年产1000吨对氨基苯甲酸生产工艺设计毕业设计(编辑修改稿)

年产1000吨对氨基苯甲酸生产工艺设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

1 和 Q4 均可用此式计算： 12()iiQ m cT T 式中： im — 反应物的体系中各个组分 I的质量， Kg。 ic — 组分 I在 0— T℃时的平均比热容， KJ/(Kg℃ )或 KJ/(Kmol℃ )。 12()TT — 反应物系的反应前后的温度，℃ 南华大学化学化工学院毕业设计 第 16页 /共 35页 反应釜能量衡算： 从文献 [11]中查得 25℃时，以下物质的比热容分别为： Cp,对硝基苯甲酸＝ 128J/(mol*k)=(Kg*k) Cp,氢气＝ (mol*k)=(Kg*k) 催化剂 pd/c 的比热容根据柯柏法则用的原子热容数据 [14]进行计算如下： Cp， pa/c 催化剂＝（ 7 +8 ++3 6） =(mol*k) Cp,氢氧化钠＝ 128J/(mol*k)=(Kg*k) Cp,盐酸＝ 156J/(mol*k)=(Kg*k) 1） Q1 =（ m 对硝基苯甲酸 c 对硝基苯甲酸 +m 氢气 c 氢气 +m 盐酸 c 盐酸 +m氢氧化钠 c氢氧化钠 +mpa/ccpa/c） 25KJ = ( 103 + 103 + 103 +103 + 103 ） 25≈ 106KJ 2）假定各物质的比热容随温度变化不大，则 Cp,对硝基苯甲酸＝ 128J/(mol*k)=(Kg*k) Cp,对氨基苯甲酸＝ (mol*k)=(Kg*k) Cp,pa/c＝ (mol*k)=( mol*k) Cp,水＝ (mol*k)=(Kg*k) Cp,氯化钠＝ 101J/(mol*k)=(Kg*k) Q4 =（ m对硝基苯甲酸 c 对硝基苯甲酸 + m对氨基苯甲酸 c 对氨基苯甲酸 + m pa/ccpa/c + m 氯化钠 c 氯化钠 +m 对硝基苯甲酸溶液 c 对硝基苯甲酸溶液 +m 对氨基苯甲酸溶液 c对氨基苯甲酸 溶液 +m 水 c水） 90 =（ 103 + 103 + 103 + 103 + 103 + 103 + 103 ） 90= 106KJ (2）因为该对氨基苯甲酸的生产采取的是分批的操作，所以可认为 Q5可忽略不计 (3） Q6的计算 南华大学化学化工学院毕业设计 第 17页 /共 35页 设备向四周散失的热量 Q6可用下式计算： Q6=∑ A a(TWT) θ 103 式中： A— 为设备散热面积（ m2） TW— 为设备外表温度，℃； T— 环境介质温度，℃； θ — 操作过程持续时间（ s）； a— 对流传质系数， W/（ m2℃） a=8+=（ 8+ 90） W/（ m2℃） =（ m2℃） Q6= (9025) 8 3600 103= 105KJ (4）过程效应热 Q3 的计算 Q3= Qr +Qp 式中， Qr— 化学反应热效应， KJ； Qp— 为可忽略不计的物理的过程热效应， KJ； Qr 按照下式进行计算： Qr=（ 1000GA/MA）Δ Hr0 式中，Δ Hr0— 标准 反应热， KJ/mol。 MA— A物质分子量。 从文献 [15]查得，Δ Hr0按照下式进行计算： Δ Hr0=∑生成物μ i（Δ Hf0） i ∑反应物μ i（Δ Hf0） i（ 3— 4） 从文献 [14]中查得，物质的标准生产焓为Δ Hr0 分别为： Δ Hr0，对氨基苯甲酸＝－ ， Δ Hr0，对硝基苯甲酸＝－ ， Δ Hr0，氢气＝－ ， Δ Hr0，水＝－。 Δ Hr0，水＝ [()+()] [ 3 ()+2*()]=Q3=Qr = 1000 103Δ Hr0/ =1000 103（－ ） / =－ 106KJ 南华大学化学化工学院毕业设计 第 18页 /共 35页 (5）热负荷 Q2 的计算为 Q2=（ Q4 +Q6） （ Q1+Q3） =[( 106＋ 105)－ ( 106－ 106)]KJ = 106KJ 设备计算 （ 1）首先我们需要通过粗略计算来确定需要选择的筒体和封头 的几何尺寸大小： 1）筒体和封头的型式： 从上面计算结果再综合来看应该选择圆柱形的筒体和椭圆形的封头。 2）确定筒体积和封头的直径 首先计算加入罐的物料的总体积 [16] V 总 = V对硝基苯甲酸 +V 氢氧化钠 +Vpa/c =++= 因此操作容积 Vp我们要取 8m3，又设备容积 V与操作容积的关系可以表示为 :Vp=η V。 由文献 [17]查得，因反应状态稳定η取 ，故 V=Vp/η =28/=10m3 由文献 [14]查得 ,Ht/Di=1～ ，因容器体积属于中小型，故选取Ht/Di=， Di 由下式计算： Di={4V/[π（ Ht/Di） ]}1/3 =[4 10/（π ） ] 1/3 = 此生产反应釜的内径 Di 的估算值应圆整到公称直径 DN 系列，又根据查得的文献 [17]取 Di=2100mm,封头可以取相同直径，且其高度 h2可由文献 [14]查得，南华大学化学化工学院毕业设计 第 19页 /共 35页 初选为 h2=20mm。 3）确定筒体高度 Ht 当 DN=2100mm， h2=20mm 时，由文献 [17]，查得椭圆形封头容积 V 封 =，筒体一 米高的容积 V1= 按式 Ht=（ VV 封） / V1 =[（ ） /] m = 取 3 m，于是 3/≈ 4）选取夹套直径 由文献 [17]查得： Dj= Di+200=2100+200=2300mm。 5）确定夹套高度 H2≥（η V V 封） / V1， 即 H2≥ [（ ） /]=，取 H2=2m 6）校核传热面积 由文献 [17]，分别查得 F封＝ ,1m 高筒体的表面积 F1 米＝ ,则实际传热面积 F＝ F 封＋ F筒＝ ＋ 4＝ 在 8 小时内传递热量 Q tKS t，当热流体为水时，总传热系数 K=850～1700W/ (m2℃ )[14],取 K=1500 W/ (m2℃ ), Q 传 =8 3600 1500 103 267. 30= 106KJ 所以 Q传＞ Q2 +Q6 由上面的计算可以看出面积是合理的是符合设计的要求的。 （ 2）釜体及夹套的强度计算 1）选择设备材料，确定研究压力 和指导老师分析，选 Cr18Ni12Mo 为最佳。 在 100～ 150℃的温度作用下的 2Ti 奥氏体钢板的许用压力应为[ς ]t=140Mpa。 确定生产的需设计压力：既受到内部压力的作用又受到外部压力的作用的釜体和底部封头，其中内部压力可设计为 P=，可设计外部压力的取法应考虑到操作过程中的出现的最大的压力差，所以我们应取压力 P= 为设计南华大学化学化工学院毕业设计 第 20页 /共 35页 的外部的压力。 2）夹套的筒体和封头壁厚计算 夹套筒体壁厚 2 [ ] 0 .5tPDSCP 夹封 夹 ＝ 式中 P=， D 夹 =2100mm， [ς ]t=140Mpa，φ为焊缝系数， 由文献 [14]查得，可取φ =，壁厚附加量 C 是 由钢板负偏差或钢管负偏差 C1，腐蚀余量 C2，及热加工减薄量 C3三部分组成，即： C= C1+ C2 +C3 初步取 C1=， C2=2mm， C3=0mm，则 C =， δ d=[（ 2300） /（ 2 140 ） +] mm= 根据钢板规格取 S夹 =10mm 夹套封头壁厚 2 [ ] 0 .5tPDSCP 夹封 夹 ＝ 上面公式中的 P 和 D 夹， [ς ]t，φ和上式相同，又由于热加工的减薄量C3=， 所以取 C= C1+ C2 +C3=+2+=，代入得： δ =[（ 2300） /（ 2 140 ） +=， 考虑到焊接封头和筒体的方便之处，应该取 S封 夹 ＝ S夹 ＝ 10mm。 3）釜体的筒体壁厚和封头壁厚计算 ①生产按照可承受 的内部压力来设计 i2 [ ] tPDSCP筒 上面公式中 P=， Di=2100mm， [ς ]t=140Mpa，φ =，壁厚的附加量：由公式 C= C1+ C2 +C3=+2+0= 计算。 将上面计算的各个值代入公式中可得： δ d≥（ 2100） /（ 2 140 ） += ②按照我们生产能够承受的 的外部压力的设计可设筒体的厚度南华大学化学化工学院毕业设计 第 21页 /共 35页 S0=10 mm，即可确定 L/D0， D0 / S0之比值， D0— 筒体外径 D0= DN+2 S0=（ 2100+2 10） =2120mm L— 筒体高度 L=H2+h/3=[3000+(800+10)/3]=3270mm L/D0=3270 /2120=， D0 / S0=2120/10=212 在几何参数计算图中由外压或者轴向受压的圆筒数据 15— 4[18],查得 A＝ ，又由于生产对氨基苯甲酸的反应釜的釜体材料采用的是Cr18Ni12Mo2Ti 奥氏体钢板的ς s=216Mpa,因此根据选用的资料图，可以查到B=33Mpa，因此许用外压 [P]=B S0 /D0=33 10/2120=＜ ，则可以看出来壁厚 10mm 是满足不了外压对稳定性的要求的，如果我们想要要增大壁厚重新来计算的话，先应该 重新来假设 S0=18mm ，则 D0 / S0=3236/18=180，L/D0=，由图 15— 4 [18]查得到 A=，和上面形式一样可以查得 B=91Mpa，则许用外压 [P]=B S0/D0=91 18/3236=＞ ，故S0=18 mm 能够满足外压稳定要求，要考虑到壁厚附加量 C= C1+ C2+0=+2= mm，筒体的壁厚 S=S0+C=18+=，把筒体的壁厚圆整到标准钢板的厚度规格可取 S=22mm。 又要考虑到封头与 筒体的焊接方便，所以经过方方面面的综合取 S封 =22mm。 ③水压试验较核 [17] 确定水压试验 PT，据表得： 釜体水压取 PT =P+=+=， 夹套水压取 PT =P+=+= 式中 P— 设计压力， Mpa 在进行压力的试验之时，由于所选生产容器所能承受的压力 PT 一般总是高于设计的压力 P的，所以必要的时或必需要进行强度的较核。 液压试验时要求满足的强度条件： 得到釜体和夹套筒体的许用应力 [17]：ς T = PT（ Di+δ e） /2δ e≤ s， 得到釜体和夹套封头的许用压力 [17]：ς T = PT（ Di+ e） /2δ e≤ ς s， 釜体的δ e=SC==； 夹套的δ e=S。