淺談發(fā)泡劑adc裝置的設計

淺談發(fā)泡劑adc裝置的設計

發(fā)泡劑adc化學的名字是偶氮二甲胺，英英石nh2conchonh2。該化合物為黃色粉末，在二甲基亞中浸泡，不溶于乙醇、蒸汽、苯、吡啶和水。分解溫度：180.200c，還原氣量230.250ml（g），密度1.66g/cm3。超過120c者易分解并釋放大量氧氣。該產(chǎn)品無毒、無臭,不污染,易運輸,廣泛用作聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、氯丁橡膠、天然橡膠、丁腈橡膠、硅橡膠等塑料和橡膠加工過程中的發(fā)泡劑。隨著人們生活水平的不斷提高,市場上發(fā)泡塑料及發(fā)泡橡膠用品的需求量也日益增加,1996～1998年,國內(nèi)主要21家生產(chǎn)廠的總生產(chǎn)能力由3.5萬t/a擴大到超過6萬t/a,增長71%,之后,目前,我國發(fā)泡劑ADC的總生產(chǎn)能力仍在繼續(xù)膨脹,主要的生產(chǎn)廠家都有繼續(xù)擴產(chǎn)的計劃。綜合目前國內(nèi)發(fā)泡劑ADC發(fā)展情況,歸納起來有幾個趨向和特點:規(guī)模趨向由小到大,現(xiàn)設計或擴建的大多都在1萬t/a以上;生產(chǎn)廠家由輕化工廠家轉(zhuǎn)向氯堿廠家,以降低生產(chǎn)成本,有利于市場競爭;某些手工操作逐步用機械化和管道化所代替,減輕勞動強度;“三廢”逐步回收,進行綜合利用,降低消耗,改善環(huán)境。由于生產(chǎn)工藝路線的不同,工藝設計的條件和內(nèi)容也不完全相同,本文僅以年產(chǎn)1萬噸發(fā)泡劑ADC的生產(chǎn)規(guī)模為例,簡要介紹其工藝設計方面的情況。1從聚合物至聚合反應法分離和制備濕adc發(fā)泡劑發(fā)泡劑ADC生產(chǎn)工藝流程如圖1。在次氯酸鈉反應器中,按一定比例加入堿和水,通入氯氣,制成次氯酸鈉溶液。尿素加水配制成尿素溶液,用泵送至尿素高位槽備用。兩者由次氯酸鈉泵和尿素泵及轉(zhuǎn)子流量計按一定比例加入立管式反應器,反應生成水合肼。生成的水合肼溶液經(jīng)氣體分離器排出氮氣后,再冷卻至-5℃,送入離心機進行固液分離,液體為精制水合肼。將精制水合肼溶液送入配料槽,加入尿素,待充分溶解后,由泵打入縮合反應釜中,在此加入硫酸,使溶液保持酸性,加熱進行縮合反應,制得聯(lián)二脲及其副產(chǎn)物,經(jīng)過濾、洗滌,制得聯(lián)二脲。聯(lián)二脲送至氧化釜,加入氯酸鈉,在溴化鈉等催化劑作用下進行氧化反應,生成偶氮二甲酰胺,再洗滌、離心分離,固體為濕ADC發(fā)泡劑,濕ADC發(fā)泡劑用熱空氣經(jīng)氣流干燥后,進入粉碎機即為成品。主要化學反應如下:2ΝaΟΗ+Cl2=ΝaClΟ+ΝaCl+Η2ΟΗ2ΝCΟΝΗ2+ΝaΟCl+2ΝaΟΗ=Η2ΝΝΗ2?Η2Ο+Νa2CΟ3+ΝaClΝ2Η4?Η2Ο+Νa2CΟ3+2Η2SΟ4=Ν2Η4?Η2SΟ4+Νa2SΟ4+CΟ2↑+2Η2Ο2ΝaΟΗ+Η2SΟ4=Νa2SΟ4+2Η2ΟΝ2Η4?Η2SΟ4+2ΝΗ2CΟΝΗ2=ΝΗ2CΟΝΗΝCΟΝΗ2+(ΝΗ4)2SΟ43ΝΗ2CΟΝΗΗΝCΟΝΗ2+ΝaClΟ3=3ΝΗ2CΟΝΝCΟΝΗ2+ΝaCl+3Η2Ο2設備的主要設備選擇、結(jié)構(gòu)的確定和臺數(shù)的計算2.1主要定期設備主要定型設備的計算選型應根據(jù)建廠條件和生產(chǎn)情況,可全部選用國產(chǎn)或合資廠的產(chǎn)品,設計裕量按1.2考慮。2.1.1縮合反應裝置年產(chǎn)1萬t發(fā)泡劑ADC,每日需消耗362t的精肼,54.36t的尿素,精肼與尿素混合物的密度取0.9t/m3,縮合釜裝料系數(shù)取0.8,每日生產(chǎn)聯(lián)二脲6批,若選20m3的搪瓷反應釜,則每批生產(chǎn)需縮合釜的臺數(shù)=362+54.360.9×0.8×20×6=4.85(臺)故應選取20m3的搪瓷反應釜5臺。由于縮合反應是把水合肼與尿素液打至縮合鍋釜后加入濃硫酸,反應溫度在100℃以上,原先采用液面上滴加法,抽出的尾氣中往往有白色酸霧,不但使酸耗增加,而且污染環(huán)境。現(xiàn)改用內(nèi)外襯聚四氟乙烯的鋼塑加酸管插入液面下加酸,使酸液與反應物在液下接觸,在攪拌下很快發(fā)生反應,大大地減少了氣相酸霧。同時,縮合釜釜蓋下的墊圈改用方形橡膠圈,既不泄漏又耐腐蝕,效果很好。2.1.2風機配置選用HTF-250型陶瓷葉輪風機1臺,風量為3100m3/h,風壓=980Pa,既能延長使用壽命,又可得到較好的引風效果。2.1.3真空泵選用無油立式WLW-200型3臺,其抽氣速率為720m3/h,極限真空度2kPa(絕壓),二開一備。2.1.4式中間機械選用國產(chǎn)SX-1250型自動卸料離心機8臺,配用皮帶機輸送,效率高,勞動強度減輕,產(chǎn)量可大大提高。2.2主要非標準設備2.2.1—管式反應器管式反應器有完全直立式和斜立式兩種,這兩種都是依靠泵為動力,自下而上進行反應。它具有設備、流程簡單,生產(chǎn)連續(xù)化,產(chǎn)量高,操作方便,投資少等優(yōu)點。根據(jù)d=4VsρπReμL=VpA式中:d—管子直徑,m;Vs—流體流量,m3/s;ρ—流體密度,kg/m3;Re—雷諾準數(shù);μ—流體粘度,Pa·s;Vp—生產(chǎn)能力,m3/d;L—管子長度,m;A—管子截面積,m2粗肼每天產(chǎn)量約400t,即389m3/d,設反應物在管內(nèi)的時間τp=0.2min則Vs=38924×3600=4.5×10-3(m3/s)Vp=389×0.224×60=0.054(m3)d=4×4.5×10-3×10303.14×1×105×8×10-4=0.074(m)L=0.0543.144×(0.074)2=12.5(m)從以上計算可得,選用規(guī)格為D89mm×4.5mm,長度為12.5米的無縫鋼管作管式反應器較好。2.2.2兩組裝料系數(shù)的確定粗肼每天的產(chǎn)量約400t,設粗肼溶液的密度為1t/m3,冷凍鍋的裝料系數(shù)取0.8,若冷凍鍋的體積選30m3,一日三班,則每班生產(chǎn)需冷凍鍋的臺數(shù)=4001×30×0.8×3=5.6(臺)取6臺。冷凍鍋設內(nèi)、外冷卻盤管,換熱面積為30m3攪拌形式為斜葉漿式,雙層。2.2.3氧化劑的配制槽每班生產(chǎn)需消耗3.43t純NaClO3,設配制的NaClO3溶液的濃度為40%,溶液的密度為1.3t/m3,配制槽的裝料系數(shù)為0.7,則氧化劑配制槽的體積=3.430.7×1.3×0.4=9.4(m3)所以,制作的氧化劑配制槽為D2600mm×2000mm,V=10.6m3。選用渦輪式攪拌器,攪拌器的轉(zhuǎn)速取100r/min為宜。2.2.4純naclo33t每天需生產(chǎn)發(fā)泡劑ADC約33.4t,一日三班,則每班需生產(chǎn)發(fā)泡劑ADC11.2t(已扣除生產(chǎn)過程中發(fā)泡劑的損失),需耗聯(lián)二脲11.39t,純NaClO33.43t。若氯酸鈉質(zhì)量分數(shù)為40%,與聯(lián)二脲混合后溶液的密度為1.25t/m3,氧化釜的容積選20m3,裝料系數(shù)取0.7,考慮到還需添加一半的水,故氧化釜的臺數(shù)為:(3.43÷0.4+11.39)×21.25×0.7×20=2.85(臺)取3臺。由于氧化反應過程中有泡沫產(chǎn)生,故氧化釜上部封頭在設備制作時應焊死,以避免反應液體溢出時,造成設備腐蝕。蒸汽加熱管應插入到反應介質(zhì)中部,這樣加熱效果較好。2.2.5過濾洗滌槽過濾洗滌槽宜選擇玻璃鋼為材料,既耐腐蝕,又保證鋼度,使用效果也好。每班從氧化釜放出的物料容積V=(3.43÷0.4+11.39)×21.25=31.95(m3)根據(jù)生產(chǎn)操作實際情況,選取過濾洗滌槽的規(guī)格為D3000mm×2000mm,V=14m3,取裝料系數(shù)為0.4,則過濾洗滌槽的臺數(shù)=31.9514×0.4=5.7(臺)。所以,制作6臺規(guī)格為D3000mm×2000mm的過濾洗滌槽,就可滿足實際生產(chǎn)的需要。3消耗指標生產(chǎn)發(fā)泡劑ADC的消耗指標見表1(以噸產(chǎn)品計)。4化工原料回收利用的途徑本裝置在工藝設計中充分考慮三廢治理和綜合利用,用最經(jīng)濟的辦法,回收一切有用資源,既解決了污染問題,又回收了大量化工原料,為國家創(chuàng)造了大量財富。4.1t氯化鈉在次氯酸鈉制備過程中,從理論上講,每消耗1t氯,就可產(chǎn)生0.81t氯化鈉。所采用的食鹽回收精制方法,只需在工藝設計時增加鹽回收過濾罐、離心機、水洗罐等少量設備,就可得到精制的食鹽,解決了鹽污染問題。4.2從食品的過程中回收水合肼作為發(fā)泡劑生產(chǎn)的原料,在制備過程中,使用了大量的堿,這些堿除部分變成氯化鈉外,大部分變成了碳酸鈉。目前回收十水碳酸鈉主要是采用冷凍法回收,即在工藝設計中增加冷凍鍋、過濾罐、離心機等設備,經(jīng)冷凍、離心甩干、過濾、洗滌等一系列工序,就可得到精制十水碳酸鈉。每生產(chǎn)1t發(fā)泡劑約可回收3t十水碳酸鈉。4.3蒸發(fā)回收工藝縮合母液中含有氯化鈉質(zhì)量分數(shù)為12%,氯化銨質(zhì)量分數(shù)為12%,還有部分未反應的尿素,其總固體質(zhì)量分數(shù)大約30%。由于固溶物含量高,因此蒸發(fā)回收在經(jīng)濟上是合理的。回收方法是將母液經(jīng)雙效蒸發(fā),溶解度隨溫度變化小的氯化鈉首先過飽和結(jié)晶析出,而溶解度隨溫度變化大的氯化銨在沸點溫度下又無析出。離心分離