【正文】 2SO4 溶液的熱容值可依下式計(jì)算，即 )/( 98351818. 186518659835 9835 ckgkJC P ???????? （ 48） 其中 : CP——H2S04 溶液的熱容值 (kJ／ (kg.℃ ))。 35% H2SO4溶液的密度近似取 （ 100/65） =，控制加 熱溫度為 C?40 ,取常溫為 C?20 ,則加熱 H2SO4溶液所需提供的熱量為 [13]: Q=Vρ Cp ( t2－ t1) kJ/h = 103 (40－ 20) 3600 = 106 kJ/h 其中 : Q——用 于加熱單批釜中 H2SO4 溶液的熱量 (kJ／ h)； ρ——H2SO4 溶液的密度 (kg／ m3)； t1——H2SO4溶液的進(jìn)口溫度 (℃ )； t2——H2SO4溶液的出口溫度 (℃ )。 用煤供熱產(chǎn)生蒸汽，已知我國煤平均燃燒熱為 2312kJ/kg,取效率 ，則每噸煤可生成賀雪峰： 對羥基苯甲醚的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì) 第 12 頁 共 28 頁 的蒸汽量為： dtn /51 58 12 ??? 其中 : n——每噸煤可生成的蒸汽量 (t/d) 由此，每小時(shí)消耗 煤的量為： hkgx / 1351 4 ?? 其中， x——混合釜內(nèi)傳熱所需煤量 (kg/h). 計(jì)算傳染的平均溫度差為： ? ? ? ?? ?? ?? ? ? ?? ?? ?CTTTTtm ?4010020210ln40100202104020ln4020 2 ?????????????? （ 411） 其中 : mt? ——傳熱的平均溫度差 (℃ )； T ——蒸汽溫度 (℃ ) 取基于傳熱外表面的總傳熱系數(shù)為 500 kcal／ (m2℃ ),則換熱面積為 260 mtK QSm ??????? （ 412） 其中 : S ——傳熱的外表面積 (m2)； Kd——基于傳熱外表面的總傳熱系數(shù) (kJ／ (m2． s． ℃ )) 反應(yīng)器內(nèi)筒及夾套的設(shè)計(jì)計(jì)算 確定內(nèi)筒、夾套及封頭的幾何參數(shù) ① 筒體和封頭型式 選擇圓柱體筒體，標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 [14] ② 確定內(nèi)筒體和封頭的直徑 通過物料衡算可知，設(shè)備實(shí)際容積要求 3m ， 反應(yīng)物料為液 液 相類型， iDH/ =1～ ,考慮到容器不大，故選取 iDH/ =1。 2021 屆化學(xué)工程與工藝專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁 共 28 頁 圓整到公稱直徑系列，取 DN=2140mm。 由公式計(jì)算 H ，即 24 ikDVVH ??? =204 iikDVV??? =??? = (414) 其中 : kiV —表示筒體封頭容積， m3。 ④ 選取夾套直徑 jD 按表 43 取 jD = iD mmmm 2 3 4 0)2 0 02 1 4 0(2 0 0 ???? (415) 夾套封頭也采用標(biāo)準(zhǔn)橢球形，并與夾套筒體取相同直徑。 內(nèi)筒體及夾套的壁厚計(jì)算 ① 選擇材料，確定設(shè)計(jì)壓力 由建議并分析工藝要求和腐蝕因素，按《鋼制壓力容器》（ 98150?GB ）規(guī)定 ， 決定選用 AQ ?235 熱軋鋼板。 夾套為一內(nèi)壓容器 ，取 計(jì)算壓力等于夾套內(nèi)最高工作壓力，即 MPaPc ? 。按內(nèi)壓取計(jì)算壓力 MPaPc ? ， 按外壓取計(jì)算壓力 MPaPc ? （考慮操作過程可能出現(xiàn)的最大壓力差）。 則 mmj ???? ??? 取鋼板厚度負(fù)偏差 ? ，腐蝕裕量 mmC 22 ? ，故厚度附加量為mmCCC ??? 。 夾套封頭計(jì)算壁厚 為kj? ： mmPDPt jckj ][2 c ????? ???? ??? （ 418） 取厚度附加量 mmC ? ，確定取夾套封頭壁厚與夾套筒體壁厚相同。 再假設(shè)取 mmn 10?? ，則 mme ???? ， mmD 21560 ? ， mmL 1199? 。 ④ 內(nèi)筒封頭壁厚計(jì)算 考慮到加工制造方便，取封頭與筒體等厚，即取封頭名義厚度 mmnk 10?? 。 封 頭 有 效 厚 度 mme ???? ， 橢 圓 形 封 頭 的 當(dāng) 量 球 殼 內(nèi) 半 徑mmDKR ii 1 9 2 62 1 4 ???? （標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 ?K ）。 支座的選擇 立式容器的支座有腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座四種。 攪拌軸、攪拌器及傳動裝置等的設(shè)計(jì)和選擇 攪拌軸計(jì)算 從強(qiáng)度考慮，計(jì)算軸徑 mmn Pd ][ 33 ???? ? (422) 從剛度考慮，計(jì)算軸徑 mmGn Pd 3 7][15 3 7 4 44 ?????? ? (423) 式中，軸材料選用 45 號鋼，取 MPa30][ ?? 。 攪拌器選擇 根據(jù)工藝要求，選用直徑 mm700 ，軸徑 mm50? 的槳式攪拌器，標(biāo)記符號為：攪拌器50700? ， 652205 ??HG 。設(shè)整個(gè)系統(tǒng)的總效率為 （一般m/][ ??賀雪峰： 對羥基苯甲醚的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì) 第 16 頁 共 28 頁 可據(jù)現(xiàn)場情況類比），則電機(jī)功率為 ,參考電機(jī)系列，取電機(jī)功率 。 減速器選擇 Y90L–4 電 機(jī) 同 步 轉(zhuǎn) 速 1500r/min ， 滿 載 時(shí) 轉(zhuǎn) 速 1400r/min, 則 減 速 比50i=(1400–1500)/50=28–30。選用單級擺線針輪減速器，輸出軸頭型式為夾殼型，即選用 — 29Q型減速器。 機(jī)座選擇 由于攪拌軸軸向力不大，聯(lián)軸器為夾殼式，故選用 J—A 型機(jī)座。 軸封裝置 為了密封可靠，選用單端面小彈簧平衡型機(jī)械密封 ，標(biāo)準(zhǔn)代號 ： HG575478。例如：脂肪族、芳香族和雜環(huán)的一級胺都可進(jìn)行重氮化反應(yīng)。除鹽酸外，也可使用硫酸、過氯酸和氟硼酸等無機(jī)酸。重氮化反應(yīng)的機(jī)理是首先由一級胺與重氮化試劑結(jié)合，然后通過一系列質(zhì)子轉(zhuǎn)移，最后生成重氮鹽。當(dāng)用較弱的酸時(shí)，亞硝酸在溶液中與三氧化二氮達(dá)成平衡，有效的重氮化試劑是三氧化二氮。因此重氮化反應(yīng)中，控制適當(dāng)?shù)?pH 值是很重要的。 重氮化反應(yīng)考慮因素 （ 1） 酸的用量 ， 重氮鹽一般是容易分解的，只有在過量的酸液中才比較穩(wěn)定，所以重氮化時(shí)實(shí)際上用酸量過量很多 。 （ 3） 反應(yīng)溫度 ， 在間歇反應(yīng)鍋中重氮反應(yīng)時(shí)間長，保持較低的反應(yīng)溫度 ,一般在05℃ 進(jìn)行，因?yàn)?此時(shí)大部分 重氮鹽在低溫下較穩(wěn) 定， 但在管道中進(jìn)行重氮化時(shí)，反應(yīng)中生成的重氮鹽會很快轉(zhuǎn)化，因此重氮化反應(yīng)可在較高溫度下進(jìn)行。 過量亞硝基的除去 重氮化反應(yīng)結(jié)束后，體系中經(jīng)常還存有過量的亞硝基，需予以除去，否則易促使重 氮鹽的分解，或于水解反應(yīng)階段與加入的有關(guān)試劑起反應(yīng)，從而影響反應(yīng)的進(jìn)程或結(jié)果。 水解反應(yīng)機(jī)理 芳胺經(jīng)重氮化生成重氮鹽，再在酸性環(huán)境下水解可得酚，利用該法可將羥基導(dǎo)入至指定的位置。一般情況下，重氮鹽水解制酚不采用 HCI或重氮鹽酸鹽，這是由于氯離子的親核性比水分予強(qiáng)，故重氮基易被氯離子所置換。目前，有關(guān)重氮鹽的水解過程主要有兩種不同的反應(yīng)機(jī)理，即苯正離子機(jī)理和催化 氧化機(jī)理。 操作壓力 由于對羥基苯甲醚 ～ 35%H2SO4體 系對溫度的依賴性不強(qiáng)，常壓下為液態(tài)，為降低塔的操作費(fèi)用，操作壓力選為常壓 其中塔頂壓力為 105Pa 塔底壓力 105Pa + N(265～ 530)Pa 進(jìn)料狀態(tài) 雖然進(jìn)料方式有多種，但是飽和液體進(jìn)料時(shí)進(jìn)料溫度不受季節(jié)、氣溫變化和前段工序波動的影響，塔的操作比較容易控制；此外，飽和液體進(jìn)料時(shí)精餾段和提餾段的塔徑相同，無論是設(shè)計(jì)計(jì)算還是實(shí)際加工制造這樣的精餾塔都比較容易，為此，本次設(shè)計(jì)中采取飽和液體進(jìn)料 。 熱能利用 精餾過程的原理是多次部分冷凝和多次部分汽化。雖然塔頂蒸汽冷凝可以放出大量熱量，但是由于其位能較低，不可能直接用作為塔底的熱源。 賀雪峰： 對羥基苯甲醚的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì) 第 20 頁 共 28 頁 精餾塔相關(guān)計(jì)算 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的轉(zhuǎn)換計(jì)算 因?yàn)?精餾過程的計(jì)算均以摩爾分?jǐn)?shù)為準(zhǔn) [22]，需先把設(shè)計(jì)要求中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化為摩爾分?jǐn)?shù)。 表 61 原料液、餾出液與釜?dú)堃旱哪栙|(zhì)量與沸點(diǎn)溫 度 名稱 原料液 餾出液 釜?dú)堃? /%fx 75 90 fx (摩爾分?jǐn)?shù) ) 摩爾質(zhì)量 /kgkmol 沸點(diǎn)溫度 t /℃ 塔頂產(chǎn)品產(chǎn)量、釜?dú)堃毫考凹訜嵴羝康挠?jì)算 每小時(shí)對羥基苯甲醚的進(jìn)料量 FA0: hk m o lhk m o lF A /??? ?? (62) 由全塔的物料衡算方程可寫出： 0V F D W? ? ? ? ?蒸汽00 ?y hD /? 2021 屆化學(xué)工程與工藝專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 21 頁 共 28 頁 WDf WxDxFxyV ???00 hkmolW /? qFRDqFLLW ????? ? ?泡點(diǎn)1?q hV /k mo ? 全凝器冷凝介質(zhì)的消耗量 塔頂全凝器的熱負(fù)荷： ? ? ? ?LDVDC LLDRQ ??? 1 (63) 可以查得 1 2 6 6 / , 2 5 3 . 9 /V D L DI k J k g I k J k g??， 所以 取水為冷凝介質(zhì)，其進(jìn)出冷凝器的溫度分別為 25℃和 35℃則 平均溫度下的比熱 4 .1 7 4 /pcc kJ kg C??186。 的 情 況 下 可 以 查 得 比 熱4 .2 7 5 /pfc kJ kg C??186。 那么平均溫度 Ctwm ? ??? 其比熱為 4 .1 9 1 /pwc kJ kg C??186。 實(shí)際塔板數(shù) PN NP=19 塊 (含塔釜 ) 其中，精餾段的塔板數(shù)為： 10 塊 ， 提餾段 9 塊。 表 71 聚合 攪拌 釜 式反應(yīng) 器 設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總表 設(shè)計(jì)參數(shù) 參數(shù)值及設(shè)備選型 設(shè)計(jì)參數(shù) 參數(shù)值及設(shè)備選型 內(nèi)筒體有效體積 v/m3 內(nèi)筒體實(shí)際體積 v/m3 攪拌釜體積流 量 m3/h 夾套筒體壁厚 δ/mm 內(nèi)筒體高度 H/m 攪拌器型號 HG522065 內(nèi)筒體直徑 Di/m 電機(jī) 型號 Y90L4 封頭直邊高度 h2/mm 40 聯(lián)軸器型號 TQ50 夾套直徑 Dj/mm 2340 支座型號 B4JB/T472592 夾套高度 Hj/mm 1180 蒸汽消耗量 kg/h 浮閥式精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 通過計(jì)算， 浮閥式精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 匯 總于表 72 表 72 浮閥式精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 匯 總 設(shè)計(jì)參數(shù) 參數(shù)值 塔 頂壓力 Pa 冷凝水熱能消耗 KJ/h 105 105 冷凝水消耗量 kg/h 理論塔板數(shù)（含塔釜） 19 精餾段 10 各工段主要計(jì)算數(shù)據(jù) 整理全文，列出主要的計(jì)算數(shù)據(jù)如下表 表 73 各工段的主要計(jì)算數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)參數(shù) 參數(shù)值 對羥基苯甲醚進(jìn)料量 kmol/h 每批生產(chǎn)總時(shí)間 h 7 反應(yīng)器體積 m3 蒸汽消耗量 kg/h 夾套高度 m 精餾塔原料液所需熱量 kJ/h 104 賀雪峰： 對羥基苯甲醚的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì) 第 24 頁 共 28 頁 8 設(shè)備保養(yǎng)及 三廢的處理 生產(chǎn)設(shè)備的保養(yǎng) 化工設(shè)備是化工企業(yè)生產(chǎn)的重要技術(shù)物質(zhì)基礎(chǔ)和必要條件 , 隨著企業(yè)自動化程度的提高 , 化工設(shè)備在化工生產(chǎn)中影響到企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量、成本、安全、環(huán)保及操作者的勞動情緒 , 所以機(jī)器設(shè)備的管理使用、維護(hù)修理將直接關(guān)系到化工企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展和競爭能力。設(shè)計(jì)制造出來的設(shè)備 , 雖然具有一定的可靠性能 , 但在使用過程中由于設(shè)備自身運(yùn)動和外界條件的作用影響 , 會產(chǎn)生技術(shù)狀態(tài)的不斷變化 ,不可避免出現(xiàn)干摩擦、零件松動、變形、聲響異常、腐蝕、泄漏等不正?，F(xiàn)象。因此 , 根據(jù)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律和企業(yè)的資源條件