丙烯腈硫酸水合法生产5000吨年丙烯酰胺装置的工艺设计毕业设计

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/年丙烯酰胺装置的工艺设计教学院： 化学与化工学院专业名称：化学工程与工艺（精细化工方向）学号：0112学生姓名： 胡锡富 指导教师： 陈霖 年月日学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学院有关保障、使用学位论文的规定，同意学院保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在 年解密后适用本授权书。2、不保密□。（请在以上相应方框内打“亡）作者签名： 年月日导师签名： 年月日#釜顶上开孔很多，有的直径较大，它们的开设位置应合理地布置在以封头回转轴为中心的0.8%范围内以避开封头上的应力集中区，较大的开孔对顶盖强度的削弱较大，应该进行开孔补强验算。选择碳素钢材料的回旋盖板式平焊法兰人孔，公称压力PN=0.6MPa，公称直径DN=400mm，螺栓和螺柱的标准号是HGJ75-91,数量均为16个，选择标准号为HGJ70—91垫片1个，标准号为HGJ45—91的法兰1个。（5）安全装置搅拌釜式反应器内往往发生物理、化学反应等过程。如果反应器工作过程可能产生超压时，则必须设置安全装置。安全装置一般采用安全阀，当釜内工作介质黏度高、腐蚀性强，安全阀难以可靠工作时，则应该选用防爆膜，或采用防爆膜与安全阀共用的重叠式结构。安全阀与防爆膜的排放口必须装设放空导管，将易燃、有毒的介质排空或引送到安全地点。4.2干燥器最常用的干燥设备主要有流态化干燥器（流化床、振动流化床、内热流化床、惰性粒子流化床），喷雾干燥器（主要有离心式和压力式）,旋转闪蒸和气流干燥器等。根据设计任务书上的要求，本设计主要是用气流干燥器来完成硫铵产品和丙烯酰胺成品的干燥过程。气流干燥的流体阻力较大，一般为300-4000Pa。管长通常不大于20m。干燥时间仅为0.5-2.0S（最长不超过7s）。直管的体积传热系数为8264-25155kJ/（hm3K）。产品出口温度比排气温度低20-30℃[11]。热空气与物料间的平均温度差:ln式中t1——热风进口温度,℃；t2——热风出口温度,℃；tm1——物料进口温度,℃；*2—物料出口温度,℃干燥管体积：式中h一体积传热系数,kJ/（h・m3・K）；Q——蒸发水分消耗的热量,kJ/h；干燥器的内径：D=/工7900兀〃式中%,h—热空气用量,m3%；D一般为0.3-1.5m,取管内进风速度为u=20m/s（通常为20-40m/s）。干燥管长度：4V

L= 兀D2对于需保持晶体完整或易黏附在干燥管上的物料，不宜采用气流干燥。气流干燥对投料速率很敏感，采用高温进气时可提高热效率并减小气管尺寸。气流干燥通常取物料质量与气体质量之比为0.2-1.0，含水率低气温高时取低值，由试验设备放大至工业设备时应采用相同质量比。排气温度：根据具体要求的进风温度及当时的大气条件来进行计算。设定进风温度为130℃，大气条件为25℃，相对湿度为40%,则热风量：=Q’V130 025cp25（13025）查文献［9］得：p25=1.185kg/m3Cp25=1.005kJ/kg-℃通过干燥器后空气中绝对含湿质量分数的增量为：wx1000Ay= “V130XP130查资料［ii］得：p130=0.876kg/m3则排气的绝对含湿质量分数为：y2=y1+Ay在文献［11］，焓湿图上作图求出排气温度：（1）由空气温度25℃及相对湿度40%找出A点。A点所对应的湿度为：y1=0.006kg/kg；（2）由A沿等湿线向上与130℃线相交找出B点（AB即为空气加热线）；（3）通过B点的等焓线为：h1=147kJ/kg若该干燥过程热效率〃=0.85,则出口排气的焓：

h2=h1x^=147%0.85=125kJ/kg%线与y2线的交点C,即为排气的空气状态,由C点可查得排气温度。对硫铵产品的干燥：q0

"130Qf 0.17q0

"130口25%5(13°-25)=1-185x1-OO5x105=1359.49m3/h通过干燥器后空气中绝对含湿质量分数的增量为：wX1000 57.58XAy= = ccr=0.048,qy130X夕130.49X0.876y2=71+Ay=0.048+0.006=0.054kg/kg根据上述在焓湿图上作图求出排气温度的方法可得排气温度为45℃。设定进风温度为130℃，根据产品出口温度比排气温度低20-30℃，选择出口温度为25℃，选择产品进口温度为40℃。热空气与物料间的平均温度差:At=（%一%1）一包一*2）(130—40)—(45—25)ln'%‘ml)<-o=41.86℃At=（%一%1）一包一*2）(130—40)—(45—25)ln'%‘ml)<-o=41.86℃根据直管的体积传热系数为8264-25155kJ/（h-m3-K），取&=25000故干燥管体积为:Q’ 0.17XV=.= = ^―TijAtX41.86=0.16m3鼓风机的风量:273+25 273+25给5=%3。273T130=135949X273T130=1005.28m3/h干燥器的内径:、900兀〃f1005.28{900X3.14X20=0.13mD一般为0.3-1.5m，管内进风速度为u=20m/s（通常为20-40m/s）。干燥管长度：4V4XL= = 兀D2化工厂布置与设计化工厂布置的基本任务化工厂布置涉及的对象是生产过程中使用的各种机器设备、各种物料（如原材料、半成品和成品以及公用系统的各种介质）、从事生产的操作人员、铁路道路以及各种物料管线等。因此，化工厂布置的基本任务是结合厂区的各种自然条件和外部条件确定生产过程中各种对象的空间位置，以获得最合理的物料和人员的流动路线，创造协调而又合理的生产和生活环境，组织全厂构成一个能高度发挥效能的生产整体［15］。厂址选择化工厂布置是化工厂中的重要内容，主要包括三个方面：厂址选择、化工厂总平面布置和车间布置。厂址选择的基本原则［12］：（1）应符合国家工业局，城市或地区的规划要求；（2）宜选在原料、燃料供应和产品销售便利的地区；（3）应靠近水量充足、水质良好的水源地；（4）尽可能靠近原有交通线；（5）厂址地区应具有热电的效应；（6）厂区的大小、形状和其他条件应满足工艺流程合理布置的需要；（7）选厂时注意当地自然环境条件，并对工厂投产后可能造成的环境影响作出预评价；（8）厂址应避开低于洪水位或在采取措施后仍不能确保不受水淹的地段；（9）厂址附近应建立生产污水和生活污水的处理装置；全部满足以上各项原则是比较困难的，因此必须根据具体情况，因地制宜，尽量满足对建厂最有影响的原则要求。化工厂总平面布置原则1、满足生产和使用要求，根据工艺流程，相联系或较紧密的车间就近布置，以免迂回、交叉、往返。将使用蒸汽、压缩空气、冷冻等公用工程的车间，尽量相对集中布置，尤其耗量大的车间尽量集中。原材料、中间体的输送距离尽量小，人员运动距离尽量小。注意发挥主要设备的特点，车间布置在主要位置，注意风向和粉尘、噪声污染的相互影响。2、注意人流、货流和运输方式的安排原料堆场、库房与使用车间之间的运输规划成品入库、半成品送检、成品出厂以及操作工人的上下班、巡视路线等，应力求便捷、合理，防止人货混流、人车混流事故发生。3、注意安全和环保、卫生要求化工厂的防火防爆要求很严，应将产生明火的车间如釜炉、变电器、机修以及各种工业炉的车间与散出可燃气体的车间尽量疏远，有明火的车间常布置于厂区边缘或下风向。烟囱和一些可燃气体的拔风烟囱、拔风管要分开布置，有可能产生火星的烟囱安排于下风向或侧风向。危险品库房、易燃品库房、腐蚀性库房应在人迹罕至和远离火源的地方。对于要求防火防爆的车间应有一定的安全距离，对有腐蚀性介质散发、可能有酸雾产生的车间、有粉尘飘散的车间、有污水排放的车间应有防护措施并安排在下风向、下游或侧边等。厂房建筑1、厂房平面力求简单化，以利用建筑定型化和施工机械化。常用形式有直线形、T形和L形。2、柱间距多用6义6,一般不超过12m。总跨度:多层一般424m,单层430m。常用厂房总跨度有6m,12m,18m,24m,30m,一般有机化工车间总跨度为2~3个柱网跨度。3、层高与设备的高低、安装位置有关，一般每层4~6m,最低不低于3.2m,净空高度。不得低于2.6m。化工厂厂房可根据工艺流程的需要设计成单层、多层或单层与多层相结合的形式。一般来说单层厂房利用率较高,建设费用也低,因此除了由于工艺流程的需要必须设计为多层外,工艺设计中一般多采用单层。4、在可能情况下尽量采用露天化和敞开式设计,这样既能节省投资,又有利于通风采光、防爆、防毒等安全需要。5、在不影响流程情况下,较高设备集中布置,可简化厂房立体化布置,又节约投资。6、笨重设备和震动设备尽量布置在底楼地面。同类设备可尽量集中。7、设备穿孔必须避开主梁。8、厂房出入口、交通道、楼梯等都需精心安排。一般厂房大门宽度要比通过的设备宽度大0.2m以上，满载的运输设备大0.6~1.0m,单门宽一般900mm双门宽有1200mm,1500mm,1800mm，楼梯坡度45~60°,主楼梯45°的较多。生产操作1、在布置设备时一定要满足工艺流程顺序,要保证水平方向和垂直方向的连续性。对于有压差的设备,应充分利用高位差布置,以节省动力设备及费用。一般从低层设备布置为计量槽、反应设备、贮槽、重型设备和震动设备。在不影响流程顺序的原则下,将较高设备尽量集中布置,充分利用空间,简化厂房体形。通常把计量槽、高位槽布置在最高层,主要设备如反应器等布置在中层,贮槽等设备布置在底层。这样既可利用位差进出物料,又可减少楼面的荷重,降低造价。但在保证垂直方向连续性的同时,应注意在多层之间要避免操作人员在生产过程中过多地往返于楼层之间。2、凡属相同的几套设备或同类型的设备或操作性质相似的有关设备,应尽可能布置在一起,这样可以统一管理,集中操作,还可以减少备用设备,即互为备用,如塔体集中布置在塔架上,热交换器、泵等布置在一处。3、设备布置时,除了要考虑设备本身所占的位置外,还必须有足够的操作、通行及检修需要的位置。4、要考虑相同设备或相似设备互换使用的可能性,设备排列要整齐,避免过松过紧。5、设备布置的同时应考虑到管道布置空间、管架和操作阀门的位置,设备管口方位的布置要结合配管,力求设备间的管路走向合理,距离最短,无管路相互交叉现象,并有利于操作。6、车间内要留有堆放原料、成品和包装材料的空地（能堆放一批或一天的量）,以及必要的运输通道,且尽可能地避免固体物料的交叉运输。7、传动设备要有安装安全防护装置的位置。8、要考虑物料特性对防火、防爆、防毒及控制噪声的要求,如对噪声大的设备宜采用封闭式间隔等；生产剧毒物及处理剧毒物料的场地,应和其他部分完全隔开。9、根据生产发展的需要与可能,适当预留扩建余地。10、设备之间或设备与墙之间的净间距大小,虽无统一规定,但设计者应结合上述布置要求及设备的大小，设备上连接管线的多少，管径的粗细，检修的频繁程度等各种因素，再根据生产经验，决定安全间距。设备装修1、不仅要考虑安装时设备的进出，而且要考虑各单个设备的更换和检修，保证足够的空间和通道。2、二层楼以上的设备，需在下层设吊孔，对庞大特殊设备在封闭式厂房中可先安装设备后砌墙。3、要考虑起吊装置，如塔顶、房梁等，设永久吊架。安全要求1、要为工人操作创造良好的采光条件。布置设备时尽可能使工人背光操作，高大设备避免靠窗布置，以免影响采光。2、要有效地利用自然对流通风，车间南北向不宜隔断。高温、有毒、易燃、易爆车间尽可能取敞开式，以利于通风散热。如不能露天布置时，则要有机械送、排风装置或采取其他措施，以满足卫生标准的要求。机械通风效果要好，应根据逸出气体或粉尘量的允许浓度确定通风量和通风次数。在通风上必须保证厂房中易燃气体或粉尘的浓度不超过允许极限，送、排风设备不应布置在同一个通风机室内，且排风设备不应和其他房间的送、排风设备布置在一起。3、有毒物质设备放置在下风，操作位置应在上风。剧毒设备要隔离操作、单独排风。4、防爆车间尽可能使用单层厂房，避免车间有死角。建筑物泄压面积一般为0.05m2/m3。多层的楼板要有泄压孔，设计防火、防爆墙，设置双斗门，门窗朝外开。门净宽不小于0.8m,净高不低于2m,走道净宽不小于1.4m,楼梯最小宽度不小于1.1m。二楼以上要考虑紧急疏散等措施。要考虑消防设施及相应的设备。5、必须采取必要的措施，防止产生静电、放电以及着火的可能性。凡产生腐蚀性介质的设备,其基础、设备周围地面、墙、梁、柱等都要采取防护措施。环境保护防治环境污染的工作,必须坚持“以防为主,综合防治”的原则。从控制污染的整体出发,以经济观点、资源观点和生态观点对生产过程进行研究,采取综合防治技术，以达到环境保护的要求。化学工业对环境的污染主要是废水、废气、废渣这三废。因此，化工厂环境保护的任务就是对生产过程中排放的三废所产生的环境影响和危害，通过科学试验，寻找合理的防治方法，制定出社会效益、经济效益和环境效益相一致的综合防治技术，它大致可遵循下列几条途径：改革工艺产品的生产过程即产品的形成过程，也是原料的消耗过程，又是三废的产生过程。产品所采取的生产工艺决定其产生的废弃物及其对环境有无危害等。因此，采用新工艺，由无害无毒或低害、低毒的原料代替有害有毒的原料，降低原料消耗，提高资源利用率，把三废的危害最大限度地消除在生产过程中，是防治化学工业污染的根本途径。三废的资源化三废的流失是造成污染危害的根源，也是物质的损失和能源的浪费。实行综合利用，对那些原来废弃的资源，按社会需要、技术可能和经济合理，进行回收利用和加工改制，使之成为有用之物。三废的无害化对于那些由于技术和经济原因尚无合适的利用方法，暂时必须排放的污染物，要进行物理的、化学的或生物的净化处理，使之无害，力求以最小的经济代价取得最好的经济效果。化学工业产生的三废相当复杂，污染环境的主要有废水、废气、废渣等。结论丙烯酰胺是高分子化合物的重要单体和有机合成的原料。聚丙烯酰胺是良好的絮凝剂，用在三废处理上，也用作选矿剂，如铀矿的选矿。丙烯酰胺用作造纸原料的添加剂，用以提高纸张的干强度。丙烯酰胺与丙烯酸钠的共聚物亦用于钻探工程，能使泥浆悬浮液中的固体凝聚并快速沉降，从而加快钻探速度。此外还可用作土壤的改良剂，纤维改性剂，增稠剂及粘合剂等。在本次年产5000吨丙烯酰胺的合成工艺及工厂设计中，进行了丙烯酰胺的合成、设备和车间的设计，得出以下结论：1、国内需求与现有生产能力仍有一定差距，丙烯酰胺在国内拥有广阔的市场和发展潜力。2、本次设计采用的方法是硫酸水合法，是比较传统的工艺，丙烯腈等原料消耗定额高，并产生大量含丙烯酰胺的硫酸盐或硫酸废液污染环境，而且副产物比较多，这种方法基本可以淘汰掉。3、丙烯酰胺的生产工艺除了硫酸水合法，还有铜催化水合法以及微生物。现今主要是用后面两种合成工艺。4、在设计过程中，物料衡算以及能量衡算是平衡的。有关于设备的计算与选择都是在大量的文献以及手册资料的基础上得到。由于生产条件等因素的影响，会使得设计和生产实践会有些误差。5、关于化工厂的布置，需要参照厂址选择、车间布置、生产操作、设备维修以及安全要求等相关的原则进行设计。全部满足以上各项原则是比较困难的，因此必须根据具体情况，因地制宜，尽量满足对建厂最有影响的原则要求。6、设计过程中一定要考虑环境保护方面。对废气、废液以及废渣要选择好相应的处理方法进行处理，以免对环境造成破坏。7、在实际生产中，还要对经济评估，以确保是否可以投入生产。致谢本设计是在陈老师的悉心下完成。从选题到完成整个设计，老师给了我很多的帮助。当我每次遇到难题无法解决的时候，老师总会放下手头的工作来指导我，帮助我解决难题。在设计过程中，老师总会隔三差五的询问研究进程以及遇到的问题，他这种一丝不苟的作风，严谨求实的态度，认真负责的精神，让我非常感动。虽然时间不是很长，但是真的学到了很多。在这段时间里我不仅学到了知识，也学到了做人的道理以及求实务实的态度，我相信在以后的人生中一定能受益匪浅。在设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到设计的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，无法用言语来表达我的感激之情，在这里请接受我诚挚的谢意和敬意。参考文献[1]方道斌，郭睿威，哈润华.丙烯酰胺聚合物[M].北京：化学工业出版社，2006：183-192.[2]张雁林，赵金垣，徐希娴，赵赞梅，毛丽君.丙烯酰胺毒性研究进展[J].中国工业医学杂志，2014，27(5)：1-2.[3]马天祥.微生物法丙烯酰胺工艺的精制过程优化[D].东北：大庆石油学院，2007.[4]于绍斌.浅析丙烯酰胺生产技术[J].化学工程与装备,2012,(10)：1-2.[5]黄绣川.丙烯腈催化水合合成丙烯酰胺的研究[口].四川：四川大学，2004.