【正文】 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?！?）。 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(jī)料液，反 應(yīng)器材質(zhì)搪玻璃，據(jù)此查《化工設(shè)計(jì)大全》得總傳熱系數(shù)為 K=147kal/（ m2 工藝條件： 進(jìn)，出料溫度 25℃ 36℃ ，設(shè)計(jì)冷卻水進(jìn)，出口溫度 60℃ 70℃ 。） 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 公稱 容積： 2500L 實(shí)際容積： 2775L 電機(jī)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(jì)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(jìn)料體積為 V=，則? =,則符合要求。 碘化反應(yīng)罐的選型與計(jì)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(jì)量及儲存設(shè)備，一般裝料系數(shù) =～ ； 裝料系數(shù)取 ? =,則計(jì)算出反應(yīng)罐的容積為 V=V 總 /=。1) 實(shí)際上，往往由于設(shè)備的檢修及其它原因，不能連續(xù)地進(jìn)行生產(chǎn)，因此，還得考慮設(shè)備的后備系數(shù) δ，故實(shí)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(jì)（論文） 38 n= pn （ 1+10? ） = VaVdT ? ?24 )1001( ? (5 節(jié) 主要設(shè)備的選型與計(jì)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(shí)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)， %。 ② 化學(xué)反應(yīng)熱 因?yàn)榇诉^程沒有化學(xué)變化，所以化學(xué)反應(yīng)熱為 0KJ/mol。 化學(xué)反應(yīng)的熱量衡算 A B ③ C 圖 碘化反應(yīng) A 17ɑ—羥基黃體酮 純品 B碘 （ ） C中間產(chǎn)物 碘化鈣 計(jì)算過程： （ 1） 1Q 的計(jì)算： 1Q =?mtCp （以 0℃ 為基準(zhǔn)） 碘 代 反 應(yīng) 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 Cp 的求?。海矗?0℃ ～ 25℃ 之間的平均比熱容） A 17ɑ—羥基黃體酮 可根據(jù) ―科普法則 ‖估算而得； B碘可查閱《化工工藝設(shè)計(jì)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 17ɑ—羥基黃體酮 碘 30℃ ⑴ 各物質(zhì) Q1 AQ?1 =30= BQ?1 =30= 所以 1Q = AQ?1 ＋ BQ?1 =+ = 雜質(zhì)的 1Q 忽略不計(jì) （ 2） 4Q 的計(jì)算： 4Q =?mtCp （以 0℃ 為基準(zhǔn)） Cp 的求?。海矗?0℃ ～ 25℃ 之間的平均比熱容） ① 中間產(chǎn)物的 Cp 可根據(jù) ―科普法則 ‖估算而得； ② 碘化鈣的 Cp 可查閱《化工工藝設(shè)計(jì)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 中間產(chǎn)物 碘化鈣 30℃ 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 ① 各物質(zhì)的 Q4： AQ4 =30= BQ?4 =30= 所以 4Q = AQ4 ＋ BQ?4 = KJ （ 3） 3Q 的計(jì)算： ① 狀態(tài)變化熱： ⅰ 熔解熱： 17α－羥基黃體酮 的熔解熱可查閱《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》 SQ = KJ/kg ⅱ 稀釋熱：忽略不計(jì) ② 化學(xué)反應(yīng)熱： 各物質(zhì)生成熱的求取： ⅰ 17ɑ—羥基黃體酮 ： C21H29O3+ 2x O2→21CO2+ x= 根據(jù) ―理查德法 ‖，則有： cq =?a ＋ ?bx kJ/mol 表 a、 b 值一覽表 基團(tuán) a b 基數(shù) 甲基 ? 3 ? 3 ? 3 環(huán)戊烷 酮 環(huán)己烷 ? 2 ? 2 ? 2 C H 3OO HC H 2 OO HC H 2 IOO HCa O + H 2 O Ca (O H)2 Ca 2 + + 2 O H + OH I + I , Ca 2+ + Ca I2北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 乙酰 環(huán)己烯 ?a = ?b = 所以： 1cq =＋ =元素燃燒熱： ? 0cenq = 21＋ 29 = KJ/mol 所以： 1fq ==ⅱ 碘（查閱《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》） 可得： 2fq = KJ/mol ⅲ 碘化鈣（查閱《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》） 可得： 3fq = KJ/mol ⅳ 中間產(chǎn)物 ： C21H29O3I+ （ x/2） O2→21CO2+14H2O+HI x=53 根據(jù) ―理查德法 ‖，則有： qc ＋ xb kJ/mol 表 4. 7 a、 b 值一覽表 基團(tuán) a b 基數(shù) 甲基 ? 2 ? 2 ? 2 環(huán)戊烷 酮 環(huán)己烷 ? 2 ? 2 ? 2 乙酰 環(huán)己烯 ?a = ?b = 3cq =+53= KJ/mol 燃燒熱： ? 0cenq = 21＋ 28= KJ/mol 所以： 4fq == KJ/mol 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 rq =?fvq [( 1fq ＋ 2fq )+ 3fq + 4fq ] = KJ/m ⑶ 求反應(yīng)溫度（ 25℃ ～ 33℃ ）下的化學(xué)反應(yīng)熱：取反應(yīng)溫度為 30℃ 則： trq = rq －（ t25）（ ?vCp ） kJ/mol ACp 的求取：（即： 0℃ ～ 25℃ 之間的平均比熱容） ⅰ 17α－羥基黃體酮 、中間產(chǎn)物的 Cp 值可根據(jù) ―科普法則 ‖估算而得； ⅱ 碘 、碘化鈣的 Cp可查閱《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》； 表 4. 8 物質(zhì)的 Cp 值一覽表 物質(zhì) 溫度 17α－羥基黃體酮 碘 中間產(chǎn)物 碘化鈣 30℃ B反應(yīng)溫度為 30℃ 下的化學(xué)反應(yīng)熱即： qtr= trq =（ ＋ ＋ ） = kJ/mol ∴ rQ = = 由上可知： 3Q = sQ ＋ rQ =＋ = KJ （ 4） 5Q ＋ 6Q 的計(jì)算 : 據(jù)工藝要求，可以有： 5Q ＋ 6Q =5%～ 10%（ 5Q ＋ 6Q ＋ 4Q ） 故取 5Q ＋ 6Q =7%（ 5Q ＋ 6Q ＋ 4Q ） ∴ 5Q ＋ 6Q =7/934Q =7/93 = KJ （ 5） 2Q 的計(jì)算 ∵ 1Q ＋ 2Q ＋ 3Q = 4Q ＋ 5Q ＋ 6Q 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 ∴ 2Q = 4Q ＋ 5Q ＋ 6Q － 1Q － 3Q =＋ － = 濃縮過程能量衡算 ① ③ ② 100℃ ④ 圖 濃縮罐 ① 上工段帶進(jìn)來的 4Q 即： ② 17ɑ21碘羥基黃體酮： ③ 甲醇（ kg） ④ 廢氣（ kg） 計(jì)算過程 ： （ 1） 1Q 的計(jì)算： 1Q 為上工段進(jìn)來的 4Q 即： （ 2） 4Q 的計(jì)算： 4Q =?mtCp （以 0℃ 為基準(zhǔn)） ① Cp 的求?。矗?0℃ ～ 100℃ 之間的平均比熱容） ⅰ 甲醇 的 Cp 可查閱《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》； ⅱ 、 17α—21－碘羥基黃體酮 Cp 可根據(jù) ―科普法則 ‖法估算而得； ⅲ 、廢氣的 Cp 可查閱《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》 ； 表 各物質(zhì)的 Cp 值一覽表 物質(zhì) 溫度 A甲醇 B 17α－ 21—碘羥基黃體酮 C 廢氣 濃縮罐 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 100℃ ② 各物質(zhì)的 4Q AQ?4 （甲醇） =100= KJ B4Q （ 17α21碘羥基黃體酮） =100= KJ C4?Q （廢氣） =100= KJ 4Q = AQ?4 + B4Q + C4?Q = （ 3） 3Q 的計(jì)算 ① 狀態(tài)變化熱： 汽化熱： 甲醇（查閱《化學(xué)原理》第 449 頁） 可得 qv =1101KJ/kg 則 Q 1v = ② 此過程沒有化學(xué)變化，因此化學(xué)變化熱為 0。10） 式中 rq 標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱 kJ/mol； v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 表 元素標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱一覽表 元素的燃燒過程 元素燃燒熱 kJ/（ g9 ） 式中 fq —標(biāo)準(zhǔn)生成熱 kJ/mol； cq —標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱 kJ/mol； n化合物中同種元素的原子數(shù)； ceq 元素標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱 kJ/（ g即 ： cq =?a ＋ ?bx kJ/mol （ 47 ） 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； cq 標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱 kJ/mol。6 ） 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； fq 標(biāo)準(zhǔn)生成熱 kJ/mol。 標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱的數(shù)據(jù)可以在《化學(xué)工程手冊》（第一冊）或《化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊》（下）中查到；當(dāng)缺乏數(shù)據(jù)時用標(biāo)準(zhǔn)生成熱或標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱求得。表示，負(fù)值表示放熱，正值表示吸熱。 （ 3）溶解熱 氣態(tài)溶質(zhì)的溶解熱可取蒸發(fā)潛熱的負(fù)值；固態(tài)溶質(zhì)的溶解熱則近似可取其熔融熱的值。 （ 2）熔融熱 不同物質(zhì)的熔融熱可根據(jù)以下公式求出： 元 素 Fq =（ ～ ） FT （ 4 （ 1）汽化熱 任何溫度、壓強(qiáng)下，化合物的汽化熱均可按下式計(jì)算： )] } k J / k g(1/ [0 .6 2l g { TTTPq RCRRv ????? ）（ （ 4 狀態(tài)熱一般也稱為潛熱?！?) 液態(tài) 固態(tài) C H O 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 注： 1Kcal= 上述公式計(jì)算出的是 20℃ 時的比熱容，不在 20℃ 時各化合物的比熱容將與算出的比熱容有出入?！?，其值見下表； n—固體分子中同種原子的個數(shù)； M—化合物分子量。℃ ) (4另外，如果作為近似計(jì)算，液體的比熱容也可按照計(jì)算固體比熱容的科普定律求取，其具體計(jì)算過程見固體的比熱容計(jì)算。 （ 1）液體的比熱容的計(jì)算 對于絕大多數(shù)有機(jī)化合物，其比熱容可依據(jù)《藥廠反應(yīng)設(shè)備及車間工藝設(shè)計(jì)》求