【正文】 丙酮的化學(xué)性質(zhì)丙酮是脂肪族酮類(lèi)有代表性的化合物，具有酮類(lèi)典型反應(yīng)，丙酮對(duì)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(duì)日光和堿不穩(wěn)定，屬一級(jí)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(chēng)級(jí) 別 指 標(biāo)一級(jí)品二級(jí)品三級(jí)品外觀透明液體色澤（鉑鈷）號(hào)≦5510密度（20℃）（g/cm3)沸程：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下（0℃,)溫度范圍（℃）（℃）≦蒸餾量：（ml)≥989898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)≧1006015含醇量（%）≦含水量（%）≤注：乙炔瓶用丙酮應(yīng)符合一級(jí)品要求。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式HC≡CH，是最簡(jiǎn)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(wú)色無(wú)味味的易燃、有毒氣體。%%（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 流程簡(jiǎn)述 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(guò)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(guò)高時(shí)，安全水封自動(dòng)排氣，以降低發(fā)生器的壓力，當(dāng)發(fā)生器壓力過(guò)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(lái)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(lái)的乙炔進(jìn)入干燥工序。干燥系統(tǒng)一般有兩臺(tái)以上的干燥器，一臺(tái)吸附，一臺(tái)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。 （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）?剩余乙炔量的確定 在充裝乙炔前，要先測(cè)定瓶?jī)?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 P0=，以及丙酮補(bǔ)加量。 本身所散失的熱量Q1 發(fā)生器發(fā)生器里自發(fā)產(chǎn)生熱量Q水中的熱量Q4 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(duì)此連續(xù)穩(wěn)定的過(guò)程∑Q總=∑Q出 即Q總=Q1+Q2+Q3+Q4 由于公司的保密要求，只能對(duì)主要設(shè)備做簡(jiǎn)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(guò)程中沒(méi)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，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(hào)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)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(lèi)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(duì)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(tái)滿(mǎn)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(huì)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： 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 Pas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 由于逆流的傳熱效果比并流好，故在此選用逆流操作 逆流平均溫差參數(shù)R: 參數(shù)P： 查GB151圖F2（b）[12],可得溫差校正系數(shù)： ，則有效平均溫差在此溫度下水的密度為：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， m2 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 管徑和管內(nèi)流速 對(duì)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(mài)=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(jiǎn)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： 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(pán)兩種。這里選用單弓形。常用的折流板形式有弓形和圓盤(pán)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mm則折流板數(shù)量： 校核總換熱系數(shù) （1）管程對(duì)流傳熱系數(shù) 式中——管子的內(nèi)徑，m；管程雷諾數(shù) 管程普朗特準(zhǔn)數(shù) 故管程對(duì)流傳熱系數(shù)： （2）殼程對(duì)流傳熱系數(shù)殼程流通截面積m2式中h——折流擋板間距，m； t——管中心距，mm。所以 乙炔被冷卻，取= （3）總傳熱熱阻 式中計(jì)算得 （4）傳熱面積 %的裕量。由于換熱器尺寸較大，可以用一臺(tái)，未考慮采用多臺(tái)組合使用。殼體分程采用縱向隔板。焊接固定時(shí)，要求管子可焊性好，一般采用優(yōu)質(zhì)碳鋼，以保證管子質(zhì)量，一般對(duì)于無(wú)腐蝕性或腐蝕性不大的流體可采用10號(hào)鋼和20號(hào)鋼管，在強(qiáng)腐蝕性流體的情況下，可采用不銹鋼（189）、鋼、鋁等無(wú)縫管石墨管、聚四氟乙炔管等。根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用的無(wú)縫鋼管，管子總數(shù)為630根。殼體內(nèi)徑Ds=1000mm 殼體壁厚： 為殼體工作溫度下的許用應(yīng)力，已知?dú)こ淘O(shè)計(jì)溫度為415℃，根據(jù)碳鋼板許用應(yīng)力，查表得=；為焊縫系數(shù)，取=1；，p1為工作壓力，p1=；c=3mm；D為殼體內(nèi)徑mm； mm液壓試驗(yàn)對(duì)于內(nèi)壓容器，耐壓試驗(yàn)的的目的是：在超設(shè)計(jì)壓力下，考核缺陷是否會(huì)發(fā)生快速擴(kuò)展造成破壞或開(kāi)裂造成泄漏，檢驗(yàn)密封結(jié)構(gòu)的密封性能。壓力 試驗(yàn)允許通過(guò)的應(yīng)力水平 [s]T163。 [s]T，所以所設(shè)計(jì)殼體滿(mǎn)足條件。在此筒體的材料選擇Q345R設(shè)計(jì)溫度需用應(yīng)力MPa，鋼板負(fù)偏差，腐蝕余量。 實(shí)驗(yàn)壓力值MPa 壓力試驗(yàn)下允許通過(guò)的應(yīng)力水平 MPa 實(shí)驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 MPa校核 所以符合要求。 前端管箱封頭的設(shè)計(jì)計(jì)算 前端封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭原因如下： 根據(jù)工藝條件的要求、和制作的難易程度和材料的消耗情況采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭最合理。圖3 橢圓封頭簡(jiǎn)圖 橢圓形封頭是由半個(gè)橢球面和短圓筒組成。由于封頭的橢球部分經(jīng)線曲率變化平滑連續(xù)，故應(yīng)力分布比較均勻，且橢圓形封頭深度較半球形封頭小的多，易于沖壓成型，是目前中、低壓容器中應(yīng)用較多的封頭之一。 已知條件：計(jì)算壓力 MPa，內(nèi)徑1000毫米，板材Q345R. 設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力163MPa 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的形狀系數(shù)公式：K 求封頭的曲面高度 mm 則封頭的計(jì)算厚度 mm 封頭的有效厚度 mm 允許最大工作壓力 MPa 比較可知:合格 浮頭設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)GB1511999《管殼式換熱器》[12]選用鉤圈式浮頭，浮頭端蓋選用球冠形封頭，根據(jù)換熱器筒體內(nèi)徑mm查GB1511999《管殼式換熱器》表46[8]可得封頭球面內(nèi)半徑mm浮頭簡(jiǎn)圖如下。表4 布管限定圓參數(shù)表序號(hào)項(xiàng)目單位數(shù)值序號(hào)項(xiàng)目單位數(shù)值1mm85布管限定圓直徑931mm2mm56封頭球面內(nèi)半徑Rt 800mm3mm2074mm8 管板的設(shè)計(jì)計(jì)算管板是管殼式換熱器的主要部件。由于管板受力情況復(fù)雜，影響管板強(qiáng)度因素很多，有管內(nèi)、外壓力，溫度產(chǎn)生的力，法蘭力矩和換熱管的支撐力等影響，因此正確地進(jìn)行管板分析是比較復(fù)雜的。（1） 結(jié)構(gòu)如圖所示，圖5 管板簡(jiǎn)圖對(duì)于正方形排列，布管簡(jiǎn)圖如圖6。結(jié)構(gòu)如GB1511999圖18 a[12]型管板所示。對(duì)于正方形排列 式中：換熱管中心距，mm； 隔板槽兩側(cè)相鄰管中心距，mm； 沿隔板槽一側(cè)的排管根數(shù)。 管板布管區(qū)內(nèi)開(kāi)孔后的面積為： 一根換熱管管壁金屬橫截面積為： 式中換熱管壁厚，mm。在這里換熱管和管板的連接方式選擇焊接，參考《管殼式熱交換器設(shè)計(jì)手冊(cè)GB151》[12]表33取。開(kāi)孔以后，除削弱器壁的強(qiáng)度外，在殼體和接管的連接處，因結(jié)構(gòu)的連續(xù)性被破壞，會(huì)產(chǎn)生很高的局部應(yīng)力，給容器的安全操作帶來(lái)隱患，因此壓力容器設(shè)計(jì)必須充分考慮開(kāi)孔的補(bǔ)強(qiáng)問(wèn)題。 接管直徑計(jì)算：殼程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)變換氣流速為u=10m/s,則接管內(nèi)徑為 查GB/T173952008取管子管程流體進(jìn)出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速u(mài)= m/s,則接管內(nèi)徑為 查GB/T173952008取管子 其他結(jié)構(gòu)選擇 （1）換熱器支座選擇和設(shè)計(jì) 鞍式支座如圖7所示。圖7 鞍式支座圖 在本換熱器設(shè)計(jì)過(guò)程中，令且令 查JB/[13]，在、120o包角重型帶墊板或不帶墊板鞍式支座結(jié)構(gòu)：臥式設(shè)備一般采用兩個(gè)鞍座。采用雙支座時(shí)，一個(gè)鞍座為固定支座，地腳螺栓為圓孔；另一個(gè)鞍座為活動(dòng)支座，地腳螺栓為長(zhǎng)圓孔，配合兩個(gè)螺母，第一個(gè)螺母擰緊后，倒退一圈，然后再用第二個(gè)螺母鎖緊。如圖所示：圖8 鞍式支座JB/,鞍座BI 600S 材料Q345R 置于對(duì)稱(chēng)分布的鞍座上臥式容器所受的外力包括載荷和支座反力。置于對(duì)稱(chēng)分布的鞍座上臥式容器所受的外力包括載荷和支座反力。在此次設(shè)計(jì)中我們對(duì)注滿(mǎn)水時(shí)的靜重情況進(jìn)行校核計(jì)算。公稱(chēng)直徑DN允許載荷QKN鞍座高度h底 板腹板筋 板墊 板螺栓間距鞍座質(zhì)量kg增加100mm高度增加的質(zhì)量,kg弧長(zhǎng)e帶墊板100030720076017012817018081180270840600579表5 鞍座的尺寸結(jié)構(gòu)（2） 法蘭選擇壓力容器法蘭是壓力容器的常用部件，是連接壓力容器部件的基本元件。其作用是使不同的受壓元件組合在一起，同時(shí)保證連接部位不產(chǎn)生泄露。下表為壓力容器法蘭分類(lèi)