【正文】 含溶劑 (一般采用丙酮 )的鋼瓶內(nèi)，使乙炔氣體溶解于丙酮液體中，當(dāng)使用時(shí)將乙炔氣體再從丙酮釋放出來。它雖在 1836 年就被人們發(fā)現(xiàn)，但直到 1892年利用電爐生產(chǎn)電石的方法被發(fā)明以后，它才開始被用于照明。從而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。但是由于大型的乙炔發(fā)生裝置搬運(yùn)不便。電石渣又難以集中利用，于是人們開始研究用其它方法來貯存、運(yùn)輸和使用乙炔氣。焦耳的能量）就會發(fā)生分解爆炸，試驗(yàn)遭受到失敗。所以高壓的氣態(tài)乙炔和液化乙炔在工業(yè)上都不能得到實(shí)際應(yīng)用。這種被稱為溶解乙炔氣瓶的特殊鋼瓶的誕生，使溶解乙炔在工業(yè)上得到了更廣泛的應(yīng)用。 我國溶解乙炔的發(fā)展 溶解乙炔在我國也已經(jīng)有了 九十 多年的歷史，早在 1920 年法商在上海蘆家灣徐家匯路開設(shè)氧氣廠，引進(jìn) 了法國溶解乙炔的技術(shù)和設(shè)備及乙炔瓶。 1936 年法商又在青島開設(shè)東方修焊公司，這就是我國解放以前僅有的三個(gè)溶解乙炔廠 [5]，其規(guī)模都較小，而且主要用于我國沿海的航標(biāo)燈。/ 時(shí)，在用的乙炔瓶也僅有約 8000 多只，年產(chǎn)乙炔約 1000 噸。同時(shí)，在國家 “十二五 ”規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的大方針下，溶解乙炔面臨巨大的市場投資機(jī)遇，行業(yè)有望迎來新的發(fā)展契機(jī)。工業(yè)電石的主要成份是碳化鈣，其余為游離氧化鈣，碳以及硅、鎂、鐵、鋁的化合物及少量的磷化物、硫化物。碳化鈣質(zhì)量應(yīng)符合表 1 要求。 電石的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì) 電石的化學(xué)性質(zhì)非?；顫姟? 電石的物理性質(zhì)是外觀呈灰色、棕色、紫色或黑色的固態(tài)物。 丙酮 丙酮的化學(xué)性質(zhì) 丙酮是脂肪族酮類有代表性的化合物，具有酮類典型反應(yīng)，丙酮對氧化劑比較穩(wěn)定。 丙酮能和水等非極性、極性溶劑混合，是一種良好的溶劑，它沸點(diǎn)低，揮發(fā)性大，對日光和堿不穩(wěn)定，屬一級易燃液體，故應(yīng)在陰涼處密閉貯存并勿進(jìn)火源。 丙酮 的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及 規(guī)格 丙酮的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（工業(yè)用）（ GB602689)主要性能指標(biāo)如下表 2： 表 2 丙酮質(zhì)量要求 名稱 級 別 指 標(biāo) 一級品 二級品 三級品 外觀 透明液體 色澤（鉑 鈷）號 ≦ 5 5 10 密度（ 20℃ ）（ g/cm3) 沸程：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下（ 0℃ ,)溫度范圍（包括 ℃ ）（ ℃ ）≦ 蒸餾量：（ ml)≥ 98 98 98 蒸發(fā)后干燥殘?jiān)?%）≦ 酸度（乙酸計(jì)）（ %） ≦ 高錳酸鉀褪色時(shí)間25℃ （ min)≧ 100 60 15 含醇量（ %） ≦ 含水量（ %） ≤ 注 ：乙炔瓶用丙酮應(yīng)符合一級品要求。結(jié)構(gòu)簡式 HC≡CH，是最簡單的 炔烴 。微溶于水，易溶于 乙醇 、苯、 丙酮 等 有機(jī) 溶劑。工業(yè)品乙炔帶輕微大蒜臭。 乙炔的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì) 乙炔的物理性質(zhì)： 純乙炔為無色無味味的易燃、有毒氣體。在空氣中爆炸極限 %%（ vol）。 乙炔的化學(xué)性質(zhì)： 化學(xué)性質(zhì)很活潑，能起加成、 氧化 、聚合及 金屬 取代等反應(yīng)。 3. 生產(chǎn)工藝 生產(chǎn)工藝流程圖 原料的準(zhǔn)備粗乙炔氣的發(fā)生粗乙炔氣的冷卻粗乙炔氣的凈化粗乙炔氣的低壓干燥乙炔氣的三級壓縮乙炔氣的油水分離乙炔氣的高壓干燥乙炔氣的充瓶充瓶后的靜置檢查運(yùn)輸 流程簡述 8 乙炔反應(yīng)的化學(xué)原理 電石水解反應(yīng)原理 : CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2+130kJ/mol 由于工 業(yè)電石含有大量雜質(zhì) ,CaC2 在水解反應(yīng)的同時(shí) ,還進(jìn)行一些副反應(yīng) ,生成相應(yīng)的雜質(zhì)氣體 ,其反應(yīng)式如下 : CaO+2H2O→Ca(OH)2+CaS+2H2O→Ca(OH)2+H2S↑ Ca3P2+6H2O→3Ca(OH)2+2PH3↑ Ca3N2+6H2O→3Ca(OH)2+2NH3↑ Ca2Si+4H2O→2Ca(OH)2+SiH4↑ Ca3As2+6H2O→3Ca(OH)2+2AsH3↑ 乙炔生產(chǎn)的工序工藝概述 經(jīng)過計(jì)量的電石由電葫蘆送到加料斗上方。經(jīng)一斗、二斗和電磁震蕩加料器進(jìn)入乙炔發(fā)生器。乙炔氣從發(fā)生器頂部溢出，經(jīng)洗泥器進(jìn)入正水封后進(jìn)入換熱器和水洗塔，冷卻后的乙炔氣進(jìn)入清凈系統(tǒng)在進(jìn)入氣柜。 在發(fā)生器中，電石與水反應(yīng)，主要生成乙炔氣和氫氧化鈣，并放出大量的熱，因此要不斷往發(fā)生器中加水或廢次氯酸鈉液，維持恒溫。當(dāng)發(fā)生器壓力過高時(shí)，安全水封自 動排氣，以降低發(fā)生器的壓力，當(dāng)發(fā)生器壓力過低時(shí)，為了避免在負(fù)壓時(shí)空氣進(jìn)入發(fā)生器和管道，形成爆炸性氣體，氣柜的乙炔氣經(jīng)逆水封進(jìn)入發(fā)生器，以升高發(fā)生器的壓力。 由冷卻塔來的乙炔氣，經(jīng)乙炔壓縮機(jī)加壓后，依次進(jìn)入清凈 1 塔，清凈 2 塔[6]，在清凈塔內(nèi)用次氯酸鈉溶液洗滌。 從中和塔出來的乙炔進(jìn)入干燥工序。干燥系統(tǒng)一般有兩臺以上的干燥器，一臺吸附，一臺再生，輪換使用。發(fā)生器溢流及由人工間隙排出的渣漿經(jīng)渣漿罐除去硅鐵后流至沉降池。 (1) 標(biāo) m3： ， 20℃ 空氣一標(biāo)準(zhǔn)立方米 =。 （ 3）以年工作日 300 天計(jì)算，平均每日生產(chǎn)乙炔 。 （ 5）消耗電石的計(jì)算： CaC2 + 2H2O Ca(OH)2 + C2H2 ?每小時(shí)消耗電石： ?每日消耗電石： ?每年消耗電石： （ 6）丙酮充裝量：按《溶解乙炔氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程》 [7]的規(guī)定，丙酮充裝量按下式計(jì)算： W=＆ V 式中 W丙酮充裝量， kg； ＆ 填料孔隙率， %； V鋼瓶實(shí)際容積， L； 由《溶解乙炔氣瓶安全監(jiān)察規(guī)程》 [7]可知 ＆ =91% V= 由此可得 W= kg （ 7）丙酮補(bǔ)加量 丙酮補(bǔ)加量 =（乙炔瓶始重） +（剩余乙炔量） （實(shí)重） 10 ?剩余乙炔量的確定 在充裝乙炔前，要先測定瓶內(nèi)剩余的乙炔壓力，以便確定剩余乙炔量有多少，計(jì)算公式如下： Gs=＆ ɑVPa(PS+1)103 式中： Gs乙炔在瓶中剩余的乙炔量 kg ＆ 填料孔隙率 % V鋼瓶實(shí)際容積 L ɑ乙炔在丙酮中溶解度 Pa乙炔密度 kg/m3 PS乙炔瓶中余壓 MPa 其中， ＆ =91% V= ɑ=237g/L Pa=P0 10 t? P0=此可計(jì)算出乙炔在瓶中的剩余量，以及丙酮補(bǔ)加量。 本身所散失的熱量 Q1 隨產(chǎn)生的乙炔和廢氣所帶走的熱量 Q3 隨電石渣所散失的熱量 Q2 對此連續(xù)穩(wěn)定的過程 ∑Q 總 =∑Q 出 即 Q 總 =Q1+Q2+Q3+Q4 由于公司的保密要求，只能對主要設(shè)備做簡單的物料和熱量的衡算。由此所產(chǎn)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)的不規(guī)范希望指導(dǎo)老師理解和諒解。根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求，本 設(shè)計(jì)采用全密封低壓乙炔發(fā)生器 [9]作為反應(yīng)設(shè)備。由于它采用的是全密封加料，所以在加料過程中沒有任何電石粉塵產(chǎn)生，操作環(huán)境相當(dāng)好。在安全性能方面，發(fā)生器 發(fā)生器里自發(fā)產(chǎn)生熱量 Q 水中的熱量 Q4 12 該發(fā)生器有超壓、超液位兩種保護(hù)裝置。表 3為各種型號溶解乙炔設(shè)備 的技術(shù)參數(shù)表。 換熱器的選型與設(shè)計(jì) 型號 NRY20 NRY40 NRY60 NRY80 NRY100 NRY120 NRY140 NRY160 乙炔 產(chǎn)量(m3/h) 20 40 60 80 100 120 140 160 乙炔 純度(%) C2H2 ≥98 C2H2≥98 C2H2 ≥98 C2H2 ≥98 C2H2 ≥98 C2H2 ≥98 C2H2 ≥98 C2H2 ≥98 發(fā)生器出口壓力(MPa) 發(fā)生器水溫(℃ ) ≤ 70 ≤ 70 ≤ 70 ≤ 70 ≤ 70 ≤ 70 ≤ 70 ≤ 70 電石 粒度(mm) 10200 10200 10200 10200 10200 10200 10200 10200 電石 耗量(kg/h) 95 190 285 380 475 570 665 760 乙炔壓縮機(jī)型 M2V220/25 M2V220/25 M2V220/25 M2V220/25 M2V220/25 M2V220/25 M2V220/25 M2V220/25 配用 電機(jī)(KW) 2 3 4 5 6 7 8 充瓶 壓力(MPa) 13 本設(shè)計(jì)從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境及生產(chǎn)能力的需求，選擇合適的換熱器類型，然后根 據(jù)具體生產(chǎn)工況，按相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，進(jìn)行基于整體結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì)，再對相關(guān)輔助部件進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)出一臺滿足要求的換熱器。浮頭式換熱器由于管束的膨脹不受殼體的約束，因此不會因管束之間的差脹而產(chǎn)生溫差熱應(yīng)力，另外浮頭式換熱器的優(yōu)點(diǎn)還在于拆卸方便，易清洗。 定性溫度和物性參數(shù)計(jì)算 水的定性溫度： 30t= = C? 水的密度： ρ2=水的比熱： Cp2=℃ 水的導(dǎo)熱系數(shù)： k2=℃ 水的粘度： μ2=106 Pa s 乙炔 普 朗特?cái)?shù)： Pr1= 核算換熱器傳熱面積 有效平均溫差計(jì)算 14 由于逆流的傳熱效果比并流好，故在此選用逆流操作 逆流平均溫差 n( ) lnNtttCtt? ? ? ?? ? ? ? ???大 小大 小 參數(shù) R: 11221 1 6 . 7 4 0 7 6 . 7 9 . 0 2 43 8 . 5 3 0 8 . 5ttR tt? ??? ?? ? ? ??? ??? 參數(shù) P： 22123 8 . 5 3 0 8 . 5 0 . 0 9 81 1 6 . 7 3 0 8 6 . 7ttP tt?? ?? ?? ? ? ????? 查 GB151 圖 F2（ b） [12],可得溫差校正系 數(shù)： =? ，則有效平均溫差0 . 9 5 3 0 . 1 2 3 2 8 . 6 1 7mNt t C?? ? ? ? ? ? ? ?在此溫度下水的密度為： 3kg= m?水水的比熱容： Cp2=℃ 由于溫差校正系數(shù) ，同時(shí)殼程流體流量亦較大，故取單殼程較合適?！?)； tm——有效平均溫差 ， ℃ ； Q——熱負(fù)荷 ， kw； 考慮 15%的面積裕度， 1 ???? AA m2 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 管徑和管內(nèi)流速 對一定的傳熱面積而言，傳熱管徑越小，換熱器單位體積的傳熱面積越大。由已知設(shè)計(jì)條件知冷卻水走 管程 ，乙炔走殼程 ，故可取較小的管徑。取管內(nèi)水的流速 u=1m/s。各種排列方式都有其各自的特點(diǎn)： ① 正三角形排列：排列緊湊，管外流體湍流程度高； ② 正方形排列：易清洗，但給熱效果較差； ③ 正方形錯(cuò)列：可以提高給熱系數(shù)。 圖 1 排管方式簡圖 在此，選擇正方形排列，主要是考慮這種排列便于進(jìn)行機(jī)械清洗。 殼體內(nèi)徑 采用二管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率 ?? ，則殼體內(nèi)徑： 4 8 6 ?? ?TNSD mm 圓整取 D=1000mm 折流板的選擇 常用的折流板和支撐板有弓形和圓盤兩種。這里選用單弓形。常用的折流板形式有弓形和圓盤 圓環(huán)形兩種，在這里選用弓形折流板。在這里取折流板間距 3 0 01 0 0 ???? DB mm 則折流板數(shù)量： （塊）折流板間距 傳熱管長 1913006 0 0 01 ???BN 校核總換熱系數(shù) （ 1）管程對流傳熱系數(shù) 0 . 8 0 . 40 . 0 2 3 R e P rii id?? ? 式中 id ——管子的內(nèi)徑， m； 管程雷諾數(shù) 41 40 . 0 1 5 1 1 0 0 0R e 2 . 1 1 07 . 2 7 4 1 0idu ?? ??? ? ? ??水水 管程普朗特準(zhǔn)數(shù) 3 411 4. 17 4 10 7. 27 4 10P r 4. ?? ? ? ? ?? ? ?水水 故管程對流傳熱系數(shù)： 0. 8 0. 4 4 0. 8 0. . 02 3 Re P r = 0.