 。乙炔分子量 氣體比重 （ kg/m3）， 火焰溫度 3150℃ ，熱值 12800（千卡 /m3），純乙炔在空氣中燃燒 2100 度左右，在氧氣中燃燒可達(dá) 3600 度。 乙炔的化工產(chǎn)出指標(biāo) 不同的化工企業(yè)對自己產(chǎn)出的乙炔的含量要求不同，我所在公司要求產(chǎn)出的乙炔含量必須 ≥，清凈以后的乙炔含量要 ≥。用氮?dú)鈱σ欢?、二斗進(jìn)行置換，然后在氮?dú)獾谋Ｗo(hù) 下，電石從料斗進(jìn)入加料斗。在發(fā)生器中，電石與水發(fā)生反應(yīng)，生成乙炔氣和電石渣。電石渣漿從發(fā)生器溢流管不斷排出，濃渣漿和矽鐵等雜質(zhì)從發(fā)生器底部間隙排出。為了安全生產(chǎn)，系統(tǒng)設(shè)有安全水封和逆水封。氣柜設(shè)置高低位報(bào)警，根據(jù)氣柜的高低和發(fā)生器的壓力控制電磁振動(dòng)下料器，調(diào)節(jié)進(jìn)入發(fā)生器的電石量。次氯酸鈉液自次氯酸鈉配制槽，先經(jīng)次氯酸鈉泵打入清凈 2 塔頂部，從清凈 2 塔底部流出，然后一部分自身循環(huán)，一部分經(jīng)清凈泵打入清凈 1 塔頂部，清凈 1 塔底部流出的次氯酸鈉液自身循環(huán)，從第二 9 清凈塔頂部出 來的乙炔氣進(jìn)入中和塔，用氫氧化鈉液洗滌，中和掉從電石中帶入的二氧化碳和清凈時(shí)產(chǎn)生的酸性物質(zhì)。乙炔氣先通過換熱器和除霧器脫除大部分水，再進(jìn)入分子篩干燥器進(jìn)行吸附脫水。乙炔氣干燥后，送入氯乙烯裝置。 4. 物料衡算 本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)年生產(chǎn) 50 萬 標(biāo) m3 溶解乙炔，以年工作日 300 天計(jì)，則可知日生產(chǎn)溶解乙炔 噸，可得出原料消耗量為：電石 噸 /天，丙酮充裝量，充灌乙炔氣體量 ，年生產(chǎn)乙炔瓶 75900 瓶。 (2)年產(chǎn) 50 萬標(biāo) m3 換算成質(zhì)量及 。 （ 4）以日生產(chǎn) 24 小時(shí)計(jì)算，平均每小時(shí)生產(chǎn)乙炔 。 （ 8） 充罐乙炔氣體量： 充罐乙炔量 =（充罐后瓶中） （充罐前瓶中） 乙炔最大充罐量可按下式計(jì)算： VG ? ? 式中： ＆ 填料孔隙率 % V鋼瓶實(shí)際容積 L Gmax乙炔限定充裝量 kg 由上式可得 ： Gmax = （ 9） 生產(chǎn)乙炔瓶總數(shù) ?年生產(chǎn)乙炔瓶總數(shù)： 75900（瓶） ?日生產(chǎn)乙炔瓶數(shù)： 253（瓶） （ 10）發(fā)生器的物料衡算： 電石投入量 M1= 熱量的散失 Q 累積 產(chǎn)生的乙炔 V1 電石渣 M2 產(chǎn)生的廢氣 V2 發(fā)生器 11 總物料： ∑m 入 =∑m 出 則： F=W+P M1=M2+V1+V2 （ 11）發(fā)生器的熱量衡算： 由于電石與水在發(fā)生器里是根據(jù)化學(xué)反應(yīng)自發(fā)所產(chǎn)生的熱量，所以我們在這里就只能夠看其本身的熱量衡算了。不能夠詳細(xì)的列舉數(shù)據(jù)。 5. 溶解乙炔車間設(shè)備設(shè)計(jì)與選型 乙炔發(fā)生器的選型 乙炔發(fā)生器 [8]是用水分解電石，制取氣態(tài)乙炔的設(shè)備，是溶解乙炔生產(chǎn)裝置中的重要設(shè)備之一，乙炔發(fā)生器的性能好壞，將直接影響到成套設(shè)備的安全性能和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。 全密封低壓乙炔發(fā)生器全密封低壓乙炔發(fā)生器是 用電石桶把已破碎好的規(guī)格電石加入到發(fā)生器上部的電石貯料斗中。全密封發(fā)生器采用電磁振蕩器 [10]把電石從貯料斗中均勻地振落到發(fā)生器內(nèi)，電磁振蕩器與貯氣柜連鎖控制，當(dāng)發(fā)生器的發(fā)氣量過大時(shí)，電磁振蕩器會(huì)自動(dòng)停止工作。一旦發(fā)生器超壓，乙炔就會(huì)從安全裝置中放空，非常安全。 表 3 各種型號溶解乙炔設(shè)備技術(shù)參數(shù)表 根據(jù)物料衡算可知，平均每小時(shí)生產(chǎn)乙炔 ，所以選擇型號為 NRY80的乙炔發(fā)生器。浮頭式換熱器 [11]是管殼式換熱器系列中的一種，它的特點(diǎn)是兩端管板只有一端與外殼固定死，另一端可相對殼體滑移，稱為浮頭。 確定設(shè)計(jì)方案 兩流體溫度變化情況：熱流體是乙炔，進(jìn)口溫度 oC，出口溫度 40oC；冷流體（循環(huán)水）進(jìn)口溫度 30 oC，出口溫度 。s 水的 普 朗特?cái)?shù)： Pr2= 乙炔的定性溫度： 01 1 6 .7 4 0t= = 7 8 .3 52 C? 乙炔密度： ρ1= kg/m3 乙炔比熱： Cp1= kJ/kg℃ 乙炔導(dǎo)熱系數(shù)： k1= W/m℃ 乙炔粘度： μ1=104 Pa 查相關(guān)資料取總傳熱系數(shù) ? ? ℃mW300?K 計(jì)算熱負(fù)荷 乙炔氣計(jì)算，即 kWTTCmQ p 0 5 9 5 83 6 0 0/)401 1 6(102 2 )( 32111 ???????? 式中： m1——乙炔的流量 ， m3/h； CP1——乙炔的比熱 ， kJ/kg℃ ； T1——乙炔進(jìn)口溫度 ， ℃ ； T2——乙炔出口溫度 ， ℃ ； 計(jì)算冷卻用水量 忽略熱損失，則水的用量為 )( )( 331222 ???????? TTC QmPkg/s= kg/h 式中： m2——水的質(zhì)量流量 ， kg/h； CP2——水的比熱 ， kJ/kg℃ ； T1——水進(jìn)口溫度 ， ℃ ； T2——水出口溫度 ， ℃ ； 估算傳熱面積 15 31 ?? ???? mtK QAm2 式中： K——總傳熱系數(shù) ， W/(m2對清潔的流體，管徑可取小些，而對黏度較大或易結(jié)垢的流體，考慮管束的清洗方便或避免管子堵塞，管徑可取大些。在此選取的無縫鋼管 Φ 192mm 作為 換熱管。 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 根據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù) ns 根）(3 1 52 5 1 410 1 8 9 41 8 7 8 22 ?????? iis udVn 式中： V——水的體積流量 ， m3/h； di——換熱管的內(nèi)徑 ， mm； ui——水在換熱管中的流速 ， m/s； 按單程計(jì)算所需換熱管的長度 L ????? dn SL s?m 式中： S——換熱管傳熱面積 ， m2； ns——單程傳熱管數(shù)； d0——換熱管外徑 ， mm； 按單管程設(shè)計(jì)，傳熱管過長，根據(jù)本設(shè)計(jì)實(shí)際情況，取傳熱管長 6?l m，則該換熱器的管程數(shù)為 管程）( ???? lLNP 傳熱管的總根數(shù) 根）(6302315 ???TN 16 管排列方式 換熱管在管板上的排列有正三角形排列、正方形排列和正方形錯(cuò)列三種排列方式。 各種排管方式簡圖見圖 1。換熱管中心距宜不小于 倍的換熱管外徑，根據(jù)換熱管外徑查管殼式換熱器設(shè)計(jì)手冊GB151 表 12[12]可得換熱管中心距 S=25mm；分程隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距38mmnS ? 。弓形折流板又可以分為單弓形、雙弓形、三弓形。 折流板的作用是可以提高殼程流體的流速，增加湍動(dòng)程度，并使殼程流體垂直沖刷管束，以改善傳熱，增大 殼程流體的傳熱系數(shù)，同時(shí)減少結(jié)垢。取弓形折流板圓 17 缺高度為殼體內(nèi)徑的 25%，則切去的圓缺高度為 h=1000=250mm, 取h=250mm。 管子正方形排列時(shí)當(dāng)量直徑 ? ?2 0 0234 24ed t d d? ????????? 式中 t——相鄰兩管中心距， m； 0d ——管外徑， m。 換熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算 換熱流程設(shè)計(jì) 采用 1 殼程 2 管程的換熱器。管程分程隔板采用十字型結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)點(diǎn)是布管緊密。 管子和傳熱面積 換熱管除要求具有足夠的強(qiáng)度外，當(dāng)采用脹管法固定時(shí)，還要求管子有良好的塑性，避免因脹接而產(chǎn)生裂縫。由于水、油腐蝕性不大，故可采用碳鋼，現(xiàn)選擇 20 號鋼的無縫鋼管。其傳熱面積為： ?? tLNdF ? m2 殼體 殼體材料除要滿足一定的強(qiáng)度外，由于制造 過程中經(jīng)過卷板、沖壓和焊接，故要求材料有一定的塑性和可焊性，一般采用含碳量較低的 Q345R、 nR?16 等，現(xiàn)選用鋼。 水壓試驗(yàn)壓力 ? ?? ? ??tT pp ???MPa 式中 Tp? 耐壓試驗(yàn)壓力， MPa； P? 壓力容器的設(shè)計(jì)壓力， MPa ； 試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 ?T = ?? ?.2 ).( e eiT ?Dp = 由于 ?