【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 3 .1 21 3 5 .1 6分子量苯 子量 ?胺乙酰苯胺分 ? 1 0 0 %1 . 4 5 1 4投料量苯 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： h876024365 ?? 大修： h7202430 ?? 小修： h8202435 ?? 每小時(shí)產(chǎn)量： hkghkg / 5 57 2 0 0104 0 0 0 3 ?? 生產(chǎn)周期： 11 小時(shí) 40 分 生產(chǎn)時(shí)間： 7200h 那么 批617406011 607 2 0 0 ??? ? 11 每批生產(chǎn)的量： 批批 / 4 8 26 1 7104 0 0 0 3 kgkg ?? 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 N H 2+ C H3 C O O HN H C O C H 3+ H2 O9 3 . 1 2 6 0 . 0 5 1 3 5 . 1 61 8 . 0 1( 苯 胺 ） （ 乙 酸 ） （ 乙 酰 苯 胺 ） （ 水 ） 圖 1 ： 純量苯胺： 99% 苯胺 = % ?? 水： % 水 = % ?? 雜質(zhì)： % 雜質(zhì) = % ?? 3. 循 環(huán) 產(chǎn) 生 水 乙?；? 12 ： 純量醋酸： 98% 醋酸 = % ?? 水： % 水 = % 52 ?? 雜質(zhì)： % 雜質(zhì) = % 52 ?? 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： 進(jìn)料（苯胺 +醋酸 =） =出料（廢水 +生成物 =） 13 表 1 ?；瘝彽奈锪虾馑憬Y(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)： 14 減壓蒸餾崗的物料衡算 圖 2 ： 乙?；a(chǎn)退熱冰： 剩余醋酸： 剩余苯胺： 水： 雜質(zhì)： 由以上算得： 進(jìn)料：乙酰化產(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： 減壓蒸餾 15 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） 產(chǎn)物 退熱冰 空酸 剩余醋酸 醋酸 剩余苯胺 苯胺 剩余水： 水 產(chǎn)生水 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)： 16 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。現(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， 17 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） Q1 與 Q4 Q1 與 Q4 均可用下式計(jì)算 Q1（ Q4） =∑ 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） Q6 設(shè)備向環(huán)境散失的熱量 Q6 可按下式計(jì)算： Q6=∑ Aα T（ tTtO）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/（ 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(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；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。 18 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 5 105Pa 的氣體的定壓比熱容，可直接用上式計(jì)算。對(duì)于大于 5 105Pa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∑ nici 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 ℃ ) 乙酰苯胺的比熱 KJ/(Kg ℃ ) 氫氧化鈉的比熱 KJ/(Kg ℃ ) 19 ?；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 Q4 Q1 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+7 105 KJ = 105 KJ Q4= ∑ Cmt = Q 乙酰 苯胺 +Q 水 = KJ/(Kg ℃ ) 120℃ + (Kg ℃ ) 120℃ = 105 KJ+ 105 KJ = 105 KJ 2. Q6 可利用式（ 24）計(jì)算得： Q6=∑ Aα T（ tTtO）τ = 10 (140120) 12 3600/1000 =10368 KJ 3. Q3 的計(jì)算 Q3=nΔ H = 1000 = 105 KJ 4. 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