年產(chǎn) 260 噸利眠寧中間體氨基車(chē)間還原工段的車(chē)間工藝設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)摘要 利眠寧是1，4-苯并二氮雜卓類抗焦慮藥和抗驚厥藥。具有鎮(zhèn)定、松弛肌肉和抗驚厥作用。本次設(shè)計(jì)任務(wù)是年產(chǎn)260噸利眠寧中間體氨基車(chē)間還原工段的車(chē)間工藝設(shè)計(jì) 工作日：300天 / 年。本設(shè)計(jì)所采用的工藝路線為:將甲苯、水、異噁唑成品、鹽酸依次加入到還原反應(yīng)釜，再將鐵粉加入，回流后停止攪拌，將廢水層分去，將甲苯層通入壓濾罐，將廢鐵渣濾除，將濾液壓入水洗結(jié)晶罐，出料于離心機(jī)重復(fù)甩干，將離心母液吸入甲苯蒸餾釜，并加入適量的水，進(jìn)行甲苯回收，回收的甲苯進(jìn)行下一次反應(yīng)套用。 設(shè)計(jì)囊括了工藝過(guò)程的物料衡算 熱量衡算 設(shè)備選型以及管道工藝計(jì)算，并且繪制出年產(chǎn)260噸利眠寧中間體氨基車(chē)間還原工段

2、的管道儀表流程圖。該設(shè)計(jì)目的是培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決制藥車(chē)間設(shè)計(jì)實(shí)際問(wèn)題的能力，掌握中藥制藥工藝流程設(shè)計(jì)，工藝計(jì)算及選型，使設(shè)計(jì)更經(jīng)濟(jì)實(shí)用。 關(guān)鍵詞 利眠寧 物料衡算 熱量衡算 設(shè)備選型目錄第一章 產(chǎn)品及工藝路線的介紹11.1 產(chǎn)品名稱、化學(xué)結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)11.1.1 產(chǎn)品名稱11.1.2 化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子式及分子量11.1.3 理化性質(zhì)11.2.2 工藝過(guò)程4第二章 物料衡算62.1 設(shè)計(jì)任務(wù)62.2 設(shè)計(jì)所涉及物料的工業(yè)規(guī)格62.3 還原工段的物料衡算62.3.1還原反應(yīng)工序（收率：93.7）72.3.2壓濾工序（收率：100%）102.3.3水洗結(jié)晶工序（收率：100%）112.3.4離

3、心甩料工序（收率：98%）12第三章 還原工段的熱量衡算143.1 熱量衡算依據(jù)及原則143.1.1 熱量衡算的主要依據(jù)143.1.2 設(shè)備的熱量平衡方程式143.1.3 熱量平衡方程式中各熱量項(xiàng)的計(jì)算153.2 熱量衡算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的計(jì)算和查取163.2.1 比熱容的計(jì)算173.3 還原工段的熱量衡算193.3.1、還原釜的熱量衡算193.3.2水洗結(jié)晶釜的熱量衡算253.3.3 結(jié)晶過(guò)程：28第四章 主要設(shè)備的選型與計(jì)算304.1 還原反應(yīng)釜的選型與計(jì)算304.1.1設(shè)備選型304.1.2 核算304.2 水洗結(jié)晶罐的選型與計(jì)算314.2.1設(shè)備選型314.2.2 核算314.3 離心機(jī)的選型

4、與計(jì)算324.4 壓濾機(jī)的選型324.5管道工藝計(jì)算33總結(jié)34參考文獻(xiàn)35謝辭.36第一章 產(chǎn)品及工藝路線的介紹1.1 產(chǎn)品名稱、化學(xué)結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)1.1.1 產(chǎn)品名稱 中文名：2-氨基-5-氯二苯甲酮 俗 名：氨基酮 化學(xué)名：2-氨基-5-氯二苯甲酮 英文名：2-amino-5-chlorobenzophenone1.1.2 化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子式及分子量1.1.3 理化性質(zhì) 本品為黃色或殼黃色針狀結(jié)晶，mp9599，無(wú)臭，味苦，微溶于水，可溶于二氮 甲烷，氯仿，乙醚等。1.2還原崗位的工藝流程框圖1.2.1流程圖新甲苯鐵粉異噁唑還原反應(yīng)回收甲苯鹽酸分水廢水層甲苯回收棄去三廢壓濾廢鐵渣殘廢液棄去

5、三廢水洗結(jié)晶水洗廢水離心母液氨基酮粗品離心甩料棄去三廢棄去三廢1.2.2 工藝過(guò)程將甲苯、水、異噁唑成品、鹽酸依次加入到還原反應(yīng)釜，開(kāi)攪拌，通蒸汽加熱。再將鐵粉加入，升溫至95。回流反應(yīng)3h后停止攪拌，并迅速將廢水層分去，將甲苯層通入壓濾罐，將廢鐵渣濾除，將濾液壓入水洗結(jié)晶罐，將水洗用水加入進(jìn)行水洗，通蒸汽升溫至60，保溫30min后分去水層。重復(fù)3次后，通入常溫水冷卻降溫析晶，降至35時(shí)，改用冰鹽水冷卻，使結(jié)晶充分，降至20時(shí)，出料于離心機(jī)重復(fù)甩干，離心甩得的粗品經(jīng)水分檢測(cè)水分含量8時(shí)，送至臨時(shí)存放區(qū)，待精制用。將離心母液吸入甲苯蒸餾釜，并加入適量的水，進(jìn)行甲苯回收，回收的甲苯進(jìn)行下一次反應(yīng)

6、套用。 第二章 物料衡算 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)任務(wù)：年產(chǎn) 260 噸利眠寧中間體氨基車(chē)間還原工段的車(chē)間工藝設(shè)計(jì) 工作日：300 天 / 年 收 率：還原工段收率為 88%90% 產(chǎn)品規(guī)格： 氨基酮：凈含量 98.5% 水分 1% 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，分別設(shè)定該工段各崗位的收率如下： 還原工段：反應(yīng)崗位為91.8% 反應(yīng)工序?yàn)?3.7% 壓濾工序?yàn)?00% 水洗結(jié)晶工序?yàn)?100% 離心甩料工序?yàn)?98%2.2 設(shè)計(jì)所涉及物料的工業(yè)規(guī)格表2-1 物料衡算的物料規(guī)格表物料名稱 分子式 分子量 密度（kg/l）規(guī)格凈含量 雜質(zhì)含量 水含量異噁唑 c13h8clno 229.67 3.61 98.50%

7、1.00% 0.50%甲苯 c6h6 92.13 0.87 95.00% 0.00% 5.00%鹽酸 hcl 36.46 1.18 31.00% 1.50% 67.50%鐵粉 fe 55.85 7.86 98.00% 1.50% 0.50%水 h2o 18.00 1.00 100.00% 0.00% 0.00%2.3 還原工段的物料衡算 氨基 氨基酮的日產(chǎn)量=年產(chǎn)量產(chǎn)品凈含量1000工作日 =853.67 kg/天 所以氨基酮精品的日產(chǎn)量為：853.67 kg/天 離心階段甩出的氨基酮的量為：853,6798=871.09 kg 75氨基酮的粗品量為： 871.0975=1161.45 kg

8、因?yàn)榫茘徫坏目偸章蕿?8，所以氨基酮的量為：871.0998=888.87 kg 因?yàn)檫€原崗位的收率為93.7，所以可由氨基酮的量求得異噁唑純品的量為： 888.87229.67/93.7/231,68=940.40kg2.3.1還原反應(yīng)工序（收率：93.7）（1）、已知設(shè)計(jì)的原料投料比表2-2 還原反應(yīng)的原料投料比表物料名稱 規(guī)格 分子量 投料量 摩爾比 異噁唑 工業(yè)品 98.6% 229.67 954.72 1 甲苯 工業(yè)品95.0% 92.14 1909.99 4.81 鹽酸 工業(yè)品30.0% 36.46 636.96 1.28 鐵粉 工業(yè)品 97.0% 55.47 480.94 2.

9、04 水 工業(yè)用水 18.00 1374.79 25.88（2）進(jìn)料量 計(jì)算過(guò)程說(shuō)明：在確定異噁唑的量為計(jì)算基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)投料比及物料規(guī)格算出各物料的投料量。 計(jì)算過(guò)程：98.5%的異噁唑的量：940.40/98.5%=954.72kg 其中雜質(zhì)的量：954.721%=9.55kg 水的量：954.720.5%=4.77kg30%的鹽酸的量：940.4036.461.28（30%229.67）=636.96kg 其中雜質(zhì)的量：636.961.5%=9.56kg 水的量：636.9667.5%=429.95kg97%的鐵粉的量：940.4055.852.04（97%229.67）=480.9

10、4kg 其中雜質(zhì)的量：480.941.5%=7.21kg 水的量：480.940.5%=2.40kg95%的甲苯的量：940.4092.134.81（95%229.67）=1909.99kg 其中水的量：1909.995%=95.90kg水的量：940.401825.88229.67（4.77429.952.4095.50）=1374.79kg綜合以上計(jì)算得：表2-3還原釜的還原用量一覽表物料名稱 純量（kg） 總量（kg） 雜質(zhì)量（kg） 水含量（kg）異噁唑 940.40 954.72 9.55 4.77鐵粉 471.33 480.94 7.21 2.40甲苯 1814.49 1909.9

11、9 0.00 95.50鹽酸 197.45 636.96 9.56 429.95額外用水量 1374.79總量（kg） 3423.67 3982.61 26.32 1907.41（3）出料量計(jì)算過(guò)程說(shuō)明： a 設(shè)該反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率與該工序所設(shè)的收率相等，由化學(xué)反應(yīng)方程式及化學(xué)反應(yīng)計(jì)量系數(shù)可以計(jì)算出反應(yīng)物料的消耗量和生成物的量，從而可算出未反應(yīng)完的物料量。忽略溶劑的揮發(fā)量，與進(jìn)料時(shí)一致。 b 反應(yīng)停止后，靜置分層，分為水層和甲苯層，趁熱分去水層。設(shè) fecl2 全部溶于水中，而不溶于甲苯；異噁唑、氨基酮只溶于甲苯；未反應(yīng)完的鐵粉、生成的 fe(oh)2 均勻的分布于整個(gè)溶液中。 c 在分水過(guò)程中，設(shè)

12、水層中有 5%的甲苯（以純水和純甲苯組成的溶質(zhì)的質(zhì)量百分比），甲苯層中有 15%的水（以純水和純甲苯組成的溶質(zhì)的質(zhì)量百分比）。而其他物質(zhì)在兩相中的分配根據(jù)（2）中的相關(guān)假設(shè)計(jì)算。計(jì)算過(guò)程： 1.分水前的各物料總量： 反應(yīng)生成的物料量 氨基酮的量：940.40231.6893. 7%/229.67=888.87kg 氫氧化亞鐵的量：888.8791.55/231.68-197.4591.55/(236.46)=103.34kg 氯化亞鐵的量：197.45126.76/(236.46)=343.24kg 未反應(yīng)完的物料量 異噁唑的量：940.40(1-93.7%)=59.25kg 鐵粉的量：471

13、.33-888.8755.85/231.68=257.05kg 水雜質(zhì)的量：1907.41+26.32+197.4518/(236.46)-888.87218/231.68=1844.35kg(水與雜質(zhì)合二為一) 甲苯的量：1814.49kg （作為溶劑，反應(yīng)前后的量不變） 2.分水后每相的物料量: 甲苯層的物料含量 氨基酮的量：888.87kg 氫氧化亞鐵的量：1814.49-(1814.49+1907.41-26.32)5%103.34/0.8(1814.49+1907.41-26.32)=56.96kg 氯化亞鐵的量：1814.49-(1814.49+1907.41)5%0.15343.

14、24/0.8(1844.35-26.32)=54.64kg 異噁唑的量：59.25kg 鐵粉的量：1814.49-(1814.49+1907.41) 5%257.05/0.8(1844.35+ 1907.41-26.32)=140.45kg 甲苯的量：1814.49-(1814.49+1907.41-26.32)5%85%/80%=1735.82kg 水雜質(zhì)的量：1814.49-(1814.49+1907.41) 5%0.15/0.8+1814.49-(1814.49+1907.41) 5%26.32/0.8(1844.35+1907.41-26.32)=319.70kg 水層的物料含量 甲苯

15、的量：1814.49-1735.82=78.68kg 水雜質(zhì)的量：1844.35-78.67=1765.68kg 氯化亞鐵的量：343.24-57.64=285.60kg 氫氧化亞鐵的量：103.34-54.96=46.38kg 鐵粉的量：257.05-140.45=116.60kg（4）反應(yīng)工序的物料衡算表綜合以上計(jì)算得：表2-4 反應(yīng)工序的物料衡算一覽表反應(yīng)分水 物料名稱 質(zhì)量（kg） 質(zhì)量百分比 密度（kg） 體積（l）進(jìn)料異噁唑 940.40 17.55% 3.61 260.50鐵粉 471.33 8.79% 7.86 59.97鹽酸 197.45 3.68% 1.18 167.33甲

16、苯 1814.49 33.86% 0.87 2085.62水 1907.41 35.6% 1.00 1907.41雜質(zhì) 26.32 0.49% 1.00 26.32總量 5357.4 100.0% 1.19 4502.02分水出料甲苯層氨基酮 888.87 27.27% 3.51 253.24異噁唑 59.25 1.81% 3.61 16.41鐵粉 140.45 4.31% 7.86 17.87甲苯 1735.82 53.26% 0.87 1995.20氫氧化亞鐵56.96 1.74% 3.40 16.75氯化亞鐵 57.64 1.76% 2.70 21.35水雜質(zhì) 319.70 9.81%

17、1.00 319.70總計(jì) 3258.69 100.0% 1.29 2526.12水層甲苯 78.67 3.43% 0.87 90.43氫氧化亞鐵46.38 2.02% 3.40 13.64氯化亞鐵 285.60 12.45% 2.70 105.78鐵粉 116.60 5.08% 7.86 14.83水雜質(zhì) 1765.68 77% 1.00 1765.68總計(jì) 2292.93 100.0% 1.14 2011.342.3.2壓濾工序（收率：100%） (1)進(jìn)料量 與反應(yīng)工序的甲苯層的物料含量一致，見(jiàn)表 2-4 中相關(guān)數(shù)據(jù) (2)出料量 除未反應(yīng)完的鐵粉及生成的氫氧化亞鐵視為不溶物被壓濾出去，

18、其余物料的損 失量不計(jì)，與進(jìn)料量一致。壓濾工序的物料衡算表如下：表2-5 壓濾工序的物料衡算一覽表進(jìn)料出料物料名稱 質(zhì)量（kg） 質(zhì)量百分比 物料名稱 質(zhì)量（kg） 質(zhì)量百分比氨基酮 888.87 27.27% 1.濾液 3061.28 93.94%異噁唑 59.25 1.81% 氨基酮 888.87 29.03%鐵粉 140.45 4.31% 異噁唑 59.25 1.93%甲苯 1735.82 53.26% 甲苯 1735.82 56.7%氫氧化亞鐵 56.96 1.74% 氯化亞鐵 57.64 1.88%氯化亞鐵 57.64 1.76% 水雜質(zhì) 319.70 10.44%水雜質(zhì) 319.7

19、0 9.81% 2.濾渣 197.41 6.05% 氫氧化亞鐵 56.96 28.85% 鐵粉 140.45 71.14%總計(jì) 3258.69 100.0% 總計(jì) 3258.69 100.0%2.3.3水洗結(jié)晶工序（收率：100%） （1） 進(jìn)料量 與壓濾工序的濾液的物料含量一致，見(jiàn)表 2-5 中相關(guān)數(shù)據(jù)。此外，在每次水洗過(guò) 程要加2000kg 的自來(lái)水，共洗 3 次。 （2） 出料量 水洗主要是洗去甲苯層中的水溶性無(wú)機(jī)雜質(zhì)，有機(jī)物料的損失忽略不計(jì)。而 且認(rèn)為氨基酮是 100%的結(jié)晶，析晶前、后的含水雜質(zhì)量不變。則水洗析晶 后氯化亞鐵被洗除，其他物料含量不變。 綜合以上計(jì)算得：表2-6 水洗結(jié)

20、晶工序的物料衡算一覽表進(jìn)料 出料物料名稱 質(zhì)量（kg） 質(zhì)量百分比 物料名稱 質(zhì)量（kg） 質(zhì)量百分比氨基酮 888.87 17.65% 1. 結(jié)晶液 3003.64 59.34%異噁唑 59.25 1.17% 氨基酮 888.87 29.59%甲苯 1735.82 34.29% 異噁唑 59.25 1.97%氯化亞鐵 57.64 1.14% 甲苯 1735.82 57.76%水雜質(zhì) 319.70 6,32% 水雜質(zhì) 319.70 10.04%水洗用水 2000.00 39.51% 2.水洗液 2057.64 40.65% 水含量 2000.00 97.19% 氯化亞鐵 57.64 2.80%

21、總計(jì) 5061.28 100% 總計(jì) 5061.28 100%2.3.4離心甩料工序（收率：98%） (1)進(jìn)料量 該工序的進(jìn)料量與水洗結(jié)晶工序的結(jié)晶液的含量一致，見(jiàn)表 2-6相關(guān)數(shù)據(jù)。 (2)出料量 計(jì)算過(guò)程說(shuō)明： 先由收率算出甩出料中氨基酮的凈含量，占甩出料總量的 75%，從而算出甩出 料的總量。甩出料中含水量為 8%，其余 17%為甲苯、雜質(zhì)、異噁唑。 甩出料中甲苯、雜質(zhì)、異噁唑的量計(jì)算方法如下：先算出其總量，視其在結(jié)晶 液中的濃度為均一不變，根據(jù)進(jìn)料中的含量，便可逐一算出。 甩出的母液中各物料的含量用進(jìn)料總量減去甩出料中各物料的含量即得。 計(jì)算過(guò)程： 甩出的物料含量： 氨基酮的量：88

22、8.8798%=871.09kg 甩出物料總量：871.0975=1161.46kg 水雜質(zhì)的量： 1161.468%+1161.4617%319.70/(1735.82+59.25+319.70)=122.77kg 異噁唑的量： 1161.4617%59.25/(1735.82+59.25+319.70)=5.53kg 甲苯的量： 1161.4617%1735.82/(1735.82+59.25+319.70)=162.49kg 離心母液的物料含量： 氨基酮的量：888.872%=17.78kg 異噁唑的量：59.25-5.53=53.72kg 水雜質(zhì)的量：319.70-122.77=196

23、.93kg 甲苯的量：1735.82-162.49=1573.33kg 總量：17.78+53.72+196.93+1573.33=1841.76kg 離心甩料工序的物料衡算表 綜合以上計(jì)算得：表2-7離心甩料工序的物料衡算一覽表進(jìn)料出料物料名稱 質(zhì)量（kg） 質(zhì)量百分比 物料名稱 質(zhì)量（kg） 質(zhì)量百分比氨基酮 888.87 29.59% 1.甩出料 1162.29 38.69%異噁唑 59.25 1.97% 氨基酮 871.09 74.94%甲苯 1735.82 57.79% 異噁唑 5.53 0.48%水雜質(zhì) 319.70 10.64% 甲苯 162.49 13.98%水雜質(zhì) 122.7

24、7 10.65% 2.母液 1841.76 61.3% 異噁唑 53.72 2.92% 甲苯 1573.33 85.42% 水雜質(zhì) 196.93 10.69%總量 3003.64 100.0% 總量 3004.05 100.0%第三章 還原工段的熱量衡算 說(shuō)明： 下列計(jì)算時(shí)所用的數(shù)據(jù)均根據(jù)第三章中物料衡算的結(jié)果，以日生產(chǎn)總量為準(zhǔn)。 有關(guān)各物質(zhì)的物化參數(shù)均一總表述，后面只作直接引用。 下列計(jì)算過(guò)程中單位均按以下的標(biāo)準(zhǔn)： 質(zhì)量：kg；能量：kj/（kg ）； 溶解熱/汽化熱/燃燒熱：kj/mol；溫度： 3.1 熱量衡算依據(jù)及原則3.1.1 熱量衡算的主要依據(jù) 能量衡算是以車(chē)間物料衡算的結(jié)果為基礎(chǔ)

25、進(jìn)行的，所以，車(chē)間物料衡算 表是進(jìn)行車(chē)間能量衡算的首要條件。 能量衡算的主要依據(jù)是能量守恒定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)形式為能量守恒基本方程： 由環(huán)境輸入到系統(tǒng)的能量=由系統(tǒng)輸出到環(huán)境的能量+系統(tǒng)內(nèi)積累的能量 對(duì)于車(chē)間工藝設(shè)計(jì)中的能量衡算，許多項(xiàng)目可以忽略，而且車(chē)間能量衡算的目的是要確定設(shè)備的熱負(fù)荷，所以，能量衡算可簡(jiǎn)化為熱量衡算。3.1.2 設(shè)備的熱量平衡方程式 對(duì)于有傳熱要求的設(shè)備，其熱量平衡方程式為： q1 + q2 + q3 = q4 + q5 +q6（3-2） q1物料帶入到設(shè)備的熱量 kj； q2加熱劑或冷卻劑傳給設(shè)備和所處理物料的熱量 kj； q3過(guò)程熱效應(yīng) kj； q4 物料離開(kāi)設(shè)備所帶走

26、的熱量 kj； q5 加熱或冷卻設(shè)備所消耗的熱量 kj ； q6 設(shè)備向環(huán)境散失的熱量 kj 。 在熱量衡算過(guò)程中的 q2,即設(shè)備熱負(fù)荷，是衡算的主要目的。3.1.3 熱量平衡方程式中各熱量項(xiàng)的計(jì)算 1. q1與q4 q1與q4均可用下式計(jì)算 q1(q4) = mtcp kj 式中 m 輸入（或輸出）設(shè)備的物料量 kg； cp 物料的平均比熱容 kj/kg ； t 物料的溫度 。 該式的計(jì)算基準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，即 0及 1.013105pa 時(shí)的狀態(tài)。因?yàn)槲锪系谋葻崛菔菧囟鹊暮瘮?shù)，上式中物料的比熱容是指進(jìn)、出口物料的定壓平均比熱容，對(duì)于進(jìn)口物料取基準(zhǔn)溫度與物料進(jìn)口溫度的平均溫度下的比熱容；對(duì)于出口

27、物料取基準(zhǔn)溫度與物料出口溫度的平均溫度下的比熱容。對(duì)于不同物料的比熱容可查化學(xué)工程手冊(cè)（第 1 冊(cè)）或化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（下），若查不到，可根據(jù)藥廠反應(yīng)設(shè)備及車(chē)間工藝設(shè)計(jì)的相關(guān)公式56計(jì)算。 2.過(guò)程熱效應(yīng) q3 化學(xué)過(guò)程的熱效應(yīng)包括化學(xué)反應(yīng)熱與狀態(tài)變化熱。純物理過(guò)程只產(chǎn)生狀態(tài)變化熱。 在熱量衡算中，過(guò)程熱效應(yīng) q3 的符號(hào)為：放熱為正；吸熱為負(fù)。 反應(yīng)熱 qc 為計(jì)算各種溫度下的反應(yīng)熱，規(guī)定當(dāng)反應(yīng)溫度為 298k 及標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)反應(yīng)熱的數(shù)值為標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱，習(xí)慣上用h。表示，負(fù)值表示放熱，正值表示吸熱。這與在熱量衡算中所規(guī)定的符號(hào)正好相反，為避免出錯(cuò)，現(xiàn)用符號(hào) q r 表示標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱，放熱為正，吸

28、熱為負(fù)， 則 q。r=h。標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱的數(shù)據(jù)可以在化學(xué)工程手冊(cè) （第一冊(cè)）或化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（下）中查到；當(dāng)缺乏數(shù)據(jù)時(shí)用標(biāo)準(zhǔn)生成熱或標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱求得。表 3-1 元素標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱一覽表元素的燃燒過(guò)程元素的燃燒熱元素的燃燒過(guò)程元素的燃燒熱 kj/(gatom)kj/(gatom) cco2（氣） 395.15brhbr（溶液）119.32h1/2h2o（液）143.15ii（固） 0fhf（溶液）cl1/2cl2（氣） 316.52 n1/2n2（氣） 0 0nhno3（溶液）205.57clhcl（溶液）165.80sso2（氣） 290.15br1/2br2（液） 0sh2so4（溶液） 886.

29、8br1/2br2（氣）-15.37pp2o5（固） 765.8 不同溫度下的反應(yīng)熱 qtr 的計(jì)算 在本設(shè)計(jì)中涉及到相變熱、濃度變化熱、結(jié)晶熱、冷凝熱等，其中結(jié)晶熱可忽略不計(jì)，其他的狀態(tài)變化熱的計(jì)算見(jiàn)具體的衡算過(guò)程。 q3 的計(jì)算公式 綜合化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)（qc）與狀態(tài)變化熱效應(yīng)（qp）的 q3 的計(jì)算公式為 q3 = qc + qp(3-8) 3、q5 與 q6 的確定根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)，（q5+q6）一般為（q4+q5+q6）的 5%10%，只要計(jì)算出 q4, 就可以確定（q5+q6）,從而計(jì)算出 q2。但在設(shè)備選型中需對(duì)設(shè)備進(jìn)行校核，以檢驗(yàn)設(shè)備選型的正確與否。 4、q2 的計(jì)算 由以上計(jì)算過(guò)

30、程得到 q1 、q2 、q3 、q4 、q5 、q6 后，根據(jù)式（3-2）求出設(shè)備的熱負(fù)荷 q2。q2 正值表示需對(duì)設(shè)備加熱；負(fù)值表示需冷卻。3.2 熱量衡算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的計(jì)算和查取 在熱量衡算中，大部分物料的物性常數(shù)可通過(guò)相關(guān)的物性常數(shù)手冊(cè)查取，如化 學(xué)工 程手冊(cè)（第 1 冊(cè)），化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（下）9。當(dāng)遇到手冊(cè)中數(shù)不 全 的情況時(shí)，就需通過(guò)一些公式來(lái)估算這些物性常數(shù)。在本設(shè)計(jì)中涉及的物性計(jì)算有比熱容、汽化熱、熔融熱、濃度變化熱效應(yīng)、燃燒熱等，以下介紹他們的計(jì)算方法。3.2.1 比熱容的計(jì)算本設(shè)計(jì)中氣體的比熱容都可查取，主要是一些液體和固體的比熱難以查取。 1、氣態(tài)物質(zhì)的比熱容的計(jì)算 對(duì)于壓強(qiáng)

31、低于 5105pa 的氣體或蒸汽均可作理想氣體處理，其定壓比熱容為cp=4.187（2n + 3）/m kj/（kg）（3-9） 式中 n化合物分子中原子個(gè)數(shù)； m化合物分子量。 2、液體的比熱容的計(jì)算 大多數(shù)液體的比熱容在 1.72.5 kj/（kg）之間，液體的比熱容一般與壓力無(wú)關(guān)， 隨溫度的上升而稍有增大。 作為水溶液的比熱容的計(jì)算，可先求出固體的比熱容，再按下式計(jì)算：c=cs a+（1-a）（310） 式中 c水溶液的比熱容 kj/（kg）； cs固體的比熱容 kj/（kg）； a 水溶液中固體的質(zhì)量分率。、對(duì)于大多數(shù)的有機(jī)化合物，其比熱容可利用藥廠反應(yīng)設(shè)備及車(chē)間工藝設(shè)計(jì)（p208 表

32、(64）求得。先根據(jù)化合物的分子結(jié)構(gòu)，將各種基團(tuán)結(jié)構(gòu)的摩爾熱容數(shù)值加和，求 出摩爾熱容，再由化合物的分子量換算成比熱容。 3、固體的比熱容的計(jì)算 元素的比熱容的計(jì)算ce =ca/a kj/（kg）(311)式中ca 元素原子的比熱容 kj/（kg），其值見(jiàn)表 3-2；a元素的原子量。表 3-2 元素原子的比熱容表元素 ca kj/(kg) 元素 ca kj/(kg) 元素 ca kj/(kg)c 7.535 f 20.93 h 9.628s 22.604 b 11.302 p 22.604si 15.907 o 16.74 其他 25.953 化合物的比熱容的計(jì)算c=1/m nca kj/（k

33、g）(312)式中 n分子中同種元素原子數(shù)；m化合物分子量；ca元素的原子比熱容 kj/（kg），其值見(jiàn)表 4.2。3.2.2 汽化熱的計(jì)算任何溫度、壓強(qiáng)下，化合物的汽化熱均可按下式計(jì)算： qv=(-28.5)lgpr trtc/0.62(1-tr)kj/kg(3-13) 式中 pr 對(duì)比壓強(qiáng)（實(shí)際壓強(qiáng)與臨界壓強(qiáng)之 比值）； tr 對(duì)比溫度（實(shí)際溫度與臨界溫度之比值）； tc臨界溫度 k 。 液體在沸點(diǎn)下的汽化熱可按下式計(jì)算： qvb=tb(39.81 lg tb-0.029tb)/m kj/kg(3-14) 式中 tb 液體的沸點(diǎn) k ； m 液體的分子量。3.3 還原工段的熱量衡算3.3.

34、1、還原釜的熱量衡算 根據(jù)工藝過(guò)程可知，還原釜的溫度變化過(guò)程如下圖所示：95回流反應(yīng)3h分水出料25進(jìn)料圖 3.1 還原釜的溫度變化過(guò)程圖解由還原釜的溫度變化過(guò)程解圖可知，還原釜的熱量衡算只有一個(gè)過(guò)程，即物料由 25進(jìn)料，升溫至 95，反應(yīng) 3h 為止，然后分水出料壓濾。1.該熱量衡算涉及的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的查取與計(jì)算 各種物質(zhì)在不同溫度下的平均比熱容： 液態(tài)物質(zhì)的平均比熱容：對(duì)照基準(zhǔn)溫度 0，各種物質(zhì)的溫度變化有 25、95。查藥廠反應(yīng)設(shè)備及車(chē)間工藝設(shè)計(jì)（p208 表 64）中的相關(guān)數(shù)據(jù)可得液態(tài)有機(jī)物的平均比熱容。對(duì)于表中沒(méi)有溫度的數(shù)據(jù)，用兩點(diǎn)插值法求出。其計(jì)算過(guò)程以對(duì)氯硝基苯在 68時(shí)平均比熱容的

35、計(jì) 算為例，得液態(tài)有機(jī)物的平均比熱容表如下：表 3-3還原釜液態(tài)有機(jī)物料的平均比熱容表 單位：kj/(kg)物質(zhì)名稱2025溫度 406095異噁唑 1.26甲苯 2.301.262.461.272.941.283.581.314.704.162.73氨基酮 1.99乙醇 2.312.142.332.572.423.152.53 氣態(tài)物質(zhì)的平均比熱容： 需算平均比熱容的物質(zhì)有甲苯、乙醇、水。按式（39）計(jì)算得：cp 甲苯=4.187（215+3）/92.13=1.50 kj/(kg)cp 乙醇=4.187（29+3）/46.07=1.91 kj/(kg)cp 水=4.187（23+3）/18=

36、2.09 kj/(kg) 水溶液的平均比熱容：與縮合釜的堿液（70%）的平均比熱容的計(jì)算一致，計(jì)算 12%的 fecl2 水溶液的平均比熱容為：cp12%=0.6112%+(1-12%)=0.95 kj/(kg) 查化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（下）得：25時(shí) 30%鹽酸水溶液的平均比熱容為：cp30%=2.60 kj/(kg) 固態(tài)物質(zhì)的平均比熱容：以氫氧化亞鐵的平均比熱容計(jì)算為例：根據(jù)公式（312）及公式（311）計(jì)算得：cs=25.953+（16.74+9.6282) /89.86=0.88 kj/(kg)依此類推算得縮合釜的其他固態(tài)物質(zhì)的平均比熱容如下所示：鐵粉：cs=0.46 kj/(kg)異噁

37、唑：cs=1.06 kj/(kg)氨基酮：cs=1.13 kj/(kg)氯化亞鐵：cs=0.61 kj/(kg) 汽化熱的計(jì)算：主要是甲苯和水汽化回流帶熱控溫，其 95時(shí)汽化熱按式（313）計(jì)算得： qvb=(-28.5) lg500.510.68/(0.620.34)=345.95 kj/kg 查化工原理（上）得水 95時(shí)的汽化熱為 2177.24 kj/kg。 固態(tài)物質(zhì)的熔融熱的計(jì)算：主要是異噁唑的熔融熱，其熔點(diǎn)為 117。根據(jù)式（417）計(jì)算其熔融熱分別為：qf，異噁唑=（117+273.15）46.0/229.67=95.57 kj/kg。 化合物的燃燒熱及生成熱的計(jì)算： 計(jì)算方法參照

38、對(duì)氯硝基苯的燃燒熱及生成熱的計(jì)算過(guò)程，得還原釜的物質(zhì)的燃燒熱及生成熱表如下：表 3-4 還原釜的物質(zhì)的燃燒熱及生成熱表 單位：kj/mol物質(zhì)名稱 燃燒熱 生成熱異噁唑 6322.16 -150.8 氨基酮 - 412.09氫氧化亞鐵 - -824.84氯化亞鐵 - -423.72水 - -285.83鹽酸 - -167.28【注】氫氧化亞鐵、水、氯化亞鐵、鹽酸的生成熱查物理化學(xué)（上）。2、還原釜的熱量衡算的計(jì)算過(guò)程該過(guò)程只有一次溫度變化，其間有化學(xué)反應(yīng)熱，甲苯和水汽化回流熱，鹽酸水溶液的濃度變化熱，故 q3=qc+qp。各物料的進(jìn)、出量見(jiàn)還原工段物料衡算表 3.11 中的相關(guān)數(shù)據(jù)。 q1 的

39、計(jì)算：根據(jù)式（33）及以上表 4.8 所示 25時(shí)相關(guān)物料的平均比熱容計(jì)算得： q1= mtcp =q 異噁唑+q 鹽酸+q 鐵粉+q 甲苯+q 水 =940.41.0625+197.452.6025+471.330.4625+1814.492.4625 +1907.414.18725 =354424.4217kj q3 的計(jì)算：忽略氯化亞鐵水溶液的濃度變化熱，只計(jì)算化學(xué)反應(yīng)熱、hcl 水溶液的濃度變化熱及甲苯和水的汽化熱.qr=-(382.05888.87/231.68-197.45158.68/36.46) 1000=-606448.3736 kj 鹽酸水溶液的濃度變化熱的計(jì)算：設(shè) hcl

40、 的摩爾數(shù)為 m 摩爾，水的摩爾數(shù)為 n 摩爾，由 n/m 的值來(lái)查 hcl 水溶液無(wú)限稀釋熱，再根據(jù)公式（318）求取 hcl 水溶液的濃度變化熱，計(jì)算過(guò)程為：30%的 hcl 水溶液的 n/m 值為：（7018）/(3036.46)=4.738%的 hcl 水溶液的 n/m 值為：（9218）/(836.46)=23.29查藥廠反應(yīng)設(shè)備及車(chē)間工藝設(shè)計(jì)（p206 表 63）得：qs.30%=102.9 kj/mol ; qs.8%=127.4 kj/mol。根據(jù)公式（418）計(jì)算 hcl 水溶液的濃度變化熱為：qs=（127.470.00-102.970.00）1000/36.46=4703

41、7.85 kj甲苯和水汽的汽化熱的計(jì)算，回流量取二者投料總量的 5%，蒸汽中二者的量分配按二者在 95的飽和蒸汽壓之比。95時(shí)二者的飽和蒸汽壓分別為 65.33kpa、87.83 kpa，則總壓強(qiáng)為 p 總=65.33+87.83=153.16 kpa。 qvb=-（n1qvb1+n2qvb2） =-(65.331814.49/92.13+87.831907.41/18) 5%3228.30/153.16 =-11164.7498 kj綜合得：q3 =qr+qs+qvb =-606448.3736+132680.3346+（-11164.7498） =-1484932.7888 kj q4 的計(jì)算：根據(jù)式（43）及以上表 4.8 所示 95時(shí)相關(guān)物料的平均比熱容計(jì)算得： q4= mtcp，, ， ， ，=q 異噁唑+q 鐵粉+q 氨基酮+q 甲苯+q 水+q 氫氧化亞鐵+q 氯化亞鐵=59.25951.31+140.45950.46+888.87954.16+1735.82954.7+56.96950.88+57.64950.95=1277056.832