【文章內(nèi)容簡介】 表2 減壓蒸餾崗的物料衡算 進(jìn)料出料進(jìn)料名稱組分名稱組分量（kg）進(jìn)料名稱組分名稱組分量（kg）乙酰苯胺剩余醋酸醋酸剩余苯胺苯胺剩余水水產(chǎn)生水雜質(zhì)乙酰化產(chǎn)乙酰苯胺消耗醋酸消耗苯胺產(chǎn)生水235合計：合計： 能量衡算 概述當(dāng)物料衡算完成后，對于沒有傳熱要求的設(shè)備，可以由物料處理量，物料的性質(zhì)及工藝要求進(jìn)行設(shè)備的工藝設(shè)計，以確定設(shè)備的型式、臺數(shù)、容積及主要尺寸；對于有傳熱要求的設(shè)備，則必須通過能量衡算，才能確定設(shè)備的主要工藝尺寸。合成藥物的生產(chǎn)中，無論是進(jìn)行物理過程的設(shè)備，或是進(jìn)行化學(xué)過程的設(shè)備，多數(shù)伴有能量傳遞過程，所以，必須進(jìn)行能量衡算。1. 能量衡算的目的與意義對于新設(shè)計的生產(chǎn)車間，能量衡算的主要目的是為了確定設(shè)備的熱負(fù)荷。根據(jù)設(shè)備熱負(fù)荷的大小、所處理物料的性質(zhì)及工藝要求再選擇傳熱面的型式、計算傳熱面積、確定設(shè)備的主要工藝尺寸。傳熱所需的加熱劑或冷卻劑的用量也是以熱負(fù)荷的大小為依據(jù)而進(jìn)行計算的。對于有些伴有熱效應(yīng)的過程，其物料衡算也要通過與能量衡算的聯(lián)合求解才能得出最后的結(jié)果。對于已經(jīng)投產(chǎn)的生產(chǎn)車間，進(jìn)行能量衡算是為了更加合理的用能。通過對一臺設(shè)備的能量平衡測定與計算可以獲得設(shè)備用能的各種信息，如熱利用效率是多少，余熱的分布情況如何，哪些余熱可以回收利用等等。進(jìn)而可以從技術(shù)上、管理上制定出節(jié)能的措施，以最大限度降低單位產(chǎn)品的能耗。我國的能源雖并不貧乏，但人均占有量較低。以單位國民總產(chǎn)值所消耗的能源計，我國與先進(jìn)國家相比差距還是很大。所以，節(jié)能已經(jīng)成為我國一項重要的能源政策?，F(xiàn)已將節(jié)能列為對企業(yè)進(jìn)行綜合考核的一項重要指標(biāo)。節(jié)能的一項基礎(chǔ)工作就是要對生產(chǎn)車間所有用能設(shè)備進(jìn)行能量平衡的測定與計算。2. 能量衡算的依據(jù)及必要條件能量衡算的主要依據(jù)是能量守恒定律。能量衡算是以車間物料衡算的結(jié)果為基礎(chǔ)而進(jìn)行的，所以，車間物料衡算表是進(jìn)行車間能量衡算的首要條件。其次，還必須收集有關(guān)物料的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，例如比熱容、相變熱、反應(yīng)熱等。若能將所涉及到的所有物料熱力學(xué)數(shù)據(jù)匯總成一張表格，那在以后的計算中將會十分方便。3. 能量守恒基本方程盡管能量有各種不同的表現(xiàn)形式，但對任一系統(tǒng)總存在如下的關(guān)系，即環(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 式（51）系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)所具有的總能量等于內(nèi)能、動能與勢能之和，其中勢能又包括重力場勢能、電場勢能和磁場勢能。系統(tǒng)與環(huán)境之間的能量傳遞方式一般有三種：通過物質(zhì)傳遞；通過作功；通過傳熱。能量衡算基本方程式應(yīng)該包括上述各項內(nèi)容。但是，對于車間工藝設(shè)計中的能量衡算，許多項目可以忽略，而且車間能量衡算的主要目的是確定設(shè)備的熱負(fù)荷，所以，能量衡算可以簡化為熱量衡算。 熱量衡算計算設(shè)備的熱量平衡方程式，對于有傳熱要求的設(shè)備，其熱量平衡均可由下式表示：Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 + Q6 式（52）式中 Q1 —— 物料帶入反應(yīng)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 —— 過程反應(yīng)熱 KJ； Q4 —— 物料離開設(shè)備所帶走的熱量 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；為了求出式（52）中的Q2，即設(shè)備的熱負(fù)荷，必須算出其他各項熱量。（一）Q1與Q4Q1與Q4均可用下式計算Q1（Q4）=∑mct KJ 式（53）式中 m——輸入（或輸出）設(shè)備的物料質(zhì)量 Kg； c——物料的平均比熱容 KJ/Kg℃； t——物料的溫度 ℃。利用式（53）計算Q1或Q4時，取標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，即0℃105Pa為計算基準(zhǔn)。有時為了計算方便也可取物料的進(jìn)口狀態(tài)作為計算基準(zhǔn)，這時Q1=0，因為物料的比熱容是溫度的函數(shù)，式（53）中物料的比熱容是指進(jìn)、出口物料的定壓平均比熱容，對于進(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；對于出口物料取基準(zhǔn)溫度與物料出口溫度的平均溫度下的比熱容。（二）Q6設(shè)備向環(huán)境散失的熱量Q6可按下式計算：Q6=∑AαT（tTtO）τ 式（54）式中 A——設(shè)備散熱表面積 m2； αT——設(shè)備散熱表面與周圍介質(zhì)之間的聯(lián)合給熱系數(shù) W/（m2℃）； tT——與周圍介質(zhì)直接接觸的設(shè)備表面溫度 ℃； tO——周圍介質(zhì)的溫度 ℃； τ——過程持續(xù)時間 s。（三）過程熱效應(yīng)Q3化學(xué)過程的熱效應(yīng)包括化學(xué)反應(yīng)熱與狀態(tài)變化熱。純物理過程只產(chǎn)生狀態(tài)變化熱；而對于化學(xué)反應(yīng)過程，在產(chǎn)生化學(xué)過程熱的同時，往往還伴有狀態(tài)變化熱。 比熱的計算 ①氣體的比熱容 理想氣體的定壓比熱容： cp=（2n+3）/M 式（55）式中 n——化合物分子中原子個數(shù)； Ｍ——化合物的摩爾質(zhì)量，Kg/Kmol。對于壓力小于5105Pa的氣體的定壓比熱容，可直接用上式計算。對于大于5105Pa的氣體，首先用上式計算其理想的定壓比熱容，再通過對比壓強(qiáng)Pr和對比溫度Tr得實際氣體與理想氣體的定壓比熱容之差△cp，△cp與理想氣體的定壓比熱之和即為實際氣體的cp。 ②液體的比熱容 KJ/(Kg℃)之間，少數(shù)液體例外，如液氨與水的比熱容比較大，在4左右；而汞和液體金屬的比熱容很小。液體比熱一般與壓強(qiáng)無關(guān)，隨溫度上升而稍有增大。作為水溶液比熱容的近似計算，可先求出固體的比熱容，再按下式計算：C=Csα+(1α) 式（56）式中 C——水溶液的比熱容KJ/(Kg℃)； Cs——固體的比熱容KJ/(Kg℃)； α——水溶液中固體的質(zhì)量分率。 ③有機(jī)化合物的比熱容對于有機(jī)化合物的比熱容，可利用公式：C=1/M∑nici KJ/(Kg℃) 式（57）式中 M——化合物的分子量，Kg/Kmol； ni——分子中i種基團(tuán)的個數(shù)； ci——i種基團(tuán)的摩爾熱容， KJ/(Kmol℃) 在本反應(yīng)中的原料和產(chǎn)品的比熱容由吉林金恒制藥股份有限公司提供表 3 原料和產(chǎn)品的比熱 苯胺在的比熱KJ/(Kg℃)醋酸的比熱 KJ/(Kg℃)乙酰苯胺的比熱KJ/(Kg℃)水的比熱KJ/(Kg℃) ?；磻?yīng)熱量衡算?；惶柟薜臏囟葹?20℃熱量計算公式：Q=∑Cmt KJ 式（58） 1. Q1 與Q4Q1 與Q4 利用 式（58）計算得： Q1=∑Cmt =Q苯胺+Q醋酸 = KJ/(Kg℃)120℃+ KJ/(Kg℃)120℃ =106 KJ Q4= ∑Cmt = Q乙酰苯胺+Q水 = KJ/(Kg℃)120℃+(Kg℃) 120℃ =106 KJ 2. Q6可利用式（54）計算得：Q6=∑AαT（tTtO）τ=10(140120)123600/1000=10368 KJ 3. Q3的計算 Q3=nΔH=1000=105 KJ 4. Q2和Q5的計算根據(jù)能量守恒定律利用式（51）計算得：Q2Q5 = Q4+Q6 – (Q1+Q3 ) =106KJ+10368 KJ（106KJ+105KJ)=105KJ由此說明為吸熱反應(yīng)，需要加熱。 即: （Q2Q5）=Cm△t=表4 酰化崗熱量衡算結(jié)果進(jìn)料(KJ)熱量出料(KJ)熱量Q1106Q2Q5105Q3105Q610368Q4106需要加熱的水的量（Kg） 減壓蒸餾熱量衡算在蒸餾過程中，完全是物理過程，沒有化學(xué)反應(yīng)。減壓蒸餾的過程，進(jìn)料為未反應(yīng)的苯胺、醋酸及過量的醋酸，還有乙酰苯胺，出料可認(rèn)為是返回真空酸和乙酰苯胺。同理：能量計算公式：Q=∑Cmt KJ 式（58） 1. Q1 與Q4Q1 與Q4 利用 式（58）計算得：Q4Q1=∑Cm△t = KJ/(Kg℃)40℃+ KJ/(Kg℃)40℃+ KJ/(Kg℃)40℃=106 KJ 2. Q6可利用式（54）計算得：Q6=∑AαT（tTtO）τ=10(270240)123600/1000=19440KJ Q3=0根據(jù)能量守恒定律利用式（51）計算得：Q2Q5 = Q4 –Q1+Q6 –Q3 =106KJ+19440 KJ=106KJ表5 減壓蒸餾熱量衡算結(jié)果進(jìn)料(KJ)熱量出料(KJ)熱量Q1106Q4105Q30Q2Q5106Q619440 設(shè)備計算和主要工藝設(shè)備選型 工藝設(shè)備選型原則設(shè)備計算與選型是在物料衡算和熱量衡算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其目的是決定工藝設(shè)備的類型、規(guī)格、主要尺寸和臺數(shù)，為車間布置設(shè)計、施工圖紙設(shè)計及非工藝設(shè)計項目提供足夠的設(shè)計數(shù)據(jù)。由于化工過程的多樣性，設(shè)備類型也非常多，所以，實現(xiàn)同一工藝要求，不但可以選用不同的操作方式，也可以選用不同類型的設(shè)備。當(dāng)單元操作方式確定之后，應(yīng)根據(jù)物料平衡所確定的物料量以及指定的工藝條件（如操作時間、操作溫度、操作壓力、反應(yīng)體系特征和熱平衡數(shù)據(jù)等），選擇一種滿足工藝要求而效率高的設(shè)備類型。定型產(chǎn)品應(yīng)選定規(guī)格型號，非定型產(chǎn)品要通過計算以確定設(shè)備的主要尺寸。設(shè)備選型的基本要求：（1）技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) ：主要包括單位生產(chǎn)能力、消耗系數(shù)、設(shè)備價格、管理費用和產(chǎn)品總成本。（2）為提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約投資，降低能耗，滿足GMP要求，工藝設(shè)備選用國內(nèi)先進(jìn)，成熟，可靠的設(shè)備，使建成后的生產(chǎn)裝備達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。（3）凡接觸物料“精、烘、包”的設(shè)備和管件均選用不銹鋼材料。（4）設(shè)備選型為將來水楊酸擴(kuò)產(chǎn)留有余地。 酰化反應(yīng)罐根據(jù)物料衡算，?；廾刻旆磻?yīng)總量為m=，物料比重為φ=，生產(chǎn)周期為11小時40分，?；薜难b料系數(shù)為β=，擬選V=3200L的?；?，則需要的設(shè)備數(shù)為： N= m/( φβV) =（3200）=（臺）故選用3臺酰化罐滿足生產(chǎn)需求。 ?；倪^程有6個酰化反應(yīng)罐，則要有3套設(shè)備，這樣還可以應(yīng)對不適宜的季節(jié)生產(chǎn)，這樣可以節(jié)省不必要的浪費，減少工人數(shù)量和能源的消耗。 回收苯胺儲罐：P=100kp ； 2. 一批進(jìn)料量：，10天儲量；3. 15℃ 苯胺的密度ρ1=103kg/m3 ；水的密度ρ2=；ρmix=1/（+）=； β= ； V=G/ρmixβ=4762/（） m3 ； 選6臺設(shè)備，每臺1 m3，材質(zhì) A3，規(guī)格：φ=800，H=1500，σ=8。 概述化驗室主要負(fù)責(zé)原輔料及成品，半成品的理化性質(zhì)分析及衛(wèi)生檢查。 分析項目原料分析：按廠標(biāo)準(zhǔn)，國際及藥典標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析；成品中