制药设备与工艺设计

习题及解答,反应器部分,某厂西维因合成车间，采用2000升反应锅，每批可得西维因125公斤。设计任务每日生产西维因3333公斤。已知反应周期进料1h，冷却2h，吸收及酯化9h，水洗及合成4h，出料0.5h，每批间隔0.5h，求若采用5000升反应锅需几台？后备系数多少？,解：根据题意一台反应器每批125Kg,总处理批数=3333/125=26.66424小时轮作批次=24/17=1.4118m2000l= / =18.87圆整到19台由物料衡算得m2000lV2000l= m5000lV5000lm5000l=7.548 圆整到8台s=(8-7.54)/7.54=6.1%,邻硝基氯苯氨化、还原制邻苯二氨。已知每小时出料0.83m3，操作周期7h，装料系数0.75。 求反应器容积，若采用两锅则每个容积多少？若采用6m3，则需几个反应锅？,V=已知：总=7h V0 =0.83 m3/h =0.75 m=1 VR= V0 总/ =7.47 圆整到 8m3 VR= VR/2=7.47/2=3.87 圆整到 4m3,总体积V总 = V0 总=0.837=5.81 m3 m VR= V总； m= V总/ VR=5.81/（0.756）=1.29圆整到2台,化学反应热根据盖斯定律，物质进行化学反应其热效应与路径无关，只与起始和终了状态有关。如果已知标准状态与反应有关各种物质的生成热Hf,则标准状态化学反应热Hr298K为：,釜式反应器,例61 在间歇搅拌釜式反应器中进行如下分解反应：ABC, 已知在328 K时 k=0.00231s-1，反应物A的初始浓度为l.24kmolm-3，要求A的转化率达到 90。又每批操作的辅助时间30 min, A的日处理量为14m3，装料系数为 0.75，试求反应器的体积。如果连续操作体积多少？,解（1）确定达到要求的转化率所需反应时间 反应速率表达式为,代入数据得 1000 s,釜式反应器,=,釜式反应器,（2）计算反应器体积 假定日工作时间为24小时。有 V=V=VR/=0.45/0.75=0.6m3（3）连续操作反应器体积,=0.9/0.002310.1 =3896 s,=（14/24）（3896/3600）=0.63 m3,V=Vr/=0.63/0.75=0.842 m3,釜式反应器,作每日物料衡算： Vc= V m 则反应器体积V= 反应器台数 m=,Hr298K =（nHf298）i- （mHf298）ji-指各产物j-指各反应物n-参加反应化学方程式各产物的计 量系数m-参加反应化学方程式各反应物的计量系数,如果已知标准状态与反应有关各种物质的燃烧热HC,则标准状态化学反应热Hr298K又可改为：Hr298K =（mHC298）J-（nHC298）i,如果在标准状态化学反应热Hr298K已知的情况下，欲求一定温度下的化学反应热HrT可按基尔霍夫公式求取： THrT=Hr298K+nCpdT 298,Hf HC,互换以苯为例,HC0 C6H6 + 15O 6CO2+ 3H2O Hf0 Hf 6C+6H+15OHf0 =Hf - HC0其中Hf=6 Hf0 （CO2）+3Hf0(H2O),电子移位数法估算燃烧热（卡拉兹法Khrasch）,有机化合物的燃烧过程，可看作是碳原子和氢原子上的电子转移到氧原子上去的结果。因为燃烧的最终产物碳，变成二氧化碳，氢，变成水。故燃烧热与电子转移数有关。经测试，每转移一个电子所释能量为109.07kJ,则液体简单有机化合物在常压200C的燃烧热为： -HC=109.07N,N-电子转移数当较复杂的化合物使用上式须经经验校正：-HC=109.07N+（Kii）Ki-分子中校正对象的次数i-校正对象的校正值对分子结构复杂的化合物卡拉兹法计算误差较大，可另选其他方法计算。,化学反应热计算例题,应用已知数据，应用已学过求燃烧热方法，计算1500Kg甲苯下列液相反应热效应。 + H2SO4 - + H2O so3H fH,m硫酸 = -812.8 kJ/mol cH,m,碳 = -393.13 kJ/mol fH m,甲基苯磺酸 = -486.05 kJ/mol cHm,氢气 = -285.58 kJ/mol R-Ar = -14.7 kJ/mol以上数据吸热为正放热为负，且假定反应在查表温度下进行,例题,应用已知数据，应用已学过求燃烧热方法，计算反应热效应。萘在催化条件下氧化制苯酐。萘的处理量为1500kg/h。求：需移走的反应热。（假设萘在标准温度下反应） fH m,苯酐 = -402.2 kJ/mol cH m,苯酐=-3314 kJ/molcHm,氢气 = -285.58 kJ/mol cHm,碳 = -395.3 kJ/molR-Ar = -14.7 kJ/mol 以上数据除R-Ar外，吸热为正放热为负。,例题：600C95% H2SO4 200kg,用50C水稀释到浓度为50%，列出求稀释酸终点温度T的计算式。系统隔热良好。查得 H2SO4 95% Cp95%=1.53 kJ/kg0C -Hs095%=100.49 kJ/molSO3 H2SO4 50% Cp50%=2.53 kJ/kg0C -Hs050%=149.37 kJ/molSO3 H2O Cp H2O =4.18 kJ/kg0C 假定在计算范围内各Cp变化不大，近似常数,解：（1）求稀释水量WH2O 、溶质mol数 W50%0.5=2000.95 W H2O =200(0.95/0.5)-1 (kg) MSO3=2000.95/98 (kmol) (2)根据盖斯定律，假想一个虚拟循环,H=0 600C 95%H2SO4 + 50 CH2O T0C 50%H2SO4 H1 H2 H3 Hs 250C 95%H2SO4 + 250C H2O 250C 50%H2SO4,H1=W95% Cp95%（25-60）；H2= WH2O CpH2O（25-5）；H3=W50% Cp50%（25-T）Hs=