制药工艺12046102

天津科技大学12级本科制药工程课程设计制药工程课程设计日产7吨乙酸丁酯夹套反应器设计学院：生物工程学院专业：制药工程（药物合成与设计）班级：120461姓名：段慧鑫学号：12046102指导教师：戴玉杰完成日期：2016.1.4天津科技大学12级本科制药工程课程设计目录前言…………………………………………………………………………………11.设计任务书……………………………………………………………………32.乙酸丁酯生产工艺流程………………………………………………43.物料衡算………………………………………………………………………53.1.计算反应器有效容积VR……………………………………………53.2.计算反应器总容积VT…………………………………………………64.釜体主要结构设计与选型…………………………………………………74.1.反应釜的釜体设计……………………………………………………74.2.反应釜的搅拌装置……………………………………………………94.3.反应釜的传送装置和轴封装置……………………………………105.釜体其他附件设计与选型…………………………………………………105.1支架和底座………………………………………………………………115.2人孔选型…………………………………………………………………115.3接管及其法兰选型………………………………………………………116.热量和载荷衡算………………………………………………………………136.1传热面积计算……………………………………………………………136.2反应釜总重载荷计算…………………………………………………13心得体会…………………………………………………………………………14参考文献…………………………………………………………………………15天津科技大学12级本科制药工程课程设计11前言乙酸丁酯基本信息：乙酸正丁酯，简称乙酸丁酯。无色透明有愉快果香气味的液体。较低级同系物难溶于水;与醇、醚、酮等有机溶剂混溶。易燃。急性毒性较小，但对眼鼻有较强的刺激性，而且在高浓度下会引起麻醉。乙酸正丁酯是一种优良的有机溶剂，对乙基纤维素、醋酸丁酸纤维素聚苯乙烯、甲基丙烯酸树脂、氯化橡胶以及多种天然树胶均有较好的溶解性能。密封阴凉干燥保存。物理化学性质：沸点126℃，凝固点-77.9℃，相对密度0.8825，折射率1.3951[1]，闪点，33℃凝固点-73．5℃，沸点126．11℃，闪点(开口)33℃，燃点421℃，折射率1.3941，比热容(20℃)1.91KJ/(kg?K)，粘度(20℃)0.734mPas，溶解度参数δ=8．5。相对分子质量116。用途：常用有机溶剂。检定铊、锡和钨。测定钼和铼。抗生素萃取剂。1、是优良的有机溶剂，广泛用于硝化纤维清漆中，在人造革、织物及塑料加工过程中用作溶剂，也用于香料工业2、GB2760一96规定为允许使用的食用香料。作为香料，大量用于配制香蕉、梨、菠萝、杏、桃及草莓、浆果等型香精。亦可用作天然胶和合成树脂等的溶剂。3、偶用于果香型香精中，主要取其扩散力好的性能，更适宜作头香香料使用，但用量宜少，以免单独突出而影响效果。可大量用于如杏子、香蕉、桃子、生梨、凤梨、悬钩子、草莓等食用香精中。4、优良的有机溶剂，对醋酸丁酸纤维素、乙基纤维素、氯化橡胶、聚苯乙烯、甲基丙烯酸树脂以及许多天然树脂如栲胶、马尼拉胶、达玛树脂等均有良好的溶解性能。广泛应用于硝化纤维清漆中，在人造革、织物及塑料加工过程中用作溶剂，在各种石油加工和制药过程中用作萃取剂，也用于香料复配及杏、香蕉、梨、菠萝等各种香味剂的成分。5、用于火棉胶、硝化纤维、清漆、人造革、医药、塑料及香料工业中.是一种优良的有机溶剂，能够溶解松香、聚醋酸乙烯、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯、氯化橡胶、杜仲胶、聚甲基丙烯酸甲酯等。6、用作分析试剂、色谱分析标准物质及溶剂生产方法：天津科技大学12级本科制药工程课程设计12由乙酸与正丁醇在硫酸存在下酯化而得。将丁醇、乙酸和硫酸按比例投入酯化釜，在120℃进行酯化，经回流脱水，控制酯化时的酸值在0.5以下，所得粗酯经中和后进入蒸馏釜，经蒸馏、冷凝、分离进行回流脱水，回收醇酯，最后在126℃以下蒸馏而得产品。生产工艺有连续法及间歇法，视生产规模不同而定。原料消耗定额：乙酸（98%）540kg/t、正丁醇650kg/t。近年来，开发应用固体酸、杂多酸等代替硫酸催化剂，以减轻设备腐蚀的科研报导日见增多，但尚未见成功用于工业生产的报道。关键字间歇反应釜式反应器；物料衡算：热量衡算：壁厚天津科技大学12级本科制药工程课程设计131.设计任务书日产量：7吨釜个数：1个每天生产1批设计参数及要求设计压力釜体内0.40MPa夹套内0.51MPa设计温度釜体内130℃夹套内145℃介质釜体内有机溶剂夹套内冷却水或蒸汽腐蚀情况微弱传热面积38.1m2搅拌型式框式搅拌器转速80r/min功率4kw单釜操作容积91.66m3单釜设备容积114.58m3筒体壁厚釜体12mm夹套11.5mm采用材料不锈钢0Cr13材料（GB4237)天津科技大学12级本科制药工程课程设计142.乙酸丁酯生产工艺流程1.反应釜选择不锈钢0Cr13材料（GB4237），因为反应物有轻微腐蚀性；反应釜为带有搅拌轴的夹套式反应釜，搅拌装置为闭式弯叶涡轮式，夹套采用整体式夹套。2.操作条件：①间接蒸汽加热；②塔顶压强：：0.30MPa（绝对压强）③进料状况：两管同时进料，一管为乙酸，另一管为正丁醇。均由泵从塔底输送至进料口。3.工艺流程图天津科技大学12级本科制药工程课程设计15Rv3.物料衡算查阅文献，整理有关物性数据乙酸：理化性质相对密度（水为1）：1.050凝固点(℃):16.7沸点（℃）：１１８．３粘度(Pa.s)：１．２２20℃时蒸气压（KPa）：1.5外观及气味：无色液体，有刺鼻的醋味。溶解性：能溶于水、乙醇、乙醚、四氯化碳及甘油等有机溶剂。材料：稀释后对金属有强烈腐蚀性，316＃和318正丁醇分子量:74.12熔点:-88.9℃沸点：117.25相对密度:d(20,4)=0.8908；蒸汽压:35℃(蒸汽压：0.82kPa/25℃)溶解性:微溶于水，溶于乙醇、醚多数有机溶剂稳定性:稳定外观与性状:无色透明液体，具有特殊气味危险标记:7(易燃液体)用途:用于制取酯类、塑料增塑剂、医药、喷漆，以及用作溶剂无色液体，有酒味.燃烧热(kJ/mol):2673.2临界温度(℃):287临界压力(MPa):4.90饱和蒸气压:0.82(25℃)闪点:35℃(闭口)，40℃(开口)粘度:2.95mPa.s(20℃)乙酸正丁酯：分子量：116.16。FEMA：2174。CAS：123-86-4。密度：0.8764熔点（℃）：-77.9沸点（℃）：126.1闪点（℃）：22（闭杯）折射率：1.3907（19℃）色状：无色液体。溶解情况：溶于醇、醚、醛等有机溶剂，溶于180份水。每天生产乙酸丁酯7吨，已知反应速度常数k为1.04m·kmol·h，投料摩尔比乙酸：丁醇=1：4.97，反应前后物料的密度为750kg·m，乙酸、丁醇及乙酸丁酯的相对分子质量分别为60、74和116。乙酸转化率为50%，辅助操作时间为0.5h。釜内物料类型为不起泡、不沸腾的物料，装料系数取0.8。设反应时间为0.55h。3.1计算反应器有效容积每天生产9t乙酸丁酯，则每天乙酸需要用量为:7000160.70.5116AOFkmol天津科技大学12级本科制药工程课程设计16116为乙酸丁酯相对分子质量因此可以算出W总=120.7×60+120.7×4.97×74=51633kg60为乙酸相对分子质量：74位丁酯相对分子质量故反应器的有效容积为:5163375068.84RV3.2计算反应器总容积VT反应器总容积VT为：368.8486.050.8RrVVm式中—装料系数，起泡、沸腾的物料，装料系数可取0.7--0.9]1[，取装料系数为0.8。4.釜体主要结构设计与选型4.1.反应釜的釜体设计4.1.1确定筒体的直径和高度对液-液相类型选取高径比1-1.3，在这取H/Di=1.2,估算筒体的内径为；天津科技大学12级本科制药工程课程设计17334486.054.501.2TIVDmHD将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径Di=5000mm，查《化工机械设计指导书》附录4,Di=5000mm标准椭圆封头曲面高度h1=800mm,直边高度H2=40mm,封头容积Vh=6.0558m3，表面积Fh=5.8231m2，每一米高的筒体容积V1=19.6350m3，表面积F1=16.27m2。186.056.055819.63519.6350RhVVHmV取H=5600mm，19.6354.364.50IHD复核结果基本符合原定范围1-1.34.1.2确定内筒的材料和壁厚反应釜的工作压力为水的饱和蒸汽压，应为在几个反应物中，水的沸点最低。查表得在t=130℃时，饱和蒸汽压为0.27兆帕。所以反应釜设计压力p=0.4MPa2dTPDCP0.450008.9421120.42TPDP材料为不锈钢0Cr13材料，设计温度下许用应力为112MPa。采用双面焊。所以，不锈钢腐蚀余量为0，查表钢板负偏差为0.6mm,所以8.940.69.54d查《化工设备设计基础》得，在内径为5000mm时，最小壁厚为12mm，所以这个反应釜的壁厚为12mm4.1.3确定夹套的直径和高度夹套材料选取16MR钢。反应釜内径为5000mm，所以查得夹套内径5200mm。夹套选择U型夹套，夹套与反应釜体之间为不可拆式的焊接。载热介质入口在上端，出口在下端。夹套高度：天津科技大学12级本科制药工程课程设计1869.55310pmn649.5531080mNmm4.1.4确定夹套的材料和壁厚夹套壁厚：考虑成本及压力因素，夹套材料选取16MR钢。反应釜内径为5000mm，所以查得夹套内径200mm。工作压力为145℃水蒸气饱和蒸汽压加上大气压=0.51MPa0.452009.30221120.3cinPDmmP9.300.2211.50mm封头形式与材料综合考虑，封头采用椭圆形封头，反应釜内径5000mm，查表得对应封头。得：封头曲面高度为900mm，直边高度40mm。下封头与反应釜体连接形式为焊接。采用双面焊。上封头采用法兰连接。封头材料选用碳素钢，查表得，内径为5000mm时，厚度为11.50mm，质量为7632kg。4.2.反应釜的搅拌装置4.2.1搅拌轴直径的设计电机的功率P=4KW,搅拌轴的转速n=80r/min，文献[4]235表11-1取用材料为1Cr18Ni9Ti，τ=40MPa，剪切弹性模量G=8.1×104MPa，许用单位扭转[θ]=1º/m。由得；天津科技大学12级本科制药工程课程设计196max49.5531080TMmNmm利用截面法得：由maxTMW得：6649.553109.553108040PWn搅拌轴为实心轴，则：3640.29.553108040Wd39.08dmm取40dmm4.2.1搅拌轴刚度的校核由3maxmax18010TMGJ得：64418019.5531080408.10.140因为最大单位扭转角:max0.878/1/mm所以圆轴的刚度足够。若考虑到圆轴与联轴器配合，d=40mm可能要进一步调整。4.2.3搅拌轴转速校核由于反应釜搅拌轴搅拌速率n=80r/min200r/min，故不做临界转速校核。4.2.4搅拌轴尺寸的设计搅拌轴的长度L近似由釜外长度L1，釜内未浸入液体的长度L2,浸入液体的长度L3三部分组成。即；L=L1+L2+L3其中L1=H-M