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文檔簡介
1、制藥工程課程設(shè)計日產(chǎn)16噸對乙酰氨基酚夾套反應(yīng)器設(shè)計學(xué)院:生物工程學(xué)院專業(yè):制藥工程專業(yè)班級:090462姓名:李興超同組人:李飛飛學(xué)號:09046224指導(dǎo)教師:戴玉杰完成日期:2012.12.2天津科技大學(xué)2009級本科生制藥工程課程設(shè)計9目 錄前言 21. 設(shè)計任務(wù)書 42. 對乙酰氨基酚生產(chǎn)工藝流程 53. 物料衡算 63.1. 計算反應(yīng)器有效容積 V 632計算反應(yīng)器總?cè)莘e V 64. 釜體主要結(jié)構(gòu)設(shè)計與選型74.1. 反應(yīng)釜的釜體設(shè)計 74.2. 反應(yīng)釜的攪拌裝置 94.3攪拌傳動裝置和密封裝置 105. 釜體其他附件設(shè)計與選型115.1支座選型 115.2人孔選型 115.3接管
2、及其法蘭選型 115.4選用人孔、透鏡、溫度計和工藝接管 126. 熱量和傳熱面積計算 126.1反應(yīng)釜熱量計算 126.2傳熱面積計算 1213心得體會 13參考文獻基本概念對乙酰氨基酚是撲熱息痛的化學(xué)成分,簡稱 A-PAR又稱醋氨酚,化學(xué)名 為N-( 4-羥基苯基)乙酰胺。它是一種常用的解熱鎮(zhèn)痛藥物,其解熱作用緩慢 而持久,與阿司匹林相比,具有刺激性小,極少有過敏反應(yīng)等優(yōu)點。此外,它 還可用于藥物撲炎痛的合成,以及作為有機合成中間體、照相用化學(xué)藥品和過 氧化氫的穩(wěn)定劑。物理化性質(zhì)分子式:C6H7NO 分子量:109.125 密度:1.21g/cm3 熔點:188C 沸點:282E at76
3、0mmHg 閃點:124.3 C 水溶性:1.5g/100ml(20 C) 性狀:白色或淺黃棕色結(jié)晶 溶解性:稍溶于水和乙醇,不溶于苯和氯仿,溶于堿液后很快變褐色該品鎮(zhèn)痛作用的機制不明,可能是通過抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)中前列腺素的合 成(包括抑制前列腺素合成酶)以及阻斷痛覺神經(jīng)末梢的沖動而產(chǎn)生鎮(zhèn)痛,后者 可能與抑制前列腺素或其他能使痛覺受體敏感的物質(zhì) (如5-羥色胺、緩激肽等) 的合成有關(guān)。解熱作用則可能是通過下視丘體溫調(diào)節(jié)中樞而起作用,可能與下視丘的前列腺素合成受到抑制有關(guān)??诜笞晕改c道吸收迅速、完全(在高碳水化合物飲食后服藥可能降低吸收),吸收后在體液中分布均勻,約有 25%與血漿蛋白 結(jié)合。
4、小量時(血藥濃度v 60卩g/ml)與蛋白結(jié)合不明顯,大量或中毒量則結(jié)合 率較高,可達43%。該品9095%在肝臟代謝,主要與葡糖醛酸、硫酸及半胱 氨酸結(jié)合。中間代謝產(chǎn)物對肝臟有毒性作用。 半衰期B 般為14小時(平均 2小時),腎功能不全時不變,但在某些肝臟疾患者可能延長,老年人和新生兒 可有所延長,小兒則有所縮短??诜?.52小時血藥濃度可達峰值,劑量在 650mg以下時血藥濃度為520卩g/ml,作用持續(xù)時間為34小時。哺乳期間 婦女服用該品650mg 12小時報乳汁中濃度為1015卩g/ml ;半衰期B為 1.353.5小時。該品主要以與葡糖醛酸結(jié)合的形式從腎臟排泄,24小時內(nèi)約有3
5、%以原形隨尿排出。具有退熱鎮(zhèn)痛作用,通過升高痛閾而達到止痛目的;通過對下丘腦體濕調(diào)節(jié)中樞產(chǎn)生作用而達到退熱目的。能有效地緩解疼痛和發(fā)熱,用于頭痛、關(guān)節(jié)疼痛、肌肉疼痛、牙痛、痛經(jīng)、產(chǎn)后和手術(shù)后疼痛或感冒引起的發(fā)熱及其 它不適癥狀。關(guān)鍵字:對硝基苯酚鈉; ?;?;曲面高度;粘度1. 設(shè)計任務(wù)書日產(chǎn)量:16噸釜個數(shù):1個每天生產(chǎn)2批設(shè)計參數(shù)及要求設(shè)計壓力釜體內(nèi)0.3MPa夾套內(nèi)0.4MPa設(shè)計溫度釜體內(nèi)190C夾套內(nèi)230 r介質(zhì)釜體內(nèi)有機溶劑夾套內(nèi)冷卻水或蒸汽腐蝕情況微弱傳熱面積210.72m攪拌型式圓盤渦輪式平直葉攪拌器轉(zhuǎn)速150r min功率4.82kw反應(yīng)釜操作容積311.06m反應(yīng)釜設(shè)備容
6、積15.8m3筒體壁厚釜體17mm夾套14.2mm采用材料普通碳素鋼鋼板Q235-B2. 對乙酰氨基酚生產(chǎn)工藝流程對硝基苯酚鈉既是燃料或農(nóng)藥的中間體,也廣泛應(yīng)用于制藥工業(yè)生產(chǎn),它 的工藝路線較成熟,產(chǎn)量很大,成本低廉,是由氯苯出發(fā)經(jīng)硝化和堿水解等反 應(yīng)制得的,對硝基苯酚鈉再經(jīng)鹽酸化,鐵屑-鹽酸還原和醋酸的乙酰化等反應(yīng)制 得撲熱息痛。工藝流程:酸化f還原f?;痜精制本設(shè)計主要涉及酰化步驟,其工藝流程圖如下:3. 物料衡算每天生產(chǎn)9噸對乙酰氨基酚(不計分離工程損失),已知對氨基苯酚的轉(zhuǎn)化 率為80%每批操作的輔助時間為1.5小時,投料質(zhì)量比對氨基苯酚:冰醋酸: 母液(含酸50鳩上)=1:1:1。將
7、料液投入?;迌?nèi),打開夾層蒸汽,加熱 至110C左右,打開反應(yīng)罐上冷凝器的冷凝水,回流反應(yīng)4h。物料沸騰,裝料系數(shù)取0.7。反應(yīng)前后密度取1300kg - m。設(shè)反應(yīng)時間為10h。3.1計算反應(yīng)器有效容積V每天生產(chǎn)9t對乙酰氨基酚,h_1則每小時對氨基苯酚用量為8000 丨41724 80%每小時處理的總原料量為:mh =417X 3=1250 kg-h_1每小時處理的原料體積為:h嚅=0.962 m3故反應(yīng)器的有效容積為:3Vr=Vh (t+t ) =0.962 X (10+1.5)=11.06 m3.2計算反應(yīng)器總?cè)莘eVT反應(yīng)器總?cè)莘eVT為:Vt =Vr _ 11.0580.7=15.80
8、 m3式中一裝料系數(shù),起泡、沸騰的物料,裝料系數(shù)可取0.6-0.7 ,取裝料系數(shù):=0.7。4. 釜體主要結(jié)構(gòu)設(shè)計與選型4.1. 反應(yīng)釜的釜體設(shè)計4.1.1確定筒體的直徑和高度對液-液相類型選取H/Dj=1.2,估算筒體的內(nèi)徑為I4Vt415.80 門“匕;帀=;曲=2.伽將計算結(jié)果圓整至公稱直徑標準系列,選取筒體直徑 Di =2400mm查典型化 工設(shè)備機械指導(dǎo)附表 6, D0 =2400標準橢圓封頭曲面高度h1=600mm直邊高度 h2=40mm封頭容積Vh =2.05 m2,表面積Fh =6.6 m2,由附表5得每一米高的筒 體容積 y =4.524 m3,表面積 R=7.55m2.H=
9、15.80-2.05=3.04m4.524筒體高度圓整為 H=3000mm.于是H/Di =3000/2400=1.251.2,復(fù)核結(jié)果基本符合原定范圍4.1.2確定夾套的直徑和高度對于筒體內(nèi)徑 Dj =2000-3000mm夾套的內(nèi)徑Dj =Di +200mm.因此Dj =2400+200=2600mm符合壓力容器公稱直徑經(jīng)估算夾套的高度為V -Vh vr Vh11.07-2.05Vr兀2Di4jr2.4=1.99m選取夾套高度H j =2100mn則H。H-H j =3000-2100=900mm這樣是便于簡體法蘭螺栓裝拆的。驗算夾套傳熱面積為F= F1H j Fh = 7.55 2.1
10、6.6=22.46 m2夾套傳熱面積符合要求。4.1.3確定夾套的材料和壁厚選用Q235-A(即A3鋼)為夾套材料,查典型化工設(shè)備機械指導(dǎo)附表 3 對板厚為4.5-16m m時得Q235-A (即A3)設(shè)計溫度為200 E的許用應(yīng)力二=105Mpa,加套加熱蒸汽系統(tǒng)有安全閥,選取加套設(shè)計壓力p=1.1 pw,即P=0.44Mpa,夾套筒體與內(nèi)筒的環(huán)焊縫因無法取雙面焊合作相應(yīng)的探傷栓查,從安全考慮,加套上所有焊縫均取焊縫系數(shù):=0.60,取壁厚附加量中的鋼板厚度負偏差q = 0.6mm,單面腐蝕取腐蝕裕量c2 =1mm。夾套的壁厚計算如下:pDj0.44 26002 105 0.6-0.441.
11、6 =10.71mm凸形圭寸頭的壁厚附加量也只考慮 g和c2,加工成型的減薄量由制造廠根據(jù)加工條件來確定,以保證壁厚符合圖紙數(shù)值,設(shè)計計算時可不做考慮。取pDj2-0.5pG =0.6mm,c2 =1mm,標準圓形夾套圭寸頭的壁厚為1.6 = 10.70mm0.44 26002 105 0.6 - 0.5 0.44圓整至剛板規(guī)格厚度并查閱封頭標準,選取夾套的筒體和封頭的壁厚均為 、d = 10.70mm。4.1.4確定內(nèi)筒的材料和壁厚筒體材料也選用 Q235-A(A3),筒體受內(nèi)牙取設(shè)計壓力位 p = 0.33MPa,設(shè)計溫度200C,面筒體又受外壓作用,設(shè)計外壓p=0.44Pa所得壁厚大于內(nèi)
12、壓設(shè)計的壁厚,貝U按外壓穩(wěn)定設(shè)計的壁厚,一定能滿足內(nèi)壓強度要求,可不再 做內(nèi)壓設(shè)計。考慮到內(nèi)筒筒體按外壓設(shè)計,且受雙面腐蝕作用,可初選筒體壁厚、n = 17mm,并取 g = 0.8mm,c2 = 2mm。筒體有效壁厚、c =、nc = 14.2mm,Doc240014.2-169內(nèi)筒受外壓作用的計算長度L為被夾套包圍的筒體部分加凸形封頭高的天津科技大學(xué)2009級本科生制藥工程課程設(shè)計13,h1600L : H j h2=2100402340mm3 3L/D0 =2340/2400=0.975查化工設(shè)備機械基礎(chǔ)圖 15-4,由D0/、:c =169和L/D 0.975查得系數(shù)A=0.00067
13、;再查圖15-5,由系數(shù)A查得系數(shù)B=80Mpa筒外的許用外壓為Bp= = MPa p =0.44MPaD /因為PP,且比較接近,所以取筒體 r = 17mm,此時外壓穩(wěn)定和內(nèi)壓強度均能滿足要求。筒體的上封頭只受內(nèi)壓作用,并不受外壓作用,為了便于制造取上封頭壁 厚與筒體下封頭壁厚相同。4.2. 反應(yīng)釜的攪拌裝置4.2.1. 攪拌器功率計算攪拌器工作時,旋轉(zhuǎn)的葉輪把能量傳遞給液體,攪拌器所須得功率取決于 內(nèi)物料的流型和流動程度,它是葉輪形狀、大小、轉(zhuǎn)速、位置以及液體性質(zhì)、 反應(yīng)釜尺寸與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的函數(shù)。攪拌器的型式主要有槳式、推進式、框式、渦輪式、螺桿式和螺帶式。本 設(shè)計的反應(yīng)液體為低粘度的均相
14、液體,可以選擇槳式、推進式、渦輪式攪拌器。推進式的循環(huán)流量較大且動力消耗少,較理想;渦輪式的剪切作用較強,動力 消耗大,對于這種混合過程不適合;槳式的結(jié)構(gòu)較簡單,在小容器液體容器中 較適合,但本設(shè)計容器較大。,所以本設(shè)計,選用推進式攪拌器。其結(jié)構(gòu)類似風(fēng) 扇扇葉。如下圖5-1。推進式攪拌器常用于轉(zhuǎn)速為 100500r/min的場合,其 直徑常取釜體直徑的0.20.5之間,以0.33最為常見。本設(shè)計取d=0.33D=0.8m,取轉(zhuǎn)速n=150r/min。取槳葉螺距等于葉輪旋轉(zhuǎn)直 徑。已知反應(yīng)前后物料密度為1300kg m3。查化工原理上冊知道,20 T時,乙 酸的粘度u=11.85mPas;根據(jù)對
15、氨基苯酚和乙酸酐與乙酸的質(zhì)量比值可推導(dǎo) 的:對氨基苯酚的粘度 u=29.58 mPa- s,乙酸酐的粘度u=20.11 mPa- s,以 為其反應(yīng)比例為1: 1: 1,所以反應(yīng)釜中的平均粘度u=20.51mPas。n ?Re=(i =0.82X 150X 1300/(20.51 03X60)=101000300。由制藥工藝學(xué)u圖 6-33 查得 G =0.65。由表 6-5 查得=2.1 ; - =18.0。則 Fr=dn2/g=0.8 x 1502/(9.81 x 602)=0.510 ;b=(:-炯 ioRe)/ - =(2.1-炯 1。101000)/18.0=-0.161所以攪拌功率
16、P=:Frb r n3d5=0.65 x 0.510-0.152 x 1300x (150/60) 3 x50.8 =4.82kW4.2.2. 選擇攪拌器、攪拌軸和聯(lián)軸器根據(jù)工藝條件要求,由附表16,選取攪拌器外徑700mm攪拌軸直徑d=50mm的平槳攪拌器700-50 HG5-220-65選擇攪拌軸材料為45鋼,查教材6表11-1 , 45鋼的許用扭應(yīng)力=30 -40MPa ,計算系數(shù)A=113,則攪拌軸的直徑為4.82Ip4 82d=S=1133 150 =36mm考慮鍵槽對軸的強度的削弱和物料對軸的腐蝕,并根據(jù)表4-3可取攪拌軸的直徑d=40mm查附表23,選擇立式夾殼聯(lián)軸器,公稱軸徑
17、50mm的聯(lián)軸器的最大許用扭 矩Mn 530N.m驗算聯(lián)軸器的扭矩,查教材 表11-5,選取載荷系數(shù)K=0.5, 聯(lián)軸器的計算扭矩 jMNj=KM=0.5 x5756M.82/40=329N.mv530 N.m夾殼聯(lián)軸器標記為聯(lián)軸器Dg50 HG5-213-654. 3攪拌傳動裝置和密封裝置4.3.1. 選型查教材表18-8釜用立式減速機和附表21,按照攪拌功率和轉(zhuǎn)速選擇擺 線針齒行星減速機BLD1-5-2-29Q (Q表示夾殼型軸頭)。查附表26,選電動機 Y90L-4,額定功率4.82kW,轉(zhuǎn)速150r/min ,取據(jù)線針齒行星減速機傳動效率 耳=0.95 (參考表5-3),減速機輸出功率
18、為4.82匯0.95=4.57kW符合攪拌要求參考附表22,根據(jù)所選減速機設(shè)計減速機機座。根據(jù)操作條件選用帶襯套及冷卻水鑄銑填料箱,查附表 19,公稱直徑D50 的填料箱標記為填料箱pg6 Dg50HG5-214-814.3.2. 校核 LB 和 L1 d槳式攪拌器安裝一層,根據(jù)安裝要求和考慮襯套填料箱有支撐作用,得L用2340mm 參考附表 22 機座 J-A-50 尺寸可得 190mm2.3 ;Li d2340140:16.7 RF型密封面、W類材料、其中等長 雙頭螺柱采用35CrMoA墊片材料采用內(nèi)外環(huán)和金屬帶 0Cr18Ni9、非金屬帶為 柔性石墨、D型纏繞墊的水平吊蓋帶頸對焊法蘭人口
19、標記符號為:人孔 RF IV S-35CM(W. D-2222) 600-4.0 HG/T21524-20055.3. 選擇釜體法蘭根據(jù)筒體內(nèi)操作壓力、溫度和筒體直徑,查教材 表16-10初選乙型平焊法蘭(JB1158-82),法蘭材料為 A3R再查教材 表16-12,公稱壓力pg6的15天津科技大學(xué)2009級本科生制藥工程課程設(shè)計A3R乙型平焊法蘭在操作溫度150C時的允許工作壓力為0.48Mpa,大于通 體設(shè)計壓力,所選的乙型平焊法蘭,合適。參考教材 表16-15,表16-14選擇石棉橡膠墊片和光滑面密圭寸。查附錄10,選用乙型平焊法蘭光滑密封面,pg6 Dg1200。標記為:法蘭GI 6
20、I-1200 JB1158-32記下法蘭尺寸供繪圖時用。查附表16,選用墊片 1240 200 3JB1161-82。5.4選用手孔、透鏡、溫度計和工藝接管由附表13,選用光滑密封面的平蓋手孔 ApdO, D50 JB569-79 由附表20,選用碳鋼帶頸視鏡Ipg10,D80 HG 進料管口 C1-2采用、56 3.5無縫鋼管,法蘭出料管口 h采用、76 4無縫鋼管,法蘭加熱蒸汽進口管g采用、40 3.5無縫鋼管,法蘭冷凝液出口管i和壓力表接管e都選用一 32 3.5無縫鋼管,配法蘭安全閥接管a采用一 45 3.5無縫鋼管,配法蘭。(由附表25,選用彈簧式 帶扳手安全閥,型號)。設(shè)計結(jié)果見書
21、末所附的反應(yīng)釜裝配圖。6. 熱量和傳熱面積6.1. 熱量計算設(shè)計容器內(nèi)溫度t2為:190C,夾套內(nèi)溫度t1為:230r;醋酸的比熱容 c=2.19kJ/kg/k ;由投料質(zhì)量比對氨基苯酚:冰醋酸 =1:1得兩者摩爾比為2.5 則反應(yīng)液的比熱容 C=2.5c。釜體內(nèi)徑D1為:2400mm夾套內(nèi)徑D?為:2600mm 則加熱反應(yīng)物和溶劑所需熱量 Q為:Q 二Cm t =2.5 2190 1251190-25 =1.13 109J6.2. 傳熱面積計算甘 230 - 25 = 205 C,T2 =230-190=40 C ,貝帚:t = T1 一丁2 = 205 一 40 =101C .T1205I
22、nInT240在本設(shè)計實驗中,只考慮從室溫25C到反應(yīng)溫度190C的時間,設(shè)其反應(yīng)時間 t=2.5h,所以其熱量流率 q=Q/t=1.13109/(3600 2)=156944.4J/s所以傳熱面積為:A= q156944.4 = =10.72 m2Kt 145 101式中K 傳熱系數(shù)。由化工原理4上冊P286知有機溶劑與有機溶劑之間傳熱,K值115340,本設(shè)計取145。已算的實際總傳熱面積F=22.46m2(根據(jù)設(shè)計夾套尺寸計算得到)A,可用。心得體會看到課程設(shè)計的時候,感覺很迷茫,一方面考研復(fù)習(xí)緊張,加之考試時間 近在眼前,總覺得時間不夠用,結(jié)果還有這么復(fù)雜的課程設(shè)計需要做,似乎有 種力
23、不從心。每個人都希望自己能夠做好每一件事情,可是卻不一定實現(xiàn)。就 像這次課程設(shè)計,我在緊張地考研氣氛之下,做著這些看著就頭暈的數(shù)字組成 的各種公式,感覺有種做不完的感受,總是聽說要急中生智,結(jié)果還是急的焦 頭爛額。不過,經(jīng)過幾天的琢磨,大家找到了計算方法,幾個人在一起討論,集中 大家的智慧,在這個緊張的時間里,我們還是認真地做出了結(jié)果。通過此次課程設(shè)計,了解了工業(yè)中對制作夾套反應(yīng)器的基本知識及流程, 同時對對乙酰氨基酚的工業(yè)生產(chǎn)也有了一定的了解,雖然在計算之中遇到很多 自己無法解決的問題,但經(jīng)過與同學(xué)交流,共同探討之后,也能夠解決多數(shù), 在討論的過程中,我們每個人都加深了對此次計算流程的知識,對于間歇式夾 套反應(yīng)器,從開始的無知,至V現(xiàn)在的了解,也使我們學(xué)到了許多課本上無法學(xué) 到的東西,經(jīng)過親自處理,比起理論的去接受乏味的文字要接受的快得多。尤 其是對反應(yīng)釜各部件的工藝計算,雖然計算繁瑣,卻也令我們接觸了有關(guān)工廠 制作反應(yīng)器的程
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