年产10000吨柠檬酸钠的生产工艺设计毕业论文
2021-12-05 17:31:56
论文总字数：33144字
摘 要
本设计是关于目标产物为柠檬酸钠的工业生产设计。当今，柠檬酸钠的应用面广、需求量大，而传统的生产工艺对环境造成很大的污染。故本课题以实现柠檬酸钠的清洁化生产为目标，具有很大的研究价值。
本设计采用钙盐一步法，对工艺流程做了些许优化，并进行了物料衡算与能量衡算，验证了工艺设计的合理性。而后根据工艺流程进行了全局换热网络的设计和优化，进一步节约了能量损耗，并绘制了PID图。根据工艺条件和生产目标进行典型设备的设计与计算并绘制了设备装配图。根据生产要求选择了厂址，设计并绘制了平面布置图。并对该项目进行经济分析，结果表明该项目的可行性。
本设计以柠檬酸发酵厂为母厂，运用其中间产物为原料，既节约了成本又因三废清洁而降低了环境污染。解决了传统工艺对环境的影响。
关键词：柠檬酸钠；工艺设计；钙盐一步法
Abstract
This design is the industrial production design of sodium citrate as the target product. Nowadays, sodium citrate is widely used and in great demand, but the traditional production process causes great pollution to the environment. Therefore, it is of great research value to realize the clean production of sodium citrate.
This design adopts one-step calcium salt method，which has been slightly optimized. The material balance calculation and energy balance calculation are carried out to verify the rationality of the process design. Then, to save the energy, the design and optimization of the global heat exchange network are carried out, and draws the PID diagram. The design and calculation of typical equipment are carried out by process conditions and objectives. Then, draw the assembly drawing. According to the production requirements to choose the site, design and draws the layout plan. At last carries on the economic analysis which shows the feasibility of the project.
This design takes citric acid fermentation plant as the parent plant , the use of intermediate products as raw materials, both to save costs and reduce environmental pollution because of waste cleaning. The impact of traditional technology on the environment is solved.
Key words: Sodium citrate ；Process design ；One-step calcium salt process
目 录
摘 要 I
Abstract II
目 录 1
第1章 绪 论 1
1.1柠檬酸钠简介 1
1.1.1柠檬酸钠的性能特点 1
1.1.2柠檬酸钠的应用 1
1.2柠檬酸钠的生产方法 2
1.2.1各工艺路线的优缺点 2
1.3本设计所选用的工艺路线 3
1.3.1生产原理 3
1.3.2生产工艺 3
1.4设计意义 4
第2章 工艺设计 5
2.1物料衡算 5
2.1.1投料量计算 5
2.1.2物料衡算 6
2.2能量衡算 7
2.3工艺流程 9
2.3.1换热网络的设计 9
2.3.2节能措施的运用 11
2.3.3工艺流程总图 11
第3章 典型设备的设计与计算 12
3.1反应釜的设计与计算 12
3.1.1物料衡算及釜数计算 12
3.1.2釜几何尺寸的确定 13
3.1.3夹套几何尺寸的确定 13
3.1.4釜壁厚的计算 14
3.1.5夹套厚度的计算 15
3.1.6水压试验应力校核 15
3.1.7釜有关数据 16
3.1.8其他辅助设备选型 17
3.1.9设计结果汇总 20
第4章 厂区及车间布置 23
4.1厂址选择 23
4.2区域布置介绍 23
4.3建筑防火规范 25
4.3.1装置火灾危险等级划分 25
4.3.2建筑物耐火等级划分 26
4.4间距设计 26
4.5区域面积设计 27
4.6竖向设计 28
4.6.1竖向设计方式的确定 28
4.7工厂运输 28
4.7.1全厂货物运输量及运输方式的确定 28
4.8车间布置 29
4.8.1车间平面布置 29
4.8.2车间立面布置 30
4.8.3车间典型设备的布置 30
第5章 三废处理 31
5.1三废总量一览 31
5.2废固处理 31
5.2废液处理 31
第6章 技术经济性评价 33
6.1投资估算 33
6.1.1建设投资估算 33
6.2产品成本估算 39
6.2.1原料及辅助材料费用估算 39
6.2.2燃料及动力费用估算 40
6.2.3职工薪酬及福利费用估算 40
6.2.4产品成本费用估算汇总 41
6.3销售收入 42
6.4财务分析 42
6.4.1财务分析报表 42
6.4.2财务分析指标 45
6.5经济核算结论 46
结 论 47
致 谢 48
参考文献 49
第1章 绪 论
1.1柠檬酸钠简介
柠檬酸钠，学名为2-羟基丙三羧酸三钠。分子式，相对分子质量为294.10，白色立方系结晶或者粉末，无嗅清凉味咸，易溶于水，常温下状态稳定，在潮湿空气中微有潮解性，加热至150℃失去结晶水，水溶液为弱碱性。[1]
1.1.1柠檬酸钠的性能特点
其作为最重要的柠檬酸盐，具有多种优良性能。[2]
表1.1 柠檬酸钠性能特点
性能 | 详细说明 |
安全无毒 | 柠檬酸钠在我们的日常生活中经常被运用，安全无毒，且联合国粮农与世界卫组织对其每日允许摄入量不作任何限制。 |
生物降解性 | 柠檬酸钠遇水稀释后，部分变为柠檬酸。柠檬酸在水中经氧、热、光、细菌以及微生物的作用，很容易发生生物降解，最终转变为二氧化碳和水。 |
金属离子络合性 | 柠檬酸钠对金属离子具有良好的络合性，尤其对、等金属离子络合能力强，对于其他金属离子，如等离子也有很好的络合能力。 |
溶解性 | 柠檬酸钠的溶解性随水温升高而增加。 |
pH调节及缓冲性能 | 柠檬酸钠是一种弱酸强碱盐，与柠檬酸配伍可组成较强的pH缓冲剂，因此在某些不适宜pH大范围变化的场合有其重要用处。 |
缓凝性能及稳定性能 | 柠檬酸钠被用作抗血凝剂被广泛使用。 |
1.1.2柠檬酸钠的应用
柠檬酸钠在市场上的广泛应用见下表：
表1.2 柠檬酸钠应用
应用领域 | 运用性能 | 详细说明 |
食品方面 | 安全无毒、溶解性 | 柠檬酸钠用作食品添加剂需求量最大。另外，柠檬酸钠和柠檬酸搭配，还能用作各种糕点、冷饮、奶制品和果酱等的风味剂、胶凝剂及营养增补剂。[3] |
医药方面 | 缓凝性能及稳定性能 | 上世纪初，人们发现其对血液长久保存具有显著功效。是其作为抗血凝剂使用的开端，另外其还有防腐作用，用于保存一些药品。[4] |
建筑工业方面 | 缓凝性能及稳定性能 | 在建筑工业上，柠檬酸钠可在制作混凝土时作为缓凝剂加入，能提高水泥制品的抗冻、抗压及抗拉性能；[5][6]并且有研究表明利用柠檬酸钠自身的特性用来脱去工业尾气中的硫化物效果明显。[7] |
电镀及制造业方面 | 金属络合性能 | 电镀工艺发展迅速，中性柠檬酸盐镀镍具有环保无污染并且易维护，腐蚀小，镀层性能优等优点。另外柠檬酸钠还应用于制造纳米材料和陶瓷工业的助磨和增白技术上。[8] |
工业清洗方面 | 安全无毒、溶解性 | 柠檬酸钠已应用到无磷洗衣粉的制造中，而且为了去除农药残留已经研制出含柠檬酸钠的专用清洗蔬菜水果的清洗剂。[9] |
1.2柠檬酸钠的生产方法
目前，生产柠檬酸钠的方法有柠檬酸 氢氧化钠、柠檬酸 纯碱、柠檬酸 小苏打、柠檬酸钙 纯碱和其他方法。[10]
1.2.1各工艺路线的优缺点
表1.3 各工艺路线优缺点
工艺路线 | 优点 | 缺点 |
柠檬酸 氢氧化钠 | 工艺简单，产品纯度高 | 生产成本高、环境污染 |
柠檬酸 纯碱 | 中和法改良工艺 | 无优化空间 |
柠檬酸 小苏打 | 反应温和，产品质量高，工艺操作性好 | 仅应用于部分药剂厂 |
柠檬酸钙 纯碱 | 无污染，有优化空间 | 产品纯度差，工艺流程长 |
其他方法 | 无污染，成本低 | 技术支持不够，目前无工业应用 |
1.3本设计所选用的工艺路线
根据以上比较，本设计所选用的工艺路线为钙盐一步法。[11]相比于原本较长的工艺流程，通过调整控制反应条件可以简化工艺流程，降低生产成本，提高产品质量及转化率。
1.3.1生产原理
钙盐一步法生产柠檬酸钠的原理是运用碳酸钙和柠檬酸钙在水中溶解度的差异，使碳酸钙不断地以沉淀的形式析出，促进反应不断正向进行[11]。
反应方程式为：
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