畢業(yè)論文卡巴拉汀的生產(chǎn)工藝設(shè)計

1、卡巴拉汀的生產(chǎn)工藝設(shè)計摘 要 本設(shè)計是以（S）-3-（1-二甲氨基）乙基苯酚、N-乙基-N-甲基氨基甲酰氯為主要原料的年產(chǎn)27噸卡巴拉汀的工藝設(shè)計。 本文介紹了卡巴拉汀的性質(zhì)和用途，展望了應(yīng)用前景，本設(shè)計方案卡巴拉汀的總收率達(dá)到了90%。 首先依據(jù)南開大學(xué)卡巴拉汀的中試研究成果，確定合成卡巴拉汀的合理工藝過程。 依據(jù)工藝設(shè)計的程序，進(jìn)行物料衡算，確定了本工藝適用的主要設(shè)備的規(guī)格型號，換熱器的換熱面積，精餾塔塔板數(shù)以及各管道的選型。 綜合上述工藝計算和設(shè)計結(jié)果，繪制出了帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。 在考慮操作方便、便于運(yùn)輸、減少房屋樓層承重等因素后，確定了車間設(shè)備的布置，繪制出了工藝設(shè)備平面布置圖。

2、為便于使該設(shè)計項目能夠正確施工，還對部分管道布置進(jìn)行了設(shè)計，并繪制了管道布置圖。 在考慮了各物料的危險特性和各設(shè)備操作條件的前提下，提出了必要的安全措施，以保證安全生產(chǎn)，對于排放的有害物質(zhì)提出了后處理意向和方法，使排放達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，減輕對環(huán)境的危害。最后進(jìn)行了工程投資與效益分析，證明本設(shè)計可行，在短期內(nèi)可收回投資。關(guān)鍵詞：卡巴拉汀 工藝 設(shè)計The technical process design of rivastigmineABSTRACTIt was designed that 27t/a rivastigmine production line which using 3-(1-dim

3、ethylaminoethyl) 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

4、 research results of Naikai University, confirm the proper technical process of rivastigmine. 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

5、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 considerati

6、ons 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 gu

7、arantee 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 con

8、struction invest and benefit analysis. Key Words: Rivastigmine TechnologyDesign目 錄第一章前言11.1卡巴拉汀的性質(zhì)11.2卡巴拉汀的用途11.3卡巴拉汀的生產(chǎn)及應(yīng)用前景2第二章設(shè)計說明書42.1本設(shè)計采用路線42.2設(shè)計目的及任務(wù)4設(shè)計目的及意義4設(shè)計任務(wù)52.3 基本工藝流程52.4 基本數(shù)據(jù)72.5 物料衡算82.6 設(shè)備選型及設(shè)計9換熱器的傳熱面積計算及選型9精餾塔的設(shè)計10反應(yīng)釜選型14各主要管道的設(shè)計152.7工藝流程設(shè)計說明172.8平面布置設(shè)計說明182.9管道設(shè)計說明18第三章安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)1

9、93.1物料的安全要求193.2 安全生產(chǎn)的基本要求193.3設(shè)備及檢修的安全注意事項203.4環(huán)境保護(hù)21第四章經(jīng)濟(jì)效益評價224.1原料消耗定額224.2單位產(chǎn)品原料費(fèi)用估計224.3投資及收益估算24設(shè)備24公用工程24安裝費(fèi)24生產(chǎn)廠房24銷售收入24第五章結(jié)論25參考文獻(xiàn)26附 表27附 圖28致謝29第一章 前言1.1卡巴拉汀的性質(zhì)產(chǎn)品名稱： 卡巴拉汀系統(tǒng)命名： N-乙基-N-甲基-氨基甲酸-3-(S)-1-(二甲氨基)乙基苯酯別名： 利凡斯的明，艾斯能1英文名稱： Rivastigmine分子式： C14H22N2O2結(jié)構(gòu)式：分子量： 250.34熔點(diǎn)： 123-125（酒石酸鹽

10、） 水溶性： 2.04e+00 mg/mL1.2卡巴拉汀的用途卡巴拉?。╮ivastigmine）又名利凡斯的明。屬第二代中樞AChE抑制藥，對大鼠大腦皮層和海馬的AChE有選擇性抑制2作用，而對紋狀體和心臟的AChE幾無影響，尚可減慢淀粉樣蛋白前體（APP）的形成?？诜杆傥?，約1h達(dá)到Cmax，血漿蛋白結(jié)合率約40%，已透過血腦屏障，臨床用于輕、中度阿爾茨海默癥（老年癡呆癥），改善認(rèn)知功能障礙，提高記憶力、注意力和方位感。主要使用其重酒石酸鹽進(jìn)行治療。阿爾茨海默?。ˋlzheimer disease，AD），又叫老年性癡呆3，是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性病，起病隱襲，病程呈

11、慢性進(jìn)行性，是老年期癡呆最常見的一種類型。主要表現(xiàn)為漸進(jìn)性記憶障礙、認(rèn)知功能障礙、人格改變及語言障礙等神經(jīng)精神癥狀，嚴(yán)重影響社交、職業(yè)與生活功能。AD的病因及發(fā)病機(jī)制4-6尚未闡明，主要有特征性病理改變?yōu)榈矸蹣拥鞍壮练e形成的細(xì)胞外老年斑和tau蛋白過度磷酸化形成的神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)原纖維纏結(jié)，以及神經(jīng)元丟失伴膠質(zhì)細(xì)胞增生等。膽堿能神經(jīng)遞質(zhì)是腦組織中的重要化學(xué)物質(zhì)，發(fā)生阿爾茨海默病時腦內(nèi)的膽堿能神經(jīng)元減少，導(dǎo)致乙酰膽堿（ACh）合成、儲存和釋放減少，進(jìn)而引起以記憶和識別功能障礙為主要癥狀的一系列臨床表現(xiàn)。在阿爾茨海默病的發(fā)病機(jī)制中，此學(xué)說是目前較為公認(rèn)的阿爾茨海默病的發(fā)病機(jī)制。這也是目前阿爾茨海默病

12、治療獲得有限療效的重要基礎(chǔ)。1.3 卡巴拉汀的生產(chǎn)及應(yīng)用前景據(jù)國際醫(yī)學(xué)雜志柳葉刀公布的一份研究報告顯示，全球每7秒鐘便新增一例阿爾比海默病病例，每隔20年患者人數(shù)就翻一番。據(jù)該報告估計，目前全球有癡呆癥患者2430萬人，每年有460萬個新發(fā)病例，到2040年前，這一數(shù)字將升至8110萬例。我國現(xiàn)有阿爾茨海默病患者大約為600萬，約占世界總病例數(shù)的四分之一，每年還有新發(fā)病例30萬人。阿爾茨海默病已成為老年人群繼心血管疾病、惡性腫瘤、中風(fēng)之后威脅健康的第四大殺手。WHO已將阿爾茨海默病定為21世紀(jì)五大重點(diǎn)疾病之一。隨著老齡化的推進(jìn)，阿爾茨海默病治療藥市場每年以19%的速度迅速增長。目前該類藥在世界

13、主要市場的價值已達(dá)近百億美元。阿爾茨海默病治療藥物新品種的研發(fā)數(shù)量超過了世界上任何其他疾病治療藥物研發(fā)的數(shù)量，資料顯示，在神經(jīng)退化性藥物市場上，腦代謝藥或抗AD藥物是最大的用藥領(lǐng)域之一，而阿爾茨海默病藥物又是神經(jīng)變性市場的最大部分。占全球銷售額的33%。目前國際市場該類藥物銷售額最高的是由衛(wèi)材和輝瑞生產(chǎn)的安理申（Aricept，鹽酸多奈哌齊），2003年全球銷售額為15億美元。美金剛胺是世界范圍內(nèi)第一個用于治療中度-重度癡呆癥的藥物，是第一個，也是目前唯一一個已上市的NMDA受體拮抗劑，其獨(dú)特的作用機(jī)理，代表了一個全新的癡呆癥治療藥物類別，其新的適應(yīng)癥還在不斷拓寬，市場潛力巨大。自2003年美

14、國FDA批準(zhǔn)上市以來，全球年銷售額超過6億歐元?？ò屠∈切逻M(jìn)入國家基本醫(yī)療保險,工傷保險和生育保險藥品目錄的第2只阿爾茨海默病用藥?？ò屠。ɡ沟拿鳎┦侨鹗恐Z華公司開發(fā)的品種。1997年12月首先在瑞士上市，商品名為“Exelon”，次年在英國上市。2000年4月獲得FDA批準(zhǔn)，同年6月底在美國上市，從而使阿爾茨海默病治療藥物的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)得到了補(bǔ)充。重酒石酸卡巴拉汀是氨基酸甲酸類腦組織選擇性膽堿酯酶抑制劑7，該藥雖然半衰期相對較短，但對膽堿酯酶抑制作用可達(dá)10小時，通過延緩膽堿能神經(jīng)元對釋放的乙酰膽堿的降解，促進(jìn)膽堿能神經(jīng)傳導(dǎo)，從而提高了乙酰膽堿的含量。該藥不經(jīng)肝臟及P450代謝，對輕、中度

15、早老性癡呆癥耐受性較好，同時具有抑制腦內(nèi)的丁酰膽堿酯酶作用。在歐洲、美國等45個國家進(jìn)行的一項前瞻性、隨機(jī)多中心雙盲研究中獲得了較高的評價。重酒石酸卡巴拉汀上市后，雖然一直處于不溫不火的狀態(tài)，但表現(xiàn)出銷售額逐年平穩(wěn)增長態(tài)勢。2008年，重酒石酸卡巴拉汀全球銷售額為8.15億美元，同比上一年增長了20.38%。諾華公司未在中國申請專利，于1999年6月取得藥品行政保護(hù)，保護(hù)期7.5年，于2006年12月終止。國內(nèi)有化工企業(yè)生產(chǎn)該原料。2000年5月，SFDA批準(zhǔn)諾華公司的重酒石酸卡巴拉汀進(jìn)入我國市場，商品名為“艾斯能”。目前，諾華公司的艾斯能壟斷了國內(nèi)卡巴拉汀市場，2008年樣本醫(yī)院用藥金額為4

16、40多萬元，同比上一年增長了54%，占樣本醫(yī)院抗癡呆用藥市場的7.27%。第二章 設(shè)計說明書2.1 本設(shè)計采用路線經(jīng)過對其合成路線的選擇，最終確定本設(shè)計采用的卡巴拉汀的合成路線8-10為：該路線易于應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，并獲得（S）-3-（1-二甲氨基乙基）苯酚（6），這是合成卡巴拉汀非常重要的一個中間體。本設(shè)計主要是對該合成過程中的由化合物6制備化合物1的步驟進(jìn)行生產(chǎn)工藝的放大設(shè)計。2.2 設(shè)計目的及任務(wù)2.2.1 設(shè)計目的及意義本設(shè)計針對國內(nèi)卡巴拉汀供需狀況的研究，對年產(chǎn)27t卡巴拉汀項目進(jìn)行工藝設(shè)計。通過對卡巴拉汀的合成路線的文獻(xiàn)查找及研究，選擇合成路線，根據(jù)其中試試驗，對其中的由（S）-3-

17、（1-二甲氨基）乙基苯酚制備N-乙基-N-甲基-氨基甲酸 3-(S)-1-(二甲氨基)乙基苯酯的步驟進(jìn)行放大設(shè)計，使其實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，同時對產(chǎn)物進(jìn)行提純、萃取、干燥等工藝完成其后處理。并做好廢棄物的再回收利用，積極響應(yīng)國家建設(shè)資源節(jié)約型社會的要求。同時生產(chǎn)出的卡巴拉汀，能更好的為阿爾茨海默病患者減輕疾病的折磨，更好地服務(wù)人民。2.2.2 設(shè)計任務(wù)本設(shè)計的主要任務(wù)有：（1）查閱國內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)，確定生產(chǎn)工藝路線；（2）完成年產(chǎn)27t卡巴拉汀的物料衡算，能量衡算；（3）反應(yīng)釜的選型；（4）冷凝器的選型；（5）儲罐的體積計算；（6）各管道的選擇；（7）精餾塔理論塔板數(shù)的計算。結(jié)合對各個單元的物料衡算和

18、熱量衡算，選擇各工藝中所涉及到的設(shè)備，其中的定型設(shè)備根據(jù)化工工藝設(shè)計手冊進(jìn)行選擇，非定型設(shè)備則進(jìn)行必要計算，如精餾塔，則需確定其理論塔板數(shù)，最終確定各設(shè)備的材質(zhì)和規(guī)格。各設(shè)備選擇為平面布置設(shè)計、管道布置設(shè)計及經(jīng)濟(jì)核算提供更為充分的依據(jù)。在上述工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)行工藝流程設(shè)計，在設(shè)計時首先要考慮工藝的優(yōu)化組合，合理布置各設(shè)備位置，充分考慮各工藝管道所輸送的物料性質(zhì)，綜合管道投資選擇合適管徑。在設(shè)備選擇和工藝流程設(shè)計的基礎(chǔ)上進(jìn)行車間的平面布置設(shè)計，各儲罐相對集中在罐區(qū)，用量較大物料和最終的產(chǎn)品貯罐盡可能靠近道路，而回流物質(zhì)的設(shè)備如換熱器則盡可能布置在相對較高的位置，充分利用位能，以期達(dá)到最優(yōu)。管道布

19、置設(shè)計，則應(yīng)考慮到設(shè)備的相對位置，在確保生產(chǎn)的前提下，減少管道安裝的難度，以便更換或清洗。結(jié)合生產(chǎn)過程中物料性質(zhì)和產(chǎn)品特征，結(jié)合工藝過程中產(chǎn)生的中間物料等的情況保證企業(yè)安全生產(chǎn)，減輕對環(huán)境的危害。最終對該項目效益進(jìn)行簡要分析，確定其可行性。2.3 基本工藝流程工藝流程流程圖介紹：在N2保護(hù)下在搪瓷反應(yīng)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）清洗管線。所得的混合液進(jìn)行加熱回流，并在此溫度下攪拌3-5小時。冷卻到室

20、溫后，加300L水進(jìn)一步攪拌0.5小時。各相分離，每次用200L乙酸乙酯萃取水相，萃取兩次。萃取后的乙酸乙酯合并一起并送回反應(yīng)釜中，在真空下蒸餾到200L，然后在0 °C下加入3 mol/L HCl（136L，408mol），攪拌后分層。棄去乙酸乙酯相。用100L乙酸乙酯洗滌水相，洗滌兩次。然后在0°C用 NaOH 溶液（56kg，30wt%，420mol）堿化。所得水相每次用300L乙酸乙酯萃取，萃取三次。將乙酸乙酯相結(jié)合到一起，運(yùn)回反應(yīng)釜中，在40°C/15mmHg的條件下，濃縮至干燥，得到N-乙基-N-甲基-氨基甲酸 3-(S)-1-(二甲氨基)乙基苯酯，即

21、所需的產(chǎn)品。工藝流程簡圖如圖2.1：原料反應(yīng)釜萃取后濃縮油相加水?dāng)嚢韬?，分層水相加鹽酸分層油相乙酸乙酯洗滌2次加NaOH溶液，分層水相油相水相水相 乙酸乙酯萃取3次有機(jī)相合并后濃縮干燥油相 產(chǎn)物圖2.1 工藝流程簡圖Fig2.1Figure of process flow2.4 基本數(shù)據(jù)每天生產(chǎn)所需的原料量：1、（S）-3-（1-二甲氨基乙基）苯酚 66kg，400mol2、N-甲基-N-乙基氨基甲酰氯 52kg，428mol3、K2CO3 80kg，578mol4、 乙酸乙酯 2060L5、 3mol/L HCl溶液 136L6、 質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的NaOH溶液 56kg生產(chǎn)的基本過程為：1、

22、酯化過程原料：（S）-3-（1-二甲氨基乙基）苯酚 66kg，400molN-甲基-N-乙基氨基甲酰氯 52kg，428molK2CO380kg，578mol反應(yīng)溫度：維持乙酸乙酯回流反應(yīng)時間：5 h（S）-3-（1-二甲氨基乙基）苯酚轉(zhuǎn)化率： 97.5%卡巴拉汀收率：97.5%2、加水?dāng)嚢璺謱诱麴s水：300L 攪拌時間：0.5h 分層時間：0.5h 溫度：室溫卡巴拉汀收率：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，萃取兩次，分別經(jīng)過兩次攪拌混合，兩次分層，各需0.5h，共2h，萃取后合并乙酸乙酯并蒸餾至200L，并加HCl攪拌

23、分層。該過程需2h?？ò屠∈章剩?8% 4、乙酸乙酯洗滌，NaOH溶液堿化乙酸乙酯：200LNaOH溶液：56kg，30wt%每次用100L萃取水相，萃取兩次，分別經(jīng)過兩次攪拌混合，兩次分層，各需0.5 h，共2h，萃取后合并乙酸乙酯，并加NaOH溶液攪拌分層。該過程需1h。 卡巴拉汀收率：99%5、乙酸乙酯萃取，濃縮至干燥乙酸乙酯：900L濃縮干燥條件：40°C/15mmHg每次用300L萃取水相，萃取3次，分別經(jīng)過3次攪拌混合，3次分層，各需0.5h，共3h，萃取后合并乙酸乙酯，并濃縮至干。耗時2h?？ò屠∈章剩?7.5% 綜上得，每批物料的生產(chǎn)時間大約為18h。2.5 物料

24、衡算選擇每批物料的生產(chǎn)時間為一個基準(zhǔn)。根據(jù)物料衡算，各反應(yīng)過處理步驟的產(chǎn)物收率為：1、酯化過程卡巴拉汀 97.63kgN-甲基-N-乙基氨基甲酰氯1.3kgK2CO3 KHCO3 KCl（S）-3-（1-二甲氨基乙基）苯酚 66kgN-甲基-N-乙基氨基甲酰氯 52kg K2CO3 578mol 酯化（S）-3-（1-二甲氨基乙基）苯酚分子量為：165g/mol卡巴拉汀的分子量：250.34g/mol該過程中的產(chǎn)品質(zhì)量為： 66/165×250.34×97.5% = 97.63kg2、加水?dāng)嚢璺謱赢a(chǎn)品量 ： 97.63×98.5% = 96.17kg3、加乙酸乙酯

25、萃取水相產(chǎn)品量 ： 96.17×98% = 94.24kg4、乙酸乙酯洗滌，NaOH溶液堿化產(chǎn)品量 ： 94.24×98% = 92.36kg5、乙酸乙酯萃取，濃縮至干燥產(chǎn)品量 ： 92.36×97.5% = 90.05kg按一天生產(chǎn)一批，每年生產(chǎn)300日計算其年產(chǎn)量為： 90.05×300 = 27.01t2.6設(shè)備選型及設(shè)計2.6.1換熱器的傳熱面積計算及選型該換熱器的作用是將乙酸乙酯蒸汽冷凝為液體，乙酸乙酯的密度=0.898×10³kg/m³，冷凝熱r=366.5kJ/kg，沸點(diǎn)為77.2平均溫度差： t1=77.2-

26、25=52.2，t2=77.2-35=42.2可知t1/t22，所以tm=（52.2+47.2）/2=47.2反應(yīng)器中共有乙酸乙酯560L，假設(shè)每秒有1乙酸乙酯參與回流，則其蒸汽流量為： Wh=560×10-3×1×0.898×103=5.03kg/s換熱器的傳熱量為： Q= Whr = 5.03×366.5 = 1843.5 kW查資料得高溫流體為有機(jī)質(zhì)蒸汽，低溫流體為水時，其總傳熱系數(shù)K0范圍為290-1160 W/（m2·K），取K0=800 W/（m2·K），傳熱面積：S =48.82m2水的比熱容 Cpc=4.2&

27、#215;103J/（kg·）可得用水量： Wc =43.89kg/s選用列管尺寸為25×2.5mm，管心距為32mm單程管數(shù)： n =107.9108（根）單程管長： l=5.75m選管長 l=3m，Np=5.75÷3=1.91，取Np=2程則總管數(shù)為 n=2n=2×108=216（根）根據(jù)S=48.82m2，Np=2，n=216根， 選用G600-2-16-52.8列管換熱器。其實際傳熱面積為52.8m2，有關(guān)參數(shù)如下：公稱直徑 DN 600mm 公稱壓力 PN 1.6×103kPa傳熱面積 S 52.8m2 管程數(shù) NP 2管數(shù) n 21

28、6 管長 l 6m管子規(guī)格 25×2.5mm 管心距 t 32mm管子排列方式 正三角形2.6.2精餾塔的設(shè)計對生產(chǎn)所得的乙酸乙酯進(jìn)行精餾，由于本操作是按批次進(jìn)行精餾，故選擇間歇精餾更適合。原料可認(rèn)為是乙酸乙酯與水的混合物，其組成為0.9，餾出液組成為0.97（維持恒定），當(dāng)釜液組成達(dá)到0.080時停止操作。由于乙酸乙酯超出沸點(diǎn)的飽和蒸汽壓不易查找，故根據(jù)安東尼方程1314求得lgP=A-B/(t+C) （2.1）式中：P物質(zhì)的蒸氣壓，毫米汞柱；t溫度，查化學(xué)工程手冊可得，乙酸乙酯所對應(yīng)的常數(shù)為：A=7.09808，B=1238.71，C=217.0。以t=80的情況為例計算，lgP

29、 =A-B/(t+C)=7.09808-1238.71/（80+217）=2.9273 P=845.94 mmHg 1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.325KPa）=760mmHg。故可得80下乙酸乙酯的飽和蒸氣壓為P1=845.94/760×101.325 KPa=112.773 KPa同理可得其他溫度下飽和蒸氣壓值，并查得相應(yīng)溫度下水的飽和蒸汽壓值，將所得的數(shù)據(jù)列于表2.1：表2.1 乙酸乙酯-水飽和蒸氣壓值Table2.1Saturation vapor pressure of ethyl acetate -water solution溫度777880859095100乙酸乙酯 p

30、6;A/kPa101.325105.674112.773132.226154.205178.970206.719水 pºB/kPa41.90543.66547.37357.81570.11784.529101.325利用拉烏爾定律計算氣液平衡數(shù)據(jù)以t=80為例，計算過程如下：x=（p- pºA）/（pºA- pºB）=（）/(112.773-47.373) = 0.8249y= pºA X/p = 112.773/101.325×0.8249 = 0.9182其他溫度下的計算結(jié)果列于表2.2。表2.2 乙酸乙酯-水汽液平衡數(shù)值Tabl

31、e2.2 Vapor-liquid equilibrium value of ethyl acetate - water solution溫度/777880859095100x1.00000.92990.82490.58480.37110.17790y1.00000.96980.91820.76310.56480.31420用以上數(shù)據(jù)繪制x-y相平衡圖。在該圖上可得：當(dāng)xWe=0.10時，yWe=0.180，則Rmin=（xD- yWe）/（yWe xWe）=（）/(0.180-0.10)=9.87設(shè)最終階段操作回流比比最小回流比的1.2倍，所以 R = 1.4 Rmin = 1.2

32、×9.87 =11.85而xD/(R+1)=0.97/(11.85+1)=0.076 圖2.2 理論塔板數(shù)的圖解法Fig2.2The graphic method of theoretical plate number在圖2.1上，連點(diǎn)a（xD =0.97，yD=0.97）和點(diǎn)b（在y軸上的截距為0.076），直線ab即為操作線。從點(diǎn)a開始在平衡線和操作線間繪梯級，直至xnxWe（0.10）為止，共需9層理論板。汽化總量:V=F(xD-xF) (2.2)以xD/（R+1）為截距在x-y圖上作操作線，然后從點(diǎn)a開始繪9層梯級，最后一級對應(yīng)的液相組成為xW，所得結(jié)果列于表2.3中。根據(jù)表

33、2.3中數(shù)據(jù)選用梯形公式計算，即 = 0.1143×（+27.4+15.5+12.3+10.9+11.0+12.3）= 26.3所以 V=2060×（0.97-0.90）×26.3=3792.5L表2.3 數(shù)據(jù)一覽表Table2.3 Data sheetxD/（R+1）RxW（R+1）/(xD-xW)2備注0.7460.300.90265.3xW1=0.90.5990.620.72727.4xW2=0.0100.3851.520.56715.5h=70.2892.360.44712.3xW=0.11430.2293.230.34610.90.1754.550.26

34、111.00.1246.830.17212.30.07611.850.1016.9按1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓算，則其體積為V1 =3792.5×0.898×1000/88.11×22.4×10-3=865.8m3設(shè)定在1h內(nèi)蒸餾完畢，故其體積流率為VS=0.481m3/s取空塔氣速u=0.80m/s，則 D=0.875m取塔徑為1m，根據(jù)參考數(shù)值，選擇板間距HT=0.35m，設(shè)定全塔效率ET=90%，塔的有效高度Z=（-1）HT=（-1）×0.35=3.15m共設(shè)置兩個人孔，每個人孔直徑450mm，人孔處的板間距設(shè)為HP=600mm。塔頂空間高度HD=0.

35、6m，塔底空間高度HB=0.5m，封頭高度H1=0.3m，裙座高度H2=1.2m。故板式塔塔高為：H=（n-nP-1）HT+ nPHP+HD+HB+H1+H2=（10-2-1）×0.35+2×0.6+0.6+0.5+0.3+1.2=6.25m2.6.3反應(yīng)釜選型15-161、反應(yīng)釜的選型反應(yīng)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，故可知體積 V1 = =0.04723 m3 = 47.23L故總體積 V = 560+300+4

36、7.23 = 907.23L。為節(jié)省設(shè)備費(fèi)用，在后面的濃縮過程中仍然采用反應(yīng)釜進(jìn)行，濃縮物料的最大體積約為V2為900 L，故仍按V=907.23L計算。按裝料系數(shù)為0.70計算，得反應(yīng)釜的體積：V = =1296.0L根據(jù)反應(yīng)釜尺寸93標(biāo)，選用公稱容積為1500L的搪玻璃開式反應(yīng)罐，其部分參數(shù)為如表2.4：表2.4 反應(yīng)釜參數(shù)Table2.4Parameters of reactor公稱容積1500LD21679 mm減速機(jī)型號BLD-18DN1300 mmD330放料閥規(guī)格100/50D0910 mmD465×5傳熱面積5.34m2D11450 mmH1475 mm設(shè)備總重216

37、0kg2、萃取部分的混合槽與澄清槽的體積澄清槽V-103的所裝物料的最大體積同反應(yīng)釜相同，按裝料系數(shù)為0.8計算，可知V2 = = 1134L確定其體積為1200L。澄清罐3、4、5的所裝物料的最大體積約為600L，按裝料系數(shù)0.8，則其體積為：V = = 750 L各混合罐體積與澄清槽體積相同。3、儲罐的體積油相儲罐的體積: V10 = = 1125L 水相儲罐的體積:V11 = = 598L其中136為所加鹽酸的體積，42為NaOH溶液的體積。 廢油相儲罐的體積: V9 = =1200LV12 = =1375L 原料混合罐的體積:V14 = = 675LV15 = = 60L2.6.4 各

38、主要管道的設(shè)計1、進(jìn)料部分管道乙酸乙酯：設(shè)裝料時間為3 min，流量為： V1 = 10.8 m3 /h因為油及粘度大的液體的流速范圍為0.5-2 m/s,取流速為1m/s。所以管徑為：d1=61.0 mm故采用 70×4 mm無縫鋼管11-12。加水300L：流量為：V2 =9.0 m3 /h因為水及低密度液體的流速范圍為1.5-3.0 m/s，取流速為2.5 m/s,所以管徑為：d2=35.7 mm，所以采用 42×3 mm 無縫鋼管。2、萃取部分管道（1）混合物從混合槽到澄清槽的管道，取流速為1.0 m/s，其最大體積約為600L，設(shè)6min轉(zhuǎn)移完畢，流量為： V3

39、= = 6.0 m3 /h所以管徑為：d3=46.08 mm，故采用 54×3.5 mm 無縫鋼管（2）水相從澄清槽轉(zhuǎn)移到混合槽中的管道，取流速為2.0 m/s,所以管徑為：d4=23.04 mm，所以采用28×2.0 mm 無縫鋼管。（3） 油相從各澄清槽到油相儲罐的管道，取流速為1.0m/s，最大體積為300L，用時3min，則流量為：V4 = =9.0 m3 /h所以管徑為：d5=56.43 mm所以采用63.5×3.5 mm無縫鋼管。（4）加乙酸乙酯到混合槽進(jìn)行萃取的管道，計算過程與（3）相同，故同樣采用63.5×3.5 mm無縫鋼管。3、乙酸乙

40、酯氣體進(jìn)入冷凝器的管道則乙酸乙酯氣體的體積流量為：Vs = 5.6L/s = 20.16 m3 /h通常，氣體的流速范圍為10-30 m/s,取流速為12 m/s所以管徑為：d6=24.38 mm故采用 32×3.5mm 無縫鋼管。2.7 工藝流程設(shè)計說明在工藝流程設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合輸送物料的性質(zhì)、溫度、壓力，對管道材質(zhì)進(jìn)行選擇，若輸送物料無腐蝕性，則選擇普通無縫鋼管，對有腐蝕性的物料選擇不銹鋼管。選擇閥門時，應(yīng)當(dāng)按照管道規(guī)格選擇相應(yīng)的閥門，結(jié)合各管道輸送的物料性質(zhì)，選擇閥門材質(zhì)，根據(jù)其在工藝中作用，選擇閥門種類。在考慮工藝流程布置時，盡可能按各設(shè)備相對位置進(jìn)行布置，如精餾塔冷凝器，反

41、應(yīng)釜的換熱器，均應(yīng)當(dāng)布置在相對較高的位置；依靠自身的重力回流到塔內(nèi)從而減少輸送動力消耗，節(jié)約成本。對不同設(shè)備的相對大小在工藝流程圖中也要盡可能得到體現(xiàn)。工藝中所涉及到的物料線均在工藝流程圖中得以注明，其中主物料線以粗實線表示，一般物料線以細(xì)實線表示，以示區(qū)別。所涉及的各控制儀表在流程圖中的相應(yīng)位置也要加以標(biāo)注。帶控制點(diǎn)的工藝圖見附圖1。2.8 平面布置設(shè)計說明進(jìn)行平面布置時，各儲罐相對集中在罐區(qū)，用量較大物料和最終的產(chǎn)品貯罐盡可能靠近道路，而回流物質(zhì)的設(shè)備如換熱器則盡可能布置在相對較高的位置，充分利用位能。在進(jìn)行濃縮干燥時，采用了真空泵，對真空泵進(jìn)行隔離，以減輕噪聲污染。同時在布置時，除考慮生

42、產(chǎn)用房的布置外，還兼顧了輔助用房和生活用房的布置設(shè)計，如控制室、更衣室、衛(wèi)生間等，均布置在廠房內(nèi)，使操作方便，充滿人性化。平面布置圖見附圖2。2.9 管道設(shè)計說明管道布置在滿足生產(chǎn)需要的前提下，考慮了易于安裝和檢修，在盡可能的前提下，盡量縮短管線，在布置時充分考慮了集中布置的原則，沿墻壁、樓板底布置，適當(dāng)兼顧美觀。不常檢修的管路靠墻面布置，常檢修的靠外布置。對泵的管道布置主要是要保證良好的吸入條件和方便檢修。換熱器布置時，盡量縮短管道長度，使操作、維修方便；閥門、儀表等?？拷ǖ啦贾?，便于人員檢修和觀察。管道布置圖見附圖 3。第三章 安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)3.1 物料的安全要求乙酸乙酯1、理化性質(zhì)

43、 無色透明液體。有水果香。易揮發(fā)。對空氣敏感。能吸水分，水分能使其緩慢分解而呈酸性反應(yīng)。能與氯仿、乙醇、丙酮和乙醚混溶，溶于水(10%ml/ml)。能溶解某些金屬鹽類（如氯化鋰、氯化鈷、氯化鋅、氯化鐵等）。相對密度0.902。熔點(diǎn)-83。沸點(diǎn)77。折光率1.3719。閃點(diǎn)7.2（開杯）。易燃。蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物。半數(shù)致死量（大鼠，經(jīng)口）11.3ml/kg。有刺激性。2、危險特性易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。與氧化劑接觸猛烈反應(yīng)。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇火源會著火回燃。3、健康危害 對眼、鼻、咽喉有刺激作用。高濃度吸入可引進(jìn)行

44、性麻醉作用，急性肺水腫，肝、腎損害。持續(xù)大量吸入，可致呼吸麻痹。誤服者可產(chǎn)生惡心、嘔吐、腹痛、腹瀉等。有致敏作用，因血管神經(jīng)障礙而致牙齦出血；可致濕疹樣皮炎。慢性影響：長期接觸本品有時可致角膜混濁、繼發(fā)性貧血、白細(xì)胞增多等。4、應(yīng)急處理處置方法泄漏應(yīng)急處理迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至安全區(qū)，并進(jìn)行隔離，嚴(yán)格限制出入。切斷火源。建議應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿消防防護(hù)服。盡可能切斷泄漏源，防止進(jìn)入下水道、排洪溝等限制性空間。小量泄漏：用活性炭或其它惰性材料吸收。也可以用大量水沖洗，洗水稀釋后放入廢水系統(tǒng)。大量泄漏：構(gòu)筑圍堤或挖坑收容；用泡沫覆蓋，降低蒸氣災(zāi)害。用防爆泵轉(zhuǎn)移至槽車或?qū)Ｓ檬占鲀?nèi)，

45、回收或運(yùn)至廢物處理場所處置。3.2 安全生產(chǎn)的基本要求安全生產(chǎn)的基本要求：(1)嚴(yán)禁崗位操作人員在工作時間打噸、睡覺、打鬧及脫崗、串崗；(2)操作人員進(jìn)班前應(yīng)按規(guī)定穿戴好防護(hù)用品，操作中取放物料時，應(yīng)戴好膠皮手套、眼睛，必要時應(yīng)戴防毒面具。(3)操作人員應(yīng)熟知本崗位各種物料的物化性質(zhì)，安全防護(hù)知識，消防器材的使用方法及急性中毒，化學(xué)灼傷的分廠急救辦法。(4)加強(qiáng)巡回檢查，發(fā)現(xiàn)不安全因素立即采取措施并逐級上報以便及時采取措施處理，同時填好原始記錄。(5)機(jī)械設(shè)備的聯(lián)軸器、皮帶輪、靠背輪等轉(zhuǎn)動危險部位均應(yīng)有防護(hù)罩，對正在運(yùn)行的機(jī)器，除規(guī)定準(zhǔn)許操作部分外其他部位一律不準(zhǔn)觸動。(6)開啟機(jī)器和設(shè)備前，

46、應(yīng)事先作好聯(lián)系和檢查，無問題時方可開啟。(7)屬于電器方面的作業(yè)，一律由電工進(jìn)行。(8)帶電設(shè)備，遇到突然停電時，必須首先切斷電源，然后進(jìn)行檢查和修理。(9)操作者必須了解電器開關(guān)所在地，必須首先切斷電源后，進(jìn)行檢查和修理。(10)在正常生產(chǎn)情況下，不準(zhǔn)用鐵錘隨便敲擊設(shè)備及管道，未經(jīng)辦理動火手續(xù)，不準(zhǔn)動火，以防發(fā)生火災(zāi)。3.3 設(shè)備及檢修的安全注意事項(1)檢修前，車間必編制項目齊全、內(nèi)容詳細(xì)、責(zé)任明確、措施具體的檢修計劃；(2)檢修單位的負(fù)責(zé)人要對檢修中的安全全面負(fù)責(zé)，對參加檢修的人員交任務(wù)，交安全措施，凡是有二人以上的檢修項目。必須確定一個人負(fù)責(zé)安全；(3)檢修負(fù)責(zé)人在檢修前要組織參加人員

47、，做好檢修機(jī)具準(zhǔn)備，做到機(jī)具齊全，安全可靠；(4)檢修前負(fù)責(zé)人要準(zhǔn)備好必須的防護(hù)器材，并向參加人員進(jìn)行安全教育；(5)檢修易燃、易爆、有毒、可腐蝕性物質(zhì)的設(shè)備，要清洗置換和分析檢查，由設(shè)備所屬車間負(fù)責(zé)進(jìn)行，無能力分析檢驗的車間，由環(huán)保處協(xié)助；(6)易燃、易爆、有毒、具有腐蝕性物質(zhì)的管道和蒸汽管道檢修時必須切斷出入口、閥門，并加設(shè)盲板；(7) 凡是機(jī)電轉(zhuǎn)動設(shè)備檢修，必須切斷電源，并要懸掛“禁止合閘”警告牌；(8)凡是槽罐、設(shè)備管道檢修，要在已切斷物料管道閥門上掛設(shè) “禁止啟動”的警告牌；(9)檢修時，使用臨時用的行燈必須用低壓的 36V,槽罐、裝置溝通，潮濕場所內(nèi)12V,絕緣要良好，使用的電機(jī)工

48、具要有可靠的接地；(10)罐內(nèi)作業(yè)30分鐘前取樣分析，有害氣體含量和氧的含量經(jīng)檢驗合乎標(biāo)準(zhǔn)時，方可進(jìn)入作業(yè)，同時有人監(jiān)護(hù)；(11)從事有毒有害系統(tǒng)檢修和事故搶修，要備好防護(hù)器具以便急用；(12)車間內(nèi)電器、儀表設(shè)備發(fā)生敵障時，應(yīng)由電工儀表工處理，檢修時要嚴(yán)格遵守“電器安全規(guī)程”；(13)車間內(nèi)設(shè)備、管道須動火時，應(yīng)將其中的物料處理干凈，含有乙醇等易燃易爆液體的設(shè)備管路應(yīng)事先進(jìn)行蒸汽吹凈，經(jīng)安全檢查后，按照“化工企業(yè)安全管理制度”中的有關(guān)規(guī)定，辦理動火手續(xù)后方可動火；(14)車間內(nèi)電氣設(shè)備應(yīng)符合Q-2級防火防爆要求，車間內(nèi)所有機(jī)電設(shè)備應(yīng)裝有接地裝置，室外機(jī)電設(shè)備應(yīng)有避雨罩，各運(yùn)轉(zhuǎn)部位應(yīng)設(shè)有防護(hù)罩

49、；(15)車間一切含有甲醇等易燃液體的設(shè)備、管道 (金屬管道及非金屬管道)應(yīng)設(shè)有導(dǎo)除靜電的接地裝置。3.4 環(huán)境保護(hù)該產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的三廢情況如下，經(jīng)過簡單處理可達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)。1、廢油相乙酸乙酯 乙酸乙酯可以通過精餾塔精餾，達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)，再循環(huán)利用。2、廢水1：主要是含有部分乙酸乙酯，以及鹽酸等3、廢水2：其中部分乙酸乙酯，NaOH等可將兩種廢水按比例混合，經(jīng)生化處理后排放。第四章 經(jīng)濟(jì)效益評價4.1原料消耗定額1、（S）-3-（1-二甲氨基乙基）苯酚 66× = 733kg/t2、N-甲基-N-乙基氨基甲酰氯 52× = 577.5kg/t3、K2CO380×

50、= 888.4kg/t4、乙酸乙酯 (乙酸乙酯可回收利用，按其用量的10%計算)2060L×0.898kg/L××10% = 2.06t/t5、3mol/LHCl溶液 136× = 1510L/t6、質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的NaOH溶液 56× = 621.9kg/t4.2單位產(chǎn)品原料費(fèi)用估計查得各物料價格如表4.1；表4.1 各物料價格Table.4.1The price of the material物料價格（S）-3-（1-二甲氨基乙基）苯酚8000元/kgN-甲基-N-乙基氨基甲酰氯2200元/kg99%K2CO39100元/t乙酸乙酯5500

51、元/t3mol/L HCl溶液10元/L純度為99%NaOH2900元/t卡巴拉汀15000元/kg1、（S）-3-（1-二甲氨基乙基）苯酚 733×8000 = 585.4萬元2、N-甲基-N-乙基氨基甲酰氯577.5×2200 = 127.05萬元3、K2CO3888.4×9100/1000 = 80.85萬元4、乙酸乙酯 2.06×5500 = 1.133萬元5、3mol/L HCl溶液1510×10 = 1.51萬元6、30%NaOH溶液621.9×30%×2900/1000 = 54.11萬元故生產(chǎn)1t卡巴拉汀的原

52、料成本為851.053萬元。4.3投資及收益估算4.3.1 設(shè)備 生產(chǎn)過程中共需要反應(yīng)釜1個，換熱器2個，澄清槽4個，混合器3個，精餾塔、再沸器一組、不同體積的碳鋼儲罐8個，水泵9個，真空泵1個，還有其他儀表，管道等。根據(jù)市場行情可得，設(shè)備費(fèi)用約60萬元。4.3.2 公用工程 包括水、電、汽的供應(yīng)等基礎(chǔ)公用工程等項。冷凍水需由冰機(jī)崗位提供冷量以滿足生產(chǎn)需求，其中鍋爐約需10萬元，冰機(jī)系統(tǒng)約需5萬元，配電設(shè)施約需10萬元。公用工程合計約需25萬元。4.3.3 安裝費(fèi) 安裝費(fèi)用包括管道費(fèi)用、道和閥門費(fèi)用約需15萬元。閥門費(fèi)費(fèi)用、儀表費(fèi)用及設(shè)備安裝等費(fèi)用，其中管設(shè)備安裝及管道等的安裝約需5萬元，合計

53、約需20萬元。4.3.4 生產(chǎn)廠房建筑面積600m2:每m2按3000元估算，需投資約180萬元。4.3.5 人員配置1.車間定員:采用二班工作人員，每班9小時，每班操作人員10人，二班20人;管理人員4人;其他人員6人，共需約30人。平均工資為5000元，一年共需支出180萬元，加上其他福利等，共約250萬元。以上各項開銷合計為535萬元。4.3.6 銷售收入目前該產(chǎn)品國內(nèi)售價15000元/kg，若生產(chǎn)的產(chǎn)品能全部賣出，則年銷售收入為4.05億元，成本為2.30億元工商稅按增值稅計算，增值稅 =(銷售收入-年可變成本)×17%/ (1+17% )=(4.05-2.30)×17%/ (1+17%) =2542.7萬元/年。城建稅 = 2542.7×7% =178萬元教育附加稅 = 2542.7×3% =76.3萬元年稅收總額 = 2542.7+178+76.3 =2797萬元則年銷售利潤為：4.05-2.30-0.2797=1.47億元。第五章 結(jié)論通過對卡巴拉汀性質(zhì)、用途及應(yīng)用前景的分析，看到了治療老年癡呆藥卡巴拉汀的發(fā)展前景。綜合比較目前國內(nèi)外合成卡巴拉汀的各種方法，在考慮了工藝成熟程度、產(chǎn)品收率、環(huán)境保護(hù)與安全生產(chǎn)等因素的基礎(chǔ)上