年產(chǎn)300噸防老劑BLE的生產(chǎn)工藝設(shè)計

1、年產(chǎn)300噸防老劑BLE的生產(chǎn)工藝設(shè)計班級：07級化工一班設(shè)計者：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：孫德帥時間：2010.9設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計名稱：年產(chǎn)300噸防老劑BLE工藝設(shè)計二、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，進行間歇生產(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進行縮合而得+CH3COOCH3C15H15N+H2O六、流程說明：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下進行縮合脫水，直至反應(yīng)完全，再將縮合物料放進蒸餾釜中進行蒸餾，先常壓蒸出過量丙酮，作原料套用，后減壓蒸出物料ble，釜殘集中數(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、三氯甲烷等有機溶劑，微溶于汽油，不溶于水。無毒，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，對抗熱，抗氧，抗曲饒，耐磨等皆有良好效應(yīng)。設(shè)計目錄一、物料衡算6二、熱量衡算62.1、物料溫度及相態(tài)變化時的熱焓變化2.2、反應(yīng)過程中的熱焓變化及標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱2.3、設(shè)備熱損失的計算2.4、總熱量計算以及理論傳熱面積的計算三、 反應(yīng)釜的設(shè)計113.1、反應(yīng)釜內(nèi)徑的計算 3.2、反應(yīng)釜高度的計算3.3、夾套內(nèi)徑的計算3.4、確定夾套高度：3.5、核對傳熱面積3.6、計算夾套厚度：3.7、計算夾套封頭厚度3.8、計算內(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15五、傳熱裝置的設(shè)計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)計算5.4、攪拌器內(nèi)壁傳熱面積與液面高度的計算六、傳動裝置的設(shè)計186.1、電動機的選型6.2、減速機的選型6.3、機座的選擇6.4、底座的設(shè)計七、其他裝置及配件設(shè)計197.1、反應(yīng)釜的軸封裝置7.2、法蘭的選取7.3、釜體的開孔7.4、進料口和出料口7.5、人孔7.6、底座設(shè)計八、設(shè)計一覽表22九、設(shè)備圖23十、設(shè)計體會23十一、參考目錄24一、物料衡算以1噸生產(chǎn)防老劑計算：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質(zhì)量/kg組成%純重kg 名稱質(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過量丙酮61丙酮 98水 259.7 1.22合計 12301230合計 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)變化時的熱焓變化在融化斧中熔化階段：設(shè)室溫為25時加料，各種物料熔化溫度為52.85丙酮（o）的：0時 =（×41.743.5）÷1000=2.188kjkg·25時 =1.315×1.2=1.578kjkg· P1=mt=(343-59.7)×28=7932.4 kj二苯胺（）的

7、: 0時 =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 =6×7.5356×9.6283×16.741×22.604158 =1.113 kJkg·25時 =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的計算：設(shè)反應(yīng)過程溫度為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、總熱量計算以及理論傳熱面積的計算Q總=Hp+Hr+QL=38995.8845+543830.7744+163267.9692 =707098.7436kJQ=KATmCA=QKTmC查數(shù)據(jù)手冊得總傳熱系數(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 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)徑的計算 設(shè)HDi1.3Di1.216 m 圓整得 Di1200 mm3.2、反應(yīng)釜高度的計算封頭取相同的內(nèi)徑，計算可得曲面高度：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，同時又要承受0.3MPa外壓，其最惡劣的工作條件為：停止操作時，內(nèi)筒無壓而夾套內(nèi)仍有蒸汽壓力，此時筒內(nèi)承受0.3MPa外壓 夾套筒體與內(nèi)筒的環(huán)焊縫，因檢測困難，故取0.6,從安

14、全計夾套所有焊縫均取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。夾套厚度計算如下：D=+C2 =5.17mm3.7、計算夾套封頭厚度 夾套封頭厚度計算如下：= 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、計算內(nèi)筒筒體厚度承受0.2MPa內(nèi)壓時筒體厚度4.11承受0.3MPa外壓時筒體厚度，為簡化起見，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，不能滿足穩(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滿足穩(wěn)定要求。四、攪拌器的設(shè)計 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)對均勻程度無嚴(yán)格要求為了節(jié)省動力消耗，選用較小尺寸攪拌器。 取dD12,葉端切線速度 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軸徑的計算 從本設(shè)計反應(yīng)的特點和產(chǎn)品的純度出發(fā)，在保證攪拌軸能安全平穩(wěn)的運動的前提下決定采用實心圓柱A5鋼作攪拌軸材料。軸徑計算采用下式= 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5.1、傳熱結(jié)構(gòu)因為溫度在240250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、傳動裝置的設(shè)計帶攪拌器的反應(yīng)釜，需要電動機和傳動裝置來帶動攪拌器轉(zhuǎn)動，傳動裝置通常設(shè)計在反應(yīng)釜

20、的頂部，一般采用立式布置。電動機經(jīng)減速裝置將轉(zhuǎn)速降至工藝要求的轉(zhuǎn)速，再通過聯(lián)軸器帶動攪拌軸旋轉(zhuǎn)，減速器下設(shè)置一幾座，以便安裝在反應(yīng)釜的封頭上。由于考慮到傳動裝置與軸封裝置安裝時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底座，整個傳動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)釜傳動裝置的設(shè)計內(nèi)容一般包括：選用電動機、減速機和聯(lián)軸器、選用或設(shè)計機座和設(shè)計底座。6.1、電動機的選型電動機的功率除了要滿足攪拌器攪動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裝置所產(chǎn)生的功率損失，如果電動機的功率過小，不僅達不到預(yù)期的攪拌效果，還會是使電動機燒毀，如果電動機的

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

22、LC 75 1 15，其減速比為7。6.3、機座的選擇反應(yīng)釜立式傳動裝置是通過幾座安裝在反應(yīng)釜封頭的底座上的。分解之前選用的電動機和減速機型號，以及實際暗中的各種因素，決定選用不帶支承的機座。具體型號為J-A30具體尺寸為尺寸（mm）重量（kg）D1D2D3D4D5D6HH1b1b2f1f2n1d1n2d2S260230200315285240340190161646614614816.16.4、底座的設(shè)計采用不銹鋼襯里的機座，襯里材料為1Cr18Mn10Ni5Mo3N,厚度為=3mm.具體安裝工藝見相關(guān)文獻。七、其他裝置及配件設(shè)計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，是一個很重要的問題，因此在反應(yīng)釜設(shè)計過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)動的攪拌軸之間存在相對運動，為了防止介質(zhì)的泄漏必須采用密封裝置，稱為攪拌軸密封裝置，簡稱為“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械密封兩種。前者以往使用較多，他的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，填料裝卸方便，造價低，缺點是使用壽命較短，密封可靠性差。后者具有密封可靠，使用壽命長，很少需要維護，轉(zhuǎn)軸幾乎不磨損，功率消耗少，應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點，但是造價高，安裝精度要求高。根據(jù)本工藝特點，以及所選傳動裝置的匹配性，選用密封性能良好的機械密封，產(chǎn)品型號為 205 DgMtT1-30/2.5

24、 HG5-751-787.2、法蘭的選取連接管道使用的法蘭，其功臣壓力應(yīng)根據(jù)容器設(shè)計壓力或工程設(shè)計具體選擇，并滿足所連接的閥門等標(biāo)準(zhǔn)件的要求。根據(jù)文獻，本設(shè)計中壓力容器的發(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凸臺直徑D3凸面法蘭凹槽直徑D4凸面法蘭凸臺直徑b法蘭厚度d螺孔直徑7.3、釜體的開孔為了使設(shè)備能夠正常的操作與維修，在風(fēng)頭和筒體上需要開出必要的孔道以便于安裝各種該附件，如各種物料的進出管口、儀表的接口裝置和人孔等。7.4、進料口和出料口進料管伸進設(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，加料管下端的開口截成45°出料口采用下出料形式，管口公稱直徑取Dg=50mm,Dmin=130mm.出料管口加設(shè)壓料管，利用壓縮氮氣的壓力壓出物料。7.5、人孔由于釜體直徑為1200mm，則選用直徑為Dg=450mm的人孔一個，結(jié)構(gòu)為旋柄快開式。7.6、底座設(shè)計為了易于保證底座與減速機幾座連接，又使穿過軸封裝置的攪拌軸運轉(zhuǎn)順利，