卡巴拉汀的生产工艺设计.docx

0 卡巴拉汀的生产工艺设计 摘 要 本设计是以（S）-3-（1-二甲氨基）乙基苯酚、N-乙基-N-甲基氨基甲酰氯为主要原料的年产 27 吨卡巴拉汀的工艺设计。 本文介绍了卡巴拉汀的性质和用途，展望了应用前景，本设计方案卡巴拉汀的总收率达到了 90%。 首先依据南开大学卡巴拉汀的中试研究成果，确定合成卡巴拉汀的合理工艺过程。 依据工艺设计的程序，进行物料衡算，确定了本工艺适用的主要设备的规格型号，换热器的换热面积，精馏塔塔板数以及各管道的选型。 综合上述工艺计算和设计结果，绘制出了带控制点的工艺流程图。 在考虑操作方便、便于运输、减少房屋楼层承重等因素后，确定了车间设备的布置，绘制出了工艺设备平面布置图。 为便于使该设计项目能够正确施工，还对部分管道布置进行了设计，并绘制了管道布置图。 在考虑了各物料的危险特性和各设备操作条件的前提下，提出了必要的安全措施，以保证安全生产，对于排放的有害物质提出了后处理意向和方法，使排放达到国家标准，减轻对环境的危害。 最后进行了工程投资与效益分析，证明本设计可行，在短期内可收回投资。 关键词关键词：卡巴拉汀 工艺 设计 The technical process design of rivastigmine ABSTRACT It was designed that 27t/a rivastigmine production line which using 3-(1-dimethylaminoethyl) phenol and N-ethyl-N-methyl carbamoyl chloride as raw materials. This dissertation introduced the property and use of rivastigmine, forecasted its applied foreground .In this design, the overall yield of rivastigmine can up to 90.00%. First of all, according to the amplification test research results of Naikai University, confirm the proper technical process of rivastigmine. 1 According to the process of technological design, the material balance calculation were introduced for each unit, the heat-exchange area for heat exchanger, the plate number of rectifying column as well as the selection of the pipelines. Based on the above technological calculation and design, the construction documents of technological process with control point was drawn. The abridged general view of factory building and the facility floor plan each floor were designed and drawn after the considerations of the handling convenience, transportation convenience and the height of the floor. In order to construct exactly, some piping layout was designed and drawn. Because of the risk of material and service conditions of facility, the dissertation presented the necessary safe practice in order to guarantee safety in production. The dissertation also presented the after treatment intention and method to harmful substance in order to lighten environmental contamination. At last, the dissertation testified that the design was feasible and invest could be evicted in short time according to the construction invest and benefit analysis. Key Words: Rivastigmine Technology Design 2 目 录 第一章 前言 . 0 1.1 卡巴拉汀的性质 . 0 1.2 卡巴拉汀的用途 . 0 1.3 卡巴拉汀的生产及应用前景 . 1 第二章 设计说明书 . 3 2.1 本设计采用路线 . 3 2.2 设计目的及任务 . 3 2.2.1 设计目的及意义 . 3 2.2.2 设计任务 . 4 2.3 基本工艺流程 . 4 2.4 基本数据 . 6 2.5 物料衡算 . 7 2.6 设备选型及设计 . 8 2.6.1 换热器的传热面积计算及选型 . 8 2.6.2 精馏塔的设计. 9 2.6.3 反应釜选型 . 13 2.6.4 各主要管道的设计 . 14 2.7 工艺流程设计说明 . 16 2.8 平面布置设计说明 . 17 2.9 管道设计说明 . 17 第三章 安全生产和环境保护 . 18 3.1 物料的安全要求 . 18 3.2 安全生产的基本要求 . 18 3.3 设备及检修的安全注意事项 . 19 3.4 环境保护 . 20 第四章 经济效益评价 . 21 4.1 原料消耗定额 . 21 4.2 单位产品原料费用估计 . 21 4.3 投资及收益估算 . 23 4.3.1 设备 . 23 3 4.3.2 公用工程 . 23 4.3.3 安装费 . 23 4.3.4 生产厂房 . 23 4.3.6 销售收入 . 23 第五章 结论 . 24 参考文献 . 25 附 表 . 26 附 图 . 27 致 谢 . 28 0 第一章 前言 1.1 卡巴拉汀的性质 产品名称： 卡巴拉汀 系统命名： N-乙基-N-甲基-氨基甲酸-3-(S)-1-(二甲氨基)乙基苯酯 别名： 利凡斯的明，艾斯能1 英文名称： Rivastigmine 分子式： C14H22N2O2 结构式： 分子量： 250.34 熔点： 123-125（酒石酸盐） 水溶性： 2.04e+00 mg/mL 1.2 卡巴拉汀的用途 卡巴拉汀（rivastigmine）又名利凡斯的明。属第二代中枢 AChE 抑制药，对大鼠大脑皮层和海马的 AChE 有选择性抑制2作用，而对纹状体和心脏的 AChE 几无影响，尚可减慢淀粉样蛋白前体（APP）的形成。口服迅速吸收，约 1h 达到 Cmax，血浆蛋白结合率约 40%，已透过血脑屏障，临床用于轻、中度阿尔茨海默症（老年痴呆症） ，改善认知功能障碍，提高记忆力、注意力和方位感。主要使用其重酒石酸盐进行治疗。 阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD） ，又叫老年性痴呆3，是一种中枢神经系统变性病，起病隐袭，病程呈慢性进行性，是老年期痴呆最常见的一种类型。主要表现为渐进性记忆障碍、认知功能障碍、人格改变及语言障碍等神经精神症状，严重影响社交、职业与生活功能。AD 的病因及发病机制4-6尚未阐明，主要有特征性病理改变为淀粉样蛋白沉积形成 1 的细胞外老年斑和 tau 蛋白过度磷酸化形成的神经细胞内神经原纤维缠结，以及神经元丢失伴胶质细胞增生等。 胆碱能神经递质是脑组织中的重要化学物质，发生阿尔茨海默病时脑内的胆碱能神经元减少，导致乙酰胆碱（ACh）合成、储存和释放减少，进而引起以记忆和识别功能障碍为主要症状的一系列临床表现。在阿尔茨海默病的发病机制中，此学说是目前较为公认的阿尔茨海默病的发病机制。这也是目前阿尔茨海默病治疗获得有限疗效的重要基础。 1.3 卡巴拉汀的生产及应用前景 据国际医学杂志柳叶刀公布的一份研究报告显示，全球每 7 秒钟便新增一例阿尔比海默病病例，每隔 20 年患者人数就翻一番。据该报告估计，目前全球有痴呆症患者 2430 万人，每年有 460 万个新发病例，到 2040 年前，这一数字将升至 8110 万例。我国现有阿尔茨海默病患者大约为 600 万，约占世界总病例数的四分之一，每年还有新发病例 30 万人。阿尔茨海默病已成为老年人群继心血管疾病、恶性肿瘤、中风之后威胁健康的第四大杀手。WHO已将阿尔茨海默病定为 21 世纪五大重点疾病之一。 随着老龄化的推进，阿尔茨海默病治疗药市场每年以 19%的速度迅速增长。目前该类药在世界主要市场的价值已达近百亿美元。阿尔茨海默病治疗药物新品种的研发数量超过了世界上任何其他疾病治疗药物研发的数量，资料显示，在神经退化性药物市场上，脑代谢药或抗 AD 药物是最大的用药领域之一，而阿尔茨海默病药物又是神经变性市场的最大部分。占全球销售额的 33%。 目前国际市场该类药物销售额最高的是由卫材和辉瑞生产的安理申（Aricept，盐酸多奈哌齐） ，2003 年全球销售额为 15 亿美元。 美金刚胺是世界范围内第一个用于治疗中度-重度痴呆症的药物，是第一个，也是目前唯一一个已上市的 NMDA 受体拮抗剂，其独特的作用机理，代表了一个全新的痴呆症治疗药物类别，其新的适应症还在不断拓宽，市场潜力巨大。自 2003 年美国 FDA 批准上市以来，全球年销售额超过 6 亿欧元。 卡巴拉汀是新进入国家基本医疗保险,工伤保险和生育保险药品目录的第 2 只阿尔茨海默病用药。卡巴拉汀（利斯的明）是瑞士诺华公司开发的品种。1997 年 12 月首先在瑞士上市，商品名为Exelon，次年在英国上市。2000 年 4 月获得 FDA 批准，同年 6 月底在美国上市，从而使阿尔茨海默病治疗药物的产品结构得到了补充。 重酒石酸卡巴拉汀是氨基酸甲酸类脑组织选择性胆碱酯酶抑制剂7，该药虽然半衰期相对较短，但对胆碱酯酶抑制作用可达 10 小时，通过延缓胆碱能神经元对释放的乙酰胆碱的降解，促进胆碱能神经传导，从而提高了乙酰胆碱的含量。该药不经肝脏及 P450 代谢，对轻、中度早老性痴呆症耐受性较好，同时具有抑制脑内的丁酰胆碱酯酶作用。在欧洲、美国等 45 2 个国家进行的一项前瞻性、随机多中心双盲研究中获得了较高的评价。重酒石酸卡巴拉汀上市后，虽然一直处于不温不火的状态，但表现出销售额逐年平稳增长态势。2008 年，重酒石酸卡巴拉汀全球销售额为 8.15 亿美元，同比上一年增长了 20.38%。 诺华公司未在中国申请专利，于 1999 年 6 月取得药品行政保护，保护期 7.5 年，于 2006年 12 月终止。国内有化工企业生产该原料。 2000年5月， SFDA批准诺华公司的重酒石酸卡巴拉汀进入我国市场， 商品名为艾斯能。目前， 诺华公司的艾斯能垄断了国内卡巴拉汀市场， 2008 年样本医院用药金额为 440 多万元，同比上一年增长了 54%，占样本医院抗痴呆用药市场的 7.27%。 3 第二章 设计说明书 2.1 本设计采用路线 经过对其合成路线的选择，最终确定本设计采用的卡巴拉汀的合成路线8-10为： 该路线易于应用于工业生产，并获得（S）-3-（1-二甲氨基乙基）苯酚（6） ，这是合成卡巴拉汀非常重要的一个中间体。本设计主要是对该合成过程中的由化合物 6 制备化合物 1 的步骤进行生产工艺的放大设计。 2.2 设计目的及任务 2.2.1 设计目的及意义 本设计针对国内卡巴拉汀供需状况的研究，对年产 27t 卡巴拉汀项目进行工艺设计。通过对卡巴拉汀的合成路线的文献查找及研究，选择合成路线，根据其中试试验，对其中的由（S）-3-（1-二甲氨基）乙基苯酚制备 N-乙基-N-甲基-氨基甲酸 3-(S)-1-(二甲氨基)乙基苯酯的步骤进行放大设计，使其实现工业化生产，同时对产物进行提纯、萃取、干燥等工艺完成其后处理。并做好废弃物的再回收利用，积极响应国家建设资源节约型社会的要求。同时生产出的卡巴拉汀，能更好的为阿尔茨海默病患者减轻疾病的折磨，更好地服务人民。 4 2.2.2 设计任务 本设计的主要任务有： （1）查阅国内外有关文献，确定生产工艺路线； （2）完成年产 27t 卡巴拉汀的物料衡算，能量衡算； （3）反应釜的选型； （4）冷凝器的选型； （5）储罐的体积计算； （6）各管道的选择； （7）精馏塔理论塔板数的计算。 结合对各个单元的物料衡算和热量衡算，选择各工艺中所涉及到的设备， ，其中的定型设备根据化工工艺设计手册进行选择，非定型设备则进行必要计算，如精馏塔，则需确定其理论塔板数，最终确定各设备的材质和规格。各设备选择为平面布置设计、管道布置设计及经济核算提供更为充分的依据。 在上述工作的基础上，进行工艺流程设计，在设计时首先要考虑工艺的优化组合，合理布置各设备位置，充分考虑各工艺管道所输送的物料性质，综合管道投资选择合适管径。 在设备选择和工艺流程设计的基础上进行车间的平面布置设计， 各储罐相对集中在罐区，用量较大物料和最终的产品贮罐尽可能靠近道路，而回流物质的设备如换热器则尽可能布置在相对较高的位置，充分利用位能，以期达到最优。 管道布置设计，则应考虑到设备的相对位置，在确保生产的前提下，减少管道安装的难度，以便更换或清洗。 结合生产过程中物料性质和产品特征，结合工艺过程中产生的中间物料等的情况保证企业安全生产，减轻对环境的危害。 最终对该项目效益进行简要分析，确定其可行性。 2.3 基本工艺流程 工艺流程流程图介绍： 在 N2保护下在搪瓷反应釜中加入 3-(1-二甲氨基乙基)苯酚 （66kg， 400 mol， 99.9%ee） ，K2CO3（80kg，578mol） ，乙酸乙酯（540L） ，以及 N-甲基-N-乙基氨基甲酰氯（52kg,428mol） 。再用乙酸乙酯（20L）清洗管线。所得的混合液进行加热回流，并在此温度下搅拌 3-5 小时。冷却到室温后，加 300L 水进一步搅拌 0.5 小时。 各相分离，每次用 200L 乙酸乙酯萃取水相，萃取两次。萃取后的乙酸乙酯合并一起并送回反应釜中，在真空下蒸馏到 200L，然后在 0 C 下加入 3 mol/L HCl（136L，408mol） ，搅拌后分层。 5 弃去乙酸乙酯相。用 100L 乙酸乙酯洗涤水相，洗涤两次。然后在 0 C 用 NaOH 溶液（56kg，30wt%，420mol）碱化。所得水相每次用 300L 乙酸乙酯萃取，萃取三次。将乙酸乙酯相结合到一起，运回反应釜中，在 40 C/15mmHg 的条件下，浓缩至干燥，得到 N-乙基-N-甲基-氨基甲酸 3-(S)-1-(二甲氨基)乙基苯酯，即所需的产品。 工艺流程简图如图 2.1： 原料 产物 图 2.1 工艺流程简图 Fig 2.1 Figure of process flow 反应釜 加水搅拌后，分层 油相 水相 加盐酸分层 萃取后浓缩 油相 水相 乙酸乙酯洗涤 2 次 加NaOH溶液，分层 油相 水相 乙酸乙酯萃取3次 水相 油相 有机相合并后浓缩 6 2.4 基本数据 每天生产所需的原料量： 1、 （S）-3-（1-二甲氨基乙基）苯酚 66kg，400mol 2、 N-甲基-N-乙基氨基甲酰氯 52kg，428mol 3、 K2CO3 80kg，578mol 4、 乙酸乙酯 2060L 5、 3mol/L HCl 溶液 136L 6、 质量分数 30%的 NaOH 溶液 56kg 生产的基本过程为： 1、酯化过程 原料： （S）-3-（1-二甲氨基乙基）苯酚 66kg，400mol N-甲基-N-乙基氨基甲酰氯 52kg，428mol K2CO3 80kg，578mol 反应温度：维持乙酸乙酯回流 反应时间：5 h （S）-3-（1-二甲氨基乙基）苯酚转化率： 97.5% 卡巴拉汀收率：97.5% 2、加水搅拌分层 蒸馏水：300L 搅拌时间：0.5h 分层时间：0.5h 温度：室温 卡巴拉汀收率：98.5% 3、加乙酸乙酯萃取水相 乙酸乙酯：400L HCl（3mol/L） ：136L 每次用 200L 萃取水相，萃取两次，分别经过两次搅拌混合，两次分层，各需 0.5h，共2h，萃取后合并乙酸乙酯并蒸馏至 200L，并加 HCl 搅拌分层。该过程需 2h。 卡巴拉汀收率：98% 4、乙酸乙酯洗涤，NaOH 溶液碱化 乙酸乙酯：200L NaOH 溶液：56kg，30wt% 每次用 100L 萃取水相，萃取两次，分别经过两次搅拌混合，两次分层，各需 0.5 h，共2h，萃取后合并乙酸乙酯，并加 NaOH 溶液搅拌分层。该过程需 1h。 卡巴拉汀收率：99% 7 5、乙酸乙酯萃取，浓缩至干燥 乙酸乙酯：900L 浓缩干燥条件：40 C/15mmHg 每次用 300L 萃取水相，萃取 3 次，分别经过 3 次搅拌混合，3 次分层，各需 0.5h，共 3h，萃取后合并乙酸乙酯，并浓缩至干。耗时 2h。 卡巴拉汀收率：97.5% 综上得，每批物料的生产时间大约为 18h。 2.5 物料衡算 选择每批物料的生产时间为一个基准。 根据物料衡算，各反应过处理步骤的产物收率为： 1、酯化过程 酯化 （S）-3-（1-二甲氨基乙基）苯酚分子量为：165g/mol 卡巴拉汀的分子量：250.34g/mol 该过程中的产品质量为： 66/165 250.34 97.5% = 97.63kg 2、 加水搅拌分层 产品量 ： 97.63 98.5% = 96.17kg 3、加乙酸乙酯萃取水相 产品量 ： 96.17 98% = 94.24kg 4、乙酸乙酯洗涤，NaOH 溶液碱化 产品量 ： 94.24 98% = 92.36kg 5、乙酸乙酯萃取，浓缩至干燥 产品量 ： 92.36 97.5% = 90.05kg 按一天生产一批，每年生产 300 日计算 其年产量为： 90.05 300 = 27.01t （S）-3-（1-二甲氨基乙基）苯酚 66kg N-甲基-N-乙基氨基甲酰氯 52kg K2CO3 578mol 卡巴拉汀 97.63kg N-甲基-N-乙基氨基甲酰氯 1.3kg K2CO3 KHCO3 KCl 8 2.6 设备选型及设计 2.6.1 换热器的传热面积计算及选型 该换热器的作用是将乙酸乙酯蒸汽冷凝为液体，乙酸乙酯的密度 =0.89810kg/m，冷凝热 r=366.5kJ/kg，沸点为 77.2 平均温度差： t1=77.2-25=52.2，t2=77.2-35=42.2 可知 t1/t22，所以 tm=（52.2+47.2）/2=47.2 反应器中共有乙酸乙酯 560L，假设每秒有 1乙酸乙酯参与回流， 则其蒸汽流量为： Wh=560 10-3 1 0.898 103=5.03kg/s 换热器的传热量为： Q= Whr = 5.03 366.5 = 1843.5 kW 查资料得高温流体为有机质蒸汽， 低温流体为水时， 其总传热系数 K0范围为 290-1160 W/（m2 K） ，取 K0=800 W/（m2 K） ， 传热面积： S =0mKtQ=8002 .4710001843.53=48.82m2 水的比热容 Cpc=4.2 103J/（kg ） 可得用水量： Wc =)(Q21ttCpc=）（25-3510002 . 410001843.53=43.89kg/s 选用列管尺寸为 252.5mm，管心距为 32mm 单程管数： n = 4Wc2du=99602. 014. 33 . 189.4342=107.9108（根） 单程管长： l=0dnS=025. 014. 310848.82=5.75m 选管长 l=3m，Np=5.75 3=1.91，取 Np=2 程 9 则总管数为 n=2n=2108=216（根） 根据 S=48.82m2，Np=2，n=216 根， 选用 G600-2-16-52.8 列管换热器。 其实际传热面积为 52.8m2，有关参数如下： 公称直径 DN 600mm 公称压力 PN 1.6 103kPa 传热面积 S 52.8m2 管程数 NP 2 管数 n 216 管长 l 6m 管子规格 25 2.5mm 管心距 t 32mm 管子排列方式 正三角形 2.6.2 精馏塔的设计 对生产所得的乙酸乙酯进行精馏，由于本操作是按批次进行精馏，故选择间歇精馏更适合。原料可认为是乙酸乙酯与水的混合物，其组成为 0.9，馏出液组成为 0.97（维持恒定） ，当釜液组成达到 0.080 时停止操作。 由于乙酸乙酯超出沸点的饱和蒸汽压不易查找，故根据安东尼方程1314求得 lgP=A-B/(t+C) （2.1） 式中：P物质的蒸气压，毫米汞柱； t温度， 查化学工程手册可得，乙酸乙酯所对应的常数为：A=7.09808，B=1238.71，C=217.0。 以 t=80的情况为例计算， lgP =A-B/(t+C) =7.09808-1238.71/（80+217） =2.9273 P=845.94 mmHg 1 标准大气压（101.325KPa）=760mmHg。 故可得 80下乙酸乙酯的饱和蒸气压为 P1=845.94/760 101.325 KPa=112.773 KPa 同理可得其他温度下饱和蒸气压值，并查得相应温度下水的饱和蒸汽压值，将所得的数据列于表 2.1： 10 表 2.1 乙酸乙酯-水饱和蒸气压值 Table 2.1 Saturation vapor pressure of ethyl acetate -water solution 温度 77 78 80 85 90 95 100 乙酸乙酯 pA/kPa 101.325 105.674 112.773 132.226 154.205 178.970 206.719 水 pB/kPa 41.905 43.665 47.373 57.815 70.117 84.529 101.325 利用拉乌尔定律计算气液平衡数据 以 t=80为例，计算过程如下： x =（p- p A）/（p A- p B） =（101.325-47.373）/(112.773-47.373) = 0.8249 y = p A X/p = 112.773/101.325 0.8249 = 0.9182 其他温度下的计算结果列于表 2.2。 表 2.2 乙酸乙酯-水汽液平衡数值 Table 2.2 Vapor-liquid equilibrium value of ethyl acetate - water solution 温度/ 77 78 80 85 90 95 100 x 1.0000 0.9299 0.8249 0.5848 0.3711 0.1779 0 y 1.0000 0.9698 0.9182 0.7631 0.5648 0.3142 0 用以上数据绘制 x-y 相平衡图。在该图上可得：当 xWe=0.10 时，yWe=0.180，则 Rmin =（xD- yWe）/（yWe xWe） =（0.97-0.180）/(0.180-0.10)=9.87 设最终阶段操作回流比比最小回流比的 1.2 倍， 所以 R = 1.4 Rmin = 1.2 9.87 =11.85 而 xD/(R+1)=0.97/(11.85+1)=0.076 11 图 2.2 理论塔板数的图解法 Fig 2.2 The graphic method of theoretical plate number 在图 2.1 上，连点 a（xD =0.97，yD=0.97）和点 b（在 y 轴上的截距为 0.076），直线 ab即为操作线。从点 a 开始在平衡线和操作线间绘梯级，直至 xnxWe（0.10）为止，共需 9 层理论板。 汽化总量: V=F(xD-xF) FWexxWWDdxxxR2)(1 (2.2) 以 xD/（R+1）为截距在 x-y 图上作操作线，然后从点 a 开始绘 9 层梯级，最后一级对应的液相组成为 xW，所得结果列于表 2.3 中。 根据表 2.3 中数据选用梯形公式计算， 即 90. 010. 02)(1WWDdxxxR = 0.1143 （216.9265.3 +27.4+15.5+12.3+10.9+11.0+12.3） = 26.3 12 所以 V=2060 （0.97-0.90） 26.3=3792.5L 表 2.3 数据一览表 Table 2.3 Data sheet xD/（R+1） R xW （R+1）/(xD-xW)2 备注 0.746 0.30 0.90 265.3 xW1=0.9 0.599 0.62 0.727 27.4 xW2=0.010 0.385 1.52 0.567 15.5 h=7 0.289 2.36 0.447 12.3 xW=0.1143 0.229 3.23 0.346 10.9 0.175 4.55 0.261 11.0 0.124 6.83 0.172 12.3 0.076 11.85 0.10 16.9 按 1 标准大气压算，则其体积为 V1 =3792.5 0.898 1000/88.11 22.4 10-3=865.8m3 设定在 1h 内蒸馏完毕，故其体积流率为 VS=1800865.8=0.481m3/s 取空塔气速 u=0.80m/s， 则 D=u4SV=0.803.14481. 04=0.875m 取塔径为 1m，根据参考数值，选择板间距 HT=0.35m，设定全塔效率 ET=90%， 塔的有效高度 Z=（TTEN-1）HT =（90%9-1） 0.35=3.15m 共设置两个人孔，每个人孔直径 450mm，人孔处的板间距设为 HP=600mm。塔顶空间高度 HD=0.6m，塔底空间高度 HB=0.5m，封头高度 H1=0.3m，裙座高度 H2=1.2m。 故板式塔塔高为： H =（n-nP-1）HT+ nPHP+HD+HB+H1+H2 13 =（10-2-1） 0.35+2 0.6+0.6+0.5+0.3+1.2 = 6.25m 2.6.3 反应釜选型15-16 1、反应釜的选型 反应原料共有乙酸乙酯，水，K2CO3， N-甲基-N-乙基氨基甲酰氯。其中乙酸乙酯 560L，水 300L，N-甲基-N-乙基氨基甲酰氯 52kg，查得其密度 1=1.101 103kg/m3， 故可知体积 V1 = 310101. 152=0.04723 m3 = 47.23L 故总体积 V = 560+300+47.23 = 907.23L。 为节省设备费用，在后面的浓缩过程中仍然采用反应釜进行，浓缩物料的最大体积约为V2为 900 L，故仍按 V=907.23L 计算。 按装料系数为 0.70 计算，得反应釜的体积： V = 7 . 0907.23 =1296.0L 根据反应釜尺寸 93 标， 选用公称容积为 1500L 的搪玻璃开式反应罐， 其部分参数为如表2.4： 表 2.4 反应釜参数 Table 2.4 Parameters of reactor 公称容积 1500L D2 1679 mm 减速机型号 BLD-18 DN 1300 mm D3 30 放料阀规格 100/50 D0 910 mm D4 65 5 传热面积 5.34m2 D1 1450 mm H 1475 mm 设备总重 2160kg 2、萃取部分的混合槽与澄清槽的体积 澄清槽 V-103 的所装物料的最大体积同反应釜相同，按装料系数为 0.8 计算，可知 V2 = 80. 0907.23 = 1134L 确定其体积为 1200L。 澄清罐 3、 4、 5 的所装物料的最大体积约为 600L， 按装料系数 0.8，则其体积为： 14 V = 80. 0600 = 750 L 各混合罐体积与澄清槽体积相同。 3、储罐的体积 油相储罐的体积: V10 = 80. 0900 = 1125L 水相储罐的体积: V11 = 80. 042136300 = 598L 其中 136 为所加盐酸的体积，42 为 NaOH 溶液的体积。 废油相储罐的体积: V9 = 8 . 0200200560=1200L V12 = 80. 0200900 =1375L 原料混合罐的体积: V14 = 80. 0540 = 675L V15 = 80. 047.23 = 60L 2.6.4 各主要管道的设计 1、进料部分管道 乙酸乙酯：设装料时间为 3 min， 流量为： V1 =3/6010540-3= 10.8 m3 /h 因为油及粘度大的液体的流速范围为 0.5-2 m/s,取流速为 1m/s。所以管径为： d1=3600114. 38 .104=61.0 mm 15 故采用 704 mm 无缝钢管11-12。 加水 300L：流量为： V2 =30/3103003-=9.0 m3 /h 因为水及低密度液体的流速范围为 1.5-3.0 m/s，取流速为 2.5 m/s,所以管径为： d2=36005 . 214. 30 . 94=35.7 mm， 所以采用 423 mm 无缝钢管。 2、萃取部分管道 （1） 混合物从混合槽到澄清槽的管道， 取流速为 1.0 m/s， 其最大体积约为 600L， 设 6min转移完毕， 流量为： V3 = 60/6106003- = 6.0 m3 /h 所以管径为： d3=36000 . 114. 30 . 64=46.08 mm， 故采用 543.5 mm 无缝钢管 （2）水相从澄清槽转移到混合槽中的管道，取流速为 2.0 m/s, 所以管径为： d4=36000 . 214. 30 . 34=23.04 mm， 所以采用 282.0 mm 无缝钢管。 （3） 油相从各澄清槽到油相储罐的管道， 取流速为 1.0m/s， 最大体积为 300L， 用时 3min，则流量为： 16 V4 = 60/3103003- =9.0 m3 /h 所以管径为： d5=36000 . 114. 30 . 94=56.43 mm 所以采用 63.53.5 mm 无缝钢管。 （4） 加乙酸乙酯到混合槽进行萃取的管道， 计算过程与 （3） 相同， 故同样采用 63.53.5 mm 无缝钢管。 3、乙酸乙酯气体进入冷凝器的管道 则乙酸乙酯气体的体积流量为： Vs = 5.6L/s = 20.16 m3 /h 通常，气体的流速范围为 10-30 m/s,取流速为 12 m/s 所以管径为： d6=36001214. 316.204=24.38 mm 故采用 323.5mm 无缝钢管。 2.7 工艺流程设计说明 在工艺流程设计时，应当结合输送物料的性质、温度、压力，对管道材质进行选择，若输送物料无腐蚀性，则选择普通无缝钢管，对有腐蚀性的物料选择不锈钢管。选择阀门时，应当按照管道规格选择相应的阀门，结合各管道输送的物料性质，选择阀门材质，根据其在工艺中作用，选择阀门种类。 在考虑工艺流程布置时，尽可能按各设备相对位置进行布置，如精馏塔冷凝器，反应釜的换热器，均应当布置在相对较高的位置；依靠自身的重力回流到塔内从而减少输送动力消耗，节约成本。对不同设备的相对大小在工艺流程图中也要尽可能得到体现。 17 工艺中所涉及到的物料线均在工艺流程图中得以注明， 其中主物料线以粗实线表示，一般物料线以细实线表示，以示区别。所涉及的各控制仪表在流程图中的相应位置也要加以标注。 带控制点的工艺图见附图 1。 2.8 平面布置设计说明 进行平面布置时，各储罐相对集中在罐区，用量较大物料和最终的产品贮罐尽可能靠近道路，而回流物质的设备如换热器则尽可能布置在相对较高的位置，充分利用位能。在进行浓缩干燥时，采用了真空泵，对真空泵进行隔离，以减轻噪声污染。 同时在布置时，除考虑生产用房的布置外，还兼顾了辅助用房和生活用房的布置设计，如控制室、更衣室、卫生间等，均布置在厂房内，使操作方便，充满人性化。 平面布置图见附图 2。 2.9 管道设计说明 管道布置在满足生产需要的前提下，考虑了易于安装和检修，在尽可能的前提下，尽量缩短管线，在布置时充分考虑了集中布置的原则，沿墙壁、楼板底布置，适当兼顾美观。不常检修的管路靠墙面布置，常检修的靠外布置。 对泵的管道布置主要是要保证良好的吸入条件和方便检修。换热器布置时，尽量缩短管道长度，使操作、维修方便；阀门、仪表等常靠近通道布置，便于人员检修和观察。 管道布置图见附图 3。 18 第三章 安全生产和环境保护 3.1 物料的安全要求 乙酸乙酯 1、理化性质 无色透明液体。有水果香。易挥发。对空气敏感。能吸水分，水分能使其缓慢分解而呈酸性反应。能与氯仿、乙醇、丙酮和乙醚混溶，溶于水(10%ml/ml)。能溶解某些金属盐类（如氯化锂、 氯化钴、 氯化锌、 氯化铁等） 。 相对密度 0.902。 熔点-83。 沸点 77。 折光率 1.3719。闪点 7.2 （开杯） 。 易燃。 蒸气能与空气形成爆炸性混合物。 半数致死量 （大鼠， 经口） 11.3ml/kg。有刺激性。 2、危险特性 易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂接触猛烈反应。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。 3、健康危害 对眼、鼻、咽喉有刺激作用。高浓度吸入可引进行性麻醉作用，急性肺水肿，肝、肾损害。持续大量吸入，可致呼吸麻痹。误服者可产生恶心、呕吐、腹痛、腹泻等。有致敏作用，因血管神经障碍而致牙龈出血；可致湿疹样皮炎。慢性影响：长期接触本品有时可致角膜混浊、继发性贫血、白细胞增多等。 4、应急处理处置方法 泄漏应急处理迅速撤离泄漏污染区人员至安全区，并进行隔离，严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿消防防护服。尽可能切断泄漏源，防止进入下水道、排洪沟等限制性空间。小量泄漏：用活性炭或其它惰性材料吸收。也可以用大量水冲洗，洗水稀释后放入废水系统。大量泄漏：构筑围堤或挖坑收容；用泡沫覆盖，降低蒸气灾害。用防爆泵转移至槽车或专用收集器内，回收或运至废物处理场所处置。 3.2 安全生产的基本要求 安全生产的基本要求： (1)严禁岗位操作人员在工作时间打吨、睡觉、打闹及脱岗、串岗； 19 (2)操作人员进班前应按规定穿戴好防护用品，操作中取放物料时，应戴好胶皮手套、眼睛，必要时应戴防毒面具。 (3)操作人员应熟知本岗位各种物料的物化性质，安全防护知识，消防器材的使用方法及急性中毒，化学灼伤的分厂急救办法。 (4)加强巡回检查，发现不安全因素立即采取措施并逐级上报以便及时采取措施处理，同时填好原始记录。 (5)机械设备的联轴器、皮带轮、靠背轮等转动危险部位均应有防护罩，对正在运行的机器，除规定准许操作部分外其他部位一律不准触动。 (6)开启机器和设备前，应事先作好联系和检查，无问题时方可开启。 (7)属于电器方面的作业，一律由电工进行。 (8)带电设备，遇到突然停电时，必须首先切断电源，然后进行检查和修理。 (9)操作者必须了解电器开关所在地，必须首先切断电源后，进行检查和修理。 (10)在正常生产情况下，不准用铁锤随便敲击设备及管道，未经办理动火手续，不准动火，以防发生火灾。 3.3 设备及检修的安全注意事项 (1)检修前，车间必编制项目齐全、内