制藥設(shè)備與工藝設(shè)計(jì)

1、習(xí)題及解答,反應(yīng)器部分,某廠西維因合成車間，采用2000升反應(yīng)鍋，每批可得西維因125公斤。設(shè)計(jì)任務(wù)每日生產(chǎn)西維因3333公斤。已知反應(yīng)周期進(jìn)料1h，冷卻2h，吸收及酯化9h，水洗及合成4h，出料0.5h，每批間隔0.5h，求若采用5000升反應(yīng)鍋需幾臺(tái)？后備系數(shù)多少？,解：根據(jù)題意一臺(tái)反應(yīng)器每批125Kg,總處理批數(shù)α=3333/125=26.66424小時(shí)輪作批次β=24/17=1.4118m2000l= α/ β=18.87圓

2、整到19臺(tái)由物料衡算得m2000l×V2000l= m5000l×V5000lm5000l=7.548 圓整到8臺(tái)s=(8-7.54)/7.54=6.1%,鄰硝基氯苯氨化、還原制鄰苯二氨。已知每小時(shí)出料0.83m3，操作周期7h，裝料系數(shù)0.75。 求反應(yīng)器容積，若采用兩鍋則每個(gè)容積多少？若采用6m3，則需幾個(gè)反應(yīng)鍋？,V=已知：τ總=7h V0 =0.83 m3/h φ=0.75 m

3、=1 VR= V0 × τ總/ φ=7.47 圓整到 8m3 VR’= VR/2=7.47/2=3.87 圓整到 4m3,總體積V總 = V0 × τ總=0.83×7=5.81 m3 m φ VR= V總； m= V總/ φ VR=5.81/（0.75×6）=1.29圓整到2臺(tái),化學(xué)反應(yīng)熱根據(jù)蓋斯定律，物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)其熱效應(yīng)與路徑無

4、關(guān)，只與起始和終了狀態(tài)有關(guān)。如果已知標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)與反應(yīng)有關(guān)各種物質(zhì)的生成熱ΔHf,則標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)化學(xué)反應(yīng)熱ΔHr298K為：,釜式反應(yīng)器,例6－1 在間歇攪拌釜式反應(yīng)器中進(jìn)行如下分解反應(yīng)：A→B＋C, 已知在328 K時(shí) k=0.00231s-1，反應(yīng)物A的初始濃度為l.24kmol·m-3，要求A的轉(zhuǎn)化率達(dá)到 90％。又每批操作的輔助時(shí)間30 min, A的日處理量為14m3，裝料系數(shù)為 0.75，試求反應(yīng)器的體積。如果連續(xù)操作體積

5、多少？,解（1）確定達(dá)到要求的轉(zhuǎn)化率所需反應(yīng)時(shí)間 反應(yīng)速率表達(dá)式為,代入數(shù)據(jù)得 τ＝1000 s,釜式反應(yīng)器,τ=,釜式反應(yīng)器,（2）計(jì)算反應(yīng)器體積 假定日工作時(shí)間為24小時(shí)。有 V=V=VR/φ=0.45/0.75=0.6m3（3）連續(xù)操作反應(yīng)器體積,=0.9/0.00231×0.1 =3896 s,=（14/24）×（3896/3600）=0.63 m3,V=Vr

6、/φ=0.63/0.75=0.842 m3,釜式反應(yīng)器,作每日物料衡算： Vc= V× φ × m × 則反應(yīng)器體積V= 反應(yīng)器臺(tái)數(shù) m=,ΔHr298K =Σ（nΔHf298）i- Σ （mΔHf298）ji-------------指各產(chǎn)物j-------------指各反應(yīng)物n-------------參加反應(yīng)化學(xué)方程式各產(chǎn)物的計(jì)

7、 量系數(shù)m-------------參加反應(yīng)化學(xué)方程式各反應(yīng)物的計(jì)量系數(shù),如果已知標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)與反應(yīng)有關(guān)各種物質(zhì)的燃燒熱ΔHC,則標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)化學(xué)反應(yīng)熱ΔHr298K又可改為：ΔHr298K =Σ（mΔHC298）J-Σ（nΔHC298）i,如果在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)化學(xué)反應(yīng)熱ΔHr298K已知的情況下，欲求一定溫度下的化學(xué)反應(yīng)熱ΔHrT可按基爾霍夫公式求?。?TΔHrT=ΔHr29

8、8K+∫ΔnCpdT 298,ΔHf ΔHC,互換以苯為例,ΔHC0 C6H6 + 15O 6CO2+ 3H2O ΔHf0 ΣΔHf 6C+6H+15OΔHf0 =ΣΔHf - ΔHC0

9、其中ΣΔHf=6 ΔHf0 （CO2）+3ΔHf0(H2O),,,,,電子移位數(shù)法估算燃燒熱（卡拉茲法Khrasch）,有機(jī)化合物的燃燒過程，可看作是碳原子和氫原子上的電子轉(zhuǎn)移到氧原子上去的結(jié)果。因?yàn)槿紵淖罱K產(chǎn)物碳，變成二氧化碳，氫，變成水。故燃燒熱與電子轉(zhuǎn)移數(shù)有關(guān)。經(jīng)測試，每轉(zhuǎn)移一個(gè)電子所釋能量為109.07kJ,則液體簡單有機(jī)化合物在常壓200C的燃燒熱為： -ΔHC=109.07×N,N---------電子轉(zhuǎn)移數(shù)

10、當(dāng)較復(fù)雜的化合物使用上式須經(jīng)經(jīng)驗(yàn)校正：-ΔHC=109.07×N+Σ（KiΔi）Ki----------分子中校正對(duì)象的次數(shù)Δi---------校正對(duì)象的校正值對(duì)分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜的化合物卡拉茲法計(jì)算誤差較大，可另選其他方法計(jì)算。,化學(xué)反應(yīng)熱計(jì)算例題,應(yīng)用已知數(shù)據(jù)，應(yīng)用已學(xué)過求燃燒熱方法，計(jì)算1500Kg甲苯下列液相反應(yīng)熱效應(yīng)。

11、 + H2SO4 --------------- + H2O

12、 so3H ΔfH,m硫酸 = -812.8 kJ/mol ΔcH,m,碳 = -393.13 kJ/mol ΔfH m,甲基苯磺酸 = -486.05 kJ/mol ΔcHm,氫氣 =

13、 -285.58 kJ/mol ΔR-Ar = -14.7 kJ/mol以上數(shù)據(jù)吸熱為正放熱為負(fù)，且假定反應(yīng)在查表溫度下進(jìn)行,例題,應(yīng)用已知數(shù)據(jù)，應(yīng)用已學(xué)過求燃燒熱方法，計(jì)算反應(yīng)熱效應(yīng)。萘在催化條件下氧化制苯酐。萘的處理量為1500kg/h。求：需移走的反應(yīng)熱。（假設(shè)萘在標(biāo)準(zhǔn)溫度下反應(yīng)） ΔfH m

14、,苯酐 = -402.2 kJ/mol ΔcH m,苯酐=-3314 kJ/molΔcHm,氫氣 = -285.58 kJ/mol ΔcHm,碳 = -395.3 kJ/molΔR-Ar = -14.7 kJ/mol 以上數(shù)據(jù)除ΔR-Ar外，吸熱為正放熱為負(fù)。,例題：600C95% H2SO4 200kg,用50C水稀釋到濃度為50%，列出求稀釋酸終點(diǎn)溫度T的計(jì)算式。系統(tǒng)隔熱良好。查得 H2SO4 95%

15、 Cp95%=1.53 kJ/kg0C -ΔHs095%=100.49 kJ/molSO3 H2SO4 50% Cp50%=2.53 kJ/kg0C -ΔHs050%=149.37 kJ/molSO3 H2O Cp H2O =4.18 kJ/kg0C 假定在計(jì)算范圍內(nèi)各Cp變化不大，近似常數(shù),解：（1）求稀釋水量WH2O 、溶質(zhì)mo

16、l數(shù) W50%×0.5=200×0.95 W H2O =200[(0.95/0.5)-1] (kg) MSO3=200×0.95/98 (kmol) (2)根據(jù)蓋斯定律，假想一個(gè)虛擬循環(huán),ΔH=0 600C 95%H2SO4 + 50 CH2O T0C 50%H2SO4 ΔH1

17、 ΔH2 ΔH3 ΔHs 250C 95%H2SO4 + 25

18、0C H2O 250C 50%H2SO4,,,,,,ΔH1=W95% Cp95%（25-60）；ΔH2= WH2O CpH2O（25-5）；ΔH3=W50% Cp50%（25-T）ΔHs= MSO3×1000（ΔHs050%-ΔHs095%）ΔH1+ΔH2+ΔHs=ΔH3+ΔH T=25-[W95% Cp95%（25-60）+ WH2O CpH2O （25-5）+MSO3×