年產400噸鹽酸氨基脲車間工藝設計畢業(yè)論文.doc

目 錄摘 要- 3 -abstract- 4 -前 言- 7 -第一章 總論- 8 -1.1 鹽酸氨基脲產品概述- 8 -1.2 鹽酸氨基脲市場特點分析- 9 -1.3 國內市場發(fā)展趨勢- 9 -1.4 設計原則- 10 -1.5 工藝特點- 10 -第二章 工藝路線的選擇和簡述- 11 -2.1工藝流程和生產原理- 11 -2.1.1生產原理- 11 -2.1.2縮合反應工段流程- 11 -2.1.3成鹽反應工段流程- 11 -2.1.4精制反應工段流程- 12 -2.2 工藝流程簡圖及工藝指標- 12 -2.2.1縮合反應工段流程簡圖- 12 -2.2.2成鹽反應工段流程簡圖及工藝指標- 13 -2.2.3精制反應工段流程簡圖及工藝指標- 13 -第三章 鹽酸氨基脲的生產工藝計算- 15 -3.1 物料衡算- 15 -3.1.1 物料衡算說明- 15 -3.1.2 鹽酸氨基脲物料衡算- 15 -3.1.3 物料平衡- 16 -3.1.3.2 車間總物料平衡- 17 -3.1.3.3 鹽酸氨基脲產品線物料收支表- 19 -3.2 能量衡算- 19 -3.2.1縮合反應過程的熱量衡算- 20 -3.2.1.1物料帶入到設備的熱量- 21 -3.2.1.2物料離開設備所帶走的熱量- 21 -3.2.1.3化學反應熱- 22 - 3.2.1.4設備向環(huán)境散失的熱量- 22 -3.2.1.5加熱劑傳給設備的熱量- 23 -3.2.1.6反應釜工段能量衡算一覽表- 24 -3.2.2 成鹽反應過程的熱量衡算- 25 -3.2.2.1 成鹽反應釜能量流程簡圖- 25 -3.2.2.2 物料帶入到設備的熱量- 25 -3.2.2.3 物料離開設備所帶走的熱量- 26 -3.2.2.4 加熱劑傳給設備的熱量- 26 -3.2.2.5 反應釜工段能量衡算一覽表- 27 -3.2.3.1 物料帶入到設備的熱量- 28 -3.2.3.2 物料離開設備所帶走的熱量- 28 -3.2.3.3 設備向環(huán)境散失的熱量- 29 -3.2.3.4 反應釜工段能量衡算一覽表- 30 -3.2.3 能量衡算過程及衡算結果- 31 -3.2.3.1縮合反應熱量：- 31 -3.2.3.2成鹽反應- 32 -第四章 設備設計及選型- 33 -4.1 主要設備簡介及選型過程- 33 -4.1.1 fb型耐腐蝕泵- 33 -4.1.2 lgz立式刮刀卸料全自動離心- 34 -4.1.3 水環(huán)真空泵- 35 -4.1.4 szg型雙錐回轉真空干燥機- 35 -4.1.5 循環(huán)水泵- 36 -4.1.6 冷凍機- 36 -4.2 設備選型一覽表- 38 -4.2.1 物料輸送設備- 38 -4.2.2 儲罐設備選型- 38 -4.2.3 換熱設備設備- 39 -4.2.4 分離設備設備- 39 -4.2.5 傳質設備設備- 40 -4.2.6 化學反應器設備選型- 40 -4.2.7 廢酸池- 41 -4.3 塔設備設計結果- 41 -4.3.1 工藝設計- 41 -4.3.2 機械設計- 42 -第五章 車間布置設計- 43 -5.1 設計依據- 43 -5.2 布置原則- 43 -5.2.1 精制工段- 43 -5.2.2 成鹽工段- 44 -5.2.3 縮合工段- 45 -第六章 項目主要污染物和污染物處理- 47 -6.1 鹽酸氨基脲工藝廢酸鹽酸- 47 -6.2 鹽酸氨基脲工藝廢氣氨氣- 48 -6.3 廢水污染防治措施- 48 -6.4 固體廢物處理- 49 -6.5 噪聲污染防治措施- 49 -致 謝- 50 -參考文獻- 51 -附 錄- 52 -1.工藝流程簡圖- 52 -2.縮合工段工藝流程圖- 53 -3.成鹽工段流程圖：- 53 -4.打漿工段流程圖：- 54 -前 言 作為生產鹽酸氨基脲主要原料水合肼，近年來由于其下游產品發(fā)展迅速，其需求量快速增加，且市場價格持續(xù)走高，國內一直大量進口水合肼。用水合肼、尿素和鹽酸合成鹽酸氨基脲的工藝路線簡單，原料易得，生產過程也易操作控制，所以本次研究主要考察尿素一水合肼法制備鹽酸氨基脲的合成工藝條件，以提高水合肼的轉化率。為此，作者力求能運用所學知識并結合生產實習中的實踐情況，為環(huán)保事業(yè)貢獻自己的一份微薄之力。 因本人能力有限，故在設計中在所難免的有一些錯誤。望讀者給與指正，本人萬分感激。 第一章 總論1.1 鹽酸氨基脲產品概述1.1.1 產品介紹鹽酸氨基脲基本性質中文名稱鹽酸氨基脲英文名稱semicarbazide hydrochloride別 名鹽酸氨基脲分 子 式ch5n3o.hcl外觀與性狀白色結晶性粉末分 子 量111.53沸 點熔 點171-173溶解性易溶于水，不溶于無水乙醇和乙醚密 度穩(wěn)定性危險標記主要用途1.本品是醫(yī)藥工業(yè)原料，用以制取硝基呋喃類等藥物；2.用作測定酮、醛的試劑，色譜分析及分離激素的精油的溶劑；3.有機合成原料；4.也是農藥中間體； 鹽酸氨基脲是一種醫(yī)藥中間體，是重要的有機合成原料，用于制備熱敏記錄紙上的光色染料，也用于醫(yī)藥，農藥等有機合成的中間體，用于生產呋喃西林、呋喃妥因、腎上腺色腙（止血藥適用于因毛細血管損傷及通透性增加所致的出血，如鼻衄、視網膜出血、咯血、胃腸出血、血尿、痔瘡及子宮出血等。也用于血小板減少性紫癜） ，氫化潑尼松（激素類藥。作用于糖代謝，減輕肌體組織對損害性刺激所產生的病理反應。用于阿狄森氏病、活動性風濕病、類風濕性關節(jié)炎、紅斑性狠瘡等膠原性疾患，嚴重的支氣管哮喘、嚴重皮炎等過敏過敏性疾病，眼炎及急性白血病等，亦用于某些感染的綜合治療，本品也可作為某些抗癌藥物的輔助藥）、氫化可的松（等用于腎上腺功能不全所引起的疾病、類風濕性關節(jié)炎、風濕性發(fā)熱、痛風、支氣管哮喘等。用于過敏性皮炎、脂溢性皮炎、瘙癢癥等、也用于虹膜睫狀體炎、角膜炎、鞏膜炎、結膜炎，神經性皮炎，用于結核性腦膜炎、胸膜炎、關節(jié)炎、腱鞘炎、急慢性捩?zhèn)?、腱鞘勞損等）藥物。也用于測定醛、酮試劑。 鹽酸氨基脲是合成分子印跡聚合物的重要中間體。分子印跡技術是二十世紀七十年代發(fā)展起來的一種分子識別技術，是模仿自然界存在的分子識別作用機理，以目標分子為模板合成具有特殊分子識別功能的印跡聚合物的一種技術，因此它在很多領域，如色譜中對映體和異構體的分離，固相萃取，化學仿生傳感器，臨床藥物分析，膜分離技術等領域展現了良好的應用前景。1.1.2 產品用途（1）本品是醫(yī)藥工業(yè)原料，用以制取硝基呋哺類等藥物；（2）用作測定酮、醛的試劑，色譜分析及分離激素的精油的溶劑；（3）有機合成原料；用作分析試劑和色層分析試劑。（4）也是農藥中間體，用于制呋喃西林、硝基呋喃妥因等藥物。1.2 鹽酸氨基脲市場特點分析 依托多年對間氨基苯脲鹽酸鹽行業(yè)的研究經驗，結合間氨基苯脲鹽酸鹽行業(yè)歷年供需關系變化規(guī)律，對間氨基苯脲鹽酸鹽行業(yè)內的企業(yè)群體進行了深入的調查與研究。 報告在宏觀上分析了2010-2015世界間氨基苯脲鹽酸鹽行業(yè)整體以及部分地區(qū)的發(fā)展情況、中國間氨基苯脲鹽酸鹽行業(yè)的宏觀發(fā)展環(huán)境、中國間氨基苯脲鹽酸鹽行業(yè)整體發(fā)展現狀。報告在微觀上詳細的分析了2010-2015行業(yè)的產銷貿易情況及預測、區(qū)域發(fā)展情況及前景、行業(yè)具體經濟運行情況、市場競爭環(huán)境、重點企業(yè)發(fā)展情況、行業(yè)國際競爭力。在行業(yè)投資方面，報告從宏觀和微觀層面分析了行業(yè)的投資風險、闡述了行業(yè)投資風險的防范和對策、以及行業(yè)的投資策略。對于行業(yè)的未來發(fā)展趨勢，報告分析了行業(yè)的發(fā)展方向，并且采用了科學的方法預測了對行業(yè)2011-2015的產值、收入、利潤、資產情況。 近年來中國間氨基苯脲鹽酸鹽機行業(yè)取得了很大的發(fā)展，但是行業(yè)發(fā)展中也存在一些問題，和國外相比仍有很大的差距。中國制造業(yè)由于缺乏核心技術，貼牌生產仍然是“中國制造”普遍的生存模式。很多高端產品表面上市中國生產，其實核心技術都來自國外。為此，“十二五”明確指出必須堅持發(fā)揮市場基礎性作用與政府引導推動相結合，科技創(chuàng)新與實現產業(yè)化相結合，深化體制改革，以企業(yè)為主體，推進產學研結合，讓高端制造業(yè)成為國民經濟的先導產業(yè)和支柱產業(yè)。制造業(yè)的升級和轉型，對于間氨基苯脲鹽酸鹽行業(yè)有著深遠影響和重大意義。重點研究中國鹽酸氨基脲行業(yè)產品、企業(yè)、市場、產業(yè)鏈等四大方面的詳細情況。報告具體研究領域涵蓋產品價格行情、技術特點、原材料供應、消費群體、消費結構、市場容量、地區(qū)格局、品牌競爭、企業(yè)競爭、產業(yè)政策、發(fā)展前景等各個方面，是關注中國鹽酸氨基脲市場發(fā)展的企業(yè)和投資者必備的參考資料。1.3 國內市場發(fā)展趨勢 （1）鹽酸氨基脲下游市場需求對鹽酸氨基脲價格的變化起著重要的作用， 特別是制藥企業(yè)行業(yè)對鹽酸氨基脲價格變化影響較大。 （2）由于國內鹽酸氨基脲自給率較低，大量產品進口，因此國內鹽酸氨基脲價格在一定程度上受到國際鹽酸氨基脲價格的影響。 （3）從鹽酸氨基脲的產能增長情況與下游需求情況來分析，需求最旺、增長最快的市場為亞太地區(qū)，而亞太地區(qū)發(fā)展最快的市場集中在我國大陸。因此，我國大陸是未來幾年最具潛力的市場，而供應的增長也恰恰集中在該區(qū)域。1.4 設計原則 （1）認真貫徹落實國家有關基本建設的政策、法規(guī)，合理安排建設周期，嚴格控制工程建設項目的生產規(guī)模和投資； （2）嚴格遵循現行消防、安全、衛(wèi)生、勞動保護等有關規(guī)定、規(guī)范，保障生產安全順利進行和操作人員的衛(wèi)生安全； （3）產品生產和質量指標符合國家及地方頒發(fā)的各項相關標準； （4）注重環(huán)境保護，設計中選用清潔生產工藝，在生產過程中減少“三廢”排放，同時采用行之有效的“三廢”治理措施，貫徹執(zhí)行“三廢”治理、“三同時”的原則； （5）堅持體現“社會經濟效益、環(huán)保效益和企業(yè)經濟效益并重”的原則，按照國民經濟和社會發(fā)展的長遠規(guī)劃，行業(yè)、地區(qū)的發(fā)展規(guī)劃，在項目調查、選擇中對項目進行詳細全面的論證。1.5 工藝特點 新建車間以水合肼和尿素為原料，于102情況下分三批次投入尿素，再回流保溫，經縮合而得氨基脲液，濾液加鹽酸成鹽，攪拌降溫至10(冷凍水)，離心，鹽酸母液回收套用。鹽酸氨基脲粗品加食用酒精打漿，離心，得到鹽酸氨基脲濕料，送雙錐烘干機干燥，包裝入庫成品，可獲得符合國家相關標準的產品。 本工藝的最大特點在于對廢酸廢氣的二次利用，工藝生產過程中有氨氣產生，成鹽過程中有廢鹽酸產生，在生產過程中，最大化的利用氨氣和鹽酸，生產具有商業(yè)價值的氯化銨，經實驗室試驗，效果良好。第二章 工藝路線的選擇和簡述2.1工藝流程和生產原理2.1.1生產原理 第一步：尿素與水合肼反應，在110以下生成氨基脲，反應方程式： 第二步：氨基脲與鹽酸反應生成鹽酸氨基脲，反應溫度控制在10以下。防止鹽酸揮發(fā)，造成反應不完全，在鹽酸過量的情況下氨基脲基本完全轉化，低溫使鹽酸氨基脲析出。反應方程式： 第三步：利用鹽酸氨基脲易溶于水，呈酸性，微溶于熱醇，不溶于無水乙醇和乙醚的性質，利用熱的酒精對初制的鹽酸氨基脲進行提純。2.1.2縮合反應工段流程 1.來自水合肼儲罐的99.9%的水合肼由泵打入計量罐再送至縮合反應釜；2.將軟化水按比例送入反應釜；3.冷凝器中的循環(huán)水打開，打開高溫蒸汽閥門，向反應釜夾套內通入高溫蒸汽，使水合肼回流一段時間，直至溫度達到102；4.經過一段時間（50min）恒溫回流后，把計量罐中的尿素送入反應釜內，開啟氨氣尾氣吸收裝置，保持溫度恒定在102，反應240min,直到有渾濁現象產生；5.將反應產物送入壓力過濾機，用水洗濾渣，濾渣收集集中外委處理。2.1.3成鹽反應工段流程 1.向反應釜夾套內通入冷卻水；2.將加壓過濾完的氨基脲溶液送入成鹽反應釜，打開攪拌槳，均勻攪拌，直到反應物（氨基脲）的溫度平衡(24)，停止通入冷卻水，換通冷凍水，向反應釜夾套內通入冷凍水（10），直至反應物溫度再次平衡；3.將稱量好的鹽酸緩慢注入反應釜，在攪拌漿作用下，鹽酸與氨基脲緩慢的反應生成鹽酸氨基脲，滴加鹽酸的時間控制在150min；4.鹽酸滴加完畢在反應60min，保持60min直到反應物完全析出；5.停止攪拌槳，將析出的產物送入離心機，得到白色晶體，廢液送至廢酸處理池。2.1.4精制反應工段流程 1.將成鹽反應制得的初制鹽酸氨基脲送入精制反應釜中；2.打開列管式換熱器的高溫蒸汽閥門和酒精閥門，將熱酒精注入精制反應釜，直到沒過物料的量為止；3.關閉列管式換熱器的高溫蒸汽閥門及酒精閥門；4.打開精制反應釜的攪拌槳，攪拌30min。5.將精制產物及廢液送入離心機；6.從離心機中出來的白色晶體送入雙錐真空干燥機中，廢液送入酒精緩沖罐中，等待精餾再利用。2.2 工藝流程簡圖及工藝指標2.2.1縮合反應工段流程簡圖如下圖所示，縮合工段工藝流程簡圖：水合肼及軟化水尿素高溫蒸汽入口高溫蒸汽出口反應產物及雜質壓力過濾機縮合反應釜濾液送至成鹽工段外委處理水合肼計量罐快速熔解槽廢氨氣送去吸收池縮合工藝流程簡圖反應釜內壓力 0.17mpa反應釜溫度 102氨基脲 66.7%攪拌槳轉速 30 r/min回流時間 50min尿素量 460kg水合肼 443kg反應時間 240min2.2.2成鹽反應工段流程簡圖及工藝指標如下圖所示，成鹽工段工藝流程簡圖：成鹽反應釜離心機上一工段濾液來自計量罐的鹽酸冷卻水入口冷凍水入口冷卻水出口冷凍水出口白色沉淀物及廢液廢液送去廢酸處理送至精制工段鹽酸計量罐圖成鹽工藝流程簡圖反應濾液溫度 10冷卻水溫度： 24冷凍水溫度： 10鹽酸滴加時間： 150min 鹽酸量： 1120kg氨氣量 162kg2.2.3精制反應工段流程簡圖及工藝指標如下圖所示，打漿工段工藝流程簡圖：打漿反應釜離心機雙錐真空干燥機殘夜酒精緩沖罐殘夜酒精反應釜精餾塔初制產物酒精入口精制產物及殘液酒精殘液酒精提純后的酒精精制產物包裝送入倉庫圖打漿工藝流程簡圖酒精溫度 50酒精量： 800kg鹽酸氨基脲濕料 818kg 鹽酸氨基脲成品 750kg 精制殘渣 15kg真空干燥損失酒精 3kg第三章 鹽酸氨基脲的生產工藝計算3.1 物料衡算3.1.1 物料衡算說明 （1）計算基準：t/a （2）如未特別說明，計算過程中涉及到的關于物料的組成及組分的要求，均按質量分數計，物料的流量的單位為kg/h。 （3）成鹽反應中除了預想中的鹽酸氨基脲與尿素發(fā)生縮合反應生成氨基脲外，也會伴隨著尿素自身的縮合反應，生成副產物縮二脲，鑒于主反應與副反應的轉化率都不會百分百，脲液中除氨基脲外還有未反應的尿素，在反應工段說明中有所提及，在水合肼與尿素反應過程中為了提高項目的經濟性，使水合肼充分反應，尿素應過量且分批加入，避免尿素短時間內局部過量引發(fā)副反應超標。未反應的尿素溶解在脲液中經過濾后進入結晶反應釜，尿素會與鹽酸反應生成氯化銨。當然，副反應雖然不可避免，但可以通過控制反應條件，降低副反應轉化率，使其處在可控范圍內。 （4）反應工藝指標：氨基脲的選擇性為66.3%，水合肼轉化率94.1% ，所以收率為62.3% 。3.1.2 鹽酸氨基脲物料衡算 按年產400t鹽酸氨基脲計，每年300個工作日，每天16h間歇生產，則每天生產1333kg計作1333kg/d，據此算出所需原料量。 (1）縮合反應：(2）成鹽反應：鹽酸鹽酸氨基脲氨基脲 鹽酸氨基脲產品：400000kg（300d16h）=83.33kg/h 純鹽酸氨基脲：83.3399%=82.5kg/h 氨基脲： 82.575g/mol111.5g/mol=55.49kg/h 純原料量：純水合肼：55.4950 g/mol75 g/mol =36.99kg/h 尿素：55.4960 g/mol75 g/mol =44.39kg/h 鹽酸：55.4936.5 g/mol75 g/mol =21.01kg/h年原料供應量 中間產物氨基脲：400t99%75 g/mol111.5 g/mol=266.37t 水合肼: 400t99%50 g/mol111.5 g/mol =177.58t 177.5880%=221.98t 尿素：400t99%60 g/mol111.5 g/mol =213.09t 213.09（0.6670.98）=326t 鹽酸：400t99%36.5 g/mol111.5 g/mol =129.63t 129.6331%=418.16t 伴隨兩個副反應： 副反應一:大約有52.09t尿素發(fā)生縮合反應 260g/mol 103g/mol 52.09t 年產縮二脲量：52.09t103(602)=44.71t 氨氣產生量：52.09t17（260）=7.38t 副反應二：大約有35.84t尿素與鹽酸反應60g/mol 53.52=107 g/mol35.84t 年產氯化銨量：35.84t10760=63.91t表3-5 原料產物明細項目原料供應量t/a規(guī)格純供應t/a理論需求t/a水合肼221.9880%188.81177.58尿素32698%319.48213.09鹽酸418.1631%132.73129.63產物縮二脲氨基脲266.37鹽酸氨基脲99%400選擇性66.6%轉化率94.1%3.1.3 物料平衡3.1.3.1 n元素平衡（1）原料中含氮量 水合肼中含氮量: 221.98t80%(2850)=99.45t 尿素中含氮量: 32698%(2860)=149.09t（2）產品中及損失的氮元素總量： 鹽酸氨基脲中含氮量： 400t99%(42 111.5)=149.17t 氨氣尾氣中含氮量： 71.08t（1417）=61.87t 濾渣（縮二脲）中含氮量：44.71t（42103）=18.23t 廢鹽酸母液（氯化銨）含氮量：63.91t（1453.5）=16.72t 酒精蒸餾殘液及真空泵廢水含氮量：1.88t物料流程簡圖：如圖3-2n元素平衡圖產品鹽酸氨基脲500t中含n149.17氨氣尾氣含n62.54濾渣(縮二脲)含n18.23原材料水合肼含n99.45廢鹽酸母液中含n16.72原材料尿素n149.09酒精蒸餾殘液中含n1.7825真空泵廢水中含n0.0975合計：248.54合計：248.54圖3-2 n元素平衡圖 單位：t/a 從上圖可清晰看出氮元素物流走向，氮元素含量并不會經過反應釜后減少，氮元素只不過改變了存在的形式而已，總量并沒有遞減或失去平衡。氮元素存在于生產全過程，廢酸母液、酒精蒸餾殘夜、真空泵廢水中均含有氮元素且含量不低，目標產品中氮元素含量只占到總量的60.01%，這充分表明該過程原子利用率不高，甚至可以說很低將近一半的氮元素流失，若該生產過程只生產一種目標產物即鹽酸氨基脲不是不行，以目前其市場行情不用擔心無利可圖，但這不符合綠色化學理念，沒有充分利用原材料。本方案將針對這一問題提出解決方案以提高氮元素的綜合利用率。3.1.3.2 車間總物料平衡（1）物料平衡對生產車間進行物料總平衡分析，涵蓋各生產工段，可得下表：表3-6 鹽酸氨基脲車間總物料平衡表 單位：t/a操作單元輸入輸出進入下一步排放循環(huán)名稱輸入量名稱輸出量名稱輸出量名稱輸出量縮合過濾水合肼221.98脲液438氨氣71.08尿素326濾渣44.53水8成鹽結晶、離心脲液438粗品423.46廢母液431.95鹽酸母液214.68鹽酸418.16精制（打漿）粗品423.46濕料173.52無組織排放乙醇(一)1.644酒精回收411.48食用酒精429.37殘液7.75干燥濕料433.79產品400廢水帶走32.43無組織排放乙醇（二）1.25產品400水合肼（2) 工藝流程示意簡圖真空高位槽氨氣71.80冷凝器縮合反應釜8水+221.98水合肼二級氨吸收裝置真空泵尿素326鹽酸418.16過濾器真空 濾渣(縮二脲)44.53高位槽脲液438食用酒精17.89成鹽反應釜酒精循環(huán)429.37母液套用214.68離心機粗品423.46地槽廢母液431.95打漿酒精回收411.48乙醇無組織排放1.644離心機產品400干燥機濕料433.79乙醇無組織排放1.25酒精回收剩余殘液7.75雙錐干燥機廢水帶走32.43圖3-3 鹽酸氨基脲工藝物料平衡圖 單位：t/a 該圖清晰顯示了整個流程的物流走向，是流程框圖的具體化，涵蓋生產過程的涉及物流的方方面面，對照此圖我們可以讀出大量的實用數據，這些數據粗略的反映了動態(tài)生產過程的質量平衡。3.1.3.3 鹽酸氨基脲產品線物料收支表(1）根據以上物料平衡進行綜合匯總分析可得下表：表3-7 物料收支表項目物料名稱規(guī)格質量流量kg/d年需求量t/a原料水合肼80%740221.98尿素98%1087326鹽酸31%1394418.16中間產物氨基脲-887.9266.37產品鹽酸氨基脲99%1333400(2）損失說明：考慮理論計算與實際生產的差距以上數據僅供參考,但該數據可近似反映實際生產情況可以采信。數表表明原材料到產品的收支平衡，元素遵守質量守恒定律。3.2 能量衡算基本數據碳的比熱容c：；氫的比熱容h：；氧的比熱容o： 氮的比熱容n：3.2.1縮合反應過程的熱量衡算縮合反應工段包括：5個縮合反應釜、2臺壓力過濾機、1個尿素速熔器對1個縮合反應釜進行熱量衡算，物料進出情況如圖3-4：縮合反應釜140尿素24純水24水合肼102蒸汽50水90混合物圖3-4縮合反應釜能量衡算（1個周期）鹽酸氨基脲生產為間歇式，反應過程不考慮消耗于提高設備本身溫度的熱量()，整個過程中能量情況參照表3-16（見后面）。 3.2.1.1物料帶入到設備的熱量由公式：計算比熱容得到： 同理計算出水的比熱容 。有前面物料平衡計算可知 ， 反應前的溫度為，反應后的溫度為。具體各物質能量參照：表3-8物料帶入到縮合反應釜中熱量表3-8 物料帶入到縮合反應釜中熱量24純水24水合肼140尿素進入物料的質量 kg26.4756.941098.64平均比熱容 （j/mol）3.3944.1372.817物料帶入熱量 kj2150.4475155.0674276.85物料帶入熱量 kj151486.07物料進入反應釜時由于物料本身自帶熱量，上表反應出進入物料基本熱力學參數。3.2.1.2物料離開設備所帶走的熱量與物料帶入能量計算方法一樣可得：。具體各物質能量參照：表3-9物料離開縮合反應釜所帶走的熱量（） 表 3-9 物料離開縮合反應釜所帶走的熱量（）水氨氣氨基脲尿素輸出溫度 80808080輸出質量 kg243.36233.34273.78375.44平均比熱容（j/mol）3.3944.9472.5562.817物料帶走熱量 kj66077.1192346.6355982.5384609.16物料帶走熱量 kj299015.44 物料進入反應釜后維持溫度在102，物料被加熱，反應完成后外界加入的熱量會被帶出如上表所示。3.2.1.3化學反應熱參與聚合反應的反應物的質量為：反應物質量：水合肼：756.94kg , 尿素：1098.64 kg生成物質量：氨氣：233.34kg ,水：243.36kg,氨基脲：273.78 kg反應中放熱：尿素：36136 kj ， 水合肼:29254.4 kj; 反應中吸熱：氨氣：8190.4 kj， 水：29085.6kj ，氨基脲：44211.2 kj總放出熱量：16092.8 kj具體各物質能量參照：表3-10化學反應熱表3-10 化學反應熱力學參數（）物質質量（kg）反應熱(kj/mol）能量（kj）尿素1098.64 505.3336316水合肼756.94194.1729254.4氨氣233.3453.768190.4水243.36193.4629085.6氨基脲273.78285.1644211.2放出能量16092.8kj 尿素與水合肼在102的條件下發(fā)生縮合反應，該反應是吸熱反應，由外界供熱，上表給出了參入反應的各個物質的熱力學參數。 3.2.1.4設備向環(huán)境散失的熱量 可按下式計算： 式中表示散熱面積，； 表示散熱系數，； 表示設備表溫，； 表示環(huán)境溫度，； 表示反應時間，h。；3.2.1.5加熱劑傳給設備的熱量 高溫蒸汽流量：50，進入溫度，出去溫度： 高溫蒸汽比熱容：有公式： kj具體各物質能量參照：表3-11蒸汽傳遞的熱量表3-11蒸汽傳遞的熱量（）進入溫度 離開溫度 流量 時間 h熱量 kj高溫蒸汽10250503518909 因尿素與水合肼是吸熱反應，且在溫度維持在102時達到最優(yōu)反應收率。熱量由外界供入，傳熱介質是蒸汽，上表反應了蒸汽進出反應釜是溫度和流量。壓力過濾機90混合物濾渣8080濾液壓力過濾機能量流程簡圖圖3-5壓力過濾機能量流程簡圖 經縮合反應后，過量的尿素未反應完，通過壓力機過濾，出去溶液中的固體，將濾液送入下一個工段。壓力過濾機中能量情況如表3-12表3-12 加壓過濾熱散失傳熱系數時間能量（kj）2851h109440濾渣(80)質量68642.06168kg濾液(80)質量206300.96246.77kg 自反應釜出來的脲液含有副產品縮二脲，若不將其除去會影響后續(xù)產品的質量，縮二脲以固體形式存在通過加壓過濾加快其過濾速率，上表反應了上述過程。3.2.1.6反應釜工段能量衡算一覽表表3-13 反應釜工段能量衡算一覽表工藝指標數值工藝指標數值物料帶入熱量151224.52環(huán)境散失熱加熱劑傳給熱量518909初始溫度反應熱效應16092.8反應后溫度物料帶走熱量419948.54進水溫度 反應釜中進出物料溫度帶入的熱量，發(fā)生化學反應的吸收的熱量，外界補充的熱量三股熱流達到平衡，經計算得出上表。3.2.2 成鹽反應過程的熱量衡算3.2.2.1 成鹽反應釜能量流程簡圖成鹽反應工段包括：5個成鹽反應釜,對1個成鹽反應釜進行熱量衡算，物料進出情況如圖6縮合反應釜25鹽酸溶液80濾液25冷卻水40冷卻水10鹽酸氨基脲溶液8冷卻水15冷卻水圖3-6成鹽反應工段能量流程簡圖成鹽反應過程需要用冷卻水及冷凍水降溫故此過程不考慮設備損失的熱量3.2.2.2 物料帶入到設備的熱量由公式： 反應前的溫度：濾液，鹽酸反應后的溫度：由公式：計算比熱容得到：濾液平均比熱容： 40%鹽酸： 水的比熱容： 具體各物質能量參照：表3-14物料帶入到成鹽反應釜中熱量（） 表3-14 物料帶入到成鹽反應釜的熱量（）濾液鹽酸溶液進入溫度 8019.2進入物料的質量 kg246.77753.34平均比熱容 （j/mol）3.8262.361物料帶入熱量 kj75530.75426870.32物料帶入熱量 kj118217.78 物料從過濾裝置以一定溫度進入成鹽反應釜會帶入熱量，基本參數經計算列表如上。3.2.2.3 物料離開設備所帶走的熱量與物料帶入能量計算方法一樣可得：kj 表3-15 離開成鹽反應釜所帶走的熱量（）鹽酸氨基脲與鹽酸溶液輸出溫度 10輸出質量 kg1000.104平均比熱容（j/kj）3.526物料帶走熱量 kj36203.773.2.2.4 加熱劑傳給設備的熱量值為正表示需要對設備進行加熱，負值為冷卻。即 需要冷卻。利用夾套通冷凝水冷卻。冷卻水常溫進水，出水溫度；水的比熱容 ；所需冷卻水的量 ；即每天需要的冷卻水量為。具體各物質能量參照：表16冷卻水冷凍水的熱量表3-16 冷卻水冷凍水的熱量（）進入溫度 離開溫度 流量 時間h熱量 kj冷卻水2440501.5945000冷凍水815501.515120003.2.2.5 反應釜工段能量衡算一覽表表3-17 反應釜工段能量衡算一覽表工藝指標數值工藝指標數值物料帶入熱量118217.78初始溫度加熱劑傳給熱量-2457000進水溫度（冷卻水）物料帶走熱量36203.77進水溫度（冷凍水）3.2.3 精制反應過程的熱量衡算24粗產品80乙醇溶液縮合反應釜30鹽酸氨基脲溶液圖 3-7精制反應過程中能量流程簡圖3.2.3.1 物料帶入到設備的熱量由公式：計算比熱容得到：乙醇 鹽酸氨基脲 乙醇質量 鹽酸氨基脲質量由得 表3-18 物料帶入到精制反應釜的熱量（）80乙醇溶液24粗產品進入物料的質量 kg246.77753.34平均比熱容 （j/kg）2.4122.233物料帶入熱量 kj47617.7440372.4物料帶入熱量 kj87989.143.2.3.2 物料離開設備所帶走的熱量與物料帶入能量計算方法一樣可得：表3-19 物料離開精制反應釜所帶走的熱量（）鹽酸氨基脲與乙醇的混合溶液輸出溫度 30輸出質量 kg602.61平均比熱容（j/mol）3.126物料帶走熱量 kj74817.63.2.3.3 設備向環(huán)境散失的熱量 可按下式計算： 式中表示散熱面積，； 表示散熱系數，； 表示設備表溫，； 表示環(huán)境溫度，； 表示反應時間，h。；3.2.3.4 反應釜工段能量衡算一覽表反應工段全過程物料進出反應物料能量平衡表 3-20 反應釜工段能量衡算一覽表工藝指標數值物料帶入熱量87989.14環(huán)境散失熱量物料帶走熱量74817.6 3.2.3 能量衡算過程及衡算結果 3.2.3.1縮合反應熱量：表3-21 縮合反應釜熱負荷計算物質質量（t）平均熱容（j/mol. ）能量（kj）輸入25純水25.3133.6311822813.425尿素328107.5414768826.725水合肼236165.7218726360105蒸汽84.432685.1kj/kg22670836.2輸出102純水90.433.6317227528102尿素112.64107.5420592619.5102氨基脲271.2143.9053074924.8102氨氣61.4787.53227280050水84.432537.6 kj/kg21425643.2物質質量（t）反應熱（kj/mol）能量（kj）尿素216.96631.662284082560水合肼180.8242.71877639360氨氣61.4767.20242995200水65.09241.8387497280總放出熱：2044269440kj 對縮合反應進行能量衡算，原料進出反應釜焓變及物性如下表：脲液從反應釜出來進入后處理階段，首先進行冷卻結晶，然后進行減壓過濾,期間涉及熱負荷變化。如表21所示：縮合反應釜熱負荷計算，及表22所示：結晶崗位熱負荷計算。 表3-22 結晶崗位熱負荷計算熱散失(25)傳熱系數時間能量（kj）2851h41040000濾渣(102)質量20592619.52112.64 t濾液(80)質量61890289.04406.773.2.3.2成鹽反應氨基脲在成鹽反應釜中與鹽酸反應放出熱量生成鹽酸氨基脲晶體。如表23所示：表3-23 成鹽反應熱負荷冷卻水物質(36000kg)比熱容j/kg能量輸入25冷卻水4.23780000輸出40冷卻水4.26048000輸入物質質量（t）平均比熱容j/mol.能量kj溶液水135.5733.63636155.36氨基脲271.2143.9013008560鹽酸642.162.55kj/kg.k487977384輸出鹽酸氨基脲402.02179.4161707781.2未反應的鹽酸溶液648.343.23 kj/kg.k624057033.8第四章 設備設計及選型4.1 主要設備簡介及選型過程4.1.1 fb型耐腐蝕泵fb型耐腐蝕泵適用于不含有固體顆粒介質,介質溫度為0120,進口壓力不大于2kg/cm2。afb型不銹鋼耐腐蝕離心泵是在f型耐腐蝕泵的基礎上改進設計的,均采用新型的付葉輪動力軸封裝置,屬單級單吸懸臂式耐腐蝕離心泵。該泵與輸送介質接觸的過流部份零件,均采用1cr18ni9ti材料制造。用于輸送不含固體顆粒,有腐蝕性液體,被輸送介質溫度為-20130,泵進口壓力不大于2kg/cm2。主要用途：該泵廣泛應用于化工、石油、冶金、輕工、合成纖維、環(huán)保、食品、醫(yī)藥等部門。該類產品具有性能穩(wěn)定可靠、密封性能好,造型美觀,使用檢修方便等優(yōu)點。為提高產品質量、減少跑、冒、滴、漏,防止污染,發(fā)揮很大的作用。表4-1 fb型耐腐蝕泵選型一覽表型號轉速(r/min)流量(m/h)流量（l/s）揚程（m）效率（%）軸功率（kw）電機功率（kw）汽蝕余量（m）重量（kg）25fb-1629003.60116330.480.7545125fb-2529003.6125300.821.545825fb-4029003.6140231.712.246840fb-1629007.2216440.711.545540fb-2029007.2220420.931.5458.540fb-2529007.2225391.262.247040fb-4029007.2240322.45348740fb-6329007.226322.85.427.5415750fb-16290014.4416561.092.23.57150fb-25290014.4425521.8343.59050fb-40290014.4440463.325.53.511850fb-63290014.4463396.16113.521865fb-25290028.8825623.165.53.511965fb-30290028.883060.53.897.53.512365fb-40290028.884057.55.467.53.513065fb-64290028.886452.59.57153.523180fb-152900541515696.25.5312580fb-242900541524685.197.5313280fb-38290054153866.58.4115320580fb-60290054156062.814.06223311100fb-232900100.82823738.65153213100fb-23a290091.825.519736.51113205100fb-372900100.828377313.92223276100fb-37a290091.825.53170.511153214100fb-572900100