年產198噸甲磺酸培氟沙星的甲基化反應的反應器設計計劃書

1、<p>　　年產198噸甲磺酸培氟沙星的甲基化反應的反應器設計計劃書</p><p><b>　　一 設計題目 </b></p><p>　　年產198噸甲磺酸培氟沙星的甲基化反應的反應器(釜)的設計</p><p><b>　　二 工藝條件</b></p><p>　　該產品的年產量為1

2、98噸，終產品諾氟沙星甲基化物的純度為98％，諾氟沙星投料富余系數為1.05，反應轉化率為99.5％甲基化收率98％，用活性炭抽濾時，活性炭損失為20％（重量比），假設其他中間體及最終產品均無損失。每年工作日為300天，每天24小時連續(xù)運行。</p><p><b>　　原料參數一覽表</b></p><p><b>　　三 設計項目</b>&l

3、t;/p><p><b>　　1 設計內容</b></p><p>　　確定反應器形式、材質</p><p>　　進行物料衡算，確定反應釜的體積</p><p>　　確定反應釜的臺數和連接方式</p><p>　　確定反應釜的直徑和筒體高度</p><p>　　進行熱量衡算，確

4、定反應釜的換熱面積和傳熱裝置</p><p>　　轉速、攪拌功率的計算，確定反應釜的攪拌器</p><p>　　輔助設備的設計與選型</p><p>　　2 設計說明書，包括如下內容</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　設計方案簡介</b>&

5、lt;/p><p><b>　　設計內容</b></p><p><b>　　收獲感想</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p><b>　　3 設備圖 </b></p><p>　　要求用CAD畫出反應器

6、的裝配圖</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一 產品概述1</b></p><p>　　1.1產品名稱、化學結構、理化性質1</p><p>　　1.1.1產品名稱1</p><p>　　1.1.2化學結構和分子量1</p&

7、gt;<p>　　1.1.3理化性質1</p><p><b>　　1.2臨床用途1</b></p><p>　　1.3固體原料的密度、熔點2</p><p>　　二 設計方案簡介3</p><p>　　2.1本設計采用的工藝路線3</p><p>　　2.1.1甲基化

8、3</p><p><b>　　2.1.2中和3</b></p><p><b>　　2.1.3成鹽3</b></p><p><b>　　2.1.4精制4</b></p><p>　　2.1.5工藝路線的的主要依據4</p><p>　　三

9、甲磺酸培氟沙星的甲基化反應的反應器設計5</p><p><b>　　3.1設計內容5</b></p><p>　　3.2反應器的形式與材質5</p><p>　　3.2.1甲磺酸培氟沙星的甲基化反應工藝流程圖如下5</p><p>　　3.2.2攪拌釜式反應器的分類（按操作方式）6</p>&l

10、t;p>　　3.2.3反應器形式、材質的確定6</p><p><b>　　3.3物料衡算7</b></p><p>　　3.3.1物料平衡總線7</p><p>　　3.3.2反應器中的物料衡算7</p><p>　　3.4設備相關參數的計算和主要工藝設備的選型9</p><p>

11、;　　3.4.1工藝設備選型原則9</p><p>　　3.4.2反應器的臺數和連接方式的確定9</p><p>　　3.4.3反應器的直徑和筒體高度的確定10</p><p>　　3.5熱量衡算11</p><p>　　3.5.1 各物質物化參數的查取與計算11</p><p>　　3.6反應器的換熱面積和

12、傳熱裝置的確定17</p><p>　　3.7輔助設備的設計與選型19</p><p>　　3.7.1反應器的攪拌器的確定19</p><p>　　3.7.2 聯(lián)軸器的型式及尺寸的設計20</p><p>　　3.7.3 傳動裝置的選型和尺寸計算21</p><p>　　3.7.4 減速器的選型及安裝尺寸2

13、2</p><p>　　3.7.5 底座的設計22</p><p>　　3.7.6 反應釜軸封裝置設計23</p><p>　　3.7.7 反應釜夾套及相關附件設計24</p><p>　　3.7.8 反應釜附件的選型及尺寸設計27</p><p>　　四 收獲感想29</p><p&g

14、t;　　五 參考文獻31</p><p><b>　　一 產品概述</b></p><p>　　1.1產品名稱、化學結構、理化性質</p><p><b>　　1.1.1產品名稱</b></p><p>　　1：中文名     甲磺酸培氟沙星&

15、lt;/p><p>　　2：拉丁名     PEFLOXACIN  MESYLATE</p><p>　　3：英文名     pelfoxaein mesylate </p><p>　　4：化學名   

16、;  1-乙基-6-氟-1、4-二氫-7-（4-甲基-1-哌嗪）-4-氧-3-喹啉羧甲磺酸鹽 </p><p>　　1.1.2化學結構和分子量</p><p><b>　　1：分子式</b></p><p><b>　　2：結構式</b></p><p>　　3：分子量

17、  465.49 </p><p>　　1.1.3理化性質 </p><p>　　本產品是白色或微黃色晶體，沒有臭，味苦，在水中極易溶解，在乙醇、氯仿或乙醚中幾乎不會溶。 </p><p><b>　　1.2臨床用途 </b></p><p>　　本品主要適用于

18、腸桿菌科細菌及綠膿桿菌等格蘭氏陰性桿菌所致的各種感染，如支氣管及肺部感染、腎盂及復雜性尿路感染、前列腺炎、細菌性痢疾或其他腸道感染、傷寒及沙門菌屬感染和皮膚軟組織感染等，也可用于葡萄球菌感染病例。 </p><p>　　1.3固體原料的密度、熔點 </p><p>　?、僦Z氟沙星（C16H18FN3O3） </p><p>　　密度：1

19、.344g/cm3     熔點：221℃  （221℃ ～ 222℃ ） </p><p>　　②培氟沙星（C17H20FN3O3） </p><p>　　密度：1.320g/cm3 熔點： 273℃ （272℃ ～ 274℃ ）  </p

20、><p>　?、奂谆撬崤喾承牵–18H24FSN3O6） </p><p>　　熔點：282℃  （282℃ ～ 284℃ ）</p><p><b>　　二 設計方案簡介</b></p><p>　　2.1本設計采用的工藝路線</p><p>&

21、lt;b>　　輔助反應：</b></p><p><b>　　2.1.1甲基化</b></p><p>　　依次向甲基化罐中投入諾氟沙星、甲酸、甲醛，并且加熱至100℃，回流2h；降溫至80℃投入活性炭，再升溫至98℃，回流半h；降溫至60℃，投入乙醇，攪拌5分鐘放料，趁熱抽濾。</p><p><b>　　2.1.

22、2中和</b></p><p>　　接甲基化產物，攪拌散熱，加氨水（13%~15%）。保持反應溫度不會超過45℃。當反應液pH值在7.0~7.5時，停止加氨水。靜止1h，放料，用去離子水洗，甩料3h。檢驗保證收率99%，轉化率100%，合格品待用。</p><p><b>　　2.1.3成鹽</b></p><p>　　成鹽過程各物

23、料投料比</p><p>　　投入合格的甲基化物（含量97.5%，水分7.9%），乙醇（82.5%），然后投入甲烷磺酸（99.3%）。升溫至78℃，回流1h；降溫至60℃，投入活性炭；升溫至78℃，回流1h。出料，抽濾，至冷凍罐。降溫至-10℃。冷卻結晶后，離心分離。投入95%的乙醇洗滌，分離液回收至粗母蒸餾崗位。成品檢驗，保證收率91.29%，轉化率100%，合格品至精制崗位。</p><p

24、><b>　　2.1.4精制</b></p><p>　　投入乙醇（86.0%），粗品升溫至45℃，至溶解；投入活性炭，升溫至78℃，回流30分鐘，抽濾至冷凍罐。降溫至-10℃，離心分離。投入乙醇（95%）洗滌，分離液回收至精母蒸餾崗位，保證收率88.24%。合格后自然風干，除濕至產品。</p><p>　　2.1.5工藝路線的的主要依據</p>

25、<p>　　本設計以諾氟沙星為原料，與甲醛、甲酸甲基化生成培氟沙星，再與甲烷磺酸成鹽，得甲磺酸培氟沙星，后精制得到產品。</p><p>　　本路線工序較短，對反應條件，反應設備的要求也不會高，而且生產成本呢較低，最適合于工業(yè)化大規(guī)模生產的。</p><p>　　三 甲磺酸培氟沙星的甲基化反應的反應器設計</p><p><b>　　3.1設計

26、內容</b></p><p>　　根據所給的以諾氟沙星為原料，與甲醛、甲酸甲基化生成培氟沙星，再與甲烷磺酸成鹽，得甲磺酸培氟沙星，后精制得到產品的工藝條件，為甲磺酸培氟沙星的甲基化反應設計合適的反應器或者反應釜。</p><p>　　3.2反應器的形式與材質</p><p>　　3.2.1甲磺酸培氟沙星的甲基化反應工藝流程圖如下</p>&

27、lt;p>　　3.2.2攪拌釜式反應器的分類（按操作方式）</p><p>　　按操作方式分類為間歇（分批）式、半連續(xù)（半間歇）式和連續(xù)式操作。 </p><p>　?。?）間歇式操作：一次加入反應物料，在一定的反應條件下，經過一定的反應時間，當達到所要求的轉化率時取出全部產物的生產過程。間歇式操作設備利用率不高、勞動強度大，只適用于小批量、多品種生產，在染料及制藥工業(yè)中廣

28、泛采用這種操作。 </p><p>　?。?）連續(xù)操作:連續(xù)加入反應物和取出產物。連續(xù)操作設備利用率高、產品質量穩(wěn)定、易于自動控制，適用于大規(guī)模生產。 </p><p>　?。?）半間歇操作:一種物料分批加入，而另一種物料連續(xù)加入的生產過程；或者是一批加入物料，用蒸餾的方法連續(xù)移走部分產品的生產過程。半間歇操作特別適用于要求一種反應物的濃度高而另一種反應物的濃度低的化學

29、反應，適用于可以通過調節(jié)加料速度來控制反應溫度的反應。</p><p>　　3.2.3反應器形式、材質的確定</p><p>　　由甲磺酸培氟沙星的甲基化反應工藝流程圖可以看出甲磺酸培氟沙星的甲基化反應過程屬于液固非均相反應，需要對反應物料進行攪拌，反應伴隨有副反應發(fā)生，在工藝反應中間還要投料，所以根據攪拌釜式反應器的分類可以得到本設計應該選用間歇攪拌釜式反應器。</p>&

30、lt;p>　　反應器采用帶夾套的不銹鋼反應器、換熱器、電動機、離心泵等，與物料直接接觸的相關設備均采用耐酸不銹鋼材料。</p><p>　　反應器由釜體、釜蓋、夾套、攪拌器、傳動裝置、軸封裝置、支承等組成。攪拌形式一般有錨式、槳式、渦輪式、推進式或框式等，攪拌裝置在高徑比較大時，可用多層攪拌槳葉。并在釜壁外設置夾套，或在器內設置換熱面，也可通過外循環(huán)進行換熱。加熱方式有電加熱、熱水加熱、導熱油循環(huán)加熱、遠紅

31、外加熱、外(內)盤管加熱等，冷卻方式為夾套冷卻和釜內盤管冷卻，攪拌槳葉的形式等。支承座有支承式或耳式支座等。轉速超過160轉以上宜使用齒輪減速機.開孔數量、規(guī)格或其它要求可根據用戶要求設計、制作。</p><p><b>　　3.3物料衡算</b></p><p>　　3.3.1物料平衡總線</p><p>　　1、此次設計的是年產量為198噸

32、甲磺酸培氟沙星的成品，折合純干品為：</p><p>　　M=198000Kg×95％=188100Kg</p><p>　　一次單程的收率為y=99.5％×98％=97.51％</p><p>　　2、工藝設計的要求：</p><p><b>　　年產量：198噸</b></p>&l

33、t;p>　　年工作日：300天 （a=300）</p><p><b>　　每天工作：24小時</b></p><p><b>　　收率：98％</b></p><p>　　3.3.2反應器中的物料衡算</p><p><b>　　由反應工藝路線：</b></p&g

34、t;<p>　　所投料諾氟沙星原料規(guī)格為藥用98.5％，富余系數1.05，諾氟沙星分子量為319.34，甲基磺酸培氟沙星的分子量為465.49</p><p>　　則每日所投的諾氟沙星為：198000Kg×95％÷97.51％÷465.49×319.34÷300÷98.5％= 447.84Kg(諾氟沙星的含量為98.5％)</p>

35、;<p><b>　　1、甲基化工藝段</b></p><p><b>　　原料參數一覽表</b></p><p>　　投98.5％的諾氟沙星（分子量319.34）447.84Kg，富余系數1.05，即470.23Kg，折純463.18Kg，甲基化得甲基化物（分子量333.36）493.38Kg，含量為98％，折干折純后為483.5

36、1Kg</p><p>　　36.9％的甲醛447.84×1=447.84Kg 折純：165.25Kg</p><p>　　85.5％的甲酸447.84×1.5=671.76Kg 折純：574.35Kg</p><p>　　活性炭447.84×0.05=22.39Kg</p><p>　　整個甲基化工藝段物液

37、總量為1612.22Kg</p><p>　　生產甲磺酸培氟沙星甲基化物的質量為=447.84×333.36÷319.34×98％×99.5％=455.86Kg</p><p>　　生成的甲酸的質量=455.86×46.03÷333.36=62.94Kg</p><p>　　反應的甲醛的質量=455.86&

38、#215;30.03÷333.36×2=82.13Kg</p><p>　　水總量=447.84-165.25+671.76-574.35=380Kg</p><p>　　雜質總量=1612.22-（455.86+380+83.12+637.29+22.39）=33.56Kg</p><p>　　由以上計算數據可得：</p><

39、;p>　　甲基化過程的物料衡算：</p><p>　　生成甲基物：455.86Kg 甲醛帶進的水量：282.59Kg</p><p>　　反應的甲醛：82.13Kg 甲酸帶進的水量：97.41Kg</p><p>　　剩余的甲醛：83.12Kg 水的總量：380Kg</p>&

40、lt;p>　　生成的甲酸：66.08Kg 雜質總量：12.5Kg</p><p>　　剩余的甲酸：637.29Kg</p><p>　　甲基化過程進出物料表：</p><p>　　3.4設備相關參數的計算和主要工藝設備的選型</p><p>　　3.4.1工藝設備選型原則</p><p>

41、　　設備的相關參數的計算與主要工藝設備選型是在物料衡算和熱量衡算的基礎上進行的，其目的是決定工藝設備的類型、規(guī)格、主要尺寸和臺數，為車間布置設計、施工圖紙設計及非工藝設計項目提供足夠的設計數據。</p><p>　　由于化工過程的多樣性，設備類型也非常多，所以，實現(xiàn)同一工藝要求，不但可以選用不同的操作方式，也可以選用不同類型的設備。當單元操作方式確定之后，應根據物料平衡所確定的物料量以及指定的工藝條件（如操作時間

42、、操作溫度、操作壓力、反應體系特征和熱平衡數據等），選擇一種滿足工藝要求而效率高的設備類型。定型產品應選定規(guī)格型號，非定型產品要通過計算以確定設備的主要尺寸。</p><p>　　3.4.2反應器的臺數和連接方式的確定</p><p>　　甲基化反應器中各物料的投料量和物化性質如下表所示：</p><p>　　由于甲基化反應的生產周期為300min，則：</p

43、><p>　　每天甲基化反應的批次是N=24×60/300=4.8批</p><p>　　由上表可計算每批投料的總體積：</p><p>　　V總=（350.92+550.62+414.67+563.11）/4.8</p><p><b>　　=391.53L</b></p><p>　　查

44、《化學工程手冊》得</p><p>　　選取公稱容積為800L的搪玻璃K型反應罐(HG-251-79),實際計算容積為878L,總重量為1115Kg，臺數為一臺。</p><p><b>　?。ㄐ：耍?lt;/b></p><p><b>　　裝料系數?</b></p><p>　　不同的操作過程以及物化

45、狀態(tài)對反應器的要求均不同，下表是各種情況下反應器需要滿足的裝料系數要求：</p><p><b>　　裝料系數要求</b></p><p>　　所設計的反應器的裝料系數?=391.53÷878=0.446</p><p>　　由于甲基化反應是在沸騰狀態(tài)下進行的，所以裝料系數?應取0.4-0.6之間，顯然?=0.446，符合要求。<

46、;/p><p>　　3.4.3反應器的直徑和筒體高度的確定</p><p>　　選擇釜體高徑比（H/Di）的原則 ：</p><p>　?。?）、高徑比對攪拌功率的影響：在轉速不變的情況下，（其中D—攪拌器直徑，P—攪拌功率），P隨釜體直徑的增大，而增加很多，減小高徑比只能無謂地消耗一些攪拌功率。因此一般情況下，高徑比應選擇大一些。</p><p&g

47、t;　?。?）、高徑比對傳熱的影響：當容積一定時，H/Di越高，越有利于傳熱。</p><p><b>　　高徑比經驗值表</b></p><p>　　1、由于為液固物料，所以先假定高徑比為i=H/Di=1.1，忽略釜底容積</p><p>　　D≈==0.975m，取標準1000mm</p><p>　　表3 標

48、準圓球型封頭參數表</p><p><b>　　2、筒體的高度</b></p><p>　　H==0.8274m （反應釜容積V通常按下封頭和筒體兩部分容積之和)</p><p>　　3、釜體高徑比的復核</p><p><b>　　在1－1.3之間</b></p><p&g

49、t;<b>　　故滿足要求。</b></p><p>　　所以取DN=1000mm，H=1145mm。</p><p><b>　　3.5熱量衡算</b></p><p>　　3.5.1 各物質物化參數的查取與計算</p><p>　　1、原料比熱的計算與查取</p><p>

50、;　　固體原料比熱的計算與查取</p><p>　　依據《藥廠反應設備及車間工藝設計》</p><p>　　計算依據：化合物的比熱容C=1/M∑nCa KJ/(kg .℃)</p><p>　　n--------分子中同種元素原子數</p><p>　　M-------化合物分子量</p><p>　　Ca---

51、----元素的原子比熱容KJ/(kg..℃) ;其值見下表：</p><p><b>　　元素原子的比熱容表</b></p><p>　　固體熱熔用科普法計算如下:</p><p>　　(1)諾氟沙星( C16H18FN3O3)</p><p>　　C=[16×7.535+18×9.628+1

52、5;20.93+3×(25.953+16.74)]/319.34=1.387 KJ/(kg .℃)</p><p><b>　　(2)活性炭(C)</b></p><p>　　C=7.535/12=0.6279 KJ/(kg .℃)</p><p>　　(3)培氟沙星(C17H20FN3O3 ) </p><p&

53、gt;　　C=(17×7.535+20×9.628+20.93+3×25.953+3×16.74)/333.37=1.409 KJ/(kg﹒℃)</p><p>　　(4)甲酸銨(HCOONH4)</p><p>　　C=[7.535+5×9.628+2×16.74+1×25.953]/63.06=1.825 KJ/(k

54、g﹒℃)</p><p>　　液體原料比熱的計算與查取</p><p>　　液體有機化合物比熱的計算</p><p>　　依據《藥廠反應設備及車間工藝設計》</p><p>　　進行乙醇，甲酸比熱容的計算如下表所示：</p><p>　　乙醇，甲酸不會同溫度下的比熱表</p><p>　?、?3

55、%的氨水比熱可如下獲得</p><p><b>　　氨水比熱表</b></p><p>　　于是就有了如下數據表</p><p><b>　　氨水比熱表</b></p><p>　　由上表可知，13%的氨水比熱為1.046 kcal/(kg .℃) 即4.383 KJ/(kg .℃)</p&g

56、t;<p><b>　?、谒谋葻岬牟槿?</b></p><p>　　當溫度為40℃、45℃、78℃、100℃時水的比熱分別為0.997 kcal/(kg .℃)、0.997 kcal/(kg .℃)、1.002 kcal/(kg .℃)、1.008 kcal/(kg .℃)</p><p>　?、蹅€別氣體比熱的查取</p><p&

57、gt;　　a.甲醛（HCHO）</p><p>　　在溫度為45、100℃時甲醛的比熱分別為1.18 KJ/(kg .℃)，1.21 KJ/(kg .℃)</p><p><b>　　b.氨(NH3)</b></p><p>　　35 ℃時的氨比熱為2.20 KJ/(kg .℃)</p><p>　　2、部分原料燃燒熱

58、的計算和查取</p><p>　　(1)部分原料燃燒熱的計算 </p><p>　?、僦Z氟沙星( C16H18FN3O3) </p><p>　　C16H18FN3O3+37.5/2 O2 16CO2+17/2H2O+3/2N2+HF</p><p>　　qc= ∑a+x∑b=185.06 +37.5×222.82=8540.81

59、kJ/mol</p><p>　?、谂喾承?C17H20FN3O3 )</p><p>　　C17H20FN3O3 +40.5/2O2 17CO2+19/2H2O+3/2N2+HF</p><p>　　qc= ∑a+x∑b=268.8 +40.5×220.9=9215.25kJ/mol</p><p>　

60、?、奂姿徜@（HCOONH4）</p><p>　　HCOONH4+5/4O2 CO2+5/2H2O+1/2N2</p><p>　　qc= ∑a+x∑b=-59.46 +2/5×218.01=485.565kJ/mol</p><p>　?、芗淄榛撬?H3CSO3H)</p><p>

61、　　H3CSO3H+3/2O2 CO2+2H2O+SO2</p><p>　　qc= ∑a+x∑b=-223.16 +3×218.05=430.99kJ/mol</p><p>　　(2)部分原料的燃燒熱選取</p><p>　　qc0 (NH3 ) =(3×143.15×1.01)+(-46.

62、11)=387.63 kJ/mol</p><p><b>　　(3)熔解熱的計算</b></p><p>　　氣態(tài)溶質的熔解熱可取蒸發(fā)潛熱的負值，固態(tài)溶質可取其熔融熱的數值。</p><p><b>　?、偃廴跓?lt;/b></p><p>　　元素 qF=(8.

63、4～12.6)TF</p><p>　　無機化合物 qF =(20.9～29.3)TF </p><p>　　有機化合物 qF =(37.7～46)TF</p><p>　　qF 熔融熱，J/mol</p><p>　　TF

64、 熔點，K</p><p><b>　　a.諾氟沙星</b></p><p>　　熔點: 221+273.15=494.15K</p><p>　　qF =37.7×494.15=18.629 kJ/mol=58.32 kJ/㎏</p><p><b>　　

65、b.培氟沙星</b></p><p>　　熔點: 273+273.15=546.15K</p><p>　　qF =37.7×546.15=20.590kJ/mol=61.76 kJ/㎏</p><p><b>　?、谄療?lt;/b></p><p><b>　　a.水(H2O) </

66、b></p><p>　　100℃時水的汽化熱為539 Kcal/Kg=2256.25 KJ/kg</p><p>　　b.乙醇(C2H5OH) 78.5℃時乙醇的汽化熱為204.3 Kcal/Kg=855.20KJ/kg</p><p>　　3、相關反應物焓的估算</p><p>　　利用鍵焓法估算生成焓，鍵焓法的相關公式如下:&

67、lt;/p><p>　　一些元素(i)的原子化焓〔(i,298.15K)/kJ·mol-1〕</p><p>　　鍵焓數據〔(A-B,298.15K)/kJ·mol-1〕</p><p>　?。?）、諾氟沙星的焓計算：</p><p>　　諾氟沙星的分子式為C16H18FN3O3,則：</p><p>

68、　　△atHmo（F）+3△atHmo（N）+ 3△atHmo（O）</p><p>　　=16×716.68+18×217.97+1×79.1+3×472.7+3×249.17</p><p>　　=17635.05 kJ·mol-1</p><p>　　諾氟沙星中含12個C-C，14個C-H，則：（由于

69、苯的碳碳鍵能介于碳碳單鍵與碳碳雙鍵之間，故其一個碳碳鍵的鍵能相當于1.5碳碳鍵的鍵能）</p><p>　　12×348+14×413</p><p>　　=9958 kJ·mol-1</p><p>　　=17635.05-9958=-7677.05 kJ·mol-1</p><p>　?。?）、甲磺

70、酸培氟沙星甲基化物的焓計算:</p><p>　　甲磺酸培氟沙星甲基化物的分子式為C17H20FN3O3,則</p><p>　　=17×716.68+20×217.97+1×79.1+3×472.7+3×249.17</p><p>　　=18787.67 KJ/mol</p><p>　

71、　甲磺酸培氟沙星甲基化物分子中含13個C-C，16個C-H則：</p><p>　　13×348+16×413=11132KJ/mol=（18787.67-11132）=7655.67 KJ/mol</p><p>　?。?）、水的焓為240.89 KJ/mol。</p><p>　　3.6反應器的換熱面積和傳熱裝置的確定</p>

72、<p>　　1、反應釜夾套中熱量衡算</p><p>　?。?）物料溫度由20℃升至100℃的升溫階段</p><p>　　時間為T=30min</p><p>　　tm=〔（120-20）-（110-100）〕/㏑〔（120-20）-（110-100）〕</p><p><b>　　=39.09</b>&l

73、t;/p><p>　　查得所選反應釜的傳熱系數K=460×3.6=1656KJ/(m2.h. ℃)</p><p>　　所以：Q1=KA△tmT=1656×3.7×39.09×0.5=119756.123KJ</p><p>　　設過程中設備自身儲存的熱量和散發(fā)的熱量Q2為總熱量Q總的5%</p><p>

74、　　則：Q2=302639.09÷4.8×(1+5%)=66202.301KJ</p><p>　　顯然Q1＞Q2，故所選的設備在此處的傳熱能力是符合要求的。</p><p>　?。?）物料溫度由100℃降至80℃的降溫階段</p><p><b>　　時間T=15min</b></p><p>　　

75、tm=〔（120-20）-（80-30）〕/㏑〔（120-20）-（80-30）〕</p><p><b>　　=63.83</b></p><p>　　查得所選反應釜的傳熱系數K=460×3.6=1656KJ/(m2.h. ℃)</p><p>　　所以：Q3=KA△tmT=1656×3.7×63.83×

76、;15/60=97774.794KJ</p><p>　　設過程中設備自身儲存的熱量和散發(fā)的熱量Q2為總熱量Q總的5%</p><p>　　則：Q2=220343.10÷4.8×(1+5%)=48200.05KJ</p><p>　　顯然Q1＞Q2，故所選的設備在此處的傳熱能力是符合要求的。</p><p>　?。?）物料

77、溫度由80℃升至98℃的升溫階段</p><p>　　時間為T=50min</p><p>　　tm=〔（120-80）-（110-98）〕/㏑〔（120-80）-（110-98）〕</p><p><b>　　=23.26</b></p><p>　　查得所選反應釜的傳熱系數K=460×3.6=1656KJ/

78、(m2.h. ℃)</p><p>　　所以：Q1=KA△tmT=1656×3.7×23.26×5/6=118765.563KJ</p><p>　　設過程中設備自身儲存的熱量和散發(fā)的熱量Q2為總熱量Q總的5%</p><p>　　則：Q2=100488.751÷4.8×(1+5%)=21981.914KJ</

79、p><p>　　顯然Q1＞Q2，故所選的設備在此處的傳熱能力是符合要求的。</p><p>　?。?）物料溫度由98℃降至60℃的降溫階段</p><p><b>　　時間T=20min</b></p><p>　　tm=〔（98-20）-（60-30）〕/㏑〔（98-20）-（60-30）〕</p><

80、p><b>　　=50.23</b></p><p>　　查得所選反應釜的傳熱系數K=460×3.6=1656KJ/(m2.h. ℃)</p><p>　　所以：Q3=KA△tmT=1656×3.7×50.23×1/3=102589.752KJ</p><p>　　設過程中設備自身儲存的熱量和散發(fā)的

81、熱量Q2為總熱量Q總的5%</p><p>　　則：Q2=160333.11÷4.8×(1+5%)=35072.868KJ</p><p>　　顯然Q1＞Q2，故所選的設備在此處的傳熱能力是符合要求的。</p><p>　　2、由以上反應釜夾套中的熱量衡算可以看到，公稱容積為800L的K式搪玻璃反應罐的換熱面積為A=3.7m2是符合要求的，傳熱裝

82、置為夾套換熱器。</p><p>　　3.7輔助設備的設計與選型</p><p>　　3.7.1反應器的攪拌器的確定</p><p>　　1、攪拌器的選擇原則：</p><p>　?。?）、 根據介質黏度由小到大，各種攪拌器的選用順序是推進式、渦輪式、槳式、錨式和螺帶式。</p><p>　?。?）、根據攪拌目的選擇

83、攪拌器的類型：均相液體的混合宜選推進式，器循環(huán)量大、耗能低；制乳濁液、懸浮液或固體溶解宜選渦輪式，其循環(huán)量大和剪切強；氣體吸收用圓盤渦輪式最適宜，其流量大、剪切強、氣體平穩(wěn)分散；對結晶過程，小晶粒選渦輪式，大晶粒選槳葉式為宜。</p><p>　　根據以上原則本反應釜選用槳式攪拌器。</p><p>　　2、 攪拌槳的尺寸及安裝位置</p><p>　　槳式攪拌器結

84、構比較簡單，槳葉一般以扁鋼制造，材料可以采用碳鋼、合金鋼、或有色金屬，或碳鋼外包橡膠環(huán)氧樹脂、酚醛玻璃布等。槳葉有平直葉和折葉兩種。平直葉葉面與旋轉方向垂直，而折葉式則是槳葉與旋轉方向成一傾斜角，一般為60°。</p><p>　　葉輪直徑與反應釜的直徑比一般為0.2 -0.5，一般取0.33，所以：</p><p>　　葉輪的直徑 d=D/3=1000/3=333mm

85、 取d=350mm</p><p>　　葉輪據槽底的安裝高度 H=1.0d=1.0×350=350mm</p><p>　　葉輪的葉片寬度 W=0.2d=0.2×350=70mm 取W=70mm</p><p>　　葉輪的葉長度 L=0.25d=0.25×350=87.5mm 取L=100mm</p&g

86、t;<p>　　液體的深度 =1.0H=1.0×1000=1000mm</p><p>　　槳式攪拌器槳葉為兩葉，攪拌槳的轉速對于反應操作，要求攪拌器在湍流區(qū)操作，即攪拌雷諾數＞10000</p><p>　　于是有Re=pnd2/u=1344×0.352÷2.2×10-2×n=7483.6n=10000</p

87、><p>　　得n=1.336r/s，取n=1.4r/s=84r/min，該轉速處在該類型攪拌器的正常轉速n=10-300r/min的范圍內。</p><p>　　3、 攪拌功率的計算</p><p>　　混合物的粘度，密度p=1.344×10³kg／m³</p><p>　　10477 ﹥10000（此時處于完全紊

88、流狀態(tài)）</p><p>　　Fr=0.17545</p><p>　　由于Re數值很大，處于湍流區(qū)，因此，應該安裝擋板，一小車打旋現(xiàn)象。功率計算需要知到臨界雷諾數，用代替Re進行攪拌功率計算?？梢圆楸砩贤牧鳌獙恿鞔蟮霓D折點得出。查表知：</p><p>　　所以功率：P=Φpn³d³d²=0.68×1344×1.

89、4³×0.35²×0.35³=0.01317kw</p><p>　　4、 攪拌軸直徑的設計</p><p>　　查常用標準攪拌器的規(guī)格，對應于選用的攪拌器的攪拌槳攪拌直徑為50mm</p><p>　　3.7.2 聯(lián)軸器的型式及尺寸的設計</p><p>　　根據傳遞載荷的大小，軸轉速的高低

90、，被聯(lián)接兩部件的安裝精度等，參考各類聯(lián)軸器特性，選擇一種合用的聯(lián)軸器類型。具體選擇時可考慮以下幾點： 1) 所需傳遞的轉矩大小和性質以及對緩沖減振功能的要求。例如，對大功率的重載傳動，可選用齒式聯(lián)軸器；對嚴重沖擊載荷或要求消除軸系扭轉振動的傳動，可選用輪胎式聯(lián)軸器等具有高彈性的聯(lián)軸器。 2) 聯(lián)軸器的工作轉速高低和引起的離心力大小。對于高速傳動軸，應選用平衡精度高的聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器等，而不宜選用存在偏心的滑塊聯(lián)軸器

91、等。 3) 兩軸相對位移的大小和方向。當安裝調整后，難以保持兩軸嚴格精確對中，或工作過程中兩軸將產生較大的附加相對位移時，應選用撓性聯(lián)軸器。例如當徑向位移較大時，可選滑塊聯(lián)軸器，角位移較大或相交兩軸的聯(lián)接可選用萬向聯(lián)軸器等。 4) 聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境。通常由金屬元件制成的不需潤滑的聯(lián)軸器此較可靠；需要潤滑的聯(lián)軸器，其性能易受潤滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境。含有橡膠等非金屬元件的聯(lián)軸器對溫度、腐蝕性介質及強光等比

92、較敏感，而且容易老化。 5）聯(lián)軸器的制造、安裝、維護和成本。在滿足便用性能的前提</p><p>　　由于選用擺線針齒行星減速機，所以聯(lián)軸器的型式選用立式夾殼聯(lián)軸節(jié)。選聯(lián)軸節(jié)軸孔直徑=50，因此攪拌軸的直徑為 50，攪拌槳用不銹鋼框式攪拌槳。</p><p>　　查表，選擇立式夾殼聯(lián)軸器，公稱軸徑50mm的聯(lián)軸器的最大許用扭矩[Mn]≈250 N·m。驗算聯(lián)軸器的扭矩。查

93、教材，選取載荷系數K=1.5，聯(lián)軸器的計算扭矩Mnj為： Mnj=K×Mn=1.5×9550×0.329/40=117.82N·m<[Mn]=250N·m </p><p>　　圖2 立式夾殼聯(lián)軸節(jié)</p><p>　　3.7.3 傳動裝置的選型和尺寸計算</p><p>　　反應釜的攪拌器是由傳動裝置

94、來帶動。傳動裝置設在釜頂封頭的上部，設計內容一般包括：電機；減速機的選型；選擇聯(lián)軸器；選用和設計機架和底座等。</p><p>　　設備選用電機主要是考慮到它的系列，功率，轉速，以及安裝形式和防爆要求等幾項內容。最常用的為Y系列全封閉自扇冷式三相異步電動機。</p><p>　　電機功率必須滿足攪拌器運軸功率與傳動系統(tǒng)，軸封系統(tǒng)功率損失的要求，還要考慮到又時在攪拌過程操造作中會出現(xiàn)不會利條

95、件造成功率過大。</p><p>　　電機功率可按下式確定：</p><p>　　式中：p=0.01317KW；η=0.95 ~0.96。設計采用機械軸封，功率消耗小，Pm=0.6KW，則： Pd=0.64KW </p><p>　　3.7.4 減速器的選型及安裝尺寸</p><p>　　根據電機的功率＝0.365，攪拌軸的轉速

96、＝100，傳動比為36，選用擺線針齒行星減速機（標定符號BLD型號代號—機型號—減速比—軸頭型式，標準圖號HG 5—745—78）</p><p>　　減速機的外形安裝尺寸</p><p>　　3.7.5 底座的設計</p><p>　　由于該反應釜的公稱直徑在1000-4000mm范圍內，所以選用鞍式輕型底座。</p><p>　　3.7.

97、6 反應釜軸封裝置設計</p><p>　　反應釜中介質的泄露會造成物料浪費并污染環(huán)境，易燃、易爆、劇毒、腐蝕性介質的泄露會危及人身安全和設備安全。因此，在反應釜的設計過程中選擇合理的密封裝置是非常重要的。</p><p>　　軸封裝置按密封面間有無運動，分為靜密封和動密封兩大類。攪拌反應釜上法蘭面之間是相對靜止的，它們之間的密封屬于靜密封。靜止的反應釜頂蓋（上封頭）和旋轉的攪拌軸之間存在

98、相對運動，它們之間的密封屬于動密封。為了防止介質從轉動軸與封頭之間的泄露而設置的密封裝置，簡稱為軸封裝置。反應釜中使用的軸封裝置主要有填料密封和機械密封兩種。</p><p>　　填料箱密封和機械密封的比較</p><p>　　密封裝置不可能達到絕對密封,因為壓緊力太大時會加速軸與填料的磨損，使密封失效更快。從延長密封壽命出發(fā)，允許有一定的泄露量（150mL/h～450mL/h），運轉過程

99、中需調整壓蓋的壓緊力，并規(guī)定更換填料的周期。填料是保證密封的主要零件。填料選用正確與否對填料的密封性起關鍵性的作用。對填料的基本要求是：</p><p>　　要有彈性，這在壓緊壓蓋后，填料能貼緊攪拌軸并對軸產生一定的抱緊力；</p><p><b>　　良好的耐磨性；</b></p><p>　?。?）與攪拌軸的摩擦系數要小，以便降低摩擦功率損

100、耗，延長填料壽命；</p><p>　?。?）良好的導熱性，使摩擦產生的熱量能較快地傳遞出去；</p><p>　?。?）耐介質及潤滑劑的浸泡和腐蝕。此外，對用在高溫高壓下的填料還要求耐高溫及有足夠的機械強度。</p><p>　　填料的選用應根據反應釜內介質的特性（包括對材料的腐蝕性）、操作壓力、操作溫度、轉軸直徑、轉速等進行選擇。</p><

101、p>　　對于低壓（PN≤0.2MPa）、無毒介質、非易燃易爆者，可選用一般石棉繩，安裝時外涂黃油，或者采用油浸石棉填料。壓力較高或介質有毒及易燃易爆者，最常用的是石墨石棉填料和橡膠石棉填料。</p><p>　　綜上所述， 使用填料密封。它是攪拌反應釜最早采用的一種軸封結構，其特點是結構簡單、易于制造，并適用于低壓、低溫的場合。雖然填料中含有一些潤滑劑，但其數量有限且在運轉中不斷消耗，故填料箱上常設置添加潤

102、滑油的裝置。</p><p>　　3.7.7 反應釜夾套及相關附件設計</p><p>　　1、夾套的DN、PN的確定</p><p>　　夾套和筒體的連接常焊接成封閉結構。</p><p>　　夾套的結構尺寸常根據安裝和工藝兩方面要求而定。夾套的內徑Dj可根據筒體內徑Di選取。由夾套的筒體內徑與釜體筒體內徑之間的關系可知：Dj=Di+100

103、=1000+100=1100mm</p><p>　　表2.2夾套內徑與筒體內徑關系</p><p><b>　　2、夾套高度的確定</b></p><p>　　夾套下封頭型式同罐體封頭，其直徑與夾套筒體相同。夾套高由傳熱面積決定，不能低于料液高。填料系數取0.80。夾套高按下式估算</p><p>　　==10000.

104、8=800mm （H為筒體的高度）圓整=1000m</p><p><b>　　3、夾套筒體的壁厚</b></p><p>　　夾套內介質的工作壓力為常壓，取PN=0.25MPa故選用Q235—A卷制，其中Q235—A材料在小于20℃時許用應力[σ]t=147MPa，取焊縫系數φ=0.9，蝕裕量C2=2mm;(Q235—A主要用途是金屬結構件，如拉桿、連桿、吊鉤等，

105、同樣適用于制作夾套）</p><p>　　計算厚度 mm</p><p>　　鋼板負偏差 C =0.8mm</p><p>　　設計厚度 =+ C2=0.946+2=2.946mm</p><p>　　名義厚度 =+ C =2.946+0.8=3.746mm, 圓整后取=4mm</p><p>

106、;　　4、夾套的封頭厚度計算</p><p>　　夾套的下封頭選標準橢球封頭，內徑與筒體（=1000mm）相同。夾套的上封頭選帶折邊形的封頭，且半錐角。結構如圖</p><p><b>　　計算厚度</b></p><p>　　鋼板負偏差 C=0.8mm</p><p>　　設計厚度 =S+ C2=0.945

107、+2=2.945mm</p><p>　　名義厚度 =+ C =2.945+0.8=3.745mm, 圓整后取4mm</p><p>　　5、反應釜釜體的水壓試驗</p><p>　　1) 水壓試驗壓力的確定</p><p>　　2) 水壓試驗的強度校核</p><p>　　16MnR的屈服極限</p&g

108、t;<p><b>　　由</b></p><p><b>　　所以水壓強度足夠</b></p><p>　　3）水壓試驗的操作過程</p><p>　　操作過程：在保持釜體表面干燥的條件下，首先用水將釜體內的空氣排空，再將水的壓力緩慢升至0.31，保壓不低于30，然后將壓力緩慢降至0.25MPa，檢查所有焊

109、縫和連接部位有無泄露和明顯的殘留變形。若質量合格，緩慢降壓將釜體內的水排凈，用壓縮空氣吹干釜體。若質量不合格，修補后重新試壓直至合格為止。水壓試驗合格后再做氣壓試驗。</p><p>　　6、反應釜夾套的液壓試驗</p><p>　　1) 水壓試驗壓力的確定</p><p>　　2) 水壓試驗的強度校核</p><p>　　Q235—B的屈服

110、極限</p><p><b>　　由</b></p><p><b>　　所以水壓強度足夠</b></p><p>　　3.7.8 反應釜附件的選型及尺寸設計</p><p>　　1、根據＝1000mm、＝0.25，確定法蘭的類型為甲型平焊法蘭材料：0Cr18Ni10Ti</p>&l

111、t;p>　　2、密封面形式的選型</p><p>　　根據＝0.25＜1.6、介質溫度40℃和介質的性質,墊片選用耐油橡膠石棉墊片，材料為耐油橡膠石棉板（GB/T539）。</p><p>　　3、螺栓、螺母和墊圈的尺寸規(guī)格</p><p>　　本設計選用六角頭螺栓（C級、GB/T5780-2000）、Ⅰ型六角螺母（C級、GB/T41-2000），平墊圈（10

112、0HV、GB/T95-2002）</p><p>　　4、法蘭、墊片、螺栓、螺母、墊圈的材料</p><p>　　根據甲型平焊法蘭、工作溫度=40℃的條件，法蘭、墊片、螺栓、螺母材料匹配表進行選材，結果如表</p><p>　　法蘭、墊片、螺栓、螺母的材料</p><p><b>　　5、工藝物料進口</b></p

113、><p>　　采用76×4無縫鋼管，管的一端切成，伸入罐內一定長度。配用的突面板式平焊管法蘭：HG20592法蘭WN100-1.0 RF 0Cr18Ni10Ti。</p><p><b>　　6、人孔規(guī)格</b></p><p><b>　　7、耳式支座</b></p><p>　　夾套反

114、應釜多為立式安裝，最常用耳式支座。標準耳式支座（JB/T4735-92）分為A型和B型兩種。當設備需要保溫或直接支承在樓板上是選B型，否則選A型。本設計選B型。其主要尺寸見下表。</p><p><b>　　8、凸緣法蘭</b></p><p>　　凸面法蘭一般焊接于攪拌器封頭上部，用于連接攪拌傳動裝置。設計采用R型突面凸面法蘭，其尺寸查表得：</p>

115、<p>　　選擇R型突面凸緣法蘭，其尺寸如下：DN=400mm，d1=410mm，d2=565mm k=515mm，d3=430mm，d4=455mm</p><p>　　螺栓數量：16，螺紋：M24，質量：46Kg</p><p><b>　　9、安裝底蓋</b></p><p>　　安裝底蓋采用螺栓等緊固件，上與機架連接，下與

116、凸緣法蘭連接。是整個攪拌傳動裝置與容器連接的主要連接件。設計選取了RS型安裝底蓋。其主要尺寸查的內容如下(單位：mm)：DN=400, d2=565，k=515，d5=16-26，d6=415，s=50 d9=176，k2=210，d10=8-M16</p><p><b>　　四 收獲感想</b></p><p>　　通過這次課程設計，讓我更加深刻了解課本知識，

117、和以往對知識的疏忽得以補充，在設計過程中遇到一些模糊的公式和專業(yè)用語，比如說反應器的選擇，在選擇反應器選型時,通過使用《化學工程手冊》使我又復習了一遍以前所學的知識，有的數據很難查出，但是這些問題經過這次設計，都一一得以解決，我相信這次課程設計中還有很多我沒有搞清楚的問題，但是這次的課程設計給我相當的基礎知識，為我以后工作打下了嚴實的基礎。 </p><p>　　雖然這次課程是那么短暫的2周時間，我感覺

118、到這些天我的所學勝過我這一學期所學，這次任務原則上是設計，其實就是一次大的作業(yè)，是讓我對課本知識的鞏固和對基本公式的熟悉和應用，反應器和機械設備基礎中的那些繁瑣的數據，使我做事的耐心和仔細程度得以提高。課程設計是培訓學生運用本專業(yè)所學的理論知識和專業(yè)知識來分析解決實際問題的重要教學環(huán)節(jié)，是對三年所學知識的復習和鞏固。同樣，也促使了同學們的相互探討，相互學習。因此，我們必須認真、謹慎、踏實、一步一步的完成設計。如果時間可以重來，我可能會認

119、真的去學習和研究，也可能會自己獨立的完成一個項目，我相信無論是誰看到自己做出的成果時心里一定會很興奮。此次設計讓我明白了一個很深刻的道理：團隊精神固然很重要，擔人往往還是要靠自己的努力，自己親身去經歷，這樣自己的心里才會踏實，學到的東西才會更多。 </p><p>　　課程設計是一個重要的教學環(huán)節(jié)，通過課程設計使我們了解到一些實際與理論之間的差異。通過課程設計不僅可以鞏固專業(yè)知識，為以后的工作打下了堅實

120、的基礎，而其還可以培養(yǎng)和熟練使用資料，運用工具書的能力，把我們所學的課本知識與實踐結合起來，起到溫故而知新的作用。課程設計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門設計課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時，設計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認識。在課程設計過程中。我們要比較系統(tǒng)的了解反應器的設計中的每一個環(huán)節(jié)，包括從總體設計原則，還要用CAD做出反應器的裝配圖，這對加深我

121、們的CAD操作技能起到了至關重要的作用。本次設計綜合三年所學的專業(yè)課程，以《設計任務書》的指導思想為中心，參照有關資料，有計劃有頭緒、有邏輯地把這次設計搞好！ </p><p>　　總之，這次課程設計使我收獲很多、學會很多、比以往更有耐心很多。感謝學校及老師給我們這次課程設計的機會，最真摯的感謝我們的輔導老師 ，在設計過程中，老師精心的輔導和不厭其煩地的態(tài)度才使得我們以順利的完成這次設計，他那

122、無私的奉獻的精神照耀著我們對學習的熱愛，同時也增加我們對知識的追求和欲望度。</p><p><b>　　五 參考文獻</b></p><p>　　1、《制藥工程學》主編：王志祥 出版社：北京化學工業(yè)出版社 2010年第二版</p><p>　　2、《化工原理》主編：譚天恩 竇梅 周明華 出版社：化學工業(yè)出版社 2010年第三版<