1、南华大学化学化工学院毕业设计第 1 页 共 39 页引言近年来，随着社会经济的高速发展和人们生活方式的变化，我国心血管疾病的发病率及相关危险因素均有增加趋势。根据卫生部 2002 年全国居民营养与健康状况的调查资料显示，我国 18 岁以上公民高血压患病率达 18.8%，全国有高血压患者 1.6 亿。但全民对高血压的知晓率、治疗率及控制率都很低，并且农村低于城市，男性低于女性。心血管疾病已经成为了中国的首位死因，而心血管疾病是第一危害因素，我们面临的高血压防治任务是非常艰巨的。全套图纸加 153893706自 1963 年 Smith 发现“普萘洛尔”以来，各种类型的 受体阻滞剂逐渐被研制并应用
2、于临床，形成了庞大的 受体阻滞剂家族。它广泛应用于临床治疗高血压、冠心病及心律失常。国内应用 受体阻断剂治疗高血压病的报导很多，大多数为开放、平行对照的短疗程试验，目的是观察对轻中度高血压病患者的降压疗效与安全性。以治疗 4-8 周疗程，一般能使收缩压下降 1520mmHg。不论 受体阻断剂单独使用或与其他抗高血压药合用，都有明显的降压效果。但缺乏随机、双盲大规模多中心的长期临床试验报告。吲哚洛尔（pindolo,心得静）是瑞 Sandoz 公司开发的 受体阻断剂。在日本由三共公司引入技术开发，1972 年 8 月以 Carvisken 的商品名取得许可，从 1973 年 1 月开始销售片剂。
3、本品是一种安全、有效，价格便宜的降血压药。本品类似普萘洛尔，其强度为普萘洛尔的 6-15 倍，且有较强的内在拟交感南华大学化学化工学院毕业设计第 2 页 共 39 页活性，主要表现在激动 2 受体方面。激动血管平滑肌 2 受体所致的舒张血管的作用有利于高血压的治疗，对于心肌所含少量的 2 受体的激动，又可减少其心肌抑制作用。其主要用于窦性心动过速、阵发性室上性心动速和早搏等，对手术麻醉及甲状腺机能亢进引起的心律失常也有效；也用于心绞痛及高血压，与硝酸酯类或降压药联用有协同作用。 受体阻断剂治疗高血压病的作用方式仍未完全明了，其作用的机理，可能涉及中枢神经系统，抑制交感神经活性、肾素血管紧张素系
4、统，血浆容量，血管扩张剂前列环素，钙、心钠素及压力感受器的重新调整等。无内源性拟交感活性（ISA，即在阻断 受体的同时，具有部分 受体激动作用）的降压效应是由于降低心脏排血量而不是降低周围血管阻力，具有血管扩张性质的 受体阻断剂（即在阻断 受体的同时，具有一定的 受体阻断作用）如卡维洛尔降压作用则好于传统的 受体阻断剂，具有中高度 ISA 的制剂如扎莫特罗（Xamoterol）降低心排血量的作用则较弱。非选择性 受体阻断剂阻滞 2受体导致周围血管阻力升高（不能对抗 受体的血管收缩作用），在降血压作用上较 1选择性阻断剂的效果差。（1）吲哚洛尔的化学名及结构式：NHOCH2COH2HNCH33化
5、学名:1-(1H-吲哚-4-氧基)-3-(1-甲基乙醇)氨-2-丙醇 1-(1H-Indol-4-yloxy)-3-(1-methyethyl)amino-2-propanol分子式：C 14H2N2O2 ； 分子量：248.32； CAS 登录号：13523-86-9（2）物化性质：本品为白色或类白色的结晶性粉末；略有异臭。在微溶于甲醇或乙醇中，在水或苯中几乎不溶。熔点为 167171。（3）适应症：其主要用于窦性心动过速、阵发性室上性心动速和早搏等，对手术麻醉及甲状腺机能亢进引起的心律失常也有效；也用于心绞痛及高血压，与硝酸酯类或降压药联用有协同作用。（4）禁忌：吲哚洛尔能阻断 肾上腺素能
6、受体，诱发支气管痉挛，因此禁用南华大学化学化工学院毕业设计第 3 页 共 39 页于有哮喘史的病例和严重过敏反应者。在有心脏传导障碍的病人慎用。在糖尿病患者，吲哚洛尔与其他 受体阻滞剂能掩盖高血糖症状，因此，应用吲哚洛尔为相对禁忌。心肺功能不全、严重心动过缓、患者忌用；心功能不良者、孕妇及老人慎用。忌用于窦性心动过缓、重度房室传导阻滞、心源性休克、低血压症病人。充血性心力衰竭病人(继发性心动过速者除外)，须等心衰得到控制后始可用本品；不宜与抑制心脏的麻醉药(如乙醚)合用。第一章 指导思想和设计原则1.1 指导思想年产 4 万吨吲哚洛尔原料药的生产工艺设计来源于工业生产的实际需要。其原料来源广泛
7、，成本低廉，生产工艺比较简单可靠，适合大中小型企业生产。通过此次设计，了解设计的一般程序，初步掌握一定的设计方法，对一些化工设备有更深层的学习，能够较深刻的体会到现实生产与理论计算的差别，尤其要熟悉吲哚洛尔的市场前景及其整个生产工艺过程。知道目前吲哚洛尔的工艺路线是什么。了解吲哚洛尔的临床用途和工艺设计。在能耗方面，在设计中计算是存在误差的，在实际生产中必须考虑到这点，如能进行很好的控制就更好了。其生产工艺较为成熟先进，有利于学生的工程设计能力的培养与训练。为将来从事本行有重要的意义。 81.2 设计原则1.2.1 厂区的选择和布置根据 GMP 规范，对于药厂的选择应考虑一下因素：环境、供水、
8、能源、交通、自然条件、环保、符合城市发展规划、协作条件等。南华大学化学化工学院毕业设计第 4 页 共 39 页确定厂区后，根据药厂的组成和使用需要，结合有关技术要求，遵循国家的方针政策，按照对药品生产质量管理要求，结合厂区的具体条件、厂区的卫生、防火技术要求等进行分析综合，做到工艺流程合理，总体布置紧凑，以达到投资省、建设周期短、生产成本低、效率高的效果。具体规范可见医药工业洁净厂房设计规范 9。1.2.2 工艺流程工艺流程设计是整个设计中最重要的一部分，是车间设计的核心，且是车间布置设计的依据，工艺流程的设计是否合理、可靠、先进，决定了车间设计的成败与否。本次工艺流程的设计是一些已投入生产的
9、成熟的工艺流程的基础上，根据 GMP 规范和具体生产需要，进行的一些改造和完善，且对不同的剂型进行不同的工艺路线设计。1.2.3 物料衡算与能量衡算通过物料衡算可以深入得分析和研究生产过程，得出生产过程中所涉及的各种物料的数量和组成，从而使后续的能量衡算、设备选型与工艺设计、车间布置设计、管道设计等各单项设计的依据，因此物料衡算结果的正确与否直接关系到整个工艺设计的可靠程度。能量衡算的依据是物料衡算结果以及为能量衡算而收集的有关物料的热力学数据，如定压比热、相变热、反应热等。能量衡算的理论基础是热力学第一定律，即能量守恒定律。能量有不同的表现形式，如内能、动能、位能、热能和功等。在药品生产中，
10、热能是最常见的能量表现形式，且在多数情况下，能量衡算可简化为热量衡算。南华大学化学化工学院毕业设计第 5 页 共 39 页1.2.4 设备的选型根据 GMP 规范，对于本产品的制剂车间所需设备的应满以下规定：(1)洁净室内应采用具有防尘、防微生物污染的设备和设施；(2)设备的容量尽可能与生产的批量相适应；（3）设备保温层表面必须平整、光洁，不得有颗粒性物质脱落，表面宜用金属外壳保护；（4）对产生噪声、振动的设备，应分别采用消声、隔振装置，改善操作环境；（5）于药物直接接触的干燥用空气、压缩空气、懒惰气体等均应设置净化装置；（6）设备应能满足产品验证的有关要求，合理设置有关参数的测试点 10。1
11、.2.5 原料药车间的布置根据 GMP 规范，设计应遵循的原则有：（1）车间应按工艺流程合理布局，布置合理、紧凑，有利于生产操作，并能保证对生产过程进行有效的管理。（2）车间布置要防止人流、物流之间的混杂和交叉污染，防止原材料、中间体、半成品的交叉污染和混杂，做到人流、物流协调；工艺流程协调；洁净级别协调。 （3）车间应设有相应的中间储存区域和辅助房间。 （4）厂房应有与生产量相适应的面积和空间，建设结构和装饰要有利于清洗和维护。 （5）车间内应有良好的采光、通风，按工艺要求可增设局部通风 11。南华大学化学化工学院毕业设计第 6 页 共 39 页第二章 工艺流程的选择与设计2.1 工艺路线的
12、选择吲哚洛尔的合成始于 1972 年。目前，其合成方法比较多，下面介绍几种主要的合成方法。线路一：以 4-羟吲哚和（-）-表氯醇为起始物于氮气环境中反应 14h，将所得产物与异丙胺于 80下加热 20h。总产率为 70%。NHOCH2CHOH2CClOH2CCHH2CCl+ NaOHNHOHNHOCH2CHOH2CHNCHCH3CH3CHCH3CH3H2N线路二：以 N-苄基异丙胺和（-）-表氯醇为起始物，混合，逐步加入 4-羟吲哚。将所的产物提纯后于 H2/Pd-C 催化下脱去甲苯基。南华大学化学化工学院毕业设计第 7 页 共 39 页OHCCH2H2CCl CHNHH3CH3C CH2+
13、NHOHNHOCH2CHOH2CNCHCH3CH3H2C H2/Pd-C吲 哚 洛 尔线路三：以 4-（2-氨基-2-羟基丙氧基）吲哚和 4-（2-氨基-3-亚异丙基胺基丙氧基）吲哚为起始物，混合后逐步加入丙酮，将所的产物提纯后于 H2/Pd-C催化下加成 CN 双键。NHOCH2CHOH2CNCH3H3NHOCH2CHOH2CNH2 COH3H3H2/Pd-C吲 哚 洛 尔线路四： CH2CHCH2NHOH NHOCH2CHOHH2CClOHOH OH+ CHCH3CH3H2NSO2ClH3C , 吲 哚 洛 尔上述合成方法中，第一种合成方法最经典，收率较高，原料易得且便宜。同时考虑到生产任
14、务的艰巨性，必须选择中间体加以合成简化步骤，一步合成反应，后处理步骤也尽量少的，因此选择路线（1）的中间体二氧六环与异丙胺直接反应处理的产物，在 80下缩合 12 小时的得产物，总产率为 90%。南华大学化学化工学院毕业设计第 8 页 共 39 页NHO CH2 CHOHH2C Cl NHOCH2CHOH2CHNCH33CH33H2NA B C39+ HCl 11122 142022A B C 注意事项：反应在 80下进行，反应 12h，产物有腐蚀性，应做好防护。2.2 工艺流程图对选定的生产工艺过程进行工程分析和改善； 1绘制工艺流程示意图； 2绘制工艺流程图（见附图 A2 图纸） 3二氯甲
15、烷 NaOH酒石酸乙酸乙酯苯二氧六环 异丙胺缩合蒸干溶剂回收 HCl混合搅拌萃取减压浓缩过滤蒸馏产品南华大学化学化工学院毕业设计第 9 页 共 39 页图 2.1 工艺流程简图第三章 物料衡算3.1 生产能力计算（1）全年生产时间 根据设计任务，生产因子=生产装置每年开工时间/年自然时间。为充分利用设备，生产因子应取得较大，接近 1，但是有不可能等于 1，因为还要考虑到设备的检修以及开停车等情况。一般取为 0.90.95，全年 365 天，则年生产300330 天。因此除去季保养、月保养、修理、放假等，年工作日一般为 320天。每天有效工作 3*8=24 小时（全天实行 3 班倒换制度） ，剩
16、余时间为大修、中修、休假、休息时间。（2）平均每天制取吲哚洛尔的粉末总量（连续生产平均值）由上述生产工艺知，制备一批吲哚洛尔的原料大约需要 12 小时。考虑到本反应的时间比较长，设计生产任务重，为充分利用人力物力资源，可适当扩大规模使用多部设备同时运行。这里设定由四个厂房每个产房为 8 套设备。每套设备每天出两批产物，每批 1979.6kg，则日产量=1979.6*2*8*4=126.6* kg，每个厂 8 套设备，所以月生产量约为 126.6 吨，103南华大学化学化工学院毕业设计第 10 页 共 39 页年生产量约为 4 万吨。（3）产品的规格及产量表 3.1 生产能力名称 规格 产量/天
17、 产量/年吲哚洛尔粉末 粉末（纯度 98%） 126.6kg 4 万吨3.2 物料衡算3.2.1 物料衡算示意图二氧六环 异丙胺 收率 90% 图 3.1 物料衡算示意图39+ HCl 11122 142022A B C D设定生产一批产品1与2的进料比为 1:0.4表 3.2 各物料的物性数据：3.2.2 物料衡算为：实际需要 A=2000/99%=2020kg/h实际需要 B=800/99%=808kg/hC=248/225.5*2000*90%=1979.60kg/hD=36.5/225.5*2000=323.72kg/h剩余异丙胺=800-59/225.5*2000=276.72kg/
18、h杂质=2000*1%+800*1%=28kg/h分子量 工业物料纯度 进料比 进料量 转化率 收率A 225.5 99% 1 2000 99.9%B 59 99% 0.4 800C 248 90%D 36.5缩合吲哚洛尔异丙胺氯化氢杂质南华大学化学化工学院毕业设计第 11 页 共 39 页废料=2020+808-1979.6-323.72-276.72-28=171.96kg/h表 3.3 缩合反应物料衡算表物料名称工业品量(kg/h)组成含量(%)杂质量(kg)物料名称 流量(kg/h)吲哚洛尔 1979.6二氧六环2020 99 20HCl 323.72剩余异丙胺 276.72异丙胺 8
19、08 99 8剩余二氧六环204输入杂质及废料 199.96总计 2828 28输出总计 2828第四章 能量衡算为确定放音过程中的热量消耗，需要对缩合步骤进行能量衡算，其他能量通通以电能代替，在此不做计算，设定原料加入是为室温 25，釜内反应温度为 80，物料出料也为 80 ，由于连续反应，设定设备升温需要的热量和设备向外散热总量约为反应过程釜中补充热量的 10%，回流冷凝器的热量忽略不计。以反应釜为衡算对象，热量衡算示意图如下：图4.1缩合反应釜的能量衡算示意图4.1 热量平衡方程式设定加入原料的温度均为25，出料温度为80，回流冷凝器中的热量忽略不反应原料带入热量1 缩合反应釜反应需补充
20、的热量2反应过程热效应 3夹套降温所需热量5反应产物带出热量4向环境的散热量 6南华大学化学化工学院毕业设计第 12 页 共 39 页计。则为：4.2 计算 4各物质 的计算：二氧六环和异丙胺，用基团贡献法估算其 ，其结构式分别 为： NHOCH2CHOH2CCl由文献查得，如下：表 4.1 其各种键的 增量（ 298K）298键 增量（J/molK）键 增量（J/molK）C-H 7.29 C-C 8.29C-Cl 19.34 C-O 11.3C-N 8.8 O-H 11.3N-H 9.6由 = 得：2981的 =11.3*3+8.8*2+19.34+8.29*10+7.29*10+9.6+
21、11.3=251.64J/molK298异丙胺的 =9.6*2+8.8+8.29*2+7.29*7=95.61J/molK298反应流出两物质在 T=80下，使用公式 =A+BT+C +D 估算，注意温度，得： 2 31的 =302.4J/molK 2的 =161J/molK则有， =302.4*0*（80-25）+161*302.4*（80-25）=2.67x KJ4 1031+2+3=4+5+6设：Q 5+Q6=15%*Q2，基准温度为 25, 则：Q 1=0于是，热平衡式可写成 Q2+Q3= Q4+15%*Q2即：Q 2=（Q 4Q3）/0.90南华大学化学化工学院毕业设计第 13 页
22、共 39 页4.3 计算 ：公式为 =3 3+因其反应主要为化学反应，所以物理过程热效应忽略不计，即 =0。Qr 计算式：GA/MA*qr （单位以 KJ ，mol, kg 计） 式中 qr:标准化学反应热 KJ/mol GA:参与化学反应的 A 的物质量 kgMA:A 物质分子量qr 与 qf 之间的换算：qr=(qf)p-(qf)R式中 (qf)p:生成物的标准生成热 KJ/mol；(qf)R:反应原料的标准生成热 KJ/mol。qf 与 qc 之间的换算：qf=ni(qa)i-qc式中 qa:组成该化合物的各元素标准燃烧热 KJ/摩尔原子ni:化合物中同种元素的原子数 表 4.2 其中个
23、别元素的燃烧热为：C C2 N 2 Cl HCl H O2395.15KJ/mol 0 316.52KJ/mol 143.15KJ/mol4.4 计算1的燃烧热用卡拉奇法（Khrasch） + 1CO2 + 5.H2O + HCl + 0.5N227.5ONHOCH2CHOH2CCl同以上两步计算，得 qc=5920.65KJ/mol,qf=-470.155KJ/mol即整个过程化学反应热为-470.155-339.49-（-366.74）=-442.905KJ/molQr=GA/MA*qr=(1000+1000)/(133*0.5+92.5*0.5)*(-442.905）=-7.86*103
24、kJ/molQ3=Qr=-7.86*103kJ/mol 则热负荷 Q2 计算（需加热）：南华大学化学化工学院毕业设计第 14 页 共 39 页Q2=（Q4 Q3）/0.90 =2.67* KJ/mol -(-7.86* kJ/mol） /0.90=1.2*103 103KJ1044.5 计算循环水的流量反应中用热水进行加热，查得普遍夹套传热系数 K=156Kcal/（m*h）夹套中热水进口温度为 80 度，出口温度为 50 度，水的比热容 Cp 为 4.2 KJ/（kg） ，则每小时的热水用量为：G=Q2/Cp（t 进-t 出）= 1.2* KJ/4.2*（80-50）=95.2kg/h104
25、表 4.3 热量衡算表项目名称 热量/KJ.h -1 项目名称 热量/KJ.h -1过程热效应 Q3 -7.86*103 产物带出热量 2.3*103补充加热 Q2 1.2*104输出 设备散热、升温 1.84*103输入合计 4.14*103 合计 4.14*103第五章 工艺设备设计及选型5.1 制药设备在制药生产中的地位与作用制药设备的主要作用是：提供了生产药品进行各种化学（或生物）反应的环境，提供了生产药品进行各单元操作过程的环境，保证药品生产高质量、高效率、安全可靠的进行。可见，工业生产过程中进行的化学反应过程，即与反应本身的特性有关，又与反应设备的特性有关。不同的反应器型式，不同的
26、操作方式，物料流动状况不同，传热与传质的情况也不同。南华大学化学化工学院毕业设计第 15 页 共 39 页5.2 搅拌反应釜的结构5.2.1 搅拌釜:此反应为液液混合物反应，反应过程还需要补充热量，为提高传热与传质效率，促进反应进行，减少副产物的生成，往往选择搅拌釜式反应器，下面一律简称反应釜。用作反应容器的搅拌釜简称为反应釜，筒体一般是立式的，釜底一般为椭圆，材质为钢板，配有封头、搅拌器、减速机、夹套、蛇管等零部件，封头上还设有接管口、温度计口、人孔、手孔。视镜等。为防止腐蚀，内壁衬有搪玻璃、聚四氟乙烯、橡胶等。釜盖与釜体通过螺纹拧紧连接的叫开式釜，直接通过焊接不可打开釜盖的叫闭式釜，装料系
27、数，反应物料的性质，搅拌特性和搅拌器层数决定着釜的装液高径，一般取1-1.3，不超过6。可见反应釜的选择很复杂也很重要。5.2.2 搅拌器:搅拌器由搅拌桨和电机构成，电机安装在反应釜釜盖正上方。搅拌桨分为六叶直叶圆盘涡轮、六叶弯叶圆盘涡轮、四叶直叶涡轮、六叶斜叶涡轮、三叶片式、螺带式、双叶桨式、搪瓷锚式等。搅拌器功能是使釜内液体产生循环流动，通过流动混合液中的一种液体被分散成一定尺寸的液团，这些液团又被带往釜内各处，造成设备尺度上的宏观均匀。但要达到液团尺寸很小的程度，需要流动达到湍流，且程度很高。对不互溶的液体，同种液滴不断的分散又重新破碎，此时就需要加入一些表面活性剂，使液滴在碰撞时难以合
28、并，从而达到混合均匀的目的。由于此反应要求传热良好、混合良好且反应液体的粘度较低，所以选择螺带式搅拌器。5.2.3 搅拌附件为提高搅拌效率，首先要解决液体搅拌过程中的打旋问题，叶轮旋转，带南华大学化学化工学院毕业设计第 16 页 共 39 页动液体流动，液体随离心力涌向釜壁，中心形成漩涡。打旋时各层液体之间无速度梯度，不能提供小液滴分散所需的剪切力。我们可以安装条形挡板或者采取偏心安装的方式解决打旋问题。其次若搅拌桨周围没什么约束，液体的流动将不受控制，小液滴的形成将长短不一，达不到充分混合的效果。为解决此问题，可设置导流筒，严格控制小液滴的流动方向，使每滴小液滴都通告髙混区，同时还消除短路和
29、死区。螺旋桨式 安装在叶轮外面，涡轮式安装在叶轮上方。导流筒直径一般约为釜直径的70%。5.3 反应釜设计以下以第一步缩合反应为主设计反应釜。5.3.1 釜体容积、形式及材料由于该反应液液混合反应，原料粘度低，反应压力为常压，温度也不高，存在HCl腐蚀性物质生成 据文献资料显示，该步骤工艺要求的工作压力不高,并就温度以及该反应的物料腐蚀性方面考虑,选用带搅拌的圆柱形筒体,椭圆形封头.反应所需的是带搅拌的低压反应釜类.故选用闭式搪玻璃反应釜。(1)初步确定釜盖和筒体直径:计算加入反应釜物料的总体积,来决定反应釜容积大小表5.1 缩合步骤物料性质物质 质量(Kg)密度(kg/ m3)体积( m3)
30、占总质量的百分比（%）输入 二氧六环2020 1160 1.74 71异丙胺 808 600 1.34 29合计 2828 3.08南华大学化学化工学院毕业设计第 17 页 共 39 页因本反应周期较长，采用间歇操作,故所计算的均为每天的输入体积。则输入体积V=3.08 ，因为设备容积V=3.08，总容积 V与设备容积Vp的关系为3Vp,因反应釜带搅拌器，参照设备装料系数（表8），取=0.7，故总容积V=Vp/=3.08/0.7=4.4，由资料可选用5 的釜。35.3.2 筒体和封头的几何尺寸：（1）筒体和封头的型式：选择圆柱形筒体及椭圆形釜盖。（2）确定筒体和封头的直径：设备容积要求5，反应
31、物料为液固型，故由式 计算内径，因反应物料为液固型，参照表3.3得，34lVDH.1/it，取高径比为1.2。则D1估算为： = =1.61m。134lVDH3450.81.2将 的估算值圆整到公称直径系列，参考文献资料314，取筒体内径，其高度 mHt20。 20iDm由常用压力容器手册中以内径为公称直径的椭圆封头的尺寸表3-2-1初选曲面高度 = 500mm,直边高度 =50mm，厚度范围20-50mm,内表面积4.6501 ，1 2 2m容积Vd=1.2043m3 。（3）确定筒体高度 当 =2000mm， =500 mm，V封 = 1.2043m3时，1H1D0h按式（Vd即封头体积）
32、计算筒体高度，即H= =1.7082m，将2diV-D4 51.2043422其圆整到H=2.2m，再核算装液高径比：H/D=2.2/2=1.1,由表3.3可知符合设计要求。表5.2 设备装料系数条件 装料系数范围不带搅拌或搅拌缓慢的反应釜 0.80.85带搅拌的反应釜 0.70.8封头内径取筒体内径值采用椭圆型封头，南华大学化学化工学院毕业设计第 18 页 共 39 页易起泡和再沸腾条件下操作的设备 0.40.6储槽和计量槽 0.850.9表5.3 几种反应釜的Ht/Di值种类 釜内物料类型 Ht/Di液固相或液液相物料 11.3一般反应釜气液相物料 12发酵釜类 1.72.55.3.3 夹
33、套几何尺寸：确定夹套直径根据资料，整体夹套的直径 jD与筒体内径 i的关系是5：表5.4i500-600 700-1800 2000-3000j+50i +100i +200iD当 时， 。203iDm20Djim故 。夹套封头也采用椭圆形，并与夹套筒体取相20j同直径。 确定夹套高度夹套高度不能低于料液高，在给定装料系数 条件下，由化工设备机械基础查得夹套高度 可按照下式估算8： 。式中：2H米封 ）（ 12/VH封V封头容积， ；31.04Vm封1一米的筒体容积， 。2南华大学化学化工学院毕业设计第 19 页 共 39 页所以， ，取 。0.8-1.243H=.65m1.8H釜体及夹套强度
34、计算 釜体材料、压力的确定13釜体材料选用Q235-C碳素钢板，查常用压力容器手册许用应力表1-7-12“钢板许用应力值”,碳素钢板在150下得许用压力为 atMP125。压力荣器选型中主要的载荷是内外压，应选择压力均指在相应反应温度下用以确定容器壳体厚度的压力。其值不不得小于最大反应压力，而最大反应压力系指正常操作情况下，容器顶部可能出现的最高反应压力。根据资料，设计内压压力为 aMP1.0，设计外压的取法是考虑操作过程中出现的最大压差，故取 aP5.为设计外压。 夹套和釜盖壁厚计算夹套壁厚计算公式为： CPDtid)2/(式中： P设计外压， aMP；iD筒体内径， m；t许用压力， a；
35、焊缝系数；C壁厚附加量， 。C由钢板厚度负偏差C1，腐蚀裕量C2及热加工减薄量C3三部分组成，即 321。由表3.5初步选取 m6.01，根据资料 其中K为腐蚀率-（mm/,B年），B-容器的使用寿命（年），而主要容器设计寿命一般不少于15年，再由原料的腐蚀性初选 C2， 3，则 mC6.2。表5.5 钢板厚度负偏差C1值 (单位：mm)钢板厚度 2.0 2.5 3.2-3.5 4.5-5.5 6-7 8-25南华大学化学化工学院毕业设计第 20 页 共 39 页负偏差C 0.18 0.2 0.25 0.5 0.6 0.8所以：itPD0.52=.6705219Cm根据钢板规格进行圆整，取 m
36、d8。夹套封头壁厚 CPPti )5.02/(式中： 、 iD、 t、 同上，而此处热加工减薄量 m5.03。所以， mC1.36.321 ，代入得itP052= .7520.5.9根据钢板规格同样选取 8。工程上筒体和封头往往取同厚，这样也易于焊接。 釜体的筒体和封头壁厚计算按承受 aMP1.0的内压设计：itD0.12=.6349259Cm按承受 a5.0的外压设计：itP0.2“=.67052159根据钢板规格取 md8，考虑到反应釜能有较长的使用寿命，取md12，又考虑到封头与筒体的焊接方便，取封头与筒体等壁厚 m12。南华大学化学化工学院毕业设计第 21 页 共 39 页5.3.4
37、搅拌器选型及传动装置计算与选择物料平均密度和粘度加入的原料的平均密度为：= 3160.52480.3160.8157.4/kgm三者的粘度经查资料并适当放大，取平均粘度为 .aps 搅拌器选型 因为物料中有固体物质需要溶解，故操作要求搅拌器具有较强的剪切作用和较大的循环流量，所以涡轮式最为合适。虽然推进式的循环流量更大，但剪切作用较小，所以适用于小容量的固体溶解过程，此处不合适。综合考虑，选用涡轮式搅拌器，材料选用不锈钢 TiNCr198。搅拌器设计搅拌器选用六折叶对开圆盘涡轮式。根据经验选取： 4:520:bld, 5.02/Dd，故取值d/D=0.4。 斜叶 ， 叶端圆周速率 smv/4，
38、4式中： 容器内径， ；d搅拌器直径， m；l叶片长度， ；b叶片的高度， ；又因为， ，20D所以 。8,160.dmlbm搅拌转速为 。34.59/./in3.15vnrsr搅拌雷诺数为 3002208.17.84Re .dp因为当 达到300以后，有足够的能量传递给液体并引起打旋，但对于装有挡板的系统，挡板能有效地抑制打旋，因此应该选用挡板，如此，还能强化南华大学化学化工学院毕业设计第 22 页 共 39 页传热与安装。有资料显示，安装4块宽度为 D10/即 的挡板即可满足全挡.2m板条件5。搅拌功率计算因为 Re在 10的范围内，且有挡板，所以搅拌功率应选用如下公式： 53dnPs查制
39、药工程学的图6-33 搅拌器的功率曲线，当 时，其Re159.4。所以，搅拌功率。3525.17.8490.89.65.8sPnd wk符合额定功率范围 k。电动机功率设计轴封装置摩擦损失功率为5%，传动机械效率为90%，则电动机功率P589(10.5)N6834s wk电搅拌轴的直径计算考虑到温度以及耐腐蚀的影响，搅拌轴材料选用不锈钢 TiNCr198，其直径范围为 m2508。查得其 aMP251， 3.41A。搅拌轴直径：cmnNAd3式中：N轴上传递的功率， kw；n轴功率， i/r；d轴最小计算直径， c；A随许用剪应力 变化的系数；轴材料的许用剪应力， 2/cmkgf。由于搅拌器的
40、摩擦损耗功率不大，故直接用电动机功率来计算轴径。 6.84kwN电 ， n=95.r/i,A1.0。南华大学化学化工学院毕业设计第 23 页 共 39 页所以，搅拌轴直径：336.84120.95NdAcmn考虑到各种因素搅拌轴直径取 。9m电动机和减速机选型5反应釜的电动机大部分与减速机配用，只有在搅拌转速很高的时候，才会有电动机不经减速而直接驱动搅拌轴。因此，电动机的选取一般应与减速机的选用配合考虑。在很多场合中，电动机与减速机配套供应，设计时可根据选定的电动机选配套的减速机。已知搅拌轴转速为 ，电动机功率为 。 95./minr6.84kw根据物料性质并参照搅拌与混合设备设计手册初选隔爆
41、型异步电动机YB型，及XL类型的摆线针轮减速机，标准代号为 ，具体型号及参/319.2HGT数为：XL9；7.5kw。机架和联轴器的选型因设计中电动机与变速器具有两个支点，搅拌轴传递而来的径向和轴向载荷适中，且轴封本体没有可以作为支点的轴承，选用单支点机架，按照附录A进行选取，选择型号为 。其配套轴联器尺寸为/319.HGT10LDJA，具体数据参见资料。02()m5.3.5 反应釜支座的选取反应釜一般采用耳式支座，根据前面设计出的反应釜，选用的支座型号依据 92475/TJB，耳座型号选 ，其材料为 ，30个 24M，地5A1.640pND脚螺栓使用。并根据常用压力容器手册中表3-1-18“
42、耳座安装尺寸D（mm）”有：表5.6支座号 公称直径 垫板厚度 筒体名义厚度 安装尺寸5 2000 10 12 2256南华大学化学化工学院毕业设计第 24 页 共 39 页5.3.6 人孔选择与补强人孔选用常压人孔，标记为人孔 795JB，全平面性孔，直径md50，故补强圈尺寸为：外径 mD8401，内径 mD5342。补强圈厚度为： ds 6)/()/(2外考虑到釜体和人孔筒节都有一定壁厚裕量，故补强圈取 厚。5.3.7 接管和法兰的选择公制管法兰及管道采用 或 标准法兰。20596HG476HGJ因物料的毒性，人孔法兰选 .1DNp，水蒸气进管采用 5.32无缝钢管，法兰为 ，出管采用相
43、同钢管，其法兰为 。1.6pND1.pND温度计接管采用 5.32无缝钢管，法兰为 。640进料管采用 .45无缝钢管，法兰为 ，出料管采用相同的1.p钢管。法兰垫片选耐酸石棉板， 。vm其它反应釜均按此例示进行设计，不再赘述。表5.7反应釜主要数据如下反应釜材料 Q235-C釜内压力 0.1MPa釜外压力 0.5MPa加热形式 夹套加热加热介质 水蒸气筒体高度 2200mm筒体直径 2000mm筒体壁厚 12mm筒体封头厚度 12mm筒体封头容积 1.2043m3南华大学化学化工学院毕业设计第 25 页 共 39 页夹套直径 2200mm夹套高度 1800mm夹套封头直边高度 50mm夹套封
44、头曲面高度 500mm夹套套体及封头壁厚 8mm搅拌器类型 六折叶涡轮式电机功率 6.84kw5.4 其它设备的选型5.4.1 离心泵的选择根据物料性质和处理物料量，结合工艺参数的要求，由化学工程师技术全书表4.146选用SJA型化工流程泵。另外，在水解时产生的大量气体需要用水流真空泵吸收，采用2BE1型水环真空泵。5.4.2 分离设备的选择因为所分离的物料为固相脱水，故我们选用过滤离心机中的三足式离心机，其脱水效果与洗涤效果均优，晶体破碎率低，适合本工艺。另需一台真空抽虑机。5.4.3 干燥器的选型因为设计中干燥的目的是除去成品中的水分，5-FU成品为固型晶体干燥，其熔点接近300C，故水分
45、可以水蒸气形式由空气带走，综合考虑其物理性能、经济实用性与产品品质要求，由化工工艺设计手册表17-2，选择真空厢式（间歇式）干燥器。5.3.4 减压蒸馏设备的选型减压蒸馏原理：液体的沸点是指它的蒸气压等于外界压力时的温度，因此南华大学化学化工学院毕业设计第 26 页 共 39 页液体的沸点是随外界压力的变化而变化的，如果借助于真空泵降低系统内压力，就可以降低液体的沸点。减压蒸馏是分离可提纯有机化合物的常用方法之一。它特别适用于那些在常压蒸馏时未达沸点即已受热分解、氧化或聚合的物质。间歇精馏有两种基本操作方式：其一是馏出液组成恒定的间歇精馏操作，即馏出液组成保持恒定，而相应的回流比不断地增大；其
46、二是回流比恒定的间歇精馏操作，即回流比保持恒定，而馏出液组成逐渐减小。根据设计需要，选用第一种操作方式即馏出液组成恒定的间歇精馏操作。参考资料，按标准选取塔径为1600 ，塔截面积为2.01 ，塔板间距为m2mm450的精馏塔。由表3.6选取JL-7型。并选取与该精馏塔相配套的全凝器和再沸器。 表5.8 有关减压蒸馏器型号参数型号 公称容积 筒体规格 电机JL-1 100L 500500 15KW-4JL-2 200L 600600 15KW-4JL-3 400L 800800 22KW-4JL-4 600L 900800 30KW-4JL-5 800L 9001100 30KW-4JL-6
47、1000L 11001000 40KW-4JL-7 1500L 12001200 55KW-45.3.5 冷却器的选型比较各种换热器的优缺点，选择固定管板式换热器。此种换热器单位体积具有的传热面积较大且其传热效果较好；此外，还有结构简单，制造材料范围广，操作弹性大，造价低廉等优点。因此种换热器壳程不易检修和清洗，因此，故设计中冷却水走壳程，冷却物料走管程。参照管壳式换热器系列标准，选择型号为 IBEM2196.840的换热器。即列管尺寸为 m19，管心距为 m25，公称直径为 m，管程数为2，总管数为164，中心排管数为15，管程流通面积为0.0145，列管长度为 0，换热面积为 26.8的固定管板式换热器。南华大学化学化工学院毕业设计第 27 页 共 39 页5.3.6 贮罐的设计计算设计中所用的贮罐选用立式椭圆形封头贮罐。贮罐容积计算公式：mV式中： m物料质量， kg；物料密度， 3/；装料系数，一般贮槽的装料系数为 9.085.，此处我们取。0.9故甲醇回收液贮罐容积为：，取0.4立方的储罐。3259.01.
