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1、,汇报人：指导教师：,20000t/a牛磺酸项目的工艺设计,目录,课题研究的目的和意义设计任务及要求设计工艺简介生产工艺计算反应器的设计三废的处理,一 课题研究的目的和意义,牛磺酸是世界公认的营养强化剂,近年来由于人们日益增长的营养需求，促使牛磺酸全球需求激增。由于生产牛磺酸存在一定的环境污染问题，为促进国内工业化生产，有必要对牛磺酸的设计和生产进行深入研究。,随着人民生活水平的不断提高和食品工业的发展，牛磺酸的需求量将不断增加。因此，充分发展牛磺酸生产和出口，对提高国民生产总值会有重要意义。,二 设计任务及要求,课题任务 试设计乙醇胺法制备年产20000吨牛磺酸，年工作时数为每年7200小时
2、，产品流量2780kg/h,牛磺酸产品纯度为（质量分数）99.5%以上，牛磺酸总收率达到75%,在经济上更为合理。课题试设计生产方法和工艺流程，物料计算，热量衡算，设备设计与选型，车间布置，产品技术经济指标及化工厂污染处理、排放符合国家环保的要求。课题任务的具体要求1.根据以单乙醇胺为原料，经浓硫酸酯化，亚硫酸钠还原和分离纯化得到牛磺酸产品这一流程，设计出符合工艺设计的生产流程图；2.利用流程图，设计出合理的关键设备，能够满足工艺设计的指标需要；3.对整个生产进行物料计算，热量衡算，设备设计与选型，车间布置等符合现实中安全生产的要求；4.产品技术经济指标及化工厂污染处理、排放符合国家环保的要求
3、；仔细检查整个工艺设计过程，并且完成设计论文撰写和修改。,三 设计工艺简介,工 艺 流 程,实验室酯化和磺化的收率最高分别为98%和85%，总收率83%，但在工业化生产中所报道的总收率只有59%，收率不高的主要原因是酯化是可逆反应，得到中间产物2-氨基乙基硫酸酯在第二步亚硫酸钠水溶液中磺化时，会发生逆转，将中间产物水解生成乙醇胺，使收率降低，但酯化-磺化法的后步改进、包括杂质分离，近年的小试研究中并无大的突破，故重点从酯化方面设计该工艺。,四 生产工艺计算,反应条件为:进料中n(硫酸)/n(乙醇胺)=1.15：1，n(亚硫酸钠)/n(酯)=1.5:1,反应压力常压,酯化反应温度80,反应时间为
4、6h,乙醇胺转化率为95%，收率为98%，磺化反应温度为104，反应时间32h,磺化转化率80%，反应总收率为75%。,反应原料为乙醇胺（工业一级）、浓硫酸（工业级），亚硫酸钠（工业级）。汇总如下:,酯化反应器物料衡算,磺化反应物料衡算,电渗析槽物料衡算 浓缩器物料衡算,反应热力学途经如下,在酯化反应中，以乙醇胺为计算基准得摩尔生成热为 Hm1=-1.687107kJ/h进入反应器的物料需要热为：Q1=2.20109kJ/h热损失取4%，则总热量Q=2.095109kJ/h=5.82105 kw在磺化反应中，以亚硫酸钠为计算基准得 Hm2=-1.32107kJ/h进入反应器的物料带入热为:Q4
5、=-8.92105kJ/h热损失取4%,则总热量Q=-9.736106kJ/h=-2704.4kw酯化反应体积，由 得V=20.11m3,五 反应器设计,1.设备选型 牛磺酸的合成反应有浓硫酸、亚硫酸钠等强腐蚀有害物质的参与，由搅拌釜式反应器的介绍，搅拌装置的设计与选择可知，本设计反应器均选用选用不锈钢反应釜，搅拌器选用浆式搅拌器。2.传热方式 被搅拌液体的加热或冷却方式有多种，本设计采用如下方式：在搅拌槽外部设置夹套用于冷却，在反应釜外部设置加热器用于加热。,（一）反应釜釜体设计,3.釜体DN、PN的确定 搅拌槽的有效体积为由V=20.11m3,根据搅拌槽内液体最佳充填高度H等于槽内径D，D
6、=H=5.06m。本设计考虑不锈钢的生产标准取D1=5.0m,圆整得D1=5000mm 因操作压力均为常压，查标准得PN=0.25MPa4.釜体筒体壁厚的设计 由试差法，确定Sn=8mm5.封头的设计该反应釜的封头采用标准椭球封头，代号EHA、标准JB/T47462002。由试差法确定，封头壁厚Sn=14mm,(二)反应釜夹套的设计1.夹套DN、PN的确定 由于采用水加热，为降低水在夹套内的流动阻力，夹套内径按国家标准取：Dj=5100m,考虑到5100一般不在取值范围，故取DN=5200mm由设备设计条件单知，夹套内介质的工作压力为常压,取PN0.25MPa2.夹套通体壁厚的设计因为pw为常
7、压，对于碳钢制造的筒体壁厚取Sn8mm，与内壁保持一致。3.夹套封头的设计 夹套的下封头选标准椭球型，内径与筒体相同。夹套的上封头选带折边锥形封头，且半锥角=45,壁厚Sn=8mm,（三）反应釜釜体及夹套的压力试验1.釜体液压试验压力pT=0.225MPa由釜体液压试验的强度校核，得液压强度足够。压力表的最大量程：P表=2pT=20.225=0.45MPa或1.5pTP表4pT 即 1.19625MPaP表3.19MPa,水温：t15水中浓度：b25mg/L2.夹套液压试验压力pT=0.2MPa由夹套的液压试验的强度校核，得液压强度足够。压力表的量程：P表=2pT=20.2=0.4MPa或1.
8、5pTP表4pT 即 0.3MPaP表0.8MPa,水温5。,（四）反应釜附件的选型及尺寸设计 1.釜体法兰联接结构的设计设计内容包括：法兰的设计、密封面形式的选型、垫片设计、螺栓和螺母的设计。法兰结构尺寸如下图：,（五）搅拌装置的选型与尺寸设计 搅拌轴直径d=50mm,联轴器的型式选用立式夹壳联轴节（D型）。因为直径很大，故采用3个桨叶，每个桨叶直径为533mm。搅拌轴长度L=1400mm,搅拌轴下部分的轴长为625mm。桨式搅拌桨的结构如下图：,（六）焊缝结构的设计 釜体上的主要焊缝结构如下图：分别为筒体的纵向焊缝、筒体与下封头的环向焊缝、进料管与封头的焊缝。,夹套上的主要焊缝结构如下图：
9、（分别是夹套的纵向焊缝、夹套与封头的横向焊缝）,（七）反应釜装配图,六 三废的处理,1.废水的处理1.从原料罐出来两股物料，一股为含2-氨基乙基硫酸酯的溶液，另一股为溶有乙醇胺等物质的无水乙醇。第二股物料进入回收乙醇，将回收乙醇循环使用，节省费用。2.从电渗析槽出来两股物流，其一牛磺酸，其二则为废水，废水中成分有Na+、SO42-、SO32-等，将废水氧化为SO42-、Na+，然后加入氯化钙溶液，生成硫酸钙后过滤，然后废水达标，即可排放。2.废水废渣的处理本工艺中，仅有2-氨基乙基硫酸酯中和过程中，生成二氧化碳，对空气基本无危害，必要时用碱液吸收。本工艺中不产生废渣，故此项不列入考虑。,致谢,本论文是在xxx老师自始至终无私的指导下完成的，x老师渊博的学识，开阔独特的科研思维，严谨的治学态度，热忱负责的工作作风以及为人处事的方式都将使我受益终生。借此设计完成之际，谨向xxx表示衷心的感谢和崇高的敬意。在整个毕业设计期间，我得到了许多同学悉心指导和帮助。在此，向他们表示诚挚的感谢！回想整个设计的创作过程，虽有不易，却让我除却浮躁，经历了思考和启示，也更加深切地体会了化工设计的精髓和意义，因此倍感珍惜。同时，在设计过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示谢意。,Thanks!,
