Выбор и расчет технологического оборудования производства ацетилсалициловой кислоты

 

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации  
Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования 
«Казанский национальный исследовательский 
технологический университет» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
А. В. Князев, Р. З. Гильманов, Ф. Г. Хайрутдинов 
 
 
ВЫБОР И РАСЧЕТ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО 
ОБОРУДОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА 
АЦЕТИЛСАЛИЦИЛОВОЙ КИСЛОТЫ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2020 

УДК 661.7.02(075) 
ББК 35.50/78я7 

К54 

 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
 
Рецензенты: 
советник директора проектного института  
«Союзхимпромпроект» В. В. Кокуркин 
канд. хим. наук Ю. В. Филиппов 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
К54 

Князев А. В.  
Выбор и расчет технологического оборудования производства ацетилсалициловой кислоты : учебное пособие / А. В. Князев, Р. З. Гильманов, Ф. Г. Хайрутдинов; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2020. – 112 с. 
 
ISBN 978-5-7882-2845-7

 
Кратко изложена технология производства ацетилсалициловой кислоты, на 
примере процесса ее получения рассмотрены принципы расчета и выбора оборудования для химико-фармацевтических производств.  
Предназначено для бакалавров, обучающихся по направлению подготовки 
18.03.01 «Химическая технология». 
Подготовлено на кафедре химии и технологии органических соединений 
азота. 
 

 

ISBN 978-5-7882-2845-7 
© Князев А. В., Гильманов Р. З.,  

Хайрутдинов Ф. Г., 2020

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2020

УДК 661.7.02(075) 
ББК 35.50/78я7

ВВЕДЕНИЕ 
 
Производство ацетилсалициловой кислоты занимает достаточно 
значимое место в химико-фармацевтической  отрасли народного хозяйства. Механизм действия и профиль безопасности ацетилсалициловой кислоты хорошо изучены, ее эффективность клинически апробирована, в связи с чем данный препарат входит в список важнейших 
лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения, 
а также в перечень жизненно необходимых и важнейших лекарственных средств Российской Федерации. 
Существует целый ряд лекарственных препаратов, содержащих 
ацетилсалициловую кислоту (таблетки «Цитрамон», «Кофицил», 
«Асфен», «Аскофен», «Ацелизин», «Тасфир» и др.). Ацетилсалициловая кислота также широко известна под торговой маркой «Аспирин», 
запатентованной фирмой «Байер». Поэтому выполнение студентами 
курсовых и дипломных проектов, посвященных проектированию производства ацетилсалициловой кислоты, является востребованным и 
актуальным. 
Но студенты обычно испытывают определенные трудности при 
выполнении соответствующих инженерных расчетов. С учетом этого 
в данном пособии рассмотрены принципы расчета и выбора оборудования периодического и непрерывного действия.  
На примере процесса получения ацетилсалициловой кислоты в 
предлагаемой работе кратко изложены технология и материальный 
баланс всех стадий ее производства. Рассмотрены вопросы организации планово-предупредительного ремонта оборудования, приведены 
расчеты ацетилятора, фильтровальных и сушильной установок, вибросита, а также мерников, сборников, циклонов и шнековых питателей. 
Рассчитаны определяющие параметры аппаратов, их геометрические 
размеры (объем, площадь поверхности, высота, диаметр) и  потребное 
количество.  

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ  
ХИМИКО-ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ 
 
Все оборудование химико-фармацевтических производств можно разделить на три класса: 1) аппараты; 2) машины; 3) транспортные 
средства. 
В зависимости от назначения химико-фармацевтическое оборудование делится на универсальное, специализированное и специальное. 
К универсальному относится оборудование общего назначения, 
или общезаводское. Оно может быть применено без каких-либо изменений в различных химических производствах. Сюда относятся насосы, компрессоры, вентиляторы, калориферы, а также центрифуги, сушилки, экстракторы, сепараторы и транспортные средства. 
К специализированному относится оборудование для проведения 
одного типа процесса, но различных модификаций: теплообменники, 
колонны ректификационные, абсорберы и др. Например, теплообменники могут быть разной модификации (нагреватели и холодильники). 
К специальному относится оборудование, предназначенное для 
проведения только одного процесса: нитраторы, грануляторы, хлораторы, сублиматоры и др. Например, нитрование глицерина невозможно провести в грануляторе. 
Технологическое оборудование делится на основное и вспомогательное.  
К основному технологическому оборудованию относятся аппараты и машины, в которых осуществляется различные химические и  
физико-химические процессы по получению целевого продукта. Основным признаком такого оборудования является невозможность получения целевого продукта при отсутствии данного оборудования в 
технологической цепочке. Таким образом, к основному технологическому оборудованию производства аспирина относятся: ацетилятор, 
реактор очистки, центрифуги, фильтры, кристаллизатор, пневмосушилка и др. 
К вспомогательному оборудованию относят оборудование, которое помогает эффективно проводить процесс получения целевого 
продукта. По существу, выведение его из технологической схемы, не 
останавливает процесс. Для производства аспирина используют следующее вспомогательное оборудование: аварийные и резервные емкости, резервуары и цистерны, мерники, дозаторы и др. 

Химическую продукцию обычно получают на ряде установок, 
связанных между собой единым технологическим процессом. При 
этом физическое состояние или химический состав продукта, перерабатываемого в каждой из этих установок, соответственно изменится, 
поэтому аппараты и машины, входящие в состав технологической 
схемы, будут работать в различных рабочих условиях. Поэтому любой 
аппарат по своей конструкции – форме, размерам и внутреннему 
устройству – должен соответствовать свойствам обрабатываемых веществ, условиям и требованиям проводимого в нем процесса. В числе 
важнейших факторов, определяющих тип аппарата, можно выделить 
агрегатное состояние веществ, участвующих в процессе, их химические свойства, температуру, давление и тепловой эффект. 
При создании современного химико-фармацевтического оборудования общими направлениями в химическом машиностроении являются:  
1) унификация;  
2) интенсификация;  
3) высокая чистота продукции;  
4) повышение надежности;  
5) эргономика;  
6) укрупнение. 
 
1.1. Режим работы оборудования 
 
Режим работы проектируемого оборудования по времени необходим для расчета не только его производительности, но и определения коэффициента его использования Кисп, значение которого часто 
применяется при технологических расчетах. Различают календарный, 
режимный и эффективный фонды времени работы оборудования. 
Годовой календарный фонд времени Ткал равен 365 сут, или  
Ткал = 365·24 = 8760 ч. 
Режимный (номинальный) фонд времени Треж определяется режимом производства, устанавливаемым для предприятия законодательством или вышестоящими органами. Если в условиях  непрерывного производства предприятие работает в круглосуточном режиме, 
без остановок в выходные и праздничные дни, то режимный фонд 
времени совпадает с календарным, ч: 
Треж = Ткал = 365 сут = 365·24 = 8760.  

В обычных условиях или для периодических процессов режимный фонд определяется из равенства (сут/год): 
Треж = Ткал – Тпр,  
где Тпр – количество праздничных и выходных дней в году, сут/год. 
Эффективный фонд времени Тэфф рассчитывается вычитанием 
из режимного фонда времени остановок оборудования на ремонт или 
других технологических остановок, предусмотренных планом производства: 
Тэфф = Треж – Тппр 
или  
Тэфф = Ткал – (Тпр + Тппр) 
где Тппр – время простоя оборудования при проведении ремонтных работ.  
Для того чтобы определить уровень сложности и продолжительность ремонтных работ Тппр, рассмотрим некоторые виды ремонтов химического оборудования. 
 
1.2. Виды ремонтных работ 
 
В процессе эксплуатации химико-фармацевтическое оборудование изнашивается и может потерять работоспособность из-за механического износа отдельных деталей и поверхностных слоев, а также за 
счет коррозии под действием агрессивных сред. Это приведет к потере 
прочности, точности дозировки, качества, уменьшению мощности и 
производительности оборудования. 
Систематический надзор и уход за оборудованием во время его 
эксплуатации и проведение ремонтов предупреждают его преждевременный износ и поддерживает его в работоспособном состоянии. Грамотная эксплуатация химико-фармацевтического оборудования обеспечивает бесперебойную его работу в течение многих лет без аварий, 
простоев и дорогостоящих ремонтов, дает возможность увеличить выпуск продукции и повысить производительность труда. Для предприятий химико-фармацевтической отрасли основным методом системы 
планово-предупредительного ремонта оборудования является тот, при 
котором все виды ремонта выполняются в заранее установленной последовательности через определенное количество проработанных машино-часов. При проведении ремонтов следует руководствоваться 
нормативным документом «Система планово-предупредительного ремонта (ППР) оборудования и транспортных средств на предприятиях 

химической, химико-фармацевтической и нефтехимической промышленности». В нем приведены нормативы на межремонтные сроки работы оборудования, простоев в ходе ремонта и затрат труда при его 
проведении. Система ППР отражает мероприятия, направленные на 
поддержание технологического оборудования стабильно в работоспособном состоянии, обеспечивающем заданную производительность и 
высокое качество изготовляемых продуктов, удлинение межремонтных сроков службы, снижение расходов на ремонт и эксплуатацию, а 
также повышение качества выполняемых ремонтных работ. Сущность 
системы заключается в том, что после отработки каждым оборудованием определенного количества часов производятся профилактические осмотры и различные виды плановых ремонтов (текущий, средний и капитальный), чередование и периодичность которых, определяется назначением оборудования, его конструктивными и ремонтными особенностями, размерами, условиями работы в различных производственных и агрессивных средах.  
Система ППР охватывает ремонтными нормативами более 5000 
наименований оборудования для основных химических и химикофармацевтических производств, в том числе оборудование общего 
назначения: 
– компрессоры газовые, аммиачные и фреоновые;  
– турбокомпрессоры;  
– детандеры;  
– насосы центробежные, песковые, погружные, центробежновихревые, роторные (винтовые, шестеренные), вакуумные, поршневые;  
– тягодутьевые машины, в том числе вентиляторы, дымососы, 
газодувки, нагнетатели;  
– центрифуги и фильтры;  
– дробильно-размольное и пластификационное  оборудование;  
– сушилки, блоки разделения воздуха;  
– транспортные средства, в том числе элеваторы, шнеки, контейнеры;  
– специальное оборудование, в том числе нитраторы, сульфаторы, ацетиляторы и др. 
Система планово-предупредительного ремонта включает следующие виды ремонтов: текущий (Т), средний (С) и капитальный (К), 
а также межремонтное обслуживание, предшествующее этим видам 
ремонта. 

1.3. Межремонтное обслуживание 
 
Рациональное и производительное использование оборудования 
возможно при условии правильной эксплуатации и бережном отношении к нему обслуживающего персонала. В межремонтное обслуживание оборудования входят:  
– регулярный наружный осмотр оборудования;  
– выявление наружных дефектов;  
– своевременная смазка, обтирка, чистка;  
– наблюдение и проверка работы трущихся частей и состояния 
масляных и охлаждающих систем, контрольно-измерительных приборов и автоматических устройств;  
– наблюдение за натяжением и состоянием тросов, ремней, цепей, мест соединения гибких передач, а также за состоянием крепежных деталей, клиновых соединений и за непрерывной работой всей 
машины или аппарата.  
В период межремонтного обслуживания осуществляется исправление мелких дефектов: подтяжка разлаженных креплений; 
устранение неполадок в приводах, транспортирующих устройствах и 
ограждениях; систематическая чистка и промывка оборудования. Выявляются также дефекты при периодических осмотрах для их устранения во время предстоящего ремонта. Согласно нормативного документа «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением», ремонт таких аппаратов и его элементов во 
время работы не допускается. 
 
1.4. Текущий ремонт 
 
Текущий ремонт представляет собой вид планового ремонта, 
при котором производится разборка только отдельных устройств машины и аппарата. При текущем ремонте проверяются состояние и 
действие следующих деталей и устройств:  
– крепежных деталей, особенно несущих динамическую нагрузку (шатунных болтов, муфт, шпилек);  
– регулируемых деталей (клиньев, затяжных втулок, подшипников) с проверкой зазоров в них;  
– пусковых приспособлений, трансмиссий, зубчатых зацеплений, передаточных ремней и цепей, фрикционов, сальников, различных уплотнений, запорной арматуры;  

– масляной и охлаждающей систем, картеров, масляных ванн и 
масленок;  
– поверхностей, подверженных коррозии и изоляции.  
Обнаруженные дефекты немедленно устраняются следующими 
видами работ:  
– заменой мелких, быстроизнашивающихся и срабатываемых 
деталей;  
– набивкой сальников и прокладок;  
– зачисткой поверхностей; 
– подтяжкой крепежных деталей и др. 
Например, в производстве ацетилсалициловой кислоты при текущем ремонте производят следующие работы: 
– наружный осмотр корпуса и крышки аппарата;  
– наружный осмотр корпуса приводной головки;  
– проверку состояния и крепления шкива, его центровка; 
– проверку состояния текстропных ремней, их регулировку и 
натяжение;  
– проверку подшипниковых узлов приводной головки, их смазку; 
при 
необходимости 
добавляется 
смазка 
консталин 
УТ-2  
(ГОСТ 1957-73) или ЦИАТИМ-201 (ГОСТ 6267-74). 
Проверяются: 
– отсутствие масла в маслосборнике и крепление стакана гидрозатвора, при необходимости подтягивают стопорные болты; 
– состояние запорной арматуры, вентили на входе воды в змеевики вскрываются, перебивается или добавляется сальниковая набивка, проверяется легкость открывания и закрывания, периодичность ревизии запорной арматуры устанавливается перечнем-графиком; 
– фланцевые соединения, подтягиваются болты; 
– состояние сварных швов, газоходов, компонентных, паровых и 
водяных трубопроводов; при необходимости производится замена или 
подварка отдельных участков трубопроводов и газоходов, дефектные 
прокладки заменяются;  
– состояние и крепление ограждений и кожухов.  
Исправный аппарат сдается начальнику участка. 
 
1.5. Средний ремонт 
 
Средний ремонт обычно производится на месте установки агрегата, аппарат, машины. Он включает в себя все требования текущего 

ремонта и заключается в более полной разборке аппарата. В примерный перечень основных работ, производимых при среднем ремонте, 
входят следующие: 
– ремонт отдельных сборочных единиц с заменой части деталей;  
– ремонт футеровок и антикоррозийных покрытий с полной или 
частичной заменой;  
– смена прокладок в аппаратах, уплотнений и крепежных деталей; 
– замена фрикционных тормозных лент, тросов, цепей;  
– перезаливка подшипников;  
– проточка клапанов с последующей притиркой их, проточка 
штоков и смена поршневых колец;  
– освидетельствование аппаратуры, работающей под давлением, 
и сдача ее инспекции Ростехнадзора;  
– регулировка предохранительных клапанов, замена или исправление износившейся запорной арматуры. 
Например, средний ремонт ацетилятора в производстве ацетилсалициловой кислоты включает следующие виды работ: 
– производится тщательное обследование крышки и корпуса аппарата, при необходимости производится ремонт; 
– проверяется исправность змеевиков или рубашки, при необходимости производится ремонт или их замена в соответствии с техническими условиями на их эксплуатацию; 
– проверяется исправность лопастей мешалки на отсутствие 
трещин, раковин и других дефектов, состояние шпоночных канавок, 
шпонок и стопорных болтов; 
– проверяется состояние вала мешалки, 1 раз в год при среднем 
ремонте производится проверка биения вала; биение должно соответствать требованиям чертежа; 
– проверяется зазор между змеевиком и лопастями мешалки (зазор должен быть в пределах требований чертежа); 
– проверяются подшипники, при необходимости  их меняют; 
– производится замена смазки с промывкой подшипника; 
– проверяются детали приводной головки; 
– проверяются шкивы и их посадка на валу, ремни согласно инструкции; 
– проверяется состояние гидравлического затвора с системой 
маслосборника с разборкой и промывкой, замеряется ее плотность; 
меняется сальниковая набивка;