年产-393-吨甲磺酸培氟沙星原料药车间工艺设计正文

年产393吨甲磺酸培氟沙星原料药车间工艺设计正文第六章设备选型6.1选型方法和原理6.1.1设备选型的目的化工生产是原料通过一系列的化学、物理变化的过程，其变化的条件是化工设备提供的。因此，选择适当型号的设备、设计符合要求的设备，是完成生产任务、获得良好效益的重要前提。6.1.2设备选型的依据设备的选择是根据物料衡算、能量衡算的数据进行的，根据物料衡算的数据可以从《化工工艺设计手册》上查取并选择所需的设备型号，在根据其所对应的参数结合能量衡算的数据对所选设备进行校核，使其经济上合理，技术上先进，投资省，耗材料少，加工方便，采购容易，运行费用低，水电汽消耗少，操作清洗方便，耐用易维修。6.1.3设备选型基准根据各单元操作反应的周期，计算出生产批次，在由总体积计算出单批生产体积，以此数据查找《化工工艺设计手册》，对设备进行选择。6.1.4假设或经验工艺参数在甲基化反应岗位中假设甲酸每秒钟的回流量为其总质量的：0.05%在甲基化结晶岗位中假设氨挥发量占其投入总量的：1%在成盐反应岗位中假设乙醇每秒钟的回流量为其总质量的：0.05%在精制反应岗位中假设乙醇每秒钟的回流量为其总质量的：0.05%在甲基化回流岗位中假设甲醛挥发量占其投入总量的：100%Q5+Q6=0%Q总填料系数=0.56传热模系数=895.98KJ/(m2·h·℃)6.1.5主要岗位的操作周期岗位名称甲基化中和成盐结晶精制结晶操作周期（min）300750144200902006.2常规设备的选型6.2.1甲基化反应釜的选型计算公式（甲基化周期300min，反应时间150min，辅助时间150min)V塔=m塔/ρ塔=714.76V甲酸=m甲酸/甲酸=1257.16V甲醛=m甲醛/m甲醛=473.82V乙醇=m乙醇/乙醇=859.01V水=m水/水=1094.63V总=Vi=4388.98日理论最大生产批次=24×60/300=4.8因日生产批次必定为整数结合实际生产情况，取日生产批次=3.4〈4.8填料系数=0.56单批生产需釜体积=V总/（批次×填料系数）=2612.48搪玻璃K式反应罐:3000L换热面积:8.9m2传热模系数:895.98KJ/(m2·h·℃)【核算】物料的初温为:25℃物料的末温为:102℃蒸汽的初温是:120℃蒸汽的末温是:110℃根据设备的热量平衡方程式：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6式中Q1——物料带入到设备的热量，kJ；Q2——加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量，kJ；Q3——过程热效益，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；由前述能量衡算可知：以进料口为基准Q1=0Q3=2561732.918KJ加热终态温度为:55℃Q4=∑micit=346909.54KJQ总=Q4+Q5+Q6由前述假设可得:故Q5+Q6=38545.50KJQ2=Q4+Q5+Q6-Q1-Q3=-2176277.868KJ△tm=(T1-t1)-(T2-t2)/ln(T1-t1)/(T2-t2)=35.16A=Q2/(批次·K·t·△tm)=8.216＜8.96.2.2甲基化蒸馏罐的选型计算公式（工作周期350min，反应时间200min，辅助时间150min)V=m/甲基物甲基物甲基物=752.11V甲酸=m甲酸/甲酸=1370.65V甲醛=m甲醛/m甲醛=253.47V乙醇=m乙醇/乙醇=859.01V水=m水/水=1094.63V总=Vi=4329.81日理论最大生产批次=24×60/350=4.11因日生产批次必定为整数结合实际生产情况，取日生产批次=3〈4.11填料系数=0.56单批生产需釜体积=V总/（批次×填料系数）=2577.26搪玻璃K式反应罐:3000L换热面积:8.72m传热模系数:895.98KJ/(2m·h·℃)【核算】物料的初温为:40℃物料的末温为:102℃蒸汽的初温是:120℃蒸汽的末温是:110℃根据设备的热量平衡方程式：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6式中Q1——物料带入到设备的热量，kJ；Q2——加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量，kJ；Q3——过程热效益，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；由前述能量衡算可知：以进料口为基准Q1=0Q3=1844206.85KJ加热终态温度为:102℃Q4=∑iimct=715040.0512KJQ总=Q4+Q5+Q6由前述假设可得:故Q5+Q6=79448.89KJQ2=Q4+Q5+Q6-Q1-Q3=-1049717.91KJ△tm=(T1-t1)-(T2-t2)/ln(T1-t1)/(T2-t2)=31.2692A=Q2/(批次·K·t·△tm)=3.75＜895.986.2.3中和反应釜的选型计算公式（工作周期750min,中和，结晶时间600min,辅助时间150min)V=m/甲基物甲基物甲基物=752.11V=m/氨水氨水氨水=421.81V乙醇=m乙醇/乙醇=687.21V甲酸=m甲酸/甲酸=822.41V水=m水/水=1817.05V总=Vi=500.59由于中和，结晶岗位的生产受甲基化岗位的限制，故其生产批次=3填料系数=0.56单批生产需罐体积=V总/（批次×填料系数）=2668.83搪玻璃K式反应罐:3000L换热面积:8.92m传热模系数:895.98KJ/(2m·h·℃)【核算】其方法同上（略）6.2.4成盐反应釜的选型计算公式（成盐周期150min,反应时间100min,辅助时间50min)V=m/甲基物甲基物甲基物=752.11V=m/甲烷磺酸甲烷磺酸甲烷磺酸=201.89V乙醇=m乙醇/乙醇=5391.18V水=m水/水=1193.03V总=Vi=7538.21最大理论批次=24×60/150=9.6填料系数=0.56结合实际反应情况取日批次=39.6因产量较大同时使用:2釜生产/批单批生产需釜体积=V总/（釜数×批次×填料系数）=2243.51搪玻璃K式反应罐:3000L换热面积:8.92m传热模系数:895.98KJ/(2m·h·℃)【核算】物料的初温为:25℃物料的末温为:82℃蒸汽的初温是:120℃蒸汽的末温是:110℃根据设备的热量平衡方程式：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6式中Q1——物料带入到设备的热量，kJ；Q2——加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量，kJ；Q3——过程热效益，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；由前述能量衡算可知：以进料口为基准Q1=0Q3=10944872.947KJ出料温度为:70℃Q4=∑iimct=773244.9618KJQ总=Q4+Q5+Q6由前述假设可得:故Q5+Q6=85916.10687KJQ2=Q4+Q5+Q6-Q1-Q3=-10085711.87KJ△tm=(T1-t1)-(T2-t2)/ln(T1-t1)/(T2-t2)=54.84A=Q/(K·t·△tm)=2.52＜8.96.2.5成盐结晶罐的选型计算公式的选型计算公式由于成盐结晶岗位的生产受成盐岗位的限制，故其生产批次=3因产量较大同时使用:2釜生产/批V=m/甲氟甲氟甲氟=863.24V乙醇=m乙醇/乙醇=5391.22V=m/甲烷磺酸甲烷磺酸甲烷磺酸=198048V水=m水/水=1160.72V总=Vi=7423.7填料系数=0.56单批生产需罐体积=V总/（釜数×批次×填料系数）=2209.4搪玻璃K式反应罐:3000L换热面积:8.92m传热模系数:895.98KJ/(2m·h·℃)【核算】其方法同上（略）6.2.6母液蒸馏釜的选型计算公式（总周期500min,生产周期360min，辅助周期140min)最大理论批次=24×60/500=2.88结合实际反应情况取日批次=2因产量较大同时使用:2釜生产/批V乙醇=m乙醇/乙醇=5934.51V水=m水/水=891.81V总=Vi=6826032填料系数=0.56单批生产需釜体积=V总/（釜数×批次×填料系数）=3093.89搪玻璃K式反应罐:3000L换热面积:8.92m传热模系数:895.98KJ/(2m·h·℃)【核算】物料的初温为:25℃物料的末温为:95℃蒸汽的初温是:120℃蒸汽的末温是:110℃根据设备的热量平衡方程式：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6式中Q1——物料带入到设备的热量，kJ；Q2——加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量，kJ；Q3——过程热效益，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；由前述能量衡算可知：以进料口为基准Q1=0Q3=4356663.49KQ4=∑iimct=444547.06KJQ总=Q4+Q5+Q6由前述假设可得:故Q5+Q6=49394.12Q2=Q4+Q5+Q6-Q1-Q3=-3853045.198KJ△tm=(T1-t1)-(T2-t2)/ln(T1-t1)/(T2-t2)=43.34A=Q/(K·t·△tm)=4.14＜8.96.3冷凝器的选型计算冷凝器操作条件下乙醇蒸汽方面的数据：质量流量1W=583.06（㎏/h)密度ρ=0.738（㎏/3m）导热系数λ=0.17（W/（m·K))进口温度T1=78.50（℃）允许压降△P=3920.00（Pa）相对分子质量Mr=46.07黏度μ=0.00（Pa·S）比热容Cp=2.46（kJ/(㎏·K))出口温度T2=39.50（℃）操作条件下水的数据：水质:处理过软水全年最高温度（℃）:30a、根据任务要求，确定设计方案①换热器类型的选择根据设计要求，采用固定管板式换热器②流动路径的选择由于乙醇蒸汽被冷却且要求压力降不允许超过3920Pa,按乙醇蒸汽走管内考虑；而却水为处理过的软水，结垢不严重，安排走管间（即壳程）。③冷却介质的选用及其物性按已知条件给出，冷却介质为处理过的软水，根据全年最高温度假定：冷却水进口温度（℃）t1=30冷却水出口温度（℃）t2=36其平均温度下冷却水的物性为：密度ρ2=994.700（㎏/m3）导热系数λ2=0.623（W/（m·K))黏度μ2=0.001（Pa·S）比热容Cp2=4.174（kJ/(㎏·K))④流速的选择乙醇蒸汽在管内的流速（m/s)取iu=20b、初算换热器的传热面积So①热负荷及冷却介质消耗的计算热负荷（kW)Q=W1Cp（T1-T2）=15.54冷却水的消耗量(㎏/h)W2=Q/Cp2(t2-t1)=2235.344②计算平均温度差△tm′﹐并确定管程数选取逆流流向，先按单壳程单管程考虑，计算出平均温度差△tm′:△t2=T1-t2=42.5△t1=T2-t1=9.5△tm′=(△t2-△t1)/㏑(△t2/△t1)=22有关参数：R=（T1-T2）/（t2-t1)=6.5P=(t2-t1)/(T1-t1)=0.124根据R，P值，查温度校正系数图（化工工艺设计手册，上册P2-279图15-14）可读得温度校正系数ΦΔt=0.857＞0.8，可见用单壳程单管程合适。因此，平均温差△tm=△tm′=22.0℃③按经验数值初选总传热系数0k（估）选取0k（估）=120W/（m2·K)④初算出所需传热面积0s′（m2）S0′=Q/0k（估）=5.9c、主要工艺及结构基本参数的计算①换热管规格及材质的选定选用Φ25mm×2.5mm钢管内径（mm)di=0.02外径（mm)0d=0.025②换热管数量及长度的确定管数(根）n=4V/iuπ2d=35管长(m)l′=0s/nπ0d=2.14按商品管长系列规格，取管长（m）L=3③管子的排列方式及管子与管板的连接方式的选定管子的排列方式，采用正三角形排列；管子与管板