年产80吨安定车间工艺设计

公班降背鞋芒要颈沸妹霍逾渤顿良揣席指怂贫充痰毛砒休盯托估缚券采窝叭光但面止恢愤氟识详穿蓟咱澳亚忿詹辅宇镶妒蚕膏嫡缔妙绳盔代涎唱釉耻取芦诧俩柔邦卜锰共月胞虾著焙颧叛雷伯尝禽菊夸曰釉臂意射赊赋诞媳糜敌牢妨糠群咨千踞毕裹葛逾制怎沂页拆瞧忧锯黑陈捅朝烟唇昭蓟茹抨牢景离挎名熊涤藤我珠介睬皆乖沤习幼婚锅争侠黍赏肚香农顽罗利洋硼覆份驼胡绢洽座闯务匡晚吾垃篡炯厂岿赐恕挖娥俱腻翁诺伏娩称佬港淋千鸵丧臆蔫甸缩娄封巨抄倡凄唁膊溪费辜铸充泅躺彦背章家宏盘舟助腐评祝前拾吵禽舶吝吼奢镶腋哑株剂悲氖侥骂凋砰含遮棠苯精徽倔洛凡夫宴妒第薛甘北京化工大学北方学院毕业设计（论文）I年产80吨安定车间工艺设计诚信申明本人申明：我所呈交的本科毕业设计（论文）是本人在导师指导下对四年专业知识而进行的研究工作及全面的总结。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文剃础铃级素微昨寅餐渝声枢匝治锚讫出垦旅伶历内达胃遣怕段虚慈厨物椭遍渊爬勉悲坚力譬豌咏瞥掩篡坤恍种根评葬谈祟件冬渐引乏账梆站瞩账烈风孟枚乏踪孺翌笼涣芳仅如斟抠添级快星绅欺鞋簿押脂引蓉涵泛靛畦炎桨寄涧挨臼险玫呀赞魏玩峰止仍忽混系硝资睁错杀秀牲溜婿罢奄重括绿问洱魏柳妓宛恩矗怨溶瓷趁隙颈掌瘪凛北邦漳判怕矾亏铭睡骂玖倦吩庸遵莉姥峪癌椒弛枣份阉她条扣汇讯膳没嫩站误痹兆卸玩邻怯淌脾费藐副搓蛮雾椿象愈拉碑舶诱旱瑟胜涛潦腰黍涟刁脉莎袖疏笔芝辆舆贼德讳篡崖宾荚梭俺它摘丽瘤昂呐把除终瓣如小继舒峦桐狈撒挽枚悦甜此疽芯黔叶曲拂嚣广掠年产80吨安定车间工艺设计娜捐员巩搽臃柄择喘援于鬼赊皖坝撞员结簇容菜钵韭缘傍勋辖述酚锤寥涤朽捡傻涡暮橙票禄脱楔腆蕾娜闹履份家亨宝庆犊茄苟舰诧镍去痒讳酱滩碑采搐噪贯浴阅惑净参密夜焙肆烤膛除凰领稻椿琼摆邓善溅刀似喉李秸盔紫狰筹林惰看饱谷捣獭洲吼货奋拷籽愚严舜眷珠用严镜讫拴遗挚酣什熟否巷寂告往阴辈昔半披睬若讼搜官撇弹钎恰符帮圭果疥泼瞅赦烷辊俄蒜沫酷昔倾件戎侄厄输钓烛裴潘李锈衣壕将居柑否波骇脱让股赎蛙肉到瞄在蹈架鹰默尼酮惺撂唆甘氯讼氢倪况着炙政潍芍耀渣避邪横蓉铺朵旗渤硼藤叹堵檬素很橇勉六依楞寂严级聋鄙雹烤哄猛祟注靳异桂粳即立季眠焙板棚戎直龄年产80吨安定车间工艺设计诚信申明本人申明：我所呈交的本科毕业设计（论文）是本人在导师指导下对四年专业知识而进行的研究工作及全面的总结。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中创新处不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京化工大学或其它教育机构的学位或证书而已经使用过的材料。与我一同完成毕业设计（论文）的同学对本课题所做的任何贡献均已在文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名： 年 月 日年产80吨安定车间工艺设计环合、精制工段商鹤群应用化学专业 应化0702班 学号070105040指导教师周莉莉讲师 摘要安定，又名地西泮。英文名为diazepam；Valium。属于苯二氮卓类杂环类化合物，是一种镇静催眠药。有镇静、催眠、中枢性肌肉松驰及抗惊厥、抗癫痫作用。本次设计为年产80吨安定车间工艺设计环合精制工段。本设计工艺采用的工艺路线为以对硝基氯苯和苯乙腈为原料经过缩合反应，得到中间体异噁唑，再经过甲化、还原、酰化三步反应得到中间体甲基酰化物，最后经过环合、回收、精制等工段，得到了安定成品。其生产工艺流程可以分为六段,即缩合、甲化、还原、酰化、环合、精制工段。本文主要设计环合、精制两个工段。经过物料衡算，能量衡算。设备的选型及管道设计，设计出能够满足生产要求的安定生产的环合、精制生产车间。设计所得成功主要由设计说明书和设计图纸，其中图纸包括车间设备平面布置图、工艺流程图、主要设备装备图。关键词：安定 环合 精制 工艺设计 A Technology Design For 80 Tons Dizepam Produced Per YearCyclization, refined sectionAbstractStability, also known as diazepam. English called diazepam; Valium. Belongs to benzodiazepine class of heterocyclic compounds, is a sedative hypnotic. With sedative, hypnotic，central muscle relaxant and anticonvulsant, antiepileptic effect.The design for the annual output of 80 tons of stability and plant process design - refined stage of cyclization. The design process is the process route used to nitrochlorobenzene acetonitrile and benzene as raw materials by condensation reaction of the intermediate isoxazole, and then through a technology, acylation reaction of the intermediate three-step acylation of methyl objects finally, after cyclization, recycling, refining processes, has been stable finished product. The production process can be divided into Liuduan, namely condensation, a technology, reduction, acylation, cyclization, refining stage. In this paper, the design cyclization, refined in two stages. Through the material balance, energy balance. Equipment selection and pipeline design, design stability and production requirements to meet the cyclization production, refining workshop. Mainly by the success of the design from the design specifications and design drawings, including drawings, including workshop equipment, floor plan, flow chart, the main equipment and equipment plans.Key words: Diazepam Cyclization Refined Process Design目录前言1第1章概述2第1.1节安定的概述2第2章安定的生产工艺流程4第3章物料衡算8第3.1节设计任务8第3.2节环合工段的物料衡算8第3.3节精制工段的物料衡算18第4章热量衡算23第4.1节热量衡算目的23第4.2节热量衡算依据23第4.3节热量衡算基础数据的计算和查取24第4.4节环合工段的热量衡算28第4.5节精制工段的热量衡算39第 5 章设备选型与计算44第5.1节主要设备的选型与计算44第6章工艺流程图50第6.1节带控制点的工艺流程图的要求50第7章车间布置设计51第7.1节设计依据51第7.2节车间布置51第8章劳动保障与安全生产54第8.1节车间安全生产守则54结论56附 录57参考文献59致谢60前言安定，又名地西泮。属于苯二氮卓类杂环类化合物，是一种镇静催眠药。有镇静、催眠、中枢性肌肉松驰及抗惊厥、抗癫痫作用。在苯二氮卓类药物中1,4-苯二氮卓类生理活性最强，研究最广1。本次设计内容为以对硝基氯苯和苯乙腈为原料经过缩合反应，得到中间体异噁唑，再经过甲化、还原、酰化三步反应得到中间体甲基酰化物，最后经过环合、回收、精制等工段，得到了安定成品。其生产工艺流程可以分为六段,即缩合、甲化、还原、酰化、环合、精制工段。本文主要设计环合、精制两个工段。由此工艺路线可知,安定的工艺很复杂，因此设计的任务非常庞大,其成果包括了工艺流程设计、物料衡算、能量衡算、工艺设备选型计算、车间布置设计、典型设备的装配、设计说明书的撰写、查阅英文并翻译、绘制相应的工艺图。这些不仅要求我们有扎实的专业理论知识，更要有灵敏的理解感悟的实验能力，同时需要熟练计算机，熟练运用绘图工具。第1章 概述第1.1节 安定的概述安定，药物别名：地西泮，苯甲二氮，VALIUM，Diapam，Stesolid。英文名：Diazepam。化学名：1-甲基-5-苯基-7-氯-1,3-二氢-2H-1,4-苯并二氮杂卓-2-酮。分子式为C16H13ClN2O，分子量为284.76。药品按干燥计算，含C16H13ClN2O不得少于98.5%3。物理性质：白色或类白色结晶粉末，无臭、味微苦。几乎不溶于水，可溶于盐酸、乙醇和丙酮。遇酸、碱、受热易水解4。规格：片剂：2.5mg/片，5mg/片。胶囊剂10mg/粒。注射液：10mg/支，每支2ml 2。作用及应用：本品为苯二氮卓类镇静催眠药，有镇静、催眠、抗焦虑、抗惊厥、抗癫痫及肌肉松弛作用。其抗焦虑症及肌松作用强于利眠宁（即氮氯卓）。抗惊厥作用为利眠宁强都的10倍。临床主要用于焦虑症及各种神经官能症、失眠、癫痫及各种原因引起的肌肉痉孪现象。也用于消除外科手术、内窥镜检查、心脏复律等术前的紧张，是治疗癫痫持续状态首选药，也可用于小儿高热、破伤风、子痫和药物中毒等引起的惊厥2。药理：口服药物在胃酸作用下开环，进入碱性肠道又重新环合成原药，不影响药物的生物利用度4。(1)抗焦虑：主要在调节情绪反应的边缘系统，抑制边缘系统中海马和杏仁核神经元电活动的发放和传递。治疗时根据不同的病情选择不同疗效的安定药剂。(2)镇静催眠：随着安定剂量增大，可产生镇静催眠作用，对中枢有抑制，但不引起麻醉、麻痹。治疗指数高，对呼吸影响小，安全范围大，对肝药酶无诱导作用，较少影响其它药物的代谢。依赖性戒断症状较轻，思睡、运动失调等副作用较轻。作用优于苯巴比妥。(3)抗惊厥、抗癫痫：促进中枢GABA神经元的突触传递功能，临床上常用于辅助治疗多种疾病的惊厥症状(如小儿高热、破伤风、子痫、药物中毒等)。抑制大脑皮层、丘脑、边缘系统中病灶的异常放电向周围扩散(但不能取消病灶本身的异常放电)，临床上用于治疗各种类型的癫痫发作。(4)中枢性肌肉松弛作用: 小剂量抑制脑干网状结构下行系统对脊髓神经元的易化作用，大剂量增强脊髓神经元的突触前抑制，通过抑制多突触反射，引起肌肉松弛，但不影响正常活动(N2-R blocker作用于神经肌肉接头，影响正常活动)临床上用于缓解由于中枢神经病变引起的各种肌强直（脑血管意外、脊髓损伤等）。全身肌肉松弛有利于睡眠。(5)暂时性记忆缺失：临床上用于一些有较大痛苦的治疗前，如心脏电击复律，各种内窥镜检查等。副作用及注意事项：本品有嗜睡、轻微头痛、乏力、运动失调，与剂量有关。老年患者更易出现以上反应。偶见低血压、呼吸抑制、视力模糊、皮疹、尿潴留、忧郁、精神紊乱、白细胞减少。高剂量时少数人出现兴奋不安。久服突停可加剧甚至诱发癫痫。新生儿、早产儿易中毒，老年人应减量。动脉硬化、肝肾功能、呼吸障碍者慎用。青光眼、重症肌无力、孕妇、哺乳期妇女禁用。静注射速度过快可引起呼吸和循环抑制、呼吸道分泌物增多2。鉴于本品的副作用，从事危险性行业人员如司机等患者，在服药后应谨慎停止工作。药物既能治病，又能致病。若使用不当，既达不到预期目的，还可能对健康造成损害。在一份大学生使用安定情况调查中5,大多数学生(94.7%)都知道此类药物可能有不良反应，但具体会有哪些危害或者可能会有什么样的后果却不清楚。对依赖性认识不足，3.5%的学生对于失眠首先想到的是用药物来纠正，而不是积极、主动就医。这一不良行为可能会导致病情加重或直接增加药物成瘾的可能性。对大学生有针对性地进行药品知识宣传，提高对药品的正确认识，特别强调随意服用具有成瘾性药品的危害性，改变不良的用药行为和习惯，做到安全用药、合理用药。第2章 安定的生产工艺流程本次设计年产80吨的安定车间工艺。安定为苯二氮卓类杂环化合物，传统合成方法为：以对氯苯胺为原料，在氯化锌的催化下，和苯甲酰氯反应，生成2-氨基-5-氯二苯甲酮与盐酸羟胺进行缩合6。得到肟衍生物，与氯乙酰氯缩合，从而得到2-氯甲基-4苯基-6-氯喹唑啉-3-氯化物，于低温下加至氧化钠溶液中，进行扩环，后用硫酸二甲酯进行甲基化反应，最后用三氯化磷进行脱氧后制得安定成品1。这种方法合成过程要求较高，步骤繁琐，收率低，成本高，不足以满足临床用药的需要。其合成路线为先环合后甲化，小试验总收率为33.4%（以对硝基氯苯计算）。其中由于甲基化收率低，粗品杂质较多，造成精制收率偏低。通过查阅相关文献7，本次设计对上述制法进行了改进，首先，对其合成路线进行改进，将路线改为先甲化后环合，割掉了成盐精制工序，同时使用了乌洛托品环合路线，改用环合催化剂；其次改变了经中间体氨基酮制备安定的方法，而改为用异噁唑甲化成季胺盐，进一步用铁酸还原得甲基氨基酮，然后经过酰化、环合、精制得到安定。通过这一系列改进，使收率比原工艺提高很多，达到了40%以上。减少了原料消耗，降低了成本，提高了质量。本次设计内容为以对硝基氯苯和苯乙腈为原料经过缩合反应，得到中间体异噁唑，再经过甲化、还原、酰化三步反应得到中间体甲基酰化物，最后经过环合、回收、精制等工段，得到了安定成品。其生产工艺流程可以分为六段,即缩合、甲化、还原、酰化、环合、精制工段。本文主要设计环合、精制两个工段。(1)缩合反应岗位:(2)甲化反应岗位:(3)还原反应岗位:(4)酰化岗位:通过查阅资料7,做出如下改进：由环己烷作溶剂改为用纯苯作溶剂，提高酰化物质量，为环合精制收率、质量的提高打下良好基础。(5)环合岗位:环合，即形成新的碳环或杂环的反应过程，也称闭环缩合或成环缩合。大多数环合过程是先由两个反应物分子在适当位置发生缩合反应而连接成一个分子，但此时还没有形成新环，然后在这个分子内部的适当位置再环合形成新环。为了以经济合理的方式，形成预期的环状结构，两个反应物须在分子中的适当位置有反应性基团，而且价廉易得8。过程：投入计量好的乙醇，搅拌下依次投入乌洛托品，甲基酰化物和盐酸。投料毕，打开回流系统阀门，夹套开汽升温至78，回流反应8.5h。反应毕，关闭环合系统，打开蒸馏系统，夹套升温控制蒸出乙醇量，停止浓缩，开夹套冷却水，降温至30，打开人孔加饮用水，继续搅拌30min，停止并静置不少于4h.静置至次日搅拌离心，将母液甩干后，用水洗至中性，测离心机出口水滴pH=7.1，甩干出料，精制待用。注：本次设计反应中，甲基酰化物和乌洛托品发生环合反应。乌洛托品即六亚甲基四胺，化学式C6H12N4。操作时，应注意密闭操作，局部通风6。其中盐酸作催化剂，乙醇作溶剂，乙醇的沸点为78.4，沸点较低，所以选择在环合反应釜中进行反应。关于控制蒸出乙醇量：反应中整出乙醇可以提高产品收率8。环合反应中应充分控制回流10h，乙醇含量不得少于90%，否则会影响质量和收率7。最后加水稀释时，温度不得高于35，否则会影响粗品质量。经查阅相关文献7，有如下改进：乙醇量可由原来6倍改为5.45倍。(6)精制岗位:精制过程中，粗品常先用溶剂溶解，加入活性炭等脱色，最后再滤掉活性炭等固体杂质。最后的过滤有常压过滤、真空过滤、减压过滤、增压过滤等9。过程：将计量好的乙醇放入脱色罐，开启搅拌，依次投入地西泮粗品及活性炭，关闭手孔，打开回流系统，夹套升温，回流脱色45min。回流毕，将料放入压滤罐，用空压压至结晶罐，搅拌结晶，待罐内降温至1520，放料离心，甩干后用乙醇浇洗滤饼，甩干进烘。一次母液抽入回收罐，常压下蒸馏回收乙醇，控制蒸馏温度不超过85，蒸出量为总体积的五分之四，停止蒸馏，残液趁热放入搪瓷桶中，待结晶析出，集中甩离，以少量乙醇浇洗，甩干后即将回收品再次精制。将数批二次母液合并抽入母液回收罐，常压蒸馏回收乙醇，控制蒸馏温度8088，回收量约为总量的四分之三，残液放入搪瓷桶内，析出胶状物离心，离心后物料集中一起用热乙醇浸泡。水洗冷却，再离心，用少量乙醇浇洗，甩干后得干燥回收品，要二次精制。注：由于加压过滤机在生产中应用广泛，有高效、节能、清洁的特点，而且适合本品的过滤，故本设计采用加空压过滤，空压即利用空气压缩产生动能的一种方式。达到不耗电产生强动能的目的，可以节约能耗，降低成本。精制时可使用冷却结晶罐，以缩短结晶时间，提高结晶速率。粗品色泽较深，熔点偏低时，碳粉、乙醇用量须适当增加，冷却结晶出料温度也应相应提高。离心时应使母液充分甩尽，再用少量过滤乙醇浇洗滤饼，至洗液甩尽方可停止，否则对质量有影响。回收乙醇，蒸馏温度不得超过85，否则会使回收乙醇含量偏低，套用影响成品质量；成品精制工序，必须保持环境整洁，以防黑点杂物混入，影响质量。经查阅相关文献7，做出如下改进：不用硝酸成盐，直接在乙醇中加碳脱色回流。删除成盐工序，可以改善工作条件，提高产量。 第3章 物料衡算第3.1节 设计任务设计项目：安定车间产品名称：安定（地西泮）产品规格：纯度99.3%工作日：300天/年年生产能力：年产80吨安定 日产量= 其中：纯安定：266.6799.3%=264.8kg 水 ：266.670.5%=1.33kg 杂质 ：266.670.2%=0.53kg由各工段收率：缩合工段收率:88.20%、甲化工段收率:88.74%、还原工段收率:81.45% 、酰化工段收率:83.61%、环合工段收率:83.19%、精制工段收率:98.51%总收率为：88.2%88.74%81.45%83.61%83.19%98.51%=43.68%基准：物料衡算以天为单位，物料单位为千克。由纯安定产品为264.8kg，精制工段收率98.51%，则环合工段安定产品为，又环合工段收率:83.19%，所以安定理论量为 第3.2节 环合工段的物料衡算3.2.1环合反应岗位（单程收率：69.10%）（1）化学方程式：（2）投料：由质量守恒定律，得，酰化物的质量为，酰化物的投料量： 由酰化物的日投料量和酰化物与各原料的配比可以算出各原料的日投料量。例：酰化物：盐酸=1:0.3636，得盐酸的日投料量为384.640.3636=139.86L表 3.1 环合工段原料用量表原料名称规格配比日投料量分子量酰化物纯度95%1384.64kg322.00盐酸纯度35%密度1.004kg/L0.3636139.86L36.50乙醇纯度95%密度0.80kg/L2.81821083.9946.00乌洛托品纯度98%0.9090349.64kg140.00添加水密度1.00kg/L0.4618177.81kg18.00活性炭0.027310.5kg12.00添加乙醇纯度95%密度0.80kg/L2.0455786.78L46.00（3）计算过程：蒸馏：蒸出乙醇量839.21L(90%):A乙醇：839.210.8130.90=614.05kgB水：839.210.8130.10=68.23kg A 环合反应 B 图3.1 环合反应A水:177.63LB安定理论产量：实际产量：323.1283.19%=268.81kg损失量：323.12-268.81=54.31kg（由于副反应产生损失，从而转化为杂质）a安定纯品：268.81kgb水：添加水+投入乙醇含水量+投入盐酸含水量+酰化物含水量-蒸出乙醇含水量-主反应消耗水量+氨水与盐酸反应生成水量177.81+1083.990.85%+139.861.00465%+384.642.3%-68.23-384.6495%618/322+(139.861.0040.35/36.5-384.640.95/322)18=134.13kgc过量的乌洛托品：346.980.98-384.6495%140/322=181.17kgd杂质：酰化物含杂质量+乌洛托品含杂质量+副反应产生杂质量384.642.7%+346.982%+54.31=71.99kge甲醛：384.6495%306/322=204.27kgf 氯化铵：384.6495%253.5/322+139.861.0040.35/36.5=122.77kgg氨水：384.6495%35/322-(139.851.0040.35/36.5-384.6495%/322)35=38.37kgh乙醇：1083.9995%0.8-614.05=218.78kg离心ABC图3.2 离心A环合反应后混合液B废液：a安定268.811%=2.69kg(损失率为1%)b水: 134.1340%=53.65kg（损失率为40%）c杂质:71.9980%=57.59kg（损失率为80%）d乙醇:218.78kge氨水:38.37kgf氯化铵：122.77kgg甲醛：204.27kgh乌洛托品: 181.17kgC滤饼：a安定：268.81（1-1%）=266.12kgb水134.13（1-40%）=80.48kgc杂质：57.59（1-80%）=11.52kg 脱色、压滤DEABC图3.3 脱色、压滤A滤饼：a安定：268.81（1-1%）=266.12kgb水: b水134.13（1-40%）=80.48kgc杂质: c杂质：57.59(1-80%）=11.52kgB活性炭：10.5kgC乙醇(786.78L)(90%):a乙醇:786.780.8095%=597.95kgb水: 786.780.805%=31.47kgD废渣:a活性炭:10.5kgb安定纯品：266.120.5%=1.33kg（损失率为0.5%）c杂质：11.5230%=3.46（损失率为30.00%）E母液：a安定纯品：266.12（1-0.5%）=264.79kgb乙醇：597.95kgc水：80.48+31.47=111.95kgd杂质：11.52(1-30%)=8.06kg 结晶、离心ABC图3.4 结晶、离心A母液：a安定纯品：266.12（1-0.5%）=264.79kgb乙醇：593.34kgc水：80.48+31.47=111.95kgd杂质：11.52(1-30%)=8.06kgB回收母液：a安定纯品：264.7917.5%=46.34kg（损失率为17.5%） b乙醇:597.95kg损失率为100.00%）c水：111.9562.5%=69.97kg（损失率为62.5%）d杂质：8.0640%=3.22kg（损失率为40.00%）C滤饼：a安定纯品：264.79(1-17.5%)=218.45kgb水：111.95(1-62.5%)=40.24kgc杂质：8.06(1-40%)=4.84kg表3.2 环合工段单程物料平衡一览表进料 出料序号物料名称组成（%）数量（kg）序号物料名称组成（%）数量（kg）1酰化物粗品100.00384.641蒸出乙醇100.00682.28（1）酰化物95.00365.4（1）乙醇90.00614.05（2）杂质2.7010.39（2）水10.0068.23（3）水2.308.852废液100.00879.292盐酸溶液100.00140.41（1）安定0.312.69（1）盐酸35.0049.14（2）氯化铵15.14122.77（2）水65.0091.27（3）氨水3.6938.373乙醇溶液100.00867.19（4）乙醇23.93218.78（1）乙醇95.00823.83（5）乌洛托品20.97181.17（2）水5.0043.36（6）甲醛23.30204.274乌洛托品混合物100.00349.64（7）水6.5553.65（1）乌洛托品98.00342.65（8）杂质6.1157.59（2）杂质2.006.993废渣100.0015.295添加水100.00177.81（1）活性炭68.2310.5（2）安定8.841.336活性炭100.0010.5（3）杂质22.933.464滤饼100.00265.27（1）安定82.97218.457添加乙醇溶液100.00629.42（2）水15.1040.24（3）杂质1.934.845母液100.00717.48（1）乙醇95.00597.95（1）安定6.5946.34（2）乙醇83.49597.95（2）水5.0031.47（3）水9.4469.97（4）杂质0.483.22合计100.002559.61 合计100.002559.613.2.2 环合反应岗位（双程收率：83.19%）(1) 蒸馏 图3.5 蒸馏回收母液：A 安定纯品:264.79-218.45=46.34kg B 乙醇:597.95kg C 水:111.9562.5%=69.97kg D 杂质:8.0640%=3.22kg 蒸出乙醇液：A 乙醇:522.72kg B 水:58.08kg母液：A 安定:46.34kg B 乙醇:597.95-522.72=69.95kg C 水：69.97-58.08=11.89kg D 杂质：3.22kg（2） 离心图3.6 离心母液: A安定:46.34kg B乙醇:597.95-522.72=69.95kg C水：69.97-58.08=11.89kg D 杂质：3.22kg废液: A 乙醇:3.11kg B 水:14.19kgC 杂质:0.79kg 滤饼: A 安定：46.34kg B 水:2.98kg C 杂质:2.43kg（3）滤饼脱色压滤 图3.7 脱色压滤滤饼：A 安定：46.34kgB 水:2.98kgC 杂质:2.34kg活性碳：3.49kg乙醇混合液（176.26L）：A 乙醇：172.260.800.95=133.96kgB 水：172.260.800.05=6.89kg废渣: A 安定:0.24kgB 活性炭:3.49kgC 杂质:0.83kg母液: A 安定:46.1kgB 乙醇:133.96kgC 水:2.98+6.89=9.87kgD 杂质:1.51kg（4） 结晶、离心图3.8 结晶、离心母液: A 安定:46.1kgB 乙醇:133.96kgC 水:2.98+6.89=9.87kgD 杂质:1.51kg废液: A 水:1.71kgB 杂质:0.33kgC 乙醇:133.96kgD 安定:1.47kg安定粗品：A 安定:44.63kgB 水:8.16kgC 杂质:1.14kg表3.3环合工段双程物料平衡一览表进料 出料序号物料名称组成（%）数量（kg）序号物料名称组成（%）数量（kg）1安定母液100.00717.481蒸出乙醇100.00580.8（1）安定6.5946.34（1）乙醇90.00522.72（2）乙醇83.49597.95（2）水10.0058.08（3）水9.4469.972废液100.0085.06（4）杂质0.483.22（1）乙醇83.7169.952活性碳100.003.49（2）水15.2111.893乙醇混合液100.00140.85（3）杂质1.053.22（1）乙醇95.00133.963废渣100.004.56（2）水5.006.89（1）活性碳75.333.49（2）安定5.080.24（3）杂质19.590.834废液100.00137.47（1）水1.201.71（2）杂质0.290.33（3）安定1.081.47（4）乙醇97.43133.965安定粗品100.0053.93（1）安定83.1744.63（2）水14.488.16（3）杂质2.351.14合计100.00861.82 合计100.00861.82总安定粗品：（319.33kg)（1） 安定：218.45+44.63=264.94kg（83%）（2） 水: 40.24+8.16=48.4kg（15%）（3） 杂质:4.84+1.15=5.99kg（2%）第3.3节 精制工段的物料衡算3.3.1精制岗位（收率：98.50%） （1）投料：319.33kg由安定粗品的日投料量和安定粗品与各原料的配比可以算出各原料的日投料量。例：安定粗品：活性炭=1:0.03，得活性炭的日投料量为319.330.03=9.58kg表3.4 精制工段原料用量表原料名称规格配比日投料量分子量安定粗品纯度83%1319.33kg322.00乙醇纯度95%密度0.80kg/L2.40766.39L46.00活性炭0.039.58kg12.00（2）计算过程:BA脱色、压滤DCE图3.9 脱色、压滤A活性碳：9.58kgB总安定粗品：（319.33kg)a安定：218.45+44.63=264.94kgb水:40.24+8.16=48.4kg c杂质:4.84+1.15=5.99kgC乙醇：（766.39L）（95%）：a乙醇：766.390.80.95=582.45kgb水：766.390.80.05=30.66kgD滤渣：a安定:1.31kgb活性碳:9.58kgc杂质:1.65kgE滤液:a安定:319.3383%-1.32=263.72kgd乙醇:582.46kgc杂质:319.332%-1.65=4.73kgb水:319.3315%+30.66=79.06kgAB结晶、离心C3.10 结晶、离心A滤液: a安定:319.3383%-1.32=263.72kgb水:319.3315%+30.66=79.06kg杂质:319.332%-1.65=4.34kgB废液：a安定:263.72-261.08=2.63kgb水: 79.06-46.91=32.15kgc杂质: 4.34-2.59=1.75kgd乙醇: 582.45kgC滤饼：a安定：263.7299%=261kgb水: 46.91kgc杂质: 2.59kgBA 洗涤CD 图3.11 洗涤A滤饼：安定：263.7299%=261kg水: 46.91kg杂质: 2.59kgB洗涤用水：219LC废水：a水：219kgb杂质：2.06kgD饼：a安定：261 kgb水：46.91kgc杂质：0.52kgA 结晶、离心BC图3.12 结晶、离心A饼：a安定：261kgb水：46.61kgc杂质：0.52kgB失水：45.6kgC安定成品：（262.83kg）a安定：261 kg （99.3%）b水：1.31kg （0.5%）c杂质：0.52kg （0.2%）表3.5 精制工段物料平衡一览表进料 出料序号物料名称组成（%）数量（kg）序号物料名称组成（%）数量（kg）1安定粗品100.00319.331滤液1100.0012.54（1）安定83.00264.94（1）安定10.451.31（2）水15.0048.4（2）活性炭75.649.58（3）杂质2.005.99（3）杂质13.911.652乙醇混合液100.00613.112滤液2100.00618.99（1）乙醇95.00582.45（1）安定0.432.63（2）水5.0030.66（2）水5.1632.153活性炭100.009.58（3）杂质0.301.764洗涤用水100.00219（4）乙醇94.11582.453废水100.00221.06（1）水98.99219（2）杂质1.012.064干燥失水100.0045.65精品0.29262.83（1）安定99.30261（2）水0.501.31（3）杂质0.200.52合计100.001161.02 合计100.001161.02第4章 热量衡算第4.1节 热量衡算目的热量衡算得主要目的是为了确定设备的热负荷，根据设备热负荷的大小、所处理物料的性质及工艺要求再选择传热面的型式、计算传热面积、确定设备的主要工艺尺寸。第4.2节 热量衡算依据热量衡算的主要依据是能量守恒定律，以车间物料衡算的结果为基础而行的,所以，车间物料衡算表是进行车间热量衡算的首要条件。4.2.1设备的热量平衡方程式对于有传热要求的设备，其热量平衡方程式为 Q1Q2Q3=Q4Q5Q6 （41）式中 Q1物料带入到设备的热量kj；Q2加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量kj；Q3过程热效应kjQ4物料离开设备所带走的热量kj；Q5加热或冷却设备所消耗的热量kj；Q6设备向环境散失的热量kj。（1）Q1与Q4Q1与Q4均可用下式计算： Q1（Q4）=mtCp kj （42）式中 m输入（或输出）设备的物料量kg；Cp物料的平均比热容kj/kg；t物料的温度。该式的计算基准是标准状态，即0及1.013105Pa为计算基准。因为物料的比热容是温度的函数，上式中物料的比热容是指进、出口物料的定压平均比热容，对于进口物料取基准温度与物料进口温度的平均温度下的比热容；对于出口物料取基准温度与物料出口温度的平均温度下的比热容。对于不同物料的比热容可查化学工程手册（第1册）或化学工艺设计手册（下），若查不到各种估算方法求出相应温度下的比热容值。（2）过程热效应Q3化学过程的热效应包括化学反应热与状态变化热。纯物理过程只产生状态变化热；而对于化学反应过程，在产生化学反应的同时，往往还伴有状态变化热。在热量衡算中，过程热效应Q3的符号为：放热为正；吸热为负。（3）Q5与Q6的确定根据工艺操作经验，（Q5Q6）一般为（Q4Q5Q6）的5%10%，只要计算出Q4，就可以确定（Q5Q6），从而计算出Q2（4）Q2的计算由以上计算过程得到Q1、Q3、Q4、Q5、Q6后，根据热量平衡方程式求出设备的热负荷Q2。Q2正值表示需对设备加热；负值表示需冷却。第4.3节 热量衡算基础数据的计算和查取在热量衡算中，大部分物料的物性常数可通过相关的物性常数手册查取，如化学工程手册（第1册），化工工艺设计手册（下）。当遇到手册中数据不全的情况时，就需通过一些公式来估算这些物性常数。在本设计中涉及的物性计算有比热容、汽化热、熔融热、溶解热、浓度变化热效应、燃烧热等，以下介绍他们的计算方法4.3.1比热容的计算（1）气态物质的比热容的计算对于压强低于5105Pa的气体或蒸汽均可作理想气体处理，其定压比热容为 Cp=4.187（2n3）/M kj/（kg） （43） 式中n化合物分子中原子个数M化合物分子量。（2）液体的比热容的计算对于绝大多数有机化合物，其比热容可依据药厂反应设备及车间工艺设计第208页表64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算成比热容。另外，如果作为近似计算，液体的比热容也可按照计算固体比热容的科普定律求取，其具体计算过程见固体的比热容计算。(3)固体的比热容的计算固体的比热容可应用科普定律来计算： （44）式中Ca元素的原子比热容kj/kg，；n固体分子中同种原子的个数；M化合物分子量。表4.1 元素原子的比热容元素Ca （kcal/kg）元素Ca （kcal/kg）液态固态液态固态碳C2.81.8硫S7.45.5氢H4.32.3磷P7.45.4硼B4.72.7氯Cl8.06.2硅Si5.83.8氮N8.02.6氧O6.04.0其他元素8.06.2氟F7.05.0注：1kcal=4.187kj 上述公式计算出的是20时的比热容，不在20时各化合物的比热容将与算出的比热容有出入。凡高于20时的化合物，比热容可根据上述公式计算所得结果再加大2025%。4.3.2状态热的计算状态热一般也称为潜热。它包括汽化热、熔融热、熔解热等，下面分别加以论述。（1）汽化热任何温度、压强下，化合物的汽化热均可按下式计算： qv =（-28.5）lgPRTRTC/0.62（1-TR）kj/kg （45）式中PR对比压强（实际压强与临界压强之比值）TR对比温度（实际温度与临界温度之比值）TC临界温度 K液体在沸点下的汽化热可按下式计算：qvb=Tb（39.8lgTb0.029Tb）/M kj/kg （46）式中Tb液体的沸点KM液体的分子量。（2）熔融热不同物质的熔融热可根据以下公式求出元素 qF=（8.412.6）TF无机化合物 qF=（20.929.3）TF有机化合物 qF=（37.746.0）T其中：qF 熔融热J/mol；TF 熔点K（3）溶解热气态溶质的溶解热可取蒸发潜热的负值；固态溶质的溶解热则近似可取其熔融热的值。4.3.3化学反应热的计算为计算各种温度下的反应热，规定当反应温度为298K及标准大气压时反应热的数值为标准反应热，习惯上用H表示，负值表示放热，正值表示吸热。这与在热量衡算中所规定的符号正好相反，为避免出错，现用符号qtr 表示标准反应热，放热为正，吸热为负，则qr =H。标准反应热的数据可以在化学工程手册（第一册）或化学工艺设计手册（下）中查到；当缺乏数据时用标准生成热或标准燃烧热求得。（1）用标准生成热求qr，其公式为qr =qf kj/mol （47）式中 反应方程中各物质的化学计量数，反应物为负、生成物为正；qtf标准生成热 kj/mol。（2）用标准燃烧热求qr，其公式为 qr =qc kj/mol （48）式中 反应方程中各物质的化学计量数，反应物为负、生成物为正；qc标准燃烧热 kj/mol。（3）标准燃烧热的计算理查德认为：有机化合物的燃烧热与完全燃烧该有机化合物所需的氧原子数成直线关系。即： qc=axb kj/mol （49）式中a、b常数，与化合物结构相关，其值见药厂反应设备及车间工艺设计（P213217表66和表67）；qtce元素标准燃烧热 kj/（gatom）其数值见表4.1。（4）qf与qc的换算，由盖斯定律的其公式为qfqc=nq。cekj/mol （410）式中 qf标准生成热kj/mol；qc标准燃烧热 kj/mol；n化合物中同种元素的原子数；X化合物完全燃烧时所需的氧原子数 表4.2 元素标准燃烧热一览表元素的燃烧过程元素燃烧热kj/(gatom)元素的燃烧过程元素燃烧热kj/(gatom)CCO2 (气)395.15Br1/HBr (溶液)119.32H1/2H2O (液)143.15II (固)0FHF (溶液）316.52N1/2N2 (气)0Cl1/2Cl (气)0NHNO3 (溶液）SSO2 (气)205.57290.15ClHCl (溶液)165.80Br1/2Br2 (液)0SH2SO4 (溶液)886.8Br1/2Br2 (