【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 于車間工藝設(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。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式中：Q1—物料帶入到設(shè)備的熱量kJQ2—加熱劑或冷卻劑傳給設(shè)備和所處理物料的熱量kJQ3—過(guò)程熱效應(yīng)kJQ4—物料離開(kāi)設(shè)備所帶走的熱量kJQ5—加熱或冷卻設(shè)備所消耗的熱量kJQ6—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。（1）Q1 與Q4 的計(jì)算Q1(Q4)＝Σm t Cp式中m—輸入(或輸出)設(shè)備的物料量kgCp—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 ℃105 Pa 時(shí)的狀態(tài)。因?yàn)槲锪系谋葻崛菔菧囟鹊暮瘮?shù)，應(yīng)取定性溫度下的比熱容，這里采用計(jì)算公式計(jì)算出物質(zhì)的比熱容，因此假設(shè)其不隨溫度變化，取為定值。（2）Q3 的計(jì)算化學(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)。其中化學(xué)反應(yīng)熱QR 的計(jì)算：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ΔH176。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)qr表示標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱，放熱為正，吸熱為負(fù)，則qr=ΔH176。標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱的數(shù)據(jù)可以在《化學(xué)工程手冊(cè)》或《化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》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[8]。此次設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)生成熱求qr，其公式為：qr＝－Σνqf式中ν—反應(yīng)方程中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)，反應(yīng)物為負(fù)、生成物為正qf—標(biāo)準(zhǔn)生成熱kJ/mol反應(yīng)物及生成物在(25～t) ℃ 范圍內(nèi)均無(wú)相變化，則qtr 的計(jì)算公式為：qtr ＝ qr－(t－25)(ΣνCp)式中qr—標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱kJ/molν—反應(yīng)方程中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)，反應(yīng)物為負(fù)、生成物為正Cp—反應(yīng)物或生成物在(25～t)℃范圍內(nèi)的平均比熱容kJ/ kg℃狀態(tài)變化熱QV 的計(jì)算狀態(tài)變化熱是指只發(fā)生物質(zhì)聚集狀態(tài)或濃度變化的過(guò)程中產(chǎn)生的熱效應(yīng)，放熱為正，吸熱為負(fù)。綜合化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)(QR)與狀態(tài)變化熱效應(yīng)(QV)的Q3 的計(jì)算公式為：Q3＝QR＋QV（3）Q5 與Q6 的確定根據(jù)大量實(shí)踐計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，(Q5＋Q6)通常為(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。（4）Q2 的計(jì)算由以上計(jì)算過(guò)程得到QQQQQ6 后，根據(jù)公式求出設(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。 熱量衡算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算與查取固體化合物和有機(jī)化合物的比熱容為：Cp＝ΣNiCi/M式中M——化合物摩爾質(zhì)量，kg/kmolNi——分子中i 元素原子數(shù)Ci——i元素原子的摩爾熱容，J/(kmol℃)其中Ci查取自《制藥工程工藝設(shè)計(jì)》P91表44 元素原子摩爾熱容經(jīng)計(jì)算得出各物質(zhì)的比熱容，查取《化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》，得各物質(zhì)的物性參數(shù)表見(jiàn)下表：表41 各物質(zhì)的物性參數(shù)參數(shù)M(g/mol)ρ(g/ml)Cp(kJ/kgk)ΔfHm(kJ/mol)乙醇胺－濃硫酸－水－乙醇－甲苯2氨基乙醇硫酸酯－?；撬幔瓉喠蛩徜@－硫酸銨－ 熱量衡算過(guò)程（1）酯化釜混料階段：（溫度控制在5℃左右）Q1=25+25=104kJQ3=0Q4=5+5=103kJQ5≈0，低溫混料，散熱損失，Q6≈0Q2= Q4+Q5+Q6Q1Q3=104=104kJ計(jì)算表明，104kJ加熱回流反應(yīng)階段：（溫度控制在110℃左右）Q1=5+5+25=104kJQ3包括反應(yīng)放熱和狀態(tài)變化熱，即Q3=QR+QV QV包括硫酸稀釋放熱QV1和甲苯水汽化吸熱QV2兩部分查《制藥工程工藝設(shè)計(jì)》P95式447得：q=+49式中 q—1kg一定濃度的硫酸被無(wú)限量的水稀釋放出的熱量，kJ/kg硫酸 n—硫酸溶液中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%kg且有 QV1=Q分離酸+Q稀釋酸=m原q原m反q反m殘q殘?jiān)蛩幔?8%）：m原=，n=2，q原=22+49=反應(yīng)中：m反=，n=0,q反==殘液中：硫酸量=，水量=，m殘=+=n=，q殘=+49= kJ/kgQV1==104kJ查110℃下，QV2=+=105kJQV=QV1+QV2=105=105kJqr=ΔH176。=++=qtr=+=QR==105kJQ3=105=105kJQ4=110+110+110+ 110+110=105kJQ5+ Q6=（Q4 +Q5 +Q6）10%= Q4 /=104kJQ2 =105+104+105=105kJ計(jì)算表明，105kJ（2）降溫釜進(jìn)料溫度105℃，出料溫度25℃Q1=105+110+105+ 105=105kJQ3=0Q4=25+25+25+ 25=104kJQ5+ Q6=（Q4 +Q5 +Q6）10%= Q4 /=103kJQ2 =104+105=105kJ計(jì)算表明，105kJ（3）干燥過(guò)程選用真空干燥機(jī)，真空度≥，取干燥溫度為45℃Q1=25+25=104kJ在45℃下，Q3==103kJQ4=45+45=104kJQ5+ Q6=（Q4 +Q5 +Q6）10%= Q4 /=103kJQ2=104+104+103=104kJ計(jì)算表明，104kJ（4）磺化釜投料溫度25℃，進(jìn)水溫度50℃，出料溫度105℃Q1=25+25+200050=105kJQ3考慮反應(yīng)熱QR和溶解熱QVqr=ΔH176。=++=qtr=+=QR==105kJ查《制藥工程工藝設(shè)計(jì)》P94式439和440得：固體溶解熱=熔融熱ΔHm=?Tm?K1M，Tm=Tb?K2式中 ΔHm—熔融熱，kJ/kg Tm—熔點(diǎn)，K Tb—沸點(diǎn)，K M—摩爾質(zhì)量，g/mol K1，K2—常數(shù)，取自P94表46查亞硫酸銨的Tb=150℃，取K2=，Tm=（150+）= K取K1=5，則 ΔHm==查2氨基乙醇硫酸酯的Tm=275℃=，取K1=10 ΔHm==QV=+=105kJQ3=QR+QV=105+105=105kJQ4=105+105+2000105+ 105+105=106kJQ5+ Q6=（Q4 +Q5 +Q6）10%= Q4 /=105kJQ2=106+105=104kJ計(jì)算表明，104kJ 熱量衡算結(jié)果以上計(jì)算過(guò)程匯總為下表：表42 熱量衡算匯總結(jié)果表單元過(guò)程Q1105kJQ2105kJQ3105kJQ4105kJQ6105kJ混料階段00酯化反應(yīng)降溫釜0干燥過(guò)程磺化釜5 設(shè)備選型 設(shè)備選型的依據(jù) 設(shè)備選型的原則基本原料經(jīng)過(guò)一系列單元反應(yīng)和單元操作制得原料藥，這一系列化學(xué)變化和物理操作是在設(shè)備中進(jìn)行的。設(shè)備不同，提供的條件不一樣，對(duì)工程項(xiàng)目的生產(chǎn)能力、作業(yè)的可靠性、產(chǎn)品的成本和質(zhì)量等都有重大的影響。設(shè)備選型的原則：（1）滿足工藝要求：滿足最大單位產(chǎn)量、適應(yīng)產(chǎn)品品種變化的要求、高效、操作可靠、易于清洗、有合理的檢測(cè)與控制系統(tǒng)；（2）滿足 GMP 中有關(guān)設(shè)備選型、選材的要求；（3）設(shè)備要成熟可靠：設(shè)備的性能參數(shù)應(yīng)符合國(guó)家、行業(yè)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，與國(guó)際先進(jìn)設(shè)備相比具有可比性，與國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品相比具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)；（4）要滿足設(shè)備結(jié)構(gòu)的上的要求：具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、剛度、耐腐蝕性，易于安裝，易于操作、維護(hù)和檢修；（5）要考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，達(dá)到節(jié)能要求。因此，選用設(shè)備時(shí)要根據(jù)生產(chǎn)工藝要求和市場(chǎng)供應(yīng)情況，貫徹先進(jìn)可靠、經(jīng)濟(jì)合理、系統(tǒng)最優(yōu)等原則，按照可行性、維修性、操作性和能源供應(yīng)等要求，進(jìn)行調(diào)查和分析比較，確定設(shè)備的優(yōu)化方案。 設(shè)備材料選擇依據(jù)根據(jù)工藝要求，?；撬岷铣晒ざ沃饕獮轷セ突腔瘍蓚€(gè)工序，其中酯化工序涉及的原輔料包含一些有機(jī)溶劑和濃硫酸。其中濃硫酸雖具有強(qiáng)腐蝕性，一般由于其強(qiáng)氧化性，可使反應(yīng)設(shè)備表面形成氧化物保護(hù)膜，選用不銹鋼材質(zhì)即可，但溫度升高的情況下其腐蝕會(huì)增大，而酯化反應(yīng)的控制溫度較高，因此選用搪玻璃反應(yīng)釜，搪玻璃具有耐腐蝕和易清洗的優(yōu)點(diǎn)，且其使用溫度在30~250℃，酯化溫度在此范圍內(nèi)。酯化工序的其它設(shè)備溫度不高，可選用不銹鋼材質(zhì)?；腔ば蛏婕傲藷o(wú)機(jī)鹽及其水溶液和氨水等，不含腐蝕性極強(qiáng)的物質(zhì)，可選用不銹鋼反應(yīng)釜。 主要設(shè)備選型[9]（1）反應(yīng)器選型反應(yīng)器按結(jié)構(gòu)分類可以分為釜式（槽式）、管式、塔式、固定床、流化床、移動(dòng)床等各種反應(yīng)器。其中，釜式反應(yīng)器在化工生產(chǎn)中具有較大的靈活性，能進(jìn)行多品種的生產(chǎn)，既適用于間歇操作過(guò)程，又可單釜或多釜串聯(lián)適用于連續(xù)操作過(guò)程，具有適用的溫度和壓力范圍寬，操作彈性大，連續(xù)操作時(shí)溫度、濃度易控制，產(chǎn)品質(zhì)量均一等特點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)為間歇生產(chǎn)，故可選用間歇式反應(yīng)釜作為反應(yīng)設(shè)備。（2）反應(yīng)釜攪拌器選型攪拌器是攪拌反應(yīng)釜的一個(gè)關(guān)鍵部件。攪拌器的選型直接關(guān)系到攪拌反應(yīng)釜的操作和反應(yīng)的結(jié)果。常見(jiàn)的攪拌器有推進(jìn)式、渦輪式、錨式、框式、螺帶式等。其中推進(jìn)式適用于低粘度流體的混合，錨式適用于高粘度流體混合，本設(shè)計(jì)酯化反應(yīng)釜和降溫釜選用錨式攪拌器，磺化釜選用推