樟腦設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)年產(chǎn)32k噸合成樟腦廠蒎烯異構(gòu)化工段生產(chǎn)工藝與設(shè)備設(shè)計(jì)課程名稱：化工廠設(shè)計(jì)（課程設(shè)計(jì)）專業(yè)年級(jí)：化學(xué)工程與工藝專業(yè)，2014級(jí)姓名：學(xué)號(hào)：教師：鄭德勇副教授成績(jī)：日期：2017年7月7日福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)松節(jié)油分餾AB蒎烯萜烯塔頂XD0.990.01塔釜XW0.0080.992進(jìn)料XF0.920.08D輸出6797.678W521.752F輸入7319.429松節(jié)油熱量衡算蒎烯異構(gòu)物料和熱量衡算異構(gòu)物料衡算進(jìn)料：原料（含0.99蒎烯的母液）：6797.678kg/h催化劑：6797.678×0.02=134.594kg/h出料：莰烯（轉(zhuǎn)化率0.75）：6797.678×0.75=5098.258kg/h副產(chǎn)物：6797.678×（1-0.75）=1699.419kg/h催化劑：134.594kg/h設(shè)備的熱量平衡方程式對(duì)于有傳熱要求的設(shè)備，其熱量平衡方程式：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q5式中Q1-物料帶到設(shè)備的熱量Q2-加熱劑或冷卻劑傳給設(shè)備和所處理的熱量Q3-過(guò)程效應(yīng)熱（計(jì)算中忽略）Q4-物料離開(kāi)設(shè)備帶走的熱量Q5-加熱或冷卻設(shè)備所消耗的熱量Q6-設(shè)備向環(huán)境散失的熱量主要物料熱力學(xué)參數(shù)物料沸點(diǎn)℃比熱容kj/(kg·℃)蒸發(fā)潛熱（kj/kg）密度（g/cm3）莰烯158.52.09385.730.9854蒎烯1641.8062890.8582催化劑比熱容可根據(jù)式C=ΣCa×n/Mkj/(kg·℃)式中Ca-元素的原子比熱容kj/(kg·℃)n-固體分子中同種原子的個(gè)數(shù)M-化合物的分子量上述公式計(jì)算出的是20℃時(shí)的比熱容，不在20℃時(shí)各化合物的比熱容將與算出的比熱容有出入。凡是高于20℃的化合物，比熱容可根據(jù)上述公式計(jì)算所得結(jié)果再加上20%-25%.催化劑比熱容C=（2.3×2+6.2+4×3）/97.9=0.233kj/(kg·℃)因?yàn)榉磻?yīng)溫度高于20℃，故催化劑比熱容=（1+0.23）×0.233=0.287kj/(kg·℃)Q1計(jì)算：設(shè)進(jìn)料T=25℃蒎烯：Q11=6797.678×1.806×25=306915.144kj/h催化劑：Q12=134.594×0.287×25=965.712ki/h所以Q1=Q11+Q12=307880.56kj/hQ4計(jì)算：設(shè)出料T=118℃莰烯：Q41=5098.258×2.09×118=1257332.437kj/h副產(chǎn)物：Q42=1699.419×1.95×118=391036.404kj/h催化劑：Q43=134.594×0.287×118=4558.161kj/h所以Q4=Q41+Q42+Q43=1652927.002kj/hQ3（過(guò)程熱效應(yīng)，計(jì)算中忽略）Q5+Q6計(jì)算：按工藝要求有（Q5+Q6）=（Q4+Q5+Q6）×（5%~10%）?。≦5+Q6）=（Q4+Q5+Q6）×10%故（Q5+Q6）=10%Q4/90%=183658.556kj/hQ2計(jì)算：據(jù)Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q5得Q2=Q4+Q5+Q6-Q1-Q3=1528704.702kj/h加熱蒸汽消耗量式中Th-加熱蒸汽初始溫度140Tk-放出的加熱蒸汽的末溫120℃-加熱蒸汽的比熱容4.187kj/(kg·℃)故加熱蒸汽消耗量W=-1528704.702/[4.187*(120-140)]=18255.379kg/h異構(gòu)液分餾物料和熱量衡算異構(gòu)液分餾物料衡算異構(gòu)液分餾熱量衡算莰烯酯化物料衡算和熱量衡算莰烯酯化物料衡算莰烯酯化熱量衡算粗酯分餾和拉白物料、熱量衡算粗酯分餾和拉白物料衡算粗酯分餾和拉白熱量衡算圖乙酸異龍腦酯皂化乙酸異龍腦酯皂化物料衡算乙酸異龍腦酯皂化熱量衡算異龍腦酯脫氫物料和熱量衡算異龍酯脫氫物料衡算異龍腦酯脫氫熱量衡算樟腦汽化蒸餾及升華物料和熱量衡算樟腦氣化蒸餾及升華物料衡算樟腦汽化蒸餾及升華熱量衡算設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型計(jì)算依據(jù)，以年產(chǎn)量32000噸樟腦，通過(guò)物料熱量衡算得出乙酸異龍腦酯皂化工段設(shè)備設(shè)計(jì)所需的數(shù)據(jù)名稱密度kg/m質(zhì)量流量kg/h體積流量m3/h蒎烯858.26797.6787.921催化劑4230134.5940.032工藝條件工作壓力MPa釜內(nèi)0.37工作介質(zhì)釜內(nèi)溶液夾套0.62夾套水、水蒸汽工作溫度0C釜內(nèi)118腐蝕情況輕微腐蝕夾套140攪拌槳型式透平式葉輪裝料系數(shù)0.75轉(zhuǎn)速960r/min加熱、冷卻裝置夾套功率4Kw確定筒體的直徑和高度日處理量Vd=m(蒎烯)/ρ(蒎烯)+m(催化劑)/ρ(催化劑)Vd=24×(7.921+0.032)=190.864?假設(shè)反應(yīng)時(shí)間為16h，進(jìn)料時(shí)間為0.5h，脫水時(shí)間為0.5h，升溫時(shí)間為0.5h，輔助時(shí)間為0.5h。生產(chǎn)周期T=16+0.5+0.5+0.5+0.5=18h24h內(nèi)釜反應(yīng)的周期數(shù)α=24/T=24/18=1.333假設(shè)生產(chǎn)上使用9套設(shè)備，即N=9每釜處理的物料體積Vp=Vd/(α×N)=190.864/(1.333×9)=15.905?由于料液反應(yīng)不發(fā)生泡沫、沸騰，故取裝料系數(shù)ε=0.75每釜的實(shí)際體積Va=Vp/ε=15.905/0.75=21.207?設(shè)筒體直徑為Di，筒體高度為H，高徑比γ=H/D=1.5，封頭容積Vo?？晒浪愕猛搀w直徑Di=[4Va/(γπ)]?=[4×21.207/(1.5×3.14)]?=2.621m將計(jì)算結(jié)果圓整至公稱直徑，選取Di=2600mm，據(jù)《化工制圖》EHA橢圓封頭表，DN=2600mm時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的總高度Ho=690mm，內(nèi)表面積Ao=7.655㎡，容積Vo=2.513m3。根據(jù)Di/[2×(Ho-h)]=2(h為直邊高度)得h=40mm，所以標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的曲面高度ho=650mm。計(jì)算得每米高圓筒的體積：計(jì)算得每米高圓筒的表面積：筒體高度圓整為H=4000mm于是，，所以，復(fù)合結(jié)果基本符合原定范圍。夾套尺寸及傳熱面積的確定確定夾套的高度和直徑夾套直徑與筒體直徑的關(guān)系如下：Di/mm500～600700～18002000～3000Dj/mmDi+50Di+100Di+200當(dāng)Di=2000～3000時(shí)，夾套的直徑Dj=Di+200=2800mm。裝料系數(shù)ε=0.75，，所以，夾套高度：選取夾套高度。則，此差距可以便于筒體法蘭螺栓的裝拆。驗(yàn)算換熱面積夾套可提供的加熱面積工藝實(shí)際所需的換熱面積,即夾套傳熱面積符合設(shè)計(jì)要求。確定夾套的材料和壁厚夾套選取Q235－A的材質(zhì)。查資料可以知道，板厚在3～40mm，設(shè)計(jì)溫度在150℃時(shí)，Q235－A的許用應(yīng)力。因?yàn)橛袏A套有安全閥，所以設(shè)計(jì)壓力,是夾套的工作壓力。本設(shè)計(jì)取，所以，，，焊接接頭系數(shù)取。夾套的計(jì)算厚度：夾套封頭的計(jì)算厚度：取鋼板厚度的負(fù)偏差C1=0.8m，夾套腐蝕裕量C2=2mm。所以，夾套筒體設(shè)計(jì)厚度，夾套封頭的設(shè)計(jì)厚度，圓整至鋼板規(guī)定尺寸，并查閱封頭標(biāo)準(zhǔn),選取夾套的筒體和封頭壁厚均為14mm。確定筒體和封頭的材料和壁厚筒體也選取Q235－A的材質(zhì)。查資料可以知道，板厚在3～40mm，設(shè)計(jì)溫度在150℃時(shí)，Q235－A的許用應(yīng)力。因?yàn)橛袏A套有安全閥，所以設(shè)計(jì)壓力,是筒體的工作壓力。本設(shè)計(jì)取，所以，，，焊接接頭系數(shù)取。則筒體的計(jì)算厚度：筒體封頭的計(jì)算厚度：取鋼板厚度的負(fù)偏差C1=0.8m，夾套腐蝕裕量C2=1.2mm，C=C1+C2=2.0mm。所以，筒體設(shè)計(jì)厚度，筒體封頭的設(shè)計(jì)厚度。圓整至鋼板規(guī)定尺寸，并查閱封頭標(biāo)準(zhǔn),選取夾套的筒體和封頭壁厚均為8mm。設(shè)計(jì)尺寸一覽表夾套反應(yīng)釜幾何尺寸項(xiàng)目及代號(hào)參數(shù)及結(jié)果釜體形式圓筒形封頭形式橢圓形實(shí)際操作臺(tái)套數(shù)9高徑比r=H/D1.53初算筒體內(nèi)徑2.621圓整筒體內(nèi)徑Di，mm2600一米高容積V1，m35.309釜體封頭容積Vh，m32.513釜體高度，m3.521圓整釜體高度H,mm4000實(shí)際容積V,m321.207夾套筒體內(nèi)徑Dj，mm2800裝料系數(shù)ε0.75夾套筒體高度Hj，m2.523圓整夾套筒體高度Hj，mm3000筒體封頭表面積Fn，㎡7.655一米高筒體內(nèi)表面積A1，㎡21.237實(shí)際總傳熱面積F，㎡32.159筒體壁厚，mm8封頭厚度，mm8夾套厚度夾套筒體壁厚，mm14夾套封頭壁厚，mm14攪拌器設(shè)計(jì)攪拌器設(shè)計(jì)攪拌器與罐體內(nèi)徑比Dj/Di0.33攪拌器直徑mmDj=(1/3)Di圓整1000槳葉數(shù)N6攪拌器距槽底高度mmHi=1.0×Dj1000攪拌器葉片寬度mmW=Dj/5200葉片長(zhǎng)度mmr=Dj/4250液體深度mmHl=1.0×Di2800擋板數(shù)目n4擋板寬度mmWb=Di/10280攪拌軸直徑mmIBG92001-8680容器支座的選用應(yīng)釜因需另外保溫，故選用B型耳式支座。又因?yàn)槿萜鞯腄i=2600mm，選支座為B6.0。工藝接管的選用符號(hào)公稱直徑聯(lián)接尺寸標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接面型管道用途150PN1.6DN50HG5019-58平面洗滌、冷凝水進(jìn)出口接管250PN1.6DN50HG5019-58突面加熱蒸汽（液體出口）接管325PN1.6DN25HG593-64突面測(cè)溫測(cè)壓口4100PN1.6DN100HG5019-58平面放料口接管550PN1.6DN50HG5019-58突面蒸發(fā)氣體出口接管665PN1.6DN65HG5019-58突面氣體冷凝回流進(jìn)口接管7150PN1.6DN150HG/T2105-91平面催化劑進(jìn)口8G3/4"平面放氣閥9PN0.6400*300/DN80平面帶視鏡人孔車間布置設(shè)計(jì)本車間設(shè)備排列順序：真空緩沖罐、油水分離器、回流冷凝器等設(shè)備布置在較高層；反應(yīng)設(shè)備布置在中層；過(guò)濾設(shè)備、貯罐等設(shè)備布置在最底層。車間平面布置蒎烯異構(gòu)化車間平面布置，其外形是長(zhǎng)方體，此布置有利于總平面圖的布置，節(jié)約用地，有利于設(shè)備的排列，縮短管線，易于安排交通入口，有較多的自然采光和通風(fēng)的墻面。車間廠房的柱網(wǎng)布置，生產(chǎn)類別為甲型生產(chǎn)，采用框架結(jié)構(gòu)，采用柱網(wǎng)距離為6*6m，符合建筑模數(shù)的要求可以充分利用建筑結(jié)構(gòu)上的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)制構(gòu)件，節(jié)約設(shè)計(jì)和施工力量，加速基建進(jìn)度。車間的總高度為18米，盡可能利用自然采光和通風(fēng)以及建筑經(jīng)濟(jì)上的要求。車間垂直布置車間的高度主要由工藝設(shè)備布置要求所決定的。車間垂直布置要充分利用空間，每層高度取決于設(shè)備的高度，安裝的位置，檢修要求及安全衛(wèi)生的條件。次車間層高采用6m，每層樓板上設(shè)置一定面積的泄爆孔，以防有爆炸危險(xiǎn)心得體會(huì)剛開(kāi)始，對(duì)于這次的課程設(shè)計(jì)，我以為和上學(xué)期的《化工原理》的課程設(shè)計(jì)一樣，是有模版的，也未曾把它想的太過(guò)困難和麻煩，但經(jīng)過(guò)這三周的“地獄之旅”，我終于徹徹底底的懂得了一個(gè)道理，那就是，如果靠這個(gè)吃飯，我會(huì)餓死的。其實(shí)對(duì)于一開(kāi)始的畫(huà)圖，因?yàn)槭菍①Y料上的工藝流程圖按一定比例來(lái)繪制，所以還不算太困難，但對(duì)于之后的控制點(diǎn)的安排，我們就tooyoungtoosimple了。工藝流程的控制我們?cè)凇痘x表及自動(dòng)化》中學(xué)過(guò)，但是學(xué)的不夠扎實(shí)，只能用來(lái)應(yīng)付死板的考試，而不能靈活應(yīng)用在這次的PID制圖中。在聽(tīng)其他人答辯講述自己的PID圖的過(guò)程中，經(jīng)常能發(fā)現(xiàn)這樣那樣的錯(cuò)誤，有的人是在錯(cuò)誤的地方用來(lái)錯(cuò)誤的控制，有的人是控制的地方出了錯(cuò)，往往是一條線接在設(shè)備上，一個(gè)表引出來(lái)，說(shuō)是控制，卻完全不知道是控制什么。這充分的說(shuō)明了我們學(xué)習(xí)上的不足，我們學(xué)習(xí)通常只是紙上談兵，對(duì)著某某控制也許能說(shuō)出這是第幾工段第幾號(hào)設(shè)備，起什么作用，但一旦換成我們來(lái)設(shè)置這些控制就一臉懵逼，大部分的知識(shí)只學(xué)了表面。第一次在機(jī)房上課時(shí)老師就講過(guò)會(huì)有三次答辯，我很幸運(yùn)的一次都沒(méi)被選上，卻又很不幸的準(zhǔn)備了兩次ppt。其實(shí)第二次答辯的時(shí)候就該將物料能量的衡算了，結(jié)果直到第三次答辯我們都還是在將PID圖。估計(jì)老師也很絕望，我們居然沒(méi)跟上進(jìn)度，再此，我要嚴(yán)肅的說(shuō)：“這鍋不背，我要甩鍋！”我們沒(méi)能按照預(yù)期完成物料能量衡算一定是因?yàn)橹虚g穿插著考試的原因，當(dāng)然，找不到模版估計(jì)也是一個(gè)原因（不要臉的我）。因?yàn)檫@次的設(shè)計(jì)是完全陌生的，我們也沒(méi)做過(guò)這種看著就“高大上”玩意兒啊，一個(gè)個(gè)都一臉懵逼的翻書(shū)，翻來(lái)翻去也不知道什么是有用的什么是沒(méi)用的。從一開(kāi)始我們就對(duì)這次的設(shè)計(jì)不太了解，這就導(dǎo)致了我們前期搜集資料的目地的不明確，從而導(dǎo)致了一次又一次的計(jì)算失誤，就像剛開(kāi)始，我們找到了一句“生產(chǎn)1噸合成樟腦需耗松節(jié)油1.52.0噸”就傻傻的開(kāi)始假設(shè)我們生產(chǎn)一噸的合成樟腦消耗了1.5噸的松節(jié)油，然后就開(kāi)始算（當(dāng)然第一次計(jì)算，本身計(jì)算過(guò)程中就有計(jì)算錯(cuò)誤），傻傻的算完，也不去驗(yàn)證一下，就開(kāi)開(kāi)心心的各回各宿舍去了。然后等開(kāi)始寫(xiě)日志的時(shí)候，哎呀，這不對(duì)啊，這最后的出料量不應(yīng)該要生產(chǎn)規(guī)模得出的出料量一致嗎？然后又是一頓人仰馬翻的你算算我算算的找錯(cuò)誤。當(dāng)然犯了錯(cuò)誤也是有好處的，至少我對(duì)“生產(chǎn)1噸合成樟腦需耗松節(jié)油1.52.0噸”有了更加充分的認(rèn)識(shí)，那就是我們最后計(jì)算的出的進(jìn)料量與最終出料量的比值的范圍大致在1.5—2.0左右。這次的課程設(shè)計(jì)不像《化工原理》一樣是每個(gè)人自己做自己的，而是采取小組的模式，小組各個(gè)成員之間相互合作，一榮俱榮，一損俱損，這是在第一次答辯出現(xiàn)狀況時(shí)就被再次強(qiáng)調(diào)的。但小組成員之間的磨合也是必不可免的，在討論過(guò)程中發(fā)生爭(zhēng)吵，意見(jiàn)相左，都是可以理