【正文】 設(shè)備工藝尺寸的計(jì)算 體積的計(jì)算 醋酸酐投料量： 547 kg 醋酸酐密度： 3cmg 醋酸酐V =?m =1080547 = 3m =510 L 水楊酸投料量： 782 kg 水楊酸密度： 3cmg 水楊酸V =?m =1440782 = 3m =540 L 催化劑為三氯化鐵，投料量與酸酐質(zhì)量比為 6:1 ，所以： 三氯化鐵投料量： 92 kg 三氯化鐵密度： 3cmg 三氯化鐵V =?m = 290092 = 3m =32 L 總V = 醋酸酐V + 水楊酸V + 三氯化鐵V =510 +540 +32 =1 082 L 設(shè)備裝料系數(shù)為 ，所以需要的體積為： V =裝料系數(shù) 總V = =1 L 結(jié)合實(shí)際情況考慮， 圓整后設(shè)備體積 V = 3m 筒體的直徑和高度 根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，幾種常用攪拌器殼的長(zhǎng)、徑比 見表 41。?；磻?yīng)釜中的主要物料形式為固液態(tài)的混合，考慮到反應(yīng)物料的存在形式以及反應(yīng)的壓力與溫度，選擇了不銹鋼材質(zhì)的反應(yīng)釜 [15]。 表 310 ?；淞科胶獗? 物料名稱 輸入熱量 /kJ 輸出熱量 .kJ 帶入設(shè)備熱 195 840 — 冷卻水冷量 ?85 872 — 帶出設(shè)備熱 — 576 680 河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 設(shè)備升溫?zé)? — 41 875 損失熱 — ?8 總熱量 109 968 109 968 結(jié)晶釜冷量計(jì)算 結(jié)晶釜用冷凍鹽水降溫，加快結(jié)晶 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)： 乙酰水楊酸PC = 11kgkJ ℃?? 乙酰水楊酸G =1020 kg 2T =12 ℃ 0T =0 ℃ 具體計(jì)算： 1Q = dTCG TT P?? 20= ? ? ??? =45 900 kJ 4Q = dTCG TT P?? 20= ? ? ??? =22 032 kJ 3Q =0 5Q = PC G ( 2T － 1T )= ? ? －?? =2 140 kJ 將上述各量帶入下式： 1Q + 2Q + 3Q = 4Q + 5Q + 6Q 求得： 142242 ??Q kJ， ??Q kJ 冷量平衡 見表 311。 表 38 酸化釜熱量平衡表 物料名稱 輸入熱量 /kJ 輸出熱量 /kJ 帶入設(shè)備熱 47 655 — 蒸汽加熱 282 729 — 化學(xué)反應(yīng)熱 2 — 帶出設(shè)備熱 — 195 840 設(shè)備升溫?zé)? — 108 875 損失熱 — 28 總熱量 332 332 冷量計(jì)算 成鹽工段冷量計(jì)算 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)： 苯酚鈉PC = 11kgkJ ℃?? 水PC = 11kgkJ ℃?? 苯酚鈉G =728 kg 水G =113 kg 2T =135 ℃ 0T =0 ℃ 具體計(jì)算： 1Q = dTCG TT P?? 20= ? ?? ? ? ?? ?01 3 51 1 31 8 3 57 2 82 0 ?????? ＋=182 399 kJ 4Q = dTCG TT P?? 20= ? ?? ? ? ?? ? ?????? ＋=54 kJ 3Q =0 5Q = PC G ( 2T － 1T )= ? ? －?? =62 250 kJ 將上述各量帶入下式： 1Q + 2Q + 3Q = 4Q + 5Q + 6Q 求得： 450732 ??Q kJ， 34576 ??Q kJ 熱量平衡 見表 39。 表 36 成鹽釜熱量平衡表 物料名稱 輸入熱量 kJ/ 輸出熱量 kJ/ 帶入設(shè)備熱 93 615 — 蒸汽加熱 352 608 — 化學(xué)反應(yīng)熱 30 — 帶出設(shè)備熱 — 182 399 設(shè)備升溫?zé)? — 259 375 損失熱 — 35 總熱量 477 477 羧化工段熱量計(jì)算 水楊酸鈉PC = 11kgkJ ℃?? 苯酚鈉PC = 11kgkJ ℃?? 二氧化碳PC = 11kgkJ ℃?? 二氧化碳G =1 351 kg 水楊酸鈉G =964 kg 苯酚鈉G =699 kg 2T =25 ℃ 0T =0 ℃ 具體計(jì)算如下： 1Q = dTCG TT P?? 20= ? ?? ? ? ?? ?0251 3 5 －－ ????? =49 kJ 4Q = dTCG TT P?? 20= ? ?01 3 09 6 41 3 0 －?? =141 kJ 3Q = ??n = ? ?? ? 7 9 3 26 ???? =9 047 kJ 5Q = PC G ( 2T － 1T )= ? ?101 3 03 1 8 ??? =190 800 kJ 將上述各量帶入下式： 河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 1Q + 2Q + 3Q = 4Q + 5Q + 6Q 求得： 2Q =304 212 kJ， 6Q =30 kJ 熱量平衡見表 37。 CQ = ??n （ 34） ?? = ? ? ? ? 生成物反應(yīng)物 icici i? ? ?????? ? 00 （ 35） 5Q = PC G ( 2T － 1T ) （ 36） 式中 G—設(shè)備的質(zhì)量， kg； 1T —設(shè)備的初始溫度， ℃ ； 2T —設(shè)備的最終溫度， ℃ 。 能量守恒定律是熱量計(jì)算的基本依據(jù)，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，各傳熱設(shè)備的熱量計(jì)算可由下式表示： 654321 ????? (31) 式中 1Q—物料帶入設(shè)備的熱量， kJ； 2Q —加熱劑或冷卻劑處理物料和對(duì)設(shè)備的熱量或冷量， kJ； 3Q —過(guò)程熱效應(yīng)， kJ； 4Q —物料帶出設(shè)備的熱量， kJ； 5Q —設(shè)備在加熱或冷卻過(guò)程中所消耗的熱量或冷量， kJ； 6Q —設(shè)備向環(huán)境散失的熱量， kJ； 河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 應(yīng)注意除了 1Q 和 4Q 外，其他的熱量符號(hào)可以為正也可以為負(fù)。 表 34 成鹽工段物料平衡表 物料名稱 進(jìn)料 kg 出料 kg 苯酚 1 930 1 340 氫氧化鈉 251 — 苯酚鈉 — 728 水 — 113 合計(jì) 2 181 2 181 設(shè)備工藝計(jì)算 氫氧化鈉溶液配料罐 氫氧化鈉投料量： 251 kg 氫氧化鈉密度： 3cmg 氫氧化鈉V =氫氧化鈉氫氧化鈉?m = 2130251 = 3m 因?yàn)樾枰渲茲舛葹?%50 的氫氧化鈉，所以需要水的質(zhì)量為 251 kg 水的密度： 3cmg V =?m = 1251000 =251 000 3cm 該設(shè)備的裝料系數(shù)為 ，所以 總V = =314 000 3cm =314 L 所以型號(hào)選擇為立式配料罐： ZG500 L 容積： 500 L 外形尺寸： ? 1 2002 390 mm 工作壓力：常壓 工作溫度： 0 10 ℃ 攪拌速率： 35 51 srad 成鹽反應(yīng)釜 此反應(yīng)釜內(nèi)的反應(yīng)物有氫氧化鈉溶液和苯酚，氫氧化鈉溶液的體積為： 氫氧化鈉V =314 L 苯酚投料量 :1 930 kg 河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 苯酚密度： 3cmg 苯酚V=?m=11001930= 3m =1 750 L 總V = 氫氧化鈉V ＋ 苯酚V =1 750＋ 314=2 064 L 該設(shè)備裝料系數(shù)為 ，所以設(shè)備體積為： V =裝料系數(shù) 總V = =2 580 L 所以型號(hào)選擇為 TQX2 000 L 內(nèi)部規(guī)格： 2 5003 000 L 內(nèi)鍋直徑： 1 400 mm 夾套直徑： 1 500 mm 電機(jī)功率： kg 攪拌速率： 3 600 minrad 羧化反應(yīng)釜 此 反應(yīng)釜內(nèi)反應(yīng)物有二氧化碳和苯酚鈉，其中二氧化碳是氣體，在反應(yīng)開始前需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行排空三次，每次大約用量為 362 kg，因?yàn)槎趸济芏葹? = kg/L 二氧化碳V =?m = =308 L 苯酚鈉投料量： 728 kg 苯酚鈉密度： 3cmg 苯酚鈉V =?m =898728 =810 L 總V = 二氧化碳V + 苯酚鈉V =1 118 L 此設(shè)備裝料系數(shù)為 ，所以體積為 V =裝料系數(shù) 總V = =1 398 L 所以型號(hào)選擇為 TQ2 000 L 公稱容量： 2021 L 電熱功率： 75 hkw 內(nèi)鍋尺寸： 1 400 mm 外鍋尺寸： 1 600 mm 濃硫酸配料罐 酸化工段用到的是濃度為 %40 的硫酸溶液，硫酸投料量為 289 kg，所以需要水 434 kg。 表 32 酸化工段物料平衡表 物料名稱 進(jìn)料 kg 出料 kg 水楊酸鈉 945 — 硫酸 289 — 水楊酸 — 815 硫酸鈉 — 419 合計(jì) 1 234 1 234 羧化工段物料計(jì)算 由酸化工段反應(yīng)可知，水楊酸鈉粗品質(zhì)量為 945 kg，羧化工段的反應(yīng)收率為98 %，所以由反 應(yīng)得到的 河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 水楊酸鈉m=收率水楊酸鈉粗品質(zhì)量m=%98945=964 kg 羧化工段反應(yīng)式如下： O N aC O 2O HC O O N a 根據(jù)上式，由質(zhì)量守恒定律可求得二氧化碳的質(zhì)量： 二氧化碳m =量水楊酸鈉的相對(duì)分子質(zhì)量二氧化碳的相對(duì)分子質(zhì)MM 水楊酸鈉m =16044 964 =265 kg 根據(jù)上述化學(xué)反應(yīng)式，由質(zhì)量守恒定律可求得苯酚鈉的質(zhì)量： 苯酚鈉m =量水楊酸鈉的相對(duì)分子質(zhì)苯酚鈉的相對(duì)分子質(zhì)量MM 水楊酸鈉m =16016 964 =699 kg 因?yàn)轸然磻?yīng)工段需要排空三次，由成鹽工段可以求出 二氧化碳m =1 086 kg，所以本工段共需要二氧 化碳質(zhì)量為 1 351 kg。 河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 表 31 ?；ざ挝锪掀胶獗? 物料名稱 進(jìn)料 kg 出料 kg 水楊酸 782 — 醋酸酐 547 — 乙酰水楊酸 — 1 020 乙酸 — 309 合計(jì) 1 329 1 329 酸化工段物料計(jì)算 由?；ざ?需要水楊酸 782 kg 可知，酸化工段得到的水楊酸粗品應(yīng)為 782 kg。 酰化工段物料計(jì)算 由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可得，阿司匹林日產(chǎn)量為 1 噸。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是指 在一個(gè) 指定的系統(tǒng)中 ，進(jìn)入物系的全部物料質(zhì) 量 與 所有生成量之和 ， 必定等于離開該 物系 的全部產(chǎn)物質(zhì)量 與 消耗 量 的和。計(jì)算過(guò)程嚴(yán)格遵守質(zhì)量守恒定律和化學(xué)計(jì)量關(guān)系。將剩余的三分之一水楊酸加入到酰化反應(yīng)釜中，重復(fù)上述操作，價(jià)格得到的乙酰水楊酸粗品用離心機(jī)過(guò)濾，得到阿司匹林粗品 [14]。打開攪拌槳攪拌，打開蒸汽閥門，通入水蒸氣升溫至 75℃左右，反應(yīng)開始，反應(yīng)過(guò)程放熱，打開冷凝器，開始反應(yīng) 6 小時(shí)后，當(dāng)反應(yīng)液中水楊酸含量低于 ％時(shí)，停止反應(yīng)，關(guān)閉蒸汽閥門和冷凝器 [13]。 酰化工段 反應(yīng)前將醋酸酐加入儲(chǔ)罐中，備好待用。將羧化工段得的產(chǎn)品，加入酸化反應(yīng)釜內(nèi)，打開濃硫酸配料罐的閥門，將配好的硫酸溶液加入酸化反應(yīng)釜內(nèi)，打開攪拌槳，使溶液混合均勻，至混合液的 PH 值為 12 時(shí)，關(guān)閉濃 硫酸的閥門，停止加入濃硫酸。使反應(yīng)釜內(nèi)溫度維持在 130℃左右，保溫 2 小時(shí)，完成反應(yīng)后，待溫度自然降溫至 5060℃左右時(shí)，將反應(yīng)釜的壓力調(diào)至常壓，待反應(yīng)釜溫度降至室溫后，將產(chǎn)品從閥門放出，備用。將成鹽工段得到的苯酚鈉粗品，加入到羧化反應(yīng)釜，并通入二氧化碳到反應(yīng)釜內(nèi)壓力為 且壓力下降不明顯時(shí)，停止通入二氧化碳，打開蒸汽閥門，通入水蒸氣加熱至 80℃ [11]。待反應(yīng)釜溫度降至 40℃以后，關(guān)閉冷卻水閥門，打開抽真空閥門，脫水，得到苯酚鈉，備用。打開蒸汽閥門，通蒸汽加熱，使溫度控制在 95℃左右，回流 1 小時(shí)后，繼續(xù)通蒸汽加 熱到 135℃，反應(yīng) 5 小時(shí)后，關(guān)閉蒸汽閥門，停止通入蒸汽。 成鹽工段 在氫氧化鈉配料罐中加入氫氧化鈉固體和水，配制成 50％的氫氧化鈉溶液，打開攪拌槳，混合均勻后待用 [10]。 圖 21 工藝流程示意圖 母液 酸酐 硫酸 粗品 水楊酸 ?；磻?yīng)釜 結(jié)晶 離心 蒸汽 羧化反應(yīng)釜 水楊酸鈉 酸化反應(yīng)釜 成鹽反應(yīng)釜 苯酚 氫氧化鈉 河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 工藝流程敘述 本設(shè)計(jì)任務(wù)為年產(chǎn) 300 噸阿司匹林合成車間的初步設(shè)計(jì)，本流程共分四個(gè)工段，具體闡述如下。本設(shè)計(jì)所選的催化劑為三氯化鐵，并沒(méi)有選擇傳統(tǒng)的濃硫酸