年產(chǎn)5000噸阻燃型填料氧化銻的生產(chǎn)設(shè)計(jì)——中和釜的設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔】

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年產(chǎn)5000噸阻燃型填料氧化銻的生產(chǎn)設(shè)計(jì) —— 中和釜的設(shè)計(jì) 摘 要：氧化銻是重要的化工產(chǎn)品，屬無機(jī)類阻燃劑，一般與鹵系阻燃劑復(fù)配使用，是一種重要的阻燃協(xié)效劑，也可用作防火涂料和填充料、媒染劑等。本文綜述了阻燃型填料氧化銻的性質(zhì)、用途、主要生產(chǎn)方法、產(chǎn)品規(guī)格、市場前景及發(fā)展趨勢，主要探索了年產(chǎn)5000噸阻燃型填料氧化銻的工藝設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中選用間歇生產(chǎn)方法（濕法.氨解法），將輝銻礦經(jīng)焙燒、冷凝后置于反應(yīng)釜加酸攪拌溶解，經(jīng)過濾、水解、中和、洗滌、干燥、粉碎等步驟后即的最終產(chǎn)品。本文主要承擔(dān)了中和釜的設(shè)計(jì)和物料衡算，根據(jù)物料衡算，確定了中和釜的工藝參數(shù)、類型及體積，進(jìn)行了合理的選型。 關(guān)鍵詞：阻燃型填料氧化銻；工藝設(shè)計(jì)；中和釜 The process design of antimony oxide flame-retardant filler of 5,000 tons per year:The design of neutralizing reactor Abstract：Antimony oxide is an important chemical products, an inorganic flame retardants, halogen flame retardant is generally related to the use of compound, is an important synergism of lame-retardant agent, also can be used as a fire retardant coating and filler, such as mordant. In his paper, antimony oxide flame retardant filler nature, uses, the main production methods, product specifications, market prospects and development trends, the annual output of 5000 to explore the main flame-retardant antimony oxide fill process design. Batch production in the selected design method (wet. Ammonia solution), will be roasted by stibnite, condensation reactor aced after the mixing acid dissolved by filtration, hydrolysis, and, washing, drying, grinding and other steps after the the final product. Assumed in this paper and autoclave design and material balance, based on material balance, and autoclave to determine the process parameters, type and size, a reasonable selection. Key words : antimony oxide flame retardant filler; process design; and autoclave 目錄 摘 要 1 Abstract 1 1. 概述 2 1.1 氧化銻的性質(zhì) 2 1.2 氧化銻的作用及用途 2 1.3 產(chǎn)品的毒副作用及防護(hù)處理 2 1.4 市場需求及發(fā)展前景 3 1.5 氧化銻合成方法簡介 3 1.5.1 干法 4 1.5.2 濕法 4 2. 設(shè)計(jì)任務(wù) 6 2.1 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 6 3. 原料及產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格 6 3.1 原料 6 3.2 產(chǎn)品規(guī)格 6 4．生產(chǎn)工藝介紹 7 4.1 氨解法制造氧化銻 7 5．中和釜的工藝計(jì)算 8 5.1 加入原料量的確定 8 5.2 物料衡算 8 5.3 熱量衡算 9 5.4 中和釜的工藝尺寸計(jì)算及選型 10 5.4.1 確定筒體和封頭形式 10 5.4.2 中和釜體積的計(jì)算 11 5.4.3 確定反應(yīng)釜筒體的直徑和高度 11 5.4.4 中和釜夾套的直徑、高度、和傳熱面積的計(jì)算 12 5.4.5 夾套厚度、夾套封頭厚度的計(jì)算 13 5.4.6 內(nèi)筒筒體厚度、筒內(nèi)封頭厚度的計(jì)算 14 5.4.7 中和釜工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 15 結(jié)束語 16 參考文獻(xiàn) 17 致 謝 18 XX大學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題　　目 年產(chǎn)5000噸阻燃性氧化銻——中和反應(yīng)釜的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名　 專業(yè)名稱　 化學(xué)工程與工藝 指導(dǎo)教師　 20XX年 5月28日 目錄 摘 要 1 Abstract 1 1. 概述 2 1.1 氧化銻的性質(zhì) 2 1.2 氧化銻的作用及用途 2 1.3 產(chǎn)品的毒副作用及防護(hù)處理 2 1.4 市場需求及發(fā)展前景 3 1.5 氧化銻合成方法簡介 3 1.5.1 干法 4 1.5.2 濕法 4 2. 設(shè)計(jì)任務(wù) 6 2.1 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 6 3. 原料及產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格 6 3.1 原料 6 3.2 產(chǎn)品規(guī)格 6 4．生產(chǎn)工藝介紹 7 4.1 氨解法制造氧化銻 7 5．中和釜的工藝計(jì)算 8 5.1 加入原料量的確定 8 5.2 物料衡算 8 5.3 熱量衡算 9 5.4 中和釜的工藝尺寸計(jì)算及選型 10 5.4.1 確定筒體和封頭形式 10 5.4.2 中和釜體積的計(jì)算 11 5.4.3 確定反應(yīng)釜筒體的直徑和高度 11 5.4.4 中和釜夾套的直徑、高度、和傳熱面積的計(jì)算 12 5.4.5 夾套厚度、夾套封頭厚度的計(jì)算 13 5.4.6 內(nèi)筒筒體厚度、筒內(nèi)封頭厚度的計(jì)算 14 5.4.7 中和釜工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 15 結(jié)束語 16 參考文獻(xiàn) 17 致 謝 18 年產(chǎn)5000噸阻燃型填料氧化銻的生產(chǎn)設(shè)計(jì) —— 中和釜的設(shè)計(jì) 摘 要：氧化銻是重要的化工產(chǎn)品，屬無機(jī)類阻燃劑，一般與鹵系阻燃劑復(fù)配使用，是一種重要的阻燃協(xié)效劑，也可用作防火涂料和填充料、媒染劑等。本文綜述了阻燃型填料氧化銻的性質(zhì)、用途、主要生產(chǎn)方法、產(chǎn)品規(guī)格、市場前景及發(fā)展趨勢，主要探索了年產(chǎn)5000噸阻燃型填料氧化銻的工藝設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中選用間歇生產(chǎn)方法（濕法.氨解法），將輝銻礦經(jīng)焙燒、冷凝后置于反應(yīng)釜加酸攪拌溶解，經(jīng)過濾、水解、中和、洗滌、干燥、粉碎等步驟后即的最終產(chǎn)品。本文主要承擔(dān)了中和釜的設(shè)計(jì)和物料衡算，根據(jù)物料衡算，確定了中和釜的工藝參數(shù)、類型及體積，進(jìn)行了合理的選型。 關(guān)鍵詞：阻燃型填料氧化銻；工藝設(shè)計(jì)；中和釜 The process design of antimony oxide flame-retardant filler of 5,000 tons per year:The design of neutralizing reactor Abstract：Antimony oxide is an important chemical products, an inorganic flame retardants, halogen flame retardant is generally related to the use of compound, is an important synergism of lame-retardant agent, also can be used as a fire retardant coating and filler, such as mordant. In his paper, antimony oxide flame retardant filler nature, uses, the main production methods, product specifications, market prospects and development trends, the annual output of 5000 to explore the main flame-retardant antimony oxide fill process design. Batch production in the selected design method (wet. Ammonia solution), will be roasted by stibnite, condensation reactor aced after the mixing acid dissolved by filtration, hydrolysis, and, washing, drying, grinding and other steps after the the final product. Assumed in this paper and autoclave design and material balance, based on material balance, and autoclave to determine the process parameters, type and size, a reasonable selection. Key words : antimony oxide flame retardant filler; process design; and autoclave 1. 概述 1.1 氧化銻的性質(zhì) 氧化銻亦稱三氧化二銻，銻華，氧化銻，方銻礦，為白色或灰色無溴晶體粉末。屬兩性氧化物，是電的不良導(dǎo)體，微溶于水，難溶于乙醇，亦不溶于稀硫酸和稀硝酸，可溶于濃鹽酸、濃硫酸、濃堿、草酸、酒石酸和發(fā)煙硝酸。 表1 理化指數(shù) 分子式 Sb2O3 相對分子質(zhì)量 291.5 熔點(diǎn) 656℃ 沸點(diǎn) 1550℃ 密度 5670㎏／㎡ 折射率 2.350 晶形 斜方晶體（570以上）立方晶體（570以下） 吸油性 11 1.2 氧化銻的作用及用途 廣泛應(yīng)用于PVC、PP、PE、ABS、PU等塑料中做阻燃劑，尤其與鹵化物阻燃劑并用時(shí)表現(xiàn)出良好的阻燃性，對基材力學(xué)性能影響小；也用作帆布、紙張、涂料等的阻燃助劑；還可用作媒染劑和白色油漆燃料，制造白色玻璃、搪瓷、吐酒石、藥物、膠合水泥及銻鹽等。在橡膠塑料工業(yè)中作填充劑和阻燃劑。在搪瓷、陶瓷制品中作搪瓷遮蓋劑。在電子工業(yè)中用于制作壓敏陶瓷及磁頭零件用的非磁性陶瓷。在涂料工業(yè)中作為油漆的白色顏料及阻燃劑。用作有機(jī)合成的催化劑。 1.3 產(chǎn)品的毒副作用及防護(hù)處理 氧化銻產(chǎn)品具有刺激性，對呼吸器官及眼、鼻、咽、喉、皮膚均有刺激作用，急性中毒：吸入后引起上呼吸道刺激、頭痛、惡心、嘔吐、呼吸困難。二氧化銻可溶于胃液，產(chǎn)生含銻離子，而銻是重金屬，攝入后引起胃腸道刺激、惡心、嘔吐、口腔和咽喉燒傷及中樞神經(jīng)系統(tǒng)抑制。慢性影響：可致肝、腎損害。接觸工人出現(xiàn)血壓變化及心電圖異常?？芍缕つw損害，引起皮膚干燥、皸裂，還可出現(xiàn)皮炎或濕疹。 表2 毒副試驗(yàn)結(jié)果 試 驗(yàn) 放 應(yīng) （白鼠）劇烈的吸入性毒性 （白鼠）劇烈的皮膚接觸毒性 （白兔）對眼的刺激 未沖洗眼睛 沖洗眼睛，接觸4秒 一次性皮膚刺激（白兔） （人） 皮膚過敏（白幾內(nèi)亞豬） （人） >43.6g∕㎏ >2.0g∕㎏ 極端嚴(yán)重 刺激極端嚴(yán)重 刺激微小 未發(fā)現(xiàn)有受刺激者 未發(fā)現(xiàn)有過敏者 未發(fā)現(xiàn)有過敏者 防護(hù)措施：佩戴橡皮手套，防護(hù)鏡，化學(xué)藥品呼吸器，著防護(hù)衣服避免接觸，能迅速從衣服上、皮膚上用肥皂和水洗去。 1.4 市場需求及發(fā)展前景 我國的銻礦資源十分豐富，其儲(chǔ)量和產(chǎn)量占居世界首位。氧化銻是最重要的無機(jī)阻燃劑之一 ,單獨(dú)使用時(shí)候阻燃作用很小 ,但是與鹵系阻燃劑并用時(shí)可以大大提高鹵系阻燃劑的效能 ,因此它是幾乎所有鹵系阻燃劑中不可缺少的協(xié)效劑 。盡管近年來阻燃劑無鹵化呼聲很高 , 但由于銻鹵協(xié)效阻燃的高效性及對材料的物理性能影響極小，鹵系阻燃劑在一段時(shí)間內(nèi)仍將占據(jù)阻燃劑的主導(dǎo)地位， 因此氧化銻仍有一定的發(fā)展空間。隨著有機(jī)高分子合成材料的廣泛應(yīng)用，同時(shí)對于合成材料的易燃燒、容易造成火災(zāi)的特點(diǎn)，人們對防火安全性顯示了強(qiáng)烈關(guān)注，從而促進(jìn)了氧化銻在塑料、涂料、橡膠、建材、電子、紡織等領(lǐng)域的應(yīng)用獲得迅速發(fā)展。 1.5 氧化銻合成方法簡介 傳統(tǒng)的工業(yè)制備方法主要分為干法和濕法兩大類， 加熱條件下的金屬銻與氧反應(yīng)法、焙燒三硫化二銻礦物發(fā)、三硫化二銻水解法、電解氯化法、銻精礦直接氧化法（濕化學(xué)方法）等前兩種屬于干法，后三種屬于濕法。制備的方法還有等離子體法和膠體沉淀法等。這些方法最大的缺點(diǎn)就是雜質(zhì)含量過高、白度低、粉末顆粒分布不均勻。 1.5.1 干法： （1）加熱條件下金屬梯與氧反應(yīng)法 =2 （2）焙燒三硫化二銻礦物法 生產(chǎn)過程：蒸發(fā)硫化銻或金屬梯，氧化其蒸氣，并從蒸氣相中使氧化銻進(jìn)行結(jié)晶，該過程的溫度為600℃—800℃，當(dāng)使用硫化礦時(shí)，會(huì)產(chǎn)生廢料（固體礦渣和氣體二氧化硫）；金屬銻燃燒法雖無廢料產(chǎn)生，但考慮成本，故工業(yè)生產(chǎn)常不考慮。 1.5.2 濕法： （1）三氯化銻水解法 （注：工業(yè)上一般以氨水作為氯化氫接收體。） 工藝流程： 蒸餾水 水 解 中 和 洗 滌 成 品 氨 水 （2）銻精礦直接氧化法（酸式濕法，多用硫酸） 工藝流程： 產(chǎn)品 干燥 水 堿 水 銻精礦 過濾干燥 浸出 還原 水解 中和 浸出劑 還原劑 工業(yè)上用的最多的是氨解法和直接法 （3）氨解法（濕法） 工藝流程： 輝銻礦 鹽酸 水 過濾 水解 冷凝器 過濾 反應(yīng)釜 焙燒爐 水 氨水 干燥爐 過濾 中和槽 粉碎機(jī) 洗滌槽 產(chǎn)品 (4)直接法（輝銻礦法） 將粉碎的輝銻礦與焦炭比7：1的比例混合均勻，置于煅燒爐（或反射爐）內(nèi)，于6000℃左右氧化焙燒，將爐氣冷凝收集揮發(fā)出的蒸氣，此時(shí)因含有較多雜質(zhì)，需將其轉(zhuǎn)至還原爐中，在焦炭存在下，用純堿作助熔劑，加熱還原成金屬銻，再將其放入氧化爐中用空氣氧化成(蒸氣)，再送入冷凝器冷凝收集，即得含量大于99％的成品。 2. 設(shè)計(jì)任務(wù) 2.1 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 產(chǎn)5000噸阻燃型填料氧化銻的生產(chǎn)設(shè)計(jì)，本工藝過程主要分為焙燒、酸解、水解、中和、洗滌、干燥幾個(gè)階段。本文完成的是中和釜的工藝設(shè)計(jì)，確定生產(chǎn)的最佳工藝條件。 已知條件：（1）一年的生產(chǎn)時(shí)間為 300 天，一天按 24 h計(jì)算 （2）每批物料所需的反應(yīng)時(shí)間為8 h，其中6 h的反應(yīng)時(shí)間，加料、清洗等輔助時(shí)間為 2 h。 3. 原料及產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格 3.1 原料 鹽酸 粗銻白 3.2 產(chǎn)品規(guī)格 表3 產(chǎn)品特性 項(xiàng)目 靈機(jī)品 一級品 二級品 色澤 三氧化二銻（Sb2O3），﹪≥ 氧化鉛（PbO）, ﹪≤ 三氧化二砷（As3O3）, ﹪≤ 雜質(zhì)總和≤ 細(xì)度：325自篩篩余量，﹪≤ 100自篩篩余量 純白 99.50 0.12 0.06 0.50 0.1 — 純白 99 0.2 0.12 1.00 0.5 — 白色，略帶微紅 98 0.3 0.2 — — 全通過 4．生產(chǎn)工藝介紹 4.1 氨解法制造氧化銻 本文選用氨解法制造氧化銻，其具體的工藝流程分為以下幾步： （1）煅燒 火法煉銻中將銻輝礦（含）在290℃空氣中加熱，氧化成粉末，并加熱至400℃全部除去硫。 （2）溶解 從輝銻礦、精礦或粗銻白（銻氧粉）為原料置于反應(yīng)釜中，按重量比0.3：1的比例加入濃度為30％的鹽酸，攪拌，讓其充分溶解，生成三氧化銻。 （3）過濾 過濾（2）中的反應(yīng)液，濾液存用。 （4）水解 將（3）中濾液轉(zhuǎn)入水解槽進(jìn)行水解，常溫?cái)嚢?。注：水解完全的程度取決于水解液中剩余酸度的高低，一般水解產(chǎn)物控制在Sb2O3·2SbOCl階段時(shí)，其相應(yīng)母液的酸度為0.5～0.6摩爾/開鹽酸。這時(shí)大量雜質(zhì)仍留在母液中，水解過程可在常溫下攪拌實(shí)現(xiàn)。水解產(chǎn)物過濾后的濾餅，由于含有少量雜質(zhì)，可用0.1摩爾/開或0.1mol/L HNO3洗滌除去（由于金屬雜質(zhì)的硝酸鹽溶解度大，且稀硝酸不會(huì)使氧化，效果更好）。 (5)中和 凈化后的濾餅放入中和槽，以除即生成銻白，中和時(shí)的堿度控制在PH=7～8，PH太高，銻溶解，增大損失；太低，則除不完全。 中和時(shí)，用堿液調(diào)，在常溫下攪拌進(jìn)行，當(dāng)PH穩(wěn)定到8時(shí)，中和即完成。 （6）洗滌 （7）干燥中和過濾后的產(chǎn)品含濕量為40％左右，在干燥箱100～150％溫度下烘干兩小時(shí)，即可獲得99.5％高質(zhì)量銻白。 （8）粉碎 干燥好的產(chǎn)品轉(zhuǎn)入粉碎機(jī)粉碎至理想粒度既得最終產(chǎn)品。 5．中和釜的工藝計(jì)算 本設(shè)計(jì)是用氨水中和除去水解反應(yīng)后生成SbOCl和Sb2O3·2SbOCl及HCl中的Clˉ，以便后面得反應(yīng)達(dá)到要求的純度。本步為間歇操作，從水解槽出來的物料進(jìn)入中和釜，向其加入濃氨水(28％)在攪拌器的作用下進(jìn)行中和反應(yīng)，當(dāng)PH穩(wěn)定到8時(shí)，中和即完成。 5.1 加入原料量的確定 年生產(chǎn)5000噸阻燃型添料三氧化二銻 一年生產(chǎn)300天 每天生產(chǎn)三氧化二銻16.667t即16667㎏ 采用每天3班間歇式生產(chǎn) 已知日產(chǎn)16.6667噸，各步反應(yīng)收率為98％ 干燥前=17.0069 洗滌前=17.3540 過濾前=17.7081 則中和進(jìn)料量為： 根據(jù)Sb2O3·2SbOCl + 2NH3·H2O = 2Sb2O3 + 2NH4Cl + H2O 638.04 583.04 X 17.7081 算得 X=19.3786 d／t 中和每次反應(yīng)時(shí)間為8小時(shí)（加輔助時(shí)間）,其中6h的反應(yīng)時(shí)間，2h的加料時(shí)間，所以一次加料量為6.4596d／t 5.2 物料衡算 原料組成： SbOCl Sb2O3·2SbOCl 6459.6 kg 在此步操作中，目的是為了除去原料液中的Clˉ，其在中和釜中發(fā)生了以下兩個(gè)反應(yīng)，又因上步水解生成的SbOCl很少，可忽略此反應(yīng)的量關(guān)系，所以涉及的反應(yīng)式及量的關(guān)系如下： Sb2O3·2SbOCl + 2NH3·H2O = 2Sb2O3 + 2NH4Cl + H2O 638.04 70 583.04 105 18 6.4596 28％x y z m x表示與Sb2O3·2SbOCl反應(yīng)的28％的NH3·H2O的質(zhì)量； = x=2531.1㎏ y表示反應(yīng)所產(chǎn)生Sb2O3的質(zhì)量； = y=5902.4㎏ z表示反應(yīng)所產(chǎn)生NH4Cl的質(zhì)量； = z=1063.1 ㎏ m表示反應(yīng)所產(chǎn)生H2O的質(zhì)量。 = m=182.2 ㎏ 表4 進(jìn)入釜內(nèi)的物料組成 物料名稱 質(zhì)量(kg) 氧化銻·氧氯化銻 6459.6 濃氨水 708.8 合計(jì) 7168.4 表5 出釜的物料組成 物料名稱 質(zhì)量(kg) 氧化銻 5902.4 氯化銨 1063.1 水 182.2 合計(jì) 7147.7 5.3 熱量衡算 已知反應(yīng)進(jìn)行所需要的焓ΔH=ΣυHf（生成物）—ΣυHf（反應(yīng)物），因反應(yīng)中氨水和氯化銨的熱量變化不大，故可忽略。查的氧化銻、水的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓分別為：―692.5㎏／mol、209.33㎏／mol。 氧化銻·氧氯化銻的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓無法查得，選用氧化銻代替。 則有 ΔH=[2×（―692.5）＋209.33] －[（―692.5）] =－483.17 kJ／mol＜0 ∴反應(yīng)為放熱反應(yīng) 由Q=mCpΔT 計(jì)算反應(yīng)中溫度的變化。 查得Cp1（氧化銻）=0.101J／mol·K CP2(氯化銨)=3.955 J／mol·K 氧化銻和氯化銨的摩爾分率為： x1==85％ x2==15％ =0.101×85％＋3.955×15％ =1.529 J／mol·K ΔT===96℃ 因反應(yīng)有氨水參加，最高溫度不得超過80℃否則氨水會(huì)揮發(fā)，所以此反應(yīng)釜要用夾套控制溫度不得超過80℃。 5.4 中和釜的工藝尺寸計(jì)算及選型 攪拌反應(yīng)釜的選用考慮生產(chǎn)能力、溫度、壓力、介質(zhì)特性、攪拌器型式等各種因素。由于材料的不同，攪拌反應(yīng)釜的制造工藝和結(jié)構(gòu)也有所差異。反應(yīng)釜有鋼制攪拌反應(yīng)釜和搪瓷反應(yīng)釜兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)系列。搪瓷攪拌設(shè)備有開式攪拌和閉式攪拌?？紤]反應(yīng)物中有濃氨水且中和過程中有NH4Cl產(chǎn)生，故選用搪瓷閉式攪拌反應(yīng)釜，減少設(shè)備的腐蝕損耗，延長使用壽命。使用整體夾套控溫。 5.4.1 確定筒體和封頭形式 從上工作壓力及反應(yīng)溫度以及該設(shè)備之工藝過程性質(zhì)，可以看出它是屬于帶攪拌的反應(yīng)釜類型,根據(jù)慣例，選擇圓柱形筒體和橢圓形封頭。 5.4.2 中和釜體積的計(jì)算 =5670 ／ =898.0 ／ 故 == =1.1393 ===2.8186 所以物料總體積為 = 1.1393 + 2.8186= 3.9579 決定反應(yīng)器的罐體體積應(yīng)考慮裝料系數(shù)φ，通常裝料系數(shù)可取0.6 ~0.85。具體可按下列情況確定。 易起泡沫或呈沸騰狀態(tài) φ=0.6 ~ 0.7 反應(yīng)狀態(tài)平穩(wěn) φ=0.8 ~ 0.85 物體粘度較大時(shí)，可取最大值 在實(shí)際工程中，要根據(jù)物料的性質(zhì)，反應(yīng)時(shí)的狀態(tài)和生成物的特點(diǎn)，合理的選取裝料系數(shù)，以盡量提高罐體的利用率。該攪拌中和釜的反應(yīng)較穩(wěn)定，故裝料系數(shù)取為0.8 設(shè)備容積V與操作容積應(yīng)有如下關(guān)系：V0=ΦV 故V== =4.9474 根據(jù)上述數(shù)據(jù)現(xiàn)選擇3的反應(yīng)釜2個(gè)進(jìn)行計(jì)算，預(yù)計(jì)每個(gè)反應(yīng)釜的設(shè)備容積為2.4740 5.4.3 確定反應(yīng)釜筒體的直徑和高度 在已知攪拌器的操作容積后，首先要選擇罐體適宜的長徑比 ( )，以確定罐體直徑和高度。選擇罐體長徑比主要考慮以下兩方面因素： （1）長徑比對攪拌功率的影響：在轉(zhuǎn)速不變的情況下，PD5 (其中D―攪拌直徑，P―攪拌功率)，P隨釜體直徑的增大而增加很多，或小長徑比只能無謂的損耗一些攪拌功率，因此一般情況下，長徑比大一些。 （2）長徑比對傳熱的影響：當(dāng)容積一定時(shí)， 越高，越有利于傳熱。 表6 幾種反應(yīng)釜的 值 種類 釜內(nèi)物料類型 一般反應(yīng)釜 液―固相或液―液相物料 1 ~ 1.3 氣―液相物料 1 ~ 2 發(fā)酵反應(yīng)釜 1.7 ~ 2.5 聚合釜 懸浮液、乳化液 1.7 ~ 2.5 本工藝選用為液固物系混合溶解，固選定為1.1，在確定了長徑比和裝料系數(shù)之后，忽略釜體底容積，此時(shí) V = = ×1.1× V=2.4737 解得=1.4199 將估算結(jié)果圓整至公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)系列，取=1400mm 在設(shè)計(jì)時(shí)選用標(biāo)準(zhǔn)筒體尺寸 =1.4m=1400mm 當(dāng) = 1400 時(shí), ，由《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表16―5查得標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的容積 = 0.3977,從表16―3查得筒1米高的容積 =1.539， 筒體高度 = == 1.5697m ≈ 1600 mm 圓整后筒體高度驗(yàn)算， = ≈ 1.1 在誤差允許的范圍內(nèi)，符合要求。 故 筒體尺寸=1400 mm 筒體高度=1600 mm 5.4.4 中和釜夾套的直徑、高度、和傳熱面積的計(jì)算 容器外裝有夾套可有如下幾種： （1）僅圓筒部分有夾套 （2）僅圓筒和下封頭部分有夾套 （3）為減小外壓容器計(jì)算長度L，在圓筒部分的夾套采用了分段結(jié)構(gòu)或帶有加強(qiáng)圈。 （4）圓筒、下封頭及上封頭的一部分有夾套 夾套型式可按工藝要求及反應(yīng)釜具體結(jié)構(gòu)的不同而選擇，如上封頭與筒體必須采用法蘭聯(lián)接時(shí)，就不能采用第④種，而本工藝則采用最廣泛應(yīng)用的第②種。 當(dāng)夾套中蒸汽作為載熱體時(shí)，一般從上端進(jìn)入夾套，凝液從夾套底部排出；如用液體作為冷卻劑時(shí)則相反，采取下端進(jìn)，上端出，以使夾套中經(jīng)常充滿液體，充分利用傳熱面，加強(qiáng)傳熱效果。 表 7 夾套直徑與筒體的關(guān)系 夾套直徑與筒體直徑的關(guān)系 （mm） 500～600 700～1800 2000～3000 +50 +100 +200 夾套直徑 = +100=1400+100=1500 mm 夾套高度 = ==1.2m =1200mm 傳熱面積的計(jì)算 當(dāng) = 1400時(shí)，從表16―5查得封頭內(nèi)標(biāo)面積 = 2.2346 從表16―3查得筒體一米高內(nèi)表面積 =4.4 則 F = + × = 2.2346+4.4×1.2 = 7.5146 5.4.5 夾套厚度、夾套封頭厚度的計(jì)算 夾套筒體與內(nèi)筒的環(huán)焊縫，因檢測困難，故取φ=0.8，從安全計(jì)夾套上所有焊縫均取Φ=0.8，封頭采用由鋼板拼制的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形的封頭，材料均為Q235—B鋼。：為腐蝕余量，在此取 = 2 ：設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料的許用應(yīng)力，。Q235—B鋼的為113。 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表14―6取鋼板負(fù)偏差為0.25。夾套內(nèi)因通入水，故因水受0.3的外壓。 夾套厚度計(jì)算如下： 設(shè)計(jì)厚度 = + = + 2 = 4.7428 mm 名義厚度 = + = 4.7428 + 0.25 = 4.9928 mm 圓整后取名義厚度 = 5 mm 夾套封頭厚度計(jì)算如下： 設(shè)計(jì)厚度 = + =+ 2 = 4.7462 mm 名義厚度 = + = 4.7462 + 0.25 =4.9962 mm 圓整后取名義厚度 = 5 5.4.6 內(nèi)筒筒體厚度、筒內(nèi)封頭厚度的計(jì)算 夾套筒體與內(nèi)筒的環(huán)焊縫，因檢測困難，故取φ=0.8，從安全計(jì)夾套上所有焊縫均取Φ=0.8，封頭采用由鋼板拼制的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形的封頭，材料均為Q235—B鋼。：為腐蝕余量，在此取 = 2 ：設(shè)計(jì)溫度下圓筒材料的許用應(yīng)力，。Q235—B鋼的為113。 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表14―6取鋼板負(fù)偏差為0.25。 承受0.2內(nèi)壓時(shí) 內(nèi)筒筒體厚度計(jì)算如下： 設(shè)計(jì)厚度 = + = + 2 = 3.8274 mm 名義厚度 = + =3.8274 + 0.25 = 4.0774 mm 圓整后取名義厚度 = 5 mm 筒內(nèi)封頭厚度計(jì)算如下: 設(shè)計(jì)厚度 = + = + 2 = 3.8263 mm 名義厚度 = + = 3.8246 + 0.25 =4.0763 mm 圓整后取名義厚度 = 5 5.4.7 中和釜工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 項(xiàng)目 數(shù)值及說明 筒體內(nèi)徑/mm 1400 筒體高度為/mm 1600 夾套直徑為/mm 1500 夾套高度為/mm 1200 傳熱面積為/ 7.5146 夾套厚度為/mm 5 夾套封頭厚度為/mm 5 內(nèi)筒筒體厚度為/mm 5 筒內(nèi)封頭厚度為/mm 5 根據(jù)以上計(jì)算，選取筒體內(nèi)徑為1400 mm，筒體高度為 1600 mm 的中和釜進(jìn)行反應(yīng)。 結(jié)束語 本文主要介紹了工業(yè)生產(chǎn)阻燃型填料氧化銻的工藝設(shè)計(jì)，在生產(chǎn)上已經(jīng)應(yīng)用的相當(dāng)成熟，具有廣闊的市場前景及發(fā)展趨勢。在設(shè)計(jì)中和釜時(shí)，通過計(jì)算選取設(shè)備，每步計(jì)算都要查得精確數(shù)據(jù)。反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)環(huán)環(huán)相扣，一步稍微出錯(cuò)，將會(huì)大大影響下步設(shè)計(jì)，這使我更加了解了化學(xué)是一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科。也對化工設(shè)計(jì)的過程有了更加完整和清晰地認(rèn)識(shí)。 在進(jìn)行畫圖的過程中，使我對AutoCAD制圖有了更進(jìn)一步的掌握。但由于時(shí)間緊，所能查閱的資料和文獻(xiàn)有限，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中還存在很多不足之處，仍需要更進(jìn)一步改進(jìn)。 - 18 - 參考文獻(xiàn) [2]H.S.卡茨 J.V.米路西凱. 塑料用填料及增強(qiáng)劑冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2003.5 [3]賈修偉. 納米技術(shù)應(yīng)用叢書[M].化學(xué)工業(yè)出版社與材料科學(xué)與工程出版中心,2009.7 [5]張軍，夏延至. 聚合物阻燃與阻燃技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2005.3 [6]刁玉瑋,王立業(yè),喻健良. 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（第六版）[M].大連理工出版社,2007.7 [7]湯善甫,朱思明. 化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)（第二版）[M].華南理工大學(xué)出版,2004.7 [9]熊家林,張克立. 無極精細(xì)化學(xué)品的制備和應(yīng)用[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2008 [11]王永強(qiáng)等. 阻燃材料及應(yīng)用技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2002 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