化工生产过程 毕业设计文档格式.docx
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过程工业包括化学工业、石油炼制工业、石化工业、能源工业、冶金工业、建材工业、核能工业、生物技术工业、生物技术工业以及医药工业等等。
它包含了每个国家大部分重工业,具体的说,这类工业有以下特点:
(1)工业生产使用的原料,主要是自然资源;
(2)它的产品主要用作产品生产工业的原料;
(3)生产过程主要是连续生产;
(4)原料中的物质在生产过程中经过了许多化学变化和物理变化;
(5)产品的增加主要靠扩大工业生产规模来达到,或者说靠放大生产规模来达到;
(6)这类工业一般来说,污染比较严重,治理比较困难;
在过程工业中过程装备是装置的主体,任何一个生产装置都需要使用多种机器、设备、管道,如各种型式的压缩机、泵、换热设备、反应设备、塔设备、干燥设备、分离设备、储罐、炉窑,以完成生产过程中的各种化学反应、热交换、不同成分的分离、各种原料(包括中间产物)的传输、气体压缩、原料和产品的储存等。
但只有这些机
器、设备还不能完成生产的全过程,它们之间还要用各种管道连接起来才能形成一个完整的系统,为保证各种机器、设备正常运行,在关键部位还要设置各种参数显示:
如压力表、温度计、流量计、液位计等。
这样构成一个完整的过程工业的生产系统,并保持生产正常进行。
本次设计的这套装置为化工生产过程中生成的产品后残留的废气气体净化系统装置,该装置的使用几乎遍及现代工业,如化肥厂、石油化工厂、生物化工、制药、农药等。
现在的工业生产过程大都处理流程性物料,处理过程中几乎都包含气体净化过程,生产过程中涉及到的脱硫、二氧化碳、等气体的净化过程都能用到本次设计的装置[1]。
如化工厂的制硫酸工艺中以二氧化硫为主要气体原料,二氧化硫转换成三氧化硫与水反应生成硫酸,在制得硫酸后残余的二氧化硫就是有害气体,此时二氧化硫的净化显得尤其重要,不然会造成催化剂中毒,使设备腐蚀等不良后果。
工业的发展与进步,对提高人类生活质量起着十分巨大的作用,但同时也给人类带来难以解决的问题。
如工业生产产生的废气、废液、废渣越来越多,严重污然人类的生存。
环境、三废的治理已越来越引起人们的广泛重视,环境保护已提到日程,针对本装置产生的三废问题就具体物料具体分析。
由于本装置应用广泛,还可能产生其他类型的废气,为此我们一一列举可能存在的情况。
气态污染物或杂质的分类:
(1)含硫化合;
(2)含氮化合物;
(3)碳氢化合物;
(4)碳的氧化物;
(5)卤素化合物;
对于这些废气或杂质在本装置中都可以得到吸收、分离等最终的净化。
在换热和干燥的流程中可能会有污水排出,由于物料不明所以分析污水的种类大致有含有油、酸碱性。
酸碱废水中和处理:
酸、碱是工业生产的基础原料,在化工等生产制造过程中,都会排出一定程度的酸、碱废水。
酸碱废水的处理一般均借助于化学中和,中和至PH(6-9),再进行后续的处理。
对碱性废水,一般可采用以下中和的方法:
(1)鼓人烟道气;
(2)注入压缩的CO气体;
(3)投加酸或酸性废水。
碱性废水中和剂一般在HCL和H2SO4间选择,硫酸价格较低,其中和反应可溶物比盐酸低而使用较多;
对酸性废水进行中和时,可采用以下方法:
(1)通过石灰滤床中和;
(2)与石灰乳混合;
(3)投加碱性废渣,如电石渣、碳酸钙、碱渣等;
伴随着各种节能新工艺、新技术的开发应用,一氧化碳的变换,二氧化碳的脱除性对越来越稳定,其影响生产稳定的因素大大减少,但硫化物的脱硫因其含量变化大,脱除工艺复杂,长期以来一直是制约生产的关键因素,虽然脱硫工艺过程操作比较简单,但出的问题也较多,特别现代企业发展较快,生产能力也都是提至数倍乃至几十倍,本次设计的这套气体净化装置就用在工厂制取硫酸后废气二氧化硫的脱硫上。
SO2是一种无色具有强烈刺激性气味的气体,易溶解于人体的血液和其他黏性液。
大气中的SO2增加会导致到炎症、支气管炎、肺气肿、眼结膜炎症等。
同时还会使青少年的免疫力降低,抗病能力变弱。
SO2在氧化剂、光的作用下,能生成硫酸盐气溶胶,硫酸盐气溶胶能使人致病,增加病人死亡率。
根据经济合作发展组织(OECD)的研究,当硫酸盐年浓度在10μg/m3左右时,每减少10%的浓度能使死亡率降低0.5%,SO2还能与大气中的飘尘黏附,当人体呼吸时吸入带有SO2的飘尘,会使SO2的毒性增强。
研究表明,在高浓度的SO2的影响下,植物产生急性危害,叶片表面产生坏死斑,或直接使植物叶片枯萎脱落;
在低浓度SO2的影响下,植物的生长机能受到影响,造成产量下降,品质变坏。
SO2对金属,特别是对钢结构的腐蚀,每年给国民经济带来很大的损失。
据估计,工业发达国家每年因为金属腐蚀而带来的直接经济损失占国民经济总产值的2%~4%。
当前,人类面临十大环境问题:
水危机、土地荒漠化、臭氧层破坏、温室效应、酸雨肆虐、森林锐减、水土流失、物种灭绝、垃圾成灾、有毒化学品污染。
其中酸雨肆虐是跨越国界的全球性的灾害,然而酸雨的来源恰恰是SO2造成的,目前全球已形成三大酸雨区,我国覆盖四川、贵州、广东、广西、湖南、湖北、江西、浙江、江苏和青岛等省市部分地区,面积达200多万平方公里的酸雨区,成为世界上第三大酸雨区。
酸雨给地球生态环境和人类社会经济都带来严重的影响和破坏。
酸雨使土壤酸化,肥力降低,有毒物质更毒害作物根系,杀死根毛,导致发育不良或死亡。
酸雨还杀死水中的浮游生物等等,总之酸雨的危害是现在全球所不能忽视的。
过程工业是一个国家的基础工业,对于发展国民经济及增强国防力量,起着关键作用。
过程工业的快速发展所造成的污染问题比较严重,发展无污染工业是是过程工业以及其各方面的从业人员的一个重要任务。
所以本次设计的SO2的净化处理系统尤为重要,本此设计装置的能完善和改进现有脱硫状况,实现提高装置的生产强度的同时控制硫化物的排放量。
第二章工艺设计及设备的选型
2.1装置主要设备的规格
不同生产过程的生产工艺不同,但他们所选用的主要设备从工作原理分析,比较有代表性的塔设备、换热器、反应设备、储罐等都有定性的产品。
本次设计给定的设备有反应塔、换热器、储罐、净化塔。
(1)液态原料储罐常温常压,底板直径Φ2.5m,罐直径Φ2.0m。
(2)卧式原料气储罐,直径Φ2.0m,总长1.2m,中心线距容器顶端距离均为1.2m。
(3)卧室换热器一台,直径Φ1.6m,总长7.0m,两管径Φ273m×
14mm,
b中心线距a管端法兰面、d中心线距c管端法兰面距离均为1.5m,b、d接管直径Φ219mm×
0mm。
(4)立式反应塔一台,物料反应为吸热反应,直径Φ1.6m,管径Φ273mm×
14mm。
(5)立式净化塔一台,直径Φ1.6m,接管管径Φ273mm×
14m。
2.1工艺路线的概述
工艺路线即生产方法的选择,一种产品的生产只有一种定型的生产方法,在工艺路线上就无须选择;
通过分析研究,在考虑工艺流程设计先进性、可靠性、因地制宜的原则,确定了工艺路线。
图2-1工艺流程施工图
工艺路线如下:
来自气态储罐的SO3、SO2混合气与水在高温条件下在反应塔内发生反应,反应过程所吸收的热量来自加热炉,所反应后得到的成品硫酸进入到液态储罐中,反应后残留的二氧化硫从反应塔的顶部通过鼓风机的作用进入到换热器中进行降温,之后在经过鼓风机进入到净化塔中进行脱硫。
吸收液从水槽内通过泵的加力后通过净化塔上部进入塔中,从底部进入的SO2气体与从上部喷淋而下的吸收液发生反应开始脱硫,脱硫后的气体从净化塔塔顶部输送到干燥塔并从底部进入,与从上部流下的上水进行干燥后从干燥塔顶部输送到储罐中。
然而随着脱硫的进行,吸收液的浓度不断下降,吸收能力也随之下降,因此必须将吸收液再生,再生过程在再生塔中进行,浓度稀薄的吸收液从净化塔的底部处流出沿管线经过泵的加压后进入到再生塔中,废吸收液自塔喷淋而下,与塔底鼓入的大量空气逆流接触,经过反应转换成浓的吸收液,再生的吸收液从再生塔的底部流出,沿管线经过泵的加压后进入净化塔循环使用。
2.2确定工艺流程的依据
2.2.1原料的组成
本次设计的工艺流程的原料是SO3、SO2气体和水发生反应制取硫酸。
2SO2+O2=2SO3(2-1)
SO3+H2O=H2SO4+Q(2-2)
2.2.2产品品种及质量要求
产品品种:
在SO3气体和液态H2O原料反应,生成H2SO4。
质量要求:
所反应后残留的SO2气体通过罗茨鼓风机的加力后通过脱硫塔的底部进入净化塔中,吸收液从水槽内通过泵的加力后通过净化塔上部进入脱硫塔中,从底部进入的SO2气体与从上部喷淋而下的吸收液发生反应开始脱硫,净化后的气体从脱硫塔顶输送到干燥塔并从底部进入,与从上部流下的上水进行干燥后从干燥塔顶部输送到储罐中。
2.2.3工艺流程示意图
图2-2工艺流程走向图
2.3设备的选型
作为工业生产,不允许把不成熟或未经生产考验的设备用于设计。
设计中所选用的设备不但技术性能要可靠,设备材质也要可靠。
对从国外引进的设备,同样必须强调设备及其所采用材质的可靠性,特别对生产中的关键设备,一定要在充分调查研究和对比的基础上,作出科学的选定。
2.3.1塔设备的选择
在石油、化工等生产过程中,常常需要将混合物质分离较纯的物质,通常采用精馏、吸收等方法。
塔类设备的型式种类繁多,按用途及在工艺过程中的作用可分为:
分馏塔、吸收塔、解收塔、抽提塔、稳定塔、水洗塔和干燥塔。
按内部结构可分为板式塔和填料塔。
它的应用面广、量大。
用于本装置中的塔设备是用来反应、净化、干燥和再生的,长期以来板式塔在蒸馏、吸收等工艺操作中经常被使用,所以净化和干燥选择的是吸收塔中的板式塔。
板式塔的优点是操作稳定,操作弹性大,生产能力大,不宜堵塞,能适应多种介质。
在板式塔中,塔内装有一定数量的塔盘,气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔盘上的液层使两相密切接触,进行传质,两相的的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。
板式塔塔的高度确定:
塔径均为Φ1.6m,确定塔高H=3D=4.8m[2]。
本装置中的再生塔是用来将废的稀的吸收液进行再生,然后再通入净化塔中循环使用,针对这一工作性质选择的塔设备为解吸塔中内部结构为填料的填料塔,解吸塔是将溶解了硫等杂质的溶剂通过升温或减压等方式降低吸收能力,将杂质释放出来,溶剂获得再生,重新返回吸收塔进行工作。
填料塔具有结构简单,压力降小等优点。
在填料塔中,装填一定段数和一定高度的填料层,液体沿填料表面呈膜状向下运动,作为连续相的气体自下而上运动,与液体逆流传质,两相的的组分浓度沿塔高呈连续变化。
由于塔内走的气体流量相同,所以填料塔的外形尺Φ1.6×
4.8m。
本装置选择的塔设备是由等直径、等壁厚的圆筒和作为端盖的椭圆形封头组成。
端盖是由钢板压制焊接而成,椭圆形的端盖有力承受外部较高的压强,而且可利用端盖自身作为破沫空间,以节省金属。
塔体都满足工艺条件下的强度、刚度以及地震、偏心载荷所引起的一切影响,塔体的支座采用的是裙式支座。
塔设备的接管分为进液管、出液管、进气管、出气管[3]。
图2-3塔的结构
2.3.2泵的选型
泵有两大类,动力式泵和容积式泵。
动力式泵可又分为离心式泵和轴流式泵两种。
离心泵的特点是输送的液体粘度不大,扬程相对较低,要求流量变化较小,根据本设计中的气体的特性比较符合离心泵的要求[4]。
参数的确定:
已知立式反应塔接管直径为Φ0.273m×
0.014m所以内管径d=(273-28)×
10-3=0.245m,一般取管内气体流速u=10m/s
qv=
=
0.47
公式(2-3)
式中qv——体积流量
已知换热器b、d接管直径Φ219mm×
10mm,所以内管径d=(219-20)×
10-3=0.199m,一般取水管流速u=1.0m/s
qv=
0.031
离心泵的范围流量是(102-12500)
/
,由上述所算出的流量正好符合离心泵的范围,因此这套工艺中选择的是离心泵[5]。
泵的型号为50-32-125。
表2-1泵的外形尺寸(mm)
型号
A
L1
L2
L3
L4
a
f
x
L5
B1
B2
B3
h1
h2
50-32-125
80
920
170
600
335
385
100
900
115
339
350
112
119
2.3.3工业炉的选型
随着化学工业的迅速发展,加热炉技术越来越受到人们的重视。
加热炉和蒸汽锅炉都是以火力为流体介质的加热设备,不同之处在于加热炉的加热对象是工艺物料,而蒸汽锅炉是为水加热,针对本设计流程的加热对象为工艺气体,所以选择的是加热炉。
现在化工行业常用的加热炉是管式加热炉,管式加热炉的性能符合现代石油化学工业自动化、连续化、大型化的要求,管式加热炉的分类:
箱式炉、立式炉、圆筒炉、大型方炉,针对本设计中处理量的情况优先选用的是立式圆筒炉。
圆筒炉的特点:
加热方式为直接受火式;
长周期连续运转;
结构简单,造价低;
加热炉里面的构造由辐射式、对流室、余热回收系统、燃烧及通风系统组成。
安装方式采用水平安装。
外形尺寸确定:
炉膛Φ2.850mm
4.6m;
炉顶2m/Φ436mm。
2.3.4风机
风机的作用是运送气体,根据风机输送的气体流量是
,确定风机类型为罗茨鼓风机,气体输送量正好符合容积式鼓风机的流量范围(200-30000)
。
选择型号为SR-50。
鼓风机有两个同步反向旋转的转子,通过转子转动来压缩气体。
图2-3风机外形图
第三章车间工艺布置
3.1厂房布置
厂房布置主要决定于生产流程、生产特点、厂区面积、厂区地形地质条件和设备布置。
它必须满足工艺要求,便于组织生产流水线。
同时也应符合国家的防火、卫生标准等各种规范和规定。
车间平面布置其外形为长方形,长方形便于总平面图的布置,节约用地,有利于设备排列,缩短管线,易于安排交通出入口,有较多可供自然采光和通风的墙面。
厂房布置通常采用集中式布置和分散式布置两种形式。
本次设计考虑生产流程的特点选用的是分散布置形式,厂房总面积大约1090
m2,组成包括生产、辅助室。
辅助室的组成:
配电室、操作室、休息室、维修库房,辅助室集中布置在厂房的西区域内。
辅助室紧临安全通道。
辅助室之间用防火防爆墙隔离。
为便人员的撤离,辅助室的门都朝外开。
辅助室门口为人行道,道宽为1m。
其他区域都是是生产部分[5]。
表3-1辅助室的布置距离
项目
长(m)
宽(m)
配电室
5
操作室
5
休息室
维修库房
3.2设备布置
设备布置就是把车间内的各种设备按照工艺流程要求加以定位。
设备布置主要取决于生产流程和设备安装、操作、检修的需要,同时也要考虑其它专业对布置的要求。
为了不影响门窗的开启,不妨碍厂房的采光和通风,设备没有沿墙布置,都是有一定的距离的。
在设备上方留足够的空间和面积,以架设临时起重装置[4]。
3.2.1塔的布置
塔设备都布置在南面区域,靠近南侧的大门。
西侧是主要通道,道宽为6m。
在布置塔时,根据生产需要,流程顺、管线短、占地少、操作维修方便的原则,把用到泵的净化塔、再生塔布置在泵的附近,这样布置也便于塔的检修、操作方便。
净化塔和再生塔布置在同一排,以东西向中心线对齐,再生塔在西,净化塔在东,两设备间的安全距离为3.5m。
干燥塔和再生塔以南北向中心线对齐在同一排,干燥塔在南,再生塔在北,两设备间的安全距离也为3.5m。
干燥塔右侧邻着气态储罐。
布置见(图3-1—图3-5)
图3-1干燥塔和再生塔的布置
图3-2再生塔到南墙的距离
图3-3干燥塔到南墙的距离
图3-4再生塔和净化塔之间的距离
图3-5净化塔和吸收液槽之间的距离
3.2.2换热器的布置
按工艺流程顺序布置在塔的附近。
在布置时考虑换热器抽管束或检修所需的场地(包括空问)和设施,把换热器布置在东侧,一进门就是空地,在加热炉的右侧,与加热炉的距离为6.4m,北侧是车行通道。
本设计中卧室换热器的直径Φ1.6m,总长7m,给予留出L+1=8m的抽管束或检修所需的空地[7]。
布置见(图3-6—图3-7)
图3-6换热器到东墙的距离
图3-7加热炉到换热器间的距离
3.2.3卧式容器的布置
卧式容器本应成组布置,但按照工艺流程顺序和本设计中的卧式容器,所以气态储罐单独布置。
把气态储罐布置在生产区南侧方向,左侧是主要通道,道宽为6m,右侧是干燥塔,气态储罐的封头距离左侧通道2.5m,距离右侧的干燥塔5.5m。
图3-8气态储罐到西墙的距离
图3-9气态储罐到干燥塔的距离
图3-10气态储罐到干燥塔的俯视图
3.2.4反应塔的布置
本次设计的反应器的布置距建筑物或障碍物的净距和操作通道都满足要求,反应塔和液态原料储罐以中心线对齐,右侧是加热炉,与液态储罐的距离是3.5m,而与右侧的加热炉为了避免温度的影响距离则远一些,安全距离为4.5m。
图3-11液态储罐到反应塔的距离
3.2.5泵的布置
泵在室内有两种布置方式,集中布置和分散布置。
集中布置是将泵集中布置在泵房或露天、半露天的管廊下或框架下,呈单排或双排布置形式。
分散布置是按工艺流程将泵直接布置在塔或容器附近。
本工艺流程需要的泵是三台,考虑方便操作与检修,注意整齐美观和安全等原因,采用的是集中布置,并列布置在厂房内的中心地带,泵设置在门口的附近,一侧是主要车行道,道宽6m,泵的基础高出地面0.3m。
把离心泵的出口取齐,泵的出口管整齐。
泵与泵之间间距为3.5m。
这样布置有利于泵的检修,吊车能方便进出进行搬运泵设备。
同时也便于泵的通风。
这里泵没有设置排液设施,采用埋地管以取代排水沟,这样做的好处是为了防止可燃气体窜人排水沟[8]。
图3-12泵到东墙的距离
图3-13泵之间的距离
3.2.6风机的布置
为了流程顺、管线短、占地少、整齐美观把风机布置在泵的同一排,风机布置紧临维修通道,以便吊车通行和吊装设备。
风机的南侧是干燥塔,北侧是换热器,正好做到了管线短的的要求。
为了避免风机和加热炉之间的风循环,风机的布置远离了加热炉,以免受到温度的影响。
风机与加热炉之间的距离也满足了5m
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