年生產(chǎn)4萬(wàn)噸草酸初步設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書.doc

化工設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書項(xiàng)目名稱：年生產(chǎn)4萬(wàn)噸草酸初步設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)人姓名：專業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)老師姓名設(shè)計(jì)起止日期：1概述1.1設(shè)計(jì)依據(jù)1.1.1設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱：年生產(chǎn)4萬(wàn)噸草酸初步設(shè)計(jì)1.1.2生產(chǎn)能力：年生產(chǎn)能力4萬(wàn)噸1.1.3生產(chǎn)方法：甲酸鈉法（鈣法）主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：序號(hào)項(xiàng)目名稱單位數(shù)量備注一生產(chǎn)規(guī)模噸40000二年操作日天300三主要原輔料、燃料1焦炭噸/年2燒堿噸/年3硫酸噸/年4燃料煤噸/年四運(yùn)輸量噸/年21運(yùn)入量噸/年2運(yùn)出量噸/年五定員人六建設(shè)期月七工程有地畝八報(bào)批工程中投資萬(wàn)元1建設(shè)投資萬(wàn)元2鋪底流動(dòng)資金萬(wàn)元3建設(shè)期利息萬(wàn)元九資金籌措萬(wàn)元1.1.4產(chǎn)品物理化學(xué)性質(zhì)、技術(shù)指標(biāo)及用途：【化學(xué)名】乙二酸(Oxalicaciddehydrate)【分子式】OHOCH24222【結(jié)構(gòu)式】OHHOCOCOOH22、【分子量】126.06【CASNO】6153-56-6理化性質(zhì)：白色晶體。熔點(diǎn)：101.5。密度：1.653。1.1.5草酸的主要用途用途：草酸是重要的有機(jī)工業(yè)原料，草酸及其衍生物是許多藥品生3產(chǎn)那的中間體，如用于生產(chǎn)色甘酸鈉、異唑肼。草酸可用于稀土元素的提取、分離和精制。此外，草酸可用于紡織品的清洗，纖維染色，永久定型及其阻燃。在聚合物合成中，草酸是制取許多有機(jī)物的原料或其它反應(yīng)的催化劑等。主要原輔材料的物理化學(xué)性質(zhì)、技術(shù)指標(biāo)及供應(yīng)：設(shè)計(jì)進(jìn)度：1.1.6生產(chǎn)方法的比較級(jí)確定生產(chǎn)方法的論證：隨著我國(guó)環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)及環(huán)境保護(hù)治理的力度不斷加強(qiáng)，過(guò)去的鉛法生產(chǎn)工藝被淘汰，而鈣法工藝以其生產(chǎn)效率高，環(huán)江污染少，能源消耗少，工藝易操作，綜合效率高，等優(yōu)點(diǎn)逐步成為我國(guó)廣泛推廣的一種生產(chǎn)草酸的工藝。1.1.7生產(chǎn)過(guò)程主要反應(yīng)的反應(yīng)熱：甲酸鈉合成：HCOONaCONaOH甲酸鈉脫氫：22)(2HCOONaHCOONa甲酸鈉鈣化：NaOHCaCOOCOONaOHCa222)()()(草酸鈣酸化：24422)()(COOHCaSOSOHCaCOO生產(chǎn)過(guò)程的主要副反應(yīng)的反應(yīng)熱232322222)(HCONaCOHCOONaOHNaCONaOHCOOHCaOHCaO1.2車間組成及生產(chǎn)制度41.2.1工段組成及設(shè)計(jì)范圍的要求：（1）造氣合成車間（造氣工段、合成工段）、（2）脫氫車間（脫氫工段）、（3）鈣化、酸化車間（鈣化工段、酸化工段）、4結(jié)晶、干燥車間（結(jié)晶工段、干燥工段）本項(xiàng)目為年產(chǎn)（4）噸草酸產(chǎn)品的項(xiàng)目，本設(shè)計(jì)說(shuō)明書對(duì)廠區(qū)圍墻內(nèi)的年產(chǎn)4噸的草酸產(chǎn)品裝置，輔助生產(chǎn)裝置，供排水系統(tǒng)，供熱系統(tǒng)等進(jìn)行了比較詳細(xì)的說(shuō)明。1.2.2生產(chǎn)制度:年工作日（300天/年），班組制（5班3運(yùn)轉(zhuǎn)）、8小時(shí)/班。2化工計(jì)算（物料衡算和熱量衡算）2.1.1生產(chǎn)工藝流程工藝示意圖（物料衡算和熱量衡算的依據(jù)）5212工藝示意圖簡(jiǎn)述如下：（1）鼓風(fēng)機(jī)加壓的空氣由下部鼓入煤氣發(fā)生爐，焦炭有煤氣發(fā)生爐頂部加入，空氣與燃燒狀態(tài)的焦炭相互反應(yīng)生成含有30%一氧化碳的空氣煤氣，煤氣由頂出口排出，經(jīng)洗氣后進(jìn)入第一水洗塔，水洗后的煤氣進(jìn)入真空泵加壓，加壓后的煤氣進(jìn)入第二水洗塔進(jìn)一步除去細(xì)小微量灰塵，通過(guò)企業(yè)分離器進(jìn)入壓縮機(jī)煤氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮到1.8-2.0兆帕經(jīng)油分離器分去掉其中油污，進(jìn)入高壓水洗塔出去二氧化碳和微量的硫化氫，然后在預(yù)熱器中和稀堿液混合升溫到150-170攝氏度再進(jìn)入合成管合成甲酸鈉混合氣，經(jīng)減壓的甲酸鈉混合氣在尾氣分離器中分離掉未反應(yīng)的氣體和水蒸氣同時(shí)把合成的稀甲酸鈉液體送到甲酸鈉儲(chǔ)罐，待用。（2）由甲酸鈉儲(chǔ)罐打入蒸發(fā)室經(jīng)管間水蒸氣加熱，在真空蒸發(fā)濃縮到1000Be后放入濃甲酸儲(chǔ)罐，再由泵打入離心機(jī)，分離的到固體甲酸鈉，母液返回蒸發(fā)室，將固體甲酸鈉投入脫氫反應(yīng)器有過(guò)熱蒸汽升溫到410-430攝氏度脫氫生成草酸鈉，迅速加入新鮮冷卻溶解，通過(guò)真空吸料罐放入草酸鈉槽，然后經(jīng)過(guò)濾機(jī)得到的濾餅放入懸浮液配料槽中加水配成草酸鈉含量160-180g/L的懸浮液，待用。（3）由脫氫來(lái)的草酸鈉懸浮液由離心泵打入鈣化灌，與氫氧化鈉在攪拌下反應(yīng)，反應(yīng)后用帶式過(guò)濾機(jī)過(guò)濾，濾液打到稀堿液槽，一部分送到御配堿池與外購(gòu)的濃堿液加入新鮮水配制成185g/L的溶液送達(dá)合成車間，另一部分送三效蒸發(fā)器濃縮后送合成車間，草酸鈣懸浮液送入酸化罐，然后將配酸罐中濃度為35%的硫酸用泵打入酸化罐與草酸鈣懸濁液混合反應(yīng)，然后將反應(yīng)后的液體送去帶式過(guò)6濾機(jī)過(guò)濾，濾液進(jìn)入吸收罐，用蒸汽加熱至85攝氏度送入帶有攪拌的結(jié)晶罐晶體。濾液經(jīng)5次洗滌，前兩次結(jié)晶后的母液、洗水送到石墨蒸發(fā)器濃縮，其余三次用新鮮水洗滌，洗水和濃縮后的母液一起送去配酸罐稀釋92.2%的濃硫酸使其達(dá)到反應(yīng)所需濃度。待用。（4）吸附罐出來(lái)的草酸溶液結(jié)晶濃縮后進(jìn)入離心機(jī)，離心后的固體草酸加入新鮮水溶解，經(jīng)過(guò)過(guò)濾除雜后重新結(jié)晶，離心分離后的草酸固體用真空吸入滾筒干燥器與經(jīng)過(guò)加熱的熱空氣逆流干燥，在滾筒的尾部計(jì)量包裝即成成品草酸。2.1.3原材料、動(dòng)力消耗定額（以每噸草酸計(jì)算）序號(hào)名稱規(guī)格及標(biāo)準(zhǔn)單位消耗定額一原材料1焦炭80%t2燒堿42.0%t3硫酸92.5%t二輔助材料1氧化鈣含量90%t三燃料動(dòng)力1電380VkWh2新鮮水18t3蒸汽1.3MPat生產(chǎn)能力的計(jì)算（1）草酸每小時(shí)生產(chǎn)能力：24*3001000*400005555.56kg/h7OHOCH24222相對(duì)分子量126.06kg/h則摩爾流量為5555.56/126.06=44.07kmol/h2.2各物料的物料衡算22.1計(jì)算依據(jù)各步反應(yīng)的收率物質(zhì)甲酸鈉草酸鈉草酸鈣草酸收率0.950.830.950.90各部分反應(yīng)所需的物料流量(1)CaC2O4+H2SO4CaSO4+H2C2O444.07/0.92=47.90kmol/h每小時(shí)消耗的H2SO447.90*98=4694.2kg/h原料中H2SO4的含量為92.5%每小時(shí)消耗的硫酸原料量為4694.2/0.925=5074.8kg/h(2)NaC2O4+Ca(OH)2CaC2O4+2NaOH每小時(shí)消耗的Ca(OH)2的量為47.90/0.98=48.88每小時(shí)消耗的NaC2O4的量為47.90/0.98=48.88(3)2HCOONa=NaC2O4+H2每小時(shí)消耗HCOONa的量為2*48.88/0.83=117.8kmol/h(4)CO+Na=HCOONa每小時(shí)消耗CO的量和NaOH得量都是117.8/0.95=123.98kmol/h(5)2C+O2=2CO每小時(shí)消耗C的量為123.98kmol/h8每小時(shí)消耗O2的量為61.99kmol/h(6)副反應(yīng)的C的消耗從汽化爐出來(lái)的各種氣體的含量如下表物質(zhì)COCO2O2N2含量0.300.0250.1420.533煤氣中CO2的含量為123.98*0.025/0.3=10.33kmol/h因?yàn)镃+O2=CO2，所以生成需要消耗C的量和O2的量都是10.33kmol/h（7）綜合（5）（6）C的消耗量123.98+10.33=134.31kmol/h*12=1611.72kg/h因?yàn)榻固恐泻?5%，所以實(shí)際消耗C的量為1611.72/0.85=1896.14kg/h（8）綜合（5）（6）O2的消耗量為61.99+10.33=72.32kmol/h此外為其中含O2的量為123.98*0.142/0.3=58.68kmol/h入爐空氣中O2的含量為72.32+58.68=131.00kmol/h131.00*1000*22.4/1000=2934.4Nm3/h空氣O2：N2=0.21:0.79空氣中N2的含量為123.98*0.79/0.21=466.37kmol/h466.37kmol/h*22.4*1000/1000=10446.69Nm3/h空氣總量為123.98+466.37=590.35kmol/h590.35*22.4*1000/1000=13223.84Nm3/h(9)CaO+H2O=Ca(OH)29有（2）中的投料比NaC2O4:Ca(OH)2=1:1.15故Ca(OH)2的量為48.88*1.15=56.212kmol/h因?yàn)樯抑蠧aO的含量為90%，所以消耗石灰的量為56.212*56/0.9=3497.64kg（10）NaOH消耗量為123.98*40=4959.2因?yàn)椴少?gòu)的NaOH為42%，所以NaOH的消耗量為4959.2/0.42=11807.62kg/h又因?yàn)楦碑a(chǎn)物消耗CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O消耗NaOH10.33*2=20.66kmol/h所以消耗總量為123.98+20.66=144.64kmol/h*40=5785.6kg/h表1-4物料