年产300吨防老剂BLE的生产工艺设计.doc

年产300吨防老剂BLE的生产工艺设计班级： 07级化工一班设计者：王延霞（200741604021）、同组者：侯养军（200741604037）、范绍娟（200741604005）、刘杰 （200741604012）、黄群 （200741604040）、 傅本艳（200741604036）指导教师：孙德帅时间：2010.9设计任务书一、设计名称：年产300吨防老剂BLE工艺设计二、生产任务与操作条件1、生产能力：年产量300吨 2、设备型式：搅拌反应釜3、操作条件: 每年按300天计，进行间歇生产三、主要原料及其规格：二苯胺 含量大于等于98%丙酮 含量大于等于98%苯磺酸 含量大于等于89%四、生产要求：转化率：99%产率： 97%五、制备方法：二苯胺与丙酮在苯磺酸存在下，于240-250进行缩合而得+CH3COOCH3C15H15N+H2O六、流程说明：将一定量二苯胺与苯磺酸，先于熔化釜中熔化，再送入缩合釜不断滴加丙酮在240-250下进行缩合脱水，直至反应完全，再将缩合物料放进蒸馏釜中进行蒸馏，先常压蒸出过量丙酮，作原料套用，后减压蒸出物料ble，釜残集中数锅后排渣 七、产品性质、规格及用途性质：为暗褐色粘稠液体。易溶于丙酮、苯、三氯甲烷等有机溶剂，微溶于汽油，不溶于水。无毒，贮存稳定性较好。产品规格：外观 深褐色粘稠液体粘度（30），Pas 5密度，gcm 1.08-1.12水分，% 小于等于0.3挥发 小于等于0.4用途：通用防老剂，适用于天然胶，合成胶、轮胎、管带等各种胶制品，对抗热，抗氧，抗曲饶，耐磨等皆有良好效应。设计目录一、物料衡算 6二、热量衡算 62.1、物料温度及相态变化时的热焓变化2.2、反应过程中的热焓变化及标准化学反应热2.3、设备热损失的计算2.4、总热量计算以及理论传热面积的计算三、 反应釜的设计 113.1、反应釜内径的计算 3.2、反应釜高度的计算3.3、夹套内径的计算3.4、确定夹套高度：3.5、核对传热面积3.6、计算夹套厚度：3.7、计算夹套封头厚度3.8、计算内筒筒体厚度3.9、确定内筒封头厚度四、搅拌器的设计15五、传热装置的设计165.1、传热结构5.2、高温热源5.3、搅拌反应釜给热系数计算5.4、搅拌器内壁传热面积与液面高度的计算六、传动装置的设计186.1、电动机的选型6.2、减速机的选型6.3、机座的选择6.4、底座的设计七、其他装置及配件设计197.1、反应釜的轴封装置7.2、法兰的选取7.3、釜体的开孔7.4、进料口和出料口7.5、人孔7.6、底座设计八、设计一览表22九、设备图23十、设计体会23十一、参考目录245一、物料衡算以1吨生产防老剂计算：0.85t二苯胺中含纯二苯胺:8500.98=833kg 含杂质和水：850-833=17kg0.35t丙酮中含纯丙酮：3500.98=343kg 含杂质和水：350-343=7kg反应生成的BLE：8331690.99209=1019.9kg 生成的水：8331690.9918=87.8kg未反应的二苯胺：0.01833=8.33kg未反应的丙酮：（5.91-4.930.99）58=59.7kg每批投料物料平衡表输入输出名称质量/kg组成%纯重kg 名称质量kg组成%纯重kg二苯胺850二苯胺 98杂质 2 83317防老剂Ble1031防老剂 98.9水 0.27未反应二苯胺 0.81019.92.778.33丙酮350丙酮 98杂质 23437废酸117.8苯磺酸 22.7水 77.326.791.1苯磺酸30苯磺酸 8926.73.3过量丙酮61丙酮 98水 259.7 1.22合计 12301230合计 12301230反应转化率：10001031100%=97%二、 热量衡算2.1、物料温度及相态变化时的热焓变化在融化斧中熔化阶段：设室温为25时加料，各种物料熔化温度为52.85丙酮（o）的：0时 =（41.743.5）1000=2.188kjkg25时 =1.3151.2=1.578 kjkg P1=mt=(343-59.7) 28=7932.4 kj二苯胺（）的: 0时 =127.5351119.628125.953169=1.315 kJkg25 =1.3151.2=1.578(kJkg) P2= mt+熔化热 =8331.57852.85-25+4052.854.930.99 =46559.8kj苯磺酸的：0时 =67.53569.628316.74122.604158 =1.113 kJkg25时 =1.21.113=1.3356 kJkg P3= mt+熔化热 =26.71.335652.85254052.8526.71580.99 =1336.75kJ P=P1P2P3=7932.446559.821336.75=55828.97kJ2.2、反应过程中的热焓变化及标准化学反应热+ CH3COOCH3 C15H15N+H2OQ=Hp+Hr2.21、Hp的计算：设反应过程温度为245由于温度变化引起相态的变化产生的热量： 二苯胺：52.85l245l=51.11117.22 =1.689kJkg Hp=mt=8330.991.68924552.85=267639.52kJ苯磺酸因在150分解所以因温度变化引起的相态变化热可以忽略丙酮在反应釜中被滴加进入反应釜的温度仍是熔化后的温度，因温度引起的相态变化热焓可以忽略2.22、Hr的计算： Hr=1000mAMA=标准燃烧热公式： =109.07n+二苯胺：=109.076354.41 =6925.81kJmol丙酮： =109.07627.2 =1772.32 kJmolBLE： =109.077954.4214.7 =8641.53 kJmol= =6925.81+1772.32-8641.53 =56.6 kJmol Hr=1000mAMA =10008330.9916956.6 =276191.2444kJQ=Hp+Hr =267639.52276191.2544 =543830.7744kJ2.3、设备热损失的计算设环境25 ，设备温度为245 反应1.5h=1.43=1.43=8.633kcalhK= = =9.91 kcalhK =18.543 kcalhK =18.5434.771.3362201.54.1868 =163267.9692kJ2.4、总热量计算以及理论传热面积的计算Q总=Hp+Hr+QL =38995.8845+543830.7744+163267.9692 =707098.7436kJQ=KATmCA=QKTmC 查数据手册得总传热系数为280-850kJ取传热系数为350 kJ A =707098.7436/2201.5 =6.122总理论传热面积为6.122三、 反应釜的设计 经查找各物料密度为：二苯胺：1.16 kgL 丙酮：0.788 kgL 苯磺酸：1.626kgL 反应物料的体积的大概值：V0833/1.16343/0.78827.7/1.626 =1.32 取反应的实际体积为1.5 反应釜体积的大概值： VV0 =1.50.85 =1.765 3.1、反应釜内径的计算 设HDi1.3 Di1.216 m 圆整得 Di1200 mm 3.2、反应釜高度的计算封头取相同的内径，计算可得曲面高度：h1300 mm ; h225 mm . 查表得Vh0.2545 m ; V11.131 m H1.7650.2545/1.131=1.336 m 1.4 m 于是 H/Di1.4/1.21.17 在允许的范围内可以使用. 3.3、DjDi10012001001300 mm.3.4、确定夹套筒体高度0.85 Hj0.851.7650.2545/1.1311.101 m3.5、核对传热面积查表得Fh=1.6552 F1=4.77 Fb=F1Hj=1.1014.77=5.252Fh+ Fb=6.90726.122符合标准 ，所以以上确定的夹套高度是可以的。3.6、计算夹套厚度内筒及夹套的受力分析： 工艺提供的条件为：釜体内筒中工作压力为0.2MPa ，减压操作时工作压力为0.1MPa，夹套内筒的筒体和下封头位既承受0.2MPa内压，同时又要承受0.3MPa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汽压力，此时筒内承受0.3MPa外压 夹套筒体与内筒的环焊缝，因检测困难，故取0.6,从安全计夹套所有焊缝均取0.6，封头采用有钢板拼制的标准椭圆形封头，材料均为Q235-B钢。夹套厚度计算如下： D=+C2 =5.17mm3.7、计算夹套封头厚度 夹套封头厚度计算如下： = 5.17 mm 圆整至钢板规格厚度并查阅封头标准，夹套筒体及封头厚度均取=8mm3.8、计算内筒筒体厚度承受0.2MPa内压时筒体厚度4.11承受0.3MPa外压时筒体厚度，为简化起见，首先假设=8mm,则=-C=-（C1-C2）=8-2.8=5.2由于夹套顶部距容器法兰面实际定为150mm，因此内筒内承受外压部分的高度为H-150mm，并以此决定LD0及D0之值 D0Di2n1300281316, LH150hh1 140015025300 1375 mm. 因此 LD13751316 =1.041, D0e13165.2 =253.08253由15-4图查得A0.00036,由15-5图查得B44，则许用压力：P44/13165.20.17 MPa0.3 MPa因此，当名义厚度为8mm时，不能满足稳定要求再假设n=10mm则e=7.2mm D0e=169.4169LD1.131.1 由15-4图查得A0.0006,由15-5图查得B68，则许用压力：P68/12207.20.4 MPa0.3 MPa因此，当名义厚度为10mm是筒体能满足0.3 MPa外压的要求，由于筒体既可能承受内压，又可能只承受外压，因此筒体壁应选取两者中之大者，即确定筒体厚度为10mm3.9、确定内筒封头厚度 承受0.2 MPa内压： D=+C23.38 承受0.3 MPa外压，设n10 mm，enC1C2100.827.2 ， A0.00082 由图15-5得，B92 P927.20.912200.603MPa 0.3 MPa 满足稳定要求。四、搅拌器的设计 反应为均液相反应且反应物黏度不高，所以宜选用桨式平直叶式搅拌器。又该反应对均匀程度无严格要求为了节省动力消耗，选用较小尺寸搅拌器。 取dD12,叶端切线速度 u1.5 ms,叶数 Z2 , D1.2 m, d0.6 m. 需要的转速 n48 rmin, 查图5-10得 Np9.7 取 dB6,即 A1.6 功率消耗为 : Ps 69.29 kgms 0.68 kw 所以搅拌器选型为： 桨式平直叶式，有挡板， d0.6 m（搅拌器直径） dB6 （叶宽0.1m Z2 （叶数Z2 功率消耗: 0.68kw轴径的计算 从本设计反应的特点和产品的纯度出发，在保证搅拌轴能安全平稳的运动的前提下决定采用实心圆柱A5钢作搅拌轴材料。轴径计算采用下式 = 式中 A为轴的材料和承载情况决定的系数，查得A=130 n为转速 为轴功率 kw=130 =31.45mm 考虑到轴上需要开键槽或浅空，则轴径增加10%。在增加2mm的腐蚀裕量，最后圆整至标准直径为40mm五、传热装置设计5.1、传热结构因为温度在240250下，故选择内部设置传热结构（蛇管）5.2、高温热源选用液体联苯混合物自然循环加热装置5.3、搅拌反应釜给热系数计算（浆式平直叶式，有挡板）搅拌釜内壁给热系数（h）D=1200mm=1.2m 由 =J(Re)(Pr)()=0.415(63.36)()()求得 h=65.14k cal/(mh ) 蛇管外壁给热系数（h）D=1200mm=1.2m搅拌器型式Re挡板Jabc浆式20400有0.4150.670.330.24导热系数 根据表5-13 取=22Kcal/(mh )根据表5-14 在250下，c=0.62Kcal/kg, =1.4510/(ms)平浆搅拌器： =0.87(63.36) ()()求得：h=111 k cal/(mh )5.4、搅拌器内壁传热面积与液面高度的计算V=0.1309D=0.226m , A=1.082D=1.558m, V=1.32 mA=(0.297+)D=6.13m , H=(0.0655+).=1.27m六、传动装置的设计带搅拌器的反应釜，需要电动机和传动装置来带动搅拌器转动，传动装置通常设计在反应釜的顶部，一般采用立式布置。电动机经减速装置将转速降至工艺要求的转速，再通过联轴器带动搅拌轴旋转，减速器下设置一几座，以便安装在反应釜的封头上。由于考虑到传动装置与轴封装置安装时要求保持一定的同心度以及卸装检修方便，常在封头上焊接一个底座，整个传动装置连几座及轴封装置都一起安装在这底座上。因此，反应釜传动装置的设计内容一般包括：选用电动机、减速机和联轴器、选用或设计机座和设计底座。6.1、电动机的选型电动机的功率除了要满足搅拌器搅动液体所需要的搅拌功率外，还要考虑轴封装置所产生的摩擦阻力以及颤动装置所产生的功率损失，如果电动机的功率过小，不仅达不到预期的搅拌效果，还会是使电动机烧毁，如果电动机的功率过大，则会使操作成本和投资费用增加。电动机的功率可下式确定: P=其中为轴封装置的摩擦损失功率。对于填料密封，其摩擦损失功率可取为搅拌功率的10%但一般不能小于373w，对于机械密封，其摩擦损失功率约为填料密封的10%-15% 为传动装置的机械效率，与其结构有关，一般为0.70.98 P=680+3730.85 =1238.8w根据实际需要的电动机功率，查询相关手册，选用功率为1.5kw,转速为1000r/min 型号为YB100L2-46.2、减速机的选型 此设计要求减速比为710/100=7.17根据选用的电动机的功率，以及搅拌转速，选用 两级圆柱齿轮减速机，查文献可确定减速机的型号为 LC 75 1 15，其减速比为7。6.3、机座的选择反应釜立式传动装置是通过几座安装在反应釜封头的底座上的。分解之前选用的电动机和减速机型号，以及实际暗中的各种因素，决定选用不带支承的机座。具体型号为J-A30 具体尺寸为尺寸（mm）重量（kg）D1D2D3D4D5D6HH1b1b2f1f2n1d1n2d2S260230200315285240340190161646614614816.16.4、底座的设计采用不锈钢衬里的机座，衬里材料为1Cr18Mn10Ni5Mo3N,厚度为=3mm.具体安装工艺见相关文献。七、其他装置及配件设计7.1、反应釜的轴封装置解决化工设备的跑、冒、漏、特别是防止有毒、易燃介质的泄露，是一个很重要的问题，因此在反应釜设计过程中选择合理的密封装置是很重要的。静止的反应釜封头和转动的搅拌轴之间存在相对运动，为了防止介质的泄漏必须采用密封装置，称为搅拌轴密封装置，简称为“轴封”。在反应釜中使用的是轴封装置，主要有填料箱密封和机械密封两种。前者以往使用较多，他的优点是结构简单，填料装卸方便，造价低，缺点是使用寿命较短，密封可靠性差。后者具有密封可靠，使用寿命长，很少需要维护，转轴几乎不磨损，功率消耗少，应用范围广等优点，但是造价高，安装精度要求高。根据本工艺特点，以及所选传动装置的匹配性，选用密封性能良好的机械密封，产品型号为 205 DgMtT1-30/2.5 HG5-751-787.2、法兰的选取连接管道使用的法兰，其功臣压力应根据容器设计压力或工程设计具体选择，并满足所连接的阀门等标准件的要求。根据文献，本设计中压力容器的发刊选用甲型平焊法兰，具体尺寸如下：公称直径（mm）法兰（mm）螺柱DD1D2D3D4bd规格数量1200133012901225124112384423M20361300143013901355134113384623M2040D 法兰外径D1螺孔中心圆直径D2 凸台直径D3凸面法兰凹槽直径D4凸面法兰凸台直径b法兰厚度d螺孔直径7.3、釜体的开孔为了使设备能够正常的操作与维修，在风头和筒体上需要开出必要的孔道以便于安装各种该附件，如各种物料的进出管口、仪表的接口装置和人孔等。7.4、进料口和出料口进料管伸进设备内以免物料黏在内壁。搅拌设备的加料管一班都是从顶盖加入，加料管下端的开口截成45出料口采用下出料形式，管口公称直径取Dg=50mm,Dmin=130mm.出料管口加设压料管，利用压缩氮气的压力压出物料。7.5、人孔由于釜体直径为1200mm，则选用直径为Dg=450mm的人孔一个，结构为旋柄快开式。7.6、底座设计为了易于保证底座与减速机几座连接，又使穿过轴封装置的搅拌轴运转顺利，要求轴封装置与减速机机座安装时有一定的同心度，一班都将两者定为安装面作在同一块底座上。八、设计一览表