化學(xué)工藝制藥學(xué)中試放大與生產(chǎn)工藝新PPT課件

1、藥物合成研究的三個階段 藥物合成按研究階段大致可分為3個階段， 其一為實(shí)驗(yàn)室小試階段，即在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模研究克級(到公斤級)的產(chǎn)品的合成方法； 其二為中試放大階段，對實(shí)驗(yàn)室的工藝進(jìn)行50100倍的放大，以對小試工藝進(jìn)行驗(yàn)證以及進(jìn)一步優(yōu)化； 其三為工業(yè)化放大，即在小試和中試的基礎(chǔ)上，完善工藝，實(shí)現(xiàn)藥物的工業(yè)化生產(chǎn)。第1頁/共69頁 中試的目的：1. 在中試裝置上打通工藝路線；2.優(yōu)化工藝條件；3.提供試驗(yàn)用藥品；4. 進(jìn)一步評價工藝路線；5. 為工業(yè)裝置工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備選型提供數(shù)據(jù)。第2頁/共69頁中試放大的研究內(nèi)容 工藝過程工藝過程- -在生產(chǎn)過程中，化學(xué)合成反應(yīng)的順序、條件在生產(chǎn)過程中，化學(xué)合成反

2、應(yīng)的順序、條件( (摩爾比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、反應(yīng)壓力、攪拌方摩爾比、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、反應(yīng)壓力、攪拌方式、后處理方法和精制條件等式、后處理方法和精制條件等) )統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為工藝過程工藝過程，其它過程，比如動力供應(yīng)、產(chǎn)品包裝等則稱為，其它過程，比如動力供應(yīng)、產(chǎn)品包裝等則稱為輔助過程輔助過程。 中試放大的內(nèi)容是研究在一定規(guī)模設(shè)備中的操作參數(shù)和條件的變化規(guī)律，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室工藝路線的可行性，中試放大的內(nèi)容是研究在一定規(guī)模設(shè)備中的操作參數(shù)和條件的變化規(guī)律，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室工藝路線的可行性，解決在實(shí)驗(yàn)室階段未能解決或尚未發(fā)現(xiàn)的問題。解決在實(shí)驗(yàn)室階段未能解決或尚未發(fā)現(xiàn)的問題。第3頁/共69頁中試放大研究的基本

3、方法中試放大研究的基本方法 經(jīng)驗(yàn)放大是根據(jù)已有的操作經(jīng)驗(yàn)，所建立的一經(jīng)驗(yàn)放大是根據(jù)已有的操作經(jīng)驗(yàn)，所建立的一些規(guī)律，通過摸索反應(yīng)器的特征，從實(shí)驗(yàn)室裝些規(guī)律，通過摸索反應(yīng)器的特征，從實(shí)驗(yàn)室裝置到中試裝置、再到車間大型裝置，實(shí)現(xiàn)逐級置到中試裝置、再到車間大型裝置，實(shí)現(xiàn)逐級放大。這些規(guī)律大多是半定性的，是簡單和粗放大。這些規(guī)律大多是半定性的，是簡單和粗放的定量。放的定量。 經(jīng)驗(yàn)放大是基于空時得率相等的原則，經(jīng)驗(yàn)放大是基于空時得率相等的原則，即雖然即雖然反應(yīng)規(guī)模不同，但單位時間、單位體積反應(yīng)器反應(yīng)規(guī)模不同，但單位時間、單位體積反應(yīng)器所生產(chǎn)的產(chǎn)品量所生產(chǎn)的產(chǎn)品量( (或處理的原料量或處理的原料量) )是

4、相同的，是相同的，通過物料平衡，求出為完成規(guī)定的生產(chǎn)任務(wù)所通過物料平衡，求出為完成規(guī)定的生產(chǎn)任務(wù)所需處理的原料量后，得到空時得串的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，需處理的原料量后，得到空時得串的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即可求得放大反應(yīng)所需反應(yīng)器的容積。即可求得放大反應(yīng)所需反應(yīng)器的容積。 經(jīng)驗(yàn)放大經(jīng)驗(yàn)放大第4頁/共69頁 采用經(jīng)驗(yàn)放大法的前提條件采用經(jīng)驗(yàn)放大法的前提條件是放大的反應(yīng)是放大的反應(yīng)裝置必須與提供經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的裝置保持完全裝置必須與提供經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的裝置保持完全相同的操作條件。經(jīng)驗(yàn)放大法適用于反應(yīng)相同的操作條件。經(jīng)驗(yàn)放大法適用于反應(yīng)器的攪拌形式、結(jié)構(gòu)等反應(yīng)條件相似的情器的攪拌形式、結(jié)構(gòu)等反應(yīng)條件相似的情況，而且放大倍數(shù)不宜過大。

5、況，而且放大倍數(shù)不宜過大。第5頁/共69頁相似放大相似放大 應(yīng)用相似理論進(jìn)行放大。應(yīng)用相似理論進(jìn)行放大。 已成功應(yīng)用于各種物理過程，但化學(xué)反應(yīng)過程和生化反應(yīng)有一已成功應(yīng)用于各種物理過程，但化學(xué)反應(yīng)過程和生化反應(yīng)有一定困難。定困難。第6頁/共69頁數(shù)學(xué)模擬放大 數(shù)學(xué)模擬放大是用數(shù)學(xué)方程式表述實(shí)際過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，然后數(shù)學(xué)模擬放大是用數(shù)學(xué)方程式表述實(shí)際過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，然后計(jì)算機(jī)模擬研究、設(shè)計(jì)，放大。計(jì)算機(jī)模擬研究、設(shè)計(jì)，放大。 影響反應(yīng)的因素復(fù)雜，不可能用數(shù)學(xué)方程全面、定量描述過程影響反應(yīng)的因素復(fù)雜，不可能用數(shù)學(xué)方程全面、定量描述過程的真實(shí)情況。一般地，先對過程進(jìn)行合理簡化，提出物理模型，的真實(shí)情況

6、。一般地，先對過程進(jìn)行合理簡化，提出物理模型，模擬實(shí)際過程。再對物理模型進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，從而得到數(shù)學(xué)模模擬實(shí)際過程。再對物理模型進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，從而得到數(shù)學(xué)模型。型。 對數(shù)學(xué)模型，在計(jì)算機(jī)上研究各參數(shù)的變化對過程的影響。數(shù)對數(shù)學(xué)模型，在計(jì)算機(jī)上研究各參數(shù)的變化對過程的影響。數(shù)學(xué)模擬放大法以過程參數(shù)間的定量關(guān)系為基礎(chǔ)，能進(jìn)行高倍數(shù)學(xué)模擬放大法以過程參數(shù)間的定量關(guān)系為基礎(chǔ)，能進(jìn)行高倍數(shù)放大，縮短放大周期。放大，縮短放大周期。第7頁/共69頁數(shù)學(xué)模型方法分析過程機(jī)理分析過程機(jī)理物理模型物理模型數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型模型參數(shù)模型參數(shù)合理簡化合理簡化法描述法描述數(shù)學(xué)方數(shù)學(xué)方數(shù)學(xué)方數(shù)學(xué)方法求解法求解實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)第8頁/

7、共69頁數(shù)學(xué)模型方數(shù)學(xué)模型方法的用途法的用途過程的設(shè)計(jì)計(jì)算過程的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算屬于半理論半經(jīng)驗(yàn)的研究方法，屬于半理論半經(jīng)驗(yàn)的研究方法，已逐步成為主要的研究方法。已逐步成為主要的研究方法。第9頁/共69頁中試放大的研究 中試放大是對已確定的工藝路線進(jìn)行實(shí)踐性審查。 不僅要考察產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，而且要考察工人的勞動強(qiáng)度和環(huán)境保護(hù)。第10頁/共69頁1. 生產(chǎn)工藝路線的確認(rèn)和復(fù)審例：抗癌藥物氮芥（chlormethine，5-6）曾用乙醇做溶劑精制，所得產(chǎn)品熔程長，雜物較多，質(zhì)量難以保證。中試放大時，改變氯化反應(yīng)條件和提純方法，先用無水乙醇溶解，再加入非極性溶劑二氯乙烷，使其

8、結(jié)晶析出，從而解決了產(chǎn)品質(zhì)量問題。 第11頁/共69頁 例：硝基苯電解還原生成對氨基酚，進(jìn)一步反應(yīng)制備對乙酰氨基酚（paracetamol ，撲熱息痛，5-7） 電解還原 NO2NH2OHNOHCH3OH(5-7)HOAcor H2/Pt-CNHOH第12頁/共69頁2. 設(shè)備材質(zhì)與形式的選擇3. 攪拌器形式與攪拌速度的考查 例: 由兒茶酚與二氯甲烷和固體燒堿在含有少量水分的DMSO存在下，反應(yīng)合成小檗堿（berberine，黃連素，5-8）中間體胡椒環(huán)（5-9）第13頁/共69頁4. 反應(yīng)條件的進(jìn)一步研究 例如，磺胺對甲氧嘧啶（sulfametoxydiazine，磺胺-5-甲氧嘧啶，5-1

9、0）的合成 甲氧基乙醛縮二甲醇（5-11），氯乙醛縮二甲醇（5-12）(5-10)CH3OOCH3OCH3CH3ONa/CH3OHClOCH3OCH3OCH3NNNSH2NHOOPCl3/DMF/CH3ONaBaSiO3-H2SiO3Cl2/CH3OHCH3CHOCH3OOCH3NHNH2NSH2NHOO(5-12)(5-11)第14頁/共69頁5. 工藝流程與操作方法的確定6. 原輔材料和中間體的質(zhì)量監(jiān)控 (1) 原輔材料、中間體的物理性質(zhì)和化工參數(shù)的測定 (2) 原輔材料、中間體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定 。 第15頁/共69頁第二節(jié)第二節(jié) 物料衡算物料衡算一、物料衡算的理論基礎(chǔ)一、物料衡算的理論基礎(chǔ)

10、 物料衡算物料衡算是研究某一個體系內(nèi)進(jìn)、是研究某一個體系內(nèi)進(jìn)、出物料及組成的變化，即物料平衡。所謂體出物料及組成的變化，即物料平衡。所謂體系就是物料衡算的范圍，可以是一個設(shè)備或系就是物料衡算的范圍，可以是一個設(shè)備或多個設(shè)備，可以是一個單元操作或整個化工多個設(shè)備，可以是一個單元操作或整個化工過程。過程。 物料衡算的理論基礎(chǔ)為質(zhì)量守恒定律：物料衡算的理論基礎(chǔ)為質(zhì)量守恒定律：進(jìn)入反應(yīng)器的物料量流出反應(yīng)器的物料量進(jìn)入反應(yīng)器的物料量流出反應(yīng)器的物料量反應(yīng)器中的轉(zhuǎn)化量反應(yīng)器中的積累量反應(yīng)器中的轉(zhuǎn)化量反應(yīng)器中的積累量 第16頁/共69頁 物料衡算有兩種情況：物料衡算有兩種情況： 針對已有的生產(chǎn)設(shè)備和裝置，利

11、用實(shí)針對已有的生產(chǎn)設(shè)備和裝置，利用實(shí)際測定的數(shù)據(jù)，計(jì)算出一些不能直接測定的際測定的數(shù)據(jù)，計(jì)算出一些不能直接測定的物料量。利用計(jì)算結(jié)果，對生產(chǎn)情況進(jìn)行分物料量。利用計(jì)算結(jié)果，對生產(chǎn)情況進(jìn)行分析和判斷，提出改進(jìn)措施；也可用于檢查原析和判斷，提出改進(jìn)措施；也可用于檢查原料利用率和料利用率和“三廢三廢”處理情況。處理情況。 為了設(shè)計(jì)一種新的設(shè)備或裝置，根據(jù)為了設(shè)計(jì)一種新的設(shè)備或裝置，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，先作物料衡算，再經(jīng)能量平衡求設(shè)計(jì)任務(wù)，先作物料衡算，再經(jīng)能量平衡求出設(shè)備或過程的熱負(fù)荷，從而確定設(shè)備尺寸出設(shè)備或過程的熱負(fù)荷，從而確定設(shè)備尺寸及整個設(shè)備流程。及整個設(shè)備流程。 第17頁/共69頁二、確定物料衡

12、算的計(jì)算基準(zhǔn)及每年設(shè)備操作時間二、確定物料衡算的計(jì)算基準(zhǔn)及每年設(shè)備操作時間1.1.物料衡算的基準(zhǔn)物料衡算的基準(zhǔn) 通常采用的基準(zhǔn)有：通常采用的基準(zhǔn)有： 1)1)以每批操作為基準(zhǔn)以每批操作為基準(zhǔn)，適用于間歇操作設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)，適用于間歇操作設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)或定型設(shè)備的物料衡算，化學(xué)制藥產(chǎn)品的生產(chǎn)間歇或定型設(shè)備的物料衡算，化學(xué)制藥產(chǎn)品的生產(chǎn)間歇操作居多。操作居多。 2)2)以單位時間為基準(zhǔn)以單位時間為基準(zhǔn)，適用于連續(xù)操作設(shè)備的物料，適用于連續(xù)操作設(shè)備的物料衡算。衡算。 3)3)以每公斤產(chǎn)品為基準(zhǔn)以每公斤產(chǎn)品為基準(zhǔn)，以確定原輔材料的消耗定，以確定原輔材料的消耗定額。額。2.2.每年設(shè)備操作時間每年設(shè)備操作時間

13、車間每年設(shè)備正常開工生產(chǎn)的天數(shù)一般以車間每年設(shè)備正常開工生產(chǎn)的天數(shù)一般以330330天計(jì)算，其中余下的天計(jì)算，其中余下的3636天作為車間檢修時間。天作為車間檢修時間。第18頁/共69頁三、收集有關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù)和物料衡算步驟三、收集有關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù)和物料衡算步驟1.1.收集有關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù)收集有關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù) 反應(yīng)物的配料比，原輔材料、半成品、成品及反應(yīng)物的配料比，原輔材料、半成品、成品及副產(chǎn)品等的濃度、純度或組成，車間總產(chǎn)率，階段副產(chǎn)品等的濃度、純度或組成，車間總產(chǎn)率，階段產(chǎn)率，轉(zhuǎn)化率。產(chǎn)率，轉(zhuǎn)化率。2.2.轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率 對某一組分來說，反應(yīng)物所消耗的物料量與投入對某一組分來說，反應(yīng)物所消耗的物料量與投入反

14、應(yīng)物料量之比簡稱該組分的轉(zhuǎn)化率。一般以百分反應(yīng)物料量之比簡稱該組分的轉(zhuǎn)化率。一般以百分率表示。率表示。%100AA組分的量投入反應(yīng)組分的量反應(yīng)消耗AX第19頁/共69頁4.4.選擇性選擇性 各種主、副產(chǎn)物中，主產(chǎn)物所占分率。各種主、副產(chǎn)物中，主產(chǎn)物所占分率。%100理論產(chǎn)量按某一主要原料計(jì)算的產(chǎn)物實(shí)際得量Y%100原料投入量量產(chǎn)物收得量折算成原料Y%100反應(yīng)掉原料量料量主產(chǎn)物生成量折算成原3.3.收率（產(chǎn)率）收率（產(chǎn)率） 某重要產(chǎn)物實(shí)際收的量與投入原料計(jì)算某重要產(chǎn)物實(shí)際收的量與投入原料計(jì)算的理論產(chǎn)量之比值，也以百分率表示。的理論產(chǎn)量之比值，也以百分率表示。第20頁/共69頁例 甲氧芐氨嘧啶生

15、產(chǎn)中由沒食子酸經(jīng)甲基化反應(yīng)制備三甲氧苯甲酸工序，測得投料沒食子酸（1)25.0kg，未反應(yīng)的沒食子酸2.0kg，生成三甲氧苯甲酸（2）24.0kg，求選擇性和收率OHOHOHCOOHCOOHOMeOMeMeO3(CH3)2SO4NaOH23CH3OSO2OH+188212%2 .89%1000 .250 . 20 .25X%1 .83%1001882120 .250 .24Y%1 .93%1000 . 20 .252121880 .24第21頁/共69頁四、車間總收率四、車間總收率 車間總收率為各個工序收率的乘積。車間總收率為各個工序收率的乘積。五、物料計(jì)算的步驟五、物料計(jì)算的步驟1)1)收集

16、和計(jì)算所必需的基本數(shù)據(jù)。收集和計(jì)算所必需的基本數(shù)據(jù)。2)2)列出化學(xué)反應(yīng)方程式，包括主反應(yīng)和副反應(yīng)；根據(jù)列出化學(xué)反應(yīng)方程式，包括主反應(yīng)和副反應(yīng)；根據(jù)給定條件畫出流程簡圖。給定條件畫出流程簡圖。3)3)選擇物料計(jì)算的基準(zhǔn)。選擇物料計(jì)算的基準(zhǔn)。4)4)進(jìn)行物料衡算進(jìn)行物料衡算5)5)列出物料平衡表列出物料平衡表 （1 1）輸入與輸出的物料平衡表）輸入與輸出的物料平衡表 （2 2）三廢排量表）三廢排量表 （3 3）計(jì)算原輔材料消耗定額（）計(jì)算原輔材料消耗定額（kgkg）第22頁/共69頁例1 硝化混酸配制過程的物料衡算。已知混酸組成為H2SO4 46%(質(zhì)量百分比，下同)、HNO3 46%、H2O

17、8%，配制混酸用的原料為92.5%的工業(yè)硫酸、98%的硝酸及含H2SO4 69%的硝化廢酸。試通過物料衡算確定配制1000kg混酸時各原料的用量。為簡化計(jì)算，設(shè)原料中除水外的其它雜質(zhì)可忽略不計(jì)。物理過程的物料衡算第23頁/共69頁 解：混酸配制過程可在攪拌釜中進(jìn)行。以攪拌釜為衡算范圍，繪出混酸配制過程的物料衡算示意圖。圖中 為92.5%的硫酸用量， 為98%的硝酸用量， 為含69%硫酸的廢酸用量。硝化混酸硝化混酸1000kg 3HNOG42SOHG廢廢G混酸配制混酸配制攪攪 拌拌 釜釜42SOHG3HNOG廢G圖圖1 1 混酸配制過程物料衡算示意圖混酸配制過程物料衡算示意圖第24頁/共69頁

18、對HNO3進(jìn)行物料衡算得 0.98 = 0.46 1000 (a) 對H2SO4進(jìn)行物料衡算得0.925 + 0.69 = 0.46 1000 (b) 對H2O進(jìn)行物料衡算得0.02 +0.075 +0.31 = 0.08 1000 (c)3HNOG42SOHG廢G3HNOG42SOHG廢G第25頁/共69頁表表1 1 混酸配制過程的物料平衡表混酸配制過程的物料平衡表輸 入物料名稱工業(yè)品量/kg/kg質(zhì)量組成/%/%輸 出物料名稱工業(yè)品量/kg/kg硝酸469.4469.4HNOHNO3 3：9898H H2 2O O：2 2硝化混酸10001000H H2 2SOSO4 4：46 46 HN

19、OHNO3 3：4646H H2 2O O：8 8硫酸399.5399.5H H2 2SOSO4 4：92.5 92.5 H H2 2O O：7.57.5廢酸131.1131.1H H2 2SOSO4 4：6969 H H2 2O O：3131總計(jì)10001000 總計(jì)10001000 質(zhì)量組成/%/%第26頁/共69頁例2 擬用連續(xù)精餾塔分離苯和甲苯混合液。已知混合液的進(jìn)料流量為200kmol h-1，其中含苯0.4(摩爾分率，下同)，其余為甲苯。若規(guī)定塔底釜液中苯的含量不高于0.01，塔頂餾出液中苯的回收率不低于98.5%，試通過物料衡算確定塔頂餾出液、塔釜釜液的流量及組成，以摩爾流量和摩

20、爾分率表示。 第27頁/共69頁精精餾餾塔塔圖圖2 2 苯和甲苯混合液精餾苯和甲苯混合液精餾過程物料衡算過程物料衡算 解：以連續(xù)精餾塔為衡算范圍,繪出物料衡算示意圖。圖中F為混合液的進(jìn)料流量,D為塔頂餾出液的流量,W為塔底釜液的流量,x為苯的摩爾分率。 圖中共有3股物料，3個未知數(shù)，需列出3個獨(dú)立方程。F=200kmol. h-1xF=0.4D, xDW, xW=0.01第28頁/共69頁對全塔進(jìn)行總物料衡算得 (a)對苯進(jìn)行物料衡算得 (b)由塔頂餾出液中苯的回收率得 (c)聯(lián)解式(a)、(b)和(c)得 = 80kmol h-1， = 120 kmol h-1， = 0.985WD200W

21、01. 0Dx4 . 0200D985. 04 . 0200DxDDWDx第29頁/共69頁表表2 2 苯和甲苯精餾過程的物料平衡表苯和甲苯精餾過程的物料平衡表摩爾組成/%/% 苯：0.9850.985甲苯： 0.0150.015 苯：0.010.01甲苯：0.990.99輸 入物料名稱流量/kmol/kmol h h-1摩爾組成/%/%輸 出物料名稱流量/kmol/kmol h h-1苯和甲苯混合液200200 苯：0.40.4甲苯：0.60.6餾出液8080釜液120120總計(jì)200200 總計(jì)200200 第30頁/共69頁例3 甲苯用濃硫酸磺化制備對甲苯磺酸。已知甲苯的投料量為1000

22、kg，反應(yīng)產(chǎn)物中含對甲苯磺酸1460kg，未反應(yīng)的甲苯20kg。試分別計(jì)算甲苯的轉(zhuǎn)化率、對甲苯磺酸的收率和選擇性?；瘜W(xué)過程的物料衡算第31頁/共69頁解：化學(xué)反應(yīng)方程式為 分子量 92 98 172 18則甲苯的轉(zhuǎn)化率為 對甲苯磺酸的收率為對甲苯磺酸的選擇性為CH3CH3SO3H+ H2SO4+ H2O110140 0C%98%1001000201000 xA%1 .78%1001721000921460y%7 .79%100172)201000(921460第32頁/共69頁 某些反應(yīng)過程,主要反應(yīng)物經(jīng)一次反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率不高,甚至很低,但未反應(yīng)主要反應(yīng)物經(jīng)分離回收后可循環(huán)套用,此時轉(zhuǎn)化率有單程

23、轉(zhuǎn)化率和總轉(zhuǎn)化率之分。 例5 用苯氯化制備一氯苯時，為減少副產(chǎn)二氯苯的生成量，應(yīng)控制氯的消耗量。已知每100mol苯與40mol氯反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物中含38mol氯苯、1mol二氯苯以及61mol未反應(yīng)的苯。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)分離后可回收60mol的苯，損失1mol苯。試計(jì)算苯的單程轉(zhuǎn)化率和總轉(zhuǎn)化率。第33頁/共69頁解：苯的單程轉(zhuǎn)化率為設(shè)苯的總轉(zhuǎn)化率為xT，則 可見，對于某些反應(yīng)，主要反應(yīng)物的單程轉(zhuǎn)化率可以很低，但總轉(zhuǎn)化率卻可以提高。 %0 .39%10010061100Ax%5 .97%1006010061100 xT第34頁/共69頁例6 在間歇釜式反應(yīng)器中用濃硫酸磺化甲苯生產(chǎn)對甲苯磺酸，其工藝流程

24、如圖3-11所示，試對該過程進(jìn)行物料衡算。已知批投料量為：甲苯1000kg，純度99.9%(wt%，下同)；濃硫酸1100kg，純度98%；甲苯的轉(zhuǎn)化率為98%，生成對甲苯磺酸的選擇性為82%，生成鄰甲苯磺酸的選擇性為9.2%，生成間甲苯磺酸的選擇性為8.8%；物料中的水約90%經(jīng)連續(xù)脫水器排出。此外，為簡化計(jì)算，假設(shè)原料中除純品外都是水，且在磺化過程中無物料損失。 間歇操作過程的物料衡算間歇操作過程的物料衡算第35頁/共69頁解：以間歇釜式反應(yīng)器為衡算范圍，繪出物料衡算示意圖。圖圖4-3 4-3 甲苯磺化過程物料衡算示意圖甲苯磺化過程物料衡算示意圖 原料甲苯：原料甲苯：1000kg 純度純度

25、99.9% 濃硫酸：濃硫酸：1100kg 純度純度98% 磺化液磺化液 水水硫硫酸酸甲甲苯苯間間甲甲苯苯磺磺酸酸鄰鄰甲甲苯苯磺磺酸酸對對甲甲苯苯磺磺酸酸脫水器脫水器排排 水水 甲甲 苯苯磺化釜磺化釜第36頁/共69頁 圖中共有4股物料，物料衡算的目的就是確定各股物料的數(shù)量和組成，并據(jù)此編制物料平衡表。 對于間歇操作過程，常以單位時間間隔(一個操作周期)內(nèi)的投料量為基準(zhǔn)進(jìn)行物料衡算。第37頁/共69頁原料甲苯中的甲苯量為：1000 0.999=999kg原料甲苯中的水量為：1000-999=1kg濃硫酸中的硫酸量為：1100 0.98=1078kg濃硫酸中的水量為：1100-1078=22kg進(jìn)

26、料總量為：1000+1100=2100kg ，其中含甲苯999kg，硫酸1078kg，水23kg。第38頁/共69頁出料：反應(yīng)消耗的甲苯量為：999 98%=979kg 未反應(yīng)的甲苯量為：999-979=20kgCH3CH3SO3H+ H2SO4+ H2O110140 0C主反應(yīng)副反應(yīng)I ICH3CH3SO3H+ H2SO4+ H2O110140 0C110140 0C+ H2O+ H2SO4CH3SO3HCH3 分子量 92 98 172 1892 98 172 18副反應(yīng)IIII第39頁/共69頁反應(yīng)生成的對甲苯磺酸量為： kg 反應(yīng)生成的鄰甲苯磺酸量為： kg 反應(yīng)生成的間甲苯磺酸量為：

27、 kg 反應(yīng)生成的水量為： kg 8 .1500%82921729794 .168%2 . 9921729791 .161%8 . 8921729795 .1919218979第40頁/共69頁經(jīng)脫水器排出的水量為：(23+191.5) 90%=193.1kg磺化液中剩余的水量為：(23+191.5)-193.1=21.4kg反應(yīng)消耗的硫酸量為： 未反應(yīng)的硫酸量為：1078-1042.8=35.2kg磺化液總量為：1500.8+168.4+161.1+20+35.2+21.4=1906.9kg8 .10429298979第41頁/共69頁表表4-3 4-3 甲苯磺化過程的物料平衡表甲苯磺化過程

28、的物料平衡表輸 入物料名稱質(zhì)量/kg/kg質(zhì)量組成/%/%純品量/kg/kg原料甲苯10001000甲苯99.999.9999999水0.10.11 1濃硫酸11001100硫酸98.098.010781078水2.02.02222總計(jì)21002100 21002100輸 出磺化液1906.91906.9對甲苯磺酸78.778.71500.81500.8鄰甲苯磺酸8.838.83168.4168.4間甲苯磺酸8.458.45161.1161.1甲苯1.051.0520.020.0硫酸1.851.8535.235.2水1.121.1221.421.4脫水器排水193.1193.1水1001001

29、93.1193.1總計(jì)21002100 21002100第42頁/共69頁例7 在催化劑作用下，乙醇脫氫可制備乙醛，其反應(yīng)方程式為 已知原料為無水乙醇(純度以100%計(jì))，流量為1000kg h-1，其轉(zhuǎn)化率為95%，乙醛收率為80%，試對該過程進(jìn)行物料衡算。 CH3COOC2H5 + 2H22C2H5OH 同時存在副反應(yīng)C2H5OH CH3CHO + H2 連續(xù)操作過程的物料衡算 第43頁/共69頁解：以反應(yīng)器為衡算范圍，繪出物料衡算示意圖。圖圖4-4 4-4 乙醇催化脫氫制乙醛過程物料衡算示意圖乙醇催化脫氫制乙醛過程物料衡算示意圖 乙醇：乙醇：1500kg 純度純度100% 產(chǎn)物產(chǎn)物 氫氫

30、氣氣乙乙酸酸乙乙酯酯乙乙醛醛乙乙醇醇乙醇催化乙醇催化脫氫制脫氫制乙醛反應(yīng)器乙醛反應(yīng)器 第44頁/共69頁 圖中僅有1股進(jìn)料和1股出料，且進(jìn)料乙醇的數(shù)量和組成為已知，因此，物料衡算的目的就是為了確定出料的組成。該過程為連續(xù)操作過程，以單位時間，即1h內(nèi)的進(jìn)料量為基準(zhǔn)進(jìn)行物料衡算比較方便。第45頁/共69頁C2H5OH CH3CHO + H2CH3COOC2H5 + 2H22C2H5OH 主反應(yīng)方程式為: 副反應(yīng)方程式為: :分子量 46 44 2 分子量 2 2 46=92 88 246=92 88 2 2=4 2=4 第46頁/共69頁出料：乙醇流量為 乙醛流量為 乙酸乙酯流量為 氫氣流量為

31、或 0 .50)95.01 (10000 .72746448 .095.010007 .1819288)8 .01 (95.010003.417.1817275010003 .41924)8 . 01 (95. 010004628 . 095. 01000kg h-1kg h-1kg h-1kg h-1kg h-1第47頁/共69頁表表4-4 4-4 乙醇催化脫氫過程物料平衡乙醇催化脫氫過程物料平衡表表輸 入物料名稱流量/kg/kg h h-1輸 出物料名稱流量/kg/kg h h-1質(zhì)量組成/%/%乙醇10001000100100乙醇50.050.05.05.0乙醛727.0727.072.

32、772.7乙酸乙酯181.7181.718.218.2氫氣41.341.34.14.1總計(jì)10001000100100總計(jì)10001000100.0100.0質(zhì)量組成/%/%第48頁/共69頁 例8 蒽醌用混酸硝化后所得硝化液的組成為：硝基蒽醌5.6%(質(zhì)量百分比，下同)、H2SO4 34.5%、HNO3 6.7%、H2O 53.2%。擬采用含量為18%、密度為932kg m-3的氨水將硝化液中和至pH=7。已知每批操作硝化液的投料量為3000kg，硝化液的密度為1170kg m-3， ，試對硝化液中和過程進(jìn)行物料衡算。為簡化計(jì)算，假設(shè)中和前后物料的總體積保持不變。91077. 11K水含有化

33、學(xué)平衡的物料衡算第49頁/共69頁 解：以中和反應(yīng)器為衡算范圍，繪出物料衡算示意圖，如圖4-5所示。 水水氨氨水水硝硝酸酸銨銨硫硫酸酸銨銨硝硝基基蒽蒽醌醌中和液中和液 %2 .53: %7 . 6: %5 .34:%6 . 5:水水硝硝酸酸硫硫酸酸硝硝基基蒽蒽醌醌硝化液硝化液:3000kg18%氨水氨水中中 和和反應(yīng)器反應(yīng)器圖圖4-5 4-5 蒽醌硝化液中和過程物料衡算示意圖蒽醌硝化液中和過程物料衡算示意圖第50頁/共69頁硝化液總量為：3000kg，其中含硝基蒽醌的量為： 3000 5.6%=168kg硫酸的量為：3000 34.5%=1035kg硝酸的量為：3000 6.7%=201kg水

34、的量：3000 53.2%=1596kg第51頁/共69頁H2SO4中和反應(yīng)方程式為：分子量 98 2 17=34 132 反應(yīng)生成的硫酸銨量為： kgNH3的消耗量為： kgH2SO4 + 2NH3(NH4)2SO4 1 .13949813210351 .35998341035第52頁/共69頁HNO3中和反應(yīng)方程式為： 分子量 63 17 80反應(yīng)生成的硝酸銨量為：NH3的消耗量為：kg2 .2556380201kg2 .546317201NH4NO3 HNO3 + NH3第53頁/共69頁 中和反應(yīng)中18%氨水的消耗量為： kg 18%氨水的體積為： m3229618. 02 .541

35、.359464. 29322296第54頁/共69頁pH=7時溶液中的氨量計(jì)算：平衡方程式為式中 H+=10-7 硝化液的體積為則 mol L-1故 mol L-1NH4+ + H2ONH4OH + H+HNHKOHNH4水491077.11K水3m564.211703000835.4)564.2464.2(172.541.359NH427-9410732.2104.8351077.11OHNH第55頁/共69頁需過量氨水的量為其中含NH3量為需加入氨水的總量其中含NH3量為含水量為故溶液中水的總量為)(13%1817564. 2464. 210732. 22kg)(3 . 2%1813kg)

36、(2309)132296(kg)(416%182309kg)(1893%822309kg)(348918931596kg第56頁/共69頁表表4-5 4-5 蒽醌硝化液中和過程的物料平衡表蒽醌硝化液中和過程的物料平衡表輸輸入入物料名稱物料名稱質(zhì)量質(zhì)量/kg質(zhì)量組成質(zhì)量組成/%純品量純品量/kg硝化液硝化液3000硝基蒽醌硝基蒽醌5.6168硫酸硫酸34.51035硝酸硝酸6.7201水水53.21596氨水氨水2309氨氨(NH3)18416水水821893總計(jì)總計(jì)53095309輸輸出出中和液中和液5309硝基蒽醌硝基蒽醌3.2168硫酸銨硫酸銨26.31394.1硝酸銨硝酸銨4.8255.

37、2水水65.73489氨氨(NH3)0.02.3誤差誤差0.00.4總計(jì)總計(jì)53095309第57頁/共69頁第三節(jié) 生產(chǎn)工藝規(guī)程一、生產(chǎn)工藝規(guī)程的主要作用1.生產(chǎn)工藝規(guī)程是組織工業(yè)生產(chǎn)的指導(dǎo)性文件2. 生產(chǎn)工藝規(guī)程是生產(chǎn)準(zhǔn)備工作的依據(jù)3. 生產(chǎn)工藝規(guī)程是新建和擴(kuò)建生產(chǎn)車間或工廠的基本技術(shù)條件第58頁/共69頁二、生產(chǎn)工藝規(guī)程的基本內(nèi)容 生產(chǎn)工藝規(guī)程的內(nèi)容包括：品名，劑型，處方，生產(chǎn)工藝的操作要求，物料、中間產(chǎn)品、成品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)參數(shù)及儲存注意事項(xiàng)，物料平衡的計(jì)算，成品容器、包裝材料的要求等。 具體內(nèi)容如下： 1. 產(chǎn)品概述敘述產(chǎn)品規(guī)格、藥理作用等，包括：敘述產(chǎn)品規(guī)格、藥理作用等，包括： （1 1）名稱（商品名、化學(xué)名、名稱（商品名、化學(xué)名、英文名）；（英文名）；（2 2）化學(xué)結(jié)構(gòu)式，