层状硅酸钠的生产工艺

层状硅酸钠的生产工艺内容摘要：

P aDBP e ][ 0   2020 届化学工程与工艺专业毕业设计（论文） 第 13 页 共 44 页 因此，取 mmn 8 不能满足内筒体稳定性要求。 再假设取 mmn 10 ，则 mme  ， mmD 14200  ， mmL 1320。 则 0 DL， 1970 eD ，由图 113[14]查得A ，图 115[14]查得 MPaB 70 ，此时 [P ]为： M P aDBP e ][ 0   故取内筒体壁厚 mmn 10 可以满足 设计要求。 ④ 内筒封头壁厚计算 考虑到加工制造方便，取封头与筒体等厚，即取封头名义厚度 mmnk 10。 按压力计算肯定是满足强度要求的，下边仅按封头受外压情况进行校核。 封头有效厚度 mme  ，椭圆形封头的当量球壳内半径mmDKR ii 1 2 6 01 4 0  （标准椭圆形封头 K ）。 用 以下公 式计 算 系数 A ： 1260  ieRA  (312) 查图 115[14]查得 MPaB 96 ，由式 M P aM P aRBP i e ][   故封头壁厚取 mm10 可以满足稳定性要求。 支座的选择 立式容器的支座有腿式支座、支承式支座、耳式支座和裙式支座四种。 结合本工艺中夹套的特点及对各种支座的综合比较分析，因而选 B 型耳式支座。 搅拌轴、搅拌器及传动装 置等的设计和选择 ⑴ 搅拌轴计算 从强度考虑，计算轴径 mmn Pd ][ 33   (313) 叶小燕：层状硅酸钠的生产工艺设计 第 14 页 共 44 页 从刚度考虑，计算轴径 mmGn Pd ][1537 4 44   (314) 式中，轴材料选用 45 号钢，取 MPa30][  ；取 m。 ][ 。 参考公称轴径系列，取 mmd 50 ，轴结构及尺寸设计可据此进行。 ⑵ 搅拌器选择 根据工艺要求，选用直径 mm700 ，轴径 mm50 的桨式搅拌器，标记符号为：搅拌器50700 ， 652205 HG。 ⑶ 电机选择 传动效率包括减速器、联轴器和蜜蜂装置处的效率。 设整个系统的总效率为 （一般可据现场情况类比），则电机功率为 KWPe ,参考电机系列，取电机功率。 根据工作环境及减速器的联接形式，可选用 490 LY , 1V 安装型式的电动机。 ⑷ 减速器选择 490 LY 电 机 同 步 转 速 min1500r ，满载时转速 min1400r ， 则 减 速 比50 302850 15001400 i ，按减速器标准系列取 29i ，输出轴径取 mm50。 由表 ,选用单级摆线针轮减速器，输出轴头型式为夹壳型，即选用 QBLD  型减速器。 ⑸ 联轴器选择 选用 JQ 型夹壳式联轴器，标记符号为 50JQ。 ⑹ 机座选择 由于搅拌轴轴向力不大，联轴器为夹壳式，故选用 AJ 型机座。 由于减速器轴径为mm50 ，故选用 50AJ 型机座即可，其机座外形及安装尺寸见表 1814[14] ⑺ 轴封装置 为了密封可靠，选用单端面小弹簧平衡型机械密封。 2020 届化学工程与工艺专业毕业设计（论文） 第 15 页 共 44 页 4 干燥设备的设计与计算 化工生产中的固体原料、产品或半产品为便于进一步的加工、运输、储存和使用，通常需要将其中所含的湿分（水或有机溶剂）去除至规定指标，这种操作简称为干燥。 干燥设备的型式很多，可根据被干燥物料的特点、工艺要求及生产条件进行选择。 喷雾干燥是采用雾化器将原料液分散为雾滴，并用热气体干燥雾滴而获得产品的一种干燥方法。 其设备属于对流加热型干燥器。 原料可以是溶液、乳浊液、悬浮液，也可以是熔融膏糊液。 干燥产品根据需要可制成粉状、颗粒、空气球或团粒状。 喷雾干燥流程简介 喷雾干燥可分为三个过程阶段 [15]：料液雾化为雾滴；雾滴与热空气接触；干燥产品与空气分离。 典型的喷雾干燥流程如图 41 所示，热空气与喷雾液滴都由干燥器顶部加入，气流作螺旋形流动旋转下降，液滴在接触干燥室内壁前已完成干燥过程，大颗粒收集到干燥器底部后排出，细粉随气体进入旋风器分出。 废气在排空前经旋风分离器（或其它除尘器）除尘，以提高回收率，并防止污染。 整个体系包括空气加热系统、原 料液供给系统、干燥系统、气 —固分离系统以及控制系统。 1— 储料罐； 2— 过滤器； 3— 泵； 4— 雾化器； 5— 空气加热器； 6— 鼓风机； 7— 空气分布器； 8— 干燥室； 9— 旋风分离器； 10— 排风机； 11— 过滤器 图 41 喷雾干燥典型流程示意图 喷雾干燥的优缺点 ⑴ 喷雾干燥的优点： ① 只要干燥条件保持恒定，干燥产品特性就保持恒定； 叶小燕：层状硅酸钠的生产工艺设计 第 16 页 共 44 页 ② 喷雾干燥操作是连续的，其系统可以是全自动控制操作； ③ 喷雾干燥系统适用于热敏性和非热敏性物料的干燥，适用于水溶液和有机溶剂物料的干燥； ④ 原料液可以是溶液、泥浆、乳浊 液、糊状物或熔融物，甚至是滤饼等均可处理； ⑤ 喷雾干燥操作具有非常大的灵活性。 ⑵ 喷雾干燥的缺点： ① 投资费用比较高； ② 喷雾干燥属于对流型干燥器，热效率比较低。 压力式雾化器的结构和特点 喷雾干燥器的关键部件是雾滴雾化时所用的雾化器。 目前，喷雾干燥常用的雾化器有气流式、压力式和旋转式三种。 根据本工艺设计需要，选用压力式雾化器。 (1) 压力式雾化器的操作原理 压力式雾化器又称为压力式喷嘴，是喷雾干燥广泛应用的雾化器形式之一。 它主要由液体切线人口、液体旋转室、喷嘴孔等组成，如图 42 所示。 利用高 压泵使液体获得很高的压力 (2— 20MPa)，由切线入口进入带喷嘴的液体旋转室中，液体在旋转室获得旋转运动。 根据旋转角动量矩守恒定律，旋转速度与旋涡半径成反比，因此，越靠近轴心，旋转速度越大，其静压力也越小，结果在喷嘴中央形成一股压力等于大气压的空气旋流，而液体则形成绕空气心旋转的环形薄膜，液体静压能转变为向前运动的液膜的动能，从喷嘴高速喷出。 液膜伸长变薄，最后分裂为小雾滴。 这样形成的雾滴群的形状为空心圆锥形，又称空心锥喷雾。 压力式喷嘴的雾化机理，也是滴状、丝状及膜状分裂，工业生产用的压力式喷嘴，通常是在膜 状分裂条件下操作。 压力式喷嘴所形成的液膜厚度范围大致是 — 4 m。 1— 喷嘴座； 2— 喷嘴帽； 3— 分配板； 4— 喷孔套； 5— 喷孔板 图 42 压力式喷嘴雾化器示意图 ⑵ 压力式喷嘴的优缺点 2020 届化学工程与工艺专业毕业设计（论文） 第 17 页 共 44 页 优点： ① 结构简单，制造成本低； ② 全部零件，维修简单，拆装方便； ③ 与气流式喷嘴相比，大大节省雾化用动力。 缺点： ① 需要一台高压计量泵； ② 因为喷嘴孔径很小，必须严格地过滤，防止堵塞喷嘴； ③ 喷嘴磨损大，要采用耐磨材料制造； ④ 一个喷嘴的最佳操作范围较窄 (即弹性小 )，大产量时需多个喷嘴； ⑤ 高黏度物料不易雾化。 塔内空气 — 雾滴的流动方向 在喷雾干燥塔内，空气 (即 热风 )和雾滴的运动方向 [17]及混合情况，直接影响到干燥时间和产品质量。 应根据具体的工艺要求 (如物料热敏性问题、低熔点问题、产品湿含量要求等 )，正确选择适宜的空气一雾滴的运动方向。 雾化器空气一雾滴的运动方向，取决于空气入口和雾化器的相对位置，据此，可分为三大类：并流、逆流和混合流运动。 由于空气一雾滴的运动方向不同，塔内温度分布也不同。 图 43 向下并流的喷雾干燥示意图 本设计主要讨论空气 — 雾 滴向下并流运动的喷雾干燥，空气 — 雾滴向下并流的这种喷雾干燥流向如图 43 所示。 喷嘴安装在塔的顶部，热空气也从顶部进入。 空气 — 雾滴首先在塔顶高温区接触，水分迅速蒸发，空气温度急剧下降，当颗料运动到塔的下部时，产品已干燥完毕，此时向下并流的喷雾干燥度已降到最低值。 由图可见，在并流情况下，塔内温度是较低的，适用于热敏性物料的干燥。 叶小燕：层状硅酸钠的生产工艺设计 第 18 页 共 44 页 压力式喷雾干燥器的设计与计算 设计的基础数据如下： 生产能力 2  /年 ； 年运行时间 300 24h ； 料液含水量 001 80 （质量分数，湿基） ； 产品含水量 2 2% （质量分数，湿基） ； 料液密度 31100L kg m  ； 产品密度 3900s kg m  ； 热空气入塔温度 1 300tC； 尾气出塔温度 2 100tC； 料液进入干燥器时的温度 1 20mtC； 产品离开干燥器时的温度 2 90mtC ； 产品（雾滴）平均粒径 125Pdm ； 产品的平均比热容 2 2 .5 ( )mc kJ kg C ； 加热蒸汽压力 MPa （表压） ； 料液雾化压力 4P MPa （表压） ； 年平均空气温度 3 12tC ； 年平均空气相对湿度 70% ； 水的密度 31000 /W kg m  ； 水的比热容 4 .1 8 7 ( )Wc kJ kg C 。 物料衡算 ⑴ 干燥 产品流量 2G ： 2 5 8 7 .7 6 1 0 0 08 1 .6 3 3 ( )2 4 3 0 0G k g h （ 41） ⑵ 料液处理量 1G ： hkgGG /400 1221   （ 42） ⑶ 水分蒸发量 W ： hkgGGW / 1 86 3 0 021  （ 43） 热量衡算 ⑴ 物料升温所需的热量 mq ： 水kgkJW ttcGq mmmm / 1 8 )2090( 3 )( 1222  (44） ⑵ 热损失 lq ： 为 了 使 计 算 简 化 ， 可 取 热 损 失 2 1 0 2 9 0lq kJ kg 水， 根 据 经 验 取210( )lq kJ kg 水。 ⑶ 干燥塔出口空气的湿含量 2H 2020 届化学工程与工艺专业毕业设计（论文） 第 19 页 共 44 页 干燥过程的总热量损失： )/( 水kgkJqqq lm  （ 45） 实际干燥过程为非等焓干燥过程 7 5 4201 8 II 112 12  qtc mw （ 46） 由此可见，空气进干燥器前的状态 11( , )HI 和出口状态 22( , )HI 之间的关系为一条斜率为（1wmc t q）的直线。 所以利用湿空气的 IH 图 [19]，采用图解法可方 便地确定出离开干燥器气体的出口状态 22( , )HI。 其求解过程大致如下： 根据年平均空气温度为 12C ，年平均空气相对湿度为 70%，查空气的 IH 图 [19]得0 1 10 . 0 0 6 , 3 2 0H H I k J k g  。 任取 1  代入上式得 ：kgkJII e /)(39。 2 。 如图 44 所示，由点 11( 0 .0 0 6 , 3 2 0 )A H I至点 ) 1 4,( 1  IHB e 连线并延长与 2 100tC线相交于点 D ,点 D 便是所求的空气出口状态，查空气的 IH 图 [19]得 2 0 .0 7 5 ( )H kg kg 水 干 空 气。 图 44 2H 求解过程示意图 ⑷ 计算绝干空气的消耗量 L ： )/( 6 hkgHH WL 干空气 （ 47） 叶小燕：层状硅酸钠的生产工艺设计 第 20 页 共 44 页 压力式喷嘴主要尺寸的设计计算 ⑴ 雾化器喷嘴孔直径 0d 的计算 为了使塔径不至于过大，根据经验，选用雾化角 48。 由雾化角 48。