年产500吨3-吡啶甲酸的生产工艺设计

年产500吨3-吡啶甲酸的生产工艺设计内容摘要：

a(Tw－ T) θ179。 10－ 3 A —— 设备散热面积 (㎡ ) Tw—— 设备外表面温度 (℃ ) 第 12 页共 29页 T —— 环境介质温度 (℃ ) θ —— 操作过程持续时间 (s) a —— 对流传热系数 W/(㎡178。 ℃ ) 当空气做自然对流 ,散热层表面温度为 50～ 350℃时 a = 8 + Tw = （ 8 + 179。 87） W/(㎡178。 ℃ )= (㎡178。 ℃ ) Q6 = [179。 179。 （ 87－ 25）179。 3600179。 179。 10－ 3 179。 ]KJ = 4） 过程热效应 Q3的计算 过程热效应可分为两类：一类是化学过程效应既化学反应热效应；另一类是物理过程热效应。 物料经化学变化过程，除化学反应热效应外，往往伴随着物料状态变化热效应，但本工艺流程中物理过程热效应较低，可忽略不计，故过程热效应可由下式计算： Q3 = Qr + Qp Qr—— 化学反应热效应 KJ； Qp—— 物理过程热效应 KJ（忽略不计） Qr—— 可通过标准化学反应热 qr0 计算 Qr = 1000GA/MA 179。 qr0 qr0—— 标准化学反应热 K/mol GA—— 参与化学反应的 A 物质量㎏； MA—— A 物质的分子量 qr0= ∑（ qc0） R －∑（ qc0） p 反应体系中：断裂 CH 3 个 OK 1 个 生成 C=O CO OK 各 1 个 则 q0r = （ +695+336）－ 3179。 416 =Q3 = Qr =(1000179。 )/93179。 = 热负荷 Q2计算 第 13 页共 29页 Q2 = [(Q4 + Q6) － (Q1 +Q3)]KJ = [(4812552+)－ (3994440+)]KJ = ②析出釜的能量衡算 Q1 = [(m 烟酸钾 c 烟酸钾 + m 水 c 水 + m 盐酸 c 盐酸 )179。 T1]KJ =[( 179。 + 179。 + 179。 ) 179。 （ 273+25） ]= Q4 = [(m 烟酸 c 烟酸 +m 氯化钾 c 氯化钾 + m 水 c 水 )T4] =[( 179。 + 179。 +2985 179。 ) 179。 （ 273+30） ]KJ= a = 8 + Tw = （ 8 + 179。 30） W/(㎡178。 ℃ ) = (㎡178。 ℃ ) Q6 = [179。 179。 （ 30－ 25）179。 3600179。 179。 10－ 3 179。 ]KJ = 反应体系中：断裂 HCl 1 个 OK 1 个 生成 0H K Cl 各 1 个 则 q0r = （ 322+467）－ 431 =358KJ/mol Q3 = Qr =(1000179。 )/161179。 358 = 2138616KJ 热负荷 Q2计算 Q2 = [(Q4 + Q6) － (Q1 +Q3)]KJ = [(+)－ (+2138616)]KJ = 第 14 页共 29页 反应釜釜体设计 确定筒体和封头型式 从前面所述的工作压以及该设备之工艺性质，可以看出它是属于带搅拌的低压反应釜类型，根据惯例，选择圆柱形筒体和椭圆形封头 [6]。 确定筒体和封头直径 反应物料为液 固相类型。 从表 182， H/Di 为 事先计算进入氧化釜物料的总体积， 3— 甲基吡啶和高锰酸钾、水的分额最多，再计算反应后体积变化，最后通过比较来决定容积的大 小。 V 总 ′ = V 水 + V 高锰酸钾 + V3— 甲基吡啶 = + += m3 V 总 ″ = V 水 + V 二氧化锰 + V 烟酸钾 = m3 V 总 ′﹥ V 总 ″ 故选取 V P=，可选取 H/Di = 这样可使直径不致太小。 从工艺上了解到反应状态无泡沫或沸腾情况，粘度也不大，故选取装料系数η = V=VP/η = m3 反应釜直径估算如下： Di = （ 4V/π179。 H/Di） 1/3 = [（ 4179。 5） /（ 179。 π） ] 1/3 = 圆整至公称直径标 准系列，取 D =1800mm。 封头取相同的内径，其曲面高度由表 [5]166 查得 166，初步取为 40 mm。 确定筒体高度 当 Dg = 1800 mm， h2 = 40 mm 时从表 166 中查得椭圆形封头的容积 Vh = m3，从表 165 查得筒体每一米高的容积 V1 = m3/ m 则筒体高估算为 H = （ V － Vh） / V1 =（ ） / = 第 15 页共 29页 取 H 为 m，于是 H/Di = 确定夹套直径 从表 183得： Dj =Di +200 = 1800 +200 = 2020 mm。 夹套封头也采用椭圆形，并与夹套筒体取相同直径 确定夹套高度 夹套高度估算如下： Hi = （η V Vh ） / V1 = （ 179。 5－ ） /= m 取 Hi为 1300 mm 校核传热面积 设备采用保温材料。 沥青矿渣棉毡 [7]。 使用温度≦ 250℃ 导热系数λ =+℃ 本设计中 tap=87℃ ∴λ =+179。 87= Kcal/mh℃ 对于外径﹥ 1m的圆筒设备 δ =λ179。 [（ tfts） /(tsta)]/a δ为壁厚、 a=10 为室外总给热系数 tf为包热管道，设备壁温度 ts为保温层外表温度 ta为最热月的平均温度。 求出δ =（ ）179。 （ 8750） /（ 5030） = 圆整取 查出筒体部分保温材料面积 由公式则散热面积 AW={2π /3[（ DN+2δ） 2]/4+（ DN+ DN）（ h1+δ ） }+ π (DN +2δ )h2} 封头部分保温材料面积 AW= m2 散热面积 A=+179。 2= m2 在 个小时内传递热量（热流体为水时，传热系数 K 取 15000W） Q 传 =t179。 KA△t= 179。 15000179。 179。 20=1563000KJ Q2+Q6= KJ Q 传 ＞ Q2+Q6 第 16 页共 29页 因此夹套的传热面积满足设计要求。 内筒及夹套的受力分析 根据工艺提供的条件：釜体内筒中工作压力 ，夹套内工作压力 Mpa，则夹套筒体和夹套封头的承受 Mpa 内压；而内筒的筒体和下封头为既承受 Mpa 内压， 同时又承受 Mpa 外压，其最恶劣的工作条件为：停止操作时，内筒无压而夹套内仍有蒸气压力，此时内筒承受 Mpa 外压。 所以采取 P= Mpa 为设计外压。 分析工艺要求，选用 0Cr19Ni9 高合金钢钢板，在 100150℃下的许用应力外。 [σ ]t =137Mpa 计算夹套筒体、封头厚度 采用不带垫单面的环向对接焊缝，从表 144 中查得焊缝系数Ф = 夹套厚度计算如下： δ d ≥ pDi /（ 2[σ] tФ P） +C1 + C2 壁厚附加量 C 由钢板负偏差（或钢管负偏差） C1 和 腐浊裕量 C2 两部分组成。 由表 145， 146 查得。 δ d ≥ （ 179。 179。 1900） /（ 2179。 113179。 179。 ） +1 + 1 = 627/+2 = ㎜ 夹套封头厚度计算如下： δ d ≥ pDi /（ 2[σ] tФ ） +C1 + C2[7] = （ 179。 179。 1900） /（ 2179。 113179。 — 179。 179。 ） +1+1 = ㎜ 圆整至钢板规格厚度并查阅封头标准，夹套筒体与封头厚度均取为 δ m = 8 ㎜ 第 17 页共 29页 1）选择 设备材料确定设备压力 由已建设并分析工艺要求，选用 Q235C 碳素钢板，在 100～ 150℃下得许用压力为 [σ ]t=125MPa。