【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 胺 分 .4 10%.5胺乙 酰 苯 胺 的 產(chǎn) 量乙 酰 苯 胺 的 收 率3. 物料衡算基準(zhǔn)由設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)定的產(chǎn)品年產(chǎn)量及年工作時(shí)間，可以算出產(chǎn)品的一批生產(chǎn)的量，即全年時(shí)間： h87602435??大修： 0小修：每小時(shí)產(chǎn)量： hkgkg/?9 / 39生產(chǎn)周期：11 小時(shí) 40 分 生產(chǎn)時(shí)間：7200 h那么 批61740172???每批生產(chǎn)的量： 批批 /產(chǎn)品的每批產(chǎn)量確定后，再根據(jù)總收率可以折算出起始原料的投料量，以此為基礎(chǔ)就能進(jìn)行車間物料衡算了。物料衡算是以每批產(chǎn)量為基準(zhǔn)的。 乙?；^(guò)程的物料衡算 NH2+CH3OHNHCO3+ (177。189。176。163。169。163。168。210。203。225。163。169。163。168。210。245。163。177。189。176。163。169。163。168。203。174。163。169。3.循環(huán)產(chǎn)生水 圖 1：純量苯胺：99%苯胺= %??水：%水= ..010 / 39雜質(zhì)：%雜質(zhì)= %??：純量醋酸：98%醋酸= 水：%水= ??雜質(zhì)：%雜質(zhì)= k76.%.92循環(huán)生成水的量：： 其中苯胺： % 醋 酸： 1% 水 ： % 雜 質(zhì)： %： kg 生成退熱冰消耗苯胺： 生成退熱冰消耗醋酸： 返回真空酸中醋酸： 返回真空酸中苯胺： 水：雜質(zhì)：由以上算得：進(jìn)料：醋酸+苯胺+ 循環(huán)生成水 =出料：排放廢水+反應(yīng)后減壓蒸餾物：其中苯胺平衡：進(jìn)料（純量 ）=出料（廢水 +退熱冰 +真空酸=）醋酸平衡：進(jìn)料（純量 ）=出料（廢水 +退熱冰 +真空酸=）水平衡：進(jìn)料（苯胺 +醋酸 +循環(huán)生成水 =）=出料（廢水 +生成物 =）雜質(zhì)平衡：11 / 39進(jìn)料（苯胺 +醋酸 =）=出料（廢水 +生成物 =）表 1 酰化崗的物料衡算結(jié)果進(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）苯胺純量 苯胺 水 醋酸 雜質(zhì) 水 醋酸純量 雜質(zhì) 水 消耗醋酸 雜質(zhì) 消耗苯胺 醋酸 退熱冰 水 雜質(zhì) 合計(jì)： 合計(jì)：12 / 39 減壓蒸餾崗的物料衡算減壓蒸餾 圖 2：乙酰化產(chǎn)退熱冰：剩余醋酸：剩余苯胺：水：雜質(zhì)：由以上算得：進(jìn)料：乙?；a(chǎn)退熱冰+剩余醋酸+ 剩余苯胺+循環(huán)生成水 +雜質(zhì)=減壓蒸餾真空酸循環(huán)后：產(chǎn)新退熱冰： 消耗醋酸： kg 消耗苯胺： kg 產(chǎn)生水： kg剩余醋酸： kg 剩余苯胺： kg 剩余水：產(chǎn)生水： kg雜質(zhì)： kg由以上算得：出料：退熱冰+產(chǎn)新退熱冰+ 剩余醋酸+剩余苯胺+產(chǎn)生水+雜質(zhì)=進(jìn)料=出料 系統(tǒng)平衡其中苯胺平衡：13 / 39進(jìn)料（剩余苯胺 ）=出料（消耗苯胺 +剩余苯胺 =）醋酸平衡：進(jìn)料（剩余醋酸 ）=出料（消耗醋酸 +剩余醋酸 =）水平衡，雜質(zhì)平衡：進(jìn)料=出料表 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）退熱冰 剩余醋酸 醋酸 剩余苯胺 苯胺 剩余水： 水 產(chǎn)生水 產(chǎn)物空酸雜質(zhì) 乙?；a(chǎn)退熱冰 消耗醋酸 消耗苯胺 產(chǎn)生水 合計(jì)： 合計(jì)：14 / 39 熱量衡算 概述當(dāng)物料衡算完成后，對(duì)于沒(méi)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(jì)，以確定設(shè)備的型式、臺(tái)數(shù)、容積及主要尺寸；對(duì)于有傳熱要求的設(shè)備，則必須通過(guò)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(wú)論是進(jìn)行物理過(guò)程的設(shè)備，或是進(jìn)行化學(xué)過(guò)程的設(shè)備，多數(shù)伴有能量傳遞過(guò)程，所以，必須進(jìn)行能量衡算。能量衡算的目的與意義對(duì)于新設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算的。對(duì)于有些伴有熱效應(yīng)的過(guò)程，其物料衡算也要通過(guò)與能量衡算的聯(lián)合求解才能得出最后的結(jié)果。對(duì)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(guò)對(duì)一臺(tái)設(shè)備的能量平衡測(cè)定與計(jì)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(guó)的能源雖并不貧乏，但人均占有量較低。以單位國(guó)民總產(chǎn)值所消耗的能源計(jì)，我國(guó)與先進(jìn)國(guó)家相比差距還是很大。所以，節(jié)能已經(jīng)成為我國(guó)一項(xiàng)重要的能源政策?，F(xiàn)已將節(jié)能列為對(duì)企業(yè)進(jìn)行綜合考核的一項(xiàng)重要指標(biāo)。節(jié)能的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作就是要對(duì)生產(chǎn)車間所有用能設(shè)備進(jìn)行能量平衡的測(cè)定與計(jì)算。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(jì)算中將會(huì)十分方便。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(duì)任一系統(tǒng)總從在如下的關(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（21）系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)所具有的總能量等于內(nèi)能、動(dòng)能與勢(shì)能之和，其中勢(shì)能又包括重力場(chǎng)勢(shì)能、電場(chǎng)勢(shì)能和磁場(chǎng)勢(shì)能。系統(tǒng)與環(huán)境之間的能量傳遞方式一般有三種：通過(guò)物質(zhì)傳遞；通過(guò)作功；通過(guò)傳熱。能量衡算基本方程式應(yīng)該包括上述各項(xiàng)內(nèi)容。但是，對(duì)于車間工15 / 39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主要目的是確定設(shè)備的熱負(fù)荷，所以，能量衡算可以簡(jiǎn)化為熱量衡算。 熱量衡算計(jì)算設(shè)備的熱量平衡方程式，對(duì)于有傳熱要求的設(shè)備，其熱量平衡均可由下式表示：Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 + Q6 式（22）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(guò)程反應(yīng)熱 KJ； Q4 —— 物料離開(kāi)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（22）中的 Q2，即設(shè)備的熱負(fù)荷，必須算出其他各項(xiàng)熱量。（一）Q 1 與 Q4Q1 與 Q4 均可用下式計(jì)算Q1（Q 4）= ∑mct KJ 式（23）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（23 ）計(jì)算 Q1 或 Q4 時(shí)，是取標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，即 0℃及 105Pa 為計(jì)算基準(zhǔn)。有時(shí)為了計(jì)算方便也可取物料的進(jìn)口狀態(tài)座位計(jì)算基準(zhǔn)，這時(shí) Q1=0.因?yàn)槲锪系谋葻崛菔菧囟鹊暮瘮?shù)，式（23）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）Q 6設(shè)備向環(huán)境散失的熱量 Q6 可按下式計(jì)算：Q6=∑Aα T（t TtO）τ 式（ 24）式中 A——設(shè)備散熱表面積 m2； α T——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/（m 2℃） ； 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(guò)程持續(xù)時(shí)間 s。（三）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；16 / 39而對(duì)于化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，在產(chǎn)生化學(xué)過(guò)程熱的同時(shí)，往往還伴有狀態(tài)變化熱。 比熱的計(jì)算一、各物料比熱容的計(jì)算方法（一）氣體的比熱容理想氣體的定壓比熱容：cp=（2n+3）/M 式（25）式中 n——化合物分子中原子個(gè)數(shù)； Ｍ——化合物的摩爾質(zhì)量，Kg/Kmol。對(duì)于壓力小于 5105Pa 的氣體的定壓比熱容，可直接用上式計(jì)算。對(duì)于大于5105Pa 的氣體，首先用上式計(jì)算其理想的定壓比熱容，再通過(guò)對(duì)比壓強(qiáng) Pr 和對(duì)比溫度Tr 查圖（見(jiàn)課本 P207）得實(shí)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(shí)際氣體的 cp。（二）液體的比熱容大多數(shù)液體的比熱容在 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(wú)關(guān)，隨溫度上升而稍有增大。作為水溶液比熱容的近似計(jì)算，可先求出固體的比熱容，再按下式計(jì)算：C=Csα+(1α) 式（26）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。（三）有機(jī)化合物的比熱容對(duì)于有機(jī)化合物的比熱容，可利用公式：C=1/M∑n ici KJ/(Kg℃ ) 式（27）式中 M——化合物的分子量，Kg/Kmol； ni——分子中 i 種基團(tuán)的個(gè)數(shù)； ci——i 種基團(tuán)的摩爾熱容， KJ/(Kmol℃) 二、原料和產(chǎn)品物料的比熱容 在本反應(yīng)中的原料和產(chǎn)品的比熱容由吉林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℃) 17 / 39乙酰苯胺的比熱 KJ/(Kg℃) 氫氧化鈉的比熱 KJ/(Kg℃) ?；磻?yīng)熱量衡算酰化一號(hào)罐的溫度為 120℃熱量計(jì)算公式：Q=∑Cmt KJ 式（28）1. Q1 與 Q4Q1 與 Q4 利用 式（28）計(jì)算得：Q1=∑Cmt =Q 苯胺 +Q 醋酸= Kg KJ/(Kg℃)120℃+ Kg KJ/(Kg℃) 120℃=105 KJ+7105 KJ=105 KJQ4= ∑Cmt= Q 乙酰苯胺 +Q 水= KJ/(Kg℃) 120℃+ (Kg℃) 120℃ =105 KJ+105 KJ=105 KJ2. Q6 可利用式（24）計(jì)算得：Q6=∑Aα T（t TtO）τ=10(140120)123600/1000=10368 KJ 3. Q3 的計(jì)算 Q3=nΔH=1000=105 KJ4. Q2 和 Q5 的計(jì)算根據(jù)能量守恒定理利用式（21）計(jì)算得：Q2Q5 = Q4+Q6 – (Q1+Q3 ) =105KJ+10368 KJ（ 105 KJ+105KJ)=105KJ由此說(shuō)明為吸熱反應(yīng)，需要加熱。即: （Q 2Q5） =Cm△t18 / 39tC)]Q( [3164???m???℃℃℃ 204/20..85???kgJJ=10143 Kg表 4 ?；瘝彑崃亢馑憬Y(jié)果 進(jìn)料(KJ) 熱量 出料(KJ) 熱量Q1 105 Q2Q5 105Q3 105 Q6 10368Q4 105 需要加熱的水的量（Kg）10143 減壓蒸餾熱量衡算5 號(hào)蒸餾罐的溫度為 240℃，4 號(hào)反應(yīng)罐的溫度為 200℃，在蒸餾過(guò)程中，完全是物理過(guò)程，沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)。減壓蒸餾的過(guò)程，進(jìn)料為未反應(yīng)的苯胺、醋酸及過(guò)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(jì)算公式：Q=∑Cmt KJ 式（28）1. Q1 與 Q4Q1 與 Q4 利用 式（28）計(jì)算得：Q4Q1=∑Cm△t = KJ/(Kg℃ )40℃+ KJ/(Kg℃)40℃+ KJ/(Kg℃)40℃=105 KJ+104 KJ+104