论文总字数：33125字

摘 要

三聚氰胺是一种重要的氨杂环有机化工原料，三聚氰胺在化学工业上应用非常广泛，尤其是在塑料、纺织、塑料等行业，三聚氰胺应用最广泛的是作为生产三聚氰胺/甲醛树脂的原料。近年来，随着清洁绿色概念的普及，作为清洁化工原料的三聚氰胺市场潜力巨大，前景一片向好。本设计通过文献调查优化现有工艺，为5000吨/年三聚氰胺的设计提供方案，具有重要的参考价值。

本设计目标是年产5000吨三聚氰胺，通过阅读大量参考文献和专利，确定使用尿素法中的DSM法、BASF法、干捕再精制法相结合的工艺方案生产三聚氰胺，该组合方案制得的三聚氰胺具有产品纯度高，效益好等优点。之后通过物料衡算和能量衡算确定原料消耗，对相关工业设备进行设计或选型，制定相应的“三废”方案和自动化控制方案，对生产安全和经济效益进行评估，完成了不少于12000字的设计说明书，附有工艺流程图、车间布置图、设备装配图等。

关键词：三聚氰胺；化工设计；工艺流程。

Abstract

Melamine is an very important ammonia heterocyclic organic chemical raw material. It is widely used in chemical industry, especially in plastics, textiles, plastics and other industries. Melamine is most widely used as a melamine / formaldehyde resin raw material. In recent years, with the popularization of the concept of clean green, melamine as a clean chemical raw material has huge market potential and a promising prospect. This design optimizes the existing process through literature adjustment and provides a plan for the design of 5,000 tons / year of melamine, which has important reference value.

The design goal is to produce 5,000 tons of melamine per year. Through reading a lot of references and patents, it is determined that the DSM method in the urea method, the BASF method, and the dry-catching and refining method are combined to produce melamine. The product of this method has the advantages of high purity and efficiency. Afterwards, the material balance and energy balance have been done to determine the raw material consumption, the related equipment is designed or selected, the three wastes and automatic control schemes are developed, the production safety and economic benefits are evaluated, and the design specification of not less than 12,000 words is completed, accompanied by Process flow chart, workshop layout drawing, equipment assembly drawing, etc.

Key words: Melamine；chemical design；process flow.

目 录

第一章 总论 1

1.1 三聚氰胺简介 1

1.1.1 理化性质 1

1.1.2 用途 1

1.2 主要生产工艺 2

1.3 发展前景趋势 3

第二章 生产工艺流程 5

2.1 本设计采用反应工艺 5

2.2 设计生产过程 5

第三章 物料衡算及热量衡算 7

3.1 生产能力计算 7

3.2 衡算依据 7

3.2.1 质量守恒 7

3.2.2 能量守恒 7

3.2.3 物料热性质 8

3.3 流化床反应器 9

3.3.1 物料衡算 10

3.3.2 热量衡算 12

3.4 热气冷却器 14

3.4.1 物料衡算 14

3.4.2 热量衡算 14

3.5 热气过滤器 15

3.5.1 物料衡算 15

3.5.2 热量衡算 16

3.6 结晶器 16

3.6.1 物料衡算 16

3.6.2 热量衡算 17

3.7 液尿洗涤塔 18

3.7.1 物料衡算 18

3.7.2 热量衡算 19

第四章 流化床反应器的设计 21

4.1 简介 21

4.2 操作气速 21

4.2.1 起始流化速度 21

4.2.2 颗粒带出速度 23

4.2.3 操作气速 25

4.3 反应器尺寸计算 25

4.3.1 流化床直径D 25

4.3.2 流化床高度H 26

4.3.3 流化床壁厚 27

4.3.4 压力校核 29

4.4 反应器内部元件 30

4.4.1 旋风分离器 30

4.4.2 气体分布板设计 31

4.4.3 换热系统 31

第五章 总图运输 33

5.1 设计依据 33

5.2 厂址概况 33

5.3 总平面布置 34

5.3.1 总平面布置要求 35

5.3.2 工艺装置布置 35

5.4 车间布置 35

5.4.1 车间布置原则 35

5.4.2 车间布置设计内容 35

第六章 自动化控制方案 36

6.1 全厂自动化设计原则 36

6.2 建设内容 36

6.3 自动化控制设计 36

6.3.1 紧急停车系统（ESD） 36

6.3.2 集散控制系统（DCS） 36

第七章 生产安全及“三废”方案制定 37

7.1 生产安全方案 37

7.2 主要污染物 37

7.3 废气处理方案 37

7.4 废水处理方案 37

7.5 固废处理方案 37

第八章 技术经济评价 38

8.1 经济概算依据 38

8.2 年总成本费用估算 38

8.2.1 主要设备成本估算 38

8.2.2 原料成本估算 39

8.2.3 人力及设备维修成本估算 39

8.3 年收益估算 40

结论 41

参考文献 41

致谢 43

第一章 总论

1.1 三聚氰胺简介

1.1.1 理化性质

三聚氰胺，人们通常称其为蛋白精或者密胺，它是一种含有氮杂环的重要有机化合物，工业生产上通常将其称为三胺。其化学式为：

三聚氰胺在一般情况下比较稳定，但所受温度过高时，三聚氰胺会分解出氰化物并放出氮气，氮气可以一定程度上抑制燃烧反应，这是三聚氰胺能作为阻燃剂的重要原因。。

三聚氰胺具有一个对称的三氮杂苯结构，其化学活性主要来自于氨集团，氨集团较为活泼，三聚氰胺的常见化学性质如下所示：

1）水解反应：由于三聚氰胺的化学结构，当其长时间处于酸性条件下加热时，很容易发生水解反应，生成酰胺，且在用尿素为原料生产三聚氰胺时，若反应器有水分大量进入或反应环境中有水分大量存在，反应也会生成酰胺类杂质。

2）与酸的反应：三聚氰胺因其氨集团的存在，整体呈现弱碱性，可以与许多种酸反应，进而生成相应的盐。

3）与醛类的反应：最常见的反应为三聚氰胺与甲醛的反应，生成三聚氰胺-甲醛树脂，这是三聚氰胺工业用途中最广泛的一种。

1.1.2 用途

三聚氰胺具有很多优良的性质，如：热稳定性、疏水性、抗老化性、抗腐蚀性等，是木材、塑料、颜料、造纸、纺织等工业的一种重要的化工原料，其中最广泛的用途便是如上文所说的制成三聚氰胺-甲醛树脂。三聚氰胺较全面的用途我们制表如下：

图1.1 三聚氰胺的工业用途图示

1.2 主要生产工艺

1834年由李比希使用双氰胺法首次合成了三聚氰胺，其做法是先用电石（CaC₂）制备氰化钙（CaCN₂），水解后会生成双氰胺，之后再通过加热使其分解来制备三聚氰胺^[1]。随着三聚氰胺制备工艺的逐步完善，电石的价格日趋高涨，成本较高而使得双氰胺法不再被人们所青睐，尿素法成为工业中生产三聚氰胺最常用的方法。尿素法制成的三聚氰胺成品各项指标都优于双氰胺法，且尿素法生产流程所需设备投资较小，更易获利。

以尿素为原料生产三聚氰胺的过程反应机理目前没有统一说法。尿素法反应阶段基本过程为尿素以氨气和二氧化碳混合气作为载体，催化剂为硅铝胶等有机物，在390℃左右下反应，尿素会先分解生成氰酸，之后缩合生成三聚氰胺^[2]。如上所述，三聚氰胺的生产方法很多，分类方法也很多，若根据原料路线不同，可以分为双氰胺法和尿素法，双氰胺法如今逐渐被淘汰；若按照反应压力不同，又可以分为常压、中压和高压。

当今国内外较常用的工艺方案如下所示：

1）日本新日产法（Nissan）

Nissan法属于高压液相法，反应温度为400℃左右，反应压力为10MPa，无需使用催化剂，生成的熔融态三聚氰胺先在缓冲器中陈化，在加压下用氨水骤冷，直至杂质全部分解。蒸馏回收的纯氨返回至反应器和缓冲器，尾气进去尾气回收系统^[3]。

该生产工艺的优点是做出的产品质量高，且整个过程安全系数较高，生产安全，产品纯度很高，无需进一步精制。缺点是生产工艺流程较长，整个生产过程使用设备较多，流体对设备腐蚀严重，成本较高。

2）荷兰DSM法

DSM法属于低压法，该方法使用的反应器为流化床反应器，固体尿素加热至熔融态后，氨气作为载气通过喷嘴喷入流化床反应器，尿素在催化剂的作用下生成三聚氰胺及其他副产物，再通过冷却、热气分离等过程分离出固态的三聚氰胺，尾气则进入尾气回收系统^[4]。

该生产工艺的优点是工艺稳定；原料消耗少，操作条件不严苛，易于控制。缺点是全流程为液相操作，操作复杂，投资大。

3）德国BASF法

BASF法属于常压催化法，温度在400℃左右，催化剂为氧化铝。反应器气态生成物先冷却以除去副产物，之后用尾气骤冷，使用干法捕集三聚氰胺成品。尾气可以循环使用作为流化气，可用来生成尿素或分离制的氨气和二氧化碳。

该生产方法的优点是无需精制，成品质量高，反应流程短，腐蚀轻。缺点是生产过程中极易结晶堵塞管道，需用保温套对管道保温，设备多，体积大。

4）意大利欧技法（ETCE）

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