关于产42吨植酸生产工艺流程设计word格式word格式.doc

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1、北 京 化 工 大 学毕业设计（论文）设计（论文）题目：关于年产42吨植酸生产工艺流程设计 学院：北京化工大学继续教育学院 专业：化学工程与工艺 班级：琼化升091 学生：符思法指导教师：李 毅 2011年4月30日诚信声明本人声明：我所呈交的本科毕业设计论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名：

2、 日期： 2011年4月毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：关于年产42吨植酸生产工艺流程设计 学院： 北京化工大学继续教育学院 专业：化学工程与工艺 班级：琼化升091学生： 符思法 指导教师： 李 毅 1设计（论文）的主要任务及目标（1）植酸生产方法拟定、原料路线与技术路线选择、工艺流程设计并论证说明（2）技术指标、工艺参数和操作条件确定与说明（3）工艺计算物料衡算、热量衡算（4）生产设备设计计算与选型。 重点：酸化设备和换热器设计计算与选型 （5）设计结果汇总表 技术指标、工艺参数和操作条件汇总表物料衡算汇总表热量衡算汇总表生产设备配置汇总表（6）设计绘图（计算机CAD绘制）：生产工

3、艺流程图（带控制点）2设计（论文）的基本要求和内容内容包括：目录、概述、生产方法和工艺流程设计论证，技术参数和操作条件设计说明，工艺计算，设备设计选型，环保措施，经济效益估算，设计结果评价，参考资料等。3主要参考文献1 蒋维均等.化工原理（上册）.北京：清华大学出版社，2002，二版.2 刁玉纬等.化工设备机械基础.大连：大连理工出版社，2005，第五版.3 陈志平等.搅拌与混合设备设计选用手册.北京：中国石化出版社，2004，54 刘巍等.冷换设备工艺计算手册.北京：中国石化出版社，2003，9.5 王正平等.精细化学反应设备分析与设计.北京：化工出版社，2004，11.6 宋启煌主编.精细

4、化工工艺学.北京：化学工业出版社，2005，第二版.7 李炎.食品添加剂制备工艺.广州：广东科技出版社，2001.8 王远山等.抗氧化剂的生产及应用.北京:化学工业出版社，2003.9 傅平等.新型饲料食品添加剂投产指南.沈阳:辽宁科学技术出版社，1996.10 厉玉鸣.化工仪表及自动化.北京:化学工业出版社,1999.11第三版.4进度安排文献资料收集2010年12月01日2011年01月10日工艺设计2011年02月10日2011年03月20日工艺计算2011年03月21日2011年04月10日论文撰写2011年04月11日2011年04月30日关于年产42吨植酸生产工艺流程设计摘 要植酸

5、学名肌醇六磷酸脂广泛存在于植物种子内，属天然食品添加剂。植酸最显著的特征是与金属离子有极强络合作用和抗氧化性，这种特性使之具有广泛用途。在发达国家，植酸已广泛用于食品、医药、化工等行业。近年来，国内植酸的开发利用（特别是作为食品保鲜剂）已引起重视并已逐步使用。植酸以植酸钙镁钾盐的形式广泛存在于植物种子内，也存在于动物有核红细胞内，可促进氧合血红蛋白中氧的释放，改善血红细胞功能，延长血红细胞的生存期。植酸本身就是对人体有益的营养品，植酸在人体内水解产物为肌醇和磷脂，前者具有抗衰老作用，后者是人体细胞重要组成部分。植酸对绝大多数金属离子有极强络合能力，络合力与EDTA相似，但比EDTA的PH值应用

6、范围更广。植酸二价以上金属盐均可定性沉淀。每个植酸分子可提供六对氢原子使自由基的电子形成稳定结构，从而代替被保鲜物分子作为供氢分子，避免被保鲜物氧化变质。植酸有良好导电性。关键词：植酸；应用；性能；开发；利用目 录毕业设计（论文）任务书I摘要III1 前言11.2 设计依据11.2.2 设计基础资料11.3 设计指导思想21.4 拟建车间生产规模32 植酸概论42.1 国外植酸发展现状42.2 国内植酸生产现状与发展前景42.3 新世纪植酸发展方向43 植酸生产工艺设计63.1 设计依据与设计原则63.2 基础资料63.3 工艺参数设计73.4 生产方法与工艺流程设计83.5 技术特点94 物

7、料衡算114.1 酸化罐物料衡算114.2 过滤器124.3 中和罐物料衡算134.4 过滤器 144.5 洗涤154.6 树脂交换154.7 过滤器154.8 脱色过滤154.9 浓缩罐154.10 物料衡算汇总图155 热量衡算176设备设计与选型186.1 主体设备及辅助设备的工艺设计186.1.1 搅拌器类型设计选型186.1.2 酸化罐的设计及选型196.1.3 中和罐设计计算与选型226.1.4 设备设计计算与选型结果汇总257.厂址选择及总平面设计267.1 厂址选择的原则267.2 厂区概貌267.3 设备配置与布置设计267.3.1 满足的要求267.3.2 设备布置设计的一

8、般原则277.3.3 布置应注意的问题278 设计评析与总结299 致谢3110 参考文献301 前 言植酸，学名肌醇六磷酸，英文名Phytic acid，分子量约为660.04，分子式为C6H6OPO(OH)26，它可看作是环己六酸（即肌醇）的六满酸酯。其广泛存在于植物种子内，属天然营养品。是一种草黄色的浆状液体，遇热易分解，水溶液呈酸性性，10%的植酸水溶液pH值约为0.86，能与水、95%的乙醇及甘油混合，能溶于水、醇及酸溶液。几乎不溶于无水乙酸、苯及氯仿等有机溶剂。植酸分子中不仅有l2个可解离的氢离子，可分三步电离，呈强酸性，而且还有六个磷酸基，具有非常强的金属螯合作用。其鳌合能力强于

9、EDTA，且具有很宽的螯合作用的pH范围。植酸的毒性比食盐还低，小鼠口服毒性LD50为4.942g/kg，介于乳酸及山梨酸钾之间。植酸盐还能被植酸酶水解成肌醇和磷酸。 国外对植酸研发已作了大量工作，并取得较大的成果，且已实现工业化生产。植酸的售价格相当可观，按国际市场行情，每公斤售价约在150美元以上。植酸广泛存在于植物种子内和动物有核红细胞中，我国是农业大国，研发植酸生产有着得天独厚的条件和广泛的应用前景。例如对农副产品进行深加工，大力开发有用资源，变废为宝，既可增加农业收入，又可出口换汇。过去植酸的生产原料多被作为饲料、肥料等而廉价利用，或充分利用这一资源极具经济价值和社会效益。植酸的提取

10、方法主要有：醇类沉淀法 ,金属盐分离法 ,稀酸萃取加碱中和法 等四种。这些方法均存在着成本高或不同程度的污染问题。本设计以麦麸为原料，采用“吸附”生产法生产植酸。选用该工艺生产植酸，具有工艺简单、原料易得、成本低、产品质量易控制等特点,尤其适合中小型企业生产。1.2 设计依据1.2.2 设计基础资料（1）工艺参数：产品质量执行标准：HG2683-95表1 产品质量执行标准（HG2683-95；Food grade）外 观无色或微黄粘液体含 量50 % min无机磷0.02 % max氯化物0.02 % max硫酸盐0.02 % max钙 盐0.02 % max砷0.0003 % max在优化工

11、艺条件下 植酸浸率为：7.0%左右；麦麸中植酸含量为：8.0%；从麦麸中提取植酸，提取率为87.5%。（2）原料 主要原料为麦麸，其中菲汀的含量最高可达9%-14.5%。（3）公共和辅助设施 由于本装置是附设在化工综合厂区内，因此动力、蒸汽、燃料、电力等设施为公用，由综合厂区所提供；去离子水和化学水由该厂水处理车间提供、排除污水由该厂区废水处理车间统一处理。（4）厂址选择拟建在相关化工综合生产工厂区内，作为独立车间建设；计划占地约25亩，地段属南北向；厂房基建部分由某工程设计院设计。1.3 设计指导思想根据所确定的生产方法和所选择的工艺流程，植酸生产流程中需要酸化、中和、精制、浓缩、脱色等，如

12、果工序均设计成独立操作设备，则固定资产投资过大，设备折旧成本过高，因此本设计的指导思想是：尽量以较低的设备投资成本完成该工程项目建设。因此本工艺设计中，一是采取局部廻转设计，即将酸化、洗涤工序同在酸化罐中完成，中和、洗涤同在中和罐中完成，这样可减少一半的反应罐数量；二是固液分离采取沉降、过虑结合的方法，以减少一半的过滤机数量，这样可以达到减少固定资产投资和设备折旧成本折旧、减少操作岗位及人数，达到小装置高效益的目的。1.4 拟建车间生产规模年产42吨植酸，按全年生产300天计，每天估计生产植酸0.1667吨，即6.9 kg/h，为小型生产车间。2 植酸概论2.1 国外植酸发展现状由于植酸有着广

13、泛的用途和较高的经济价值，近年来世界各国都在加大研究和开发力度。日本、美国等国家已把植酸作为重要的开发品种，生产能力和产量每年都在增加，并不断开发出新的用途。目前世界工业化生产植酸产量最大的是日本三井东亚化学公司，年产6080T，商品为淡黄色粘性水溶液，含植酸浓度为48%52%。其产品主要销往欧美、韩国和中国。日本的植酸生产近年来稳步高速发展，得益于其良好的产品质量和规范的市场，其中50食品级植酸产品的售价，稳定在150万日圆吨；50医药级植酸产品的售价也稳定在300万日圆吨以上。2.2 国内植酸生产现状与发展前景目前，我国植酸生产的主要厂家有：江苏省江阴振业化工厂、上海试剂工厂、上海医科大学

14、红旗制药厂、邢台有机化学厂（20T）、大连飞龙化工原料厂、浙江温岭市远东化工厂 （50T）、江西省波阳县腐植酸厂（100T）和台前县植酸厂。目前植酸生产所应用的技术，多以中国原子能科学研究院北京中原民用核技术开发公司生物化工厂的技术。该生物化工厂所生产的植酸产品，已达到国内先进水平。该厂的植酸产品属纯天然食品添加剂，用于酒类除浊效果很好。由于其独特的结构和组成使其具有优良的抗氧化能力和极强的螯合能力，可广泛应用于食品、日化、医药等领域。特别是在酿酒工业中，可作为白酒、葡萄酒、果酒及黄酒的金属去除剂、防固剂，能有效地防止酒体变色，使酒体澄清，提高品质；植酸盐可作为啤酒稳定剂，防止啤酒老化、浑浊，

15、使泡沫更洁白、持久、细腻，并改善口味；在酿酒的制曲及发酵中加入植酸可提高霉菌及酵母菌的数量，从而提高产率，并改善酒质。目前，该厂产品已在多家酒厂得到较好的应用。 2.3 新世纪植酸发展方向我国虽然建成了十几家植酸生产厂，但由于工艺落后，生产过程中吞吐量大，生产占地面积较大，耗时耗能较多，此外由于生产方法各异，技术程度不同造成质量差异，有的生产成本较高，质量不合格，使本应达到的经济效益未能尽如人意。再则我国植酸应用范围还比较小，仅限于金属加工、食品、医药等行业的初级应用，还有很多领域需要开发，因此，植酸在我国的开发利用前景十分广阔。我们应充分利用我国农副产品资源丰富的优势，大力发展植酸生产。具体

16、的价格是这样的：50%80%纯度的吨价格在89.5万，再高纯度的是10万多。3 植酸生产工艺设计3.1 设计依据与设计原则本设计课题，以麦麸为原料。根据原料的特性，参考工业生产中成功的经验和科研最新成果，对所目前现行的植酸生产方法和工艺流程进行分析比较，依任务书要求，完成年产42吨植酸生产车间适宜的工艺流程和确定适宜的操作条件设计，选择合适的生产设备，并进行科学、合理的配置。应本设计着“工艺先进、技术可靠、系统科学、安全环保”等原则，既能为未来的生产获得较高的技术经济指标创造条件，又能为生产工人提供良好的工作条件而不污染环境，还能使建设投资最大限度地发挥作用，取得良好的社会效益和经济效益。3.

17、2 基础资料一、 植酸性能 1、植酸以植酸钙镁钾盐的形式广泛存在于植物种子内，也存在于动物有核红细胞内，可促进氧合血红蛋白中氧的释放，改善血红细胞功能，延长血红细胞的生存期。 2、植酸本身就是对人体有益的营养品，植酸在人体内水解产物为肌醇和磷脂，前者具有抗衰老作用，后者是人体细胞重要组成部分。 3、植酸对绝大多数金属离子有极强络合能力，络合力与EDTA相似，但比EDTA的值应有和范围更广。植酸二价以上金属盐均可定性沉淀。 4、每个植酸分子可提供六对氢原子使自由基的电子形成稳定结构，从而代替被保鲜物分子作为供氧分子，避免被保鲜物氧化变质。 5、植酸有良好导电性。 二、植酸的毒性 小鼠口服LD50

18、为4192mg/kg体重，毒性比食盐更低（食盐LD50为400mg/kg）。 三致试验：植酸对小鼠骨髓嗜多染细胞微核实验无致突变作用。 三、植酸的应用 按卫生部颁发食品添加剂卫生标准GB2760-86增补品种中规定植酸适用于水产品对虾保鲜参考用量以005%01%的水溶液作为冷冻保鲜液，日本在贝类罐头中用0105%植酸，以防黑变，鱼类用03%植酸，在100处理，二分钟可防止鱼体变色，用001005%植酸与微量柠檬酸混合配制的溶液，可作果蔬、花卉保鲜剂，效果很好。 1、罐头食品中的应用 在罐头食品中添加植酸可达到稳定护色效果。在鱼、虾、乌贼等水产品罐头中添加微量植酸，可防止鸟粪石（玻璃状磷酸铵镁结

19、晶）生成。国外把植酸称之为“struvite”防止剂，已广泛应用在罐装食品中。添加量0.10.5%。（质量） 2、饮料生产中的应用 在饮料中添加001005%植酸，可除去过多的金属离子（特别是对人体有害的重金属），对人体有良好保护作用。在日本，欧美等国家常用作饮料除金剂。含有植酸主要成分的快速止渴饮料，最适于运动员激烈训练和高温作业工人饮用，具有快速止渴、复活神经机能和保护脑、肝、眼的作用，这种饮料在日本已投入批量生产。 3、作为抗氧化剂 将一份50%植酸和三份山梨醇脂酸（亲水/亲油值43）混合，以02%加入植物油中，抗氧化性能极好。植酸可防止过氧化氢（双氧水）分解，因此可作双氧水储藏稳定剂。

20、 4、作为药物和发酵促进剂 植酸钠或铋盐能减少胃分泌物，用于治疗胃炎、十二指肠炎、腹泻等。 植酸可解除铅中毒，并可作重金属中毒防止剂。 将植酸加到含单孢丝菌属介质中，可促进庆大霉素和氨基配糖物抗生素的发酵，使产量提高几倍，在乳酸菌的培养基里加入植酸，可促进派乳酸菌的生长。 3.3 工艺参数设计 根据本课题所设计的生产任务，参考相关生产第一线经验和资料，拟定操作工艺参数如下：. 酸化罐操作条件、固液比：1:8 、酸液必需是强酸如盐酸或硝酸，调节至pH4.0、酸浸8小时以上. 中和罐操作条件、选用 20%的氢氧化钠溶液中和液，若选用做成石灰乳中和液应选200目以上的石灰粉、调节反应液至pH左右，注

21、意在整个中和的过程中要不停地搅拌、至中性以后再搅拌20分钟后，停止搅拌、静止沉淀、过滤沉淀的浆液，制取植酸钠虑饼、用无离子水洗涤2-3次，无硫酸根为止。. 离子交换柱操作条件、强酸型阳树脂，0017或732型、植酸钠:离子交换树脂:、注意在植酸去离子前要用3-5的活性炭脱色、交换流速控制在2-3 L/min、交换树脂填装高度应控制在3000mm左右、直至料液含钙量低于0.1结束. 浓缩脱色操作条件、浓缩采用搪瓷反应罐；真空度保持在-0.01 MPa；温度应控制在70以下、脱色温度控制在80；使用200目以上的活性炭过滤3.4 生产方法与工艺流程设计（1）生产方法确定目前工业上现行植酸的生产方法

22、主要有三种，即沉淀法、吸附法和纳米技术法。综合分析其不同生产方法的工艺特点，本设计采用以麦麸为原料，将其经酸化、中和后离子交换，制备成植酸的离子交换“吸附法”新工艺。（2）工艺流程设计工艺流程图：生产工艺流程图见图3-1植酸生产工艺流程图。图31 生产植酸工艺流程图工艺流程说明（依下图3-1所示）：原料麦麸，在酸化罐1里按麦麸和水1：8的比例加入进行酸化，再加入去离子水洗涤、过滤。滤液进入中和罐1选用20%的氢氧化钠进行中和，调节反应液至PH=7左右，整个过程中不断的搅拌，溶液呈中性时搅拌20分钟后，停止搅拌，静止沉淀2h，过滤沉淀的浆液，制取植酸钠滤饼，用无离子水洗涤2-3次，至无硫酸根为止

23、。过滤后的麸渣排出，作为废渣另处理。所得滤液和第一次过滤所得滤液一起在中和罐2中中和，获得的精制菲丁，进入酸化罐2酸化。然后进入阳离子、阴离子交换柱进行离子交换其中植酸钠：离子交换树脂=1：1。经浓缩脱色后，再次浓缩，得到产品植酸（50%），最后成品包装。3.5 技术特点本工艺采用酸化中和法工艺生产植酸。其工艺具有如下的特点：（1）在该工艺条件下，植酸浸取量可达7.0%左右，按麦麸中植酸含量为8.0%计算，则提取率可达87.5%。 （2）本工艺所采用的强酸性阳离子交换树脂，拟采用易再生H+型阳离子交换树脂，可使生产成本降低。（3）本工艺可采用的强碱性阴离子交换树脂，有采用易再生Cl-型、CO3

24、2-型、CH3COO-型、OH-型或SO32-型等阴离子交换树脂，但从收率和产品的质量来看，以Cl-和SO32-型为更佳，故本工艺所采用的阴离子交换树脂，拟为可再生Cl-型。（4）菲丁的纯度对于提高产品品质和产率有较大的影响，为了减少蛋白质溶入酸浸液，酸浸时要加入一定量的尿素；为了除去菲丁中残留的蛋白质，还要加入二氧化硫、乙醚等变性剂进行搅拌，使蛋白质进行变性分离。（5）酸化过程中要控制好溶液的酸度，使pH值保持在1.5。若使用的为去离子水，可以减少Na+、Ca2+、Mg2+等杂质离子的混入，提高产品的纯度。（6）阴、阳离子树脂须进行预处理，使它们的交换容量达到最大，否则交换不完全，产品中的杂

25、质过多将影响产品的品质。（7）浓缩温度须控制在50以下，否则大部分植酸发生分解。同时，减压浓缩比敞开浓缩效果好，产品纯度较高。4 物料衡算基础数据：生产规模：年产42吨（含50%植酸），一年工作300天，每天生产166.7kg，纯植酸质量为83.3334kg /天，即6.9 kg/h。植酸钙：C6H6O24P6Ca6 分子量：888.42 植酸： C6H18O24P6 分子量：660.04 植酸钠：C6H6O24P6Na12 分子量：924.04 =1500kg/m3 ；25时水的密度：997kg/m3；植酸（产品）的密度：1280kg/m34.1 酸化罐物料衡算一分子植酸钙 （转化）植酸88

26、8.42 660.04X=113kg 84kg水植酸钙硫酸硫酸钙稀植酸 酸化罐图4-1 酸化罐物料衡算植酸钙：水 = 1：8 则，水的质量为904kg。 =设最后酸化罐的溶液pH= 4，所以， C（H）=602mol/m3钙离子摩尔量：形成硫酸钙所消耗的硫酸为：0.763mol所需硫酸的总体积为：C(H+)(V浓硫酸+V水)=C浓硫酸V硫酸20.763（V+0.907）=9400V2即硫酸的总体积为：V=0.038m3反应釜所有的混合液的体积为：V=V水+V硫酸=0.907m+0.038m=0.945m4.2 过滤器硫酸钙固体质量为：m=硫酸V硫酸=1500kg/m30.038m3=57kg硫

27、酸钙的质量分数为：过滤器L硫酸钙的质量分数为9.7%设流量F=30kg/minX滤饼中会有5%的滤液F XF3 滤液1%的固体 X图4-2 过滤器物流示意图 过滤器工作时间：t = /d取 损失量 =F25%= 2.875%=0.33/min剩余植酸的质量为=m植酸-m损失=(840.3335.8 )kg/天= 72.189 kg/d出来的植酸溶液质量 = m总-F25%=(1074-0.3335.8 )kg/天= 1062.19kg/d4.3 中和罐物料衡算中和罐植酸溶液1062.19kg20%NaOH溶液植酸钠水图4-3 中和罐物料衡算示意图由过滤器的计算知中和罐中植酸溶液质量为：m =

28、1062.19kg植酸 植酸钠 12NaOH 666.04 924.04 124084 X=116.5kg Y=60.54kg20%NaOH溶液的密度为1118.7kg/m3。NaOH溶液主要中和料液中的酸。n=CH+V总=763mol/m3(0.038+0.907)m3=721molH + OH = HO（721mol） （ 721mol）所用NaOH溶液的量为：NaOH溶液的体积：在中和罐里总液体的体积： 4.4 过滤器 进入过滤器的流量以30kg/min 工作时间： 植酸钠的质量分数： 损失的植酸钠的质量分数：F3X3=27.130.01=0.27kg/min得到植酸钠的质量为：m植酸钠

29、-m损失=(116.5-0.2739)kg=105.97kg4.5 洗涤每次洗涤都0.5%损失,洗涤2次第一次洗涤损失：m植酸钠损失率=102.970.5%=0.53kg;剩余：102.44kg 第二次洗涤损失：第一次洗涤后植酸钠损失率=102.440.5%=0.51kg;剩余：101.93kg4.6 树脂交换植酸钠（转化）植酸植酸摩尔数： 4.7 过滤器取滤液设损失量为0.5%，则，滤液里实际植酸量为：植酸的质量(1-损失率)=72.81（1-0.5%）=72.44kg 4.8 脱色过滤设损失量为0.5%，则植酸的实际量为：植酸的质量(1-损失率)=72.44（1-0.5%）= 72.08k

30、g 4.9 浓缩罐设浓缩罐损失的溶液量忽略不计。所以，最终得到的植酸溶液的质量为：144.16 kg则，纯植酸的质量为72.08kg。4.10 物料衡算汇总图综上计算结果，汇总见表4-1所示。表4-1物料衡算汇总表设备名称出料质量（kg/d）出料质量(kg/d)损失(kg/d)酸化罐植酸钙，水，硫酸11390457植酸溶液1074过滤器植酸溶液1074植酸溶液1062.1911.81中和罐植酸溶液氢氧化钠溶液1062.1986.3植酸钠116.5过滤器植酸钠116.5植酸钠105.9710.53树脂交换罐植酸钠105.97植酸，72.8过滤器植酸72.8植酸溶液72.440.36脱色罐和过滤植

31、酸72.44植酸72.080.36浓缩罐植酸72.08植酸溶液144.165 热量衡算1、浓缩罐列管式换热器换热量计算所需换热量：2、脱色罐夹套式换热器换热量计算初始温度60时60 80两换热器换热量计算结果汇总见表5-1所示。表5-1 热量计算汇总表放出的热量（J）吸收的热量（J）列管式换热器9.61089.6108夹套式换热器（60）5.41055.4105夹套式换热器（80）1.11051.11056设备设计与选型化工设备是化工原料进行化学变化和物理才子的空间。化工设备不同，提供的条件不一样，对工程项目的生产能力、作业的可靠性、产品的成本和质量等，有着重大影响。因此，在选择设备时，要贯彻

32、工艺可靠、经济合理、技术先进、系统最优、形式上艺术的原则。其一些基本的要求有：、满足工艺要求。主要包括：保证产品的质量；达到产品的产量；有合理的温度、压强、流量、液位的检测、控制系统；操作方便可靠；关键设备需要到使用设备的工厂去考查。、设备结构上的要求。合理的强度，以防止生产中突然超压；足够的刚度，以保证设备及其构件在外压下维持原状的能力；良好的耐蚀性，使化工设备具有一定的使用寿命；可靠的密封性。、技术经济指标。要求设备价格经济合理、管理方便、易于操作维修等。6.1 主体设备及辅助设备的工艺设计本设计针对工艺流程中的主体设备 酸化罐与中和罐，辅助设备 搅拌器为例进行设备设计计算和选取型。6.1

33、.1 搅拌器类型设计选型酸化罐和中和罐中均设有搅拌器，其搅拌器类型有如下三类：（1）桨叶形式分类搅拌器按桨叶形状可以分为三类，即平直叶、折叶和螺旋面叶。桨式、涡轮式等搅拌器的桨叶为平直或折叶，而推进式、螺带式和螺杆式搅拌器桨叶则为螺旋面叶。（2）按流型分类根据搅拌操作时桨叶主要排液的流向，又可将搅拌器分为径流型叶轮和轴流型两类。（3）按搅拌器对液体粘度适应性分类 按搅拌器对液体粘度适应性可分为两类，即适用于低、中粘度的有桨式、涡轮式等，适用于高粘度的有大叶片，低转速搅拌器。对分散或乳化过程，要求循环能力大且应具有高的剪切能力，涡轮式搅拌器具有这一特征，可以选用，推进式和桨式搅拌器由于剪切力小而

34、只能在液体分散量较小的情况下采用，桨式搅拌器很少用于分散过程，对于分散搅拌操作，搅拌槽内部安装有档板来加强剪切效果。 由于酸化罐、中和罐两反应罐里的溶液黏度不大，剪切力较小并且溶液中有悬浮的颗粒，因此本工艺选用推进式的搅拌器。6.1.2 酸化罐的设计及选型基础数据：酸化罐中混合液的体积： 并且物料反应平稳，粘度不大，所以取装料系数为y=0.8则，酸化罐的全容积取： (1)酸化罐筒体直径初步计算在选定罐体的长径比时，要考虑长径比对搅拌功率，传热系数以及物料特性对罐体长径比的影响，取长径比时稍大一点，即；把罐体的长径比代入上式得： 整理得： (2)筒体直径和高度确定对计算进行圆整，并且取标准直径，

35、圆整后取： 则，筒体高度为 选用标准的椭圆形封头，则封头容积为：筒体高度实际高度高圆整后为：H = 1.1m(3)根据 及 y核算酸化罐体积由于 则 m3计算结果表明设计取值是符合要求。(4)料液层高度Z的计算 料液体积为：筒体高度为：m按新标准JB/T4746-2002中所规定的椭圆封头，标准高度有25mm和40mm两种，根据本设计的需要，选用直边高度为： =25mm又标准封头取： 则： 料液层高度为：（5）搅拌器的选型和计算料层高度/釜径 = 从叶轮数目和以及粘度的关系表中，查得叶轮数目 n=1选用推进时搅拌器， 距釜底为：初算桨叶直径D的值一般在0.2-0.6， =0.4桨叶直径取：搅拌

36、器转速的计算搅拌级别选用3级，植酸钙位颗径约为80m(0.18mm)差的极限沉降速度为：对搅拌器直径进行粘度校正：搅拌器直径：计算搅拌器所需的功率： 在酸化罐中酸化时间为8小时，故釜的反应周期为8小时 。6.1.3 中和罐设计计算与选型基础数据:中和罐里的总液体体积为：并且物料反应平衡，粘度不是很大，取料装系数为0.8则罐的全容积为： (1)筒体直径初步计算在选定罐体的长径比时，要考虑长径比对搅拌功率，传热系数以及物料特性对罐体长径比的影响，取长径比时稍大一点：即 把罐体的长径比代入上式得： 整理得；(2)筒体直径和高度确定对计算进行圆整，并且取标准直径 本设计选用标准的椭圆形封头，封头容积为

37、：m对筒体进行圆整，取 H =1.3m(3)根据 及 y核算中和罐体积筒体高度和直径的比值为:中和罐体实际体积： 计算结果表明实际体体积大于设计值，因此，开始取值是符合要求的。(4)料层高度Z的计算中和罐填料体积为： 封头高度为：新标准JB/T4746-2002中规定椭圆封头指标高度只有25mm和40mm两种根据本设计任务的需要选用直边高度 =25mm取标准封头为： 标准封头高度为：料液层实际高度为：(5)搅拌器的设计与选型叶轮数目的确定料层高度/釜径 = 从化工设备机械设计手册中，搅拌器的相关规定，即叶轮数目和以及粘度的关系表中，查得叶轮数目为：n = 1叶轮距釜底距离的计算选用推进时搅拌器

38、 叶轮距釜底距离 = 桨叶直径D初算按化工设备机械设计手册中，搅拌器的相关规定，釜径与桨径的比值，一般在0.2-0.6之间，取 =0.4即，实际桨叶直径取：搅拌器转速计算本设计搅拌级别选用5级，并取转速系数为 植酸钠（100目）颗粒平均直径取：0.154mm查得极限沉降速度为：对搅拌器直径进行校正依据化工设备设计手册相关标准，取流体转动粘度系数为：搅拌器所需的功率计算依据搅拌器功率计算式，所需搅拌器功率为： 在中和罐中内搅拌需半小时间，静置约需2小时，故中和罐使用周期取2.5小时 。交换罐，浓缩罐的设计和选型与中和罐的一样，设计计算和选型从略。6.1.4 设备设计计算与选型结果汇总设备设计计算

39、与选型结果汇总见表6-1所示。表6-1 设备设计计算与选型结果汇总表酸化罐筒体直径筒体高度料层高度Z1m1.1m1.103m酸化罐搅拌器叶轮数目距釜底高度桨叶直径转速搅拌器直径功率10.368m0.4m73r/min0.4m32.79W中和罐全容积筒体直径筒体高度料层高度1082L1.2m1.3m1.103m中和罐搅拌器叶轮数目距釜底距离桨叶直径转速搅拌器直径功率10.368m0.48m67r/min0.48m85.26W7.厂址选择及总平面设计7.1 厂址选择的原则拟建在某植酸公司厂内，作为独立车间。计划占地约25亩，综合考虑该厂现有的土地占用和空白地段情况、考虑与原料车间的衔接、考虑与下游

40、产品车间即植酸车间的衔接、考虑三废处理设施的衔接、考虑与动力车间的衔接等，拟建在该厂的西北区。7.2 厂区概貌根据任务要求，在某植酸厂的一个年生产42吨的车间，综合考虑： 符合植酸总体规划与附近的工业、企业相配合。 靠近主消费市场，该车间面积与外型满足植酸工业工厂的生产需要，留有适当的扩建余地。 满足工艺情况下作到经济合理。 美化厂房排列，保证生产的连续性和安全性，使作业短捷、方便避免交叉。 综合考虑建筑物朝向，充分利用自然光和自然通风，注意建筑物间距。 动力车间、热能靠近负荷中心。 对外交通相适应，合理组织人流、物流。 建筑物的布置符合建筑设计防火规定和工业企业卫生标准。 符合国家有关卫生、

41、放火、个人安全等的要求。“三废”治理和综合利用符合要求。7.3 设备配置与布置设计7.3.1 满足的要求应满足安全要求，要符合国家的有关法规，妥善处理防火、防爆、防腐、防毒等问题，以确保生产安全应满足工艺设计的要求应满足操作、检修和施工的要求应满足该车间总体规划的要求应适应所在地区的自然条件（包括气候、风向、地形、地质等）应该力求经济上合理应满足用户要求应注意美观7.3.2 设备布置设计的一般原则设备布置一般流程式布置，使由原料到产品的工艺路线最短，投资也最少。但必须保证工艺物料流向顺利为原则，做到上下纵横相呼应，尽量形成流水线。对于结构相似、操作相似或操作经常发生联系的设备一般集中布置或靠近

42、布置，有些可通用的，要有相互调换使用的方案，以充分发挥设备的潜力。当遇到更换品种十，无须进行大规模的设备更换，这是由催化剂品种更新换代较快决定的，设计时必须考虑这一可能性。设备布置尽量采用露天布置或半露天框架式布置，以减少占地面积和土建投资，比较安全又间歇操作和操作频繁的设备一般布置在室内。处理酸、碱等腐蚀性介质的设备尽量集中布置在建筑物的地层，不宜布置在楼上和地下室，而且设备周围要设防腐围堰。有毒、有粉尘和有气体腐蚀的设备，应各自相对集中布置并加强通风设施和防腐、防毒措施。设备与设备之间，设备与建筑物之间的安全距离，应满足有关规范要求。布置设备时，要考虑到设备间的管线走向，要满足转送粘度大的物料管线尽量短。7.3.3 布置应注意的问题设备布置设计不但要满足工艺、操作、维修的需要，而且在设备周围要留出堆放一定数量的原料、中间产品、产品的空间和位置，必要时作为检修场地，如需要经常更换设备，要有设备搬运所需的位置和空间。进行多层厂房的设备布置时，要特别考虑物料的输送要求，要优先布置靠重力流动的设备；输送干、湿固体物料的管道要垂直或近于垂直向下布置，以防堵塞。设备布置要充分利用高位差布置，以节省输送设备和动力消耗。通常将计量罐、高位槽布置在高层，主要设备如反应釜、过滤器等布置在中层，后处理设备如储罐布置在底层，这样，既能利用位差进出物料，又减少楼面的负荷，降低厂房造价。