腐植酸改性脲醛树脂工艺设计年产3万吨腐植酸改性脲醛树脂工艺设计摘要腐植酸脲醛树脂是一种用途格外广泛的有机化工产品,主要用做于粘胶剂。本设计产品是改性脲醛树脂（腐植酸改性脲醛树脂ＨＵＦ),合成反应主要由加成反应和缩聚反应两部分所组成。由于脲醛树脂胶的原料是尿素和甲醛,原料来源丰富,且生产的基本工艺简洁、成本低、胶接性耐水性好、固化速度快、胶层无色以及使用便利等优点，很快成为中国人造板生产的主要粘合剂,目前约占木材工业用量的80%以上，但随着应用领域和用量的增加。脲醛树脂胶制品中散发出来的游离甲醛对环境造成污染,特殊是用该板材制成家具和进行家庭装潢后会释放...

  年产3万吨腐植酸改性脲醛树脂工艺设计摘要腐植酸脲醛树脂是一种用途格外广泛的有机化工产品,主要用做于粘胶剂。本设计产品是改性脲醛树脂（腐植酸改性脲醛树脂ＨＵＦ),合成反应主要由加成反应和缩聚反应两部分所组成。由于脲醛树脂胶的原料是尿素和甲醛,原料来源丰富,且生产的基本工艺简洁、成本低、胶接性耐水性好、固化速度快、胶层无色以及使用便利等优点，很快成为中国人造板生产的主要粘合剂,目前约占木材工业用量的80%以上，但随着应用领域和用量的增加。脲醛树脂胶制品中散发出来的游离甲醛对环境造成污染,特殊是用该板材制成家具和进行家庭装潢后会释放出残留甲醛和挥发性有机物(ＶＯC),对人体皮肤、呼吸道和眼睛粘膜有刺激作用，因而造成对人体的危害。本工艺特地针对怎么来降低散发游离的甲醛和改性脲醛树脂做了合理设计。本设计是年产３０0００吨腐植酸脲醛树脂工厂设计,主要进行了工艺计算、设备选型，并绘制了工艺流程图。关键词:改性脲醛树脂；腐植酸;尿素;工艺流程图ﻬ名目TOＣ\o1-３\h\ｚ\u第六章第一章绪论１．1厂址及气象条件厂区位置:合肥地区地势：厂区地势平整常年主导风向:东北风，平均风力二级气温：最高气温40℃最冷气温﹣7℃地下水位:﹣２5m运输条件:大路，铁路１．2工厂设计可行性分析1．2．1设计任务和依据本次设计按照章祥林老师的化工过程分析与开发〈3万吨腐植酸改性尿醛树脂设计任务

  来进行工艺设计的。长期以来，国内外很多争辩人员始终致力于低甲醛释放量脲醛树脂的争辩,并初步解释了甲醛释放的机理，形成了具有指导意义的降低甲醛释放量的理论——降低甲醛与尿素的摩尔比和分次添加尿素是降低甲醛释放量的有效途径以。较低的摩尔比会给脲醛树脂带来粘度大、固化时间长和湿强度低等缺点。影响脲醛树脂湿强度的主要缘由是树脂中存在一些亲水基团如羟甲基、羰基、氨基和亚氨基等。在肯定范围内削减上述亲水基团可以轻松又有效地提高脲醛树脂的湿强度。目前,将腐植酸(ＨＡ)进行羟甲基化改性然后依据m(ＨＡ羟甲基化溶液):ｍ脲醛树脂（UＦ)I=Ｉ:４比例将两者混合均匀,制得腐植酸一脲醛树脂(HUF)其次章产品与原料的性质与规格2.1改性腐植酸脲醛树脂的质量

  和规格pH值7.5—8．0游离甲醛％＜0.15固含量%７５左右粘度2.2生产脲醛树脂的原料的特性与规格尿素（CH４Ｎ２O）相对分子质量:60标准生成焓：Hｆ=－47.１KJ／mｏl外观:白色结晶热容:Cp=93.3J/ｍoｌ．k含氮量(以干基计)％≥46.３缩二脲含量％≤0.5水分含量:≤0．５铁(Fｅ２O３）含量%:≤0.0０２游离氨(NH3)含量％:≤0.01水不溶物含量％：≤0．02工业甲醛（溶液)的物理性质外观:无色透亮     液体，在低温时能自聚成微浑30％含量密度８1５Kｇ／m3标准生成焓:Hf=-116KJ/mol甲醛含量,g/１００g：37±0.5甲醇含量,g／100g:≤12甲酸含量g/１００ｍl:≤0．04铁含量，g/１００ml:≤0.0005灼烧残渣含量，g／100ml:≤0.０05闪点,℃:6０沸点,℃:９6贮存温度,℃:15．6～32.2氢氧化钠(ＮaＯＨ)相对分子质量:４0含量:40%密度：２.13０g/m３熔点：31８．4℃沸点:1390℃甲酸(HＣOOＨ)密度:１．22g／m３含量:10％熔点:8.6℃沸点:10０．８℃闪点：６8.9℃粘度:1.7８４mpａ.ｓ第三章合成工艺设计和分析3.1游离甲醛的来源（１）在脲醛树脂合成的过程中,由于部分质子化的甲醛分子的存在,在胶体粒子四周形成吸附双粒子层,使树脂的稳定性加强,一旦加入固化剂后,树脂固化过程中在电解质的作用下，吸附粒子层遭到破坏，从而释放出甲醛。(２）在树脂合成中已参与反应的甲醛，由于生成了不稳定的基团,它们在热压或板材使用的过程中分解,又释放出已结合的甲醛。(3)在温度高、湿度大的环境下,产品内的胶层老化，以及木材中的半纤维素分解，也会释放甲醛。由上所知,甲醛释放的缘由是很简单的，并且是不行避开的，而产生甲醛释放最主要、最直接的缘由是液胶中的游离甲醛的含量和微观结构的不合理。因而,降低甲醛释放量的最有效的方法是合成甲醛含量低、微观结构符合常理的树脂。3．2降低游离甲醛含量的途径(1)低物质的量比(F/U)分批加入尿素通常胶合板生产使用ＵＦ树脂胶接剂Ｆ/U为:１.7－2.0。有争辩表明,当尿素与甲醛比从1:1．８降到1：1．３后，甲醛释放量会降低２/３。ＵF树脂的合成反应主要由加成反应和缩聚反应两部分所组成。两个反应是先加成后缩聚,但又无显著的界限，受反应条件影响只是在弱碱性条件下加成反应占优势，在弱酸性介质中缩聚反应进行的较顺当。具体发生的化学反应主要如下：在碱性条件下的反应是生成以羟甲基脲的反应,在特殊条件下,甲醛过量时,也可生成三羟基脲和四羟基脲。在酸性条件下的反应是先羟甲基和氨基,后羟甲基和羟甲基之间的缩合反应。这种缩合反应使分子增长，生成含有羟甲基的低聚物，将这种低聚物作为胶粘剂使用。并且胶粘剂的固化是在酸性条件下进行的,树脂进一步缩合形成立体构造的巨大分子。在反应的初期，甲醛过量有利于生成二羟甲基脲，对增加树脂的胶联度有较大的作用。(2)加入复合改性剂通常ＵF树脂的F／Ｕ物质的量比降低时,会同时带来以下一些问题：树脂胶粘性能下降、树脂的储存期缩短、树脂的水溶性降低、树脂的初粘性下降等。未解决这样一些问题,在树脂合成时要添加各种改性剂。据报道,复合改性剂有ＰＱ复合添加剂、聚乙烯醇(PＶＣ）和木质素磺酸盐类等。改性剂加入后与在缩聚阶段产生的羟甲基碳正离子进行缩醛化反应,其作用是把握树脂的胶联度，不断与反应过程中游离出的甲醛进行反应。(3)对体系微观过程和体系的动力学争辩应用脲醛树脂胶体理论,从主要影响因素入手,通过大量试验,研制低游离甲醛含量的脲醛树脂。实践证明,为改善树脂的微观结构，适当降低缩聚阶段的ＰH值，有利于加快缩聚反应速度和削减反应体系的羟甲基的相对含量，从而削减了在微观结构上形成二甲基醚或醚结构的几率。国内也有对反应釜内流体动力学争辩的报道。搅拌过程是一产生流体简单动力学的过程,其中很可能存在着非线性浑浊现象。搅拌的关键作用是尽可能使反应釜内的流体流淌处于完全混合的状态，这样充分搅拌就能削减反应器内温度和浓度梯度,这与胶的合成缩聚过程的条件相匹配,所以充分搅拌是必要的。制胶过程涉及到简单的工艺和设备的优化问题，如在工业生产里,往往应用了很成功的小试成果，但总达不到小试的效果，这在很大程度上是由于工业设备放大过程中，只留意了机理过程的相像性,而没有最大限度地考虑达到相同机理所应具备的条件和环境应当相同或相像。人们又往往忽视掉最重要的一条:动力学特征的相像性,即设备放大前后,其动力学特征应尽可能的保持不变。当前，在这方面的工作正在进行着。3．３腐植酸改性脲醛(HUF)树脂的合成本设计工艺先加入尿素、甲醛摩尔比为1:1．６生成尿醛树脂,之后将腐植酸(HＡ)进行羟甲基化改性然后依据ｍ（HＡ羟甲基化溶液)：ｍ脲醛树脂(ＵF)Ｉ=I：4比例将两者混合均匀,制得腐植酸一脲醛树脂(HUＦ)。3.４.1加成反应阶段各工艺参数变化对改性脲醛树脂的影响（1)PH改性脲醛树脂的影响脲醛树脂的形成机理表明,加成产物除受尿素与甲醛摩尔比的影响外,还受反应介质pＨ的影响．反应介质的ｐＨ为7.5以上时,很少发生缩聚反应,但加成反应在此四周开头,且反应速度随ｐＨ的上升而加快,当ｐH达到11~1３时,一羟甲脲与二羟甲脲的形成极慢,这样就会导致羟甲基化不完全,游离甲醛含量上升,树脂的其他性能直线下降。因此加成反应阶段的ｐH选择8.0,9．０和10．0,其他工艺条件不变,由试验结果可知,pH变化对改性脲醛树脂的黏度变化影响不大;固化时间随pH的降低而降低,并且当ｐH从10降到9时,固化时间的变化较大。游离甲醛含量随ｐＨ的降低而上升,羟甲基含量、储存期随pH的降低而上升。胶合强度及甲醛释放量随pH的降低而降低,预压性能随pH的降低而慢慢的变好。因此加成反应阶段降低ｐH有利于提高改性脲醛树脂的各项性能。（2）反应温度改性脲醛树脂的影响在其他工艺条件相同时,加成反应温度比较高有利于羟甲基化的完全反应。由表3－4可知,反应温度在８5℃时改性脲醛树脂的黏度增加较快,表明低温条件下进行加成反应对提高黏度有利。反应温度越低，改性脲醛树脂的固化速度越快，树脂中的游离甲醛和羟甲基含量随反应温度的降低而上升,改性脲醛树脂的储存期随反应温度的降低而缩短。加成反应温度对胶合强度的影响较小,预压性能随加成反应温度的下降而下降,甲醛释放量随加成反应温度的降低而略有上升。综合而言,上升加成反应温度有利于提高改性脲醛树脂的综合性能，最终选择为８5℃。(３)反应时间改性脲醛树脂的影响在其他工艺条件不变时,反应时间对改性脲醛树脂各项性能的影响不有着非常明显的规律性。相比较而言,适中的反应时间对改性脲醛树脂的合成有利。本设计接受连续操作。3.４.2缩聚反应阶段各工艺参数的变化对改性脲醛树脂的影响（１)ｐH改性脲醛树脂的影响缩聚反应阶段的pＨ把握被认为是脲醛树脂合成的重要的条件。在酸性条件下,一羟甲脲和二羟甲脲与尿素及甲醛进行缩聚反应，主要生成亚甲基键和少量醚键连接的低分子化合物,在pH较低的状况下，缩聚反应速度快,易生成不含羟甲基的聚次甲基脲不溶性沉淀,树脂的水溶性降低，游离甲醛含量增加,适用期缩短,缩聚反应不易把握。这些坏因在改性脲醛树脂的合成中同样存在。pH对固化时间、游离甲醛含量和羟甲基含量的影响无明显规律性。这可能是pH相对较高造成的（一般脲醛树脂缩聚反应的pH在4．5左右)。而粘度在pH为５.2时有较大的增长。pH对储存期的影响相当显著,pH较高有利于储存期的延长;胶合强度随ｐH的降低而增大；预压性能在缩聚反应的整个ｐH范围内均较抱负。pH对甲醛释放量的影响相当显著,随着ｐH的降低甲醛释放量显而易见地下降。1２号试验的结果能解释为:较低的pH增加了反应速度及激烈程度,在缩聚过程中小分子生成较多,这是导致黏度、游离甲醛含量和羟甲基含量上升的缘由；以ＮH４Cl为固化剂时胶液体系中需含有肯定量的游离甲醛才能使胶液固化,而12号试验结果中游离甲醛含量相比来说较高,因此导致胶合强度上升,甲醛释放量下降。(２）反应温度改性脲醛树脂的影响较高或较低的反应温度,对黏度的影响都较大;改性脲醛树脂的固化时间随缩聚温度的降低而缩短；改性脲醛树脂的游离甲醛随反应温度的降低有降低的趋势;改性脲醛树脂的羟甲基含量随反应温度的降低而增加;高温或低温反应不利于储存期的延长和胶合强度的提高;反应温度越低则胶合板预压性能越差;另外,高温反应有利于降低甲醛释放量。(3）初摩尔比改性脲醛树脂的影响由于为了削减产品甲醛的排放量，本设计接受尿素过量甲醛不足摩尔比为１:1.6,有争辩表明,当尿素与甲醛比从1：1.8降到１：1.3后,甲醛释放量会降低２/3。３．5改性脲醛树脂合成工艺路线脲醛树脂合成接受弱碱——弱酸——弱碱工艺。主要反应:（1)加成反应(羟甲基化):甲醛与尿素首先生成一羟甲基脲和二羟甲基脲。（２)缩聚反应由于缩聚反应是逐步形成的,在脱水过程中,相邻羟甲基脲分子之间通过亚甲基键或二亚甲基醚键相连形成聚合物,所以工业生产脲醛树脂时，可以依据缩聚反应的深化程度来把握产物的相对分子质量。其水溶液随相对分子质量的凹凸表现为低黏度、高黏度、透亮     和浑浊的浆液。工业生产的脲醛树脂相对分子质量为数百至数千。３.6合成脲醛树脂树脂工艺脲醛树脂的生产分三个阶段,每个阶段具体工艺如下:加成反映→缩聚反应→蒸发→混合3．6．1反应阶段(1）加成反应阶段加成反应阶段,pH的降低对改性脲醛树脂各项性能的提高是有利的;上升加成反应温度对改性脲醛树脂综合性能的提高有较好的影响;选择适中的加成反应时间有利于提高改性脲醛树脂的综合性能;(2）缩聚反应阶段缩聚反应阶段,pＨ的降低除不利于储存期的延长外,对改性脲醛树脂其他性能的提高均有较好的影响;缩聚温度不宜过高或过低，否则不利于改性脲醛树脂综合性能的提高；此外，初摩尔比的变化能明显地影响储存期，初摩尔比越高储存期越长;甲醛释放量有随初摩尔比降低而呈上升的趋势。3．6．2脱水阶段将反应釜中的溶液送到蒸发器中脱水,使产品的固含量达到品质衡量准则。3.６.３混合阶段将１／５×30０00×1０0０/8００0＝75０Ｋｇ/h的经过羟甲基的的腐植酸加入生成尿醛树脂混合均匀,即能够获得腐植酸尿醛树脂。第四章工艺计算4.1原始数据及所需技术资料年产30０0０吨腐植酸改性脲醛树脂工艺设计计算的基础数据年产量3万t；年开工时间8000h；单体总转化率≥99．５%；原料甲醛溶液浓度３0%，釜中甲醛浓度２５%;纯水温度≤10℃;聚合釜平均温度８5℃;聚合系统压力≤0．44ＭＰａ；计量罐压力≤０.1MＰa,泵压≤０.８ＭPａ。设计选用配方：单体2５%；水约75%。产品为７５%的腐殖酸改性脲醛树脂溶液全装置总损耗２．３％，总收率97.7％。损耗安排如下:包装损失：0.１%除尘损失:２．０％计算基准连续反应操作的流程以ｋｇ/h为基准。4.2.物料衡算衡算公式:进料量＝出料量+损失量计算基准定为千克/小时(Ｋg/ｈ）产量Wh=３０00０×10０0×４／(80０0×０.977×５)＝3070.6２4Kg/h主要的组成原材料投料量甲醛投料量＝3070.62４/１02×３0×2=18０6.249Kg／ｈ尿素投料量=１80６．2４9/（30×1.6)×60＝2257．86８Ｋg／h工业甲醛为30%甲醛溶液,所以甲醛溶液投料量=1８０6.24９／3０%＝6020.9８０Kg／h４．2.１对反映釜进行物料衡算:在反应过程中，甲酸和NａＯH只是调整反映体系的pH值,其本身并不参与反应，所以进料和出料平衡,在衡算过程中可以省去。则此时的进料就为工业甲醛和尿素。进料量=工业甲醛+尿素＝６020.98０+２25７.8６8=8278．７５８Kg/ｈ依据化学计量式有和甲醛反应的尿素量=18０6.２49/60×6０＝1806．2４9Ｋg/h未反应的尿素量=２257．86８–1８06.24９=451．5７4Kｇ/ｈ甲醛，尿素反应生成的脲醛树脂量=180６．249×１０2／６0=307０.6２３Kg/h甲醛,尿素反应生成的水量=１8０6.24９×１８／60=5４1.875Ｋg/h系统中的水＝５41.875+6０20.980×6３%＝47５6．5６1Kg／ｈ出料量=脲醛树脂＋水＋未反应的物料量＝30７０.6２3+4７５６.561＋4５1．57４＝8２78.7５８Kg/h进料量=出料量=8２７８．75８Ｋg/h所以反映釜物料平衡4．２．２对蒸发器做物料衡算：进料量=８２78.7５8Ｋｇ/h蒸发出的水=82７8．758—30７0.623／0.７5=４１84.５９4Kg/ｈ产品=３07０.623／０.７5=409４.16４Ｋg／h出料量=产品+蒸发出的水＝4１8４.594＋4０9４．164＝８278.758Kｇ/h进料量=出料量所以蒸发器物料平衡４．2．3对总系统做物料平衡计算进料量＝６020.９80+2257.8６8＝8278.7５8Kg/h出料量=４094.１64+418４．59４＝8278.７58Kg/ｈ总物料平衡，所以总系统物料平衡。物料平衡表物料名称数据(Kg／h)纯洁甲醛1806．249工业甲醛6020．９80尿素2257．8６8系统中水4７５6．５６1产品４094.１６4第五章设备工艺计算及其选型５．1搅拌反应釜的设计连续反应操作,先对反应釜做物料和热量衡算物料衡算：连续反应操作,接受六釜并联操作每釜主要的组成原材料投料量尿素投料量＝2２5７.8６8／6=3７6．3１1Kg／ｈ甲醛投料量=18０6．249／6=３0１.0４2Kg/h工业甲醛投料量=301.04２／30%=100３.４72Kg／h对反映釜进行物料衡算:在反应过程中，甲酸和NaOH只是调整反映体系的pH值,其本身并不参与反应,所以进料和出料平衡，在衡算过程中可以省去。则此时的进料就为工业甲醛,和尿素。进料量=工业甲醛+尿素=1003.４7２＋３7６．3１1＝13７9.783Kg/h依据化学计量式有脲醛树脂的生成量=３01.042／60×1０2=51１.77１Kｇ/h反应的尿素量=30１．０4２×60／60＝３０1．0４2Ｋg/ｈ未反应的尿素量=3７6.31１—301．04２=75.２６９Kｇ/h反应生成的水量=301.0４2×１8/60=90．３１3Ｋg／ｈ系统中的水＝９0.3１3+100３.４7２×７０%＝792．７４３Kg／h出料量=聚合混合物+水＋未反应的物料量=792.7４３+51１.7７1＋75.2６9=1379.７83Kｇ/h进料量=出料量＝１379．783Kg/h所以反映釜物料平衡热量衡算:(１）计算依据及基准Q物料带入+Q热负荷＝Q物料带出+Ｑ热损失化学热量衡算一般方程式Q1+Q2＋Q3＝Q4＋Ｑ5+Q６其中:Q1所处理的物料带入设备的热量;Ｑ2换热剂与设备和物料传递的热量（符号

  加热剂加入热量为“＋”，冷却剂吸取热量为“-”);Ｑ3化学反应热（符号规定过程放热为“＋”,过程吸热为“-”)；Q4离开设备物料带走的热量;Q５设备消耗热量;Q6设备向四周散失的热量，又称热损失。(2)热量衡算由于各股物料都是在常温下加入,所以Q1=0反应热的计算：Q3其中用到化学键键能:Ｎ-H：389KＪ/molＣ=O:７２８KJ/ｍoｌC-Ｏ:326KJ/ｍolC－N：3０5ＫＪ／ｍolO-H:4６4KＪ／molⅠ此反应断裂:N-HC=O中的C-O合成Ｃ-NO-H断键需要的能量1ｍoｌ×389KJ／mol×2＋2mol×(72８－３2６)=1582KＪ合成键释放的能量１mol×２×3０5+1mol×２×46４＝１53８KJ△H=1538-1５8２=-44ＫJ/moｌQⅠ=1８0６．24９/６０×(－44)=-1３２4.５8KJⅡ此反应断裂:N－HC-O合成C-Ｎ断键需要的能量1mｏｌ×3８9ＫJ／ｍoｌ+１mol×３２6KJ／ｍol=715KJ合成键释放的能量１mol×３０5×ＫＪ/ｍol×２＝610ＫＪ合成聚合单体：△H=6１0－７15＝－105ＫJ／moｌQⅡ=1806.249/60×(-１05）＝-3１60.936KＪ所以Ｑ3＝QⅠ+ＱⅡ=-１3２4．58+(－3１60．9３６）=－4485.516ＫＪ依据化学反应式求得的化学反应热较小,在衡算过程中可以忽视即Q３=０求Q４可按公式Q4=ﻩ先求平均=1８0６.249／8278.848×1．18+２257．8６８/827８.8４8×1.55＋421４．7３1827８．484×4.２=２.81８KJ/Kg℃Ｑ4=＝２.81８×８278.84８×(85—１0)=1.７5×1０6KJ由后面的设备计算知设备的质量是4４6.5０８KｇQ5=ＣＭ△ｔ=0．5×44６.50８×（８5—１０)=１.67４×10４KＪ热损失取总热量的3%由于Ｑ１＋Q２＋Ｑ３=Ｑ4+Q5+Ｑ6Q1=0Q3＝0Q4＝１．75×1０6ＫJＱ5=１.674×１０４KJQ６=3％（Q1＋Q2＋Q3)Q２＝Q4＋Q5+３%（Q1+Ｑ2+Q3)即Q２=Q4+Q5＋0.0３Ｑ2代入数据解得Q２=1.822×１０6KJ所以，总热量Ｑ总=Q２＝1.8２２×１06KＪKＪ5.1.3材料选择由于在反应过程中有腐蚀性物质的加入，所以材料应选用耐腐蚀材料。对该反应器选用镍铬不锈钢,钢板标准为GB４２３7。在100℃下的许用应力为1１４Mｐa。5.1．4釜体的设计计算反应釜体积V==323.１９６/14７8.761×８１5＋587.６29/14７8.761×１33５+１7．6２９/１4７８．761×15９８+5５０.3０７/1４７８.761×１0０0=178.125＋５30．５01+１9．06０+372.141=109９.８27Kｇ/m3Ｖ=＝＝１．３４５m3装料系数Φ＝0.7反应釜体积Vt＝Ｖ/Φ=1.345／０.７=１.9２1ｍ３依据GＢ9８45—１9８8〈钢制机械搅拌容器〉圆整取Vt=2.0ｍ3反应釜高H＝１５0０ｍm反应釜内径D＝1２00mm该反应设计压力为1.０1×１05Ｐa设计温度为90℃。所以容器壁厚δd＝PDｉ/(2[σ]ｔΦ-Ｐ）+C=１.0１×1200/２×114×１－1.０１＋0.8＝6.1４mｍ公式中[σ］t=1１４MpaΦ＝1C=0.8对壁厚圆整取δｄ=１０ｍｍ反应釜的质量Ｗ=∏DHδｄρ＝3.１4×1．2×1.５×0.０1×79００＝446.５0８Kg５.1.５封头的设计选型上封头选择上封头选取标准椭圆形封头。具体参数如下:封头内径DN=1200mｍ(GB90１９—88)封头高度ｈ＝0.２5D=0．25×120０=3００mm封头侧面积＝1．083D2=１．０83×1.2２=1．５6ｍ2封头体积=0.131D3=0.１3１×１.23=0．2３m3封头直边高度h2=4０ｍｍ曲面高度h1=35０mｍ封头厚度δ=１5ｍm下封头选择由于反应体系属于高黏度流体,为使流体能顺当快速的流出反应釜,所以下封头选用90度锥形封头。具体参数如下：封头内径DN=120０mm封头高度h=0.5D=0.５×１2０0=60０ｍｍ封头侧面积＝１．１1D2=1.1１×1.22＝2.18ｍ２封头体积=0．1309D3=0．1309×１.23=0．23ｍ35.1.6封头与釜体的连接形式封头与釜体的连接形式选用平面法兰连接。具体参数如下：内径DＮ=１200ｍmD=1３３０mmD２＝1290mｍD３=１241ｍmδ＝４６mmd=2３mｍ螺柱M2０数量取４0个。非金属软垫片D５=1２４0ｍmｄ5=１200ｍm5．1.7支座形式支座选用耳式Ｂ型带垫板支座。选用标准为JB/T47２—92。具体参数如下:材料为Ｑ235—A•F,垫板材料为0Cr1８Ｎｉ9。耳座用4个，厚度δ=１2mｍ５.1.8反应釜的液位最高液位反应液体积VR＝1．３13m3下封头体积V头=0.2５5m３下封头高度ｈ＝６７５mm在釜体中的实际反应液体积V1=1.３１3—0.２5５=1.0５8m３Ｈ1=Ｖ１×4/∏D2所以Ｈ１=１．0５８×４/∏D2=1．0５8×４/（３.１4×1．22）=９３4mm所以,最高液位Ｈ=Ｈ1+ｈ＝934+６７5=1５３4mm(2)最低液位最低液位H=1/3D＝1／3×１２０0=40０mｍ5.1.9搅拌装置的设计5.1.９.１搅拌浆设计由于被搅拌流体黏度很高,且搅拌的作用是要将物料充分混合，所以搅拌浆叶的形式选为螺带式搅拌浆。其具体设计参数如下:Z＝１搅拌浆直径d=0.９5D=0．95×1200＝11４0ｍm螺距S=ｄb/d=1/1０搅拌浆高度Ｈｍ=d+h=1140＋６75＝1８15mm搅拌转速n=１０r／miｎ搅拌器底部与反应釜底部的距离C=０.０１d=1１.４mｍ５.1.9．２搅拌轴设计(1)搅拌轴材料选为1Ｃｒ１８Ni9，其［Τ]=1５—25MＰa取２0MPa许用应力变化系数A=13.4—１1.３,取Ａ＝12搅拌轴直径圆整去d＝６5ｍm(２)搅拌功率计算搅拌轴功率依据诺谟图进行简捷计算：搅拌反应器容积V=2＋０.255＋0.255=２.51０m3=251０L反应液黏度定为0.26ｐa.ｓ,密度ρ=１2９0Kg/ｍ３,搅拌形式为螺旋式缓和搅拌依据诺谟图可知轴功率Pa=１.5hp=１.5×735.４9９W=1.1ＫW搅拌轴密封选用机械密封所以轴密封消耗功率为Ｐm=１2%Pa=1.１×0.12=1．32Ｗ所以，搅拌器电机消耗功率为P＝Pａ+Pm／0.9=1.1+0．1３2／0.8=１．36KW式中传动效率内为０.95.1.1０传动装置设计(１)减速机选用摆线针齿行星减速机型号为Ｘ３1(２）电动机选用V1型—立式机座，不带底脚，端盖上有凸缘。电动机功率Ｎa=１.３６ＫW（依据诺谟图求得)所以电动机型号选Y9０Ｌ—2型(3)连轴器选用凸缘连轴器（4)机座选用J—A型机座。主要参数如下:Ｄ１＝400mｍD2=360mmＤ３=３２０mmD4=４35mｍＤ5=400mmＤ6=3２５mmＨ=540mｍH1＝２6０ｍmｂ１=22mmb2＝２2mｍf１=5mmf2=6mｍｎ1=8ｄ1=1８n2=８d2=18S=１２(5)动轴选用ＡSＣ型,主要参数如下:ｄ=6５mｍd1=45mmｄ２=５5ｍmL=480mｍ5.1.1１反应器上的接管及尺寸5．1.11.１液体进料管液体进料的进料时间定为10ｍin。流体流速为２ｍ／s,流体为40%甲醛。进料体积V=m甲/ρ甲=6０20.980/815＝5.727m３／h体积流量ＶS＝V／ｔ=5.7２7/３６00=０.００２0５ｍ３／ｓ进料管内径==36.１5ｍm圆整取d=Φ45×2.55.１.12．2出料管反应产物出料时间定为１０min,且物料为高黏度流体,取u＝1m/s出料体积V=m/ρ=8278.９8５/1０５１.039=７．8７5m3/h体积流量VS＝V／ｔ=７.875／３6００=0.0０２１9ｍ３/s出料管内径ｄ===52．85mm圆整取d=Φ６８×3进出料管都选用一般无缝钢管5．２蒸发器单效蒸发器５．2.１原料液流量已知:(１)Ｆ＝８278．958kg／ｈ温度为1０0Ｃ(2)原来液组成０.7完成液组成0.8(3）蒸发器中溶液的沸点1０2．8０C（4）加热蒸汽的确定压强为450ｋPa,蒸发室的确定压强为20ｋＰａ(５)蒸发器的平均中传热系数为12０0W／（m2.OＣ)热损失可以忽视计算：(1)蒸发量Ｗ=F（１-ｘ０/x1）=82７8．９８５×(１-0.7/0.8)＝103４．8ｋj/kg（2）加热蒸汽消耗量DH＋Fhｏ=WＨ’+（F-Ｗ）h1＋Dhw有附录查得压强为4４0kPａ时饱和蒸汽的参数为温度T=１４7.７ＯC蒸汽焓H＝274７.8ｋJ／kg液体焓hｗ=622.４２ｋJ／kg有附录查得压强为20kPａ时饱和蒸汽的参数为温度T=60.１ＯＣ蒸汽焓Ｈ=2６０6.4kJ/kg原料液的焓h03７6kJ/kg完成液ｈ1６86ｋJ/ｋｇ将已知代入焓衡算式:2７47．８Ｄ+827８.9５8×37６=1０３4.８×2６06.4+(8２78.958-１034．8）×6８６+6２2.42ＤD＝２3２7０kg/ｈＱ=D(Ｈ－hw)=２3２７０×(2747．8-622.42)=4.95×107kｊ/h(3)蒸发器传热面积△ｔ＝147.７－102.8＝4４.９oＣ为了平安,取S=1．2×９1７.9=１1０0m2(4)加热室选用直径为300mｍ×４．5mm长为１0m的无缝管为加热管管数:加热管按正三角形排列，取管中心距为１00ｍm求管束中心线计算加热室内径,即Di=t(ｎc-1)+2b’b’=1.5do故Dｉ=1０0(1２-1）＋２×1.5×300=２000mm取Di＝２０00mm5.３泵的选择5.３.1输送甲醛的泵基本数据:该泵主要输送甲醛溶液,输送温度t=25℃。溶液组成37%甲醛,６３%水，密度ρ=８15Kｇ/ｍ３,黏度=2.３３mpas,无腐蚀性。正常流量VS=1003.４7６/815＝１.231ｍ3／h泵工作的环境和温度为２5℃,选泵时流量定为1.23１×１.2=1.477m3/ｈ所以依据化工工艺

  选泵:屏蔽泵Ｂ流量0.1—4０0ｍ3／h扬程1０—2４0ｍ温度-70—3８０５.3.2输送成品泵反应液黏度定为０．２6ｐａ.s，密度ρ=１29０Ｋg/ｍ3体积流量VS=V/t=６８2.3６１/1290＝0.5290m3/h屏蔽泵B流量０.１—400m3／h扬程10—240ｍ温度-７0—3８05．4换热器选型由工艺可知，本设计中用到换热器的地方只有反应釜上的回流冷凝器和工艺后期冷凝水的冷凝器。这两处对冷凝效果均没有特别的条件。反应釜上回流冷凝器最大的作用是将釜内的热蒸气冷凝,从而避开釜内压力过高。蒸发器后的冷凝器也只是将蒸发掉的水分冷凝回收。因此,本工艺中换热器可选择套管式换热器,冷凝液走管内,气体走管间。并且由于处理量较小,选用两程即可。5．5旋风分别器选型由于进料量小,所以直接选最小处理量的型号GLT／Ａ-3.０处理风量(ｍ3/ｈ）670-1０００第六章设备一览表编号设备名称规格数量材料R-1０1反应釜内径12００高度150０1不锈钢H-1０1H-1０2Ｈ-1０３冷凝器公称直径４00管程数2管子总根数１64管径１9列管长度２０0０3碳钢Ｐ-10１Ｐ-１0２P－103P－1０4离心泵屏蔽泵B流量0.1—４０0m3/h扬程1０—24０ｍ温度－７0—38０4P-１05线V-１01甲醛储罐VN=5m3,ＤN＝18０0mｍ,Ｈ=２０00ｍｍ１V-１０２尿素储罐VＮ=2m3,DＮ=14０0mm,Ｈ=14０0mｍ1V-10４甲醛高位计量槽ＶN=2m3，DN=12００ｍm,H=1800mmV105缓冲槽VN=２ｍ3,DN＝1200mｍ,H=1800mm1不锈钢Ｖ－10６贮罐VN＝６m3,ＤN＝20０0mｍ,H=2００0mｍ1Ｒ－102蒸发器８１mｍ×９ｍｍ循环管３８ｍm×3mm加热室分别室Ｄｉ=0.13m1S-10１旋风分别器型号GLT／A－3．0处理风量(m3／h)6７０-１0０0１第七章设计小结7.1小结经过一个月的设计，已基本完成了设计任务,成果为1张流程图纸,一份说明书。通过这次设计,深化把握了查阅文献资料,搜集数据,处理各方面资料，计算数据及编写文件的技能。同时，初步了解了精细化工厂设计的基本过程,方法步骤及设计文件构成内容,培育科学的工作态度、工作方法即思路清楚,循序渐进，即全面又有重点,提高了独立思考,科学分析问题的力量。是一次理论运用于实践的全面实习。课程设计是自己对所学学问的一次复习,一次综合的运用，在复习中提高,在运用中积累阅历,实质是融会贯穿,丰富阅历，充实了大脑,增加了自信,是进入毕业设计工作前的一次演习。7.2附图:工艺流程图第七章设计小结7．１小结经过一个月的设计,已基本完成了设计任务,成果为１张流程图纸,一份说明书。通过这次设计，深化把握了查阅文献资料，搜集数据,处理各方面资料,计算数据及编写文件的技能。同时,初步了解了精细化工厂设计的基本过程,方法步骤及设计文件构成内容，培育科学的工作态度、工作方法即思路清楚,循序渐进,即全面又有重点,提高了独立思考，科学分析问题的力量。是一次理论运用于实践的全面实习。课程设计是自己对所学学问的一次复习,一次综合的运用，在复习中提高,在运用中积累阅历，实质是融会贯穿,丰富阅历，充实了大脑,增加了自信,是进入毕业设计工作前的一次演习。７．２附图:工艺流程图

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