年产8万吨丙烯腈废水处理工段的初步设计_毕业设计论文 68页

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）题目年产8万吨丙烯腈废水处理工段的初步设计学院化学与化学工程学院专业班级化工084班学生姓名指导教师成绩2012年5月23日1n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）摘要本设计完成了年产8万吨丙烯腈废水处理工段的初步设计。首先，说明书简单介绍了产品丙烯腈的意义与作用以及在国内外的发展现状。近年来随着丙烯腈在国内外需求量的攀升，极大的推动了丙烯腈的生产，但是，在丙烯腈生产过程中的污染问题也在日益凸显，尤其是在丙烯腈的合成和精制车间,将会产生大量含有氢氰酸、低聚物以及氰化物的高浓度有毒物质的废水，根据废水中有毒物质的沸点不同，在工艺选择上，通过查阅相关资料和文献，确定了用四效蒸发—生物降解法对有毒物质进行浓缩和降解。根据以往生产资料作为车间设计的经验数据，对工艺进行了大量的计算，包括物料衡算、热量衡算；并对主要的设备进行了Aspen模拟和计算选型。最后用AutoCAD绘制了带控制点的工艺流程图、主要设备图、以及用手绘制车间平立面布置图。关键词：丙烯腈；废水；有毒物质；Aspen；工艺路线62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）AbstractInthedesign,thepreliminarydesignoftheeightythousandtons/yearacrylonitrilewastewatertreatmentsectionwascompleted.Firstofall,thesignificanceandfunctionsofacrylonitrileandthedevelopmentofthesituationathomeandabroadwereintroduced.Inrecentyears,acrylonitrileriseinthedomesticandforeign,Promotetheproductionofacrylonitrile.Atthesametime,Pollutionproblemsarealsobecomingincreasinglyprominentintheproductionofacrylonitrileprocess.Especiallyinthesynthesisandpurificationworkshopofacrylonitrile.Intheprocesswillproducealargenumberoftoxicsubstanceswastewatersuchashydrogencyanideandacetonitrile.Accordingtothedifferenceofboilingpointoftoxicsubstancesinthewastewater.Inthetechnologychoice,Throughtheaccessrelevantinformationandliterature.Toxicsubstancesconcentrateanddegradatewithfour-effectevaporation-thebiodegradation,Basedonthepreviousinformation,theplantdesignwasdesignedbyempiricaldata,hecontentoftheprocess,Includingmaterialbalanceandheatbalance.AndthemajorequipmentwassimulatedbyAspenandcalculatedselection.LastdrawthemainequipmentfigurewithAutoCADandflowchartwithcontrolpointplanandtheprocessoftheworkshoplayoutwasdrawnbyhand.Keywords:Acrylonitrile;Wastewater;Toxicsubstances;Aspen;Processroute62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）目录摘要IABSTRACTII第1章总论11.1概述11.1.1产品的意义与作用11.1.2国内外的现状及发展前景11.1.3产品的性质和特点21.1.4生产方法的概述21.1.5处理工艺概述31.2设计依据41.3厂址选择51.3.1厂址选择的重要性51.3.2厂址选择的基本要求51.3.3本次厂址选择61.4设计规模与生产制度71.4.1设计规模71.4.2生产制度71.5原料及产品规格81.5.1主要原料规格及技术指标81.5.2产品规格81.6经济核算表8第2章工艺设计与计算102.1工艺原理102.2工艺路线的选择102.3工艺流程简述112.3.1工艺流程示意图122.3.2工艺流程简述122.4工艺参数1262n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）2.5物料衡算132.5.1物料衡算的意义与作用132.5.2物料衡算的方法与步骤132.5.3物料衡算142.5.3物料衡算表222.6热量衡算222.6.1热量衡算的意义222.6.2热量衡算及所需媒介的量232.6.3蒸发器的传热面积242.6.4热量衡算表252.7Aspen模拟26第3章设备选型313.1选型的原则313.1.1技术性评价原则313.1.2经济性评价原则313.2关键设备323.2.1加热室323.2.2分离室直径与高度的确定343.2.3蒸发器接管设计353.3其它设备的选型40第4章设备一览表46第5章车间设备布置设计485.1车间布置设计的原则485.1.1车间设备布置的原则485.1.2车间设备平面布置原则495.1.3车间设备立面布置原则495.2车间设备布置49第6章自动控制516.1主要的控制原理516.2自控水平与控制点51第7章安全和环境保护5362n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）7.1三废产生情况537.2三废处理原则53第8章公用工程558.1供水558.2供电558.3供暖568.4通风56结束语57参考文献58致谢6062n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）第1章总论1.1概述1.1.1产品的意义与作用丙烯腈(AN)为无色有毒液体，并且还是重要的有机化工原料，广泛应用于合成化学、合成纤维和合成橡胶等许多工业领域[1]。所以丙烯腈在人民经济生活和有机合成工业中用途特别广泛，它能与水部分互溶，空气和其蒸气极易形成爆炸性混合物。除此之外，丙烯腈还具有良好的耐寒性、耐油性、耐磨性。并且在大多数化学溶剂中，在热和阳光的作用下，性能比较稳定。目前在我国丙烯腈的生产能力约为106万吨／年，但是需求量却已经突破百万吨，虽然在全国范围内丙烯腈产量在不断上升，但是今年国内供应丙烯腈仍然存在缺口。但是在丙烯腈的生产过程中，将会产生大量的有毒物质，这些有毒物质是石化行业中最常见的环境污染物，曾有报道指出在香烟、饮水和部分食品包装过程中检查出丙烯腈[2]。由于丙烯腈废水本身有毒有害并且还具有难降解的特性,所以很难用传统的生物方法和物化方法将其进行合理有效的处理。目前含腈(或氰)废水的处理在国内外已经倍受关注。主要作用：①首先丙烯腈可用来生产纤维腈纶（即合成聚丙烯纤维）、丁二烯、苯乙烯塑料（ABS）、丙烯腈和丙烯酰胺（即丙烯腈水解产物）。②其次丙烯腈醇解能制得丙烯酸酯等。③再次丙烯腈在过氧甲酰（引发剂）的作用下还可以聚合生成高分子有机化合物—聚丙烯腈。④然后由聚丙烯腈制成的纤维腈纶质地比较柔软，与羊毛相类似，所以可称为“人造羊毛”，它具有强度高、保温性好、比重轻、耐酸、耐日光和耐大多数溶剂。⑤丙烯腈还能与丁二烯共聚，合成的丁腈橡胶具有优良的耐寒、耐油、耐溶剂等特性，并且丁腈橡胶还是现代工业最重要的橡胶，它的应用十分广泛。⑥最后丙烯腈还是医药、染料等行业的重要有机原料。1.1.2国内外的现状及发展前景目前世界上丙烯腈的生产主要集中在西欧、美国以及日本等地区。近年来丙烯腈的世界产能和需求量在不断增加。现阶段丙烯腈在我国的主要消费领域是腈纶纤维，约占整个需求量的55%；其次是丙烯酰胺、ABS/SAN树脂和丁腈橡胶。表1-1列出中国历年丙烯腈供需状况。由表可知目前我国丙烯腈的需求与现有生产能力之间仍有一定的差距，所以丙烯腈在我国仍有较大的需求。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）表1-1中国历年丙烯腈供需状况项目20032004200520062011产能48.764.673.480.0101.3产量42.051.860.471.293.1净进口26.031.038.131.831.6表观消费量68.081.298.5103.0124.7进口依存度%38.237.438.730.925.3目前就国外丙烯腈的消费情况来看，西欧和美国的丙烯腈市场发展相对缓慢，亚洲（不含日本）丙烯腈总消费量的比例是增长最快的地区，受当地需求的拉动，这一地区丙烯腈的产量也在迅速增长，预计未来几年丙烯腈装置开工率状态将会一直持续到新能源的投用。在这样的情况下，生产丙烯腈企业的最大难题是如何除去高浓度、剧毒的有机废水，并且可将废水中的物质可以循环使用，对环境不能造成污染。经计算可知，在丙烯腈的生产过程中，几乎每生成1t丙烯腈就将会产生约1.5t废水。所以丙烯腈废水的处理已经引起了国内外学者的高度关注[3]。1.1.3产品的性质和特点丙烯腈为辛辣气味且极易挥发的的无色透明液体，微臭、味甜[4]。能溶于水、乙醇、乙醚、苯、四氯化碳、和丙酮等有机溶剂，与水能形成共沸混合物。有腐蚀性、易挥发。在氧存在下，遇光和热能进行聚合并且易燃，遇高温、火种、氧化剂等有燃烧和爆炸的危险，纯品极易自聚，尤其是暴露在可见光或缺氧的情况下，更易聚合，并且在浓碱的存在下能完全聚合。空气与其蒸气容易形成爆炸性混合物，遇高热、明火容易引起燃烧，并产生有毒气体。与强酸、强碱、氧化剂、溴、胺类剧烈反应。在高温的火场下，能发生聚合并且放热，可使容器破裂。丙烯腈别名：氰基乙烯，分子量：53.06，化学式：C3H3N，密度：0.806g/cm3，沸点：77.3℃，熔点：-82℃，自燃点：48l℃，闪点：-1.1℃（开杯），折射率：1.388，爆炸极限（25℃）为3.05%～17.0%±0.5%（体积）。蒸气压（20℃）为11.07kPa。粘度（25℃）为0.34mPa·s。1.1.4生产方法的概述以氨氧、丙烯和空气中的氧为原料合成丙烯腈，主要副产物为氢氰酸、丙烯醛、乙腈、CO和CO2。2C3H3+2NH3+3O2＝2C3H3N+2H2O生产过程为，原料气体以氨∶丙烯∶空气=1.15∶1.0∶10.5(mol)的比例从底部进入流化床反应器，此时需要的压力为63.74kPa，反应的温度440℃。反应用钒铝氧氮化物为催化剂，反应过程中用软水循环进行回收，产生高压蒸汽。反应后的气体经62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）冷却后，洗涤、吸收、分离、精制后得到高纯度产品，这种方法具有原料易得、产品成本低、工艺过程简单等优点。目前该方法是国内外主要的生产丙烯腈方法。但现在存在一个全国范围内丙烯腈原料紧缺的问题[5]。1.1.5处理工艺概述根据现有各种工艺进行比较。目前，对于处理丙烯腈废水极为重要的一点是选择一条既节能减排，又减少经济投入、能够提高效率的工艺路线。通过各个方面进行比较，综合考虑工艺路线的经济性和环保性，我们选择了四效蒸发和生物降解处理法相结合的工艺路线。一方面能在浓缩废水的同时提高分离洁净水的纯度，另一方面还能避免因焚烧法所带来的种种不利。根据丙烯腈的性质和特点，我们采用多效蒸发。多效蒸发是蒸发的一种：在生产的过程中，蒸发大量的水分必然需要消耗更多的加热蒸汽。在多效蒸发过程中可将前一效产生的二次蒸汽作为后一效的加热蒸汽，这样可以节省热源的消耗。同样蒸发时要求后一效的溶液的沸点和操作压强均较前一效的低，因此引入前一效的二次蒸汽可作为后一效的加热介质，以上就是多效蒸发的操作原理[6]。对于蒸发器主要是从效数、顺逆流和循环方式这三方面进行选择。（1）效数从理论上来讲，蒸发器的效数越多，蒸汽被循环利用的次数也就越多，如果蒸汽的消耗量越低，那么产品的成本将会下降，生产运转费也将降低。但如果反过来，蒸发器的效数越多，随着蒸发器的增加，投资费用也会相应增加，从而提高了产品成本与折旧费。通过查阅《化工原理》第三版下册附录3.2，所以理论上消耗蒸汽用量与效数的关系见表2-4。表1-1蒸发单位水量所需消耗的蒸汽量效数单效双效三效四效五效(D：W)/min1.10.570.40.30.27注：(D为加热蒸发消耗量(kg)，W为蒸发水量(kg))沸点升高越大，则有效温差越小，所以采用的效数也就相应的减少。查阅有关数据可知，丙烯腈废水的主要成分有丙烯腈、丙烯醛、乙腈等，它们的沸点都低于100℃（77.3℃、53℃、81.5℃），因此选择了四效蒸发器。（2）流程顺流操作时，后一效蒸发室的压强比前一效低，废水在效间通过小功率的泵进行输送。后效蒸发室的温度较效低，当前效溶液进入后效，会闪蒸出一部分蒸汽，所以将消耗少量的生蒸汽。但是顺流流程时后效的温度低、浓度高、传热速率小、粘度增高。逆操作时与顺流操作恰好相反，后效温度低、浓度高，从而各效的传热速率比较接近，但所需蒸汽消耗多，离心泵的功率大，并且逆流对材质要求比较高[7]。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）通过以上比较，所以本次工艺采用顺流路线。（3）循环方式I、II、III、IV分别是一效、二效、三效、四效的二次蒸汽图1-1四效顺流式蒸发器由于丙烯腈的密度：0.806g/cm3，氢氰酸的密度0.69g/cm3，乙腈的密度为0.79g/cm3，所以根据溶液的密度不同，本次工艺采用中央循环管式蒸发器。根据以上三个方面的考虑，本文采用了四效顺流式中央循环管式蒸发器(图1-1)。在运行过程中严格遵守蒸汽温度和蒸汽压力等工艺参数。物料、二次蒸汽、蒸汽以及冷凝水相接触的部件都采用不锈钢进行生产。该设备主要有第一、二、三、四效蒸发器、真空泵、冷凝器还有储罐所组成。主要技术参数：蒸发温度：第一效125±2℃，第二效112±2℃，第三效90±2℃，第四效60±2℃；压力：第一效为0.137MPa，第二效为0.062MPa；第三效为-0.013MPa；第四效为-0.088MPa。最后通过第四效蒸发器蒸出的水蒸气冷却后进行检测，然后进行中和处理，当PH在6～8之间可排入净化水池进行循环使用，最后浓缩后的废水通入生物降解池。1.2设计依据本次设计以齐齐哈尔大学化学与化学工程学院化学工程与工艺专业下达的具体任务书为依据，根据开题报告，提出设计的方案，确定本工段的设计原理，同时根据合理的除杂方法、确定工艺流程、对该工段进行物料衡算和热量衡算以及蒸发器的计算和选型、对车间的设备进行合理的布置，最后对整个工段进行供电、供水、供暖、通风和环境保护的初步设计等。本设计的题目为年产8万吨丙烯腈废水处理工段的初步设计，除去丙烯腈废水中杂质的主要产品符合GB338-92的标准，年产时间为330天，年处理能力为8万吨。参照《GB-设计制图标准》等相关国家标准，以及《化工设计》、62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）《化工原理》、《化工设备手册》、《化工过程设备机械基础》、《化工专业英语》和《化工工艺计算》等图书资料进行设计。1.3厂址选择1.3.1厂址选择的重要性工厂的地理位置对于整个企业的存亡有相当大的影响。对于化工厂来说，大部分化学物质都具有易爆、易燃、有毒等特征，对人民的生命安全以及当地的环境有很大的威胁，所以对于工厂地理位置的选择是非常重要的。为了能让企业更稳定的发展，并且得到更多的效益，就必须在源头上降低对人们的威胁。首先，化工企业的厂址选选择取决于诸多因素。如自然环境和社会环境。因为厂址选择是整个项目在建设前期需要考虑的一项重要的工作环节，所以要认真收集建厂地区的基础资料，进行多次的讨论，比较。选定经济合理、符合环境并且交通安全的建设方案。其次，厂址选择一定要符合当地地区的总体规划和布局，必须能够节约用地，尽量少占耕地。选定的厂区用地面积还应该满足运输要求和生产工艺，最后，选择一个能满足要求的理想厂址。还需要对工厂的有效占地面积作出一个初步的估算。同时还需要考虑预留扩建用地。所以需要的厂址一定要足够的宽敞。以备职工宿舍、职工停车场所、运出或运进原材料的运输设施以及将要等待装卸或储存的货车等多方面的需要。所以确定化工厂的厂址时更需要从多方面、多角度、多方案进行综合的和全面性考虑，最终确定一个能够符合国家规定的各项要求、物流顺畅、工业布局合理、技术经济成熟的厂址选择方案。1.3.2厂址选择的基本要求选择建厂地区的基本要求(1)在城镇水源的下游；(2)厂区吃春季风向最小频率的上风侧;(3)靠近水质良好和水源充足的地方；(4)当地的自然环境，如湿地、高温、雷击，这些对除杂都将产生不良影响;(5)要有良好的工程地质条件；如：工厂不能建在软地基和地下有溶洞的地方;(6)尽量少占耕地，并且要适当的节约用地；(7)对于工厂要留有扩建的场地；(8)必须留有污水、污泥的排放或利用的空间和设备；(9)厂区不受地质条件的影响，要有良好的排水和供水条件；(10)有方便的交通、水电和运输等条件。选择建厂用地的基本要求(1)必须要靠近水源，保证供水的连续性，同时还要符合生产对水量、水质、水温的要求；(2)通过考察和了解地下水对设备是否有侵蚀的可能，62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）还需要考虑地质灾害的影响，如泥石流、滑坡、溶洞等；(3)厂区用地面积应满足运输要求和厂房的布局，并预留扩建用地；(4)考虑留有三废（废水、废渣、废气）处理的场地；(5)根据物料性质、工厂运货量、运输距离、外部运输条件等综合因素合理确定原料和成品的运输方式。选择建厂城镇的基本要求(1)化工企业的厂址要符合当地城镇规划建设；(2)能够保证工厂生产时所需劳动力的数量和工资水平等；(3)工资水平必须能够达到一定的国家标准；(4)职工居住和生活的场所，环境应该达标；(5)要同相邻企业和当地政府展开良好的生产协作，同时还能够为本厂的科技、生活福利等提供有效的信息。1.3.3本次厂址选择青岛市化工工业园位于平度市新河镇胶莱河以东，辛沙公路以北，大莱龙铁路以南的盐碱滩区域，总规划面积3平方公里，集中配套完善基础设施，工业用地达到道路、供电、通讯、供排水、排污处理和场地平整“五通一平”。园区功能规划以承接青岛市区“退市进郊”的各类化工企业为主体，配备相应的商贸、生活、娱乐等设施，建成功能完善、环境优美、具有特色的工业园区。首先，区位优势明显。园区所在地新河镇位于平度西北部，地处青岛、烟台、潍坊三市交界处，东、南濒临黄海，北接渤海，是连接山东半岛与内陆腹地的咽喉和半岛制造业基地的中心地带，市场辐射能力强。其次，交通运输便利。园区交通发达，威乌（山东威海－内蒙古乌海）高速、青银高速两条高速公路在园区交汇，并设有出入口；206国道、大莱龙铁路贯穿园区，是连接青岛、潍坊、烟台的交通枢纽。距离青岛国际空港130公里，青岛海港150公里，莱州海港40公里，潍坊火车站50公里，大莱龙铁路挥埠站5公里，交通运输极为便利。再次，水资源丰富。园区所在地新河镇西靠胶莱河，东临泽河，全镇水域面积1380公顷，支流20余条，大型储水闸2座，最大储水量1600万立方米，为引黄济烟工程配套拟建的双友水库，蓄水量达450万立方米，地下卤水储量约3000万吨，周边地区有10万亩盐场，地下水和地表水资源丰富。距莱州湾20公里，可通过胶莱河引入丰富的海水资源。同时，生态环保优势突出。园区所在地新河镇地处胶莱河的入海口地带，距离莱州湾仅有20公里，拥有20000多亩可利用的盐碱滩地，地势平坦开阔，非常适宜承接各类化工企业。利用盐碱滩地集中建立化工工业园，既可以为化工企业各类污染物的及时处理和排放提供充足的空间，便于控制污染，又有利于化工企业充分利用当地丰富的海水、卤水、铁矿石等资源，实现对盐碱滩资源的综合开发利用，可取得较好的社会经济效益。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）最后，人力资源丰富。平度市有134万人口，是全国基础教育先进市和职业教育先进市，职业教育全国领先。与德国赛德尔教育基金会联合办学已有十多年，成功引进实践了全国唯一的“双元制”职业教育模式，成果丰硕。全市劳动力的存量和近郊输出量在青岛市各县市区中位居第一位，农村劳动力40万人，每年接受全国各地的大专院校毕业生2500多人，职业学校毕业生4000余人，劳动力素质较高。1.4设计规模与生产制度1.4.1设计规模来自合成和精制车间的丙烯腈废水，作为一种工业废水，又因其含有丙烯腈及其聚合物，含氰物质对于人畜有高毒性。因此利用四效蒸发器对其进行浓缩，分理出含毒物质低于国家标准的处理水，并将浓缩后的含氰废水输送到生物降解池，经过处理和生物降解作用使之得以转化为可用化合物。从而达到将丙烯腈废水净化处理的目的。其中生产能力为年产8万吨丙烯腈废水处理工段的初步设计，年消耗2.166万吨蒸汽。废水处理装置设计运行时间为333天，生产车间采用两层闭式设计，其中但层楼高为6m，总跨度为30m，宽为6m，废水车间占地面积为180m2。1.4.2生产制度丙烯腈废水处理车间的工作时间为333天，按一天24小时，需要年工作日为8000h，每班工作时间为法定工作日8小时，因此设备年运转7992h，生产口号为“安全生产，保质保量”。并且车间要实行“四班三倒”的工作制度，按各工段操作情况进行人员分配设置，见表1-2所示。表1-2人员组成人员名称人数倒班制车间主任18小时工作制班长4四班三倒制蒸发车间岗位工人4四班三倒制水处理及检测岗位工人8四班三倒制生化降解岗位工人8四班三倒制技术工人38小时工作日临时工人若干8小时工作日外线岗位工人设备维修人员628小时工作日8小时工作日在职工人共计36人，临时工人若干。车间主任白天在车间主持工作。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）1.5原料及产品规格1.5.1主要原料规格及技术指标表1-3丙烯腈废水规格组成%wt乙腈3.271氢氰酸0.148丙烯腈0.304含氰化合物渣滓2.463轻有机物1.735水71.627硫酸铵20.452合计1001.5.2产品规格表1-4产品的规格[8]组成%wt乙腈≤1×10-6氢氰酸丙烯腈含氰化合物渣滓轻有机物≤1×10-2水≥99.99NH3硫酸铵1.6经济核算表在工厂进行投产之间，需要对技术方案进行选择，综合考虑确定评价指标，预测大概费用，明确费用去向，进而选择最优方案。力求在生产过程中用廉价易得的设备和原料，本次工艺的62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）目的是使废液中的杂质达到国家标准进行排放，从而能够降低对环境的污染，要力争以最小的成本得到最满意的评价效果。本次设计对年产8万吨丙烯腈废水装置的建厂指标进行了估算，在职工人共计34人，其废液中杂质的指标﹑公用工程需用量如下表：表1-6主要技术经济指标综合表序号指标名称计算单位设计指标成本/万元1生产规模t/a80000—2车间定员人361083蒸汽耗量kg/h2707.274.54冷凝水耗量kg/h655.263.25设备数量及投资台1014.446车间建筑面积m2201.660480062n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）第2章工艺设计与计算2.1工艺原理丙烯腈废水工艺的主要设备是蒸发器，如图1-1所示。因为在生产丙烯腈的过程中将会产生大量的有毒废水，其中废水的主要成分有氰化物、丙烯腈、乙腈、丙烯醛和低聚物等高浓度的有机废水。该工艺流程选择四效顺流蒸发器，主要是将二次蒸汽引入到另一个操作压力相对较低的蒸发器作为加热热源，根据废水中杂质的性质以及蒸发过程中料液的温度，所以本次设计采用的主要设备是中央循环管式顺流蒸发器，该设备的优点是传热效果好，主要是将丙烯腈废水浓缩后送至生物降解池，在此过程中产生的冷凝水一部分送至加热装置，成为外加蒸汽，另一部分泠凝水送至净化水池，其中影响废水中有毒物质的主要操作参数是蒸汽的进料温度控制，如果选择低温进料，此时一次蒸汽的消耗量增大，主要原因是由相当大的一部分蒸汽用于预热物料，查阅有关数据得知，丙烯腈废水主要成分中丙烯腈、丙烯醛、乙腈等的沸点都低于100℃（77.3℃、53℃、81.5℃），所以当蒸汽的温度过高时，将会使废水中的有机物蒸发出来，所以将蒸汽的温度设定为138℃[9]。2.2工艺路线的选择在丙烯腈合成过程将产生大量的工业废水，同时丙烯腈废水又具有独特的地方：含有多种有机化合物、并且化合物是又剧毒，废水的COD浓度也过高、水质相对比较复杂外，还含有少量的丙烯腈（AN）以及聚合物，同时由于低聚物的分子量相对较高，丙烯腈（AN）又难于生物降解而去除，所以采用常规的生物法是很难使废水中的物质达标，同时还考虑到丙烯腈有毒，直接将其送至生物降解池也比较困难。所以目前必须要选用一条合适的工艺路线。目前关于丙烯腈中污水的治理方法较多，其中最具有代表性的是四效—生物降解、加压水解、焚烧法以及湿式催化氧化法，根据丙烯腈废水中杂质的特征、性质以及处理要求外，还需要考虑废水处理中关于能源消耗和经济投入等因素，结合已有的成熟处理废水方法，进行新型、高效、低能且二次污染少的工艺该进，所以本次工艺采用四效蒸发—生物降解法去除丙烯腈中的废水杂质[10]62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）。下面就丙烯腈废水处理的方法以及实际工业废水的治理现状进行评述。表2-1工艺路线的比较优点缺点四效—生物降解加压水解蒸汽能够循环利用，耗能少，冷却水还能继续使用。投资少。利用丙烯腈废水在高温反应后进行加压可以被碱分解，去除废水中的有毒物质，投资较少。加压水解的主要产物之一是氨氮，过程中使氨氮生化出来的水难以达标。焚烧法湿式催化氧化法将含有高浓度废水在高温下进行氧化分解，生成水和二氧化碳，是一种环境友好型的处理方法。能将废水中的有机物及含有N、S等的毒性物质氧化成C02、N02、S02、H20，能够达到净化处理废水的目的。由于废水中还含有多种组分，焚烧后的烟气遇冷会产生结垢、腐蚀和堵塞锅炉等问题。设备材质要求高、投资大。并且反应过程中硝酸铜催化剂带来了关于重金属的污染问题。2.3工艺流程简述2.3.1工艺流程示意图62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）图2-1丙烯腈废水的工艺流程2.3.2工艺流程简述将反应及回收废水汇集于废水回收储罐，由丙烯腈废水储罐将10t/h废水送至第一效蒸发器E101，此时蒸发器内的温度控制在125℃，压力为0.137MPa，一效蒸发器来的蒸发送至加热装置，为这个流程提供外加蒸汽，同时一效塔釜液由泵打人二效蒸发器，塔顶的二次蒸汽进入二效蒸发器E102;二效蒸发器所需热量由一效燕发器顶部的热量提供，二效燕发器出来的冷凝液进人三效蒸发器;三效蒸发器所需的热量由二效蒸发器的燕汽提供;三效蒸发器残液进人四效蒸发器，四效蒸发器所需的热量由三效蒸发器的蒸汽提供。另外，二效、三效、四效的温度分别为112℃、90℃、60℃;压力(表压)分别为0.06MPa,-0.013MPa,-0.08MPa;由四效蒸发器出来的蒸汽进入冷凝器E105，冷凝器中的冷凝水送至净化水池，进行达标测试，合格之后就用于工业用水，这样可以节约水源，冷凝器中的一部分蒸汽与四效蒸发器塔釜的残液分别由真空泵和离心泵打入V201储罐，最后将储罐中的浓缩液送至生物降解池。2.4工艺参数表2-2各蒸发器工艺参数单元一效蒸发器二效蒸发器三效蒸发器四效蒸发器压力pi/kPa13762-13-88温度Ti/℃12511290602.5物料衡算2.5.1物料衡算的意义与作用在工艺设计和计算中，物料衡算是在该工段流程确定之后才开始进行的。目的是通过根据原料与产品之间的相互比例关系，计算原料的消耗量以及生产过程蒸汽的消耗量，溶液出口的质量分数。从而为热量衡算以及设备的选型和计算打下基础[11]。在丙烯腈的废水处理过程中，物料衡算对于控制生产有着非常重要的指导意义，并且在实际的除污过程中，物料衡算可以帮助找出改进措施，提高废水中有毒物质的排放量，同时，物料衡算还能检验整个过程的完善程度，对工艺设计工作也有重要的指导作用，62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）首先，需要建立一个新的车间或单元操作，对其设备进行物料衡算，这是设计计算的第一步，同时也是整个设计的基础，在这个基础上可以进行热量衡算和主要设备的工艺计算，这样就可以确定设备选型和工艺尺寸。在进行物料衡算时，必须确定物料衡算的体系。然后根据质量守恒定律可知，对某一个特定的体系，输入体系的全部物料衡算量等于输出全部物料量与体系内的积累量之和。2.5.2物料衡算的方法与步骤四效蒸发工艺计算是根据物料衡算和热量衡算以及传热速率方程来确定。工艺计算的主要项目有：加热蒸气的消耗量、各效蒸发量的质量分数以及各效的传热面积。计算的参数有：原料液的流量、温度和组成，末效完成液的组成，加热蒸气的压强和温度以及冷凝器中的真空度和温度等[12]。在四效蒸发中，效数越多，未知量也就越多。同时四效蒸发的计算要比单效蒸发复杂的多，查阅有关资料，可知生物降解池的最大降解能力为80%，所以，四效蒸发的计算步骤如下：（1）根据本次工艺的要求以及溶液的性质，确定四效蒸发的操作条件（如加热蒸气压强及温度和冷凝器的压强及温度）、蒸发器的形式和流程。（2）根据原料液的流量以及实际生产的经验数据，计算总的蒸发量。（3）根据实际经验得知蒸汽的温度和压力以及气化潜热。（4）根据公式，计算加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量[13]。2.5.3物料衡算按80000吨/年丙烯腈废水的量，年工作日以333天计，则：80000吨=8.0×107kg333天=333×24≈8000h10000kg/h1、料液的总蒸发量=w1+w2+w3+w4+w5(2-1)=3.271%+0.148%+3.271%+2.463%+1.735%=7.921%式中w1—乙腈的质量分数；w2—氢氰酸的质量分数；w3—丙烯腈的质量分数；62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）w4—聚合物残渣的质量分数；w5—轻有机物的质量分数；(2-2)式中F—原料液的处理量；kg/hW—总蒸发量；kg/h—料液初始质量分数；—第四效蒸发器出口浓缩液预计达到的质量分数为80%；代入式(2-1)计算总蒸发量:kg/h而kg/h式中W1—第一效蒸发器蒸发的水分的质量分数；W2—第二效蒸发器蒸发的水分的质量分数；W3—第三效蒸发器蒸发的水分的质量分数；W4—第四效蒸发器蒸发的水分的质量分数；2、各效溶液沸点和有效温度差的确定各效的二次蒸汽压使用经验公式进行估算，其中最简便的估算方法是设各效间的压强降相等，则总压强差为：MPa(2-3)式中—各效加热蒸汽压强与二次蒸汽加热之差，MPaP0—选定加热蒸汽压强，MPaPk´—末效冷凝器中的操作压强，MPaMPa所以第i效的二次蒸汽压强Pi为：一效MPa二效MPa三效MPa四效MPa62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）由各效的二次蒸汽压强从（《化工原理》第三版上册附录8.9查得相应的二次蒸汽温度和汽化潜热列与表2-3表2-3不同压力下各效蒸汽温度和气化潜热各效第一效第二效第三效第四效二次蒸汽压强Pi/(MPa)（表压）0.1370.062-0.013-0.088二次蒸汽温度Ti/(℃)(即下一效加热蒸汽温度)1251129060二次蒸汽的汽化潜热(即下一效)加热蒸汽的ri（kJ/kg）2192.82230.72283.12355.1多效蒸发中的有效传热总温度差可用下式计算：(2-4)式中—有效总温度差，为各效有效温度差之和，℃。—第一效加热蒸气的温度，℃。—冷凝器操作压强下二次蒸气的饱和温度，℃。—总的温度差损失，为各效温度差损失之和，℃。其中(2-5)式中—由于溶液的蒸汽压下降而引起的温度差损失，℃，—由于蒸发器溶液的静压强而引起的温度差损失，℃，—由于管道流体阻力产生压强降而引起的温度差损失，℃，3、各效料液沸点和温差损失各效中由于溶液蒸汽的压降、液柱静压及流动阻力所造成的温差损失、、均可按下述方法进行估算。(1)流动阻力所造成的温差损失在多效蒸发中，二次蒸汽由前效经管路送至下效作为加热蒸汽的压力稍有降低，温度也相应降低。的计算繁琐，一般取二次蒸汽温度下降为0.5～1.0℃。故：=0.5℃，=0.7℃，=0.8℃，=1.0℃因此：3.0℃。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）由各效流动阻力所造成的温差损失，可得到相应各效二次蒸汽的温度，进而从手册中可查得相应的水蒸汽的压力和汽化潜热等参数，见表2-4。表2-4二次蒸汽的物性参数效数1234冷凝器加热蒸汽温度Ti/℃138124.5110.88850流阻温差/℃0.50.70.81—二次蒸汽压力pi′/kPa2381638813—二次蒸汽温度Ti′/℃1251129060—二次蒸汽的汽化潜热ri′/kJ/kg2198.22230.72283.12355.1—(2)液柱静压所造成的温差损失由于蒸发器的加热管内积有一定高度的液层，所以其液层内截面上的压力高于液体表面压力，因此液层内溶液的沸点也高于液面的沸点，从而两者之间存在温差，即，(2-6)式中—与平均压力相对应的水的沸点，℃，其中（为液层深度，取值为，为液体密度）；—与二次蒸汽压力相对应的水的沸点，℃，其中为二次蒸汽压力。由各效二次蒸汽的温度，可得到相应各效饱和液的密度和溶液平均压力，进而从手册中可查得相应溶液平均压力下水的沸点等参数，见表2-5。表2-5二次蒸汽的物性参数效数1234二次蒸汽压力pi′，kPa238124.5110.888二次蒸汽温度Ti′，℃1251129060饱和液密度ρ，kg/m31000101010501100静降压温差△ti″，℃34520(3)溶液蒸汽压降所造成的温差损失对于不挥发性溶液，由于溶质分子阻碍了溶剂的汽化，使溶剂蒸汽压下降，溶液沸点上升，并将大于二次蒸汽温度，则溶液蒸汽压降所造成的温差损失为(2-7)式中—溶液的沸点，℃—二次蒸汽的饱和温度，℃62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）的计算方法很多，常用的是杜林法则。当缺乏数据时，可用下式估算。(2-8)根据各效料液质量浓度，查得℃；℃；℃；℃代入式(2-10)计算℃；℃；℃；℃；总温差损失℃总有效温差(4)各效料液沸点溶液的沸点与溶液的种类、浓度和压力有关。(2-9)故各效物料沸点值见表2-6。表2-6物料沸点效数1234物料沸点ti，℃121.4106.680.544.9各效有效温差，其中；62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）℃℃℃℃4、加热蒸汽消耗量和各效蒸发水量第i效的蒸发量Wi的计算式为(2-10)式中—第效加热的蒸汽量，kg/h，当无额外蒸汽引出时，；，—第效加热的蒸汽、二次蒸汽的汽化潜热，，且；，—分别为第效和第效物料的沸点，—为第效的热利用系数，取，表2-7单位蒸汽的消耗量效数单效双效三效四效五效(D︰W)/min1.10.570.40.30.27由(2-11)式中D=D1—加热蒸汽的消耗量，kg/h得：D1=2707.2kg/h原料液的比热，水的比热，计算中所需的参数见表2-8。表2-8物性参数效数一效二效三效四效冷凝器蒸汽压力pi，MPa（表压）0.1370.06-0.028-0.080蒸汽温度Ti，℃125112906050蒸汽的气化潜热ri，kJ/kg2192.82230.72283.12355.12355.1二次蒸汽的气化潜热ri′，kJ/kg2230.72283.12355.1——62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）一效：=2754kg/h二效：=2754kg/h三效：62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）=2854.8kg/h四效:kg/h(2-5)可得:kg/h5、各效料液质量浓度由所求得的各效蒸发量，可求各效料液的质量浓度。因为，其中kg/h，，各效物料的蒸发量值见表2-9。表2-9物料的蒸发量效数1234蒸发量Wi，kg/h275427542854.8655.2一效：则：％二效：则：％三效：则：％四效：62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）则:％6、冷凝器的物料衡算（热损失为8％）kg/h2.5.3物料衡算表表2-10物料衡算表各设备进料量(kg/h)二次蒸汽（kg/h）出口液体量(kg/h)出口质量分数（%wt）一效蒸发器1×1042754724610.928二效蒸发器72462754449217.616三效蒸发器44922854.81637.248.184四效蒸发器1637.2655.298280冷凝器655.2———生物降解池982———2.6热量衡算2.6.1热量衡算的意义热量衡算是为了确定设备的热负荷.并且根据热负荷的大小以及蒸发器的传热面积，能进一步来确定蒸发器中所需的管子数。除此之外，62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）对于蒸发装置的设计中，根据已知的或是查得的相关数据求得未知的物料量和设备需要加入或是移出的热量，同时计算出来的热负荷也是用来确定加热剂或冷却剂用量的依据在蒸发操作中，加热蒸汽的热量一般可用于将溶液加热至沸点，此时废水中的水分蒸发为蒸汽，全部引入后一效作为加热蒸汽，同时，蒸发器的生产能力是与蒸发器的传热速率成正比关系。在工业生产过程中，蒸发大量的水分就必须消耗大量的加热蒸汽，为了减少加热蒸汽的消耗量，可采用多效蒸发操作。并且在实际的生产过程中,根据需要也可对已经投产蒸发装置进行热量衡算，以此来寻找能量利用的薄弱环节，制定节能措施，对于提供蒸发器的生产能力和生产强度提供可靠的依据[14]。2.6.2热量衡算及所需媒介的量D—加热蒸汽的消耗量,kg/hH—加热蒸汽的质量焓,J/kgh0—料液的质量焓，J/kgh—完成液的质量焓，J/kgΨl—蒸发器的热损失，WΨ—蒸发器的热流量，WT—冷凝水的饱和温度，KT'—蒸发器的操作压力下水的饱和温度，Kt—完成液的温度，Kt0--料液的温度，KCp—完成夜的定压热容，J/(Kg.K)Cpw—水的定压热容，J/(Kg.K)一效：kJ/h62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）二效：kJ/h三效：kJ/h四效：kJ/h冷凝器：kJ/h62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）2.6.3蒸发器的传热面积任意一效的传热速率方程为：（）(2-6)式中Qi—第i效的传热速率，WKi—第i效的传热系数，W/（m2×℃）—第i效的传热温度差，℃Si—第i效的传热面积，m2在四效蒸发中，为了便于生产和安装，往往使用各效传热面积都相等的蒸发器；所以S1=S2=S3=S4=S。所以：各效蒸发器的总传热系数：K1=1400W×m2×K-1；K2=1300W×m2×K-1；K3=800W×m2×K-1；K4=650W×m2×K-1Q1=D1r1=0.752×2192.8=1.649×106Wm2Q2=W1r2=0.765×2230.7=1.706×106Wm2Q3=W2r3=0.765×2283.1=1.747×106Wm2Q4=W3r4=0.793×2355.1=1.868×106Wm2误差为：＜0.05误差在允许范围内，符合设计标准。2.6.4热量衡算表表2-11热量衡算表各设备热负荷Q（kJ/h）加热或冷却介质的用量W（kg/h）传热面积（m2）一效蒸发器5.936×1062707.298.262n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）二效蒸发器6.143×106—100.9三效蒸发器6.288×106—99.3四效蒸发器6.723×106—95.8冷凝器1.511×1061.695×104—生物降解池———2.7Aspen模拟根据化工过程模拟软件Aspen对废水工段进行全流程模拟首先根据要求选择合适的模块，并且进行物料流股的连接，同时输入各组分名称。图2-2全流程模拟1、第一效蒸发器模拟对于第一效蒸发器的模拟，首先需要输入进料流股信息及模块参数，进料温度95℃，操作压力0.237MPa，进料量为10000Kg/h，运行的结果见图2-3。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）图2-3运行结果第一效蒸发器模拟结果如下图2-4和图2-5：图2-4第一效蒸发器模拟结果表图2-5第一效蒸发器模拟结果表2、第二效蒸发器模拟物料经过离心泵打入二效蒸发器，输入进料流股信息及模块参数，进料温度95℃62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文），操作压力0.237MPa，进料量为10000Kg/h，运行的结果见图2-6。图2-6第二效蒸发器模拟第二效蒸发器模拟结果如下图2-7和图2-8：图2-7第二效蒸发器模拟结果表图2-8第二效蒸发器模拟结果表3、第三效蒸发器模拟物料经过离心泵打入三效蒸发器，输入进料流股信息及模块参数，进料温度95℃62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文），操作压力0.237MPa，进料量为10000Kg/h，运行的结果见图2-9。图2-9第三效蒸发器模拟第三效蒸发器模拟结果如下图2-10和图2-11：图2-10第三效蒸发器模拟结果表图2-11第三效蒸发器模拟结果表4、第四效蒸发器模拟物料经过离心泵打入四效蒸发器，输入进料流股信息及模块参数，进料温度95℃，操作压力0.237MPa，进料量为10000Kg/h，运行的结果见图2-12。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）图2-12第四效蒸发器模拟第四效蒸发器模拟结果如下图2-13和图2-14：图2-13第三效蒸发器模拟结果表图2-14第三效蒸发器模拟结果表针对本流程工段的设计，对该工段进行了全流程AspenPlus模拟，各设备的操作参数与工艺要求相符，模拟过程可行，最终模拟结果如下表2-23所示：62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）表2-23最终模拟结果设备进料量（kg/h）二次蒸汽(kg/h)出口液体量(kg/h)一效蒸发器100002286.9497713.051二效蒸发器7713.0512052.4145660.638三效蒸发器5660.6382855.8472804.790四效蒸发器2804.7901866.395938.405模拟结果与计算基本相符，但也存在细微的出处，分析其原因，这主要是所查物性参数与软件自身参数不同所造成的，但这不会对结果产生太大影响。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）第3章设备选型3.1选型的原则在进行设备选型时应考虑到1、溶液的组成；2、溶液的性质；3、废水的处理量和蒸发量；4、溶液的初始浓度和完成液的终点浓度；5、溶液的黏度随蒸发过程中的变化情况；6、物料的热稳定性；7、在选择蒸发器的时候还需要考虑技术条件以及操作条件还有操作费用等因素，根据所选工艺条件，本次设计采用四效中央循环管式蒸发器。蒸发的主体设备是蒸发器，蒸发器主要由加热室和蒸发室组成。这次设计选择中央循环管式蒸发器，又称标准式蒸发器，这种蒸发器在化学工业上应用比较广泛。其结构和原理是，下部的加热室是由垂直管束构成，中间是一根较大直径的中央循环管，由于密度差的作用，中央循环管内的废水平均密度大，但其余加热管内的废水平均密度小，废水在循环流动的过程中强化了表面传热系数，从而达到蒸发的目的。其次是蒸发的辅助设备，包括：使废水中的杂质进一步分离的分离器，二次蒸气全部冷凝的冷凝器和使物料加热至沸点的预热器以及减压操作时所需要的真空装置[15]。3.1.1技术性评价原则确定蒸发器设备在技术上是否可行，还需考虑下列因素：(1)工艺性。根据物料的特性以及工艺要求，选择合适的设备以及蒸发方法。(2)安全性。在选择设备和生产过程中理应特别慎重，因为设备的安全性和工人的安全对于企业的生产和效益等方面有非常大的关系。(3)操作性。应选择费用较低、操作性容易的设备。(4)可靠性。应选择能及时排除溶液在蒸发过程中析出的晶体。(5)可维修性。应选择检修和清洗方便且寿命较长的设备。(6)环保性。应选择设备的噪音和振动频率控制在国家所规定的标准范围内。(7)节能性。对于废水，应选用有毒物排放控制在规定的范围。3.1.2经济性评价原则购买一台蒸发器设备不仅需要具有先进的技术，还需考虑经济上的合理性。对于购买设备所花费的全部费用时，要力争以最小的成本得到最满意的评价效果。另外在购买设备时要提出多个备选方案，综合考虑确定评价指标，预测大概费用，明确费用去向，通过计算，进而选择最优方案。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）对于本次工艺，蒸发器的选材问题也是至关重要的，选择材质的正确与否，直接关系到蒸发设备的寿命，所以必须选择相适应的材质，这样设备才能正常运行，对于蒸发装置，如果温度不同，所选材质的型号也就有所不同，同时经济性评价的原则还需要从运行成本和工程造价两个方面考虑[16]：（1）占地成本。本次工艺选择四效生物降解法来处理丙烯腈污水，在生产车间内放置的四效蒸发工艺组装设备，占地只需4~6m2，不需要额外的土地，节省投资成本。（2）设备投资的估算。本次工艺所需设备投资见表3-1.表3-1设备投资估算表序号名称规格数量单价（万元）总价（万元）1管材管件—1套0.60.62水箱3m31台113离心泵2m3/h4台0.524丙烯腈废水储槽5m31台1.31.35储罐6m31台886冷凝器—1台1.041.047真空泵2m3/h1台0.50.58合计———14.44（3）设备运行成本的分析。丙烯腈废水的水量和水质如表3-2所示。表3-2废水水质水量原料量kg/hCODmg/LCN-mg/L100001600-25002-14丙烯腈废水处理后应达到表4-3中的要求表3-3排除废水的标准CODmg/LCN-mg/L≤600≤3根据表3-2和表3-3中的要求，处理后的废水均达到了生物降解池所需要降解污水中杂质的要求。3.2关键设备3.2.1加热室(一)加热管的选择和管数的初步估计62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）蒸发器的加热管通常选用φ25×2.5mm，φ38×2.5mm等几种规格的无缝钢管，加热管的长度一般为2—6m，加热管长度的选择应根据溶液易结垢的难易程度，厂房高度和溶液的起泡性等相关因素来考虑，根据设计任务和溶液的性质，选取：L=2mφ38×2.5mm初步估计所需的管子数n′，（根）(3-1)式中S--蒸发器的传热面积，m2，d0--加热管外径，m；L--加热管长度，m；因为加热管固定在蒸发器的管板上，所以在考虑蒸发器管板厚度所占据的传热面积时，计算n´管长时用（L－0.1）m。（二）加热室内径、壁厚及加热管根数的确定管心距d是相邻两根管中心线之间的距离，通常d为加热管外径d0的1.25—1.5倍，目前在蒸发器的设计中，管心距的数据已经达到标准化，凡是已经确定了管子的规格，则相应的管心距就是定值。由于在蒸发器的壳程中通入的是饱和水蒸气，故管子不易结垢，所以本次设计采用结构比较紧凑的正三角形排列。且因为加热管中心矩d大于1.25倍的加热管外径d0，故采用的加热管的管心矩d≥1.25d0=1.25×38=47.5mm，所以取管心矩t=48mm。（1）、确定加热室的内径和壁厚加热室的管数和内径均采用作图法来确定，采用具体作法是：首先应计算出管束中心线上的管数nc，且已知管子按正三角排列时，所以nc=1.1。（其中n为总加热管数）nc=1.1=1.1=22.9≈23mm估算加热室内径D=t（nc－1）+2e，其中e=（1～1.5）d0.代入数据得：D=48×（23－1）+2e=1056+（76～114）D=1132～1170mm根据标准取整得，D=1200mm由筒体内径D=1200mm查取最小壁厚=12mm。（2）、壁厚的校核壁厚的最小厚度计算公式：(3-2)式中—工作压力，取0.4MPa；Di—壳体直径，1200mm—许用应力，111MPa；62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）—焊缝系数，取值为0.85—腐蚀余量，3mm将数据带入式(3-2)mm≤10mm，故壁厚满足强度要求。3.2.2分离室直径与高度的确定分离室的直径与高度主要取决于分离室的体积，但是分离室的体积与蒸发体积强度和二次蒸汽的体积流量有关。所以分离室体积V的计算式为：(3-3)式中V—分离室的体积，m3；W—某效蒸发器的二次蒸汽量，kg/h；—某效蒸发器二次蒸汽密度，Kg/m3；U—蒸发体积强度，m3/(m3·s)；所以对于每立方米分离室体积在每秒范围内产生的二次蒸汽量。通常所用允许值为U=1.1~1.5m3/(m3·s)本工艺取分离室中U=1.1m3/(m3·s)；同时二次蒸汽的密度见表3-4表3-4二次蒸汽密度的确定效次第一效第二效第三效第四效二次蒸汽温度Ti/(℃)1251129060密度，kg/m31.2960.93270.30120.1301根据工艺计算中得到蒸发器的各效二次蒸汽量，然后从蒸发体积强度U的相关数值范围内任意选取一个值，可通过上式算出分离室的体积。根据上述所得到的计算值，分别带入分离器体积的计算式（3-3）可得：m3。m3m3m3通过计算，所以m362n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）通常说来，由于各效的二次蒸汽量各不相同，并且密度也不相同，所以通过上式计算得到的分离室体积也将完全不同，一般末效体积最大。为计算方便，取各效分离室的尺寸应该一致。并且所取分离室体积应该取四效中的较大者。为了进一步确定了分离室的体积，但是高度与直径应符合关系，一般确定分离室直径与高度应考虑以下原则：（1）根据分离室的高度与直径之比为H/D=1~2。针对于本设计中央循环管式蒸发器，由于分离室通常不能小于1.8m，所以要保证足够的雾沫分离高度。但是分离室的直径也不能太小，否则如果二次蒸汽的流速过大，将会导致雾沫夹带现象比较严重。（2）在条件允许的范围内，此时分离室的直径应该尽量与加热室相同，这样做能使结构简单并且制造方便。（3）直径和高度都应该能够适于施工现场的安放。根据上述原因，可以取H/D=1.5，根据，所以带入值，解得：H=1.95m；D=1.3m，经校正后取H=2m；D=1.4m。3.2.3蒸发器接管设计（一）蒸发器进出口接管内径蒸发器主要接管如下：溶液的进出接管、加热蒸汽进口、冷凝水出口接管与不凝气体接管和二次蒸汽出口的接管。溶液进出口接管的内径：(3-4)式中—溶液的质量流量，kg/h；—溶液的密度，kg/m3；—溶液流速，m/s；—溶液接管内径，mm；（1）溶液进口接管针对于并流加料的四效蒸发器来说，可知第一效蒸发器溶液的流量最大，如果将各效蒸发器采用统一尺寸，此时接管尺寸由第一效溶液的流量来确定。溶液的流速应该按强制流动进行考虑。第一效进口溶液参数可见表3-5。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）表3-5第一效进口溶液参数溶液的质量流量，kg/h溶液流速，m/s溶液的密度，kg/m3第一效进口溶液参数100001.01000所以溶液进口接管的内径：(3-5)为了使得计算方便，可将溶液进口接管取统一管径。查文献[17]得：取进料进口的公称通径为100mm，接管外径为108mm，壁厚为4mm。所以物料进口管内的流速为：(3-6)因为溶液进口接管内流速在表3-5范围之内，所以符合要求。（2）冷凝水出口接管冷凝水的排出通常属于自然流动（如果有泵抽出时，这种情况除外），此时冷凝水接管直径的确定取决于各效加热蒸汽较大的消耗量，所以取加热蒸汽消耗量。第一效进口溶液参数见表3-6。表3-6第一效进口溶液参数溶液的质量流量，kg/h溶液流速，m/s溶液的密度，kg/m3最大加热蒸汽消耗量对应冷凝水参数2707.21.0998所以冷凝水出口接管的内径为：(3-7)为了使计算方便，此时冷凝水出口接管管径应统一。查文献[17]得：冷凝水出口管外径为48mm，壁厚为4mm，公称通径为40mm。冷凝水管内流速为：(3-8)计算可知冷凝水管内流速在表3-6范围之内，所以符合要求。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）(3)加热蒸汽进口与二次蒸汽出口的接管如果各效具有一致的结构尺寸，所以二次蒸气体积流量应取各效中最大者。由计算可知，三效体积流量最大，故取二次蒸气蒸发量。第三效二次蒸汽参数见表3-7。表3-7第三效进口溶液参数蒸汽的质量流量，kg/h蒸汽流速，m/s蒸汽的密度，kg/m3第三效二次蒸气参数2854.8300.4229所以加热蒸汽进口和二次蒸汽出口的接管内径为：(3-9)为了计算方便，蒸汽进出口管径应取统一。查文献[17]得：所以二次蒸汽出口的接管外径为326mm，壁厚为13mm，公称通径为300mm。加热蒸汽进口的接管外径为212mm，壁厚为6mm，公称通径为200mm。又因为加热蒸汽进口和二次蒸汽出口的接管内流速为：(3-10)所以计算可知蒸汽接管流速在表3-9范围之内，所以符合要求。(4)溶液出口接管如果各效结构尺寸保持一致，那么溶液体积流量应取四效中最大者。由计算可知，一效体积流量最大，故取一效蒸发器进料量为10000kg/h第一效出口溶液参数见表3-8。表3-8第一效出口溶液参数溶液的质量流量，kg/h溶液流速，m/s溶液的密度，kg/m3一效出口溶液参数2854.80.51000所以溶液出口的接管内径：mm(3-11)为了计算方便，蒸汽进出口管径可取统一。查文献[17]得：溶液出口的接管外径为108mm，壁厚为4mm，公称通径为100mm。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）所以：溶液出口的接管内流速为：m/s(3-12)因为溶液接管流速在表3-8范围之内，所以符合要求。(5)不凝气体出口接管如果取各效结构尺寸一致，那么不凝气体体积流量应取各效中最大者。此时不凝气体出口接管管径可取统一值，那么所取参数与冷凝水出口接管应该保持一致。查文献[18]得：不凝气体的出口接管外径为34mm，壁厚为2mm,公称通径为30mm。（二）、蒸发器接管伸出长度的确定蒸发器接管伸出长度可以按下式进行计算：(3-13)式中—接管伸出长度，mm；—保温层厚度，mm；—接管法兰厚度，mm；—接管法兰的螺母厚度，mm；所以蒸发器接管中各参数见表3-9。表3-9接管各参数进料接管伸出长度出料接管伸出长度进蒸汽接管伸出长度二次蒸汽接管伸出长度冷凝液接管伸出长度不凝气接管伸出长度接管法兰厚度h182424241616接管法兰的螺母厚度h1303030303030保温层厚度δ303030303030伸出长度余量151515151515(1)进料口接管伸出长度为：，所以可取62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）(2)出料口接管伸出长度为：，所以可取(3)二次蒸汽出口与蒸汽进口接管伸出长度为：，所以可取(4)冷凝液出口接管伸出长度为：，所以可取(5)不凝气出口接管伸出长度为:，所以可取（三）、蒸发器接管安装位置的确定蒸发器接管安装位置计算为：(3-14)式中—接管安装位置，mm；—保温层厚度，mm；—接管法兰厚度，mm；—接管法兰的螺母厚度，mm；(1)进料口接管安装位置确定筒体中心轴与接管中心轴重合。(2)出料口接管安装位置确定因为进料口接管管径比较宽，所以进料口接管管径位置应加有补强圈，目的是起加强作用。mm，则取整mm。(3)蒸汽进口接管安装位置确定因为蒸汽进料口接管管径较宽，所以蒸汽进料口接管位置应有加有补强圈，目的是起加强作用。mm，则取整mm。(4)不凝气体出口接管安装位置确定为了方便排出蒸发器装置中的蒸汽，所以设计排气管为。因为不凝气体出口接管安装位置没有补强圈，所以不凝气体出口接管安装位置可按最小尺寸进行计算。mm，则取整mm。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）(5)冷凝水出口接管安装位置确定为了避免影响传热效率，所以要排出蒸发器装置中多余的冷凝液，设计排液管尺寸为。由于冷凝液出口接管位置不需要补强圈，所以对于冷凝液出口接管安装位置可以取最小尺寸。在整个工艺流程过程中为了保证蒸发器中多余的冷凝液能够顺利的流出，所以取冷凝液出口接管安装位置在L=60mm处。3.3其它设备的选型（1）、管板设计管板是蒸发器设备的一个主要元件,在管子和壳体等的连接处，它有一个重要的设备—受压元件。对于管板的设计中，除需要满足强度的要求外，还应尽可能合理的考虑管板的结构设计。根据DN=1200mm，P=0.6Mpa，需要选择整体管板兼作法兰，结构如图3-1。图3-1整体管板查文献[17]和[18]得：表3-10整体管板尺寸DNDD1D3D4螺柱规格12001230119010971138M20D5Cdbfb螺柱数量120016.523445044查文献[17]，得管板管孔直径及允许偏差为。（2）、管箱法兰设计管箱法兰是蒸发装置中的一个主要元件，分别与壳体和封头等连接。对于管箱法兰的设计，不仅需要考虑强度要求，而且还应满足蒸发器的结构设计。根据DN=1200mm，P=0.6Mpa，查文献[17]，选择乙型平焊法兰，结构如图3-2。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）图3-2筒体法兰查文献[17]得：表3-11筒体法兰尺寸DNDD1D2δ螺栓孔d螺栓规格螺栓数量12001300126012302020M2044（3）、折流板设计为了提高壳程中废水流体的流速，增加流体的湍流程度，目的是让壳程中的流体垂直冲刷管束，用来增加传热，同时还需要增大壳程流体中的传热系数，可以减少壳程结垢。折流板选用单弓形折流板如图3-3，计算可知折流板缺口弦高h=0.25D，折流板间距B=500mm，对于折流板厚度取8mm。图3-3单弓形折流板计算折流板板数所以：取折流板数=5块。离管板最近的折流板距离查文献[17]和[18]得，折流板管孔直径及允许偏差为。（4）、拉杆、定距管设计折流板通常是采用定距管和拉杆等相关元件固定在管板上，所以使用拉杆定距管的形式进行设计。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）图3-4拉杆查文献[17]得：表3-12拉杆尺寸拉杆直径d(mm)拉杆数量(n)La（mm）Lb（mm）B（mm）16620602.0(5)、防冲挡板的确定为了防止蒸发器中壳程蒸汽进口处物料对加热管表面进行直接冲洗，从而引起加热管表面的侵蚀或震动，用来保护换热管，所以要设计防冲挡板，结构所示如图3-5。图3-5防冲挡板已知壳体内壁到防冲板外表面的距离L=74mm，防冲板直径D=252mm，防冲板厚度B取12mm，厚度C取20mm，所以采用Q235B-B材料，而防冲板焊接在圆筒上为防冲板的固定形式。（6）、蒸发器接管法兰的确定本工艺选择的蒸发器接管法兰为凸面管法兰。图3-6接管法兰查文献[18]得接管法兰尺寸62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）表3-13接管法兰尺寸接管DNDdK螺纹ThLnC进料口100188104148M1630420出料口100190114148M20301620二次蒸汽进口200292212252M20201640蒸汽进口200292212252M20201640冷凝液出口40885468M1210410不凝气体出口30543644M126410（7）、下管箱结构设计图3-7下管箱结构因为蒸发器属于单程蒸发器，且筒体内径D=1200，并且还采用轴向接管。所以本工艺选用标准椭圆封头，根据筒体内径D=1200，所以查表得H=78mm。（8）、支座选用本工艺选择BN型耳式支座，结构可见图3-8。图3-8BN型耳式支座结构62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）根据筒体内径D=1200，所以查文献[17]，可得表3-14蒸发器的支座设计参数。表3-14BN型耳式支座预热器公称直径DN1200高度Hl1b1δ1s12301601401060l2b2δ2l3b324014010290250δ3eb4δ4螺栓规格10304530M24（9）、视镜设计查文献[17]得：表3-15视镜尺寸内径mmDmmDmmmmmmHmm螺柱数量n螺柱直径100120110101011012M16视镜位置中最小尺寸：(3-15)式中—视镜外径，mm；—法兰厚度，mm；所以视镜安装高度取380mm。（10）、垫片选择本工艺中垫片材料选择石棉橡胶垫片，查文献[12]得：表3-16垫片选择DN（mm）D（mm）D（mm）120012401100（11）、加热管与管板的连接管板与管子的连接采用强度含连接，因此结构强度高，抗拉脱力强，并且在高温高压下还能保证连接处的抗拉脱能力和紧密性，查化工单元过程及设备设计表4-20，管端伸出长度L1=3.5，L2=5mm,所以查文献[17]选择加热管与管板的连接结构见图3-9。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）图3-9加热管与管板的连接（12）、管板与壳体的连接查文献[18]，选择结构见图3-10。图3-10管板与壳体的连接62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）第4章设备一览表蒸发装置设计结果结构参数表。表5-1蒸发器设备规格一览工艺号名称规格数量材料E101一效蒸发器Φ1200×60001台钛材E102二效蒸发器Φ1200×60001台钛材E103三效蒸发器Φ1200×60001台钛材E104四效蒸发器Φ1200×60001台钛材蒸发器结构参数表。表5-2蒸发器结构参数结构尺寸规格筒体内径Di，mm1200传热面积A，m2120加热管规格φ38×2.5mm加热管根数436管板规格DN600pg0.6mPa蒸汽接管补强圈规格DN400蒸汽进口接管规格Ф426×13L=180mm物料进口接管规格Ф108×4L=180mm物料出口接管规格Ф108×4L=180mm冷凝水接管规格Ф45×2.5L=180mm不凝气接管规格Ф45×2.5L=180mm视镜规格DN150pg0.6mPa冷凝器类型：列管管式冷凝器表5-3换热器及储罐规格一览表工艺号名称规格材料E105四效蒸发器顶部冷凝器BME325-4Ⅰ低合金钢V201含腈废水浓缩储罐Φ3600×1200A3R62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）表5-4泵规格一览表工艺号名称型号扬程P301A/B一效废液输送泵IS80-60-12560P302A/B二效废液输送泵IS80-60-12560P303A/B三效废液输送泵IS80-60-12560P304A/B四效废液输送泵IS80-60-12560P305A/B真空泵2BE1353-0160mba（最大真空度）62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）第5章车间设备布置设计5.1车间布置设计的原则5.1.1车间设备布置的原则车间设备布置的原则应遵守设计程序的摆放顺序，按照布置基本原则进行规划，要有细致而周密的考虑，除符合本次工艺的基本要求外，还需满足GMP的要求列出车间设备布置的有关规范、要求及原则。还要遵守《化工工艺设计手册》和各种设计的规定，如《洁净厂房设计规范》、《建筑设计防火规范》等。除需要遵守以上规定外，设备布置还应尽量满足下列基本的要求。一、生产工艺要求[19](1)车间应该按照工艺流程进行合理布局，不能浪费厂房的空间资源。(2)管线应尽量清晰且简短，以便于检查和维修。(3)对于一些需要经常进行维修的设备，要将设备放置在易于移动的位置。还有就是在有危险的地方要出示警示牌，注意设备的防火防爆和防腐。(4)车间设备布置时，要满足工艺流程操作的连续性，使设备能连续运行，物料在中间不能间断，这样可避免物料的往返。减少物料的损失，同时人员行走路线与物料路线不能进行交叉。二、设备安装对布置的要求(1)要根据设备的结构以及大小，同时需要尽量考虑设备安装、拆卸、检修所需的面积和空间。(2)要考虑设备能顺利进出厂房。对于经常需要搬动的设备应尽可能的靠近大门，大门宽度比最大设备至少要宽0.5～1m。对于不经常搬动的设备如果不能从大门进行出入，可以在墙上设置并且安装孔，待设备进入后砌封。(3)冬天对于无严重冰冻地区的工厂可以考虑将不适宜放在车间内的设施，应尽量放置在室外。对于高压容器或易于爆炸的设备应放置在室外。并安装事故排空和安全报警等相关安全措施。(4)考虑设备还是布置在底层还是布置在楼面，要根据楼面载荷等因素而定。(5)设备与墙柱之间的距离，在无人通过时最小400mm，有人通过最小900mm。(6)泵与泵之间的距离一般不小于900mm，(7)对于发散有害物质、高温的生产部分和产生巨大噪音的部分应该同一般的生产62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）设备适当的隔开，这样可以避免互相干扰。(8)要合理安排车间内所有的操作平台、地沟、各种管路地坑及巨大的设备。5.1.2车间设备平面布置原则(1)调整整个工厂的总图布置，让整个车间系统的结合成一个有机整体。(2)确保经济核算，尽量做到安装费用少和占地少，这样可以节约成本。(3)便于物料运输、生产管理，为维修提供方便。(4)生产必须做到安全，一定要符合国家的各项标准和有关规定。(5)必要时还需要考虑到厂房扩建的空间和场地。5.1.3车间设备立面布置原则(1)当遇到管线相交叉的情况时，首先考虑布置管径较长的管线，然后再根据要求布置管径较短的管线。应该遵循大管优先原则，因小管占据较小的空间位置，并且小管造价低和易于安装。(2)输送液体与电缆桥架的管道如果一定需要在一起铺设时，应该设置套管等相应的保护措施，这样也能避免管道应渗漏时严重损坏电缆，从而造成不必要的事故。(3)各路管线如果在同一处垂直方向进行布置时，一般需要考虑各种管线相互平行并且不相交，这样做的目的是维修方便，还能降低工程造价。(4)对于附件较少的管道首先应该避让附件较多的管道。并且针对于可弯曲的管道应该给不可弯曲管道让路，这样能够有利于设备维护和施工操作以及能够及时更换管件。5.2车间设备布置对于储存丙烯腈废水的设备要进行集中布置并做通风处理，通风措施还需要根据丙烯腈爆炸极限、浓度和性质考虑，进而设计厂房。本工段对于蒸发器设备选择露天布置，(1)蒸发器的布置方式很多，本工段主要是选择室外进行集中布置，在符合工艺路线的基础上，将四个蒸发器相邻布置。同时四个蒸发器的中心排列成一条直线，可通过适当方式调整蒸发器的安装高度，蒸发器的长为7m，厂房的占地面积为6m×30m，厂房的高度为10.62m，如果蒸发器在室内布置，必须考虑加强通风，这样可以防止爆炸性气体的聚集；因为丙烯腈中的废水杂质为剧毒性，所以本工艺采用室外安装。(2)冷凝器的热量平衡将会涉及到换热面积、传热效率、流动强度等一系列相关问题，所以，冷凝器在运行过程中会由于流体结焦、热量积累、或气化而发生事故。冷凝器的布置原则多数取决于和它密切相关设备的布置。本次设计选择列管式冷凝器，(3)储罐。储罐可根据安装方式分为卧式和立式储罐62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文），根据用途可分为成品储罐和原料储罐。在进行容器布置时需要注意以下事项。对于立式储罐在厂区布置时，需按罐外壁进行取齐，而对于卧式储罐则应该按封头切线进行取齐。仪表和液位计应尽可能集中于储罐的一侧，另一侧则用于检修使用。储罐与储罐之间的距离必须要符合国家标准的相关规定，以便进行操作、检修和安装。(4)泵应靠近蒸发器设备用来保证将物料打入下一台蒸发器中。它们常集中放置在泵房。对于室外放置的泵通常排成一行，并且泵的排列顺序由管道的布置和相关的设备所决定。5.2.1车间立面布置对丙烯腈车间进行立面布置，根据蒸发器的高为7m，所以选择两层建设，因为丙烯腈废水中的杂质为剧毒性物质，为了通风良好，所以选择室外布置。图5-1车间0.00平面布置图图5-2车间6.00平面布置图5.2.2车间设备立面布置62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）根据蒸发器的性质和高度以及直径，对整个设备进行设备的里面布置，如图5-3和5-4显示。图5-3车间A-A平面剖视图图5-4车间B-B平面剖视图62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）第6章自动控制6.1主要的控制原理蒸发器中关于液位是否正常，通常是决定蒸发器运行稳定的关键环节。所以精确的测量液位正常并且能够快速稳定地把液位控制在某一范围内显得非常重要。在生产过程中，控制阀是过程控制的终端部件，已经被广泛使用，控制阀的主要作用是：在阀进出口压力上下变化的情况下，能够维持阀门的流量稳定，进而能够维持与阀门相串联的被控对象(如一个用户、一个环路、一台设备等)的流量相对稳定。但是在生产过程中有很多不确定因素，这样就使的控制阀的选择比较复杂，对于控制阀性能指标的好坏将直接影响到整个流程控制过程的正确性，主要还是流量特性的确定[20]。一般控制阀在出厂过程中均标明的是理想流量的性能，但通常在实际过程中应用时，由于需要考虑多种因素的影响，如阀内漏、卡堵、阀门或阀芯定位器故障等多种因素，这些对控制阀都将会造成损伤，因此要采取适当的改进和处理，从而不仅能够降低系统故障率，而且还能提高控制阀的寿命和利用率，同时还能对提高工艺流程的经济效益和生产效率有着非常重要的作用，另一方面还可以确保生产装置能够稳定、长期、高效和安全的运行。在生产过程中，通常将控制阀串联在管路系统中，但考虑到管件局部阻力压降、管道内壁压降等的变化和存在，使管路中的流量发生了变化。同时根据化工原理相关知识，管道中流体压力的损失hf和流速的平方u2成正比，因此，如果控制阀的开度改变，则其流量就会改变，从而管路系统中各处的压力降也就相应地发生了改变。对于控制阀流量特性的选择，总的来说就是如何选择直线型和对数型流量特性的问题。最后再根据管路系统和工作特性的综合因素进行选择适合的控制阀。6.2自控水平与控制点在整个厂区设备中安装自动控制点，目的就是在流程上进行监督和及时纠正措施。避免不必要的事故发生，针对于工程投资建设项目具有一次性的特征，并且项目产品在完成的过程中也是连续生产，因此对整个流程进行动态的控制非常重要，如果项目一旦失去控制将是很难挽回的，还可能造成重大损失，所以自动控制工程是本工段最重要的组成之一。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）在蒸发器上安装压力显示控制，当检测蒸发器内压力时，能当场显示，在压力仪表内控制器输入5-20mA，如果蒸发器内检测压力超过设置上限压力时，PLC智能显示仪将会报警并输出信号关闭开关阀门。如果蒸发器内压力低于设置压力时，压力仪表将会报警输出信号，此时启动开关阀。对于本次设计的每一效蒸发器要控制其温度，从第一效到第四效，温度为125℃、112℃、90℃、60℃，如果发现温度过高，此时停止蒸汽的输入。在蒸发器的底部侧面安装一个液位仪表控制，由液位仪表来控制蒸发器进料调节阀的开度，从而能够保证蒸发器内的液位平衡，同时显示高、低位报警。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）原料经过丙烯腈废水储罐和外加蒸汽顺流一并进入一效蒸发器E101，一效蒸发器中的物料通过LIC301控制其液位，此时一效蒸发器中产生的二次蒸汽冷凝液进入二效蒸发器，通过PIC101控制压力，塔釜液通过泵打到二效蒸发器中，通过FIC401控制其流量，同时二效蒸发器E102塔顶中产生的二次蒸汽进入三效蒸发器，此时需要PIC102控制压力，二效中的塔釜残液也经过泵打入三效蒸发器中时，通过FIC402控制其流量，塔釜内的溶液通过LIC302控制液位，三效蒸发器E103中的馏出的物料先进入四效蒸发器E104，FIC403控制其流量，E103蒸发器内的物料由LIC303控制液位，四效蒸发器E104通过冷凝器进行冷凝，由TIC201控制温度的变化，蒸汽由真空泵进入生物降解池，其流量通过FIC405来调控，而第四效蒸发器塔釜产生的残液通过离心泵打入储罐，塔底的流量通过FIC404来调控。储罐V201通过LIC305来控制，最后送至生物降解池。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）第7章安全和环境保护对于丙烯腈的生产过程中，每生成1t丙烯腈就将可能产生约1.5t废水。虽然丙烯腈能为市场经济的高速发展带来了巨大的收益，但是也将会产生大量高浓度、剧毒的有机废水，因此对于保护环境的问题已经受到人们的高度重视，随着能源、资源的日益枯竭，生态环境的不断恶化，所以对于合理有效利用能源和资源，并将它们发挥最大的价值，是今后化学工业急需解决的问题。除此之外，丙烯腈在生产过程中产生大量易爆、有毒的物质，如果直接将其排放，一定会对周围环境造成严重的污染[21]。工业的“三废”主要是工业生产过程中产生的废水、废气、废渣。本工段将要除去的废水中含有多重有害和有毒物质，如果不经妥善处理，在没有达到规定的排放标准后而直接将其排放到环境（水域、大气、土壤）中，此时已经超过环境的自净能力，将破坏自然资源和生态平衡，所以应该引起我们高度的重视。7.1三废产生情况废气：急冷塔中产生的氨(NH3)，用稀硫酸洗涤以吸收。在丙烯腈废水储罐中将不会氨气，并且在蒸发器装置中也不含有氨气。废液：本工段主要是除去丙烯腈反应过程中产生的废液，废液中主要成分是氰化物、丙烯腈、乙腈、丙烯醛和低聚物等高浓度的有机物质。7.2三废处理原则对于化工三废得出以下结论：(1)化工中的三废问题直接影响到环境保护、经济发展等相关问题，其中主要是关系到人民群众生存环境的安全问题。在生活中保护环境将是人类自觉地保护自然资源并将其得到充分合理的利用，这样可以防止自然环境受到破坏和污染，对于已经受到破坏和污染的环境一定要做好综合治理的思想，必须创造出适合于人类健康生活的工作和环境。(2)随着我国化工产业的高速发展，工业中带来的有关环境问题也在日益加剧，对于在化工企业比较密集地区,各级政府支持建设安全科技支撑体系的宏观构架，构建“化工三废安全措施和化工三废应急系统及事故防范”的设想正在得到有关部门的高度重视。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）(3)一般针对的厂址选择以及当地工业布局等多方面因素进行考虑来确定“三废”排放对环境污染。丙烯腈的污水处理首先考虑应该避免布置在居民区的水源上游和上风方向，并且厂区需要远离城市中心，在丙烯腈的生产过程中，主要是先将废水集中放在密封的储罐，用四效蒸发器进行浓缩废液，最后将浓缩之后的废液通过真空泵打入生物降解池。废液是本次设计主要的处理对象，采用的方法是四效蒸汽—生物降解法。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）第8章公用工程8.1供水用水种类根据着水的用途可分为生活用水、生产用水、和消防用水等。(1)针对水源来源的选择：水源分为自来水和地下水（泉水、浅层地下水和深层地下水等），首先应根据工艺要求，选择良好水质且无杂质，水量比较充足，水源周围环境及卫生应该良好，最重要的是厂区要离水源比较近，便于生产需求时，能及时供水[22]。(2)针对本工段的循环冷却水：通过四效蒸发过程中生产的冷却水进行循环使用，这样可以节约水源。(3)针对本工段的蒸汽冷凝水：目前我国正在开展关于工业废水达标排放活动，如丙烯腈生产过程中的废水就不能直接排放，因为废水中COD过高，对于一效蒸发器冷凝下来的水将直接送到加热装置，这样也能节约用水，对于第二、三、四工段产生的冷凝水进行工业废水达标测试，合格之后将直接送至净化水池。8.2供电在化工生产过程中供电占有举足轻重的地位。(1)车间的照明设计：根据本工段厂房的设备是四效蒸发器、冷凝器还有储罐和泵，对于泵房需要照明的强度、泵房的高度为6m的条件来进行选择，在布置时还需要适当注意外形的美观、建筑物的协调和检修和安装的方便，通过综合考虑，从而才能做到经济和技术上的合理。(2)电气的防爆：由于废水中含有的有机毒物易燃，并且产生的蒸气极易与空气形成爆炸性混合物。在通常情况下如果遇明火或者高热易引起燃烧，随之放出有毒气体。如果装置处于火场高温下，将会发生聚合放热，最终能使容器破裂，所以对于本工段有触电危险的厂房外，由于废水装置在生产过程中会有的发热、火花等现象，如果外部环境比较干燥，厂房将会发生爆炸和火灾危险。由于电气原因造成下面几个方面的情况：1.短路：对地短路和相间短路都将会造成电流成倍增加，此时反应设备和线路都会产生明显的发热情况。2.过载：由于装置在生产过程中使用不合理，造成热量长时间积累，从而电气设备或线路温度显著升高。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）3.散热不良：设备如果散热不好，外加长时间工作，就特别容易引起火灾。因此，对于本工段废水防爆设备的使用，应该远离火种和热源。8.3供暖本次工艺主要以蒸汽方式提供能量，首先因为本次工艺选择四效蒸发器，采用物料和蒸汽并流方式浓缩废液，此时额外的蒸汽能使设备在比较低的环境温度下仍然能够保持继续工作的一种技术手段[23]。(1)凡是日均温度平均在三个月以上都低于三度的地区应该选择集中取暖。(2)采暖的介质：对于设备的集中布置，应该选用热水取暖，降低能耗，同时在生产的过程中需要回收和利用冷凝水，对于厂区内分散布置的设备，比如泵房，可采用蒸汽或热水进行取暖，对于本工段由于废水中的杂质存在爆炸性的危险，所以应该采用防爆性的暖风机进行供暖。8.4通风为保证工作人员的卫生条件，对于丙烯腈的污水处理车间，因为产生的物质都是有剧毒的，所以必须采取通风措施。采用通风方法进行改善室内空气环境，所谓通风方法，就是在整个车间或局部地点把不符合卫生标准的有毒物质、粉尘排至室外，把新鲜空气送入室内。在放丙烯腈成品的建筑物内，不能采用局部通风，严格意义上说：采用局部通风后，厂房内的环境并不能仍达国家卫生标准要求，此时应采用全面通风[24]。所以本工段采用全面通风。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）结束语通过这次设计的研究和学习，并且在肖斌老师的悉心指导下，我完成了中央循环管式蒸发器的设计。从课题选择、开题报告到具体设计，每一步对我来说都是非常大的挑战和尝试，同时这也将是我在大学期间能够独立并且顺利完成的最大项目。在这次设计的过程中，我遇到很多新问题，在解决问题过程中我不断的优化设计。在这段时间，在肖老师的指导和查阅相关资料的基础上，我进行了工艺计算，主要包括物料衡算、热量衡算和主要设备计算，最后，绘制了流程图、主要的设备图还有车间平立面布置图以及全流程的aspen模拟。在此基础上完成了八万吨/年丙烯腈废水处理工段的初步设计，在整个过程中，我将这份毕业设计进行完善。在这次毕业设计中，我总结了在大学期间所学到的理论与实践的知识，并将我所学到的专业知识进行巩固，提高了自己解决实际问题的能力，为以后的学习打下了牢固的基础。设计任务是丙烯腈废水的蒸发装置设计，物料处理量为10000kg/h，初始浓度为7.921%，要求浓缩到80%。本次设计的内容包括确定蒸发器的流程，选定蒸发器的类型，进行工艺计算，主要设备的选型，辅助设备的选型等，并且经过比较和计算，确定蒸发装置为四效并流。同时，查阅相关资料可知，后一效蒸发室的压力与前一效相比较低，前一效溶液可利用压差流入后一效，不需要用泵来进行输送。并且前一效的二次蒸气可作为后一效的加热蒸气，物料从前一效进入到后一效也不需要消耗额外的能量，这样可以节约能源。由于我们的知识水平有限，并且严重缺乏经验，在设计中会存在很多的问题。在这里我要特别感谢老师和同学对我的帮助，以后我会将我所学到的相关理论知识运用到实际的工作中去，使得理论与实际相结合。62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）参考文献[1]孙宏图,王建龙.高浓度丙烯腈废水的辐照处理[J].清华大学学报,2009,9(9):67—69.[2]张丽丽.丙烯腈生物膜毒性致损机制的研究[D].江苏:苏州大学硕士学位论文,2009:9—10.[3]钱伯章,朱建芳.丙烯腈生产的国内外市场分析[J].江苏化工,2009,35(1):17—18.[4]王保玉,李亚静.丙烯腈生产技术的研究进展[J].广州化工,2010,38(9):594—597.[5]罗保军,周子平,王美云.丙烯腈的生产现状及发展前景[J].化工科技市场,2003,26(10):40—42.[6]刘殿宇.大型蒸发器中冷凝水的回收利用[J].饮料工业,2011,14(12):71—75.[7]史登跃,闫丽瑾.蒸发器液位控制浅析[J].仪器仪表与分析监测,2004,16(1):89—92.[8]刘光启,马连湘,刘杰.化学化工物性数据手册[M].北京:化学工业出社,2002:237—238.[9]陈常贵.化工原理[M].天津:天津大学出版社,2005:331—336.[10]邱克.AOGC废气焚烧炉在丙烯腈装置工业化的应用[J].弹性体,2009,19(1):593—598.[11]娄爱娟,吴志泉,吴叙美.化工设计[M].上海:华东理工大学,2002:330—331.[12]柴城敬,刘国维,李阿娜.化工原理课程设计[M].天津:天津科学技术出版社,2005:13—16[13]贾绍义,柴成敬.化工原理课程设计[M].天津:天津大学出版社,2007:16—19.[14]朱少春,尚莹.AOGC废气焚烧炉在丙烯腈装置上的工业化应用[J].天津化工,2011,25(3):71—72.[15]巨勇智,靳士兰.过程设备机械基础[M].北京:国防工业出版社,2005:282—289.[16]汤善甫,朱思明.化工设备机械基础[M].上海：华东理工大学出版社,2004:333—-335.[17]董大勤,袁凤隐主编.压力容器和化工设备实用手册[M].化工工业出版社,2000:282—289.[18]路秀林,王者相.化工设备设计全书[M].北京：化学工业出版社,2004:989—993.[19]张沛存,徐尊亮等.UASB-SBR组合工艺在丙烯腈废水处理中的应用研究[J].安全、健康和环境,2010,10(2):88—90.[20]Lu,Y.;Shi,J.J.;Sun,L.InvestigationoftheSelectionofExtractionSolventforExtractingthen-AlkanefromDieselbymeansofSolubilityParametersTheory.J.Fuel.62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）Chem.Technol.2008,36,297.[21]Wegmann,C.;Su_arezGarcía,E.;Kerkhof,P.J.A.M.KineticsofAcrylonitrileAdsorptionfromanAqueousSolutionUsingDowexOptiporeL-493.Sep.Purif.Technol.2011,81,429.[22]Guo,D.;Shi,Q.;He,B.;Yuan,X.DifferentSolventsfortheRegenerationoftheExhaustedActivatedCarbonUsedintheTreatmentofCokingWastewater.J.Hazard.Mater.2011,186,1788.[23]蔡晓东,郑帼.腈纶废水处理的问题和研究现状[J].工业水处理,2006,26(3):57—18.[24]彭跃莲,刘忠洲.膜生物反应器在废水处理中的应用[J].水处理技术,1999,25(2):44—47.62n齐齐哈尔大学毕业设计（论文）致谢这次毕业设计是在肖斌老师的悉心指导下完成的。从毕业设计的选题、收集的资料、设计方案的确定到最终的设计完成，肖老师给予了我耐心指导，使我能够顺利的完成了此次毕业设计。同时，肖老师认真负责的治学精神，严谨的科学态度和精益求精的工作作风，这些方面都是我所需要学习的，感谢肖老师能给予我这样一个锻炼自己的学习机会，在此向肖老师致以诚挚的感谢，谢谢老师。在这次设计中，使我对化工专业知识有较好的综合运用。毕业设计中最大的突出点就在于把化学工艺，工程力学，机械制图以及化工原理基础知识等多方面有机的联系和结合起来，让所学的知识更加灵活。通过这次毕业设计，能够使我对工厂的实际生产和操作以及相应的流程有了一定的感性认识和理性认识。本次设计能够顺利完成，感谢肖斌老师的宝贵指点和同学们的大力帮助，同学也得归功于大学里各位任课老师的悉心教导，使我能够很好地掌握和运用专业所学的知识，并在设计中得到帮助。并且在各位老师的悉心教导下，使得我有了独立思考问题和解决问题的能力。在此向化工学院全体老师表示感谢，感谢他们这五年来的辛苦培养。谢谢！62