年產(chǎn)300噸防老劑BLE的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

1、年產(chǎn)300噸防老劑BLE的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)班級(jí)：07級(jí)化工一班設(shè)計(jì)者：王延霞（200741604021）、同組者：侯養(yǎng)軍（200741604037）、范紹娟（200741604005）、劉杰（200741604012）、黃群（200741604040）、傅本艷（200741604036）指導(dǎo)教師：孫德帥時(shí)間：2010.9設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)名稱(chēng)：年產(chǎn)300噸防老劑BLE工藝設(shè)計(jì)二、生產(chǎn)任務(wù)與操作條件1、生產(chǎn)能力：年產(chǎn)量300噸 2、設(shè)備型式：攪拌反應(yīng)釜3、操作條件: 每年按300天計(jì)，進(jìn)行間歇生產(chǎn)三、主要原料及其規(guī)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

2、產(chǎn)要求：轉(zhuǎn)化率：99%產(chǎn)率： 97%五、制備方法：二苯胺與丙酮在苯磺酸存在下，于240-250進(jìn)行縮合而得+CH3COOCH3C15H15N+H2O六、流程說(shuō)明：將一定量二苯胺與苯磺酸，先于熔化釜中熔化，再送入縮合釜不斷滴加丙酮在240-250下進(jìn)行縮合脫水，直至反應(yīng)完全，再將縮合物料放進(jìn)蒸餾釜中進(jìn)行蒸餾，先常壓蒸出過(guò)量丙酮，作原料套用，后減壓蒸出物料ble，釜?dú)埣袛?shù)鍋后排渣 七、產(chǎn)品性質(zhì)、規(guī)格及用途性質(zhì)：為暗褐色粘稠液體。易溶于丙酮、苯、三氯甲烷等有機(jī)溶劑，微溶于汽油，不溶于水。無(wú)毒，貯存穩(wěn)定性較好。產(chǎn)品規(guī)格：外觀 深褐色粘稠液體粘度（30），Pas 5密度，g水分，% 小于等于0.3揮發(fā)

3、 小于等于0.4用途：通用防老劑，適用于天然膠，合成膠、輪胎、管帶等各種膠制品，對(duì)抗熱，抗氧，抗曲饒，耐磨等皆有良好效應(yīng)。設(shè)計(jì)目錄一、物料衡算6二、熱量衡算62.1、物料溫度及相態(tài)變化時(shí)的熱焓變化2.2、反應(yīng)過(guò)程中的熱焓變化及標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱2.3、設(shè)備熱損失的計(jì)算2.4、總熱量計(jì)算以及理論傳熱面積的計(jì)算三、 反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)113.1、反應(yīng)釜內(nèi)徑的計(jì)算 3.2、反應(yīng)釜高度的計(jì)算3.3、夾套內(nèi)徑的計(jì)算3.4、確定夾套高度：3.5、核對(duì)傳熱面積3.6、計(jì)算夾套厚度：3.7、計(jì)算夾套封頭厚度3.8、計(jì)算內(nèi)筒筒體厚度3.9、確定內(nèi)筒封頭厚度四、攪拌器的設(shè)計(jì)15五、傳熱裝置的設(shè)計(jì)165.1、傳熱結(jié)構(gòu)5.2、

4、高溫?zé)嵩?.3、攪拌反應(yīng)釜給熱系數(shù)計(jì)算5.4、攪拌器內(nèi)壁傳熱面積與液面高度的計(jì)算六、傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)186.1、電動(dòng)機(jī)的選型6.2、減速機(jī)的選型6.3、機(jī)座的選擇6.4、底座的設(shè)計(jì)七、其他裝置及配件設(shè)計(jì)197.1、反應(yīng)釜的軸封裝置7.2、法蘭的選取7.3、釜體的開(kāi)孔7.4、進(jìn)料口和出料口7.5、人孔7.6、底座設(shè)計(jì)八、設(shè)計(jì)一覽表22九、設(shè)備圖23十、設(shè)計(jì)體會(huì)23十一、參考目錄24一、物料衡算以1噸生產(chǎn)防老劑計(jì)算：0.85t二苯胺中含純二苯胺:850×0.98=833kg 含雜質(zhì)和水：850-833=17kg0.35t丙酮中含純丙酮：350×0.98=343kg 含雜質(zhì)和水：3

5、50-343=7kg反應(yīng)生成的BLE：833÷169×0.99×209=1019.9kg 生成的水：833÷169×0.99×18=87.8kg未反應(yīng)的二苯胺：0.01×833=8.33kg×0.99）×58=59.7kg每批投料物料平衡表輸入輸出名稱(chēng)質(zhì)量/kg組成%純重kg 名稱(chēng)質(zhì)量kg組成%純重kg二苯胺850二苯胺 98雜質(zhì) 2 83317防老劑Ble1031防老劑 98.9水 0.27未反應(yīng)二苯胺 0.81019.92.778.33丙酮350丙酮 98雜質(zhì) 23437廢酸117.8苯磺酸 22.7

6、水 77.326.791.1苯磺酸30苯磺酸 8926.73.3過(guò)量丙酮61丙酮 98水 259.7 1.22合計(jì) 12301230合計(jì) 12301230反應(yīng)轉(zhuǎn)化率：1000÷1031×100%=97%二、 熱量衡算2.1、物料溫度及相態(tài)變化時(shí)的熱焓變化在融化斧中熔化階段：設(shè)室溫為25時(shí)加料，各種物料熔化溫度為52.85丙酮（o）的：0時(shí) =（×41.743.5）÷1000=2.188kjkg·25時(shí) =1.315×1.2=1.578kjkg· P1=mt=(343-59.7)×28=7932.4 kj二苯胺（）的

7、: 0時(shí) =12×7.535111×9.6281×25.953169=1.315kJkg·25=1.315×1.2=1.578(kJkg·) P2=mt+熔化熱 =833×1.578×52.85-25+40×52.85×4.93×0.99 =46559.8kj苯磺酸的：0時(shí) =6×7.5356×9.6283×16.741×22.604158 =1.113 kJkg·25時(shí) =1.2×1.113=1.3356 kJkg·

8、; P3=mt+熔化熱 =26.7×1.3356×52.852540×52.85×26.7÷158×0.99 =1336.75kJ P=P1P2P3=7932.446559.821336.75=55828.97kJ2.2、反應(yīng)過(guò)程中的熱焓變化及標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱+CH3COOCH3C15H15N+H2OQ=Hp+Hr2.21、Hp的計(jì)算：設(shè)反應(yīng)過(guò)程溫度為245由于溫度變化引起相態(tài)的變化產(chǎn)生的熱量： 二苯胺：52.85l245l=51.1×1117.2×2 =1.689kJkg· Hp=mt=833×

9、0.99×1.689×24552.85=267639.52kJ苯磺酸因在150分解所以因溫度變化引起的相態(tài)變化熱可以忽略丙酮在反應(yīng)釜中被滴加進(jìn)入反應(yīng)釜的溫度仍是熔化后的溫度，因溫度引起的相態(tài)變化熱焓可以忽略2.22、Hr的計(jì)算： Hr=1000mAMA×=標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱公式： =109.07n+二苯胺：=109.07×6354.4×1 =6925.81kJmol丙酮： =109.07×627.2 =1772.32kJmolBLE： =109.07×7954.42×14.7 =8641.53kJmol= =56.6kJm

10、ol Hr=1000mAMA× =1000×833×0.99÷169×56.6 =276191.2444kJQ=Hp+Hr =267639.52276191.2544 =543830.7744kJ2.3、設(shè)備熱損失的計(jì)算設(shè)環(huán)境25 ，設(shè)備溫度為245 反應(yīng)1.5h=1.43=1.43×=8.633kcal·h·K= =9.91kcal·h·K =18.543kcal·h·K =18.543×4.77×1.336×220×1.5×

11、;4.1868 =163267.9692kJ2.4、總熱量計(jì)算以及理論傳熱面積的計(jì)算Q總=Hp+Hr+QL=38995.8845+543830.7744+163267.9692 =707098.7436kJQ=KATmCA=QKTmC查數(shù)據(jù)手冊(cè)得總傳熱系數(shù)為280-850kJ·取傳熱系數(shù)為350kJ·A =707098.7436/220×1.5 =6.122總理論傳熱面積為6.122三、 反應(yīng)釜的設(shè)計(jì) 經(jīng)查找各物料密度為：二苯胺：1.16 kgL 丙酮：0.788 kgL 苯磺酸：1.626kgL 反應(yīng)物料的體積的大概值：V0833/1.16343/0.78827

12、.7/1.626 =1.32 取反應(yīng)的實(shí)際體積為1.5 反應(yīng)釜體積的大概值： VV0 =1.50.85 =1.7653.1、反應(yīng)釜內(nèi)徑的計(jì)算 設(shè)HDi1.3Di1.216 m 圓整得 Di1200 mm3.2、反應(yīng)釜高度的計(jì)算封頭取相同的內(nèi)徑，計(jì)算可得曲面高度：h1300 mm ; h225 mm .查表得Vh0.2545 m ; V11.131m H1.7650.2545/1.131=1.336 m1.4 m 于是 H/Di1.4/1.21.17 在允許的范圍內(nèi)可以使用.3.3、DjDi10012001001300 mm.3.4、確定夾套筒體高度0.85 Hj0.85×1.7650

13、.2545/1.1311.101 m3.5、核對(duì)傳熱面積查表得Fh=1.6552F1=4.77 Fb=F1·Hj=1.101×4.77=5.252Fh+ Fb=6.90726.122符合標(biāo)準(zhǔn) ，所以以上確定的夾套高度是可以的。3.6、計(jì)算夾套厚度內(nèi)筒及夾套的受力分析：工藝提供的條件為：釜體內(nèi)筒中工作壓力為0.2MPa ，減壓操作時(shí)工作壓力為0.1MPa，夾套內(nèi)筒的筒體和下封頭位既承受0.2MPa內(nèi)壓，同時(shí)又要承受0.3MPa外壓，其最?lèi)毫拥墓ぷ鳁l件為：停止操作時(shí)，內(nèi)筒無(wú)壓而夾套內(nèi)仍有蒸汽壓力，此時(shí)筒內(nèi)承受0.3MPa外壓 夾套筒體與內(nèi)筒的環(huán)焊縫，因檢測(cè)困難，故取0.6,從安

14、全計(jì)夾套所有焊縫均取0.6，封頭采用有鋼板拼制的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，材料均為Q235-B鋼。夾套厚度計(jì)算如下：D=+C2 =5.17mm3.7、計(jì)算夾套封頭厚度 夾套封頭厚度計(jì)算如下：= 5.17 mm圓整至鋼板規(guī)格厚度并查閱封頭標(biāo)準(zhǔn)，夾套筒體及封頭厚度均取=8mm3.8、計(jì)算內(nèi)筒筒體厚度承受0.2MPa內(nèi)壓時(shí)筒體厚度4.11承受0.3MPa外壓時(shí)筒體厚度，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，首先假設(shè)=8mm,則=-C=-（C1-C2）=8-2.8=5.2由于夾套頂部距容器法蘭面實(shí)際定為150mm，因此內(nèi)筒內(nèi)承受外壓部分的高度為H-150mm，并以此決定LD0及D0之值 D0Di2n13002×81316, L

15、H150hh1 140015025×300 1375 mm.因此 LD13751316 =1.041, D0e13165.2 =253.08253由15-4圖查得A0.00036,由15-5圖查得B44，則許用壓力：P44/13165.20.17 MPa0.3 MPa因此，當(dāng)名義厚度為8mm時(shí)，不能滿(mǎn)足穩(wěn)定要求再假設(shè)n=10mm則e=7.2mmD0e=169.4169LD1.131.1由15-4圖查得A0.0006,由15-5圖查得B68，則許用壓力：P68/12207.20.4 MPa>0.3 MPa因此，當(dāng)名義厚度為10mm是筒體能滿(mǎn)足0.3 MPa外壓的要求，由于筒體既可

16、能承受內(nèi)壓，又可能只承受外壓，因此筒體壁應(yīng)選取兩者中之大者，即確定筒體厚度為10mm3.9、確定內(nèi)筒封頭厚度 承受0.2 MPa內(nèi)壓：D=+C23.38 承受0.3 MPa外壓，設(shè)n10 mm，enC1C2100.827.2 ， A0.00082由圖15-5得，B92 P92×7.20.9×12200.603MPa 0.3 MPa滿(mǎn)足穩(wěn)定要求。四、攪拌器的設(shè)計(jì) 反應(yīng)為均液相反應(yīng)且反應(yīng)物黏度不高，所以宜選用槳式平直葉式攪拌器。又該反應(yīng)對(duì)均勻程度無(wú)嚴(yán)格要求為了節(jié)省動(dòng)力消耗，選用較小尺寸攪拌器。 取dD12,葉端切線(xiàn)速度 u1.5 ms,葉數(shù) Z2 ,D1.2 m, d0.6 m

17、.需要的轉(zhuǎn)速 n48 rmin, 查圖5-10得 Np9.7 取 dB6,即 A1.6功率消耗為 :Ps 69.29 kg·ms 0.68 kw 所以攪拌器選型為： 槳式平直葉式，有擋板， d0.6 m（攪拌器直徑） dB6 （葉寬0.1m Z2 （葉數(shù)Z2 功率消耗: 0.68kw軸徑的計(jì)算 從本設(shè)計(jì)反應(yīng)的特點(diǎn)和產(chǎn)品的純度出發(fā)，在保證攪拌軸能安全平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)的前提下決定采用實(shí)心圓柱A5鋼作攪拌軸材料。軸徑計(jì)算采用下式= 式中 A為軸的材料和承載情況決定的系數(shù)，查得A=130 n為轉(zhuǎn)速 為軸功率 kw=130 =31.45mm 考慮到軸上需要開(kāi)鍵槽或淺空，則軸徑增加10%。在增加2mm

18、的腐蝕裕量，最后圓整至標(biāo)準(zhǔn)直徑為40mm五、傳熱裝置設(shè)計(jì)5.1、傳熱結(jié)構(gòu)因?yàn)闇囟仍?40250下，故選擇內(nèi)部設(shè)置傳熱結(jié)構(gòu)（蛇管）5.2、高溫?zé)嵩催x用液體聯(lián)苯混合物自然循環(huán)加熱裝置5.3、攪拌反應(yīng)釜給熱系數(shù)計(jì)算（漿式平直葉式，有擋板）攪拌釜內(nèi)壁給熱系數(shù)（h）D=1200mm=1.2m 由 =J(Re)(Pr)()=0.415×(63.36)×()×()求得 h=65.14k cal/(m·h·) 蛇管外壁給熱系數(shù)（h）D=1200mm=1.2m攪拌器型式Re擋板Jabc漿式20400有0.4150.670.330.24導(dǎo)熱系數(shù) 根據(jù)表5-13 取

19、=22Kcal/(m·h·)根據(jù)表5-14 在250下，c=0.62Kcal/kg, =1.45×10/(m·s)平漿攪拌器： =0.87×(63.36)×()×()求得：h=111 k cal/(m·h·)5.4、攪拌器內(nèi)壁傳熱面積與液面高度的計(jì)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、傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)帶攪拌器的反應(yīng)釜，需要電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置來(lái)帶動(dòng)攪拌器轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)裝置通常設(shè)計(jì)在反應(yīng)釜

20、的頂部，一般采用立式布置。電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速裝置將轉(zhuǎn)速降至工藝要求的轉(zhuǎn)速，再通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)攪拌軸旋轉(zhuǎn)，減速器下設(shè)置一幾座，以便安裝在反應(yīng)釜的封頭上。由于考慮到傳動(dòng)裝置與軸封裝置安裝時(shí)要求保持一定的同心度以及卸裝檢修方便，常在封頭上焊接一個(gè)底座，整個(gè)傳動(dòng)裝置連幾座及軸封裝置都一起安裝在這底座上。因此，反應(yīng)釜傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)內(nèi)容一般包括：選用電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)和聯(lián)軸器、選用或設(shè)計(jì)機(jī)座和設(shè)計(jì)底座。6.1、電動(dòng)機(jī)的選型電動(dòng)機(jī)的功率除了要滿(mǎn)足攪拌器攪動(dòng)液體所需要的攪拌功率外，還要考慮軸封裝置所產(chǎn)生的摩擦阻力以及顫動(dòng)裝置所產(chǎn)生的功率損失，如果電動(dòng)機(jī)的功率過(guò)小，不僅達(dá)不到預(yù)期的攪拌效果，還會(huì)是使電動(dòng)機(jī)燒毀，如果電動(dòng)機(jī)的

21、功率過(guò)大，則會(huì)使操作成本和投資費(fèi)用增加。電動(dòng)機(jī)的功率可下式確定:P=其中為軸封裝置的摩擦損失功率。對(duì)于填料密封，其摩擦損失功率可取為攪拌功率的10%但一般不能小于373w，對(duì)于機(jī)械密封，其摩擦損失功率約為填料密封的10%-15% 為傳動(dòng)裝置的機(jī)械效率，與其結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般為0.70.98 P=680+3730.85 =1238.8w根據(jù)實(shí)際需要的電動(dòng)機(jī)功率，查詢(xún)相關(guān)手冊(cè)，選用功率為1.5kw,轉(zhuǎn)速為1000r/min 型號(hào)為YB100L2-46.2、減速機(jī)的選型 此設(shè)計(jì)要求減速比為710/100=7.17根據(jù)選用的電動(dòng)機(jī)的功率，以及攪拌轉(zhuǎn)速，選用 兩級(jí)圓柱齒輪減速機(jī)，查文獻(xiàn)可確定減速機(jī)的型號(hào)為

22、LC 75 1 15，其減速比為7。6.3、機(jī)座的選擇反應(yīng)釜立式傳動(dòng)裝置是通過(guò)幾座安裝在反應(yīng)釜封頭的底座上的。分解之前選用的電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)型號(hào)，以及實(shí)際暗中的各種因素，決定選用不帶支承的機(jī)座。具體型號(hào)為J-A30具體尺寸為尺寸（mm）重量（kg）D1D2D3D4D5D6HH1b1b2f1f2n1d1n2d2S260230200315285240340190161646614614816.16.4、底座的設(shè)計(jì)采用不銹鋼襯里的機(jī)座，襯里材料為1Cr18Mn10Ni5Mo3N,厚度為=3mm.具體安裝工藝見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)。七、其他裝置及配件設(shè)計(jì)7.1、反應(yīng)釜的軸封裝置解決化工設(shè)備的跑、冒、漏、特別是防止有

23、毒、易燃介質(zhì)的泄露，是一個(gè)很重要的問(wèn)題，因此在反應(yīng)釜設(shè)計(jì)過(guò)程中選擇合理的密封裝置是很重要的。靜止的反應(yīng)釜封頭和轉(zhuǎn)動(dòng)的攪拌軸之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為了防止介質(zhì)的泄漏必須采用密封裝置，稱(chēng)為攪拌軸密封裝置，簡(jiǎn)稱(chēng)為“軸封”。在反應(yīng)釜中使用的是軸封裝置，主要有填料箱密封和機(jī)械密封兩種。前者以往使用較多，他的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，填料裝卸方便，造價(jià)低，缺點(diǎn)是使用壽命較短，密封可靠性差。后者具有密封可靠，使用壽命長(zhǎng)，很少需要維護(hù)，轉(zhuǎn)軸幾乎不磨損，功率消耗少，應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但是造價(jià)高，安裝精度要求高。根據(jù)本工藝特點(diǎn)，以及所選傳動(dòng)裝置的匹配性，選用密封性能良好的機(jī)械密封，產(chǎn)品型號(hào)為 205 DgMtT1-30/2.5

24、 HG5-751-787.2、法蘭的選取連接管道使用的法蘭，其功臣?jí)毫?yīng)根據(jù)容器設(shè)計(jì)壓力或工程設(shè)計(jì)具體選擇，并滿(mǎn)足所連接的閥門(mén)等標(biāo)準(zhǔn)件的要求。根據(jù)文獻(xiàn)，本設(shè)計(jì)中壓力容器的發(fā)刊選用甲型平焊法蘭，具體尺寸如下：公稱(chēng)直徑（mm）法蘭（mm）螺柱DD1D2D3D4bd規(guī)格數(shù)量1200133012901225124112384423M20361300143013901355134113384623M2040D 法蘭外徑D1螺孔中心圓直徑D2凸臺(tái)直徑D3凸面法蘭凹槽直徑D4凸面法蘭凸臺(tái)直徑b法蘭厚度d螺孔直徑7.3、釜體的開(kāi)孔為了使設(shè)備能夠正常的操作與維修，在風(fēng)頭和筒體上需要開(kāi)出必要的孔道以便于安裝各種該附件，如各種物料的進(jìn)出管口、儀表的接口裝置和人孔等。7.4、進(jìn)料口和出料口進(jìn)料管伸進(jìn)設(shè)備內(nèi)以免物料黏在內(nèi)壁。攪拌設(shè)備的加料管一班都是從頂蓋加入，加料管下端的開(kāi)口截成45°出料口采用下出料形式，管口公稱(chēng)直徑取Dg=50mm,Dmin=130mm.出料管口加設(shè)壓料管，利用壓縮氮?dú)獾膲毫撼鑫锪稀?.5、人孔由于釜體直徑為1200mm，則選用直徑為Dg=450mm的人孔一個(gè)，結(jié)構(gòu)為旋柄快開(kāi)式。7.6、底座設(shè)計(jì)為了易于保證底座與減速機(jī)幾座連接，又使穿過(guò)軸封裝置的攪拌軸運(yùn)轉(zhuǎn)順利，