化工设计 设计任务书.docx

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化工设计设计任务书

化工设计

设计任务书

题目：

年产5000吨活性碳厂

院（系、部）：

姓名：

班级：

指导教师签名：

2008年5月28日目录

一．工艺路线与生产方法

1.1.工艺路线

1.2.生产方法

1.3.工艺流程方框图

二．物料衡算

2.1.工艺参数

2.2.物料衡算

三．能量衡算

四．工艺计算及选型号

4.1．各工艺设备的选择

4.2.设备型号选择及其参数

4.3.设备参数

五.工艺流程图设计

六．车间布置设计

七．概算

7.1投资估算和资金筹措

7.2经济及社会效益预测

八.设计说明（略）

九．防护措施

9．1防爆

9．2防火

9．3电气安全

9．4自动控制

9．5防护设施

9．6防毒

9．7防噪声伤害

9．8卫生设施

9．9预期效果

9．10劳动安全卫生专项投资

附录

设计任务书

一.工艺路线与生产方法

1.1.工艺路线

煤制备活性炭的主要环节有破碎粉磨、成型、碳化和活化。

制备煤基活性炭有原煤破碎活性炭生产工艺、成型颗粒活性炭生产工艺（柱状活性炭、压块活性炭及球形活性炭生产工艺）、及粉状炭生产工艺。

原煤破碎活性炭生产工艺虽然工艺简单、生产成本低、设备投资少，但其产品应用范围较窄，对原料煤的反应活性有一定要求且销售价格不高；粉状活性炭一般是利用颗粒活性炭活化后筛分时的筛下物经制粉后制成，因此其可看成副产品。

成型颗粒活性炭生产工艺中我们主要采用的是压块活性炭生产工艺此方法与柱状活性炭生产相比简化了活性炭的生产工艺，同时改善了活性炭的孔隙结构。

由于减少了粘合剂和催化剂的用量，成本相对较低，对环境产生的污染也较小。

对于此方法，要选用低变质程度，和具有粘结性的煤品种。

原料煤的选择我们选择太西煤

在活性炭的生产中，原料煤的选择十分重要。

煤的品种和性质不同，工艺条件和产品质量就不一样。

根据原植物的生成年代和成煤过程、煤的灰分含量、碳含量和粘结性的不同，煤可分为：

泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤。

选择生产活性炭的原料时，必须考虑煤的灰分、挥发分、固定碳含量和粘结性等因素。

综合考虑我们选择太西煤。

其特色：

属优质无烟煤。

低灰、低硫、低磷、高发热量、高比电阻、高块煤率、高机械强度、高化学活性、高精煤产率被称为“煤中之王”，总储量10亿吨，可采数百年。

该项目利用少量胶质层的太西煤为原料生产活性炭，具有微孔发达、吸附容量高、强度好、成本低的特点。

1.2.生产方法

1.2.1压块炭简介

活性炭是一种多孔性吸附剂，同时也是催化剂和催化剂载体，被广泛应用于工业、农业、国防、交通、通信和医药卫生等领域，随着科技的发展和人民生活水平的提高，在环境保护、改善人类生存条件方面，正在发挥着越来越重要的作用。

可以说，活性炭是人类进步、社会持续发展的重要基础材料，有行业就有活性炭的身影；有尖端科学，就有活性炭的新用途，就会有活性炭的新品种问世。

压块炭即压块破碎活性炭，一般属于煤质不定型颗粒炭，它是利用原煤自身的多种特性，先将原料科学合理的配比，然后通过机械高压直接将煤粉及添加剂压制成型，再经炭化、活化后制成。

其产品特点是强度高、吸附性能优越、孔隙结构可随意调整、孔径分布均匀而合理，无漂浮并且在液相中的下沉速度很快。

1.2.2全球压块炭情况

压块活性炭起源于上世纪70年代美国Cargon公司在Pittsburgh的总部，后迅速波及欧洲和日本，当今世界的名牌产品有美国的F系列，如F-300、F-400、日本三菱008#及德国的H系列产品。

压块炭的诞生不仅增加了活性炭家族的新品种，更加丰富了应用领域，如军事“核生化”三防、医药、食品的脱色和汽油回收等方面。

在全球活性炭的生产量、使用量、贸易量三总量中，压块活性炭占有自己的一席之地，约占其总份额1/4，可见其是多么重要！

1.2.3我国压块活性炭的现状与发展前景分析

相比柱状炭和粉状炭而言，我国压块炭的科研、生产起步较晚，设备、工艺控制系统水平和原料质量相对一般，但发展速度却非同寻常。

上世纪八十年代，我国煤质活性炭的发源地国营新华化工厂（现为山西新华化工有限责任公司），从英美引进一条压块活性炭生产线，拉开了我国压块活性炭生产的序幕，研制出主要吸附性能达到美国F-400的压块活性炭样品，但综合性能的差距较大，主要表现在灰分偏高15%以上，V中孔比例偏低。

但反复多次的试制，积累了所有煤种如标准烟煤、焦煤、肥煤、肥气煤、瘦煤、弱粘煤和烟煤半焦等到工艺品调整的宝贵经验。

为在中国和山西利用其丰富的地下煤炭资源，生产国际畅销的压块炭，实现我国压块炭的产业化和规模化做出了积极贡献！

此后，从80年代至今已有山西交城、保德和大同先后上马了压块（片）活性炭生产线。

尤其大同市合资企业的压块炭成型生产线，已开始中等规模的生产。

在不远的将来，国内的压块炭有大规模生产趋势。

我国压块炭得到迅猛发展和不断扩大生产的有利因素之一：

就是经济效益的杠杆作用：

每生产一吨压块活性炭成品，与破碎炭相比，材料消耗和能源消耗及人工费用相差无几，但质量和价格却相差很大，每吨普通破碎炭价格3000元/吨，而压块炭则每吨价格约8000~10000元，每年即使生产5万吨优质压块活性炭也不会对全球90万吨贸易量的巨大市场形成冲击，可取得双赢和多赢的局面。

有利因素之二：

与柱状活性炭生产过程相比，还具有改善环境的作用，由于不使用煤焦油，因而不存在焦油蒸汽的污染，因此，只需要在除尘系统中多做点工作和加强管理，现代化的清洁生产线就会呈现在世人面前。

有利因素之三：

中国需要世界，世界离不开中国，入世前，我国活性炭在国际市场本来就具有一定的竞争实力，入世后到目前为止，有利条件不断增多，投资环境进一步改善，国际大公司一致看好我国活性炭生产基地及相对廉价的材料、能源、人工费用，于是纷纷进行双方或多方洽谈合作，正所谓捷足者先登，先入者，先得利。

所以，合资、独资的压块活性炭生产企业，也将在五年内迅速增加，从而开创世界活性炭制造中心的新格局。

当然，面对国际活性炭市场变化的大好时机，不要、也不能放松对国内压块炭市场的开拓。

为此活性炭的应用研究就显得越来越迫切了，这一点，既是市场的自身需要，也是生产企业更快更好地深入用户，提供技术支援的薄弱之处；应用人才的缺乏，是培育市场的最大障碍，也是市场向纵深发展一道的鸿沟。

结论：

通过以上研讨分析，可以得出如下结论：

1）．压块活性炭在我国的发展前景十分美好而前途一片光明。

2）．我国压块活性炭与世界先进技术水平存在较大的差距，差距就

是压力，也是动力。

3）．压块活性炭的产销均有显著的经济效益和环境效益。

4）．活性炭行业，尤其是新品种压块活性炭的发展，在我国加入

WTO后的最初十年左右，发展最为迅猛。

5）．搞好应用研究，可促进市场开拓，引导压块炭向纵深领域发展。

1.3.工艺流程方框图:

二.物料衡算

2.1.工艺参数

原料炭:

含水率15%,除杂损失7%.

活化:

温度800~900C,时间9.6h，得率25%（绝对干炭料）。

粉磨：

细度100%，通过目/英寸损失3%。

酸水洗：

酸煮时间2h,水洗时间2h,蒸汽压力200kPa，酸用量20%，水耗量为炭：

水=1：

30，酸煮炭水比为1比5，吸滤真空度为67kPa，压缩空气压力为400kPa，湿炭含水率65%，损失3%。

干燥：

温度300~500C，产品含水率5%，损失3%。

包装：

装箱量20kg。

2.2.物料衡算

年工作日300日，成品炭（含水率5%）500kg/d为基准。

2.2.1原料炭

总得率＝（1-0.07）×（1-0.03）3×0.25＝21.22%

日需原料炭量＝（500/0.2122）×（95/85）=2633kg　　

　其中绝干炭　2633×85%=2238kg　

　　　　　水分　　2633-2238=395kg

2.2.2除杂

收入2633kg支出　　　　2500kg　　　　

　　　　　　　　　　去杂2633×7%=133kg

　　　　　　　　　总计2633kg

2.2.3活化

活化时间９.６ｈ，两套炉每天共生产５炉，煤炉加工量500kg炭

（总量2500kg）。

活化过程烧失70%：

其中４０％为活化反应烧失，３０％为部分炭燃烧损失。

1活化反应（全以吸热反应计算，略去放热活化反应，简化、安全）：

C+H2O=====H2+CO-131KJ/mol

　　　需水蒸汽量　　　（2500×0.85×0.4/12）×18=1275kg

　　生成水煤气量　　　（2+28）×2500×0.85×0.4/12=2125kg

②炭燃烧：

　　C+O2====CO2

　　　　需O2量　　　（2500×0.85×0.3）/12×32=1700kg

　　　　生成CO2量（2500×0.85×0.3）/12×44=2338kg

③二次反应——生成的水煤气燃烧：

　　　　　H2+1/2O2==H2O

需O2量（2500×0.85×0.4）/12×16=1133kg

生成水蒸汽量（2500×0.85×0.4）/12×18=1275kg

CO+1/2O2==CO2

需O2量（2500×0.85×0.4）/12×16=1133kg

生成CO2量（2500×0.85×0.4）/12×44=3117kg

活化工序物料平衡：

物料平衡表

收入：

支出：

①料炭　2500kg

（其中炭2125kg水375kg）

2水蒸汽量（余量40%）

1275×1.4=1785kg

3二次空气量

1.5×（1700+2×1133）/（0.21×32）×29=25600kg

（过剩系数1.5）

1活化炭530kg

2烟道气：

水蒸汽2175kg

CO25455kg

未反应空气21725kg

总收入=29885kg=总支出

2.2.4粉磨

进料530kg出料525kg

损失530×0.03=15kg

总计：

530kg

2.2.5酸、水洗

进料515kg出料（含水率65%）1415kg

水920kg损失20kg

2.2.6干燥、包装

进料1415kg

出料：

成品炭（含水率5%）500kg

损失19kg水896kg

三．能量衡算

根据物料量及其反应物进行活化段及烟道气预热锅炉、干燥器等工序热量衡算，以作为设备设计的依据之一。

3.１.活化炉热量衡算

3.1.1放热

1）水煤气燃烧放出的热量：

Q1=m1C1=2125x16.736x107

=355.65x108J

式中:

C1--水煤气的热值。

活化过程中炭的燃烧放出的热量：

Q2=m2C2-2500x0.85x0.3x33.472x106

=213.38x108J

式中：

C2--炭的热值。

Q总放=Q1+Q2

=355.65x108+213.88x108

=569.03x108J

3.1.2吸热

2）炭由25℃→900℃（加热）所需的热量：

Q，1=mC△t=2500x0.25x1.255x108（900-25）x0.85

=5.3875x108J

3）加热水蒸汽所需的热量

加热由木炭带进水所需的热量：

Q，2=m﹝（t2-t1）C1+C2+（t3-t2）C3x4.18﹞

=75x5x﹝（100-25）x4.18+2260+（1000-100）x（0.55+0.45）÷2x4.18﹞x108

=16.7x108J

式中：

C1--水在0—100℃的平均比热（J/kg）；

C2--水在100℃时的汽化潜热（J/kg）；

C3--水蒸汽在100—1000℃时平均比热（J/kg）。

加热通过参加活化的水蒸汽所耗热量：

Q，，2=mC4=1700x0.505（1000-132.9）x4.18

=31.1x108J

4）反应吸热：

C+H2O===H2+CO-131KJ/mol

Q3=（2500x0.85x0.4/12）x31.14x4.18

=92.2x108J

5）反应物CO2由250℃加热到1000℃所需吸收的热：

Q4=mC，△t

=5455x0.306x（1000-25）x4.18

=68.05x108J

6）未参加反应的空气由25℃加热到1000℃所需热量：

Q5=mC，△t=21725x0.27x4.18x（100-25）

=239.05x108J

Q总吸=Q，1+Q，2+Q，，2+Q3+Q4+Q5

=（5.3875+16.7+31.1+92.2+68.05+239.05）x108

=452.50x108J

活化炉热量平衡表（x108J）

木炭燃烧

反应气体燃烧

加热量

加热水蒸汽

反应吸热

加热CO2

加热空气

系统损失

总计

收入

213.38

355.65

596.03

支出

5.39

47.8

92.2

68.05

239.05

143.53

596.03

3.2.烟道气余热锅炉热量衡算

（1）烟道气带出的热量：

以25℃为基准，烟道气的平均比热取

Cp=1.296KJ/kg，则一天由活化炉带出来的热量为：

Q=mCp△t=（21725+5455+2075）x1.296x（1000-25）

=369.6x108J

（2）锅炉的热量消耗：

余热锅炉的生产能力为100kg/h，则一天需吸热为：

Q=﹝（100-t1）xC1+C2+C3（t2-100）﹞

=24x100x103x﹝（100-25）4.18+2260+0.453（132.9-100）x4.18﹞

=63.27x108J

式中：

C1--水在25-100℃的平均比热（J/kg）；

C2--水在100℃时的汽化潜热（J/kg）；

C3--水蒸汽在132.9—100℃时平均比热（J/kg）。

设烟道气的热损失为10%：

Q损=36.96x108J

总需热量:

Q总=63.27x108+36.96x108

=100.23x108J

消耗100.23x108J能量，烟道气温降低△t，则：

100.23x108J=5851x0.31x4.18x108x5x△t

△t=264℃

t=1000-264=736℃

3.3.干燥器热量衡算

因为进洞道干燥器时烟气温度要求在500℃以下，可以在干燥前的烟道内通入盘管，管内通冷水加热以降低烟气温度在500℃以下，这部分水可用于工人下班洗澡用、洗炭用。

干燥时进料1415kg。

其中：

炭495kg，需蒸发掉水849kg，剩余水71kg。

（1）炭由25→100℃需热：

Q1=mCp△t=495x1.255x103x75=0.47x108J

（2）5%H2O由25→100℃：

Q２=mCp△t=71x1x4.18x103x75=0.22x108J

（3）蒸发水分：

Q３=m﹝Ｃ１△t＋Ｃ２﹞

　　　　　=89X103﹝（100-25）x4.18+2260﹞

　=21.85x１08J

　　　　Q＝Q1+Q2+Q３

　　　　　　　　　　＝（0.47＋0.22＋21.85）x１08

　　　　　＝22.54x１08J

烟道气以５00℃进干燥炉带入的热量

Q烟=851x0.31x4.18x103x（500-25）

=3.61x１08J

Q损=3.61x１08J

经过干燥炉后烟道气的温度降低△t，则：

（22.54＋3.61）x１08=5851x0.31x△tｘ4.18x１05x5

△t=69℃

t=500-69=431℃

即出干燥炉时烟气温度为431℃。

四．工艺计算及选型号

4.1．各工艺设备的选择

①原料制备工序

预破：

一般选用对辊破碎机对煤进行预破处理，应粉碎到20mm以下。

制粉：

悬辊摆式磨粉机（雷蒙磨），处理至180目~200目。

②．混捏成型工序

粘合剂的选择：

煤焦油（主要的粘合剂有煤焦油、木质黄酸钠、纸浆废液及淀粉溶液等。

）

4.２.设备型号选择及其参数

1）设备型号

ⅰ．R型雷蒙磨粉机简介：

广泛适用于粉碎重晶石、方解石、钾长石、滑石、大理石、石灰石、石膏、石英石、活性白士、活性炭、膨润土、高岭石、玻璃、锰矿、铬矿、矿渣等莫氏硬度不大于7级，湿度在8%以下的非易燃易爆的矿产、化工、建材等行业三百多种物料的高细度制粉加工，成品粒度30-400目范围内任意调节。

通过磨机内部增加特殊装置，可生产出30-60目的粗粉。

我们在传统的活性炭生产工艺里增加了浮选工序，这可以很大程度上降低原料煤的灰度。

很少的灰分含量对活性碳的性能就有很大的影响。

ⅱ．SF型浮选机的简介

SF型浮选机适用于分离有色金属、黑色金属、贵金属、非金属矿物和化工原料、回收有用矿物。

浮选柱法可以在可燃体回收率高80%~90%的情况下制备出含灰量1%~3%的超纯煤，且生产费用不高，对环境的影响也很小。

生产出来的超纯煤可以降低有害气体的排放，有利于减小后期的尾气回收成本。

该设备具有如下特点:

吸气量大、功耗低。

每槽兼有吸气、吸浆和浮选三重功能，自成浮选回路，不需任何辅助设备，水平配置,便于流程的变更.矿浆循环合理，能最大限度地减少粗砂沉淀。

设有矿浆面的自控装置，调节方便。

叶轮带有后倾式的上下叶片。

上叶片产生矿浆上循环，下叶片产生矿浆下循环。

ⅲ．成型设备：

Z式搅拌机和四柱液压机联合生产

性能特点：

三梁四柱式结构，经计算机优化设计，简单、经济、适用。

液压控制系统采用插装阀集成系统，动作可靠，使用寿命长，液压冲击小，减小了连结管路与泄漏点。

独立的电气控制系统，工作可靠，动作直观，维修方便。

采用按钮集中控制，设调整（点动），单次（半自动）二种操作方式。

可实现定程，定压二种成型工艺，并具有保压延时等性能。

工作压力、行程根据工艺需要在规定的范围内可调。

适用领域：

本系列压机适用于金属材料的拉深、弯曲、翻边、冷挤、冲裁等工艺，还适用于校正、压装、粉末制品、磨料制品、压制成型以及塑料制品，绝缘材料的压制成型。

4.3.设备参数

以上所选设备的参数分别列表:

1）对辊破碎机的参数

型号

辊子直径

（mm）

辊子长度（mm）

进料

（mm）

出料（mm）

产量

（mm）

转速

功率

（千瓦）

外型尺寸（mm）

重量（公斤）

400x610

610

400

85

0-30

13-40

75

15x2

3430x1520x880

1350

　选用400×610，功率较大，适合大规模生产

2）雷蒙磨参数

型号

最大进料

成品粒度

班产量

主轴转速

磨环内径

磨辊直径

磨辊高度

主机电机

风机电机

分析电机

外型尺寸

总重量

5R4119

30

0.044-0.125

6-66

103

1280

410

190

Y280S-4-75

Y250M-4-55

YCT200-4B-7.5

8000x7850x9800

26500

3）SF型浮选机

型号

槽容积（米3）

吸气量（米3/米2分）

电机功率（千瓦）

生产能力（米3/分）

单槽重量（公斤）

Sf-2.0

2.0

0.9-1.0

7.5

1.0-2.0

1750

选用SF-2.0它的单槽处理能力大，适合大规模生产

4）成型设备：

Z式搅拌机和四柱液压机联合生产

③.碳化工序

炭化（carbonization）

炭化的实质是有机物的热解过程，包括热分解反应和热缩聚反应，在高温条件下，有机化合物中所含的氢、氧等元素的组成被分解。

炭原子不断环化，芳构化，结果使氢、氧、氮等原子不断减少，炭不断富集，最后经过石墨化过程成为富炭或纯炭物质。

选用多层耙式炉炭化和活化连续进行,产量大,质量均匀,易于控制,产品得率高,自动化水平高,生产效率高,运行稳定,负荷变化大。

④.活化工序

活化（activation）

活化的目的是利用蒸汽或化学物质来清除炭化过程中积蓄在孔隙结构中的焦油物质及裂解产物，以提高孔洞体积（或表面积）及高吸附容量的成品炭。

其操作条件:

活化的二种方法

1、物理活化法

物理活化也叫做气体活化，此过程是将炭化产物于高温（800-1100℃），通以水蒸汽、二氧化炭或空气与炭质做选择性炭的氧化，以清除堆积在孔洞的反应生成物。

2、化学活化法

化学活化系将原料炭与活化剂直接调和、炭化与活化同时进行反应，此种方法能产生较少炭氢化合物或氧化物，但化学活化剂之污染与回收则是另一项需要考虑的问题。

目前常用的活化剂有氯化锌及磷酸。

选用斯列普炉易于控制，不需要外加热源，产量大，产品质量稳定，产品品种易于调整，可同时加工多种原料，热效率高，产品得率较高。

⑤.产品后处理

后处理工艺包括酸洗、浸渍、干燥、破碎、筛分、制粉、包装等。

其中筛分采用直线振动筛，筛下物的制粉则采用小型号的雷蒙磨。

⑥.粉尘回收和尾气处理

活性炭在生产炭化过程中会产生烟气、筛分过程中会产生粉尘，对环境造成污染。

本项目利用先进的环保技术，通过合理的治理措施，减少了烟气、粉尘对环境的影响，不会对环境造成污染，达到了保护环境的目的。

粉尘的回收再利用

 本项目属较大的炭化料生产企业，生产过程中采用了机械化程度较高的设备对原料及成品进行破碎、筛分等处理，各工段均不可避免的产生细微粒粉尘。

为达到清洁生产的要求，各工段均使用“回转肥吹布袋除尘器”回收粉尘，除尘效率为99%，除尘器回收的粉尘又可以加工粉炭。

这样，既保护了环境，又使资源得以利用，兼顾了经济效益与环境效益。

炭化烟气的治理及显热回收利用

  耙式炉产生尾气先利用焚烧炉对其进行焚烧，焚烧产生的高温尾气先利用余热锅炉回收其中热能，提高热利用效率，促进了项目的清洁生产。

  耙式炉烟气采用高温焚烧技术，烟气首先进行焦油的回收，后进入焚烧炉经1100℃高温焚烧的处理，再通过脱硫除尘器进行除尘、脱硫，排空尾气达到国家规定的标准。

五.工艺流程图设计

六．车间布置设计

6.1厂址的选择

山西省孝义市孝义地理区位优越。

距省会太原120公里，距北京、西安、天津、郑州等各大城市600公里。

南同蒲铁路介西支线直插腹地，孝柳铁路向西延伸，成为晋西和陕北地区的物流通道。

孝义矿产资源丰富，境内含煤面积占市域总面积的82.8%，具有煤层厚、埋藏浅、煤种全、煤质好等特点，被国务院确定为全国首批50个重点产煤县（市）之一。

选择孝义的原因不只是因为有良好的地理位置和是煤的原产地，而且当地的工业结构偏重工业，有多家冶炼厂和煤炭厂，但是煤业生产加工的厂子还是没有的。

并且有良好的投资环境，而且产品有销路，还可优化当地的产业结构。

6.2车间布置（略）

七．概算

7.1投资估算和资金筹措

投资估算及构成：

投资估算为2000万元。

其中：

建设资金1500万元，流动资金500万元。

拟引进资金额及合作方式：

拟引进资金1000万元，合作方式为