年產5000噸乙酰苯胺的車間生產工藝設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 表2 減壓蒸餾崗的物料衡算 進料出料進料名稱組分名稱組分量（kg）進料名稱組分名稱組分量（kg）乙酰苯胺剩余醋酸醋酸剩余苯胺苯胺剩余水水產生水雜質乙酰化產乙酰苯胺消耗醋酸消耗苯胺產生水235合計：合計： 能量衡算 概述當物料衡算完成后，對于沒有傳熱要求的設備，可以由物料處理量，物料的性質及工藝要求進行設備的工藝設計，以確定設備的型式、臺數、容積及主要尺寸；對于有傳熱要求的設備，則必須通過能量衡算，才能確定設備的主要工藝尺寸。合成藥物的生產中，無論是進行物理過程的設備，或是進行化學過程的設備，多數伴有能量傳遞過程，所以，必須進行能量衡算。1. 能量衡算的目的與意義對于新設計的生產車間，能量衡算的主要目的是為了確定設備的熱負荷。根據設備熱負荷的大小、所處理物料的性質及工藝要求再選擇傳熱面的型式、計算傳熱面積、確定設備的主要工藝尺寸。傳熱所需的加熱劑或冷卻劑的用量也是以熱負荷的大小為依據而進行計算的。對于有些伴有熱效應的過程，其物料衡算也要通過與能量衡算的聯合求解才能得出最后的結果。對于已經投產的生產車間，進行能量衡算是為了更加合理的用能。通過對一臺設備的能量平衡測定與計算可以獲得設備用能的各種信息，如熱利用效率是多少，余熱的分布情況如何，哪些余熱可以回收利用等等。進而可以從技術上、管理上制定出節能的措施，以最大限度降低單位產品的能耗。我國的能源雖并不貧乏，但人均占有量較低。以單位國民總產值所消耗的能源計，我國與先進國家相比差距還是很大。所以，節能已經成為我國一項重要的能源政策。現已將節能列為對企業進行綜合考核的一項重要指標。節能的一項基礎工作就是要對生產車間所有用能設備進行能量平衡的測定與計算。2. 能量衡算的依據及必要條件能量衡算的主要依據是能量守恒定律。能量衡算是以車間物料衡算的結果為基礎而進行的，所以，車間物料衡算表是進行車間能量衡算的首要條件。其次，還必須收集有關物料的熱力學數據，例如比熱容、相變熱、反應熱等。若能將所涉及到的所有物料熱力學數據匯總成一張表格，那在以后的計算中將會十分方便。3. 能量守恒基本方程盡管能量有各種不同的表現形式，但對任一系統總存在如下的關系，即環境輸入到系統的能量=由系統輸出到環境的能量+系統內積累的能量 式（51）系統內物質所具有的總能量等于內能、動能與勢能之和，其中勢能又包括重力場勢能、電場勢能和磁場勢能。系統與環境之間的能量傳遞方式一般有三種：通過物質傳遞；通過作功；通過傳熱。能量衡算基本方程式應該包括上述各項內容。但是，對于車間工藝設計中的能量衡算，許多項目可以忽略，而且車間能量衡算的主要目的是確定設備的熱負荷，所以，能量衡算可以簡化為熱量衡算。 熱量衡算計算設備的熱量平衡方程式，對于有傳熱要求的設備，其熱量平衡均可由下式表示：Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 + Q6 式（52）式中 Q1 —— 物料帶入反應設備的熱量 KJ； Q2 —— 加熱劑或冷卻劑傳給設備和所處理物料的熱量 KJ； Q3 —— 過程反應熱 KJ； Q4 —— 物料離開設備所帶走的熱量 KJ； Q5 —— 加熱或冷卻設備所消耗的熱量 KJ； Q6 —— 設備向環境散失的熱量 KJ；為了求出式（52）中的Q2，即設備的熱負荷，必須算出其他各項熱量。（一）Q1與Q4Q1與Q4均可用下式計算Q1（Q4）=∑mct KJ 式（53）式中 m——輸入（或輸出）設備的物料質量 Kg； c——物料的平均比熱容 KJ/Kg℃； t——物料的溫度 ℃。利用式（53）計算Q1或Q4時，取標準狀態，即0℃105Pa為計算基準。有時為了計算方便也可取物料的進口狀態作為計算基準，這時Q1=0，因為物料的比熱容是溫度的函數，式（53）中物料的比熱容是指進、出口物料的定壓平均比熱容，對于進口物料取基準溫度與物料進口溫度的平均溫度下的比熱容；對于出口物料取基準溫度與物料出口溫度的平均溫度下的比熱容。（二）Q6設備向環境散失的熱量Q6可按下式計算：Q6=∑AαT（tTtO）τ 式（54）式中 A——設備散熱表面積 m2； αT——設備散熱表面與周圍介質之間的聯合給熱系數 W/（m2℃）； tT——與周圍介質直接接觸的設備表面溫度 ℃； tO——周圍介質的溫度 ℃； τ——過程持續時間 s。（三）過程熱效應Q3化學過程的熱效應包括化學反應熱與狀態變化熱。純物理過程只產生狀態變化熱；而對于化學反應過程，在產生化學過程熱的同時，往往還伴有狀態變化熱。 比熱的計算 ①氣體的比熱容 理想氣體的定壓比熱容： cp=（2n+3）/M 式（55）式中 n——化合物分子中原子個數； Ｍ——化合物的摩爾質量，Kg/Kmol。對于壓力小于5105Pa的氣體的定壓比熱容，可直接用上式計算。對于大于5105Pa的氣體，首先用上式計算其理想的定壓比熱容，再通過對比壓強Pr和對比溫度Tr得實際氣體與理想氣體的定壓比熱容之差△cp，△cp與理想氣體的定壓比熱之和即為實際氣體的cp。 ②液體的比熱容 KJ/(Kg℃)之間，少數液體例外，如液氨與水的比熱容比較大，在4左右；而汞和液體金屬的比熱容很小。液體比熱一般與壓強無關，隨溫度上升而稍有增大。作為水溶液比熱容的近似計算，可先求出固體的比熱容，再按下式計算：C=Csα+(1α) 式（56）式中 C——水溶液的比熱容KJ/(Kg℃)； Cs——固體的比熱容KJ/(Kg℃)； α——水溶液中固體的質量分率。 ③有機化合物的比熱容對于有機化合物的比熱容，可利用公式：C=1/M∑nici KJ/(Kg℃) 式（57）式中 M——化合物的分子量，Kg/Kmol； ni——分子中i種基團的個數； ci——i種基團的摩爾熱容， KJ/(Kmol℃) 在本反應中的原料和產品的比熱容由吉林金恒制藥股份有限公司提供表 3 原料和產品的比熱 苯胺在的比熱KJ/(Kg℃)醋酸的比熱 KJ/(Kg℃)乙酰苯胺的比熱KJ/(Kg℃)水的比熱KJ/(Kg℃) 酰化反應熱量衡算酰化一號罐的溫度為120℃熱量計算公式：Q=∑Cmt KJ 式（58） 1. Q1 與Q4Q1 與Q4 利用 式（58）計算得： Q1=∑Cmt =Q苯胺+Q醋酸 = KJ/(Kg℃)120℃+ KJ/(Kg℃)120℃ =106 KJ Q4= ∑Cmt = Q乙酰苯胺+Q水 = KJ/(Kg℃)120℃+(Kg℃) 120℃ =106 KJ 2. Q6可利用式（54）計算得：Q6=∑AαT（tTtO）τ=10(140120)123600/1000=10368 KJ 3. Q3的計算 Q3=nΔH=1000=105 KJ 4. Q2和Q5的計算根據能量守恒定律利用式（51）計算得：Q2Q5 = Q4+Q6 – (Q1+Q3 ) =106KJ+10368 KJ（106KJ+105KJ)=105KJ由此說明為吸熱反應，需要加熱。 即: （Q2Q5）=Cm△t=表4 酰化崗熱量衡算結果進料(KJ)熱量出料(KJ)熱量Q1106Q2Q5105Q3105Q610368Q4106需要加熱的水的量（Kg） 減壓蒸餾熱量衡算在蒸餾過程中，完全是物理過程，沒有化學反應。減壓蒸餾的過程，進料為未反應的苯胺、醋酸及過量的醋酸，還有乙酰苯胺，出料可認為是返回真空酸和乙酰苯胺。同理：能量計算公式：Q=∑Cmt KJ 式（58） 1. Q1 與Q4Q1 與Q4 利用 式（58）計算得：Q4Q1=∑Cm△t = KJ/(Kg℃)40℃+ KJ/(Kg℃)40℃+ KJ/(Kg℃)40℃=106 KJ 2. Q6可利用式（54）計算得：Q6=∑AαT（tTtO）τ=10(270240)123600/1000=19440KJ Q3=0根據能量守恒定律利用式（51）計算得：Q2Q5 = Q4 –Q1+Q6 –Q3 =106KJ+19440 KJ=106KJ表5 減壓蒸餾熱量衡算結果進料(KJ)熱量出料(KJ)熱量Q1106Q4105Q30Q2Q5106Q619440 設備計算和主要工藝設備選型 工藝設備選型原則設備計算與選型是在物料衡算和熱量衡算的基礎上進行的，其目的是決定工藝設備的類型、規格、主要尺寸和臺數，為車間布置設計、施工圖紙設計及非工藝設計項目提供足夠的設計數據。由于化工過程的多樣性，設備類型也非常多，所以，實現同一工藝要求，不但可以選用不同的操作方式，也可以選用不同類型的設備。當單元操作方式確定之后，應根據物料平衡所確定的物料量以及指定的工藝條件（如操作時間、操作溫度、操作壓力、反應體系特征和熱平衡數據等），選擇一種滿足工藝要求而效率高的設備類型。定型產品應選定規格型號，非定型產品要通過計算以確定設備的主要尺寸。設備選型的基本要求：（1）技術經濟指標 ：主要包括單位生產能力、消耗系數、設備價格、管理費用和產品總成本。（2）為提高產品質量，節約投資，降低能耗，滿足GMP要求，工藝設備選用國內先進，成熟，可靠的設備，使建成后的生產裝備達到國內先進水平。（3）凡接觸物料“精、烘、包”的設備和管件均選用不銹鋼材料。（4）設備選型為將來水楊酸擴產留有余地。 酰化反應罐根據物料衡算，酰化罐每天反應總量為m=，物料比重為φ=，生產周期為11小時40分，酰化罐的裝料系數為β=，擬選V=3200L的酰化罐，則需要的設備數為： N= m/( φβV) =（3200）=（臺）故選用3臺酰化罐滿足生產需求。 酰化的過程有6個酰化反應罐，則要有3套設備，這樣還可以應對不適宜的季節生產，這樣可以節省不必要的浪費，減少工人數量和能源的消耗。 回收苯胺儲罐：P=100kp ； 2. 一批進料量：，10天儲量；3. 15℃ 苯胺的密度ρ1=103kg/m3 ；水的密度ρ2=；ρmix=1/（+）=； β= ； V=G/ρmixβ=4762/（） m3 ； 選6臺設備，每臺1 m3，材質 A3，規格：φ=800，H=1500，σ=8。 概述化驗室主要負責原輔料及成品，半成品的理化性質分析及衛生檢查。 分析項目原料分析：按廠標準，國際及藥典標準進行分析；成品中