【正文】 5Q ＋ 6Q ∴ 2Q = 4Q ＋ 5Q ＋ 6Q － 1Q － 3Q =＋ － ＋ = KJ ： ① ② 置換反應(yīng)裝置 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 ③ 圖 置換反應(yīng) ① 17ɑ21碘羥基黃體酮 kg ② 醋酸鉀（ ） a純品 kg b含水 kg ③ 反應(yīng)混合物（ ） a產(chǎn)物 計算過程 ： (1) Q1的計算： 1Q =?mtCp （以 0℃ 為基準(zhǔn)） ① Cp 的求?。海矗?0℃ ～ 25℃ 之間的平均比熱容） ⅰ 17ɑ21碘羥基黃體酮 可根據(jù) ―科普法則 ‖估算而得； ⅱ 醋酸鉀可查閱《化工工藝設(shè)計手冊》； 則所得各物質(zhì)的 Cp 值 見下表： 表 物質(zhì)的 Cp 值一覽表 物質(zhì) 溫度 A 17α－ 21—碘羥基黃體酮 B醋酸鉀 90℃ ② 各物質(zhì)的 Q1： AQ?1 =90 = BQ?1 = 90 = KJ 所以 1Q = AQ?1 ＋ BQ?1 =＋ = KJ 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 注：雜質(zhì)的 1Q 忽略不計 （ 2） 4Q 的計算： 4Q =?mtCp （以 0℃ 為基準(zhǔn)） ① Cp 的求?。? ⅰ 產(chǎn)物的 Cp 可查閱《化工工藝設(shè)計手冊》； 則所得各物質(zhì)的 Cp 值見下表： 表 物質(zhì)的 Cp 值一覽表 物質(zhì) 溫度 A產(chǎn)物 90℃ ② 各物質(zhì)的 Q4： A4Q =90= 4Q = A4Q = （ 3） Q3的計算： ① 狀態(tài)變化熱： ⅰ 熔解熱： a 17α－ 21—碘羥基黃體酮 的熔解熱可查閱《化工工藝設(shè)計手冊》 可得： KJ/kg b 醋酸鉀 的熔解熱可查閱《化工工藝設(shè)計手冊》 可得： KJ/kg 所以： SQ =＋ = KJ 注：各液體的熔解熱可忽略不計 ⅱ 稀釋熱：忽略不計 ② 化學(xué)反應(yīng)熱： 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 ⅰ 各物質(zhì)生成熱的求?。? a 中間產(chǎn)物 ： C21H29O3I+ 2x O2→21CO2+14H2O+HI x=53 根據(jù) ―理查德法 ‖，則有： 表 a、 b 值一覽表 基團 a b 基數(shù) 甲基 ? 2 ? 2 羥基 環(huán)戊烯 環(huán)己烷 ? 2 ? 2 酮 環(huán)己烯 ?a = ?b = cq =?a ＋ ?bx kJ/mol 所以： 1cq = ＋ 53=元素燃燒熱： ? 0cenq = 21＋ 30+= KJ/mol ∴ qf1== KJ/mol b 醋酸鉀（查閱《化工 工藝設(shè)計手冊》） 可得： 2fq = KJ/mol c 終產(chǎn)物 ： C21H31O5+ 2x O2→21CO2+15H2O x=52 根據(jù) ―理查德法 ‖，則有： cq =?a ＋ ?bx kJ/mol 表 a、 b 值一覽表 基團 a b 基數(shù) 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 甲基 ? 3 ? 3 羥基 環(huán)戊烯 酯 環(huán)己烷 ? 2 ? 2 酮 環(huán)己烯 ?a = ?b =219 所以： 3cq =＋ 52219= KJ/mol 元素燃燒熱： ? 0cenq =21＋ 31= KJ/mol ∴ 3fq = =ⅱ 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的反 應(yīng)熱的求取 rq =?fvq =[( 1fq ＋ 2fq )+（ 3fq + 4fq )] = KJ/mol ⅲ 求反應(yīng)溫度 100℃ 下的化學(xué)反應(yīng)熱： trq = rq －（ t25）（ ?vCp ） kJ/mol ① Cp 的求?。海矗?0℃ ～ 100℃ 之間的平均比熱容） ⅰ Cp 值可根據(jù) ―科普法則 ‖估算而得； 表 物質(zhì)的 Cp 值一覽表 物質(zhì) 溫度 A產(chǎn)物 90℃ ② 反應(yīng)溫度為 100℃ 下的化學(xué)反應(yīng)熱 即： trq == kJ/mol ∴ rQ =由上可知： 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 3Q = sQ ＋ rQ =+= （ 4） 5Q ＋ 6Q 的計算 : 據(jù)工藝要求，可以有： 5Q ＋ 6Q =5%～ 10%（ Q5＋ 6Q ＋ 4Q ） 故取 5Q ＋ 6Q =7%（ 5Q ＋ 6Q ＋ 4Q ） ∴∴ 5Q ＋ 6Q =7/934Q =7/93 = KJ （ 5） Q2的計算 ∵ 1Q ＋ 2Q ＋ 3Q = 4Q ＋ 5Q ＋ 6Q ∴ 2Q = 4Q ＋ 5Q ＋ 6Q － 1Q － 3Q =＋ － = KJ 冷卻過程能量衡算： ① ↓90℃ ② ↓10℃ 圖 冷卻過程 ① 上工段帶進來的 Q4即： KJ ② 置換反應(yīng)后的混合物 ( kg) 產(chǎn)物 醋酸鉀 含水 計算過程： （ 1） 1Q 的計算： 1Q 為上工段進來的 4Q 即： （ 2） 4Q 的計算： 4Q =? pmtC （以 0℃ 為基準(zhǔn)） ① Cp 的求取 冷卻過程 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 36 ⅰ 醋酸鉀 的 Cp 可查閱《化工工藝設(shè)計手冊》； 表 各物質(zhì)的 Cp 值一覽表 物質(zhì) 溫度 中間產(chǎn)物 醋酸鉀 水 90℃ ② 各物質(zhì)的 4Q AQ?4 =10= B4?Q =10=975 KJ C4?Q =10= KJ 4Q = AQ?4 + B4?Q + C4?Q = （ 3） 3Q 的計算 ① 狀態(tài)變化熱 狀態(tài)變化熱忽略不計，所以為 0KJ/mol。 ② 化學(xué)反應(yīng)熱 因為此過程沒有化學(xué)變化，所以化學(xué)反應(yīng)熱為 0KJ/mol。 ∴ 3Q =0KJ （ 4） 5Q ＋ 6Q 的計算 : 據(jù)工藝要求，可以有： 5Q ＋ 6Q =5%～ 10%（ 5Q ＋ 6Q ＋ 4Q ） 故取 5Q ＋ 6Q =5%～ 10%（ 5Q ＋ 6Q ＋ 4Q ） ∴ 5Q ＋ 6Q =7/934Q =7/93（ ） = KJ （ 5） 2Q 的計算 ∵ 1Q ＋ 2Q ＋ 3Q = 4Q ＋ 5Q ＋ 6Q ∴ 2Q = 4Q ＋ 5Q ＋ 6Q － 1Q － 3Q 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 =－ － － ＋ 0 =－ KJ 第 5 章 設(shè)備選型 節(jié) 工藝設(shè)備選型的方法 以生產(chǎn)過程所屬的單元操作類型確定設(shè)備型式 以物料衡算結(jié)果確定設(shè)備容積等參數(shù) 以能量衡算結(jié)果確定設(shè)備傳熱等參數(shù) 根據(jù)物料性質(zhì)確定設(shè)備材質(zhì) 根據(jù)生產(chǎn)過程操作參數(shù)確定設(shè)備溫度、壓力等指標(biāo) 根據(jù)同類生產(chǎn)設(shè)備的適用情況以及經(jīng)驗來驗證工藝設(shè)備選型的合理性和可 靠性，并最終由生產(chǎn)實踐檢驗。 節(jié) 主要設(shè)備的選型與計算 Vd—根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，通過物料衡算確定的每天處理物理量， 3m /d； Va—設(shè)備的名義容積， 3m ； Vp—設(shè)備的有效容積， 3m ； ε=Vp/Va—設(shè)備的裝料系數(shù)； T—設(shè)備每一生產(chǎn)周期的持 續(xù)時間， h（生產(chǎn)過程的持續(xù)時間 T包括反應(yīng) T1和 輔助過程時間 T2）； a—每天總的操作批數(shù)； β—每天每臺設(shè)備的操作批數(shù)； np —需用設(shè)備臺數(shù)； n—實際安裝的設(shè)備臺數(shù)； δ—設(shè)備生產(chǎn)能力的后備系數(shù)， %。 pn aV= ?24VdT (51) 實際上，往往由于設(shè)備的檢修及其它原因，不能連續(xù)地進行生產(chǎn)，因此，還得考慮設(shè)備的后備系數(shù) δ，故實際安裝的設(shè)備臺數(shù)為： 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 38 n= pn （ 1+10? ） = VaVdT ? ?24 )1001( ? (52) 對于不起泡的物理或化學(xué)過程，一般裝料系數(shù) =～ ； 對于沸騰的或有泡沫產(chǎn)生的物理或化學(xué)過程，一般裝料系 數(shù) =～ ； 流體的計量及儲存設(shè)備，一般裝料系數(shù) =～ ［ 9］ 。 碘化反應(yīng)罐的選型與計算 (1)設(shè)備選型 生產(chǎn)周期 :2h 查的資料， 17ɑ羥基黃體酮 ，（ B1）密度為 , 氯仿（ B2）密度 ； 氯化鈣 甲醇溶液密度為 g/cm3 體積： V=m/? 17ɑ羥基黃體酮 （ B1）投料量： ，約合為 氯仿（ B2）每批投料量為： 1454kg ,約合為 氯化鈣 甲醇的（ B3）量： ，約合為 則 V 總 =++= 對于不起泡的物理或化學(xué)過程，一般裝料系數(shù) =～ ； 對于沸騰的或有泡沫產(chǎn)生的物理或化學(xué)過程，一般裝料系數(shù) =～ ； 流體的計量及儲存設(shè)備，一般裝料系數(shù) =～ ； 裝料系數(shù)取 ? =,則計算出反應(yīng)罐的容積為 V=V 總 /=。 依據(jù)《化工工藝設(shè)計手冊》第三版（下冊 ）表 3542，即 P709 頁，故取得一臺2500L 的 K 式搪玻璃反應(yīng)釜（符合 92 國標(biāo)，它的優(yōu)點是首先耐腐蝕性，能耐有機酸，無機酸，有機溶劑等；其次是不粘性，容易清洗；絕緣性；隔離性；保鮮性等等）可滿足生產(chǎn)需求，其基本參數(shù)為： 型號標(biāo)記： K2500Ⅰ （代表搪玻璃開式攪拌釜，1000L，采用機型 Ⅱ 傳動裝置，公稱壓力 ,配帶視鏡和平衡器入孔，軸密封采用冷卻水夾套填料箱，溫度計套管帶測溫頭，攪拌器為錨式，容器支座為懸掛式支座，配上展式放料閥。） 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 39 公稱 容積： 2500L 實際容積： 2775L 電機功率： 傳熱面積： 公稱直徑： 1450mm 總高度： 3450mm 設(shè)備總重： 2726kg (2) 校核計算 ① 裝料系數(shù)校核： 根據(jù)以上選型可知，每臺釜每批的進料體積為 V=，則? =,則符合要求。 ① 傳熱面積校核： 根據(jù)碘化反應(yīng)反應(yīng)熱量衡算可以知道，傳熱量為 Q2=,其反應(yīng)時間為 2h，則平均每小時傳熱量 Qi=。 工藝條件： 進，出料溫度 25℃ 36℃ ，設(shè)計冷卻水進，出口溫度 60℃ 70℃ 。 則平均溫差： △ t =(△ t1△ t2)/(ln△ t1/△ t2) =[（ 7025） （ 6036） ]/[ln（ 7025） /（ 6036） ] =21/=℃ 。 反應(yīng)釜為夾套式反應(yīng)器， 冷卻介質(zhì)為冷卻水，冷卻對象為有機料液，反 應(yīng)器材質(zhì)搪玻璃，據(jù)此查《化工設(shè)計大全》得總傳熱系數(shù)為 K=147kal/（ m2h℃ ）。 根據(jù)公式 Qi=KtAsΔt得： As =Qi/（ KtΔt） =（ 147） = 2m 0A = 2m 即滿足傳熱要求。 綜合裝料系數(shù)校核和傳熱面積校核得，所選的環(huán)釜是滿足生產(chǎn)工藝要求。 置換反應(yīng)罐選型與計算 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 40 ⑴ 設(shè)備選型 查的資料， DMF（ B1）密度為 , 醋酸鉀（ B2）密度 體積： V=m/? DMF： ， 約合為 醋酸鉀（ B2）每批投料量為： kg，約合為 則 V 總 =+= 對于不起泡的物理或化學(xué)過程，一般裝料系數(shù) =～ ； 對于沸騰的或有泡沫產(chǎn)生的物理或化學(xué)過程，一般裝料系數(shù) =～ ； 流體的計量及儲存設(shè)備，一般