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1、精选优质文档-倾情为你奉上阿司匹林的工段工艺设计系 别：材料与化学工程学院专 业：化学工程与工艺班 别：化工 2班学 号：姓 名：黄善青2012年 3月 目录1 概述阿司匹林是历史悠久的解热镇痛药，它诞生于1899年3月6号。早在1853看夏天，弗雷德克热拉尔（Gerhardt）就用水杨酸与酸酐合成了乙酰水杨酸，但没能引起人们的重视：1898年德国化学家菲霍夫曼又进行了合成，并为他父亲治疗风湿关节炎，疗效极好：1899年由德莱塞介绍到临床，并取名为阿司匹林（Aspirin）。到目前为为止，阿司匹林已应用百年，成为医药史上三大经典药物之一，至今它仍是世界上应用最广泛的解热、镇痛和抗炎药，也是作为
2、比较和评价其他药物的标准制剂。在体内具有抗血栓的作用，它能抑制血小板的释放反应，抑制血小板的聚集，这与TXA2的减少有关。临床上用于预防心脑血管疾病的发作。阿司匹林于1898年上市，近年来发现它还具有抗血小板凝聚的作用，于是重新引起了人们极大的兴趣。将阿司匹林及其他水杨酸衍生物与乙烯醇、醋酸纤维素等含羟基聚合物进行熔融酯化，使其高分子化，所得产物的抗炎性和解热止痛性比游离的阿司匹林更长效。1.1 阿司匹林的的性质阿司匹林化学名为：2一(乙酰氧基)苯甲酸，又名醋柳酸，或乙酰水杨酸。1897年由水杨醋和醋酐反应制成，是应用最早和最广泛的解热镇痛药，临床应用已逾百年。1.1.1 理化性质本品为白色结
3、晶或结晶性粉末，无臭或身徽酸臭，味徽酸。徽溶于水，易溶于乙醇。显酸性，可溶于碳酸钠及氢氧化钠。稳定性差，极易水解，生成水杨酸(具毒副作用)和醋酸。中国药典规定要检查游离水杨酸，遇三氯化铁试液显紫堇色。生产中还可产生醋酸苯酯、水杨酸苯酯和乙酰水杨苯酯。这些杂质由于不含羧基，故不溶于碳酸钠试液中。产生的少量乙酰水杨酸酐杂质可引起过敏反应。用途：本品的解热、镇痛、抗炎作用较强，能选择地使细胞内环氧合酶(cox)乙酰化，抑制环氧合酶(cox)的活性，影响下丘脑中枢致热因子前列腺索(PG)的合成，使体温中枢恢复调节体温的正常反应。1.1.2 临床上用途1.1.2.1小剂量可勰热、镇痛，用于感冒退热、缓解
4、头痛和全身痛。阿司匹林通过对环氧合酶(COX)的抑制而减少前列腺素(PC)的合成，由此减少组织充血、肿胀，降低对疼痛的敏感性，具有中等程度的镇痛作用。可缓解轻度或中度的疼痛，对钝痛如头痛、牙痛、神经痛、关节痛、肌肉痛及月经痛等有较好的镇痛效果，也用于感冒、流感等退热。丽对创伤性剧痛或内脏平滑肌痉挛引起的绞痛几乎无效，但由于仅对疼痛、发热的症状有缓解作用，不能解除疼痛、发热的致病原因，也不能防止疾病的发生，需同时应用其他药物参与治疗，故不宜长期服用。阿司匹林服后吸收迅速而完全，解热、镇痛作用较强，作用于下丘脑体温中枢引起外周血管扩张、皮肤血流增加，出汗，使散热增强而起到解热作用。能降低发热者的体
5、温，对正常体温则无影响。阿司匹林可减少炎症部位具有痛觉增敏作用的物质前列腺素(PG)的生成，故有明显的镇痛作用，1.1.2.2大剂量可抗风湿，用于治疗风湿热、风湿性关节炎、类风湿性关节炎等疾病。阿司匹林为治疗风湿热的首选药物，用药后可解热、减轻炎症，使关节症状好转，血沉下降，但不能去除风湿的基本病理改变，也不能预防心脏损害及其他合并症。阿司匹林除治疗风湿性关节炎外，也用于治疗类风湿性关节炎，可改善症状，为进一步治疗创造条件。此外，本品也用于骨关节炎、强直性脊椎炎、幼年型关节炎以及其他非风湿性炎症的骨骼肌肉疼痛，也能缓解症状。1.1.2.3抑制血小板凝集，可用于防治动脉血栓和心肌梗死。阿司匹林对
6、血小板聚集有抑制作用，阻止血栓形成，临床可用于预防暂时性脑缺血发作、心肌梗塞、心房颤动、人工心脏瓣膜、动静脉瘘或其他手术后的血栓形成。1.1.2.4粉末外用治足癣。1.1.2.5其他方面的临床应用ASP用于眼科黑蒙症，是由于视网膜血栓引起的发作性单侧视力消失，采用ASP治疗，每13给予0659，可获得较好疗效。ASP用于治疗胆道蛔虫症，一次19，一日23次连用23日；阵发性绞痛停止，24小时后停用，然后进行驱虫治疗，有效率可达90以上。ASP对血小板增多症有效，可改变血小板减少性紫癜，溶血性尿毒症；亦可用于镰状细胞性贫血，ASP合用尿激素等可减少溶血性尿毒症所致慢性肾脏病变的病发率。1.2 发
7、展简史早在1853年夏尔，弗雷德里克热拉尔(Gerhardt)就用水杨酸与醋酸合成了乙酰水杨酸，但没能引起人们的重视；1898年德国化学家菲霍夫曼又进行了合成，并为他父亲治疗风湿关节炎，疗效极好；1899年由德莱塞介绍到临床，并取名为阿司匹林(Aspirin)。到目前为止，阿司匹林已应用百年，成为医药史上三大经典药物之一，至今它仍是世界上应用最广泛的解热、镇痛和抗炎药，也是作为比较和评价其他药物的标准制剂。在体内具有抗血栓的作用，它能抑制血小板的释放反应，抑制血小板的聚集，这与TXA2生成的减少有关。 临床上用于预防心脑血管疾病的发作。 阿司匹林于1898年上市，近年来发现它还具有抗血小板凝聚
8、的作用，于是重新引起了人们极大的兴趣。将阿司匹林及其他水杨酸衍生物与聚乙烯醇、醋酸纤维素等含羟基聚合物进行熔融酯化，使其高分子化，所得产物的抗炎性和解热止痛性比游离的阿司匹林更为长效。 根据文献记载，都说阿司匹林的发明人是德国的费得克期霍夫曼，但这项发明中，起着非常重要作用的还有一位犹太化学家阿图尔艾兴格林。 阿图尔艾兴格林的辛酸故事发生在1934年至1949年间。1934年，费利克斯霍夫曼宣称是他本人发明了阿司匹林。当时的德国正处在纳粹统治的黑暗时期，对犹太人的迫害已经愈演愈烈。在这种情况下，狂妄的纳粹统治者更不愿意承认阿司匹林的发明者有犹太人这个事实，于是便将错就错把发明家的桂冠戴到了费利
9、克斯霍夫曼一个人的头上，为他们的“大日耳曼民族优越论”贴金。纳粹统治者为了堵住阿图尔艾兴格林的嘴，还把他关进了集中营。第二次世界大战结束后，大约在1949年前后，阿图尔艾兴格林又提出这个问题，但不久他就去世了。从此这事便石沉大海。 英国医学家、史学家瓦尔特斯尼德几经周折获得德国拜尔公司的特许，查阅了拜尔公司实验室的全部档案，终于以确凿的事实恢复了这项发明的历史真面目。他指出：在阿司匹林的发明中，阿图尔艾兴格林功不可没。事实是在1897年，费利克斯霍夫曼的确第一次合成了构成阿司匹林的主要物质，但他是在他的上司知名的化学家阿图尔艾兴格林的指导下，并且完全采用艾兴格林提出的技术路线才获得成功的。1.
10、3 国内外生产现状1.3.1 市场分析 百年老药阿司匹林凭借其低廉的价格和较小的不良反应赢得了市场的普遍认可，现已成为世界上最重要的解热镇痛药之一。近年来，阿司匹林的适用范围已从解热镇痛药向心血管病预防用药领域扩展，在心血管病预防用药量不断增加的推动下，其市场得到进一步的上升空间。事实上，除了心血管病方面，阿司匹林还在其他疾病上有独特的疗效，例如：防治糖性白内障、治疗抗生素所致听力障碍、抗衰除皱、改善老年男性性功能、治疗艾滋病、癌症等 。 1.3.2 生产情况 从 2O世纪5O年代开始生产至今，我国的阿司匹林产业经历了半个世纪的调整 ，目前持有阿司匹林原 料药生产批准文号的企业 有 16家，已
11、通过原料药GMP认证的企业有 10家，生产规模超过千吨的企业 有8家。多年来，我国阿司匹林主要生产企业有3 家_山东新华制药集团、南京制药厂、吉林恒河制药有限公司。这三大企业的年产能都超过3000吨，产量和出口量多年来占据全国85左右的份额，呈三足鼎立之势。 但近年来，这种三足鼎立的局面在悄然发生变化。南京制药厂阿司匹林原生产规模为3500吨、年产量3000吨，后因环保问题，几年前将原料药生产厂区搬迂到南京化学工业园区。搬迁后的生产 尚未恢复到以前水 平。吉林恒河 制药 有 限公 司原生 产规模为 4500吨、年产量3500吨，前不久亦因环保问题正在 进行厂区搬迁，老厂区的阿司匹林已停产，新厂
12、区生产正在建设之中。 最近以来，山东新华制药集团的阿司匹林产销量增长迅速，该产品已成为企业的重点产品之一，生产 规模一扩再扩，产能已由1996年的 2000吨扩大到目前的8000吨左右，年产量已从1996年的 1000多吨增长到6000多吨，占全国的近60，成为我国阿司匹林生产当之无愧的龙头老大。该企业的阿司匹林多年来大部分出口欧美市场 ，出口量约占全国的70。 2007年，新华制药和山东隆信集团共同出资组建了山东新华隆信化工有限公司生产阿司匹林主要原料水杨酸，年产能达到12000吨，成为 中国最大的水杨酸生产基地，从而为山东新华 制药集 团进一步扩大阿司匹林产能打下了基础。 由于受到国内外阿
13、司匹林市场需求旺盛，以及南京制药、吉林制药等厂区搬迁造成市场供应空缺等因素的刺激，有不少企业加大了对 阿司匹林生产 的投入，一些企业 的规模和产量在迅速扩大，成为阿司匹林生产的新主力军，如河北敬业化工集团医药化工分公司、陕西华阴锦前程药业有限公司、牡丹江双友化工制药有限公司、湖南中南制药有限公司等等。这些企业都已通过了阿司匹林原料药 GMP认证，年生产规模都达到1500吨以上。其中，河北敬业化工集团医药化工分公司生产规模达到 3000吨，年产量为2500吨；陕西华阴锦前程药业有限公司生产规模达到2500吨，年产量达2000吨，成为阿司匹林生产的后起之秀。 1.3.3 市场情况近年来，由于化工原
14、料、基本能源、环保治理、人工费用等各项开支都在不断上涨，人民币汇率逐步走高，推动了阿司匹林生产成本有较大上升，企业面临的成本压力越来越大。21世纪初，阿司匹林国内市场价格在每公斤1517元人民币 ，到2006年已达到每公斤 2223元人民币。 目前为每公斤2425元人民币，有企业DC一90规格阿司匹林报价达每公斤3537元人民币。自2007年 7月 1日起，国家调整了阿司匹林等众多医药原料药出口退税税率，税率从 13下调至 5，降低了8个百分点。受此影响，阿司匹林出口价格仍有上升的动力。此外，国家的环保治理力度也在加大，人民币汇率还会上升，预计今后阿司匹林价格仍会稳中趋升。 多年来，我国阿司匹
15、林大部分出口到美国、欧洲等地，出口量占总出口量的较大部分。全世界主要的阿司匹林市场为欧洲、北美等地 ，每年消耗的阿司匹林约占全球总量的近 23。美国是世界上最大的阿司匹林市场，每年耗用的阿司匹林原料药约占世界总产量的30左右，欧洲也是阿司匹林主要的消费地区，每年的消费量达万吨之多。2 生产工艺2.1 设计内容本设计以年产1000吨阿司匹林的生产工段，采用比较成熟的合适的酰化法进行生产。2.2 生产工艺阿司匹林的传统制备方法是以浓硫酸作催化剂进行O酰化反应，产率一般在75%左右，但浓硫酸对设备的腐蚀性较大，对环境污染大，且易发生副反应而使产品色泽深，不利于提纯。研究表明可用固体超强酸或多酸来代替
16、浓硫酸作催化剂，但这些方法的制备过程较为复杂，需要专用设备。因此就必须寻找一种催化效果良好、简单易得同时对环境污染较小的可以进行工业化的新型催化剂。本设计采用酰化法来生产阿司匹林，以水杨酸作为起始原料，经过酰化、粗制、精制、等化学、物理过程生产阿司匹林产品。本设计主要分为三个工段:第一工段为反应阶段、第二工段为粗制阶段、第三工段为精制阶段。化学反应方程式为： 2.3 生产工艺流程确定2.3.1 生产工艺流程醋酐.水杨酸酰化酸洗离心水洗离心气流干燥旋风分离阿司匹林2.3.2 工艺流程图水杨酸酸酐母液酰化酸洗离心水洗离心气流干燥母液旋风分离阿司匹林2.4 工艺过程说明2.4.1 醋化岗位第一次投料
17、：按醋酐总量与含量计算水杨酸总投料量，检斤称重，将总投料量的三分之二水杨酸投入醋化罐中，再将醋酐一次全部加入罐中，在搅拌情况下，水汽加热1h，使内温升到8084，析出晶体，保温40min60min后，缓慢均匀降温到55。第二投料：待罐内降至55时，把剩余的三分之一水杨酸投到醋化罐中。水温升温90min至8082，保温1h，取样测终点，游离水杨酸0.15，如终点不到可延长保温时间或补加醋酐，直到终点。检查合格，方可进行第二次降温，缓慢降至70，将已溶解的回收品溶液通过过滤器抽入反应罐中【（回收品+粉）：母液=1：1.70kg/L,加温8080】抽滤完毕，保温30min用水汽混合降至50，缓慢加入
18、同温的稀释母液200L300L,然后用水蒸气继续降温至40（夏天）或30（冬天），全开冷水，降至1518，查终点合格后放料（夏天30可用盐水进行后期降温）夏季2224放料2.4.2 酸洗离心洗涤用550.15Kg冰醋酸将渗滤好的湿的阿司匹林在渗滤槽中全部洗涤一次（洗均），用真空将渗滤好的乙酰水杨酸抽入料斗，再放入离心机中，把料摊平慢车，均匀后在全速开车甩15min，甩开母液和洗涤水酸，停车，将离心机中的乙酰水杨酸抽入水洗料斗中，含酸量2.5，洗涤水含酸量13。2.4.3 水洗离心洗涤将料斗中物料放入离心机中，用手将料摊开，用含0.2磷酸的水洗（200L/机），将含磷酸水甩净，再用清水10L洗涤
19、，全速甩20min25mim（含水量3.0）将料抽入干燥斗中。洗涤水为本岗自制的蒸馏水，氯化物合格。2.4.4 干燥岗位 将料斗中的湿品乙酰水杨酸放入湿品料仓中，经螺旋推进器送入流化床干燥器内，控制进风口压800Mpa，进口温度7884，进行干燥，经旋风分离器分去粉子，其尾气经袋滤器后排空，沸腾流化床的成品，经冷风段，并经过筛机筛去渣子，成品进入干品料仓，分装成袋25Kg，成桶（出口25Kg），待检验合格后包装，准备入库，每批清理一次粉子，称重，交醋化岗处理。2.4.5 回收岗位一次母液回收处理：一次母液升温65，经膜式发器在真空-0.088Mpa条件下蒸酸，每小时处理400L500L，膜式蒸
20、发器气压0.2Mpa,蒸出的醋酸经酸洗一部分，做洗涤酸用，其余经检验合格（含量98.5）入库，浓缩液入结晶罐降温析结果，再溶掉部分细粉，留下品种保温2h4h,缓慢降温至4050，放料离心，用冰醋酸洗涤后，全速离20min，得回收品，经检验合格后交酰化套用，母液循环回收。循环母液处理：循环回收母液与一次母液体积比1：1.52配比，在96100，保温1.5h3h，以一次母液回收方法进行处理，回收乙酰水杨酸。循环母液处理：循环回收母液套用20批左右其胶体增多无法正常回收，故而可将残液中加入冰醋酸，其配比为1：1.11.5，保温3h5h，对胶体进行酸解而后再蒸馏降温，结晶，离心，回收乙酰水杨酸，酸化二
21、次后，再不能回收乙酰水杨酸，将残液进行蒸酸，汽压0.2Mpa蒸至不能出酸后，再加水蒸稀酸，蒸酸剩余的残液再加水稀释，打入水解罐，加氢氧化钠溶液进行碱解4h6h，温度95100，ph为910，得水杨酸钠，碱解液打入酸析罐，用30左右的稀硫酸溶液4550温度下，进行酸析，得回收工业水杨酸，ph1.0终点到降温到30，离心放到料用30的水洗至硫酸盐1，全速甩干水分，（含水分15），得到回收工业酸品，再经干燥室70，出料检斤，化验后干品送升华室重投回手升华酸。3 物料衡算计算依据：年产量：1000 t 年工作日：300 天 日产量：3.333 t 转化率：99% 收率：98.1% 物料计算以日产量为基
22、准。3.1 溶解罐的物料衡算溶解罐 根据吉林恒河制药厂和山东新华制药厂的参考公式，可得： 回收品母液=11.7 （粉子、渣子、尾料）母液=12.5因为投入回收品、粉子、渣子为固定值： 回收品=294Kg 粉子+渣子=3.5Kg+27.5Kg=31Kg所以计算出母液量为： 294Kg1.7+31Kg2.5=499.8Kg+77.5Kg=577.3Kg综合以上计算，得：进料：粉子=3.5Kg 渣子=27.5Kg回收品=294Kg进料：母液量=577.3Kg出料：经过溶解的进料和进料，完全经过过滤罐过滤出料，即出料=902.3Kg3.2 酰化反应的物料衡算 酰化反应釜 年产量为1000t，一年按30
23、0个工作日计算，可得出日产量为： 1000t/300天=3333Kg/天因为此物料衡算时以吉林恒和制药为模型，在此基础上进行扩建和改造，所以改造后产品的收率仍为改造前的收率，即98.1%。又因为:产品收率=产品/（水杨酸1.3043）=0.981则水杨酸投料量=3333Kg/（0.9811.3043）=2604.89Kg根据阿司匹林生产设计的经验公式：水杨酸投料量=（醋酐含量）/0.8200.836 =2604.89Kg此物料衡算中运用经验常数0.830；并且醋酐含量为98%；则投入醋酸量=7815.44Kg0.830/0.98=2206.18Kg同时因为醋酐中的醋酸的含量为2%则HAC质量=
24、2206.182%=44.12Kg根据吉林恒河制药厂和山东新华制药厂的参考公式，可得： 总投料量母液量=6.81因为总投料量=水杨酸+酸酐=2604.89Kg+2206.18Kg=4811.07Kg由此的投入反应罐母液量为4811.07Kg/6.8=707.51Kg综合以上计算，得： 进料：水杨酸=2604.89Kg 酸酐=2206.18Kg 进料：溶解罐中的出料=902.3Kg 投入反应罐的母液量=4811.07Kg/6.8=707.51Kg出料：此工艺过程可近似不考虑损耗，即完全出料:即出料 = 水杨酸+酸酐+溶解罐中的出料+投入反应罐的母液量=6420.88Kg3.3 渗滤槽的物料衡算渗
25、滤槽 因为1.1和1.2中的母液均来自于此工艺过程，即 渗滤掉的母液量=577.3Kg+707.51Kg=1284.81Kg进入工艺1.1和1.2使用。根据渗滤槽的渗滤能力和反应液的性状，渗滤掉的母液百分比为44.3%（吉林恒和制药的经验值）。则渗滤结束后剩余的母液量=1284.81Kg/44.3%55.7%=1615.44Kg， 因为反应液中存在挥发性物质醋酸、醋酐以及设备老化等原因造成了损耗，一般损耗率为1.42%；即损耗量=进料总量1.42%=6420.88Kg1.42%=91.18Kg所以此工艺得到粗品阿司匹林=6420.88Kg-1284.81Kg-1615.44Kg-91.18Kg
26、=3429.45Kg综合以上计算，得：进料：完全来自酰化反应罐中的出料=6420.88Kg出料：粗品阿司匹林=3429.45Kg 渗滤结束后剩余的母液量=1615.44Kg出料：渗滤掉的母液量=1284.81Kg表1酯化反应前物料衡算表物料 名称水杨酸酸酐回收阿司匹林粉子渣子母液总量重量Kg2604.892206.1829427.53.51284.816420.88表2酯化反应后的物料衡算表物料名称阿司匹林母液损耗总量重量Kg3429.452900.2591.186420.883.4 酸洗离心机的物料衡算酸洗离心机 根据醋酸的浓度、渗滤槽中剩余母液的粘度和质量，确定酸洗工艺过程中加入醋酸的质量
27、，因为本设计采用的醋酸浓度为98.5%，又根据经验公式：醋酸/（阿司匹林+母液）=19.17所以确定投入醋酸量=（阿司匹林+母液）/9.17=（3429.45+1615.44）/9.17=550.15Kg根据酸洗离心机的离心能力和物品的粘度得出经验离心率为34.88%，所以离心出来的母液=总投料量34.88%=（550.15Kg+3429.45Kg+1615.44Kg）34.88%=1951.55Kg，进入回收工艺。又由于醋酸的挥发及设备的老化造成了一定的损耗，损耗率一般为3.1%3.3%，本次设计取3.18%。所以确定损耗=总投料量3.18%=（550.15Kg+3429.45Kg+1615
28、.44Kg）3.18%=177.92Kg。以此计算出湿品阿司匹林=总投料量-离心出来的母液-损耗 =（550.15Kg+3429.45Kg+1615.44Kg）-1951.55Kg-177.92Kg =3465.52Kg综合以上计算，得：进料：来自于渗滤槽中的出料 粗品阿司匹林=3429.45Kg 渗滤结束后剩余的母液量=1615.44Kg进料：醋酸=550.15Kg出料：湿品阿司匹林=3465.52Kg。要保证湿品中醋酸含量2.5%，本设计计算时取2.5%。出料：离心出来的母液=1951.55Kg Kg表3酸洗离心物料衡算酸洗离心前物料衡算酸洗离心后物料衡算物料名称阿司匹林母液酯酸总量阿司匹
29、林母液损耗总量重量Kg3429.451615.44550.185595.073465.521951.55177.925595.073.5 水洗离心机的物料衡算水洗离心机 根据湿品中含醋酸量和湿品ASP的纯净度，投入洗剂水与ASP的比例=13.77，所以洗剂水量=湿品ASP/3.77=3465.52Kg/3.77=919.23Kg。又根据离心机的脱水能力，经验值为20.1%，所以脱水量=总投料量20.1%=（919.23Kg+3465.52Kg）20.1%=881.33Kg。并要保证湿品中含水量应3%，本次设计计算中采用3%。由于设备的原因造成洗涤过程中有损耗，一般为0.65%0.70%，本次设
30、计取值为：0.685%，所以可确定：损耗量=（919.23Kg+3465.52Kg）0.685%=30.04Kg.依此得出湿品ASP=总投料量-损耗-脱水量=919.23Kg+3465.52Kg -30.04Kg-881.33Kg=3473.38Kg。综合以上计算，得：进料：湿品ASP=3465.52Kg。进料：洗剂水量=919.23Kg。出料：湿品阿司匹林=3473.38Kg出料：脱水量=881.33Kg。表4 水洗离心物料衡算水洗离心前物料衡算水洗离后前物料衡算物料名称阿司匹林洗剂水总量水杨酸洗剂水损耗总量重量Kg3465.52919.234384.753369.18881.3330.04
31、4384.753.6 气流干燥的物料衡算气流干燥器 根据物料计算，干燥物料总重为：3473.38Kg，含水量为3%，即104.20 Kg进行完全脱水即干燥失重为104.20Kg因为流化床的排空系统和机器本身造成的损耗一般为：0.15%0.171%，本次设计取0.150%，所以损耗量为：3473.380.150%=5.21Kg。在沉降室和扑集器得到粉子，渣子质量为31.Kg，由总产率为98.1%，成品量3332.97Kg（符合设计要求）综合以上计算，得：进料：来自于水洗离心机， 湿品阿司匹林=3473.38Kg。出料：得到成品=3332.97Kg。表5 干燥物料衡算干燥前物料衡算干燥后物料衡算物
32、料名称阿司匹林总量成品其他损耗总量重量Kg3473.383437.383332.97104.205.213473.384 能量衡算4.1 反应罐能量衡算反应罐Q3、t3 Q1 、t1 Q4 、t4 Q2 、t2 Q5 、t5 Q6反应罐能量衡算可表示如下式： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6Q1-SA与醋酐带入设备的热量KJ；Q2-加热剂水蒸汽传给物料的热量KJ；Q3-过程反应热KJ；Q4-生成ASP与醋酸带走的热量KJ；Q5-加热剂水蒸汽带走的热量KJ；Q6-设备向环境散失的热量KJ；t1-SA与醋酐进入设备的温度，t1=20；t2-加热剂水蒸气的进入温度，t2=142.9；t3-最终反应
33、罐中温度，t3=80；t4-物料流出时的温度，t4=80；t5-加热剂水蒸汽流出时的温度，t5=80。4.1.1 比热容的计算（一）经化学基础数据手册可查得乙酸与醋酐的比热容，见下表（二）ASP与SA比热容的计算大多数液体的比热容在1.72.5KJ/(kg.)之间，少数液体例外，如液氨与水的比热容比较大，在4左右；而汞和液体金属的比热容比较小。液体比热容一般与压强无关，随温度上升而稍有增大。作为水溶液比热容的近似计算，可先求出固体的比热容，再按下式计算C=CS a + (1-a)式中 C-水溶液的比热容KJ/(Kg.); CS-固体的比热容KJ/(Kg.);a-水溶液中固体的质量分数。 对于绝
34、大多数有机化合物，其比热容可利用下表求得。先根据化合物的分子结构，将各种基团结构的摩尔热容数值加和，求出摩尔热容，再由化合物的分子量换成比热容。表6基团结构摩尔热容J/(mol.)基团C6H5COOHOCOOHCH3温 度20116.3677.7829.6243.3441.9041.3680131.0690.8430.6845.3863.6846.40所以ASP的比热容 = (C6H5-) + (-COOH) + (-O-) + (-CO-) + (-CH3)/180.2 AS的比热容 = (C6H5-) + (-COOH) + (-OH) /138.1经以上式子可求得所需比热容（KJ/Kg）
35、温度表7比热容（KJ/Kg）名称Cp2080乙酸1.351.41醋酐1.992.01阿司匹林2.26水杨酸1.712.074.1.2 能量衡算1. Q1与Q4Q1与Q4均可用下式计算 Q1（Q4）=mct KJ;式中 m-输入（输出）设备的物料质量Kg； c-物料的平均比热容KJ/Kg; t-物料的温度；利用（1）Q1=mct2604.89Kg1.71KJ/Kg+2206.18Kg1.99 KJ/Kg20 =1.77105KJ Q4=(3333Kg2.26 KJ/Kg+1569.421.41 KJ/Kg) 80 =7.80105 KJ2. Q2，Q5Q2与Q5军可用下式计算： Q2（Q5）=m
36、ct KJ; m-水的重量Kg； c-水蒸汽比热容KJ/Kgt-温度Q2=10006420.88Kg/300天4.2 KJ/Kg142.9 =128.46105KJQ5=6420.88Kg1000 /300天4.2 KJ/Kg80 =71.91105KJ 3. Q3Q3=27.2KJ/mol180.1g/mol1000 =32.64105KJ由Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6；Q6=Q1+Q2+Q3-Q4-Q5；=1.77105KJ+128.46105KJ-32.64105KJ-7.80105KJ-71.91105KJ =17.88105KJ 5 主要工艺设备计算5.1 工艺设备选型原则（1
37、）为提高产品质量，节约投资，降低能耗，并满足GMP要求，工艺设备选用国内先进，成熟，可靠的设备，使建成后的生产装备达到国内先进水平。（2）凡接触物料精，干，包岗位的设备，容量和管件均选用不锈钢材料。（3） 设备选型为将来阿司匹林扩产留有余地。5.2 工艺设备计算5.2.1 醋化反应釜5.2.1.1 反应釜体积的计算：釜式反应器间歇操作时，每处理一批物料都需要一定的出料，清洗，加料等辅助操作时间，故处理一定量物料所需要的有效体积不仅与反应时间有关，而且与辅助操作时间有关。:反应器的有效体积或反应体积，即物料所占有的体积，:每小时所需要处理的物料体积，T：达到规定转化率所需要的反应时间，ht:辅助
38、操作时间，h决定反应器的总体积,还要考虑装料系数=日处理量为6420.88Kg，则每小时处理量为6420.88/24267.54Kg混合物密度由下面公式求得：水杨酸的相对密度为1.44，酸酐的相对密度为1.08，醋酸的相对密度为1.05，分别为水杨酸，酸酐，醋酸的质量分数。求出每小时处理的体积为267.54/11900.22反应时间为6 h，每批料辅助时间为0.5 h，0.22（6+0.5）1.431.43/0.81.795.2.1.2 反应釜的筒体直径及高度将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径D1200mm, 查附录，DN1200mm时标准椭圆封头曲面高度，直边高度，封头容积，表面
39、积，由手册计算得每一米高的筒体容积为，表面积筒体高度圆整为H=1400mm于是H/D=1400/12001.16，复核结果基本符合原定范围。5.2.2 夹套的计算夹套内径D1，可以根据筒体内径D选取21表8：D700180020003000D+50D+100D+200则夹套的内径为=1200+100= 1300 mm有前面知道，装料系数； 夹套的高度计算如下：选取夹套高度，刚，这样是便于筒体法兰螺栓装拆的。夹套传热面积6 夹套传热面积符合设计要求。 由于夹套的介质为水或水蒸气，介质对材料的腐蚀性轻微，故选用Q235-A为夹套材料，查手册知道板厚为 4.516 mm。Q235-A的应许力=113
40、MPa，夹套安全系统有安全阀，选取夹套设计压力P=1.1=1.10.4 MPa，即P=0.44MPa。夹套筒体和内筒的环焊缝因无法双面焊和做相应的探伤检查，从安全考虑，夹套所有焊缝均取焊缝系数，取壁厚附加量的钢板厚度负偏差，单面腐蚀取腐蚀余量。夹套的壁厚计算如下： = 凸形封头的壁厚附加量也只考虑和，加工成型的减薄量由制造厂根据加工条件确定，以保证壁厚符合图纸要求，设计计算时可以不考虑。取，标准椭圆形夹套的壁厚为，圆整到钢板规格厚度并查阅封头标准，选取夹套的筒体和封头壁厚均为6mm5.2.3 筒体的材料和壁厚 筒体材料也选用Q235-A，筒体受内压取设计压力为P0.33 MPa,设计温度150，参考前面计算夹套壁厚结果，可知按强度计算内筒的壁厚约为5mm，而筒体又受外压作用，按设计外压P=0.44 Mpa，所得壁厚大于内压设计的壁厚，刚外压稳定设计的壁厚，一定能满足内压设计要求，可以不再作内压设计校核。考虑到内筒筒体按外压设计，且受双面腐蚀作用，可以初选筒体壁厚，并取，筒体有效壁厚，。内筒体受外压作用的计算长度L为被夹套包围的筒体部分加凸形封头高的1/3，,由和可以查得系数,。筒体的许用外压为P=0.44 Mpa因为pp，且比较接近，所以取筒体，此外，外压稳定和内压强度均能满足要求。选取筒体下封头壁厚，壁厚附加量中，所以筒体下封头的有效壁厚，标准椭圆封头的外压计算