第一章設(shè)計(jì)任務(wù)

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1、第一章 　設(shè)計(jì)任務(wù) 1 設(shè)計(jì)題目 年產(chǎn)5０0ｔ乙酰水楊酸的反應(yīng)釜 2　處理能力 年產(chǎn)500t乙酰水楊酸 日產(chǎn)500t/３00天=１６67kg／天=10165mol/天 　1 　 　 　 　　　 　 　 　 　 　 　 　 　　1 A×95％　 　 　 　 　 　　 　 　 　1０1６5/9２.6% 得A＝1155５mｏl即Ma=1。5９5t 則Mb=1155５×２.5×102=２.９5t 催化劑硅鎢酸=11555×０.00２4×283２=78.6Ｋｇ 3 設(shè)備形式 連續(xù)操作反應(yīng)釜 ４ 設(shè)計(jì)基本方

2、法及操作條件 年工作日３00天,以水楊酸與乙酸酐為基本反應(yīng)物,以硅鎢酸為催化劑收率92.6%，且水楊酸﹕乙酸酐﹕硅鎢酸為1﹕2.５﹕０．0024，溫度控制76到80攝氏度。 第二章 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1 確定反應(yīng)器的形式與材質(zhì) 本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)乙酰水楊酸（阿司匹林）的工業(yè)合成反應(yīng)釜，年產(chǎn)量500t，設(shè)計(jì)為連續(xù)操作的完全混合流反應(yīng)器（CSＴR）,由于反應(yīng)用的是酸性催化劑，且反應(yīng)物也是酸性的，所以整個(gè)反應(yīng)體系都屬酸性,不易采用不銹鋼材質(zhì)，建議采用搪玻璃材質(zhì). 2 物料衡算 下面為工業(yè)合成乙酰水楊酸的化學(xué)反應(yīng)式 年產(chǎn)量：500噸 年工作日：300天 日產(chǎn)量:1.6６７噸 收率：9

3、2.6% 日產(chǎn)500t/30０天=16６7kｇ/天=1016５mol/天 1 　 　 　 　 　 　 　 　　 1 　　A×９５% 　 　 　 　 　 　101６5／92.６％ 得A=１15５5mol即Ma＝1.59５t 則Mb=1１555×２。５×１02=２．95t 催化劑硅鎢酸=1１555×0。0024×283２＝78．6Kg 設(shè)總投料量：母液量=７：1 母液量=總投量/7 總投量＝1．5９5t+2.95t+7８。6Kg=4。63ｔ 則母液=0。66２t 由于該反應(yīng)收

4、率高達(dá)92。6％，所以可以近似為不可逆反應(yīng)，設(shè)轉(zhuǎn)化率９５％,將水楊酸記為Ａ，將乙酸酐記為B，乙酰水楊酸記為R，則該反應(yīng)的速率方程為 （－γ)=k ，且，k＝0.92（）。 由公式 計(jì)算得 則 由得V＝0。534 裝量系數(shù)為７5％,則實(shí)際容積 ３ 確定反應(yīng)釜臺(tái)數(shù)和連接方式 　 　由于實(shí)際體積較小,所以選一個(gè)反應(yīng)釜。 4 　確定反應(yīng)釜的直徑和筒體高度 反應(yīng)釜容積為0。712，反應(yīng)器的裝料系數(shù)為７5％，攪拌裝置配置的電機(jī)功率為3．０Kｗ，攪拌軸轉(zhuǎn)速為8５r/min,攪拌槳形式為槳式； ４.1 釜體直徑 對(duì)于直立的反應(yīng)釜來說，釜體的設(shè)備容積通

5、常是指圓柱形筒體及下封頭所包含的容積,即 V=VT＋ＶF 式中　VT　—設(shè)備筒體部分容積，m３ VＦ —封頭容積，m3 根據(jù)Ｖ及選定的L/值，將釜體視為圓柱形筒體,可以初步估算筒體內(nèi)徑，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)可認(rèn)為Ｌ/=1.２，且＝0.71２　， 則=，圓整后Ｄi＝10００mm, 根據(jù)規(guī)定ＤＮ取1000mm。 ４。2 釜得確定體PN 因操作壓力為ＰW=０.1MPa,查標(biāo)準(zhǔn)得PＮ＝0．2５MPa 4.3 釜體筒體壁厚的設(shè)計(jì) 因釜體上裝有安全閥,取Ｐ=1。1　,　Ｐ=1.1=1。１0.1＝0.11ＭPa ==1３4.8101．2×１１0-6=０.０016MPa 由于=１00%=1

6、．5%＜5％，因此可以忽略，取=P=0。１1MPa,=1.０(100%無損探傷)，＝0.２5 ,因帶有夾套，雙面腐蝕=1,查表得筒體材料=10８Mp 。 由公式=得 由=＝+0。25+１=1.７６mｍ 取=６ｍm。 4．4 釜體封頭的設(shè)計(jì) 由題目可得該反應(yīng)釜的封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，類型是EＨA. P=1。１=1。10．1＝0。１1MPa，＝０。00１6MPａ(可忽略，道理同上） 壓力同釜體=Ｐ=0。11MPa，=１.０(1０0％無損探傷），=0。25 ,因帶有夾套，雙面腐蝕=１,查表得封頭材料=1０8Mp . 由公式得 ==+0。25+1=１。76ｍm 取封頭與筒體一致

7、，則=6ｍm。 ４.5 筒體高度H的設(shè)計(jì) 由DN=1００0mｍ查ＥHA標(biāo)準(zhǔn)可知VF=0．1１13m3筒體每米高容積V1＝=0。785　m3 ,則： 　 筒高估算為H== 　　 圓整取H=７7０mm。 4.6　 外壓筒體壁厚的設(shè)計(jì) 反應(yīng)在常壓下反應(yīng),所以外壓筒體壁厚和內(nèi)壓筒體一致，取=６ｍm 綜上所述，取內(nèi)壓和外壓兩者中最大壁厚,即筒體與封頭=６mm。 5　 熱量衡算 前面已求出，每天需要的生成物體積為0．534ｍ3，乙酰水楊酸密度1443kg／ m3,它的摩爾量為1０16５moｌ（166７　Kg）,需要水楊酸1595Kg（115５5mol），需要醋酸酐28８87。

8、5 ｍol (２950Kg）。 又查資料得水楊酸和醋酸酐的比熱容分別為1。64kJ/（kg·℃）、1．88ｋJ/（kg·℃） 查資料得，反應(yīng)放熱 反應(yīng)總放熱 所以需冷卻釋放的能量為： 　本次設(shè)計(jì)1個(gè)反應(yīng)釜，則反應(yīng)釜需要傳熱量Ｑ＝ 反應(yīng)釜中加料完成后,混合物中：比熱Ｋj/（ＫgK) 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取總傳熱系數(shù)K為493．８２w／(㎡K) 由公式 　 有 計(jì)算得傳熱面積A=２.２3㎡ 校核 符合設(shè)計(jì)要求。 6 輔助設(shè)備設(shè)計(jì) 6。1　 法蘭的設(shè)計(jì) 　 (1)法蘭的選型：甲型平焊法蘭 　　　　 法蘭的標(biāo)準(zhǔn)代號(hào):法蘭FF１２0０-

9、0．６ 　JB/T4701 　 法蘭的材料：0Cr１8Ni10Ｔｉ 法蘭的結(jié)構(gòu)與尺寸 公稱直徑DN/ 法蘭/ 螺栓 D 規(guī)格 數(shù)量 10０0 1000 M20 ４８ 6．2 密封面形式的選型 　 因?yàn)镻Ｎ=0.25MPa〈1.６MＰa， 查文獻(xiàn)知密封面采用光滑面或凹凸面。 6。3 　 墊片的設(shè)計(jì) 　　 墊片法蘭的選型、材料 墊片選用耐油橡膠石油墊片，材料為耐油橡膠石棉板 （2）墊片的結(jié)構(gòu)與尺寸 內(nèi)徑d/mm 　外徑D/ｍm 　 　厚度S/mｍ １0０0

10、 　　　10４0　 　　 ２ ６。4　 工藝接管的設(shè)計(jì) （1)溫度計(jì)接口 采用無縫鋼管,伸入釜體內(nèi)一定長度.配用突面板式平焊管法蘭：ＨＧ20592　　　法蘭　 PL6５—0。6 RF　0Cr１８Ｎi1０Ti。 （2）工藝物料進(jìn)口 采用無縫鋼管,管的一端切成，伸入罐內(nèi)一定長度.配用的突面板式平焊管法蘭:HG205９2 法蘭　 ＰL５０-0。6 RF ０Ｃr18Ni1０Ti。 （３）放料口 　　 采用無縫鋼管，接管與封頭內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HG2０５92　　 法蘭　 PL10０-0。６ 　ＲＦ 　0Cr１8N

11、i１0Ti。與其配套的是手動(dòng)下展式鑄不銹鋼放料閥，標(biāo)記：放料閥6-100 HG５－１1-81-3。 （4）安全閥接口 　 采用無縫鋼管，接管與封頭內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭：HＧ2０59２　　 法蘭　 PL25—０。６ RF 0Cr18Nｉ１0Tｉ。 （5）冷凝器接口 　采用無縫鋼管，接管與封頭內(nèi)表面磨平。配用突面板式平焊管法蘭:HG２0５92 　　法蘭 PＬ100-０。6　 ＲF　 0Cr１8Ni１0Ｔi. ６.５ 管法蘭尺寸的設(shè)計(jì) （1)　　 管法蘭的選型 突面板式平焊法蘭 代號(hào)PL 　標(biāo)準(zhǔn)號(hào)HG2059３ (2） 管法蘭的尺寸 查

12、文獻(xiàn)［2］填下表 接管名稱 公稱直徑 接管外徑 連　接 尺 寸 法蘭厚度 密封面厚度 法蘭內(nèi)徑 坡口寬度ｂ 安全閥接口 2５ 3２ 100 ７5 5８ 11 4 1０ 14 ３ 33 — 工藝物料進(jìn)口 50 57 １4０ １1０ 88 1４ 4 12 1６ 2 59 — 溫度計(jì)接口 65 ７6 1６０ 130 118 14 4 1２ １6 ２ 78 — 冷凝器接口 放料口 10０ 108 210 17０ １44 1８ 4 M16 18 2 1１0

13、 — 6．6 墊片尺寸及材質(zhì) 　 　 　 　 　　 　 　 　　管道法蘭用軟墊片 查文獻(xiàn)[3]填下表 密封面形式及墊片尺寸 接管名稱 密封面型式 墊片尺寸（) 墊片材質(zhì) 外徑 內(nèi)徑 厚度 安全閥接口 RF 64 34 ２ 耐油石棉橡膠板 工藝物料進(jìn)口 RＦ 9６ 61 2 耐油石棉橡膠板 溫度計(jì)接口 RF 160 77 2 耐油石棉橡膠板 冷凝器接口、放料口 RＦ 152 １15 2 耐油石棉橡膠板 ６.7　 固體物料進(jìn)口的設(shè)計(jì) 固體物料進(jìn)口的尺寸 公稱壓力 （）

14、 密封面形式 公稱直徑 螺栓 直徑長度 數(shù)量 1.0MPa 突面 250 273８ 3９0 3５0 M2070 12 總重(） 190 84 20 2６ １８ —— 40。9 固體物料進(jìn)口的明細(xì)表 件號(hào) 名稱 數(shù)量 材料 1 人孔接管 １ 0Ｃr１8Ni１0Tｉ ２ 螺母 1６ ２5 3 螺栓 １６ 35 ４ 法蘭 1 1Cr18Ni9Ti 5 墊片 1 耐油石棉橡膠板 ６ 法蘭蓋 1 1Cｒ18Ｎｉ9Tｉ ７ 手柄 1 Q2３5

15、-Ａ 8 銷軸 1 45 9 開口銷 2 35 １０ 墊圈 ２ 100HV 11 軸耳 4 Q235-A 6.８ 視鏡的設(shè)計(jì) （1） 　 視鏡的選型 　帶頸視鏡 （２） 視鏡的結(jié)構(gòu) 視鏡主要用來觀察設(shè)備內(nèi)物料及其反應(yīng)情況,也可以作為頁面指示鏡。常用的視鏡有視鏡、帶頸視鏡和壓力容器視鏡（分別有帶頸和不帶頸兩種）幾種. （3)　 視鏡的規(guī)定標(biāo)記、標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào)、視鏡的尺寸和材料 規(guī)定標(biāo)記：視鏡Ⅱ DN=１2５、PＮ＝０。６ 標(biāo)準(zhǔn)圖號(hào):ＪＢ595-６4-7 視鏡的尺寸 12５ 視鏡玻璃

16、單頭螺柱 數(shù)量 直徑×長度 ２0５ 1７5 ２０ 16 ５0 133 8８ 8 M1２38 　 　 　　 　 　 　 　 視鏡的材料 件號(hào) 名稱 數(shù)量 材料 件號(hào) 名稱 數(shù)量 材料 １ 視鏡玻璃 1 鋼化硼硅玻璃（ＨGJ501－１986-0) ４ 壓緊環(huán) １ A3 2 襯 墊 2 石棉橡膠板(GB3985－1９８3） 5 單頭螺柱 ８ A３（GＢ９01－76） ３ 接 緣 1 1Cr1８Ｎi9Ti 6 螺母 １６ A3（ＧB52-７6） 6。9 　支座的選型及設(shè)計(jì) (1)　　

17、　支座的選型 　 由于設(shè)備外部設(shè)置有100mm的保溫層，所以選耳式B型支座,支座數(shù)量為4個(gè)。 （２） 支座載荷計(jì)算及尺寸的初步設(shè)計(jì) 筒體質(zhì)量：DＮ＝10００,=6mm，每米質(zhì)量124.７kｇ,則： 　 　　 　 ?。?.77124。7＝96.02kg 筒體封頭質(zhì)量:DN=１0０0,=6ｍm的橢圓形封頭質(zhì)量為53.9kｇ，則: ?　 　　 　 　 　 =25３。9=１0７。8kg 介質(zhì)質(zhì)量：介質(zhì)密度以水計(jì)，容積為0．7１2,則質(zhì)量為： ? 附件質(zhì)量：人孔約42ｋｇ，其它附件約31ｋg，則:=73kg 冷凝器重量:=1２00kg 則重質(zhì)量為

18、:2１89kｇ 支座最大載荷為：=１09４.5ｋg1１ＫN 根據(jù)公稱直徑和最大載荷，查文獻(xiàn)1得支座尺寸如下表： 　 　 　 　 　　 　 　 　B型耳式支座的尺寸（mｍ） Ｈ 　 　 底板 　 筋板 墊板 地腳螺栓 支座重量 l1 b１ δ1 Ｓ1 ｌ2 b2 δ2 l3 b3 δ3 e d 規(guī)格 　kg 250 ２0０ １40 1４ 70 290 160 10 31５ 250 8 40 30 Ｍ24 　?。?．7 7 攪拌裝置的選型與尺寸設(shè)計(jì) 7。1 攪拌軸直徑的初

19、步計(jì)算 （1） 　 攪拌軸直徑的設(shè)計(jì) 電機(jī)的功率Ｐ=3.0ＫW ,攪拌軸的轉(zhuǎn)速ｎ＝85r/ｍin，材料為４5鋼 ， []＝４0MPａ,剪切彈性模量G＝ＭPa,許用單位扭轉(zhuǎn)角［］=1．0°/m. 由得:（） 利用截面法得： （) 由 得： 攪拌軸為實(shí)心軸,則: 得=34。8mm 圓整后考慮腐蝕裕量，取d=４0ｍｍ . （2）　 攪拌軸剛度校核 得 　　 所以圓軸的剛度足夠，考慮到攪拌軸與聯(lián)軸器配合,取d=50mｍ . ７.2 　 攪拌軸臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算 由于反應(yīng)釜的攪拌軸轉(zhuǎn)速=8５〈200,故不作臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算。 ７．3 　 聯(lián)軸

20、器的型式及尺寸的設(shè)計(jì) (1）　 聯(lián)軸器型式的確定 　 　 由于選用擺線針輪減速機(jī)，所以聯(lián)軸器的型式選用立式夾殼聯(lián)軸節(jié)（D型）。標(biāo)記為：DN 50 HＧ5—213-6５,結(jié)構(gòu)如圖.由文獻(xiàn)分別確定聯(lián)軸節(jié)的尺寸和零件及材料,尺寸如表，零件及材料如表.由于聯(lián)軸節(jié)軸孔直徑ＤＮ＝50ｍm，因此攪拌軸的直徑d調(diào)整至50mm. （２） 聯(lián)軸器的尺寸 　 　查文獻(xiàn)4填下表 夾殼聯(lián)軸節(jié)的尺寸 軸孔直徑 ５0 螺栓 數(shù)量 規(guī)格 135 6２ 42 90 １90 3４ 83 6 ６ M１２ δ ９

21、4 5 70 100 １8 １6 0．６ ０.4 (3）　 聯(lián)軸節(jié)的零件及材料 夾殼聯(lián)軸節(jié)的零件及材料 件號(hào) 名 稱 材 料 件　號(hào) 名　稱 材　料 １ 左、右夾殼 ＺＧ－1Cr18Nｉ９Ti（GB2100) 4 螺 母 0Cｒ18Ni９Ti(GB/T 617０） 2 吊　環(huán) 0Cr18Ni9Ti(GB43８５ Ⅲ） 5 螺 栓 A２-７0（GB/Ｔ ５782) 3 墊 圈 A－1４0(GＢ/T 97.2) 7。4 攪拌槳尺寸的設(shè)計(jì) （１） 框式攪拌槳的尺寸 　 　　 　

22、　　 框式攪拌槳的尺寸 螺栓 螺孔 螺栓 螺孔 δ 數(shù)量 數(shù)量 １140 ５0 M16 2 16.5 M1２ 8 １3 ４ 70 重量 91０ ２８5 4２0 170 ５ 1２0 35 — １9 不大于0。0８8 (2)　 框式攪拌槳零件明細(xì)表 零件明細(xì)表 件號(hào) 名稱 數(shù)量 材料 件號(hào) 名稱 數(shù)量 材料 1 槳葉 2 Cr１８Nｉ１2Mo2Tｉ 5 螺母 8 Ｃr1８Ni１２Mo２Ti ２ 橫梁 2 Cr1８Ni12Mo２Ti 6

23、 穿軸螺栓 2 Ｃr18Ni１2Mo２Ti 3 筋板 4 Ｃr18Ｎi１2Ｍo2Ti 7 螺母 ４ Ｃr18Ni１2Ｍo２Ｔi ４ 連接螺栓 8 Cr１8Ｎi1２Mｏ2Ti ７.5 　攪拌軸的結(jié)構(gòu)及尺寸的設(shè)計(jì) 　 　攪拌軸長度的設(shè)計(jì) 攪拌軸的長度Ｌ近似由釜外長度、釜內(nèi)未浸入液體的長度、浸入液體的長度三部分構(gòu)成.即：L=++，其中=H-Ｍ （Ｈ:機(jī)架高；M：減速機(jī)輸出軸長度) =500—76＝424ｍm 　 （：釜體筒體長度；：封頭深度;:液體的裝填高度） 液體裝料高度的確定: 式中—操作容積（m3）;-釜體封頭容積(m3）

24、；—筒體的內(nèi)徑(m) 液體的總裝填高度＝300+275+2５=６00mm 　 　　 　　　 　 =770+２×(２5＋２７５)－600＝770mm 浸入液體攪拌軸的長度的確定: 攪拌槳的攪拌效果和攪拌效率與其在釜體的位置和液柱高度有關(guān).攪拌槳浸入液體內(nèi)的最佳深度為：（見文獻(xiàn)［4］215) 當(dāng)=時(shí)為最佳裝填高度；當(dāng)〈時(shí)，需要設(shè)置兩層攪拌槳。 　由于=770mm＜＝1000mm,本設(shè)計(jì)只需使用單層框式攪拌槳。 　　 攪拌槳浸入液體內(nèi)的最佳深度為:S=２／3=260０/3＝４0０mm　 　 故浸入液體的長度=4０0mm 　 攪拌軸的長度L為：L

25、=4２４+７７０+４0０＝1５９4mm 　　 圓整 ?。蹋?６00ｍm . 課程設(shè)計(jì)感想 這次課程設(shè)計(jì)讓我明白了設(shè)計(jì)一個(gè)反應(yīng)裝置真不容易，很多的資料數(shù)據(jù)都需要靠自己去查找，很多地方設(shè)計(jì)都不是很好，對(duì)于很多查數(shù)據(jù)的地方都查得不是很精確,有些地方的設(shè)計(jì)運(yùn)用的公式更是需要翻閱大量的文獻(xiàn)才能找到，這對(duì)設(shè)計(jì)的難度進(jìn)一步加大，但是同時(shí)更使我明白了我還需要學(xué)習(xí)的地方還有很多，不是那么一本書就能解決遇到的問題。在完成這次設(shè)計(jì)的最后我要感謝我們的趙老師的指導(dǎo)和幫助. 參考文獻(xiàn) ［1]劉俊明。課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書．山西：太原理工大學(xué)出版社，２010、８ ［2]申迎華、郝曉剛.化工原理課程設(shè)計(jì)。北京：化學(xué)工

26、業(yè)出版社，200９、5 [3]夏清、陳常貴。化工原理（上冊(cè))．天津:天津大學(xué)出版社,2005、1 ［４]夏清、陳常貴。化工原理(下冊(cè))．天津:天津大學(xué)出版社，2００５、１ [５]吳思方,發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論，中國輕工業(yè)出版社，1955 [６]張洪斌,藥物制劑工程計(jì)術(shù)與設(shè)備,化學(xué)工業(yè)出版社,20１0、１ [７]藥劑學(xué) ［8]GＭＰ規(guī)范 ［9］潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范,20０1 [１0］雜志:醫(yī)藥工程設(shè)計(jì) 目錄 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù) 1 １　設(shè)計(jì)題目?1 2 處理能力 1 3 設(shè)備形式?1 4 設(shè)計(jì)基本方法及操作條件 1 第二章 設(shè)計(jì)內(nèi)容?2 1 確定反應(yīng)器的形式與材質(zhì)?２

27、 ２?物料衡算 2 ３　 確定反應(yīng)釜臺(tái)數(shù)和連接方式 3 4 　確定反應(yīng)釜的直徑和筒體高度?3 4．1 釜體直徑?３ 4．2 釜得確定體PN ４ 4。３ 　釜體筒體壁厚的設(shè)計(jì)?4 4.4　 釜體封頭的設(shè)計(jì) 4 4.5 筒體高度Ｈ的設(shè)計(jì)?4 4.6 外壓筒體壁厚的設(shè)計(jì) 5 5　 熱量衡算?5 6　　 輔助設(shè)備設(shè)計(jì)?６ 6.１ 　 法蘭的設(shè)計(jì) 6 6。2 密封面形式的選型?6 6．3 墊片的設(shè)計(jì)?6 6.４ 工藝接管的設(shè)計(jì)?6 6。５ 管法蘭尺寸的設(shè)計(jì) 7 6.6　　 墊片尺寸及材質(zhì) 7 6。７ 固體物料進(jìn)口的設(shè)計(jì) ８ 6.８ 　視鏡的設(shè)計(jì) ８ 6．9 支座的選型及設(shè)計(jì)?９ 7 攪拌裝置的選型與尺寸設(shè)計(jì)?10 7。1　　 攪拌軸直徑的初步計(jì)算?10 ７．2 　　攪拌軸臨界轉(zhuǎn)速校核計(jì)算?1１ 7。3 聯(lián)軸器的型式及尺寸的設(shè)計(jì)?１1 7．4 　攪拌槳尺寸的設(shè)計(jì) 12 7。5　 攪拌軸的結(jié)構(gòu)及尺寸的設(shè)計(jì)?1２ 課程設(shè)計(jì)感想?14 參考文獻(xiàn) １4 文中如有不足，請(qǐng)您見諒！ 16 / 16