年产1000吨退热冰的车间工艺设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)

年产1000吨退热冰的车间工艺设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

3 .1 21 3 5 .1 6分子量苯 子量 胺乙酰苯胺分  1 0 0 %1 . 4 5 1 4投料量苯 胺乙酰苯胺的产量乙酰苯胺的收率  3. 物料衡算基准 由设计任务规定的产品年产量及 年工作时间，可以算出产品的一批生产的量，即 全年时间： h876024365  大修： h7202430  小修： h8202435  每小时产量： hkghkg / 5 57 2 0 0104 0 0 0 3  生产周期： 11 小时 40 分 生产时间： 7200h 那么 批617406011 607 2 0 0   11 每批生产的量： 批批 / 4 8 26 1 7104 0 0 0 3 kgkg  产品的每批产量确定后，再根据总收率可以折算出起始原料的投料量，以此为基础就能进行车间物料衡算了。 物料衡算是以每批产量为基准的。 乙酰化过程的物料衡算 N H 2+ C H3 C O O HN H C O C H 3+ H2 O9 3 . 1 2 6 0 . 0 5 1 3 5 . 1 61 8 . 0 1( 苯 胺 ） （ 乙 酸 ） （ 乙 酰 苯 胺 ） （ 水 ） 图 1 ： 纯量苯胺： 99% 苯胺 = %  水： % 水 = %  杂质： % 杂质 = %  3. 循 环 产 生 水 乙酰化 12 ： 纯量醋酸： 98% 醋酸 = %  水： % 水 = % 52  杂质： % 杂质 = % 52  循环生成水的量： ： 其中苯胺： % 醋 酸： 1% 水 ： % 杂 质： % ： kg 生成退热冰消耗苯胺： 生成退热冰消耗醋酸： 返回真空酸中醋酸： 返回真空酸中苯胺： 水： 杂质： 由以上算得： 进料：醋酸 +苯胺 +循环生成水 = 出料：排放废水 +反应后减压蒸馏物： 其中苯胺平衡： 进料（纯量 ） =出料（废水 +退热冰 +真空酸 =） 醋酸平衡： 进料（纯量 ） =出料（废水 +退热冰 +真空酸 =） 水平衡： 进料（苯胺 +醋酸 +循环生成水 =） =出料（废水 +生成物 =） 杂质平衡： 进料（苯胺 +醋酸 =） =出料（废水 +生成物 =） 13 表 1 酰化岗的物料衡算结果 进料 出料 进料名称 组分名称 组分量（ Kg） 进料名称 组分名称 组分量（ Kg） 苯胺纯量 苯胺 水 醋酸 杂质 水 醋酸纯量 杂质 水 消耗醋酸 杂质 消耗苯胺 醋酸 退热冰 水 杂质 合计： 合计： 14 减压蒸馏岗的物料衡算 图 2 ： 乙酰化产退热冰： 剩余醋酸： 剩余苯胺： 水： 杂质： 由以上算得： 进料：乙酰化产退热冰 +剩余醋酸 +剩余苯胺 +循环 生成水 +杂质 = 减压蒸馏真空酸循环后： 产新退热冰： 消耗醋酸： kg 消耗苯胺： kg 产生水： kg 剩余醋酸： kg 剩余苯胺： kg 剩余水： 产生水： kg 杂质： kg 由以上算得： 出料：退热冰 +产新退热冰 + 剩余醋酸 +剩余苯胺 +产生水 +杂质 = 进料 =出料 系统平衡 其中苯胺平衡： 减压蒸馏 15 进料（剩余苯胺 ） =出料（消耗苯胺 +剩余苯胺 =） 醋酸平衡： 进料（剩余醋酸 ） =出料（消耗醋酸 +剩余醋酸 =） 水平衡，杂质平衡： 进料 =出料 表 2 减压蒸馏岗的物料衡算 进料 出料 进料名称 组分名称 组分量（ Kg） 进料名称 组分名称 组分量（ Kg） 产物 退热冰 空酸 剩余醋酸 醋酸 剩余苯胺 苯胺 剩余水： 水 产生水 杂质 乙酰化产退热冰 消耗醋酸 消耗苯胺 产生水 合计： 合计： 16 热量衡算 概述 当物料衡算完成后，对于没有传热要求的设备，可以由物料处理量，物料的性质及工艺要求进行设备的工艺设计，以确定设备的型式、台数、容积及主要尺寸；对于有传热要求的设备，则必须通过能量衡算，才能确定设备的主要工 艺尺寸。 合成药物的生产中，无论是进行物理过程的设备，或是进行化学过程的设备，多数伴有能量传递过程，所以，必须进行能量衡算。 能量衡算的目的与意义 对于新设计的生产车间，能量衡算的主要目的是为了确定设备的热负荷。 根据设备热负荷的大小、所处理物料的性质及工艺要求再选择传热面的型式、计算传热面积、确定设备的主要工艺尺寸。 传热所需的加热剂或冷却剂的用量也是以热负荷的大小为依据而进行计算的。 对于有些伴有热效应的过程，其物料衡算也要通过与能量衡算的联合求解才能得出最后的结果。 对于已经投产的生产车间，进行能量衡算是为了 更加合理的用能。 通过对一台设备的能量平衡测定与计算可以获得设备用能的各种信息，如热利用效率是多少，余热的分布情况如何，哪些余热可以回收利用等等。 进而可以从技术上、管理上制定出节能的措施，以最大限度降低单位产品的能耗。 我国的能源虽并不贫乏，但人均占有量较低。 以单位国民总产值所消耗的能源计，我国与先进国家相比差距还是很大。 所以，节能已经成为我国一项重要的能源政策。 现已将节能列为对企业进行综合考核的一项重要指标。 节能的一项基础工作就是要对生产车间所有用能设备进行能量平衡的测定与计算。 能量衡算的依据及必要条件 能量衡算的主要依据是能量守恒定律。 能量衡算是以车间物料衡算的结果为基础而进行的，所以，车间物料衡算表是进行车间能量衡算的首要条件。 其次，还必须收集有关物料的热力学数据，例如比热容、相变热、反应热等。 若能将所涉及到的所有物料热力学数据汇总成一张表格，那在以后的计算中将会十分方便。 能量守恒基本方程 尽管能量有各种不同的表现形式，但对任一系统总从在如下的关系，即 环境输入到系统的能量 =由系统输出到环境的能量 +系统内积累的能量 式（ 21） 系统内物质所具有的总能量等于内能、动能与势能之和，其中势能又包括重 力场势能、电场势能和磁场势能。 系统与环境之间的能量传递方式一般有三种：通过物质传递；通过作功；通过传热。 能量衡算基本方程式应该包括上述各项内容。 但是，对于车间工艺设计中的能量衡算，许多项目可以忽略，而且车间能量衡算的主要目的是确定设备的热负荷， 17 所以，能量衡算可以简化为热量衡算。 热量衡算计算 设备的热量平衡方程式，对于有传热要求的设备，其热量平衡均可由下式表示： Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 + Q6 式（ 22） 式中 Q1 —— 物料带入反应设备 的热量 KJ； Q2 —— 加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量 KJ； Q3 —— 过程反应热 KJ； Q4 —— 物料离开设备所带走的热量 KJ； Q5 —— 加热或冷却设备所消耗的热量 KJ； Q6 —— 设备向环境散失的热量 KJ； 为了求出式（ 22）中的 Q2，即设备的热负荷，必须算出其他各项热量。 （一） Q1 与 Q4 Q1 与 Q4 均可用下式计算 Q1（ Q4） =∑ mct KJ 式（ 23） 式中 m—— 输入（或输出）设备的物料质量 Kg； c—— 物料的平均比热容 KJ/Kg℃； t—— 物料的温度 ℃。 利用式（ 23）计算 Q1 或 Q4 时，是取标准状态，即 0℃及 105Pa 为计算基准。 有时为了计算方便也可取物料的进口状态座位计算基准，这时 Q1=0. 因为物料的比热容是温度的函数，式（ 23）中物料的比热容是指进、出口物料的定压平均比热容，对于进口物料取基准温度与物料进口温度的平均温度下的比热容；对于出口物料取基准温度与物料出口温度的平均温度下的比热容。 （二） Q6 设备向环境散失的热量 Q6 可按下式计算： Q6=∑ Aα T（ tTtO）τ 式（ 24） 式中 A—— 设备散热表面积 m2； α T—— 设备散热表面与周围介质之间的联合给热系数 W/（ m2℃）； tT—— 与周围介质直接接触的设备表面温度 ℃； tO—— 周围介质的温度 ℃； τ —— 过程持续时间 s。 （三）过程热效应 Q3 化学过程的热效应包括化学反应热与状态变化热。 纯物理过程只产生状态变化热；而对于化学反应过程，在产生化学过程热的同时，往往还伴有状态变化热。 18 比热的计算 一 、各物料比热容的 计算方法 （一）气体的比热容 理想气体的定压比热容： cp=（ 2n+3） /M 式（ 25） 式中 n—— 化合物分子中原子个数； Ｍ —— 化合物的摩尔质量， Kg/Kmol。 对于压力小于 5 105Pa 的气体的定压比热容，可直接用上式计算。 对于大于 5 105Pa的气体，首先用上式计算其理想的定压比热容，再通过对比压强 Pr 和对比温度 Tr 查图（见课本 P207）得实际气体与理想气体的定压比热容之差△ cp，△ cp 与理想气体的定压比热之和即为实际气体的 cp。 （二 ）液体的比热容 大多数液体的比热容在 KJ/(Kg ℃ )之间，少数液体例外，如液氨与水的比热容比较大，在 4 左右；而汞和液体金属的比热容很小。 液体比热一般与压强无关，随温度上升而稍有增大。 作为水溶液比热容的近似计算，可先求出固体的比热容，再按下式计算： C=Csα +(1α ) 式（ 26） 式中 C—— 水溶液的比热容 KJ/(Kg ℃ )； Cs—— 固体的比热容 KJ/(Kg ℃ )； α —— 水溶液中固体的质量分率。 （三）有机化合物的比热容 对 于有机化合物的比热容，可利用公式： C=1/M∑ nici KJ/(Kg ℃ ) 式（ 27） 式中 M—— 化合物的分子量， Kg/Kmol； ni—— 分子中 i种基团的个数； ci—— i种基团的摩尔热容， KJ/(Kmol ℃ ) 二 、 原料和产品物料的比热容 在本反应中的原料和产品的比热容由 吉林制药股份有限公司 提供 表 3 原料和产品的比热 苯胺在的比热 KJ/(Kg ℃ ) 醋酸的比热 KJ/(Kg ℃ ) 乙酰苯胺的比热 KJ/(Kg ℃ ) 氢氧化钠的比热 KJ/(Kg ℃ ) 19 酰化反应热量衡算 酰化一号罐的温度为 120℃ 热 量计算公式： Q=∑ Cmt KJ 式（ 28） 1. Q1 与 Q4 Q1 与 Q4 利用 式（ 28）计算得： Q1=∑ Cmt =Q 苯胺 +Q 醋酸 = Kg KJ/(Kg ℃ ) 120℃ + Kg KJ/(Kg ℃ )120℃ = 105 KJ+7 105 KJ = 105 KJ Q4= ∑ Cmt = Q 乙酰 苯胺 +Q 水 = KJ/(Kg ℃ ) 120℃ + (Kg ℃ ) 120℃ = 105 KJ+ 105 KJ = 105 KJ 2. Q6 可利用式（ 24）计算得： Q6=∑ Aα T（ tTtO）τ = 10 (140120) 12 3600/1000 =10368 KJ 3. Q3 的计算 Q3=nΔ H = 1000 = 105 KJ 4. Q2 和 Q5 的计算 根据能量守恒定理利用式（ 21）计算得： Q2Q5 = Q4+Q6 – (Q1+Q3 ) = 105KJ+10368 KJ（ 105 KJ。