毕业设计（论文）-年产50t吲哚美辛的生产设计.doc

齐鲁工业大学2013届本科毕业设计(论文) 摘 要吲哚美辛英文名为：Indomethacin。又名：抗炎吲哚酸，为非甾体抗炎药，具有抑制环氧酶的作用致使前列腺素的合成减少以达到抗炎、镇痛、解热作用。制止炎症组织痛觉神经冲动的形成，抑制炎性反应。至于解热作用，由于作用于下视丘体温调节中枢，引起外周血管扩张及出汗，使散热增加。综合考虑原料药来源，反应条件，反应收率，经济合理性中间产物污染性，目标产物纯度等多个条件，找到一条最佳的反应路线，制定合理的工业生产工艺流程。本文是以对甲氧基苯肼和乙醛为初始原料经过多步反应合成吲哚美辛的，各步的收率在80以上。本设计为年产50吨吲哚美辛的生产车间工艺设计，主要包括产品的最佳合成路线、工艺流程的设计及工艺流程图、生产过程的物料衡算、厂区平面设计图、车间设备布置图、主要设备图等的绘制，最后是毕业设计说明书。关键词 : 吲哚美辛 抗炎镇痛 合成方法 工艺流程AbstractIndomethacin English name: Indomethacin. Also known as: Anti-inflammatory indole acid, non-steroidal anti-inflammatory drugs inhibit cyclooxygenase role in causing decreased prostaglandin synthesis in order to achieve anti-inflammatory, analgesic and antipyretic effects. Suppression of inflammatory tissue pain nerve impulses, inhibit the inflammatory response. As for the antipyretic effect, because acting on the hypothalamus thermoregulatory center, causing peripheral vasodilatation and sweating, heat dissipation increases.Considering the source of drug substances, the reaction conditions, the reaction yield, economic rationality intermediate pollution, and the target product purity and many other conditions, to find an optimum reaction route to develop a reasonable industrial production process. This article is based on methoxyphenylhydrazine and acetaldehyde as starting materials through multi-step reaction of indomethacin, each step yields above 80%.The design for the annual production capacity of 50 tons of indomethacin production plant process design, including the products of the best synthetic route, process design and process flow diagrams, process material balance, graphic design factory, workshop equipment layout maps, diagrams and other major equipment drawing, and finally graduated from the design specification.Keywords: Indomethacin; Anti-inflammatory analgesic; Synthesis; Process第一章 概论非甾体抗炎药（Nonsteroidal Antiinflammatory Drugs，NSAIDs）是一类不含有甾体结构的抗炎药，NSAIDs自阿司匹林于1898年首次合成后，100多年来已有百余种上千个品牌上市。该类药物具有抗炎、抗风湿、止痛、退热和抗凝血等作用，在临床上广泛用于骨关节炎、类风湿性关节炎、多种发热和各种疼痛症状的缓解。近几年的研究发现, 非甾体类抗炎药( NSAID)有与抗炎作用无关的抗肿瘤功能。长期使用阿司匹林或其他NSAID 可降低结直肠癌、食管癌、胃癌、胰腺癌等消化道肿瘤的发病率, 提示NSAID有一定的抗消化道肿瘤作用。同时, 它也很有可能在其他肿瘤的前期病变过程中发挥有益的阻断、逆转或预防作用。从阿司匹林的首度问世，到20世纪40年代起抗炎药物的研究和开发得到迅速发展，对吲哚乙酸类衍生物生物进行了研究，从30多个吲哚类衍生物中发现了吲哚美辛，吲哚美辛于1963年由默克大药厂（Merck & Co., Inc.）研发推出，1965年被美国食品药品监督管理局允许投放于美国市场。1971年，约翰范恩（1927年2004年）解释出其作为非甾体抗炎药是抑制环氧酶（COX）的作用机理。现在除日本Merck公司以外还有几十家公司销售此药，除胶囊剂外还做成栓剂1,8。我国与20世纪40年代开始生产吲哚美辛。多年来，我国科技工作者对吲哚美辛工艺做了深入地研究，并被列入国家八五攻关项目，生产技术水平有了较大提高。目前有多家药厂生产，产品不仅能满足国内市场，并且可以出口1。第二章 厂址及其布置一个现代化的制药厂，除了需要有合理的工艺流程及先进的设备 外，还必须有一个合适的厂址和一流的工厂管理，这三者缺一不可。所以厂址选择的优劣，是建厂的关键。有了合适的厂址又如何去台理地规划和布置好厂内功隧齐全的设施呢，又是建厂必须碰到的问题。为此本文围绕制药厂的厂址选择和总图布置这两大问题，根据国家有关规定、规范的要求，谈谈一些原则看法。2.1 厂址的选择8根据新版GMP规定，一般来讲，制药厂分原料药厂和制剂药厂两大类，有一些有规模的药厂自己既是原料药厂又是制剂药厂，当企业上报项目建议书时，已经确定了其药厂的类型。不管是什么类型的药厂，在选择厂址时应充分考虑周全，更应严格按照国家的有关规定、规范执行。厂址选择是一项政策、经济、技术性很强的综合性工作。必须结合建厂的实际情况，以及建厂条件，进行调查、比较、分析、论证，最终定出理想的厂址。1. 考虑交通运输便利制药厂的运输较频繁，为了减少经常运行费用，制药厂尽量不要远离原料来源和用户 在厂址选择时，应考虑交通便利。2.确保水、电的供给作为制药厂的水、电是生产的必需条件。充足和良好的水源，对药厂来讲甚为重要。同样，足够的电源，对药厂也很重要，有许多原料药厂，固停电而损失相当惨重。所以要求有二路确保电源，万一有一路进线发生故障，还有一路进线确保供给。3.有利环境保护对制药厂来讲，不能选择不利于药厂生产的环境。避开粉尘、烟气和有害有毒气体的地方，同时，也要求远离霉菌源和花粉传播源。然而，霉菌源无所不在，远离困难。而对花粉的传播可在厂区绿化时，对制剂厂要求采用无花粉和花絮飘扬的植物来避免。相反，制药厂本身产生的三废要考虑对周围环境的影响。以上两者都应同时考虑，缺一不可。4.有利于长远发展制药厂的品种相对来讲是比较多的，而且更新换代的时间也较频繁。随着社会主义市场经济的发展，每个药厂必须要考虑长远的规划发展，决不能图眼前利益，所以在选厂址时应有考虑余地。5.有利安全安全对药厂来讲决不能疏忽，选厂时应严格按国家有关规范、规定执行外，保持相邻企业的安全距离 所谓安全距离是指：卫生要求距离，防火、防爆要求距离等。6.节约用地，珍惜土地，选择造价相对便宜的土地，对药厂本身来讲，也节约了一次性基建投资。7.不宜选择有人防或其它地下通道的厂址，厂址内也不宜留坑、穴等，以免过多的死角，孳生虫害。8. 选厂时应考虑防洪 一般厂址标高按城市规划和土方平衡要求来确定，但必须高于当地最高洪水位05米以上。2.2 总图布置9制药厂的总图布置总的要求应分区布置。一般分为生产区、公用工程区、行政区、生活区、仓储区等。最为理想的是在生产区和辅助区之间应设绿化带或人为的隔离带分开，并设立门卫，便于安全管理。不同的厂址条件，其总图布置的方法和效益是不同的+但总的可以按 流程台理，运输便利，道路规整，厂容美观 的原则布置。1.节约用地是我国的国策。在总图布置时，应考虑节约用地的原则。目前有许多药厂，由于资金一时短缺，征用的土地只能暂用一部分。但无论何原因，药厂在总体布置时必须有一个长远规划，要做到“一次规划，分步实施”。2.合理的工艺流程布置。根据药厂的特点，布置时尽量减少物料往返输送 另外制药厂对外运输也较频繁，决不能因此而造成人、车混杂。按药厂的工艺流程要求，人员和物料出入门必须分别设置。原料和成品的出入门，若有条件的话，也分开设置，以免造成不必要的混杂。3.严格控制产品之间的交叉污染。除了车间内部采取必要的措施外，工厂布置亦应考虑防止与其他产品的交叉污染。4.总图布置时必须符合防火、安全和卫生的要求。建筑物之间应有一定的间距。由于生产药品的车间类别不同，它们之间的闻距也有不同。具体可按建筑设计防火规范GBJ1687等规范执行。在药品生产过程中，使用介质情况不同，而成分也有所不同。5. 厂区内的道路要径直短捷，而且要考虑消防通道。一般来讲，人流和货流之间，货流和货流之间应尽可能避免交叉和迂回。厂区道路最好环形相通，对厂内的主要道路，一般宜为双车道。以便运输畅通无阻。6.药厂布置要考虑不同类别生产车间对环境的洁净要求。洁净车间应布置在上风向或平行风向，并与污染源保持较大距离。厂医内尽量减少露土面，减少厂区内尘埃。在厂区内铺植草坪和种植有利于药厂生产的树木。这样既减少了尘埃飞扬，又可以改善气候和日晒的状况，为药厂生产、生活提供良好的环境。新药厂设计时，绿化用地系数取值一般不宜小于25 。7. 水、电、汽、热、冷等公用设施，应力求考虑靠近负荷中心，以使各种公用系统介质和输送距离最短，能耗最省。8.一个现代化的药厂，除了要有一个洁净要求的厂房外，还必须要有一个外型美观的建、构筑物群，而且使建、构筑物之间要相互协调，合理衔接 既要和当地规划相配合，又要能突出本药厂的特点。这对现代化的药厂来讲是较为重要的。9.作为一个药厂，免不了有许多管道的敷设，尤其是合成药厂。在整个厂区内形成一个复杂的管网。管网的布置、敷设对工厂的总平面布置、输进等影响较大。因此，合理地进行管线布置是至关重要的。管道敷设与全厂总体布置互相协调，距离最短、保证安全。对制药厂的厂址选择和总图布置，既有一般工厂的共性，又有药厂对环境要求较高的特性，两方面都应有所考虑。第三章 主要产品及其性质3.1吲哚美辛的理化性质性质1吲哚美辛:分子式C19H16ClNO4；分子量357.79。化学名为2-甲基-1-（4-氯苯甲酰基）-5-甲氧基-1-H-吲哚-3-乙酸，化学结构式如下：白色或微黄色结晶性粉末，无味，几乎无臭。熔点158-162。溶于丙酮，略溶于乙醇、氯仿、乙醚，几乎不溶于水。乙醇溶解度，50mg/mL。在日光照射下颜色变深。加甲醇制成 30ug/ml吲哚美辛的溶液（S构型），在262nm、271nm和331nm的波长处有最大吸收。3.1.1吲哚美辛的含量测定1.取酚酞1g，加乙醇100mL使溶解。操作步骤： 精密称取供试品约0.5g，加乙醇30ml，微温使溶解，放冷，加水20ml，加酚酞指示液5-6滴，迅速用氢氧化钠滴定液（0.1mol/l）滴定，并将滴定的结果用空白试验校正。每1mL氢氧化钠滴定液（0.1mol/l）相当于35.78mg的C19H16ClNO4。2. 供试品加乙醇溶解后，加水与酚酞指示液，用氢氧化钠滴定液滴定，并将滴定的结果用空白试验校正，根据滴定液使用量，计算吲哚美辛的含量。3.1.2吲哚美辛的鉴定21.取样品适量（约相当于吲哚美辛10mg），研细，加水10ml，振摇浸透后，加20%氢氧化钠溶液3滴，振摇使吲哚美辛溶解，滤过；取滤液1ml，加0.03%重铬酸钾溶液0.3ml，加热至沸，放冷，加硫酸23滴，置水浴上缓缓加热，应显紫色；另取滤液1ml，加0.1%亚硝酸钠溶液0.3ml，加热至沸，放冷，加盐酸0.5ml，应显绿色，放置后渐变黄色。 2.取待测溶液，照分光光度法测定，在3202nm的波长处有最大吸收。3.1.3吲哚美辛的杂质检查3按照含量测定项下的色谱条件，用内标法进行测定。取含量测定项下的溶液，作为供试品溶液；另分别精密称取5-甲氧基-2-甲基-3-吲哚乙酸和4-氯苯甲酸对照品适量，用乙脂溶解并分别稀释制成每1ml中含0.025mg的溶液，作为有关物质对照品溶液。取含量测定项下的对照品溶液（自精密称取吲哚美辛对照品约50mg，至加内标溶液2ml），加有关物质对照品溶液各2ml，用乙腈稀释至刻度，摇匀，作为对照品溶液。分别取对照品溶液与供试品溶液20l注入液相色谱仪，记录色谱图，单一杂质不得过吲哚美辛量的0.5%，有关物质总量不得过2%。3.2吲哚美辛的药理毒理作用吲哚美辛对动物和人类都是急性高毒性的，大家鼠致死量为12毫克/千克，小鼠致死量为50毫克/千克。一般来说，过量服用吲哚美辛会引起瞌睡、眼花、重度头痛、精神错乱、感觉异常、肢体麻痹、反胃和呕吐等的发生。脑水肿、心脏骤停这些致命后果也曾出现在儿童身上。而过量使用局部治疗剂型带来的风险不算太大。3.3药物相互作用41.本品与对乙酰氨基酚长期合用，可增加肾脏毒副作用。与其他非甾体消炎药合用时，消化道溃疡的发病率增高。2.与阿司匹林或其他水杨酸盐同时应用，不能增加疗效，而肠胃道副作用明显增多，并可增加出血倾向。3.饮酒或与皮质激素、促肾上腺皮质激素同用，可增加胃肠道溃疡或出血倾向。4.与肝素、口服抗凝药、溶栓药合用时，有增加出血倾向的潜在危险。5.与秋水仙碱、磺吡酮合用时可增加胃肠溃疡和出血危险。6.与呋塞米同用时，可减弱后者排钠及抗高血压作用。其原因可能是由于抑制了肾脏内前列腺素的合成本品还有阻止呋塞米、布美他尼及吲达帕胺等对血浆肾素活性增强的作用，对高血压病人评议其血浆肾素活性的意义时应注意此点。7.与硝苯地平或维拉帕米同用时，可致后二者血药浓度增高，因而毒性增加。8.丙磺舒可减少本品自肾及胆汁的清除，增高血药浓度，使毒性增加，合用时须减量。9.与锂盐同用时，可减少锂自尿排泄，使血药浓度增高，毒性加大。10.本品可使甲氨蝶呤血药浓度增高，并延长高血浓度时间。11.与抗病毒药齐多夫定同用时，可使后者清除率降低，毒性增加。3.4吲哚美辛的适应症1.解热、缓解炎性疼痛作用明显，故可用于急、慢性风湿性关节炎、痛风性关节炎及癌性疼痛。2.能抗血小板聚集，故可防止血栓形成。3.治疗Behcet综合征，退热效果好；用于Behcet综合征，疗效尤为显著。4.用于胆绞痛、输尿管结石引起的绞痛有效，对偏头痛也有一定疗效，也可用于月经痛。3.5注意事项51.常见的不良反应有胃肠道反应（恶心、呕吐、腹痛、腹泻、溃疡，有时并引起胃出血及穿孔）。2.中枢神经系统症状（头痛、眩晕等）的发生率也不低（20%50%），若头痛持续不减，应停药。3.可引起肝功能损害（出现黄疸、转氨酶升高）。4.过敏反应：常见的有皮疹。与乙酰水杨酸有交叉过敏性，对后者过敏者本品忌用。5.与氨苯喋啶合用可引起肾功能损害。6.儿童对本品较敏感，有用本品后因激发潜在性感染而死亡者，故忌用。 第四章 吲哚美辛的合成路线的确定4.1 合成方法简介吲哚美辛具有1,2-苯并噻嗪类的结构。结构中含有对氯苯甲酰基，酰胺键，和含有乙酸的部分，具酰胺键易水解，遇强酸和强碱时易水解。4.1.1、制法一2(1)对甲氧基苯肼(2) 乙醛 (3)对甲氧基苯腙(4) 对氯苯甲酰氯 (5) N1-(对甲氧基苯基)-N1-（对氯苯甲酰）腙(6)N1-(对甲氧基苯基)-N1-（对氯苯甲酰）肼(7) 乙酰丙酸 (8)1-（4-氯苯甲酰）-5-甲氧基-2-甲基-1H-吲哚-3-乙酸，吲哚美辛 4.1.2、制法二2(9) 乙酰乙酸甲酯(10)-（2-甲基-5-甲氧基）-3-吲哚乙酸甲酯 (11)叔丁酸(12) -（2-甲基-5-甲氧基）-3-吲哚乙酸叔丁酯(13)IDMT叔丁酯4.1.3、制法三2(14) 对甲氧基苯肼磺酸钠(15) N-（对氯苯甲酰）-2-甲基-5-甲氧基-3-吲哚基乙酸甲酯(16) N-（对氯苯甲酰）对甲氧基苯肼4.1.4、制法四2(17) 对甲氧基苯肼(18) 甲酸(19) 1- (对甲氧基苯基）-2-甲酰肼(20) 1-（对氯苯甲酰）-1- (对甲氧基苯基）-2-甲酰肼(21)乙酰丙酸4.2选择最优合成路线5通过以上的反应式可以看出，方法一中所用的原料和辅料成本较低并且容易得到，而且技术成熟，设备也较容易操作，并且各步的收率在80以上，是现在生产中常用的方法。而后面列举的许多的方法都有其不足的地方，就像上述的方法二，虽然方法很先进，但都是高新技术和设备，我们操作起来还十分困难，反应条件不好控制，而且成本太高，所以经过一番仔细比较后，论文选择方法一进行设计，步骤不多不会影响产率，综合考虑还是比较合适的。4.3最优合成路线确定64.3.1最优合成路线解析首先用对甲氧基苯肼1和乙醛2反应得到对甲氧基苯腙3。经过纯化后，将对甲氧基腙122.30kg溶于吡啶250L中，在冰浴条件下，滴加对氯苯甲酰氯4 130.51kg得到产物，将反应混合物在室温下放置一夜，注入冷水中，得N1-(对甲氧基苯基)-N1-（对氯苯甲酰）腙5的粗品约194.01kg。产物用50乙醇水溶液重结晶可的Tm107-108的纯品，再进一步将N1-(对甲氧基苯基)-N1-（对氯苯甲酰）腙加水分解，可得N1-(对甲氧基苯基)-N1-（对氯苯甲酰）肼6。将N1-(对甲氧基苯基)-N1-（对氯苯甲酰）肼159.60kg加入乙酰丙酸7 66.96kg中，冰浴冷却下通入干燥氯化氢46.82kg，以后把温度慢慢上升到76加热1.5 h。放置一夜后，把反应液加入多量冷水中，可得树脂状物质。此物可溶于乙醇或氯仿，用活性炭或者是通过硅胶柱进一步精致后，再用丙酮-水重结晶，可得1-（4-氯苯甲酰）-5-甲氧基-2-甲基-1H-吲哚-3-乙酸8针状晶体，即吲哚美辛。4.3.2合成路线的改进 通过最新资料研究，用70%的乙醇水溶液代替50%的乙醇水溶液更为合理。第一，改进工艺之后结晶产物的纯度提高了3%，降低了纯化成本。第二，改进工艺之后，乙醇回收的成本降低，降低了成本。4.3.3工艺流程图4.3.4产品收率7影响收率因素：反应中的投料比；投料次序；反应原料的状态；反应温度的影响；酸碱度的影响。 第五章 物料衡算5.1物料衡算的定义根据质量守恒定律，以生产过程或单元生产设备为研究对象，对其进出口处进行定量计算，称为物料衡算。通过物料衡算可以计算原料与产品间的定量转变关系，以及计算各种原料的消耗量，各种中间产品及副产品的产量、损耗量及组成。5.2物料衡算的基础物料衡算的基础是物质的质量守恒定律，即进入一个系统的全部物料量必将等于离开该系统的全部物料量，再加上过程中的损失量，以及系统中的积累量。G1=G2+G3+G4式中： G1-输入物料量总和G2-输出物料量总和G3-物料损失量总和G4-物料积累量总和当系统内物料积累量为0时，上式可写为G1=G2+G3物料衡算是所有工艺计算的基础，通过物料衡算可以确定设备容积，台数，主要尺寸，同时还可以进行热量衡算等、管路计算等.5.3物料衡算12车间年产量为 50吨设定车间年工作总时间为 330日车间每日产量为 50/330=0.152吨152kg车间每日投料量为 车间总投料量/3305.4倒推法 先通过物料守恒定理，根据吲哚美辛的年产量计算出参加反应的各种原料的日需要量。 （五）、吲哚美辛精品的制备 （8） 吲哚美辛精品 收率：92% Z1 152kg Z1=152kg/92%=165.22kg (四)、吲哚美辛的制备（缩合反应） 主料 （6） （8） 收率：80% 276.5 357.79Z2 165.22kg Z2=127.68kg/80%=159.60kg辅料 （7） （8） 116 357.79 Z3 165.22kg Z3=53.57kg/80%=66.96kg (三) N1-(对甲氧基苯基)-N1-（对氯苯甲酰）肼的制备（取代） 主料 （5） （6） 收率：90% 302.5 276.5 Z4 159.60kg Z4=174.61/90%=194.01kg辅料 HCl （6） 236.5 276.5 Z5 159.60kg Z5=42.14/90%=46.82kg (二) N1-(对甲氧基苯基)-N1-（对氯苯甲酰）腙粗品制备（酰基化、亲电取代） 主料 （3） （5） 收率：86% 164 302.5 Z6 194.01kg Z6=105.18/86%=122.30kg 辅料 （4） （5） 175 302.5 Z7 194.01kg Z7 =112.24/86%=130.51kg （一）对甲氧基苯腙（亲电取代） 主料 （1） （3） 收率：85% 138 164 Z8 122.30kg Z8 =102.91/85%=121.07kg 辅料 （2） （3） 44 164 Z9 122.30kg Z9=32.81/85%=38.60kg5.5 从头计算（一）对甲氧基苯腙（亲电取代）（1） （2） （3）反应物配比(质量比)： （1）：（2）=1：0.32 反应投料比为：（1）为121.07kg; （2）为38.60kg（二）N1-(对甲氧基苯基)-N1-（对氯苯甲酰）腙粗品制备（酰基化、亲电取代） （3） （4） （5）反应投料比（质量比）： （3）：（4）=1：1.067反应投料量为：（3）为122.30kg; （4）为130.51kg(三) N1-(对甲氧基苯基)-N1-（对氯苯甲酰）肼的制备（取代）（5） HCl （6）反应投料比（质量比）： （5）：HCl =1：0.24反应投料量为：（5）为194.01kg； HCl 为46.82kg(四)、吲哚美辛粗品（缩合反应）（6）（7）（8）反应投料比（质量比）：（6）：（7）1：0.42反应投料量为：（6）为159.60kg； （7）为66.96kg(五)、吲哚美辛精品的制备 （8） 吲哚美辛精品 反应投料量为：（8）为165.22kg5.6数据汇总表6-1：反应物用量汇总表原料名称对甲氧基苯肼乙醛对氯苯甲酰氯乙酰丙酸原料用量(kg)39953.112738.043068.322096.8每天用量kg/（天）121.0738.60130.5166.96第六章 热量衡算66.1 概述能量衡算的主要目的是为了确定设备的热负荷。根据设备热负荷的大小，所处理物料的性质及工艺要求再选择传热面的型式，计算传热面积，确定设备的主要工艺尺寸。进行能量衡算是为了合理的用能。能量衡算的主要依据是能量守恒定律。它是以车间物料衡算的结果为基础而进行的。此外，必须收集有关物料的热力学数据。热量衡算资料来源于化学反应热效应，原料、中间体和成品的热容、相变焓。对于新设计的生产车间，热量衡算的主要目的是为了确定设备的热负荷。根据设备热负荷的大小、所处理物料的性质及工艺要求再选择传热面的型式、计算换热面积、确定设备的主要工艺尺寸。传热所需的加热剂或冷却剂的用量也是以热负荷的大小为依据而进行计算的。 对于车间工艺计算中的能量衡算可以简化为热量衡算。在进行热量衡算时最好先确定计算基准，并按系统内温度变化进行分段计算。因此，本章的热量衡算选定的基准条件是T=0，P=1.013105Pa.6.2根据文献资料查找并计算相关的热力学数据6.2.1计算有关物质的比热根据蒋作良主编的药厂反应设备及车间工艺设计209页10求固体比热容。固体化合物的比热容C=nCa/M式中：M化合物的分子量 n分子中同种元素的原子数 Ca元素的原子比热容 KJ/kg其值见表41 元素原子的比热容：表61 元素原子的比热容元素Ca,KJ/kg元素Ca,KJ/kg碳 C7.535氟 F20.93氢 H9.628硫 S22.604硼 P11.302磷 P22.604硅 Si15.907其他元素25.953氧 O16.74由上述估算方法得计算(1)的比热：C7H10N2O M=138CP=（7.5357+9.62810+16.74+25.9532）/138=1.577KJ/kg(2)的比热：C2H4O M=44CP=（7.5352+9.6284+16.74）/44=1.598KJ/kg(3)的比热：C9H11N2O M=164CP=（7.5359+9.62811+16.74+25.9532）/164=1.478KJ/kg(6)的比热：C14H13ClN2O2 M=276.5CP=（7.53514+9.62813+16.742+25.9533）/276.5=1.237KJ/kg(7)的比热：C5H8O M=116CP=（7.5355+9.6288+16.74）/116=1.133KJ/kg(8)的比热：C17H13ClNO4 M=357.8CP=（7.53517+9.62813+16.744+25.9532）/357.8=1.04KJ/kg根据蒋作良主编的药厂反应设备及车间工艺设计209页液体的比热容计算方法。对于绝大多数有机化合物，其标准燃烧热可利用理查德法求得。先根据化合物的分子结构，将各种基团结构的摩尔热容数值加和，求出摩尔热容，再由化合物的分子量换算成比热容。(1)C7H10N2O(l) M=138(1)的结构式：CP=（41.7+29.7+117.2+51.1+62.8）/138=2.363 KJ/kg同法可求得水的比热容:CP=4.18 KJ/kg氨气的比热CP=4.559 KJ/kg(2)的比热CP=1.948 KJ/kg(3)的比热CP=2.065 KJ/kg6.2.2计算有关物质的溶解热对于溶质在溶解过程中不发生解析作用，溶剂与溶质之间无化学作用溶化物的形成，则气态溶质的溶解热可取蒸发潜热，固态溶质可取其熔融热的数值元素：qF=(8.412.6)TF无机化合物：qF=(20.929.3)TF有机化合物：qF=(37.746)TFqF熔融热 J/molTF熔点 K2-氯-N-(4-氟-2-碘-苯基)-乙酰胺在化工百科全书查得2-氯-N-(4-氟-2-碘-苯基)-乙酰胺的熔点为565.7565.7+273.15=838.85K2-氯-N-(4-氟-2-碘-苯基)-乙酰胺为有机物，所以qF=46838.85=38.59KJ/kg有关物质的稀释热根据11王志祥主编的制药工程学68页一些常用的酸、碱水溶液的积分溶解热的数据回归成的经验公式：硝酸的积分溶解热可用公式 估算Hs=37.57nn+1.757式中 Hs硝酸的积分溶解热，KJ(kgH2O)-1;n溶解1molHNO3的H2O的摩尔数，mol。硫酸的积分溶解热可按SO3溶于水的热效应公式估算Hs=21111-mm+0.2013+2.989(T-15)1-mm+0.062式中 HsSO3溶于水形成的硫酸的积分溶解热，KJ(kgH2O)-1;m以SO3计，硫酸的质量分率； T操作温度，。盐酸的积分溶解热可用公式 估算Hs=50.158n1+n+22.5式中 Hs盐酸的积分溶解热，KJ(molHCl)-1;n溶解1molHCl的H2O的摩尔数，mol。6.2.3计算有关物质的标准生成热具体计算方法见4.3.1环合一步热量衡算。通过计算可以列出本设计中涉及的主要相关物质的热力学参数表，表42。相关计算方法在热量衡算中都有详细的解释。此处便不再赘述。表62 相关物质的热力学参数表13物料名称分子式分子量Cp/ (KJ/kg)qf/(KJ/mol)（1）C7H10N2O 1382.3683.81（2）C2H4O 441.9552.48（3）C9H11N2O 1642.07-99.35（6）C14H13ClN2O2 2761.59174.91（7）C5H8O 1161.90265.72（8）C17H13ClNO4 3571.55530.81氨气NH31514.5681.09水H2O1544.18-285.846.3热量衡算6.3.1加链一步热量衡算加链一步装置热量衡算示意图则热量平衡方程式可表示为：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6取热量衡算的基准温度为0，根据物料衡算中加链一步的物料数据以及车间实际生产经验，一年四季的投料的平均温度为T=（5+25）/2=15，所以T1=T2=T3=T4=T-0=15Q1= Q(1) +Q乙醛+ Q杂质=G1CP1T1+ G2CP2T2+ G3CP3T3=(121.072.36+38.601.95+1.904.18) 15=5534.01KJQ3=Qp+Qc求Qc：根据李应麟，尹其光主编的化工过程的物料衡算和能量衡算173页32附表中的物性数据， 水的标准生成焓 Hf=-285.84KJ/mol根据蒋作良主编的药厂反应设备及车间工艺设计203页qf+qc=nqce式中, qf标准生成热 KJ/mol qc标准燃烧热 KJ/mol qce元素标准燃烧热 KJ/g.atm,其值见表42表63 元素的燃烧热一览表元素燃烧过程元素燃烧热KJ/g.atm元素燃烧过程元素燃烧热KJ/g.atmC CO2（气）395.15Br HBr(溶液）119.32H 1/2H2O(液）143.15I I（固）0F HF(溶液）316.52N HNO3（液）205.77Cl 1/2Cl2（气）0S SO2（气）290.15Cl 1/HCl(液）165.8S H2SO4(溶液）886.8Br 1/2Br2(液）0P P2O5（固）765.8Br 1/2Br2（气）-15.37N 1/2N2（气）0g.atm 克原子（1）的元素燃烧热：nqce=395.157+143.1510=4197.55KJ/mol根据蒋作良主编的药厂反应设备及车间工艺设计212页用理查德法计算化合物的标准燃烧值理查德认为，有机化合物的标准燃烧热与该化合物完全燃烧时所需氧原子数成直线关系，即qc=a+xb式中，a,b常数，与化合物结构有关，其值见下表43 x化合物完全燃烧时所需氧原子数表64 基数值表相态ab液态23.86218.05气态23.06219.72先计（1）的燃烧值：C7H10N2O + 9 O2 = 7CO2 + 10 H2O +N2所以x=18表65 酒石酸的各基团值ab基数值（液）23.86218.05苯环（液）-42.290.29醚（液）64.90.03肼136.07-0.42a=182.54b=217.95qc=182.54+18217.95=4113.74KJ/mol再按照公式qf=nqce- qc=4197.55-4113.74=83.81KJ/mol用同样的方法可以求得（3）C9H11N2O的标准摩尔生成焓qf=-99.35KJ/mol乙醛的标准摩尔生成焓qf=52.48KJ/mol综上所述可求得反应C7H10N2O + C2H4O C9H11N2O + H2Oqf83.81 52.48 -99.35 -285.84Hr=viHf(生成物) viHf(反应物)=-99.35+（-285.84）-（ 52.48+83.81）=-494.48KJ/mol参与反应的（1）的物质的量121.07/138=0.877KmolQc=-n(1)Hr=-121.07/1381000（-494.48）=433000KJQ3=Qp+Qc=433000+0=433000KJ计算Q4表66 计算相关物质的比热容输出物料质量/kgCp/ (KJ/kg)水1.904.18(3)122.302.07Q4=GiCPiTi=(1.904.18+122.302.07) (20-0) =5222.06KJ计算Q5+Q6根据化工原理经验知识，提供设备升温和向环境损失的热量可用向系统中输入总能量的10%，可得Q5+Q6= Q损失=10%（Q1+Q2+Q3）=10%（Q4+Q5+Q6）则Q5+Q6= Q4/9=580.23KJQ2 =Q4+Q5+Q6-Q1-Q3=5222.06+2580.2325534.01433000= -428151.48KJ由于加链一步需要在130高温条件下反应，所以需要通入428151.48KJ的热量。最后一步反应 Q1= Q(6)+Q(7)+Q水=G1CP1T1+ G2CP2T2+ G3CP3T3 =（159.601.59+66.961.90+10.394.18）15 =6366.27KJC14H13ClN2O2+ C5H8OC17H13ClNO4+NH3+H2Oqf 174.91 265.72 530.84 81.09 -285.84Hr=viHf(生成物) viHf(反应物) =530.84+81.09285.84256.71174.91=-105.53KJ/molQc=-n(6)Hr=-159.60/276.51000(-105.53)=60913.52KJ令Q3=Qc+ QP =0+60913.52=60931.52KJQ4=Q(8)+ Q氨气+Q水=GiCPT=(165.221.55+9.814.56+10.394.18)(200)=6885.10KJQ5+Q6=10%（Q1+Q2+Q3）Q5+Q6= Q4/9=765.01KJQ2=Q4+Q5+Q6-Q1-Q3=6885.10+765.0126366.2760931.52=-58882.67KJ由于反应需在80条件下进行,所以最后一步工段需要加入58882.67KJ的热量。第七章 主要设备反应釜 反应釜肯有加热迅速、耐高温、耐腐蚀、卫生、无环境污染、勿需锅炉自动加温、使用方便等特点，广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品、用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程，是以参加反应物质的充分混合为前提，对于加热、冷却、和液体萃取以及气体吸收等物理变化过程均需要采用搅拌装置才能得到到好的效果，并可为客户设计，加工外盘管反应釜。7.1反应釜的结构特点10反应釜由锅体、锅盖、搅拌器、夹套、支承及传动装置、轴封装置等组成，材质及开孔可根据用户的工艺要求制定。加热形式有电加热、油加热、气加热、水加热（或冷却）、明火加热等。夹套形式分为：夹套型和外半管型，夹套油加热型都设有导流装置。搅拌形式一般有桨式、锚式、框式、螺条式、刮壁式等。高转速类有分散叶轮式、涡轮式、高剪切式、推进器式，根据工艺选择。传动形式有普通电机、防爆电机、电磁调速电机、变频器等，减速器有摆线针轮式、蜗轮式、行星无极变速式。轴封为普通水冷却填料密封、组合式四氟填料密封、机械密封。出料形式有球阀、下展阀。7.2 反应釜的选择 由于本实验有用到干燥氯化氢，其具有强酸性，所以得选具有耐酸性强的材料，所以本实验选用不锈钢反应釜。反应釜由釜体、釜盖、夹套、搅拌器、传动装置、轴封装置、支承等组成。搅拌形式一般有锚式、桨式、涡轮式、推进式或框式等，搅拌装置在高径比较大时，可用多层搅拌桨叶，本实验就采用搅拌桨叶。并在釜壁外设置夹套，或在器内设置换热面，也可通过外循环进行换热，本实验选择在釜壁外设置夹套。加热方式有电加热、热水加热、导热油循环加热、远红外加热、外(内)盘管加热等，本实验选用电加热。冷却方式为夹套冷却和釜内盘管冷却，搅拌桨叶的形式等，本实验选用夹套冷却。支承座有支承式或耳式支座等。转速超过160转以上宜使用齿轮减速机. 7.3反应釜的使用13一、维护及安全1、应严格按产品铭牌上标定的工作压力和工作温度操作使用，以免造成危险。2、严格遵守产品使用说明书中关于冷却、注油等方面的规定，做好设 的维护和保养。 3、所有阀门使用时，应缓慢转动阀杆（针），压紧密封面，达到密封效果。关闭时不易用力过猛， 以免损坏密封面。4、电气控制仪表应由专人操作，并按规定设置过载保护设施。 二、不锈钢反应釜常见故障及注意事项不锈钢反应釜在使用过程中会遇到很多问题，常见的有以下几种情况：第一个是加工应力损坏，不锈钢反应釜在罐体加工过程中，由于卷筒、冲压、焊接产生大量的内应力，这些应力在不锈钢反应釜出厂前应该彻底解决掉，如消除不彻底会导致反应釜爆瓷。不锈钢反应釜的这种损坏往往发生在投入使用后的头三个月。所以对胚体进行热处理或时效处理能防止爆瓷.第二个常见的故障是析氢腐蚀，不锈钢反应釜的夹套在使用一段时间后会结垢和生锈，如果使用酸性除垢剂清除污垢或夹套中的冷却液偏酸性，都会导致金属发生析氢腐蚀一部分原子扩散到金属内空穴结合成，由于不锈钢反应釜的致密性而不能再向外扩散，因此当Hz聚积到一定的程度，形成定的动力时，不锈钢反应釜就会