年产2000t硝化甘油车间工艺设计（分离、洗涤）

毕业设计 硝化甘油车间工艺设计（分离、洗涤）化学与化工系学生姓名： 学号： 制药工程系 部： 专 业： 指导教师： 二零一零年六月毕业设计诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，论文的内容和数据均具有真实可靠性，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：年产2000t硝化甘油车间工艺设计（分离、洗涤） 系部：化学与化工系 专业：制药工程 学号： 学生： 指导老师（含职称）： （副教授） 专业负责人： 1. 设计（论文）的主要任务和目标硝化甘油是双基火药和改性火药中的主要成分之一，在工业和军事上占有极其重要的地位，但硝化甘油又是一种敏感度极高的危险品，在生产和使用中存在着爆炸的危险性，其事故频率居火炸药事故之首，经调查分析发现，硝化甘油的安全生产与生产工艺和操作人员的操作水平有很大关系，通过改进生产工艺以及提高操作人员的素质（安全意识、操作能力、异常情况处理能力）等手段来减少安全事故的发生，减轻安全失去造成的损失是可行的。硝化甘油的车间生产工艺在硝化过程中，发生自行分解是引起事故危险的主要因素之一，是硝化系数遭到破坏，当甘油加入量超过规定比例时，硝化内溶物将自行分解，并伴随氧化分解反应，使温度急升，若不能及时控制，就会导致爆炸。局部过热也是引起事故的原因之一。由于甘油粘度受温度影响较大，故分散度亦受温度左右，生产中应适当控制甘油温度，并使温度稳定，温度低甘油难于分散成小滴，会增加硝化时的危险性。分离和洗涤都是硝化甘油生产的主要工艺过程，是生产的关键工序，分离及洗涤情况如何，在很大程度上决定着生产安全、得率和质量。如何掌握好硝化甘油的生产过程，提高硝化甘油的产量对提高国防供应是一大帮助。同时如何防范生产过程中的安全事故也能保证人员与财产的损失。 对于提高人员素质，培养处理突发性故障的能力，确保安全生产，加强企业管理有着重要的意义。2. 设计（论文）的基本要求和内容本文的基本要求为分析硝化甘油的车间生产工艺过程。并具体分析分离、洗涤过程中的安全、合理生产的要求。主要内容为：本文主要研究硝化甘油车间工艺，主要包含以下几个方面：（1）了解硝化甘油车间的发展史。（2）查阅并收集大量文献资料，设计出合理的生产工艺方案。（3）根据工艺方案设计合理的生产设备。 （4）硝化甘油生产过程中分离、洗涤阶段的安全操作。（5）绘制工艺流程图。（6）编撰论文。3、主要参考文献1 柴涛,刘玉存,吕林川，硝化甘油生产过程中硝化工序的安全分析，1998年第一期2 硝化甘油生产的程序控制-火炸药学报1978年01期3 候左明，刘世强.火炸药安全生产技术.国防工业出版社，1996 4 安晋川.硝化甘油.火炸药丛书5 武超宇，硝化甘油化学与工艺学，北京：国防工业出版社，19806 王建民,罗俊忠.火炸药车间工艺设计.兵器工业部教材编审室7 任玉立、陈少镇.火药化学与工艺学，国防工业出版社，1983年6月8 松全才、杨崇惠、金韶华，炸药理论，兵器工业出版社，19979 吕春绪等，工业炸药理论，兵器工业出版社，200310炸药理论编写组，炸药理论，国防工业出版社，19824.进度安排设计(论文)阶段名称起止日期1资料收集与查阅3月15日3月31日2论文各章节的撰写4月1日5月10日3论文各章节的合并与排版5月11日5月20日4毕业论文初稿的格式修改5月21日6月1日5完成论文定稿并提交6月2日6月13日硝化甘油车间生产工艺设计(分离、洗涤)摘 要硝化甘油是甘油与硝酸反应的产物。其车间工艺过程是采用压缩空气将甘油及混酸载入硝化器中，使混酸与甘油混合，进行硝化。硝化反应完成后硝化甘油与废酸处于乳化状态，应使两相迅速分离，才能及时将酸性硝化甘油进行安定处理，这直接关系到硝化甘油生产的安全、产品质量以及生产效率。本课题对硝化甘油的车间工艺设计过程进行设计并分析其过程中的安全问题。针对喷射式连续硝化法，本课题选用碟片离心分离器进行分离。重点研究对象为碟式分离机及膜分离的结构、原理，并论述分离、洗涤过程中的安全问题。并提出了车间生产中工房的生产事项。以此来保证硝化甘油生产过程中的安全。关键词：硝化甘油，碟式分离机，膜分离，洗涤，安全生产 The technics production of workshop of nitroglycerin(separate、washing)Abstract Nitroglycerin is a product of glycerol with nitric acid. The workshop process is the use of compressed air to glycerol and mixed acid nitration loading device so that the mixed acid and glycerin mixture to complete the nitration.The workshop process was used compressed air to glycerol and mixed acid nitration loading device, the mixed acid and glycerin mixture to carry out nitrification. Nitrification after nitroglycerin and spent acid in the emulsion state, the rapid two-phase separation should be made to promptly carry out the acid stability of nitroglycerin treatment, which is directly related to the safety of nitroglycerin production, product quality and production efficiency. The topic of the workshop process nitroglycerin design process to design and analyze its process safety. Nitrification method for the continuous jet, the subject of centrifugal separator used to separate the disc. Focus on subjects disc separator and membrane structure, principles, and discusses the separation and washing process safety. And proposed workshop production of the workshop production issues in order to ensure the safety of nitroglycerin in the production process. Key Words: nitroglycerin , construction , membrane, Disc separator , safety-produce 目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1硝化甘油的发展简史11.2硝化甘油的地位及意义21.3 硝化甘油生产的特点31.4 设计的目的和意义4第2章 硝化甘油的工艺流程52.1硝化甘油的性质52.1.1 粘度52.1.2 比重或密度62.1.3 吸湿性与挥发性62.1.4 沸点和蒸气压62.1.5 熔点与凝固点72.1.6 硝化甘油的溶解性质72.1.7 硝化甘油的爆炸性质82.1.8 表面张力102.1.9 折射率与介电常数102.1.10 偶极矩102.2 生产工艺流程简述102.2.1 工艺流程方框图112.2.2 工艺生产流程图122.2.3 主要工艺过程概述132.3选择生产方法：132.4生产工艺简述142.5 喷射法连续过程的工艺条件152.5.1 硝化152.5.2离心分离工艺条件152.5.3洗涤工艺条件152.6 硝化甘油与废酸的分离过程分析162.7碟片式分离机的作用原理192.8 车间生产纲领及设计依据212.9 原材料、辅助材料的规格要求212.9.1 火炸药用甘油的技术指标如表2.1212.9.2 硝酸222.9.3 硫酸：232.9.4 发烟硫酸：232.9.5 循环用废酸的技术指标232.9.6 硝化酸技术指标242.9.7 辅助材料的规格要求：24第3章 物料衡算及能量衡算243.1 原始数据243.2 物料衡算253.2.1 硝化：253.2.2 分离273.2.3 预洗：283.2.4 热洗293.2.5 碱洗303.2.6配酸及废酸313.2.7原材料消耗一览表323.3 能量衡算333.3.1 计算依据333.3.2 硝化热量平衡343.3.3 预洗热平衡373.3.4 热洗热平衡383.3.5 碱洗热平衡383.4 冷量计算393.5压缩空气量计算423.5.1硝化甘油生产工房423.5.2 配酸稀释工房443.6蒸汽消耗量443.6.1 甘油碱液库443.6.2 硝化甘油生产工房453.6.3废水处理工房463.7 水消耗量计算463.7.1配碱机463.7.2原料准备473.8 工房存药量计算473.8.1硝化工房483.8.2 配酸工房493.8.3废水处理工房503.8.4接了工房503.9 库房面积计算503.10车间组成513.11人员编制52第4章 主要设备计算及选择524.1 硝化甘油生产机组计算524.2 螺旋板式冷却器计算534.3碟式离心分离机544.4洗涤塔544.5废酸后分离器计算544.5.1 废酸后分离器直径的计算554.5.2 计算后分离器台数554.6预洗水冷却器计算554.6.1 计算小时换热量Q554.6.2 计算温度差tAV564.4.3 计算预洗水冷却器的换热面积F （系数f取1.2）564.5 水加热器、碱加热器计算564.5.1计算小时换热量Q574.5.2计算温度差tAV574.5.3 计算加热器的换热面积F （系数f取1.2）57第5章 硝化甘油在生产过程中废酸、废水及废品的处理575.1 废酸的处理575.2废水的处理585.3 硝化甘油废品的处理60第6章 技安措施616.1 生产性质概述616.2安全生产需求616.2.1工房主要技安守则616.2.2 严防撞击、摩擦、过热必须做到：626.3 硝化过程中温度的控制636.4 硝化甘油的安全、合理生产636.4.1硝化酸的成分及用量636.4.2 喷射硝化的主要技术操作646.4.3 硝化甘油的运输66结 论68参考文献69致 谢70附表7172第1章 绪 论硝化甘油,其学名叫丙三醇三硝酸酯（或称甘油三硝酸酯），代号NG.是甘油与硝酸发生酯化反应的产物。它是一种应用相当广泛的爆炸物，其感度，威力都较一般爆炸物大。分子简式为：C3H5(ONO2)3化学结构式为: 反应式为：C3H5（OH）3 + 3HNO3 C3H5（ONO2）3 + 3H2O1.1硝化甘油的发展简史早在1847年，意大利科学家A索布列罗首次在实验室用硝酸、硫酸混合在低温下制得硝化甘油。由于它具有很高的机械感度，当时未能得到应用，直到1862年在瑞典工程师A诺贝尔用硅藻土吸收硝化甘油制成代那迈炸药，大量的应用于工业生产，奠定了硝化甘油发展的基础。1888年诺贝尔开始把硝化甘油勇于制造双基火药，才开始大量生产与使用硝化甘油，至今硝化甘油生产已有一百多年的历史。随着生产实践的发展，硝化甘油生产工艺也得到了不断的改进和发展。从最初的盆罐手工业生产发展到今天连续化、自动化遥控生产，大体可以分为三个发展阶段。（1）、间断法生产工艺发展阶段（1862-1927）在此阶段，间断法生产工艺通过生产实践的改进，日益完备，使之达到安全生产与广泛应用的程度。其中，应用最多的工艺方法有诺贝尔法和汤姆逊法。诺贝尔法在欧洲被广泛采用，汤姆逊法在日、美、英等国被普遍推广。尽管后来连续生产工艺有了迅速发展，由于受到设备更新条件的限制，至今这种间断生产方法仍在某些国家保留使用。（2）、容器式连续生产工艺发展阶段（1927-1956）最早的容器式连续生产方法（常称施密德法）是在1927年投入生产的，到1930年达到完备的程度。连续生产工艺无论是在生产效率方面，还是在生产安全方面，都比间断法优越很多，所以在二战初期就被迅速推广，到1957年世界上共有五十多个工厂用此法生产。最大生产能力为1500公斤小时。后来经过生产实践，人们进一步改进了它的分离和洗涤方法及工艺设备，逐步形成了第二个容器式连续生产工艺方法拜亚兹法。在第二次世界大战后的设备更新中被欧洲、美洲许多国家推广。目前，世界有三十多个工厂应用拜亚兹法生产。其中，最大生产能力可达3000公斤小时，并且有的工厂实现了全盘自动化。（3）、管道连续生产工艺发展阶段（1956年以后）随着硝化反应动力学的发展，深入认识了甘油硝化过程的内在变化规律，指导了硝化生产工艺的向前发展。1956年在瑞典实现了管道喷射器进行硝化操作，用高速离心分离机进行快速分离，并实现了废酸外部冷却，从而使工艺更加合理，生产易于控制，设备大为简化，消除了反应过程中局部过热的危险。所以此法比其它工艺方法都要优越，目前正在世界推广。后来又出现了T型管硝化法，也在一些国家采用。硝化甘油的生产通常采用喷射、喷雾硝化法，其工艺过程是采用压缩空气将甘油及混酸载入硝化器中，使混酸与甘油混合，完成硝化反应。硝化阶段是喷射硝化生产过程中的重要环节，直接关系到硝化甘油生产的安全、产品质量以及生产效率。硝化反应是一个放热反应，会释放出大量的热量。硝化甘油极不稳定，当硝化温度超过50时，极有可能发生爆炸。因此要求硝化温度控制在4045.在我国，硝化甘油生产历史较短。大规模工业生产实在解放以后才开始进行的。纵观目前我国硝化甘油生产现状，在各大兵工厂，基本上实现了连续、遥控和程序控制的先进水平。随着我国石油和天然气工业的迅速发展，今年来扩大了原料范围，采用多元醇，硝基异丁基甘油，合成甘油等以代替皂化甘油，并研究采用硝化二乙醇胺，硝三乙二醇等，部分或全部代替硝化甘油，所有这些都为硝化甘油及其它硝酸酯的生产提供了广阔的前景【1】。1.2硝化甘油的地位及意义 最初生产出的硝化甘油，由于技术上和安定性的一些原因，只限于做一般爆破之用，并未用于军事上。只是利用其中所含有的大量的能量成分来代替人们繁重的体力劳动。正是由于它本身具有大量的能量成分，人们才开始注重它的发展，后来人们发现它是一种较好的有机溶剂，而且尤为重要的是硝化纤维素的良溶剂。终于在1888年有诺贝尔把它用于制造双基药。从此，硝化甘油在火药生产中起到了从来未有的决定作用。在双基火药中，由于硝化甘油的加入使得其能量成分发生了很大的变化，减少了火药的装填量，提高了各种武器的机动性。即使是在现代大型火箭的助推器能量成分中，硝化甘油作为复合性双基药的重要成分，也起到了决定性作用。可以说，没有硝化甘油就没有现代大型火箭，宇宙飞船。由此可见，硝化甘油在军事上具有相当重要的位置。硝化甘油不仅用于军事上，而且在工农业生产建设上，也被大量的使用，同样起着重要的作用。利用它，可以开采矿场，修建公路等，节省了大量的人力物力，同时最为重要的是提高了劳动生产率【2】。另外，硝化甘油作为一种重要的医药成份，也广泛地用于医疗卫生事业上。由此可见，硝化甘油在军事上，民用上，医疗上都占据了较为重要的地位。从事和发展硝化甘油生产还为维护世界和平，抵御外来侵略，建设社会主义祖国都具有重要的现实意义和深远的历史意义。1.3 硝化甘油生产的特点硝化甘油，由于本身结构所限，决定了它是一种比较敏感的爆炸物。它的撞击，摩擦，热，爆轰等感度都较大。杂质，外界的热都会加速其本身的热分解，而且当温度低于13.2，它就会产生结晶。另外，局部的撞击、摩擦等都会使其产生局部热点，这些因素给硝化甘油生产带来了一定困难，决定了其生产过程中的特殊性。其生产特点可以从以下几个方面来看： （1）、硝化甘油生产的温度有一个范围，既不能过高，也不能过低。 （2）、硝化甘油生产系统的压力不能太高，一般应不大于6kgcm2 。压力升高，易使硝化甘油内部产生气泡，而造成局部过热，导致事故发生。（3）、硝化甘油的不安定性决定了硝化甘油在制量不宜过大。（4）、严格的质量指标。硝化甘油生产所用的甘油，硝化酸具有严格的质量指标，不能参有铁锈等杂质，否则会造成热分解，发生事故。（5）、严格的废物排放标准。对生产硝化甘油产生的废酸、废水要进行严格的处理，达到国家的排放标准，方可排放。（6）、严格的操作规程。硝化甘油生产应严格地按操作规程操作，否则将造成事故。（7）、严格的存放标准。硝化甘油生产应对成品硝化甘油实行严格的存放标准，对废酸实行隔液存放，否则容易造成事故。（8）、严格的质量把关。硝化甘油成品未经阿贝尔验证，不允许进入吸收药工房【5】。1.4 设计的目的和意义（1）通过毕业设计的训练，使自己进一步巩固、加深所学的基础知识，基本技能和专业知识，并使之系统化、综合化。（2）使自己了解科学研究的过程，掌握如何收集、整理和利用材料；如何观察、如何调查、作样本分析；如何利用图书馆，检索文献资料。（3）通过毕业设计可加强计算、绘图、编辑设计文件、使用规范化手册等工作能力的培养。（4）论文写作过程中可唤起自己对科学研究的兴趣，期间所激发的对科学事业的满腔热情，以及写作中辛勤的耕耘，导师的教诲及受到的挫折等，都会对以后的工作生。第2章 硝化甘油的工艺流程 2.1硝化甘油的性质硝化甘油在常温下为无色透明油状液体，工业品为淡黄色和褐色。一般生产中的硝化甘油含0.2-0.4%的水分，故液体呈半透明乳白色。随着贮存时间的延长，其颜色会逐渐变深。2.1.1 粘度硝化甘油的粘度比水大，在20时，约为水的35倍，但比甘油的粘度小的多。硝化甘油的粘度随着温度升高而下降。可用下关系式进行计算： X=3.248-1.319T式中 X粘度（厘泊） T温度（） 表2.1 不同温度下，硝化甘油的粘度值温度（）粘度（厘泊）1069.22036252730213516.84013.64511.2509.38558.75606.802.1.2 比重或密度常温下硝化甘油的比重为1.6 g/3，随温度的降低而比重增大，体积缩小。表2.2 不同温度下硝化甘油的比重表温度（）比重（g/3）101.73541.614151.600201.596251.5912.1.3 吸湿性与挥发性硝化甘油的吸湿性很小。在常温下和相对湿度为100%的情况下，存放24小时后其平衡水分仅达到0.12%。在硝酸酯的酯基中有半急性键存在，所以有较高的蒸气压，挥发性比相应的醇类要大。常温下硝化甘油的挥发性不大，温度升高挥发性增大，在50时开始出现显著挥发，有明显的气味。在60时加热一小时，其挥发损失量为0.11/2h。2.1.4 沸点和蒸气压硝化甘油加热时，不仅蒸发，同时伴随着分解，温度愈高分解愈显著，因此很难测得其精确的沸点。常温下加热的到200-218时，发生爆炸。一般认为硝化甘油的沸点为180，这是在50毫米汞柱下测得的结果。当在压力为2毫米汞柱下，其沸点变为125。硝化甘油的蒸气压，随着温度的升高而增加。但由于选用的测定方法不同，而且所用试样也非绝对干燥的硝化甘油，所以不同研究者测得的蒸气压数据相差很大。2.1.5 熔点与凝固点硝化甘油有两种不同的晶形，一为双锥体斜方晶形，为稳定型，其熔点为13.213.5，另一种为三斜晶形，为不稳定型，其熔点为1.92.3.纯的硝化甘油自动结晶很慢，并有过冷现象，可以冷却至-20-40仍不结晶。若加入另一种晶体，则会立即析出结晶，结晶形状取决于加入的晶体。不同研究者测得之熔点和凝固点略有出入。2.1.6 硝化甘油的溶解性质（1）硝化甘油在水中的溶解性质硝化甘油在水中的溶解性很小，随p值的变化而变化，温度增高溶解度增大，pH值减小溶解度也增大。但是，在碳酸钠的水溶液中硝化甘油较难溶解。硝化甘油在水中及酸碱性水溶液中的溶解情况如下表。 表2.3 硝化甘油在水中的溶解度温度（）1220304050硝化甘油的溶解量（kg/t水）1.41.51.61.2.5甘油二硝酸酯的溶解量（kg/t水）80868994- 表2.4 硝化甘油在硝酸水溶液中的溶解度硝酸浓度（%）051015硝化甘油的溶解量（kg/t水）01.05.07.0甘油二硝酸酯的溶解量（kg/t水）80100140190 表2.5 硝化甘油在碳酸钠水溶液中的溶解度碳酸钠溶液浓度（%）02.04.06.08.0硝化甘油的溶解量（kg/t水）1.00.50.01痕迹痕迹甘油二硝酸酯的溶解量（kg/t水）7863514133硝化甘油在水中或碳酸钠的水溶液中的溶解度虽然不大但在制造硝化甘油的洗涤过程中需用大量的水和碳酸钠的水溶液，这样在水中和碳酸钠的水溶液中硝化甘油的溶解损失量还是相当可观的。所以在生产中应保证质量的前提下尽量减少洗涤次数和水量，特别是预洗的水量不要太多，以免降低硝化甘油的得率。（2）硝化甘油在混酸中的溶解性质硝硫混酸对于硝化甘油除了具有溶解的能力外，还具有分解的作用，其溶解度均取决于混酸的组成，硝化甘油在混酸中的溶解度，随硝酸含量的增加而降低。而在同一含量下，硝化甘油在混酸中的溶解度随水含量的变化而变化。当混酸中的水含量为13.5%时，其溶解度最小。因此，实际生产中应尽量是废酸中的水含量接近于这个水含量值，以减少硝化甘油在废酸中的溶解损失。2.1.7 硝化甘油的爆炸性质 （1）机械感度 硝化甘油中的硝酸酯基（ONO）是不安定的基团，使硝化甘油对于机械的冲击，震动及摩擦作用都很敏感，受热时更为显著。 表2.6 硝化甘油的冲击感度 落锤重（g）落高（cm）100022000425051005100硝化甘油的机械感度与其接触的材料有关，近年来由于硝化甘油水乳液技术的应用，使硝化甘油在生产中的感度大为降低，所以广泛采用不锈钢制作生产设备和输送管道。 温度对硝化甘油的机械感度也有很大的影响。一般来说，温度愈高其感度值愈大。如下表： 表2.7 温度对硝化甘油的机械感度的影响温度T()902015-20落锤重（Kg）2211落高L(cm)24103840 纯硝化甘油具有很大的机械感度，但是当它以很小的液滴分散在其它惰性物质中其机械感度将大大降低。（2） 热感度 硝化甘油对热的感度很小，少量硝化甘油用火点燃，其燃烧速度也不大，燃烧时有轻微的爆炸声，火焰呈淡蓝色，但是硝化甘油收到200以上的高温加热时立刻爆炸，所以生产中一定要严防硝化甘油受到高温加热的作用。（3） 爆炸性质 硝化甘油是含氧充足，具有整氧平衡的炸药，爆炸时能全部变成气体，按理论反应式如下： 4C3H5(ONO2)3 12CO3 + 10H2O +6N2 + O2根据爆炸反应生成的气体产物分析结果，其爆炸反应平衡如下： 32C3H5(ONO2)396CO2 + 80H2O + 6NO + 45N2 +5O2硝化甘油爆炸时除了生产大量气体外，同时放出大量的热，具有比TNT,硝化纤维大得多的爆炸能量。2.1.8 表面张力表2.8 硝化甘油的表面张力温度（）表面张力（达因/厘米）16.551.120.550.41.550.32.1.9 折射率与介电常数硝化甘油的折射率为：n20d=1.4732.硝化甘油的介电常数为：e20=19.25.2.1.10 偶极矩硝化甘油在不同溶剂中其偶极矩亦不相同。表2.9 硝化甘油在不同溶剂中的偶极矩溶剂偶极矩（德拜）溶剂偶极矩（德拜）纯硝化甘油（液态）硝化甘油在乙烷中U=3.82U=2.56硝化甘油在四氯化碳中硝化甘油在苯中U=2.88U=3.16 由硝化甘油的特点，硝化甘油生产有其特殊性，之所以对其生产有这样的要求，其目的最重要的是保证安全生产。在现代社会主义国家中，保证工人的人身安全、确保国家财产遭受损失，应是我们从事硝化甘油生产的技术人员所考虑的首要任务和准则。2.2 生产工艺流程简述2.2.1 工艺流程方框图混酸硝酸硫酸废酸处理废水废水处理排放硝化酸废酸分离洗涤成品接料使用工房硝化甘油 图2.1 硝化甘油合成工艺流程方框图2.2.2 工艺生产流程图图2.2硝化甘油合成工艺流程2.2.3 主要工艺过程概述（1）硝化： 硝化是硝化甘油生产的主要工艺过程，是生产的关键工序，硝化情况如何，在很大程度上决定着生产安全、得率和质量。各种工艺方法的不同，主要区别在于所采用的硝化器不同。甘油与混酸的硝化存在着复杂的副反应，当然，副反应越少越好，关键在于确定合理的混酸成分和掌握好硝化系数。在一定的工艺设备条件下，硝化系数与硝化温度之间有着密切的关系。生产时通常通过调节温度及压力来稳定硝化系数。 （2）分离： 硝化反应完成后，硝化甘油与废酸处于乳化状态，应使两相迅速分离，才能及时将硝化甘油进行安定处理。 硝化甘油和废酸分离的原理是基于它们之间的比重差和互溶性小的特点，应用重力或离心力的作用，使其分离。在此，可视硝化甘油与废酸的乳化程度而采用不同的方法和设备。如在间断法生产中，由于硝化时乳化程度较差且生产量不大，采用了静止分离法，在容器式连续硝化法中，由于硝化甘油乳化程度比较好而且生产速度快，所以采用离心分离机进行分离，才能满足生产要求。 （3）洗涤（安定处理）： 从废酸中分离出来的酸性硝化甘油约含有10%的酸类杂质，由于工艺手段不尽相同，其含酸量也不一致，间断硝化法硝酸和硫酸约占8.6%和0.5%，而喷射硝化法硝酸和硫酸约占8%和2%。 安定处理的目的在于除去酸性硝化甘油中的酸类杂质，使硝化甘油称微碱性，达到阿贝尔实验合格。2.3选择生产方法：因硝化反应是非均相的，故要求甘油分散性好，反应时放出的大量热，要求有足够的冷却设施；为减少副反应，要控制废酸的成分，反映在工艺上就是要控制好硝化系数；为确保安全生产，要有指示和控制温度的仪表等；为防止突然升温引起事故，要求有自动停料及安全放料等设施。因此选择硝化器时，必须根据硝化反应的特点及上述要求来确定其结构。现在工业生产中有几种典型的硝化器：（1）间断式硝化器，其特点是无机械运转部分，甘油用压空喷雾分散；传热传质亦靠压空搅拌及蛇管冷却器进行冷却；有接触温度计指示反应温度，并和安全开关连接，混酸一次加入，甘油人工控制。缺点是：在制量时，酸性硝化甘油的停留时间长、与废酸接触时间长。生产效率低。（2）机械搅拌连续硝化器，其特点是利用机械搅拌使甘油高度分散在混酸中，生成的硝化甘油与废酸形成钝感的乳状液，可防止爆炸，安全生产。甘油与混酸连续定量的流入，硝化混合物不断流出。传热传质靠搅拌器强化，有足够的冷却面，自动控制程度较高，人员隔离操作，较间断法安全、产量大。其缺点是动力消耗大，设备较复杂。（3）压空搅拌连续硝化器，特点是用压空代机械搅拌，设备较小，结构简单，在制量上较机械搅拌法少。但搅拌不够强烈，有温度不均之缺点。（4）喷射硝化器，特点有：利用废酸外循环冷却，以吸收反应热，故硝化过程的温度，直接由甘油与硝化酸的加料比来确定，利用硝化系数与温度之间的线性关系来控制硝化温度，使控制简化可靠。喷射器混合均匀，甘油分散性好，有利于反应进行，充分发挥了甘油硝化反应快的特点，故停留时间大大缩短，消除了局部过热。停留时间短，生产效率高，在制量大为减少，如产量为750公斤/小时的硝化系统，在制量只有14公斤左右。由于喷射硝化时甘油是靠硝化酸高速流动产生之负压抽吸进喷射器的，所以减少了由硝化细数破坏造成的危险性。设备简单，投资减少，加工容易。以上着重分析了几种硝化器的优缺点，显而易见，喷射硝化器较间断硝化具有无法比拟的好处。所以，在目前国内外从事硝化甘油生产的大、中型设备的选择普遍采用比较先进的喷射硝化法。针对喷射消化法本设计选用碟式分离机进行分离。2.4生产工艺简述 用表压为490.3Kpa的恒压压缩空气将硝化酸从扬液器扬出，经螺旋板式冷却器用-15硝酸钙溶液冷却，自动恒温到0，再经电磁流量计自动调节流量为490I/h.经过滤器压入喷射硝化器。甘油在甘油扬液器中，用热水加热，并用61恒温水保持它的温度为60后，用压缩空气送到甘油恒位槽，经椭圆齿轮流量计（105I/h），被抽入喷射硝化器，同时加入约为混合物体积的615%的空气（50150I/h），以保证安全生产。酯化在硝化器内完成，硝化器出口温度即为硝化温度，控制在4548，并据此温度自动调节甘油流量。硝化后的酸乳立即进入蛇管冷却器，冷却到17后，再进入离心分离机，将硝化甘油与废酸迅速分离。分离出的废酸经后分离器至配酸稀释工房，大部分用来配硝化酸，剩余废酸去脱酯。从离心机分离出的酸性硝化甘油随即流经预洗喷射器，分别进入第一洗涤塔、第一油水分离进行洗涤、分离。然后进入第二洗涤塔用热水洗涤后到第二油水分离器分离。再进入第三洗涤塔用碱水洗。洗涤后的硝化甘油碱乳液自动流至接料工房的接料槽中，经采样分析合格后，即可转出使用【5】。2.5 喷射法连续过程的工艺条件 2.5.1 硝化 （1）、硝化温度： 4548；（2）、硝化系数：1215（或1213）；（3）、真空度：不加空气时在640毫米汞柱以上；硝化用为280350毫米汞柱；（4）、甘油恒液位槽温度：5560（561）；（5）、硝化酸温度：01；（6）、喷射器入口硝化酸压力：2.63.2公斤厘米2；（7）、硝化酸总氮量（以硝酸计）：29.50.5；（8）、废酸总氮量（以硝酸计）：14.00.3【5】；2.5.2离心分离工艺条件（1）分离温度：161；（2）离心分离机转速：3200r/min2.5.3洗涤工艺条件（1）冷水洗：油水比1:1.5； 洗涤温度：30（2）温水洗：油水比1:1；洗涤温度：403；（3）碱水洗：油水比1:1；洗涤温度：4045； 碱液浓度：0.15%。（4） 洗涤塔压空搅拌压力：20.2Kg/cm2。2.6 硝化甘油与废酸的分离过程分析 在硝化时甘油高度分散在混酸中，同时硝化时有强烈的搅拌或高速湍动，硝化甘油在废酸中的溶解度又小，因此硝化甘油与废酸形成乳状液。含酸的硝化甘油很不安定，必须尽快与废酸分离。 乳状液是一个热力学不稳定体系，当静置时就会自动分层，即破乳过程。乳状液的分层难易程度与分散度有关，分散度越高，分层越难。一般乳状液的分散度，大约液滴半径在10-5厘米左右或稍大些。硝化甘油与废酸的乳状液，其液滴的半径大约为10-2厘米级，所以其稳定性是比较低的。 硝化甘油与废酸的分层，可以看作是两个过程，开始是分散的硝化甘油液滴聚集在一起，但各液滴间的界面并未消失，他们可以聚集在一起，也可以在微弱的扰动下重新分散。这个过程称为絮凝。随着时间的延长，絮凝在一起的硝化甘油液滴，结合成一个较大的液滴，这个大液滴已成为一相，是不可逆的。这种使液滴数目减少、液滴变大的过程称为聚结或去乳。最后使乳状液分层，硝化甘油比重小在上层，废酸比重大在下层，从而达到分层的目的。 硝化甘油液滴在废酸中的运动，也类似固体小颗粒在粘性液体中的运动情况，服从斯托克定律。硝化甘油液滴的运动速度，静置或层流情况下，可以根据斯托克公式近似地求得： V=（-/）d2a/18式中 V硝化甘油的沉降或分离速度（厘米/秒）（因/，故不是沉降而是上浮）； d硝化甘油液滴的直径（厘米）； /废酸的密度（克/厘米3）； 硝化甘油的密度（克/厘米3）； 废酸的粘滞系数（粘度）（厘泊）； a 加速度（静置时为重力加速度）（厘米/秒2）。 上式表示在加速度a的影响下，在密度为/，动态粘度为的液体中，比重为的一个颗粒（或液滴）的末端速度。 若在t时间后，颗粒（或液滴）沉降（或移动）的距离为h，则： h=（-/）d2at/18式中 t沉降（或移动）的时间（秒）； h沉降（或移动）的距离（厘米）。 d硝化甘油液滴的直径（厘米）； /废酸的密度（克/厘米3）； 硝化甘油的密度（克/厘米3）； 废酸的粘滞系数（粘度）（厘泊）； a 加速度（静置时为重力加速度）（厘米/秒2）。由此可知：式中（-/）d2/18项为乳状液的性能函数，生产中工艺条件不变时，可以看作常数。因此，工艺条件不变时，要缩短分离时间，可以采用以下两种方法来达到： 1.增大加速度a； 2.减小沉降距离h。 在静置分离时，式中的a=g(g为重力加速度)，在离心场中，由于其重力而产生的加速度，被大于重力加速度几千倍的离心加速度所代替，因此，计算离心分离机的分离速度时，需将斯托克公式乘以离心系数（亦称为分离因数）。所谓离心系数，即离心加速度与重力加速度的比值，如下式所示： Z=r2/gDn2/1800式中 Z离心系数（或分离因数）； D旋转体的直径（米）； n旋转速度（转/分）； r液珠与离心机转动轴心的距离（厘米）； 离心机角速度（弧度/秒）； g重力加速度（厘米/秒2）。 此时分离速度可写为： V=(-/)/18d22r离心机的转鼓半径和转速是决定离心力的重要因素。而离心力的大小是把互不相溶的两种液体分开的动力。但离心机转鼓的大小和转速是不能任意增大的，它受材料强度的限制。另外转速过大，超过5000rad/min时，会使固体残渣牢固地附着在机壁上难以清理。由实践知，分离硝化甘油和废酸的离心力一般为1700公斤力左右。目前用于硝化甘油与废酸的离心机，转速在29003500rad/min。离心系数约为1.5104左右，因而分离效率比重力分离大大提高。本设计采用碟片式离心分离机，如下图所示。 图2.3 碟片式离心分离机结构图 1转鼓； 2碟片； 3沉淀杂质； 4中性孔； 5重液出口； 6轻液出口； 7物料入口。 图2.4 碟片式离心分离机示意图 将很多碟片（或分离碗）整齐排列成一个圆锥体，碟片之间的距离很小，约为0.51毫米左右（具体尺寸根据沉降时间和停留时间来确定，一般停留时间不能小于沉降时间），这样既增加了分离面积，又缩短了硝化甘油液滴的行程，并保证液流为层流，从而达到尽快分离的目的。2.7碟片式分离机的作用原理 由上图可知，硝化甘油与废酸混合液由中心管进入碟片层的底部，再由碟片中间的“中性孔”向上流动，分别进入到各碟片之间的空隙，因碟片间的距离很小，因而使流入的乳状液分成许多很薄的液层。当转速较低时，液流从中性空流过碟片空隙的流速决定于碟片空隙的尺寸和出口大小，以及液体的压头。当转速提高时，由于混合液两相的重度不同，在离心力场中受到的离心力大小也不同，因而在碟片间隙内显著地分为二层。重液沿上碟片的下表面向下向外移动；而轻液则受外层重液离心力的反作用力而产生向心浮力，在向心浮力的作用下，轻液沿下碟片的上表面往上往内移动，最终使重液废酸聚集在外层，轻液硝化甘油聚集在内层。进一步提高转速，则轻液层与重液层分别向上、下移动，形成重液流与轻液流，从而达到分离的目的。轻重液在碟片间的分离情况如下图2.5所示。 图2.5 轻重液在碟片间分离情况示意图 轻重液在转鼓内基本上以“中性孔”为分界面分成两层，重度较大的废酸处于外层，经重液出口流出；重度较小的硝化甘油处于内层，经轻液出口流出。少量重度更大的固体颗粒或残渣，则沉积在最外层的机壁上和上碟片的下部，定期进行清理。由于混合液被转鼓内的几十片碟片分成很多薄的液层，使沉降距离大大缩短，沉降所需的时间亦大为减少。被分离的两种液体之间因为没有机会再混合，从而大大提高了分离效率。 混合液是通过碟片上的“中性孔”进入各碟片之间的，并随即在碟片时间沉降分层。故“中性孔”的位置转鼓内径、重液的分界面（或称中性面）处最为恰当，否则就会扰乱分离液，恶化分离效果。分界面（中性面）的位置和轻重液的重度以及轻重液出口位置的半径有关。根据动力平衡原理，在中性面处，重液与轻液的离心压力应当相等。根据转鼓内物料所形成的离心压力的计算，则有： 式中 R1轻液出口位置的半径； R2重液出口位置的半径； R3中性面位置的半径； gt重液的重度； ge轻液的重度。 令 ge /ge = 则中性面的半径为： 在使用当中由于操作条件的变化，会使中性面半径发生改变（或称移动），从而引起分离效率的下降。为使分离机适应此情况，在即定结构的条件下，可以调节重液出口位置的半径（R2），来达到使中性孔与中性面位置相适应的效果。改变重液出口位置的半径，是通过更换不同半径的调节环（亦称重液盘或重力盘）来实现的。每台离心机都备有一套半径不同的调节环，以备选用。2.8 车间生产纲领及设计依据产品名号年产量 t硝化甘油20002.9 原材料、辅助材料的规格要求2.9.1 火炸药用甘油的技术指标如表2.1表2.10 甘油的技术标准号QXB380-1-2-67序号名称规格要求1色泽（以50ml蒸馏水中所含比色用三氯化铁标准溶液的毫升数计）不大于0.82透明度透明3气味在沸水中加热10分钟无异味4比重不小于1.2582（相当于纯度的98.5%）5酸碱度（滴定50g甘油所需0.1N盐酸或0.1N氢氧化钠溶液的毫升数）不大于1.26皂化值（1g甘油所消耗的NaOH量）不大于0.5mg7不挥发残渣不大于0.1%8灰分不大于0.02%9丙烯醛等不大于500ppm葡萄糖溶液所产生的“银胶液”混浊度10铵盐及蛋白质无11氯化物（以Cl-计算）不大于0.0005%2.9.2 硝酸表2.11 硝酸的技术标准号 GB337-64指标单位指 标一级品二级品HNO3%9897H2SO4%0.080.12N2O4%0.30.4灼烧残液%0.030.052.9.3 硫酸：表2.12 硫酸 技术标准号 GB534-65指标名称单位指标H2SO4%98灼烧残液%0.012.9.4 发烟硫酸：表2.13 发烟硫酸 技术标准号 GB534-65指标名称单位指标游离SO3%20灼烧残液%0.1铁含量%0.32.9.5 循环用废酸的技术指标表2.14 循环用废酸的指标指标名称单位指标总氮量（以HNO3计）%13H2SO4含量%68HNO3含量%11指标名称单位指标N2O4含量%0.6H2O含量%18硝化甘油含量%2.52.9.6 硝化酸技术指标表2.15 硝化酸技术指标指标名称单位指标总氮量（以HNO3计）%29.50.5H2SO4含量%62641HNO3含量%23281N2O4含量%0.50.6H2O含量%8132硝化甘油含量%1.62.02.9.7 辅助材料的规格要求：包括压空、冷冻盐水、上水、洗涤用碱水。（1）压空 要求压空干净，不允许含有机械杂质、油脂及水分；要求压空保持一定的压力（一般为5-6kg/cm2），不允许上下波动；要求压空有足够的贮备量；安装使用时应注意压空贮槽的安全，消除温度的影响。（2）冷冻盐水及自来水 一般采用30%的Ca(NO3)2水溶液做冷冻盐水，控制温度-15-10。生产过程中保证有足够的冷冻盐水供硝化冷却。在盐水循环时，防止冰塞和过冷现象，投料前检查盐水系统，不许有泄漏现象。自来水用经净化后的自来水，不得有砂子等杂质。（3）洗涤用的碱水用1.5%的Na2CO3水溶液，控制温度在4348第3章 物料衡算及能量衡算3.1 原始数据得率： 230硝化系数： 13甘油纯度： 99表3.1 硝化酸成份名称百分含量硝 酸26.5硫 酸62水10四氧化二氮0.3硝化甘油1.23.2 物料衡算3.2.1 硝化：（1） 进料甘油 10002.3435Kg 其中： 甘油 4350.99430.65 Kg水 4350.014.35 Kg硝化酸 435135655 Kg其中：硝酸 56550.2651498.58 Kg硫酸 56550.623506.1 Kg水 56550.1565.5 Kg四氧化二氮 56550.00316.97 Kg硝化甘油 56550.01267.86 Kg合计 5655.