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年產(chǎn)5000噸阻燃型填料氧化銻的生產(chǎn)設計 ——浸取反應釜的設計 摘 要：氧化銻是重要的化工產(chǎn)品，屬無機類阻燃劑，一般與鹵系阻燃劑復配使用，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。設計中選用間歇生產(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。本文主要承擔了反應釜的設計和物料衡算，根據(jù)物料衡算和熱量衡算，對反應釜工藝尺寸及其附屬設備的進行了計算，進行了合理的選型。 關鍵詞：阻燃型填料氧化銻；工藝設計；反應釜 The process design of antimony oxide flame-retardant filler of 5,000 tons per year:The design of 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 flame-retardant agent, also can be used as a fire retardant coating and filler, such as mordant. In this paper, antimony oxide flame retardant filler nature, uses, the main production methods, product specifications, market prospects and development trends. Batch production in the selected design method (wet. Ammonia solution), will be roasted by stibnite, condensation reactor placed 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阻燃機理 2 1.4產(chǎn)品的毒副作用及防護處理 4 1.5市場需求及發(fā)展前景 4 1.6氧化銻合成方法簡介 6 1.6.1干法 6 1.6.2濕法 6 2設計任務 7 3 原料及產(chǎn)品技術規(guī)格 7 3.1原料 7 3.2產(chǎn)品規(guī)格 7 4生產(chǎn)工藝介紹 8 5反應釜的工藝計算 8 5.1設計生產(chǎn)能力 8 5.2 反應釜的工藝尺寸計算及選型 11 5.2.1確定筒體和封頭形式 11 5.2.2反應釜體積的計算 11 5.2.3確定反應釜筒體的直徑和高度 12 5.2.4罐體筒體的計算厚度 12 5.2.5封頭的設計 14 5.2.6 罐體封頭厚度的計算 14 5.2.7夾套筒體厚度的計算 15 5.2.8夾套封頭厚度的計算 15 5.2.9 夾套高度及表面積的計算 16 6攪拌器的設計 16 7計算結(jié)果總匯 17 結(jié)束語 18 參考文獻 19 致謝 20 XX 大學 本科畢業(yè)論文 設計 題 目 年 產(chǎn) 5000 噸 阻 燃 性 型 填 料 氧 化 銻 的 生 產(chǎn) 設 計 學生姓名 專業(yè)名稱 化學工程與工藝 指導教師 20XX 年 5 月 27 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 阻燃機理 2 1 4 產(chǎn)品的毒副作用及防護處理 4 1 5 市場需求及發(fā)展前景 4 1 6 氧化銻合成方法簡介 6 1 6 1 干法 6 1 6 2 濕法 6 2 設計任務 7 3 原料及產(chǎn)品技術規(guī)格 7 3 1 原料 7 3 2 產(chǎn)品規(guī)格 7 4 生產(chǎn)工藝介紹 8 5 反應釜的工藝計算 8 5 1 設計生產(chǎn)能力 8 5 2 反應釜的工藝尺寸計算及選型 11 5 2 1 確定筒體和封頭形式 11 5 2 2 反應釜體積的計算 11 5 2 3 確定反應釜筒體的直徑和高度 12 5 2 4 罐體筒體的計算厚度 12 5 2 5 封頭的設計 14 5 2 6 罐體封頭厚度的計算 14 5 2 7 夾套筒體厚度的計算 15 5 2 8 夾套封頭厚度的計算 15 5 2 9 夾套高度及表面積的計算 16 6 攪拌器的設計 16 7 計算結(jié)果總匯 17 結(jié)束語 18 參考文獻 19 致謝 20 1 年產(chǎn) 5000 噸阻燃型填料氧化銻的生產(chǎn)設計 浸取反應釜的設計 摘 要 氧化銻是重要的化工產(chǎn)品 屬無機類阻燃劑 一般與鹵系阻燃劑復配使用 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 設計中選用間歇生 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 本文主要承擔了反應釜的設計和物 料衡算 根據(jù)物料衡算和熱量衡算 對反應釜工藝尺寸及其附屬設備的進行了計算 進行 了合理的選型 關鍵詞 阻燃型填料氧化銻 工藝設計 反應釜 2 The process design of antimony oxide flame retardant filler of 5 000 tons per year The design of 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 flame retardant agent also can be used as a fire retardant coating and filler such as mordant In this paper antimony oxide flame retardant filler nature uses the main production methods product specifications market prospects and development trends Batch production in the selected design method wet Ammonia solution will be roasted by stibnite condensation reactor placed 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 3 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 三氧化二銻理化指標 分子式 Sb2O3 相對分子質(zhì)量 291 5 熔點 656 沸點 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 阻燃劑并用時表現(xiàn)出良好的阻燃性 對基材力學性能影響小 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 用作有機合 成的催化劑 1 3 阻燃機理 一般而言 有機材料進行燃燒應具備三個條件 外界熱能的供應 氧氣的 存在和材料本身降解生成的可燃性氣體 材料燃燒過程的主要反應為 RH O2 CO H2O RH O2 R HO HO CO CO2 H H O2 HO O 當材料受熱后溫度升高 一定溫度后 發(fā)生熱降解和氧化熱降解反應 在 4 氧的參與下生成活波性較高的羥基自由基 HO 它決定著燃燒的速度 接著 羥基自由基與 CO 發(fā)生反應 生成的 H 自由基與 O2 反應生成 HO 如此反應 循環(huán)進行 具有連鎖反應的特征 因此反應速度極快 由此可知 為了阻止材 料燃燒 其基本方法是抑制可燃性氣體的發(fā)生和阻斷氧氣的供應 三氧化二銻作為阻燃劑 本身并無良好阻燃效果 但與鹵化物阻燃劑并用 時卻表現(xiàn)出良好的阻燃性 并超過了這兩種阻燃劑中的任何一種 反映了他們 之間的化學作用改變了原來的性質(zhì) 三氧化二銻與鹵化物并用時在高溫下生成 鹵化銻 其反應為 Sb2O3 6RX 2SbX3 3R2O 三鹵化銻沸點較高 SbCl 3 沸點 223 SbBr 3 沸點 288 密度大 可以 長時間地在火焰區(qū)域起作用 鹵化銻在聚相時 能促使聚合物 阻燃劑體系脫 鹵化氫和使聚合物表面炭化 同時在氣態(tài)時又能捕捉自由基 這些反應都有利 于阻燃 受熱時先釋出 HCl 并生成 SbOCl 然后 SbOCl 進行熱分解 在吸取大量熱的 同時生成 SbCl3 SbCl 3 在火焰溫度下 分解出 Cl 游離基 與火焰中的活性 H OH 等結(jié)合 起到抑制火焰的作用 同時 SbOCl SbCl 3 蒸汽比重大 附于 物料表面 起到隔絕空氣的作用 并在火焰上空凝結(jié)成液滴或者固體微粒 能 量在固體表面被消耗 使燃燒速度減慢或停止 隨 著 我 國 合 成 材 料 工 業(yè) 的 發(fā) 展 和 應 用 領 域 的 不 斷 拓 展 阻 燃 劑 在 化 學 建 材 電 子 電 器 交 通 運 輸 航 天 航 空 日 用 家 具 室 內(nèi) 裝 飾 衣 食 住 行 等 各 個 領 域 中 具 有 廣 闊 的 市 場 前 景 此 外 煤 田 油 田 森 林 滅 火 等 領 域 也 促 進 了 我 國 阻 燃 滅 火 劑 生 產(chǎn) 較 快 的 發(fā) 展 我 國 阻 燃 劑 已 發(fā) 展 成 為 僅 次 于 增 塑 劑 的 第 二 大 高 分 子 材 料 改 性 添 加 劑 目 前 的 生 產(chǎn) 能 力 20 萬 t a 左 右 年 生 產(chǎn) 量 在 15 萬 17 萬 t 之 間 年 消 費 量 20 萬 t 左 右 不 足 部 分 主 要 從 美 國 和 以 色 列 進 口 進 口 的 主 要 品 種 為 有 機 溴 及 鹵 磷 系 阻 燃 劑 我 國 阻 燃 劑 生 產(chǎn) 廠 60 余 家 能 夠 生 產(chǎn) 50 余 種 產(chǎn) 品 主 要 為 溴 磷 系 列 其 中 溴 系 阻 燃 劑 是 最 重 要 的 系 列 約 占 我 國 有 機 阻 燃 劑 的 30 國 內(nèi) 阻 燃 劑 的 品 種 和 消 費 量 還 是 以 有 機 阻 燃 劑 為 主 無 機 阻 燃 劑 生 產(chǎn) 和 消 費 量 還 較 少 但 近 年 來 發(fā) 展 勢 頭 較 好 市 場 潛 力 較 大 阻 燃 劑 中 最 常 用 的 鹵 系 阻 燃 劑 雖 然 具 有 其 他 阻 燃 劑 系 列 無 可 比 擬 的 高 效 性 5 1 4 產(chǎn)品的毒副作用及防護處理 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 可致皮膚損害 引起皮膚干燥 皸裂 還可出現(xiàn)皮炎或濕疹 表 2 毒副試驗結(jié)果 防護措施 佩戴橡皮手套 防護鏡 化學藥品呼吸器 著防護衣服避免接 觸 能迅速從衣服上 皮膚上用肥皂和水洗去 1 5 市場需求及發(fā)展前景 我國的銻礦資源十分豐富 其儲量和產(chǎn)量占居世界首位 氧化銻是最重要 的無機阻燃劑之一 單獨使用時候阻燃作用很小 但是與鹵系阻燃劑并用時可以 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間內(nèi)仍將占據(jù)阻燃劑的主導地 位 因此氧化銻仍有一定的發(fā)展空間 隨著有機高分子合成材料的廣泛應用 試 驗 反 應 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 50LD 2 0g 極端嚴重 刺激極端嚴重 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 6 同時對于合成材料的易燃燒 容易造成火災的特點 人們對防火安全性顯示了 強烈關注 從而促進了氧化銻在塑料 涂料 橡膠 建材 電子 紡織等領域 的應用獲得迅速發(fā)展 1 6 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32OSb 屬銻與氧反應法 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就是雜質(zhì)32Sb 含量過高 白度低 粉末顆粒分布不均勻 1 6 1 干法 1 加熱條件下金屬梯與氧反應法 2234OSb 3 2 焙燒三硫化二銻礦物法 2323269SOb CSb 24O3 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 行結(jié)晶 該過程的溫度為 600 800 當使用硫化礦時 會產(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 6 2 濕法 1 三氯化銻水解法 HClOSbSbC3223 2 銻精礦直接氧化法 酸式濕法 多用硫酸 銻精礦直接氧化法工藝流程 7 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 3 氨解法 濕法 OHSbCllOSb23326 lCl2 Cl432 NSbNSbl 2432 OHlOHlO243232 氧化銻氨解法工藝流程 輝銻礦 鹽酸 水 水 氨水 產(chǎn)品 焙燒爐 冷凝器 反應釜 過濾 水解 過濾 粉碎機 干燥爐 洗滌槽 中和槽過濾 8 4 直接法 輝銻礦法 2323269COSbCSb O 324 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 Sb O 蒸氣 此時因含有較23 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 Sb O 蒸氣 再送入冷凝器冷凝23 收集 即得 Sb O 含量大于 99 的成品 23 2 設 計任務 年產(chǎn) 5000 噸阻燃型填料氧化銻的生產(chǎn)設計 本工藝過程主要分為焙燒 酸 解 水解 中和 洗滌 干燥幾個階段 本文完成的是反應釜的工藝設計 確 定生產(chǎn)的最佳工藝條件 已知條件 1 一年的生產(chǎn)時間為 300 天 一天按 24 h 計算 2 每批物料所需的反應時間為 6 h 其中 4 h 的反應時間 加 料 清洗等輔助時間為 2 h 3 原 料及產(chǎn)品技術規(guī)格 3 1 原料 鹽酸 粗銻白 3 2 產(chǎn)品規(guī)格 質(zhì)量標準見下表 9 表 3 三氧化二銻質(zhì)量標準 項目 零級品 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 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 焙燒 銻輝礦在 860 左右進行焙燒為粗銻白 2 溶解 輝銻礦 精礦焙燒得粗銻白 銻氧粉 為原料置于反應釜中 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 中的反應液 濾液存用 4 水解 將 3 中濾液轉(zhuǎn)入水解槽進行水解 常溫攪拌 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 其相 應母液的酸度為 0 5 0 6 摩爾 開鹽酸 這時大量雜質(zhì)仍留在母液中 水解過程 可在常溫下攪拌實現(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 酸不會使 Sb3 氧化 效果更好 5 中和 凈化后的濾餅放入中和槽 以除 Cl 即生成銻白 中和時的堿度控制在 PH 7 8 太高銻溶解 增大損失 太低則除 Cl 不完全 中和時 用堿液 PH 7 8 調(diào) 在常溫下攪拌進行 當 PH 穩(wěn)定到 8 時 中 10 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 即可獲得 99 5 Sb O 高質(zhì)量銻白 23 8 粉碎 干燥好的產(chǎn)品轉(zhuǎn)入粉碎機粉碎至理想粒度既得最終產(chǎn)品 5 工 藝計算 5 1 設計生產(chǎn)能力 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) 焙燒段收率 95 反應段收率 98 板框壓濾段收率 98 水解段收率 98 中和收率 98 洗滌段收率 98 干燥段收率 98 為滿足年產(chǎn) 5000 噸要求 即 16 667 噸 16667 三氧化二銻每天 因為干燥損失 2 所以干燥所需水洗產(chǎn)物為 16 667 1 2 17 007 噸 水洗的損失量也為 2 所以水洗所需原料即中和產(chǎn)物的量為 17 007 1 2 17 354 噸 中和損失量為 2 中和所產(chǎn)生的三氧化二銻為 17 354 1 2 17 708 噸 由中和反應方程式 Sb O 2SbOCl 2NH H O 2Sb O 2NH Cl H O23322342 X04 68 708 15 解得 X 19 379 噸每天 即中和反應所需原料 Sb O 2SbOCl 為 19 379 每天 23 11 產(chǎn)物 Sb O 2SbOCl 由 SbCl 水解所得 而且水解過程損失量為 2 233 所以水解共產(chǎn)生 Sb O 2SbOCl 為 19 379 1 2 19 774 噸2 由水解反應方程式 4SbCl 5H O Sb O 2SbOCl 10HCl3223 X04 9174 19068 解得 X 28 300 噸每天 即水解所需原料 SbCl 為 28 300 噸 由于過濾損失量為 2 3 所以過濾所需 SbCl 為 28 300 1 2 28 874 噸 即酸浸取為過濾所提供的 SbCl 為 28 874 噸3 因為算浸取過程中的損失量為 2 所以酸浸取共產(chǎn)生 SbCl 的量為3 28 874 1 2 29 464 噸 酸浸取反應方程式 Sb O 6HCl 2SbCl 3H O23 32 X52 9146 95 解得 X 18 815 噸 Sb O 由焙燒所得 所以焙燒的產(chǎn)出量為 18 815 噸每天 焙燒過程的損失23 率為 5 即焙燒共產(chǎn)生 Sb O 為23 18 815 1 5 19 805 噸 由焙燒反應方程式 2Sb S 9O 2Sb O 6SO232232 X04 679Y8805 194 解的 X 23 066 噸 因為 Sb S 的含量為 80 23 所以每天處理礦量為 23 066 80 28 833 噸 12 即 每天焙燒需要進料 輝銻礦 28 833 噸 反應釜進料 粗銻白 19 805 噸 壓濾機進料 三氯化銻的稀鹽酸懸浮液 29 464 噸 水解釜進料 三氯化銻的稀鹽酸溶液 28 874 噸 中和釜進料 Sb 2O3 2SbOCl 19 379 噸 水洗釜進料 Sb 2O3 17 354 噸 干燥器進料 Sb 2O3 17 007 噸 5 2 立式攪拌反應釜的設計 5 2 1 確定筒體和封頭形式 從上述已知工作壓力及反應溫度以及該設備之工藝過程性質(zhì) 可以看出它 是屬于帶攪拌的反應釜類型 根據(jù)慣例 選擇圓柱形筒體和橢圓形封頭 內(nèi)壁用 搪瓷做襯 以減少設備的腐蝕損耗 延長使用壽命 5 2 2 反應釜體積 V 的計算T 5 2g cm 5220Kg m 三 氧 化 二 銻 33 1 149g cm 1149 0 Kg m鹽 酸 m 19805 3 6601 7kg 班 三 氧 化 二 銻 Sb O 6HCl 2SbCl 3H O23 32 7 60159X46 得 m 4953 99kg鹽 酸 V m 6601 7 5220 1 26 m三 氧 化 二 銻 三 氧 化 二 銻 三 氧 化 二 銻 3 V m 4953 99 1149 4 31m鹽 酸 鹽 酸 鹽 酸 3 V V V 1 26 4 31 5 57 mR三 氧 化 二 銻 鹽 酸 決定反應器的罐體體積應考慮填充系數(shù) f 體積計算值 V 與實際設計值 VR 之比為 f 其值根據(jù)反應物料的性質(zhì)而定 一般為 0 4 0 85 T 對于沸騰或鼓泡的液體物料 可取較小的值 如 0 4 0 6 對于不沸騰或不鼓泡的液體物料 可取 0 7 0 85 13 不帶攪拌或攪拌緩慢的反應釜 取 0 85 帶攪拌的反應釜 取 0 6 0 8 實際工程中 要根據(jù)物料性質(zhì) 反應時的狀態(tài)和生成物的特點 合理選擇 填充系數(shù) 提高罐體利用率 本處選擇填充系數(shù) f 0 75 則 V V f 0 75RT V 5 57 0 75 7 43 m 3 根據(jù)上述數(shù)據(jù)現(xiàn)選擇 4 的反應釜 2 個進行生產(chǎn) 5 2 3 確定反應釜筒體的直徑與高度 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 H D i 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 P D5 其中D 攪拌器 直徑 P 攪拌功率 P隨釜體直徑的增大 而增加很多 減小長徑比只能無 謂地損耗一些攪拌功率 因此一般情況下 長經(jīng)比應選擇大一些 2 長徑比對傳熱的影響 當容積一定時 H D i越高 越有利于傳熱 表4 長徑比的經(jīng)驗值 種類 罐體物料類型 H Di 一般攪拌罐 液 固或液 液相物料 1 1 3 氣 液相物料 1 2 發(fā)酵罐類 1 7 2 5 本工藝為液固物系 故反應H D i選定為1 1 在確定了長徑比和裝料系數(shù)之后 忽略罐底容積 此時 V D H 1 1D4 i2i3 解得D 1 67m 1670mm 在設計時選用標準筒體尺寸DN 1 6m 1600mm 當 DN 1600 mm 由 化工設備機械基礎 表 13 5 查得標準橢圓形封頭的 容積 Vh 0 5215m3 從表 13 3 查得筒體每一米的容積 V1 1 945m3 筒體高度 H i V Vh V1 4 14 0 5215 1 945 1 788 m 1788 mm 圓整筒體高度 Hi 1780 mm 于是 H Di 1780 1670 1 1 5 2 4 罐體筒體計算厚度 反應釜罐體內(nèi)設計壓力 0 101325MPa1p 液體平均密度 5220 1149 2 3184 5 Kg m 3 液注靜壓力 3184 5 9 8 1 78 0 055 MPaghH 0 101325 0 055 0 15 MPa cp1 在 GB150 1998 標準規(guī)定對壓力容器設計應還應 考慮載荷 1 內(nèi)壓 外壓或最大壓差 2 液體靜壓力 需要時 還應考慮下列載荷 3 容器的自重 包括內(nèi)件和填料等 以及正常工作條件下或壓力試驗狀 態(tài)下內(nèi)裝物料的重力載荷 4 附屬設備及隔熱材料 襯里 管道 扶梯 平臺等的重力載荷 5 風載荷 地震力 雪載荷 6 支座 底座圈 支耳及其他型式支撐件的反作用力 7 連接管道和其他部件的作用力 8 溫度梯度或熱膨脹量不同而引起的作用力 9 包括壓力急劇波動的沖擊載荷 10 沖擊反力 如由流體沖擊引起的反力等 11 運輸或吊裝時的作用力 則 0 2 MPa cp 計算公式 1 79mm1 ctipD 22 0813267 設計溫度下圓筒材料的許用應力 MPa Q235 B 的 為t t 113MPa 焊接接頭系數(shù) 圓筒除了采用無縫鋼管外 一般均由鋼板卷焊而成 焊縫內(nèi)可能由于有氣孔 夾渣等影響 造成焊縫本身比圓筒鋼板本體的強度為 弱 所以要將鋼材的許用應力適當降低變?yōu)?1 一般情況下視全部無 t 15 損探傷 所以取 8 0 查鋼板厚度負偏差表知 0 7mm 1C 腐蝕裕量 2 0mm2 4 49mm 11c 圓整后筒體厚度 5mm n 5 2 5 封頭設計 有關標準 JB T4746 2002 已將碳素鋼低合金鋼高合金鋼焊制的 用于壓 力容器的 有沖壓旋壓及卷制成形的封頭名稱斷面形狀類型代號及型式參數(shù)關 系做出了規(guī)定 由于封頭獲得了廣泛應用根據(jù) 化工設備機械基礎 表 13 5 封 頭的名稱及型式參數(shù)表得 DN 1500mm 時封頭總深度 H 395mm 又公式 得 2 DNHh h 20mm 5 2 6 罐體封頭厚度計算 計算公式 1 79mm ctcpD5 021 1 2 058 32167 設計溫度下圓筒材料的許用應力 MPa Q235 B 的 為t t 113MPa 焊接接頭系數(shù) 圓筒除了采用無縫鋼管外 一般均由鋼板卷焊而成 16 焊縫內(nèi)可能由于有氣孔 夾渣等影響 造成焊縫本身比圓筒鋼板本體的強度為 弱 所以要將鋼材的許用應力適當降低變?yōu)?1 一般情況下視全部無 t 損探傷 所以取 8 0 查鋼板厚度負偏差表知 0 7mm 1C 腐蝕裕量 2 0mm2 4 79mm 1 1c 圓整后罐體封頭厚度 5mm 1c 5 2 7 夾套筒體厚度計算 夾套公稱直徑的計算 夾套和筒體連接常焊接成封閉結(jié)構(gòu) 夾套的結(jié)構(gòu)尺寸常根據(jù)安裝和工藝兩 方面的要求而定 夾套的直徑 可根據(jù)罐體內(nèi)徑 按表 5 選取 2D1D 100 1700mm2D1 表 5 夾套直徑 mm2 1 2 500 600 501D 700 1800 100 2000 3000 2001 夾套下封頭形式同罐體封頭 其直徑 D 與夾套筒體直徑相同 2 計算公式 1 88mm 2 2ctp 2 08137 焊接接頭系數(shù) 8 0 查鋼板厚度負偏差表知 0 7mm1C 腐蝕裕量 2 0mm 2 1 24 4 58mmC2 1 圓整后夾套筒體厚度 5mm n 17 5 2 8 夾套封頭厚度計算 計算公式 1 88mm 2 2 5 0ctcpD 2 058 137 焊接接頭系數(shù) 8 查鋼板厚度負偏差表知 0 7mm 1C 腐蝕裕量 2 0mm 2 1 24 4 58mm 2c 1 圓整后夾套封頭厚度 5mm 2c 5 2 9 夾套高度及表面積的計算 當 DN 1600mm 時 由 化工設備機械基礎 表 13 5 查得標準橢圓形封頭的 容積 Vh 0 5215m3 從表 13 3 查得筒體每一米的容積 V1 1 945m3 應合理選用裝料系數(shù) 的值 盡量提高設備利用率 通常 0 6 0 85 此 處選則 0 75 夾套高度 H V V V 0 75 4 0 5215 1 945 1 27m 1270mm2封 1 夾套所包圍筒體的表面積 S 筒 S 封 S 筒 H S1m 1 27 5 715 7 28 2 S 封 封頭表面積 查表得 3 678 S1m 1m 高內(nèi)表面積 查表得 5 715 S 筒 S 封 7 28 3 678 10 96 6 反 應釜攪拌器設計 在反應釜中 為增加反應速度 強化傳質(zhì)或傳熱效果以及加強混合等作用 常裝設攪拌裝置 攪拌裝置由攪拌器和攪拌軸組成 攪拌器的形式很多 通常 由工藝要求確定 常用的攪拌器的形式有 漿式攪拌器 其直徑 D 約取反應釜內(nèi)徑 的 iD413 18 框式和錨式攪拌器 其直徑常為筒內(nèi)內(nèi)徑 的 當 V 5 iD32109ms 轉(zhuǎn)速范圍為 50 70 rmin 推進式攪拌器 其直徑約取反應釜內(nèi)徑 的 切向線速度 V 15 i62 轉(zhuǎn)速為 300 600 甚至更快 msri 攪拌軸的材質(zhì)及加工要求 攪拌軸工作時 主要有扭轉(zhuǎn) 彎曲和沖擊作用 故軸的材質(zhì)應有足夠的強 度 剛度和韌性 此外 為了便于加工制造 還要有優(yōu)良的切削加工性能 所 以常用 45 鋼 對于要求較低的攪拌軸 也可用 Q235 A 或 35 鋼 本工藝選擇的是漿式攪拌器和 Q235 A 材質(zhì)的攪拌軸 7 計 算結(jié)果匯總 1 反應釜體積為 4 3m 2 反應釜個數(shù)為 2 個 3 筒體內(nèi)徑為 1600mm 4 筒體高度為 1780mm 5 夾套直徑為 1700mm 6 夾套高度為 1270mm 7 傳熱面積為 10 96m2 8 夾套厚度為 5mm 9 夾套封頭厚度為 5mm 10 內(nèi)筒筒體厚度為 5mm 11 筒內(nèi)封頭厚度為 5mm 19 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計 在生產(chǎn)上已經(jīng)應 用的相當成熟 具有廣闊的市場前景及發(fā)展趨勢 在設計反應釜時 通過計算 選取設備 每步計算都要查得精確數(shù)據(jù) 反應釜的設計環(huán)環(huán)相扣 一步稍微出 錯 將會大大影響下步設計 這使我更加了解了化學是一門嚴謹?shù)膶W科 也對 化工設計的過程有了更加完整和清晰地認識 在進行畫圖的過程中 使我對 AutoCAD 制圖有了更進一步的掌握 但由于時間緊 所能查閱的資料和文獻有 限 在整個設計過程中還存在很多不足之處 仍需要更進一步改進 20 參考文獻 1 王永強 阻燃材料與應用技術 M 北京 化學工業(yè)出版社 2002 2 姚玉英 化工原理下冊 M 天津 天津大學出版社 1999 8 3 郭年祥 化工過程及設備 M 北京 化學工業(yè)出版社 2003 3 4 熊家林 張克立 無機精細化學品的制備與應用 M 北京 化學工業(yè)出版社 2002 5 張浩勤 章亞東 陳航 化工過程開發(fā)與設計 M 北京 化學工業(yè)出版社 2002 6 張軍 夏延至 聚合物阻燃與阻燃技術 M 北京 化學工業(yè)出版社 2005 7 王正平 陳興娟 精細化學反應設備分析與分析 M 北京 化學工業(yè)出版社 2004 8 徐克勛 精細有機化工原料及中間體手冊 M 化學工業(yè)出版社 1998 9 湯善甫 朱思明 化工設備機械基礎 M 上海 華南理工大學出版 2000 10 天津大學物理化學教研室編 物理化學上冊 M 北京 高等教育出版社 2001 12 21 致 謝 本設計是在張孟民老師的指導下完成的 首先要衷心的感謝張老師的無私 的毫無保留的幫助 還要感謝和我一起做畢業(yè)設計的同學 正因為有了老師和 同學們無私的幫助 我才可以在遇到不會或不懂的問題時能及時地獲得解決問 題的辦法 這使我節(jié)省了大量的時間和精力 使我的畢業(yè)設計得以順利的進行 下去 在設計和計算的整個過程中 張老師給予了細心地指導與熱心的幫助 在此表示衷心感謝 最后在設計即將完成之際 對所有曾經(jīng)在工作中和學習過程中給予過我?guī)?助的老師和同學表示最誠摯的祝福與感謝