黄山学院-新安之梦队 化学原料药多功能车间设计【含CAD图纸+文档】
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黄山学院-新安之梦队
化学原料药多功能车间设计【含CAD图纸+文档】
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化学原料药多功能车间设计设计团队：新安之梦队 团队成员：指导老师：二0一四年十月目录第1章 设计依据及设计基础41.1设计依据及设计基础41.2产品介绍41.2.1硫辛酸41.2.2依夫韦仑51.2.3缬沙坦61.3 设计任务书深度说明81.4 国家建设工程设计相关标准和规范91.5设计原则101.5.1化工过程设计原则101.5.2 原料药生产车间设计原则111.6 生产能力和产品方案12第2章 工艺说明132.1硫辛酸的合成工艺132.1.1硫辛酸产品简介132.1.2 硫辛酸合成工艺路线132.1.3硫辛酸生产工艺流程图182.1.4 硫辛酸生产工艺AspenPlus流模拟图192.1.5 硫辛酸工艺流程说明202.2依非韦伦合成工艺212.2.1依非韦伦产品简介212.2.2依非韦伦合成工艺路线212.2.3依非韦伦生产工艺流程图242.2.4 依非韦伦生产工艺AspenPlus流模拟图252.2.5依非韦伦生产工艺流程说明262.3.1 缬沙坦产品简介272.3.2 合成工艺路线272.3.3 缬沙坦生产工艺流程图292.3.5 缬沙坦工艺流程说明312.4药品GMP固体车间及粉碎，过筛标准操作程序322.4.1粉碎、筛分和干燥322.4.2包装说明及流程标准322.5生产工艺注意事项32第3章 生产制度343.1硫辛酸343.2依非韦伦343.3缬沙坦34第4章 物料衡算与能量衡算354.1缬沙坦的物料计算和能量计算354.1.1缬沙坦的物料衡算354.1.2缬沙坦的能量衡算394.2依非韦伦的物料衡算与热量衡算484.2.1依非韦伦的物料衡算484.2.2依非韦伦的能量衡算534.3硫辛酸的物料衡算与能量衡算674.3.1硫辛酸物料衡算的过程674.3.2硫辛酸的能量衡算过程72第5章 主要工艺设备选择785.1工艺主要设备选型及材料选择的依据785.1.1确定系统运行方式785.2工艺主要设备计算依据：795.2.1空气鼓风机795.2.2换热器795.2.3干燥塔795.2.4 反应釜设计805.2.5催化氢化吸氢反应釜概念设计855.2.6泵855.2.7安全阀89第6章 主要原辅材料和工艺用公用工程消耗量916.1主要原辅材料和工艺用公用工程消耗量916.1.1依非韦伦主要原辅材料的消耗量916.1.2缬沙坦主要原辅材料的消耗量926.1.3硫辛酸主要原辅材料的消耗量936.2 工艺用公用工程消耗量计算946.2.1 硫辛酸工艺用公用工程消耗量计算946.2.2 依非韦伦工艺用公用工程消耗量计算956.2.3 缬沙坦工艺用公用工程消耗量计算97第7章 原料药多功能总车间布置997.1原料药多功能总车间布置设计依据及基础997.1.1总平面车间布置应满足有关标准和规范997.1.2 建筑构物的布置997.1.3 运输方式与人流，货流997.1.5工业绿化997.1.6竖向布置与管廊布置997.1.7 车间危险性厂房设定1007.1.8 建筑构物的布置1007.1.9 运输方式与人流，货流1007.1.10 管线布置要求1007.1.11 竖向布置与管廊布置1017.1.12 单元设备布置方法要求1017.2 化学原料药多功能生产车间平面布置图1027.2.1 车间总面积1027.2.2多功能车间总布置图说明1037.2.2 生产分车间区域划分设计1037.2.3 药品生产流程包含区域各论103第8章 行政法规执行措施1058.1药品消防专篇1058.1.1消防安全1058.1.2防排烟设计1068.1.3疏散指示标志、应急照明以及灭火器的设置1068.2环境保护专篇1078.2.1生产车间设计法律依据1078.2.2设计工程主要污染源分析1078.2.3针对污染采取的治理措施1078.3劳动安全卫生专篇1088.3.1劳动安全卫生依据的法律法规1088.3.2劳动安全卫生危害因素分析1088.3.3从工艺设备、通风、电气、自控安全、火灾报警等方面说明采取的消防措施1098.4节能专篇1098.4.1设计合理的建筑布局1098.4.2设计合理的工艺条件1108.4.3设计合理的工艺装备1108.4.4设计合理的净化系统110第9章 GMP专篇1129.1GMP简介1129.2实施GMP的意义1129.3GMP的控制要求1139.3.1规范法规说明1139.3.2基本要素1139.4设计一个符合GMP规范的原料药车间1139.4.1车间的总体布局1139.4.2室内装修1149.4.3空气净化调节设施1149.4.4工艺用水、汽、环保等系统1159.4.5工艺管道、给排水系统的布局1159.5选型和采购1159.5.1设备的选择设备的依据1159.5.2采购需要的基本素养1159.6施工验收1159.6.1工艺条件验证实例1159.6.2 工艺用水系统的验证116第10章 节能专篇11710.1 节能优化方案说明11710.1.1 乙酸乙酯回收过程中循环水的利用和优化11710.1.2 乙酸乙酯回收过程中循环水的优化结果分析11710.2 锅炉循环热水节能设计11810.2.1 正戊酰基缬氨酸甲酯”溶解所需换热器模拟流程11810.2.2 正戊酰基缬氨酸甲酯”溶解锅炉热水循环模拟结果119第11章 化学原料药多功能车间工艺设备一览表12011.2化学原料药多功能车间主要设备一览表12111.2.1设备共用一览表12111.2.2化学原料药多功能车间设备仪器编号12211.2.3化学原料药多功能车间仪设备型号表12311.3 化学原料药多功能车间工艺操作说明12511.4药品生产工艺管道及仪表流程图说明各论12511.4.1 硫辛酸生产工艺流程PID图12511.4.2 依非韦仑生产工艺流程PID图13011.4.3 缬沙坦生产工艺流程PID图134第12章 化学原料药多功能车间三维效果图137第13章 存在问题和建议13813.1存在的问题13813.2建议138附录一：黄山学院新安之梦队团队介绍139附录二：黄山学院新安之梦队参赛过程纪实140学校给我们提供的化工单元仿真模拟学习平台144GMP仿真模拟学习145附录：声明及鸣谢信147附件详单1481. 图纸1482. 电子文档1483第1章 设计依据及设计基础前言化学药物硫辛酸（Thioctic Acid）、依非韦仑（Efavirenz）、和缬沙坦（Valsartan）分别是抗氧化剂、抗艾滋病及治疗中高血压的一线药物，三种药品的生产工艺中精制、烘干、包装等工序要求在30万级GMP车间，反应工序各有不同，硫辛酸（Thioctic Acid）包含环合反应、水解反应；依非韦仑需要在无水无氧的条件下经过加成反应、环合反应；缬沙坦经过催化加氢反应。即使不同的生产工艺，也具有某些相同的工艺操作，在满足各个生产工艺操作的特殊要求下，优化组合三个原料药的生产工艺方案，设计具有多功能原料药生产车间，使其具有通用性，同时满足三种药品安全生产和质量要求，增加设备利用率，降低药品生产成本，是本次设计的最终目的。1.1设计依据及设计基础(1) 设计项目：化学原料药多功能车间设计(2) 产品名称及设计规格表1-1 产品名称及设计规格产品名称设计规模（t/a）含量包装规格其他硫辛酸2599.5%纸板桶 25kg/桶无菌原料药依夫韦仑2599.5%纸板桶 25kg/桶无菌原料药缬沙坦2599.5%纸板桶 25kg/桶无菌原料药1.2产品介绍1.2.1硫辛酸 （1）CAS登记号：1077-28-7（2）中文名称：R-(+)-硫辛酸（3）英文名称：alpha thioctic acid(4) 分子式 ：C8H14O2S2(5) 化学名：-硫辛酸图1-1 -硫辛酸结构式（球棍模型） （6）药理作用图1-2 硫辛酸与蛋白1X2H结合模式（Reference from：Fujiwara.K, Toma, S. Okamura-Ikeda, K. Motokawa, Y. Nakagawa, A. Taniguchi, H. Crystal structure of lipoate-protein ligase a from Escherichia coli complexed with lipoic acidJ. J. Biol. Chem. 2005(280): 33645-33651.）硫辛酸可以催化硫辛酸盐和ATP结合生成lipoyl-AMP，将高能ATP转化成低能的AMP，起到抗氧化作用。硫辛酸（Thioctic Acid）又名二硫辛酸，属于维生素B 类化合物，是人体内不可缺少的抗氧化剂，具有极高的医用价值及抗衰老潜能。自1989年硫辛酸作为一种高效的抗氧化剂被认识后，日益受到人们的青睐，成为提高生活质量、抵抗衰老、延长寿命不可或缺药品。被称为“万能抗氧化剂”，更是自由基捕手，是机体细胞利用糖类等能源物质产生能量所需的一种限制性必需营养物质，广泛用于治疗和预防心脏病、糖尿病等多种疾病。一般认为它能保存和再生其它抗氧化剂，如维生素C和E等，并能平衡血糖浓度。有效增强体内免疫系统，免受于自由基的破坏。它对多种病症具有治疗功效：肝病、糖尿病、人类后天免疫不全带原者、艾滋病、牛皮藓、湿疹、烧伤、皮肤癌、多发性硬化症、帕金森氏症、神经科方面的疾病、风湿病、风湿性关节炎、红斑性狼疮、硬皮症、自体免疫方面的疾病、白内障、其它眼科疾病、心脏病、中风、动脉硬化、用于急性及慢性肝炎、肝硬变、肝性昏迷、脂肪肝等疾病。1.2.2依夫韦仑依非韦伦是一种抵抗艾滋病毒的特效药物，由美国Merck公司研制且被美国食品药品监督管理局(FDA)通过鉴定，并与1999年2月在美国首次上市。本品对HIV-1病毒有良好的抑制作用，通过与HIV-l逆转录酶上的特定位点可逆性结合，终止RNA和DNA依赖性DNA聚合酶的活性，从而阻止病毒复制。（1）中文名称：依非韦仑（2）化学名称：(S)-6-氯-4-(环丙基乙炔基)-1.4-氢-4-(三氟甲基)-2H-3,1-氧氮杂萘-2-酮。（3）CAS登记号：173676-60-3（4）分子式： C14H9ClF3NO2（5）英文名称： Alpha Thioctic Acid图1-3 依非韦仑结构式（球棍模型）（6）药理作用图1-4 依非韦仑与靶蛋白HIV-l逆转录酶（PDB:1FK9）相互作用模型 依非韦仑与HIV-1逆转录酶结合，可以抑制艾滋病毒。（Reference from：Ren, J.,Milton, J.,Weaver, K.L.,Short, S.A.,Stuart, D.I.,Stammers, D.K. Crystal structure of HIV-1 Reverse Transcriptase in Complex with DMP-266(Efavirenz) J. STRUCTURE FOLD.DES. 2000, 8: 1089-1094.）Merck和Dupont是最早报道合成依非韦伦的公司，Merck的工艺中用到CAN(硝酸铈铵)，但在CAN的作用下产生等量的对甲氧基苯甲醛(对最后产品的分离不利)和大量对环境有害的废物铈盐盐；Dupont的工艺没有采用手性控制的不对称技术，使得该路线需要化学拆分对映异构体，原子不经济、产率较为低下，分离难度加大。文献报道使用有机锌试剂和三氟乙醇配体参与反应时，也能合成出产率和ee值都较好的依非韦伦。本工艺采用生物碱和乙基锌作为手性催化剂，确保了依非韦仑的产率和ee值，是一条适合工业化生产的路线。 1.2.3缬沙坦 （1）中文名称：缬沙坦（2）化学名称：N-(1-戊酰基)-N-4-2-(1H-4氮唑-5-基)苯基苄基-L-缬氨酸 （3）CAS登记号：137862-53-4 （4）分子式： C24H29N5O3（5）英文名称： Valsartan图1-5 缬沙坦结构式（球棍模型）（6）药理作用图1-6 缬沙坦与血管紧张素（AT1）受体亚型4DCA结合模型(Reference from: Stogios, P.J., Singer, A.U., Tan, K., Nocek, B., Evdokmova, E., Egorova, E., Di Leo, R., Savchenko, A., Anderson, W.F., Crystal Structure of Aminoglycoside Phosphotransferase APH(2)-Ib, ADP-bound)缬沙坦是一种特异性血管紧张素（AT1）受体拮抗剂，它选择性地作用于AT1受体亚型，阻断Ang与AT1受体的结合（其特异性拮抗AT1受体的作用大于AT2受体约20,000倍），从而抑制血管收缩和醛固酮的释放，产生降压作用。该品不作用于血管紧张素转换酶（ACE）、肾素和其它受体，不抑制与血压和钠平衡有关的离子通道；该品对血管紧张素转换酶没有抑制作用，不影响体内缓激肽水平，因而导致咳嗽的副作用少于血管紧张素转换酶抑制剂。缬沙坦降低升高的血压，同时不影响心律。突然终止缬沙坦治疗，不引起高血压“反跳”或其他副作用。缬沙坦不影响高血压患者的总胆固醇、甘油三酯、血糖和尿酸水平。治疗中高血压的有效药物。1.3 设计任务书深度说明原料药多功能生产车间设计深度请见表1-2表、1-3多功能原料药车间设计任务书深度。表1-2 原料药多功能车间设计任务书深度序号设计任务书内容设计说明书深度1设计依据及设计基础（1）工艺操作基础技术资料设计任务书、设计说明书内容深度要求、国家建设工程设计相关标准、规范；设计中使用到的文献、资料；设计中使用的基础数据设计原则（2）生产能力和产品方案（1）说明项目在生产正常运行时所达到的年生产能力、产品品种及其组合的方案等；（2）产品介绍（名称、规模、规格、物性、包装方式等）2工艺说明(1)生产方法，说明设计采用的工艺路线及依据、工艺特点和各步生产流程等；(2)工艺流程叙述，描述物料通过工艺设备的顺序和生成物的去向，应说明物料输送方法、操作条件、操作时间、投入量和控制方案，并注明设备位号等。附：工艺设备一览表工艺管道及仪表流程图（PID）3生产制度说明生产装置年工作时间、生产班制、生产方式4物料计算与热量平衡计算5主要工艺设备选择(1)工艺主要设备选型及材料选择的依据，并阐述其先进性等；(2)工艺主要设备计算依据、计算过程及计算结果等；(3)共用系统设备单元的配置说明。编制要点：分产品按工艺设备类别综述选型的先进性（反应罐、结晶罐、离心机等）描述计算过程重点是共用系统设备的配置说明（三个产品如何共用工艺设备；每个产品的公共设备如空压、真空、制氮、制水如何设置）。附：设备计算6主要原辅材料和工艺用公用工程消耗量主要原辅材料的消耗量；工艺用公用工程的消耗量列出公用系统规格参数表（含系统名称、系统参数（温度、压力）、备注）7布置(1)布置原则，应按生产车间区域功能、危险性特征、空气洁净度等级、生产流程等阐述布置原则等；(2)布置说明，应阐述车间组成、车间建筑长、宽、总高、层数、层高；按区域功能、生产类别、洁净生产区、空气洁净度等级、人物流向、物料管线输送、物料中间储存等阐述设备布置情况；阐述人、物流方向及人员净化、物料净化设施的设置情况等。(3)阐述人物流设置情况等8行政法规执行措施（1）消防设计专篇；设计依据（法律、法规）通过工艺过程分析建筑物生产类别、确定耐火极限、设置防火分区从建筑、通风与空调、电气、给排水、工艺设备方面说明采取的消防措施考核要求：（2）环境保护专篇；编制要点：设计依据（法律、法规）分析工程主要污染源列出具体污染物（气、液、固、声）简要叙述采取的措施考核要求：（3）劳动安全卫生专篇；编制要点：设计依据（法律、法规）生产过程的危害因素分析从工艺设备、通风、电气、自控安全、火灾报警方面说明采取的消防措施考核要求：（4）节能专篇编制要点：说明具体的节能措施（考核重点，自由发挥）工艺设备、建筑。9GMP专篇（1）洁净区域划分和空气洁净等级说明；（2）车间人物流设施说明；（3）空调系统设置、除尘及局部排风说明；（4）净化装修说明（5）工艺设备选型说明（6）公用工程设施符合GMP要求的说明编制要点：总体描述（不能忽视GMP是药品生产的全过程）各章节围绕满足药品洁净生产过程说明，形成净化区域划分及人物流流向图，描述的准确性是考核重点10存在问题及建议按实际情况说明设计存在问题并提出建议。编制要点：对工程设计问题的想法和建议将得到重视表1-3 设计图纸和表格内容深度序号设计图纸及表格设计深度及内容1工艺管道及仪表流程图（PID）工艺管道及仪表流程图（PID）应标明工艺设备与管道（含管道附件）工艺流程、流体流动方向或物料交接位置、物料代号、管径、管道保温、设备名称和编号、控制方法、测量与控制仪表回路功能标识、测量与控制点位置、图例、图纸名称等。2工艺设备一览表工艺设备一览表应标明设备名称、规格、技术参数、材质、数量等3工艺设备平面布置图工艺设备平面布置图应标明建筑平面和轴线、柱间距、主要设备布置定位尺寸（必要时画出剖面图）、设备名称和编号、操作平台、制图比例、图纸名称等4净化区域划分及人流物流流向图净化区域划分及人流物流流向图应标明建筑平面和轴线、柱间距、生产区域及净化区域名称、洁净区洁净度等级、人流物流流动方向、指北针、制图比例、图纸名称等1.4 国家建设工程设计相关标准和规范设计中使用的相关标准、规范及文献和资料请见表1-4 设计中使用的相关标准、规范表1-4 设计中使用的相关标准、规范序号标准及法规标准名称及法规中华人民共和国药品管理法1GMP(2010)药品生产质量管理规范2HG23011-1999中华人民共和国化工行业标准GB500162006建筑设计防火规范3G400I1650化工工艺手册选型4GB309693城市区域环境噪声标准5GBZ1-2002工业企业设计卫生标准6SH3021-2001石油化工仪表及管道隔离和吹洗设计规范7SH/T3016-90石油化工企业循环水场设计规范8SH3010-2000石油化工设备和管道隔热技术规范9SY/T10043-2002泄压和减压系统指南10SY/T0075-2002油罐区防火堤设计规范11SH3017-1999石油化工生产建筑设计规范12SY/T10043-2002泄压和减压系统指南13GB1047-95中国机械工业标准汇编（阀门卷）14SY/T6673-2006常压与低压储罐通风的推荐作法15SY/T6306-1997易燃、可燃液体常压储罐的内外灭火16GB50177-2005氢气站设计规范17GB50028-2006城镇燃气设计规范18GB50073-2001洁净厂房设计规范19GB/T12237-2007石油、化工及相关工业用的钢制球阀20GB50187-93工业企业总平面设计规范21GB50483-2009化工建设项目环境保护设计规范22GB12158-2006防静电事故通用导则23GB209-2006工业用氢氧化钠24GB/T3728-2007工业用乙酸乙酯25HG20559.593管道仪表流程图物料代号和缩写词26HG20559.493管道仪表流程图管道编号及标注27HG20559.693管道仪表流程图隔热、保温、防火和隔声代号28HG20559.793管道仪表流程图设备位号29SY/T6623-2005内覆或衬里耐腐蚀合金复合钢管规范表1-5 设计中使用的相关文献和资料序号手册及文献资料法规名称1中国石化集团上海工程有限公司化工工艺设计手册M北京：化学工业出版社，20092董大勤化工设备机械基础M北京：化学工业出版社，20033尹芳华，李为民化学反应工程基础M北京：中国石化出版社，20004臧福璐录，应金良.化学反应器的计算和分析M北京：中国石化出版社，19985林大钧，于传浩，杨静.化工制图M北京：高等教育出版社，20086蔡爽.AutoCAD 2004 中文版标准教程M北京：中国青年出版社，20047陈声宗化工设计M北京：化学工业出版社，20088马沛生化工数据M北京：中国石化出版社，2003:12-169刘天齐，黄小林，刑连壁，等三废处理工程技术手册M北京：化学工业出版社，200410刘光启，马连湘，刘杰化学化工物性数据手册M. 北京：化学工业出版社，2002无机卷11刘光启，马连湘，刘杰化学化工物性数据手册 有机卷1.5设计原则化学原料药多功能车间设计依次生产三个化学原料药硫辛酸（Thioctic Acid）、依非韦仑（Efavirenz）、和缬沙坦（Valsartan），该生产过程中涉及危险品及爆炸性气体，比如可燃性气体氢气、有机溶剂丙酮、乙酸乙酯及丁酸甲酯，和通常见空气和水份燃烧的有机金属化合物，以及压力容器等，所以，整个设计的原则必须符合国家有关化工设计的安全规范和标准及设计规范，因此化学原料药多功能车间设计遵循以下原则。1.5.1化工过程设计原则（1）装置布置设计必须采取三重安全措施 首先预防一次危险引起的次生危险， 其次是一旦发生危险， 则尽可能限制其危害程度和范围， 第三次是次生危险发生以后，能为及时抢救和安全疏散提供方便条件。 （2） 装置布置设计应满足工艺设计的要求 装置布置设计应满足工艺设计的要求满足生产和运输的要求；满足安全和卫生要求；满足有关的标准和规范；（3）装置布置设计应满足操作、检修和施工的要求； 装置布置设计应满足操作、检修和施工的要求可操作和管理；一个装置能够长期运转，需要对设备仪表和管道进行经常性的维护和 检修； 可施工；在装置布置设计时应将上述操作、检修、施工所需要的通道、场地、 空间结合起来综合考虑；（4）装置布置设计应满足全厂总体规划的要求，考虑工厂发展，留有余地；（5）装置布置设计应适应所在地区的自然条件； 装置布置设计应适应所在地区的自然条件结合所在地区的气温、降雨量、风沙等气候条件和生产过程特点以及某些设备的特殊要求； 结合所在地区的地形特点；装置布置设计应结合地质条件。 装置布置设计考虑风向的影响，主要为了尽可能避免因风向而引起的火灾和尽量减少因风向而造成的污染；（6） 装置布置设计应力求经济合理 装置布置设计应力求经济合理节约占地减少能耗；经济合理的典型布置。 1.5.2 原料药生产车间设计原则 针对原料药生产车间设计，设计原则需要符合GMP设计规范，即医药工业洁净厂房设计规范，对车间总平面布置，工艺设计，设备，建筑，空气净化，给排水，电气等作了具体详细的规定和说明，可操作性较强。（1）总平面布置 应考虑防止与其他产品的交叉污染；原药和制剂产品兼有的药厂，原料药生产区应置三废处理，锅炉房等有严重污染的区域应置于厂房的最大频率风向下风侧；危险品库应设于厂区安全位置，并相应的采取保护措施；厂区主要道路应贯彻人流与物流分流的原则工艺设计；（2）工艺布局由于药品生产的工艺流程日益复杂，使用的原材料品种规格繁多，加上生产员工较多以及操作频繁，很容易造成人为差错和产品的交叉污染因此，医药工业洁净厂房的工艺布局应能防止人流，物流之间的混杂和交叉污染，GMP设计规范提出四个基本要求分别设置人员和物料的进出口通道； 人员和物料进入洁净生产区应有各自的净化用室和设施；生产操作区内应只设置必要的工艺设备和设施； 输送人员和物料的电梯宜分开。对洁净房间布置，生产辅助用室的布置和洁净度等级符合GMP设计规范， 人员净化是医药工业洁净厂房能否达到 GMP要求关键的一环在众多的污染源中，人是最大的污染源人进入洁净区，如果不进行净化或净化效果不佳，会带入大量的微粒和微生物，严重影响到洁净区的空气洁净度。（3）设备 设备及其安装质量关系到洁净厂房的洁净效果需要符合GMP设计规范要求，洁净室内应采用防尘，防微生物污染的设备和设施，对设备的结构，零部件，内外表面，传动部件，过滤装置等的材料，性能，附件及其安装都要符合规定。当设备安装在跨越不同洁净度等级的房间或墙面时，除考虑固定外，还应采用可靠的密封隔断装置，以保证达到不同等级的洁净要求。不同空气洁净度区域之间的物料传递如采用传送带时，为防止交叉污染，传送带不宜穿越隔断，宜在隔断两侧分段传送。不可灭菌产品生产区中，不同空气洁净度区域之间的物料传递，则必须分段传送，除非该传送装置采用连续消毒方式。另外，高活性，有毒害药物的生产设备，必须专用；艺管道及给排水管道在医药工业洁净厂房的工艺管道中，其种类，材质，输送的介质，介质特性，安全保证措施等也要遵循GMP设计规范对工艺管道的材料，安装，保温以及安全等方面的规。同时由于医药工业生产用水量大，用水种类多，水质要求严。GMP设计规范对给水，排水系统的管材，管道安装等都要符合GMP设计规范；，洁净室内的地漏一直是洁净厂房设计的难点，GMP设计规范和洁净厂房设计规范中对洁净地漏的要求也不同空气净化系统GMP 设计规范规定下列情况的空气净化系统，如经处理仍不能避免交叉污染时，则不应采用回风。（4）洁净区规范a. 固体物料的粉碎，称量，配料，混合，制粒，压片，包衣，灌装等工序；b. 固体口服制剂的颗粒，成品干燥设备所使用的净化空气；c. 用有机溶媒精制的原料药精制，干燥工序； d. 凡工艺过程中产生大量有害物质，挥发性气体的生产工序。洁净室的气流组织是洁净空高活性，有毒害药物的生产，有着特殊要求，GMP设计规范作了特殊规定这 些药物的精制，干燥室和分装室，室内要保持正压，与相邻房间或区域之间要保持相对负压生产或分装这些药物的房间的送风口和排风口均应安装高效过滤器，使这些药物引起的污染危 险降低到最低限度；其空调净化系统应于其他药物的空调净化系统完全分开，防止交叉污染； 其排风口与其他药物空调净化系统的新风口之间应相隔一定的距离。1.6 生产能力和产品方案 设计任务是多功能车间设计，用于生产硫辛酸、依非韦仑及缬沙坦，初步预定每种药品依次生产100天，总产量分别为25吨，纯度要求为99.5%，纸板桶包装，规格为25kg/桶，根据工艺要求，硫辛酸生产以硫化钠、硫磺、6,8-二氯辛酸乙酯等为原料，经环合、水解、精制等过程制得，依非韦伦以环丙基乙炔锂、4-氯-2-(三氟乙酰基)苯胺为原料，经加成、环合、精制等过程制得。缬沙坦以N-正戊酰基缬氨酸甲酯衍生物为起始原料，经加氢还原、精制等过程制得，通过分析每个药品的生产工艺过程设计合理工艺路线，寻求不同产品的相通之处，根据产品的产能限制、交替生产的约束条件、操作周期的差异、工艺路线的长短来确定产品的组合方案，实现多功能生产目标。第2章 工艺说明2.1硫辛酸的合成工艺2.1.1硫辛酸产品简介（1）硫辛酸化学分子结构式： （2）化学名称：DL-硫辛酸;阿尔法硫辛酸;类脂酸;DL-硫辛酸;-硫辛酸（3）英文名称：thioctic acid（4）分子式：C8H13O2S2（5）分子量：206.3182（6）质量标准：淡黄色针状结晶体，含量99.5%2.1.2 硫辛酸合成工艺路线硫辛酸生产以水合硫化钠、硫磺、6，8-二氯辛酸乙酯、二硫化钠、纯化水为原料，经环合、水解、酸化等过程制得。主要化学反应方程式如下：（1）二硫化钠制备Na2S. 9H2O + S Na2S2+9H2O（2）环合反应（3）水解、酸化反应图2-1 硫辛酸工艺流程框图图2-1 硫辛酸工艺流程框图（续）图2-1 硫辛酸工艺流程框图（续）图2-1 硫辛酸工艺流程框图（续）2.1.3硫辛酸生产工艺流程图 图2-2 硫辛酸生产工艺流程简图（红线表示物料走向）2.1.4 硫辛酸生产工艺AspenPlus流模拟图 硫辛酸工艺流程说明见2.1.5硫辛酸工艺流程说明。2.1.5 硫辛酸工艺流程说明 二硫化钠制备及环合反应（1）在环合反应釜中加入0.5w纯化水、1.1w水合硫化钠搅拌升温至60摄氏度，分批加入0.17w硫磺粉，反应物料为1.77w。产物组成是0.504w的过硫化钠和大量的水，还有0.023w没用完的硫粉，产物及剩余物共1.77w。（2）1.5个小时之后，在此液中分别加入2W的乙醇和0.09W四丁基溴化铵（作催化剂），之后升温到75摄氏度，缓慢滴加1w 6，8-二氯辛酸乙酯，约2个小时，环合反应物料为4.86w。产物组成是0.972W的硫辛酸乙酯和0.470w的氯化钠，未反应完的0.062w的过硫化钠和催化剂，上步不参加反应的水。产物及剩余物料为4.86w。（3）加热回流，反应需要8小时，待环合液冷却至室温待用。环合收率58%。 水解、酸化反应（1）在上述环合液中，缓慢加入20%的氢氧化钠溶液0.9w,升温至60，反应3 时。反应物料为5.76w。反应产物组成0.947w的硫辛酸钠和2.191w的乙醇（加上上步作为催化剂使用的），剩余物组成0.023w的硫粉，1.963w的水，0.062w的过硫化钠，0.470w的氯化钠，0.09w的四丁基溴化铵和没反应完的0.014w的氢氧化钠。产物及剩余物料为5.76w。（2）将上述反应液减压浓缩除去乙醇（和少量水）共2.2138w，馏出液约为反应液体积的1/2。剩余物料为3.5462w。（3）将浓缩液降至室温。然后缓慢加入适量2mol/L 盐酸，调节体系pH 值至2共2.4886w（加入过程耗时约1.5 小时）。（4）用2.5W 乙酸乙酯萃取上述酸化液，有机相用饱和食盐水洗涤分层，再用无水硫酸镁干燥，过滤，最后有机相为1.25w的乙酸乙酯和0.8556w的硫辛酸。水相经预处理后将硫粉和过硫化钠四丁基溴化铵回收利用。其余排至污水处理站。 （5）有机相减压浓缩，馏出液约为上述有机相体积的1/2。剩余液为2.1056w（组成为0.8556w的硫辛酸和1.25w的乙酸乙酯），馏出的乙酸乙酯回收利用。（6）将浓缩液缓慢冷却至10以下，结晶、离心，除去乙酸乙酯。（7）用0.1w 乙酸乙酯和0.2139w的水淋洗，淋洗物料为1.1695w。滤饼（含湿量为20%）转移至干燥器，在真空度0.08MPa 条件下干燥，得淡黄色针状粗品约大于1w（粗品含量99%）。回收离心母液和馏出液中的溶剂套用，回收率为90%，残留物送至市政处理。水解收率为90%。2.2依非韦伦合成工艺2.2.1依非韦伦产品简介 （1）依非韦伦化学分子结构式： （2）化学名称：(S)-6-氯-4-(环丙基乙炔基)-1，4-氢-4-(三氟甲基)-2H-3,1-氧氮杂萘-2-酮。 （3）英文名：Efavirenz （4）分子式为：C14H9ClF3NO2 （5）分子量为：315.68 （6）.质量标准：白色晶体，含量99.5%。2.2.2依非韦伦合成工艺路线依非韦伦生产以环丙基乙炔锂、4-氯-2-(三氟乙酰基)苯胺为原料，经加成、环合、结晶等过程制得。主要化学反应方程式如下：（1）加成反应图2-3 依非韦伦加成反应方程式 （2）环合反应图2-4 依非韦伦环合反应方程式图2-5 依非韦伦生产工艺流程框图图2-6 依非韦伦生产工艺流程框图（续）1462.2.3依非韦伦生产工艺流程图图2-7 依非韦伦生产工艺流程简图（红线表示物料走向）依非韦伦流程简介见2.2.5工艺流程说明2.2.4 依非韦伦生产工艺AspenPlus流模拟图 依非韦伦流程简介见2.2.5工艺流程说明。2.2.5依非韦伦生产工艺流程说明（1）加成工序 将2W 丙酮、0.07W 的A、0.48W 的B 加入加成反应釜中（先向加成缩反应釜通入氮气三次待用保证干燥环境，防止爆炸）。将混合溶（混合溶液、混合溶液II、混合溶液III）依次加入加成反应釜，搅拌溶解，反应得到加成液。 将加成液加入到减压浓缩釜进行减压浓缩，馏出液约为加成液体积的3/4（溜出液为丙酮），馏出液送厂外回收处理。（注意保持反应在合适温度）加入3W 乙酸乙酯，溶解浓缩物，再加入1W 冰水，控制温度在05淬灭反应（约1 小时）。 加入1W 纯化水洗涤静置分层，水相经预处理后排至污水处理站，（维持温度在合适范围内），有机相（环丙基乙炔、C13H9ClF3NO2 、乙烷、乙酸乙酯，环丙基乙炔，乙炔回收处理）过滤、减压浓缩， 馏出液约为上述有机相总体积的1/2（LiOH,Zn(OH)2）。 浓缩液冷却至10以下，结晶，离心（回收离心母液和馏出液中的乙酸乙酯套用），用0.1W 乙酸乙酯淋洗，滤饼（含湿量为20%）转移至真空干燥器，在真空度P0.08MPa 条件下干燥，得加成物（加成物含量99%）。（2）环合工序 将加成物加入环合釜，再加入3W 乙酸乙酯，搅拌溶解，加入0.55W 氯甲酸甲酯、0.95W 碳酸钠和5W 纯化水制得的溶液，快速搅拌反应（约6 小时）控制反应温度在35。 用1W 纯化水洗分层，水相（水、碳酸钠、NaCl、NaHCO3）再用0.6W 乙酸乙酯萃取，合并有机相（C14H9ClF3NO2、乙酸乙酯、氯甲酸甲酯、MeOH） 用0.2W无水硫酸钠干燥（约4 小时），过滤出硫酸钠后（无水硫酸钠的回收处理）。 滤液经减压浓缩（馏出液约为上述滤液总体积的1/2）、结晶、离心。 用0.1W 乙酸乙酯淋洗，滤饼（含湿量为20%）转移至干燥器，在真空度0.08MPa 条件下干燥，得环合粗品（环合粗品含量99%）。（3）精制工序 向脱色釜中加入1.9W 乙酸乙酯、1W 环合粗品、0.15W 活性炭。加热至回流5 小时（加热回流温度在77.1以下），脱碳过滤。（活性炭等废液回收处理）将滤液转移至结晶釜，缓慢冷却至5结晶，经固液分离有机相（依非韦伦、乙酸乙酯），用0.1W 乙酸乙酯淋洗，滤饼（含湿量为20%）。在真空度0.08MPa 条件下干燥，得依非韦伦精品（依非韦伦精品含量99.5%）。回收精制母液中的乙酸乙酯套用。2.3 缬沙坦合成工艺2.3.1 缬沙坦产品简介（1）化学结构式： （2）化学名称：N-（1-戊酰基)-N-4-2-（1H-四氮唑-5-基）苯基苄基-L-缬氨酸（3）缬沙坦英文名：Valsartan（4）分子式为：C24H29N5O （5）分子量：435.52 （6）.质量标准：白色结晶体，含量99.5%。2.3.2 合成工艺路线缬沙坦是以N-正戊酰基缬氨酸甲酯为起始原料，经加氢还原、精制而成。主要化学反应方程式如下： 图2-8 缬沙坦氢化还原反应方程式图2-9 缬沙坦生产工艺流程框图2.3.3 缬沙坦生产工艺流程图 图2-10 缬沙坦生产工艺流程简图（红线表示物料走向）缬沙坦工艺流程简介见2.2.5工艺流程说明。2.2.4 缬沙坦生产工艺流程AspenPlus模拟图 缬沙坦工艺流程简介见2.2.5工艺流程说明。2.3.5 缬沙坦工艺流程说明（1）氢化还原工序 在氢化反应釜中，依次加入4W 醋酸异丁酯、1W 的N-正戊酰基缬氨酸甲酯、0.01WPd-C，加热至 7075使其溶解（反应液比容约为950kg/m3），降温通氢气，控制温度在38、压力0.10.2MPa，反应8 小时，停搅拌，降至常温，压滤，回收Pd-C。 滤液转移至浓缩釜，减压浓缩至干，回收醋酸异丁酯套用，回收率95%。向浓缩釜中加入2W 乙酸乙酯，溶解浓缩物，再加入1W 水，进行水洗分层，水相用1.5W 乙酸乙酯分三次提取，合并有机相。水相经预处理后排至污水处理站。 将有机相减压浓缩（馏出液约为上述有机相总体积的1/4）、冷却降温至5 结晶，离心，滤饼（含湿量为20%）转移至干燥器，在真空度0.08MPa 条件下干燥，得缬沙坦粗品（缬沙坦粗品95%）。 回收母液和馏出液中乙酸乙酯套用，回收率90%，残留物送至市政处理。氢化还原收率为92%。（2）精制工序 在脱色釜中加入4W 丙酮、1W 缬沙坦粗品，0.1W 活性炭，加热回流4 小时，脱碳过滤。将滤液转移至结晶釜中，缓慢冷却至5结晶，经固液分离，在真空度0.08MPa 条件下干燥，得缬沙坦精品（含量99.5%）。回收母液中的丙酮套用，回收率90%。精制收率为94%。（4）粉碎包装 按要求粉碎、待检。检验合格后，进行内包、外包、入库。收率为99.5%2.4药品GMP固体车间及粉碎，过筛标准操作程序2.4.1粉碎、筛分和干燥（1） 筛分 筛分即是用筛将粉末按规定的粒度要求分离开来的操作过程，是药品生产中的基本单元操作之一，其目的是获得粒度比较均匀的物料。医药工业中长用筛分要点的是将欲分离的物料放在筛网上采用集中方法使粒子运动，并与筛网面接触，小于筛孔的粒子漏到筛下，振动筛是常用的筛。（2） 干燥 要确定干燥室温度的升高不会引起药品的降解或发生氧化反应，在干燥过程中保证异物不得进入药品中。加热空气干燥时，热空气中可能携带灰尘与微生物等，再者是含设备中不能积存物料或其他杂质，采用流化床干燥时注意排气的交叉感染，排气要经过除尘过滤。由于药物生产对批号及整批均一性的要求，对连续操作或是分盘干燥的一整批物料，就需要整机混合式这批物料质量均一，所以在可能的情况下优先考虑采用分批干燥的方式。为了在干燥器中不积存物料，除了内壁光洁以外在结构上要防止锐角，避免丝网或多孔结构，以利清晰彻底。干燥的温度一般在40-60，特别对热稳定的药物可适当放宽至70-80，甚至可提高到80-100.干燥程度根据药物的稳定性不同有不同要求，一般为3%左右。2.4.2包装说明及流程标准（1） 包装操作规程 规定降低污染和交叉污染、混淆或差错风险，包装开始前应当进行检查，确保工作场所、包装生产线、印刷机及其他设备已处于清洁或待用状态，无上批遗留的产品、文件或与本批产品包装无关的物料。检查结果应当有记录（2）检查工房、设备的清洁状况，检查清场合格证，核对其有效期，取下标示牌，按生产部门标识管理规定定置管理，配制班长按生产指令填写工作状态，挂生产标示牌于指定位置。自原辅料暂存间领取物料，核对其品名、批号和重量，并对物料进行目检，根据生产工艺要求对物料进行预处理。（3）用75%乙醇擦拭消毒预处理设备及所用的容器具、工具，并将粉碎、过筛设备装好待用，按工艺规程要求对需进行粉碎的物料进行粉碎操作，严格按高效粉碎机标准操作规程进行操作。（4）按工艺规程要求对需进行分筛的物料选用规定目数的筛网，严格按振荡筛标准操作规程进行操作，将处理好的原辅料分别装于内有洁净塑料袋的洁净容器中，桶内外各附在产物标签一张，标明品名、规格、批号、数量、日期和操作者等，送入暂存间存放。 （5）生产完毕，填写生产记录。取下标示牌，挂清场牌，按清场标准操作程序，粉碎机及振荡筛清洁标准操作程序、生产用容器具清洁标准操作程序进行清场、清洁，清场完毕，填写清场记录。报质监员检查合格后，发清场合格证，挂已清场牌。（6）包装注意要点：a、包装外观；b、包装是否完整；c、产品和包装材料是否正确；d、打印信息是否正确；e、在线监控装置的功能是否正常。2.5生产工艺注意事项（1）物料粉碎前应目检，防止异物混入。（2）筛网每次使用前后均应检查，发现破损应调查原因，并及时更换。（3）粉碎机应空载起动，起动顺畅后，再缓慢、均匀加料，不可过急加料，以防粉碎机过载引致塞机、死机。（4）发现机器故障，必须停机，关闭电源，通知维修人员前来修理，不可私自进行修理，以防意外发生。（5）定期为机器加润滑油。（6）每次使用完毕，必须关掉电源，方可进行清洁。第3章 生产制度3.1硫辛酸 年工作时间：80天 生产班制：8 小时/班 生产方式：间歇操作 总生产量：25吨 日平均生产量：0.3125吨 硫辛酸的生产班次为三班次3.2依非韦伦 年工作时间：100天 生产班制：8 小时/班 生产方式：间歇操作 总生产量：25吨 日平均生产量：0.25吨 依非韦伦的生产班次为三班次3.3缬沙坦 年工作时间：100天 生产班制：8 小时/班 生产方式：间歇操作 总生产量：25吨 日平均生产量：0.25吨 缬沙坦的生产班次为两班次第4章 物料衡算与能量衡算4.1缬沙坦的物料计算和能量计算4.1.1缬沙坦的物料衡算4.1.1.1计算基准 (1) 年产量：25000kg （2）年生产时间：2400h （3）.转化率：85.60%4.1.1.2 缬沙坦的物料衡算 缬沙坦氢化反应表4-1 缬沙坦氢化反应投料比原辅料名称规格质量比（W*）N-正戊酰基缬氨酸甲酯99%1.0醋酸异丁酯99%4.05%Pd-C(钯-碳）工业0.01乙酸乙酯99%3.5纯化水符合药典标准1.0 *注：W为N-正戊酰基缬氨酸甲酯批投料质量 （1）在缬沙坦氢化反应釜中，依次加入1W醋酸异丁酯、4WN-正戊酰基缬氨酸甲酯、0.01W Pd-C，加热至7075使其溶解（反应液比容约为950kg/m ） 由反应液比容约为950kg/m3 ，可得反应液的密度为= 950kg/m。 （2）降温通氢气，控制温度在38，压力控制在0.10.2MPa图4-1 缬沙坦氢化反应方程式：经计算，缬沙坦氢化反应过程中应投入氢气 0.00462W氢气的投料量：应考虑反应釜中的氢气滞留量所以实则应投入的氢气得量是 2/433 .21 1.25 = 0.00577W故反应后氢气在反应釜中的滞留量为 0.00577W 0.00462W = 0.00115W氢气的转化率为：（0.00462 /0.00577） 100% = 80.07%缬沙坦粗品的理论产量 1.0047 W忽略氢气体积，钯碳的密度=12.02g/cm3，则反应釜的体积Vm/=(1W+4W)/950kg/m3+0.01W/12.02g/cm3=1522.04L+0.24L =1522.28 L实际氢化反应釜体积1.251.50倍(即1902.86 L2383.47 L) 取 V =2m3表4-2氢化反应后反应釜剩余物质的质量比物料质量理论值备注醋酸异丁酯4W投料量缬沙坦粗品1.00466287W产量Pd-C0.01W回收量氢气0.00115W剩余量(3) 反应8小时，停止搅拌，降至常温（25），压滤，回收Pd-C查阅资料显示，Pd-C在化工合成中作为催化剂的实际回收率为90%（最大值） 实际回收得到钯碳的质量M = 0.01 W0.9 = 0.009 W压滤机的体积V1522.04L+0.24L=1522.281L取 V =2m3(4) 滤液转移至浓缩釜，减压浓缩至干，回收醋酸异丁酯套用，回收率为95%醋酸异丁酯的回收质量为：m = 4 W 0.95 = 3.8W减压浓缩后浓缩物的质量m = 1.00581287-0.00115=1.00466287W浓缩釜的体积V滤液的体积=1522.04432 L；取 V =2 m3(醋酸异丁酯的密度=0.875g/cm3，浓缩掉的醋酸异丁酯的体积V=m/= 4W/0.875g/cm3 = 1322.0041L.)(5) 向浓缩釜中加入2W乙酸乙酯，溶解浓缩物，再加入1W水，进行水洗分层。表4-3缬沙坦水洗分层投料比物料组成质量投料比乙酸乙酯2W49.94%浓缩物1.00466287W25.09%水1W24.97%乙酸乙酯的密度=0.897g/cm3；水的密度=1g/cm3.浓缩釜的体积V滤液的体积-浓缩掉的醋酸异丁酯的体积V=1522.0443L-1322.0443+2W/0.897g/cm3+1W/1g/cm3=1522.04432L-1322.0041L+644.7902L+289.18842L =1134.0188L 取 V =2 m3(6) 水相用1.5W乙酸乙酯分三次提取，合并有机相。水相经预处理后排至污水处理站。有机相总量=1.5W + 1.00466287W + 2W=4.50466287W忽略水相溶解物的影响，提取装置的体积为：V1.5W/0.897g/cm3+1W/1g/cm3=772.78102W. 取 V =1.5m3(7) 将有机相减压浓缩（溜出液约为上述有机相总体积的1/4）。此时有机相中，缬沙坦粗品溶解在乙酸乙酯中，总有机相的体积就约等于乙酸乙酯的体积，总有机相的密度也就相应等于乙酸乙酯的密度，有m=v所以馏出液的质量也就约等于总有机相的质量乘以1/4=3.5W1/4=0.875W。减压浓缩后的有机相剩余量=3.5W + 1.00466287W - 0.875W = 3.62966287W减压浓缩装置的体积(忽略缬沙坦粗品溶解在乙酸乙酯中对体积和密度的影响）V=m/=(1.5W+2W)/0.897g/cm3=1128.3828L。 取 V =2 m3(8) 冷却降至5结晶，离心，滤饼（含湿量为20%）转移至干燥器。由于滤饼含湿量为20%，即此时滤饼含有的乙酸乙酯的质量=1.00466287W/0.8*0.2=0.25116572W,所以滤饼的总质量=1.00466287W+0.25116572W=1.25582859W；结晶离心装置的体积V=3/4 * 1128.3828L=864.2871 L；估计滤饼的密度=2g/cm3，所以滤饼的体积V=m/=1.25582859W/2g/cm3=181.5855L.干燥器的体积V=181.5855L.(9) 在真空度0.08MPa条件下干燥，得到缬沙坦粗品（缬沙坦粗品95%）。缬沙坦粗品的质量=1.00466287W/0.95=1.05753986W。表4-4 滤饼的主要组成成分物料质量含量比缬沙坦粗品1.00466287W80%乙酸乙酯0.25116572W20%(10) 回收母液和溜出液中乙酸乙酯套用，回收率90%，残留物送至市政府处理。 乙酸乙酯的回收质量=0.875W*0.9=0.7875W氢化还原收率为92%，故反应后缬沙坦粗品的实际产量为： 1.00466287 W 92% = 0.92428984 W缬沙坦的精制工序表4-5缬沙坦精制各物质的投料比投料名称规格质量比（W*)缬沙坦粗品中间体1.0丙酮99%4.0活性炭医用级0.1 注：结晶反应釜中温度设置在5，控制在压力度0.8MPa条件下干燥。(1) 在氢化反应釜中加入0.92428984W缬沙坦粗品，3.69715939W丙酮，0.09242898W活性炭，加热回流4小时，脱碳过滤。滤液剩余质量0.92428984W+3.69715939W=4.62144923W；丙酮的密度=0.791g/cm3；活性炭的密度=0.5g/cm3氢化反应釜的体积V=V（丙酮）+V（活性炭）=A(2) 将滤液转移至结晶釜中，缓慢冷却至5结晶，经固液分离，在真空度0.08MPa条件下干燥，得缬沙坦精品（含量99.5%）,回收母液中的丙酮套用，回收率90%，精制回收率94%。缬沙坦精品质量=0.92428984W*0.94*0.995=0.86448829W丙酮回收质量 =3.69715939*0.9=3.32744345W结晶釜的体积V=A按要求粉碎待检。检验合格后，进行内包外干燥装置的体积（小于滤饼的体积）V=181.5855L 取 V = 1 m3缬沙坦粉碎包装包入库。 收率为99.5% 缬沙坦日产量=0.91966839W*0.995=0.91507005W（附：“W”值的计算：缬沙坦年总产量：25 t ，生产工作日：100天，则日产量为：n1=25 t / 100天 = 0.25 t/天）缬沙坦的实际日产量为：n2= 1.00466287W 92% 94% 99.5% = 0.86448829 W n1 = n2 W = 0.28918842t表4-6 缬沙坦反应流程中各物料的物料衡算物料氢气N-正戊酰基缬氨酸甲酯乙酸乙酯醋酸异丁酯Pd-C水质量/W0.005774.03.54.00.011一天/ t0.0016686171.156753681.012159471.156753680.0028918840.28918842100天/ t0.1668617115.675368-115.675368-28.918842表4-7 缬沙坦实际日生产量产品日生产量 / t备注精致缬沙坦0.29053687产量控制比生产定量高，保证产品的量。缬沙坦粉碎加工查阅文献得知缬沙坦药物性状为粉末状态。4.1.2缬沙坦的能量衡算1热量衡算是一般以273K为基准温度，以液体为基准物质。2能量公式为 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6其中： Q1：物料带入到设备的热量 KJ Q2：加热剂或冷却剂传给设备和处理物料的热量 KJ Q3：过程热效应KJ Q4：物料离开时设备带走的热量KJ Q6：设备向环境散失的热量KJ说明： Q3放热为正，吸热为负。Q5+Q6为Q4+Q5+Q6的5%10% Q1，Q4都可以由Q=mM*Cp* Cp为平均热容J/(molK)制备缬沙坦各物质的物性数据见表4-1-7表4-1-7 制备缬沙坦各物质的物性数据表物质名称（温 度/T） 热容J/(molK)摩尔质量g/mol醋酸异丁酯(350.15K) 174.78116.1583(389.15K) 354.83(293.15K) 230.614(343.5K) 238.15(313.15K) 255.898N-正戊酰基缬氨酸甲酯(293.15K) 433.52433.52(343.15K) 738.24(313.15K) 707.48缬沙坦(278.15K) 1001.3435.52(293.15K) 1045.6(311.15K) 1202.44(389.15K) 1254.72(350.15K) 435.52(349.15K) 1322.68丙酮(293.15K) 77.3758.8(349.15K) 83.42(278.15K) 74.82乙酸乙酯(278.15K) 157.1388.11(350.15K) 174.78(293.15K) 165.4氢气（311.15K） 28.1252（1）溶解N-正戊酰基缬氨酸甲酯将4w醋酸异丁酯和1w N-正戊酰基缬氨酸甲酯加进反应釜中加热70-75溶解，对于N-正戊酰基缬氨酸甲酯的加热溶解(假设加热溶解需要一个小时)过程。缬沙坦溶解过程的热量计算Q1(或Q4)=mM*Cp*(T1-T0)T0，T1为物料进料和出料时的温度。a. Q1的计算：设投料时温度为20 Cp表示热容 醋酸异丁酯带进的热量： Q11=4w116.1583293.15Cp 293.15K Cp=230.614J/(molK) w=0.2892t Q11=40.2892t116.1583293.15230.614J=673261.22KJ N-正戊酰基缬氨酸甲酯 Q12=1W433.52293.15Cp Cp=615.2J/(molK) Q12=0.2892t433.52293.15615.2J=120308.24KJ Q1=Q11+Q12=673261.22J120308.24J=793569.46KJb. Q4的计算：出料时温度为70醋酸异丁酯带出的热量： Cp=238.331J/(molK) Q41=4w116.1583343.15Cp Q41=40.2892t116.1583343.15238.331J=861931.58KJ N-正戊酰基缬氨酸甲酯: Q42=1W433.52343.15Cp Cp=738.24J/(mol*K) Q42=10.2829t433.52343.15738.24J=174947.375KJ Q4=Q41+Q42=861931.58J174947.375J=1036878.955KJ c. Q3的计算：该反应发生过程热只有相变热（溶解热）由欣达法则可求出Q3： 式中 -溶解热，J/(molK); 凝固点,K; 对无机化合物，此常数为20.92-29.29， 对有机化合物，此值为37.66-46.02 对元素,此值为 8.37-12.55 Q3=（116+273.15）40J10.2829t433.52=10157.82KJd. Q4和Q5的计算 按工艺流程的经验可以有 Q5+Q6=5%-10%（Q4+Q5+Q6） 故有 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4 由上面知Q1，Q3，Q4，故可以求Q2 Q2=336839.51KJ溶解N-正戊酰基缬氨酸甲酯过程的能量衡算见表4-1-8表4-1-8 溶解N-正戊酰基缬氨酸甲酯过程的能量衡算输入输出符号项目名称热量（KJ)符号项目名称热量（KJ）Q1原料输入热量Q11醋酸异丁酯673261.22793569.46Q4出料带走热量Q41醋酸异丁酯861931.581036878.95Q12N-正戊酰基缬氨酸甲酯120308.24Q42N-正戊酰基缬氨酸甲酯174947.375Q2加热剂供给设备的热量331431.39Q5加热或冷却设备所需热量103687.89Q3过程热效应10157.82Q6设备散失的热量（2）降温至38a. Q1的计算 醋酸异丁酯所要带进的热量 Q11=40.2892t116.1583343.15238.331J=861931.58KJ N-正戊酰基缬氨酸甲酯 Q12=1W433.52343.15Cp =10.2829t433.52363.15738.24J=174947.375KJ Q1=Q11+Q12=861931.58J174947.375J=1036878.955KJb. Q4的计算： 醋酸异丁酯所要带走的热量 Q41=4w116.1583311.15Cp Cp=255.898J/(molK) Q41=40.2829t116.1583311.15255.898J=775674.27KJ N-正戊酰基缬氨酸甲酯 Q42=1W433.52311.15Cp =0.2829t433.52311.15707.48J=143650.71KJCp=707.48J/(molK) Q4=Q41+Q42=775674.27KJ+143650.71KJ=919324.98KJc. Q3=0 降温过程没有相变，也没有焓变。d. Q5和Q6的计算 按工艺流程要求可以有 Q5+Q6=5%-10%（Q4+Q5+Q6） 故有 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4 由上面知Q1，Q3，Q4，故可以求Q2Q2=-25621.477KJ表4-1-9 降温至38的能量衡算 输入 输出符号 项目名称热量（KJ）符号 项目名称 热量（KJ） Q1原料输入热量Q11醋酸异丁酯861931.581036878.955Q4出料带走热量Q41醋酸异丁酯775674.27919342.98Q12N-正戊酰基缬氨酸甲酯174947.375Q42N-正戊酰基缬氨酸甲酯143650.71Q2冷却剂供给设备的热量-25621.477Q5加热或冷却设备所需热量91934.298Q3过程热效应0Q6设备散失的热量3.氢化反应 先加入Pd-C 降温至38通入氢气发生氢化反应，反应8小时 对氢化反应有a. Q1的计算 加入H2所带进的热量: Cp=28.125J/(molK) Q11=0.0577W2295.1528.125 =69646.5KJ 醋酸异丁酯所要带走的热量: Q12=4W116.1583311.15Cp =775674.27KJ N-正戊酰基缬氨酸甲酯: Q13=1W433.52311.15Cp =0.2829t433.52311.15707.48KJ =143650.71KJ Q1=Q11+Q12+Q13=988971.48KJ b. Q4的计算： 醋酸异丁酯所要带走的热量 Q41=4W116.1583311.15Cp =40.289t116.1583311.15255.898KJ =775674.27KJ 粗品缬沙坦 Cp=1202.44J/(molK) Q42=1W435.52311.15Cp =0.2827t435.52311.151202.44KJ =242857.17KJ H2带出的热量 Q43=0.0115w2311.1528.125KJ=14225KJ Q4=Q41+Q42+Q43=775674.27KJ+242857.17KJ+14225KJ =1032756.17KJc. Q3的计算； 该反应为缬沙坦的氢化反应 Q3=-552w433.21=-368246.35KJd. Q5和Q6的计算 按工艺流程的操作经验可以有 Q5+Q6=5%10%（Q4+Q5+Q6） 故有 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4 由上面知Q1，Q3，Q4，故可以求 Q2=515306.67KJ缬沙坦氢化反应的能量衡算见表4-1-10表4-1-10 缬沙坦氢化反应的能量衡算表输入输出符号项目名称热量（KJ）符号项目名称热量（KJ）Q1原料输入热量Q11醋酸异丁酯69646.5988971.48Q4出料带走热量Q41醋酸异丁酯775674.271032756.17Q12N-正戊酰基缬氨酸甲酯775674.27Q42粗品缬沙坦242857.17Q13H2143650.71Q43H214225Q2加热剂供给设备的热量-221186.043Q5加热或冷却设备所需热量103275.617Q3过程热效应(氢化反应）368246.35Q6设备散失的热量4.减压浓缩 滤液转移至浓缩釜，减压浓缩至干，回收醋酸异丁酯套用，回收率95% a. Q1的计算 醋酸异丁酯所要带进的热量 Q11=4W116.1583311.15Cp =775674.27KJ 粗品缬沙坦 Q12=1W435.52311.15Cp =242857.17KJ Q1=775674.27KJ+242857.17KJ=1018531.44KJ b. Q4的计算： 醋酸异丁酯所要带走的热量 Cp=254.83J/(molK) Q41=4W116.1583(116+273.15)Cp =986904.6KJ 粗品缬沙坦 Cp=1254.72 J/(molK) Q42=1W435.52389.15Cp =331499.8KJ Q4=1318404.41KJ c. Q3计算： 该反应为减压浓缩，醋酸异丁酯变为气体，故有相变的过程，为蒸发热。特鲁顿法则： 式中 汽化热，J/mol 液体的正常沸点，K; C1 对水与低分子醇类，其值为109； 对非极性液体，其值为88； Q3=88389.154W116.1583=341066.3KJd. Q5和Q6的计算按工艺流程要求可以有 Q5+Q6=5%10%（Q4+Q5+Q6） 故有 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4 由上面知Q1，Q3，Q4， 故可以求Q2。 Q2=90646.66KJ表4-1-11 缬沙坦加热浓缩能量衡算表输入输出符号项目名称热量（KJ）符号项目名称热量（KJ）Q1原料输入热量Q11醋酸异丁酯775674.271018531.44Q4出料带走热量Q41醋酸异丁酯986904.61318404.41Q12粗品缬沙坦242857.17Q42粗品缬沙坦331499.8Q2供给设备的热量294732.611Q5加热或冷却设备所需热量131840.441Q3过程热效应341066.3Q6设备散失的热量5.减压浓缩向浓缩釜中加入2W 乙酸乙酯，溶解浓缩物，再加入1W水，进行水洗分层，水相用1.5W 乙酸乙酯分三次提取，合并有机相。水相经预处理后排至污水处理站。将有机相减压浓缩。（馏出液约为上述有机相总体积的1/4）a. Q1的计算: 乙酸乙酯所要带进的热量 Q11=3.5W88.11293.15Cp Cp=165.4J/(molK) Q11=557014.5KJ 粗品缬沙坦 Q12=1W435.52293.15Cp Cp=1045.6J/(molK) Q12=203397.31KJ Q1=Q12+Q11=760411.8KJb. Q4的计算： 乙酸乙酯所要带走的热量 Q41=3.5W88.11350.15Cp Cp=174.78J/(molK) Q41=703051.3KJ 粗品缬沙坦 Q42=1W435.52350.15Cp Q42=279013.7KJ Q4=Q41+Q42=982065KJc. Q3计算： 该反应为减压浓缩，乙酸乙酯变为气体，故有相变的过程，为蒸发热 式中 汽化热，J/mol 液体的正常沸点，K; C1 对水与低分子醇类，其值为109； 对非极性液体，其值为88； Q3=88370.153.5W88.11=271720.6KJd. Q5和Q6的计算 按工艺流程要求可以有 Q5+Q6=5%10%（Q4+Q5+Q6） 故有； Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4 由上面知Q1，Q3，Q4，故可以求Q2： Q2=48139.1KJ表4-1-12 缬沙坦减压浓缩的能量衡算表输入输出符号项目名称热量（KJ）符号项目名称热量（KJ）Q1原料输入热量Q11乙酸乙酯198303.41401700.42Q4出料带走热量Q41乙酸乙酯890484.551182019.54Q12粗品缬沙坦203397.31Q42粗品缬沙坦291534.99Q2供给设备的热量865947.87Q5加热或冷却设备所需热量118201.954Q3过程热效应271720.6Q6设备散失的热量6、缬沙坦产品冷却降温至5，结晶a. Q1的计算: 乙酸乙酯所要带进的热量 Q11=(3.62966287W-1W)88.11350.15Cp Cp=174.78J/(molK) Q11=500575.05KJ粗品缬沙坦： Q12=1W435.52350.15Cp Cp=1054J/(molK) Q12=787570.8KJ Q1=Q12+Q11=1288145.9Jb. Q4的计算： 乙酸乙酯所要带走的热量: Q41=2.62966W88.11278.15Cp Cp=157.13J/(molK) Q41=377225.4KJ 粗品缬沙坦 Q42=1W435.52278.15Cp Cp=1001.3J/(molK) Q42=184941.1KJ Q4=Q41+Q42=562166.5KJ c. Q3计算： 由于结晶的晶体远远小于总的质量，故结晶所需的能量可以不计，故Q3=0d. Q5和Q6的计算 按工艺流程要求可以有 Q5+Q6=5%10%（Q4+Q5+Q6） 故有； Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4 由上面知Q1，Q3，Q4，故可以求Q2 Q2=-669762.7KJ7.缬沙坦的干燥 滤饼（含湿量为20%）在真空度0.08MPa 条件下干燥a. Q1的计算： 粗品缬沙坦： Q11=0.8W435.52293.15Cp Cp=1045.6J/(molK) Q11=162830.45KJ水带进的热量： Q12=0.2W18293.15Cp Q12=57555.5KJ Q1=220385.95KJb. Q4的计算粗品缬沙坦： Q4=1W0.8435.52293.15Cp Cp=1045.6J/(molK) Q4= 162830.45KJ c. Q3的计算 Q3=0d. Q5和Q6的计算： 故按工艺流程的经验可以有 Q5+Q6=5%10%（Q4+Q5+Q6） 故有 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4 由上面知Q1，Q3，Q4，故可以求Q2 Q2=41272.455KJ8. 精制缬沙坦：在脱色釜中加入3.69715939W丙酮 ，0.92428984W缬沙坦粗品，0.09242898W 活性炭,加热回流，脱碳过滤 a. Q1的计算: 丙酮所要带进的热量 Q11=3.69715939W58.8293.15Cp Cp=77.36621J/(molK) Q11=412129.31KJ 粗品缬沙坦 Q12=0.92428984W435.52293.15Cp Cp=1202.44J/(molK) Q12=216289.49KJ Q1=Q12+Q11=412129.31J+795095.17J=628418.8KJ b. Q4的计算： 丙酮所要带走的热量 Q41=3.69715939W58.8349.15Cp Cp=83.42J/(molK) Q41=529239.44KJ 粗品缬沙坦 Q42=0.92428984W435.52349.15Cp Cp=1322.68J/(molK) Q42=283244.47KJ Q4=Q41+Q42=812483.9KJc. Q3计算： 该反应是溶解过程故有相变，欣达法则 式中 -溶解热，J/(molK); 凝固点,K; 对无机化合物，此常数为20.92-29.29， 对有机化合物，此值为37.66-46.02 对元素， 此值为 8.37-12.55 Q3=389.15400.92428984W435.52=33024.8KJd. Q5和Q6的计算 按工艺流程的经验有 Q5+Q6=5%10%（Q4+Q5+Q6） 故有； Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4 由上面知Q1，Q3，Q4，故可以求Q2 Q2=232288.69KJ9.冷却结晶将滤液转移至结晶釜中，缓慢冷却至5结晶，固液分离。a. Q1的计算： 丙酮所要带进的热量 Q11=3.69715939W58.8349.15Cp Cp=83.42J/(molK) Q11=529239.44KJ 粗品缬沙坦 Q12=0.92428984W435.52349.15Cp Cp=1322.68J/(mol*K) Q12=283244.47KJ Q1=Q11+Q12=812483.9KJb. Q4的计算 丙酮所要带走的热量 Q41=3.69715939W58.8278.15Cp Cp=74.82J/(molK) Q41=378152.29KJ 粗品缬沙坦 Q42=0.92428984W435.52278.15Cp Cp=1082.2J/(molK) Q42=184619.80KJ Q4=Q41+Q42=562772.09KJc. Q3计算 该反应是冷却结晶过程故有相变，由于晶体远远小于液体，故结晶所释放的热量可以不计。 Q3=0d.Q5和Q6的计算 按工艺流程要求可以有 Q5+Q6=5%-10%（Q4+Q5+Q6） 故有 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4 由上面知Q1，Q3，Q4，故可以求Q2 Q2=-193434.597KJ4.2依非韦伦的物料衡算与热量衡算4.2.1依非韦伦的物料衡算4.2.1.1计算基础1. 年产量：25000kg2. 年生产时间：2400h3. 转化率：72.3%4. 主要化学反应方程式如下：(1)依非韦伦加成反应(2)依非韦伦环合反应表 4-2-1 制备依非韦伦工艺配比原辅料名称规格质量比（W*）备注4-氯-2-(三氟乙酰基)苯胺99%1丙酮99%3.95A（生物碱）99%0.07固体B（醇类物质）99%0.48液体乙基锌99%0.45环丙基乙炔锂99%0.39乙酸乙酯99%3.1纯化水符合药典标准 2.01 制成冰水*注：W 为4-氯-2-(三氟乙酰基)苯胺批投料质量4.2.1.2 依非韦伦的物料计算1.依非韦伦加成工序（1）将混合溶液缓慢加入加成反应釜中（约2 小时）。维持体系温度28以下，再将混合溶液缓慢加入到加成反应釜中（约2 小时），并维持体系温度在05，反应（约1.5 小时）。再将混合溶液缓慢加入加成反应釜中（约3小时），并维持体系温度40，反应（约2 小时），得加成液（加成液比容约为950kg/m30.39/72.6mol 1/223mol 00.0008876mol 0 1/223mol（0.064439w） 0 （1.32354w）环丙基乙炔锂足量，4-氯-2-(三氟乙酰基)苯胺完全反应剩余环丙基乙炔锂的质量：(0.39/72.6-1/223)72.6=0.064439w生成C13H10ClF3LiNO的质量：1/223295.06=1.32354w制备依非韦伦加成反应后反应后各物质的质量比见表4-2-2表 4-2-2 制备依非韦伦加成反应后各物质的质量比原辅料名称规格质量比WC13H10ClF3LiNO1.32354丙酮99%3.95A99%0.07B99%0.48环丙基乙炔锂99%0.064439乙基锌99%0.45V=(1.32354w+3.95w+0.07w+0.48w+0.064439w+0.45w)1000/950=1.632396m3 所需反应釜体积：V=2.040496m3 （2）将加成液减压浓缩，馏出液约为加成液体积的3/4 表4-2-3 依非韦伦减压浓缩蒸馏液的质量比原辅料名称规格质量比W体积m3丙酮99%3.951.22651(3)加入3W 乙酸乙酯，再加入1W 冰水，控制温度在05淬灭反应（约1 小时）。所需反应釜体积：V=2.68m3 1/223mol 足量 0 0 0 1/223mol 1/223mol水足量，C13H10ClF3LiNO完全反应消耗水的质量:1/22318.01=0.08076w生成C13H11ClF3NO的质量：1/223289.05=1.29619w生成LiOH的质量：1/22324.02=0.10771w 0.000887596mol 足量 0 0 0 0.000887596mol 0.000887596mol水足量，剩余的环丙基乙炔锂完全反应消耗水的质量：0.00088759618.01=0.01599w生成环丙基乙炔的质量：0.00088759680.06=0.07106w生成LiOH的质量：0.0008875960.024.02=0.02132w（CH3CH2)2-Zn + 2H2O Zn(OH)2 + 2C2H6 0.45W/122mol 足量 0 0 0 0.45/122mol 0.45/122mol水足量，乙基锌完全反应消耗水的质量：20.45W/12218.02=0.13286w生成Zn(OH)2的质量：0.45W/12297.93=0.36122w生成乙烷的质量:20.45W/12230.05=0.22168w消耗水的总量：0.08076w+0.01599w+0.13286w=0.22961w剩余水的质量：1-0.22961=0.77039w生成LiOH的总量：0.10771w+0.02132w=0.12903w依非韦伦的减压浓缩釜(2.67837226m3)中各物质的质量比见表4-2-4表4-2-4 依非韦伦的减压浓缩釜中各物质的质量比原辅料名称规格质量比W体积m3C13H11ClF3NO1.29619A99%0.07B99%0.48Zn（OH）20.361220.028798214乙烷0.221680.119904249水0.770390.187512926乙酸乙酯30.814046823LiOH0.129030.021510892环丙基乙炔0.071060.022171522(4) 加入1W 纯化水洗涤静置分层(5) 有机相过滤、减压浓缩(所需反应釜体积：1.72m3 )(6) 浓缩液冷却至10以下，结晶，离心(所需反应釜体积：0.86m3 )(7) 用0.1W 乙酸乙酯淋洗(所需反应釜体积：0.89 除去环丙基乙炔、乙酸乙酯、乙烷）(8) 滤饼转移至真空干燥器，在真空度0.08MPa 条件下干燥（所需反应釜体积：0.14562183）,得到加成产物。原辅料名称规格质量比w体积m3C13H11ClF3NO1.15491乙酸乙酯99%3.464730.940150816氯甲酸甲酯99%0.635200.126727607碳酸钠99%1.097160.105469488水99%5.774551.40552547表4-2-4 依非韦伦的环合釜中各物质的质量比2环合工序(2.97449352m3)水相水LiOHZn(OH)2A、B有机相环丙基乙炔C13H9ClF3NO2乙烷乙酸乙酯表4-2-5 依非韦伦的环合反应釜中水相和有机相的主要组成成分1/223mol 0.63520/81.98mol 0 00 0.002225mol 1/223mol 1/223mol氯甲酸甲酯足量，C13H11ClF3NO反应完全剩余氯甲酸甲酯的量：（ 0.63520/81.98-1/223）81.98=0.26659w生成依非韦伦的质量：1/223315.03=1.41269w生成MeOH的质量：1/22332.03=0.14363w生成NaCl的质量：1/22357.96=0.25991w生成NaHCO3的质量：1/22383.98=0.0.37659w表4-2-6 反应后依非韦伦的环合反应釜中各物质的质量比原辅料名称质量比w体积m3依非韦伦1.41296乙酸乙酯3.464730.81114氯甲酸甲酯0.266590.03626碳酸钠0.950.09099水5.774551.21284MeOH0.143630.03813NaCl0.259910.02521NaHCO30.376590.03595（2）用1.41296W 纯化水洗分层 依非韦伦水洗分层过程中的水相和有机相主要组分见表4-2-7表4-2-7 依非韦伦水洗分层过程中的水相和有机相主要组分水相水碳酸钠NaClNaHCO3有机相C14H9ClF3NO2乙酸乙酯氯甲酸甲酯MeOH（3）水相1.70890m3再用0.69295W 乙酸乙酯萃取(所需反应釜体积：3.36213312m3)（4）合并有机相(C14H9ClF3NO2，氯甲酸甲酯，MeOH，乙酸乙酯 所需反应釜体积：1.7990981)（5） 用0.23098W无水硫酸钠干燥（约4 小时）(所需反应釜体积：1.81792059m3)（6）过滤出硫酸钠后，滤液经减压浓缩(所需反应釜体积：1.7990981)（7）馏出液约为上述滤液总体积的1/2(溜出液为：依非韦伦、氯甲酸甲酯)然后（8）结晶、离心(所需反应釜体积：0.89954905m3)（9）用0.115491W 乙酸乙酯淋洗(所需反应釜体积：0.92954905） (10) 滤饼C14H9ClF3NO2（含湿量为20%）转移至干燥器（所需反应釜体积：0.17283796），在真空度0.08MPa 条件下干燥，得环合粗品（环合粗品含量99%）。环合收率为85%。3精制工序表4-2-8 依非韦伦精制过程中各物质的质量比原辅料名称规格质量比（W*）体积m3环合粗品中间体1.41296乙酸乙酯99%2.377560.55662活性炭医用级0.178310.07489*注：W 为环合粗品批投料质量 M=1.412960.90.850.95=1.02687w(1) 向脱色釜中加入1.9W 乙酸乙酯、1W 环合粗品、0.15W 活性炭，加热至回流所需反应釜体积:1.005487987m3 除去乙酸乙酯。(2) 将滤液转移至结晶釜，缓慢冷却至5结晶，经固液分离（所需反应釜体积:0.9536368）分离得到C14H9ClF3NO2。(3) 用0.1W 乙酸乙酯淋洗，所需反应釜体积:0.9836368(4) 滤饼（含湿量为20%）在真空度0.08MPa 条件下干燥,（所需反应釜体积:0.125），得依非韦伦精品1.021734w=25/100解得： w0.24468t4粉碎包装(5) 按要求粉碎、待检。检验合格后，进行内包、外包、入库。收率为99.5%。4.2.2依非韦伦的能量衡算4.2.2.1依非韦伦各物质的物性数据表4-1 依非韦伦生产过程中各物质的物性数据物质名称(温度/K) 比热J/(mol*K)摩尔质量汽化热（J）乙酸乙酯（273.15K） 145.45 J/(mol*K)88.11 g/mol30813.2（293.15K） 165.43 J/(mol*K)（350.15） 174.7 J/(mol*K)（308.15K） 167.73 J/(mol*K)丙酮（293.25K） 77.39 J/(mol*K)58.08 g/mol2031040（313.13K） 80.72 J/(mol*K)（303.15K） 79.05 J/(mol*K)（273.15K） 73.99 J/(mol*K)（329,.78K）84.75 J/(mol*K)乙基锌（293.15K） 260.3 J/(mol*K)122 g/mol-（303.15K） 286.33 J/(mol*K)（293.15K） 208.06 J/(mol*K)（329.78K） 300.65 J/(mol*K)环丙基乙炔锂（293.15K） 170.3 J/(mol*K)72.6 g/mol-（303.15K） 1887.3 J/(mol*K)（313.15K） 206.06 J/(mol*K)（329.78K） 216.36 J/(mol*K)4-氯-2-(三氟乙酰基)苯胺(293.15K) 476.2 J/(mol*K)223 g/mol-(303.15K) 523.8J/(mol*K)B物质(假设为乙醇)（327.78K） 85.2 J/(mol*K)46 g/mol-（293.15K） 77.96 J/(mol*K)（273.15K） 74.5 J/(mol*K)1（313.15K） 81.15 J/(mol*K)氢氧化锌（273.15K） 140.13J/(mol*K)99.38 g/mol-（308.15K） 154.15J/(mol*K)乙烷（273.15K） 49.6 J/(mol*K)30 g/mol-氢氧化锂（313.15K） 54.2 J/(mol*K)24.02 g/mol-（329.78K） 59.9 J/(mol*K)MeOH(308.15K) 93.67 J/(mol*K)30.2 g/mol-NaCl(308.15K) 90.62 J/(mol*K)57.96 g/mol-NaHCO3(308.15K) 90.62 J/(mol*K)83.9 g/mol-Na2CO3(293.15K) 165.43J/(mol*K)106 g/mol-C13H10ClF3LiNO(313.15K) 471.8 J/(mol*K)289.05 g/mol-氯甲酸甲酯(293.15K) 20.37 J/(mol*K)94.5 g/mol-(308.15K) 21.388J/(mol*K)依非韦伦（308.15K） 339.77 J/(mol*K)315.02g/mol-（293.15K） 542.5 J/(mol*K)（350.15K） 542.5 J/(mol*K)以上比容估算方法参考马沛生化工数据一书。4.2.2.2依非韦伦的热量计算1热量衡算是一般以273K为基准温度，以液体为基准物质。2能量公式为 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6其中： Q1：物料带入到设备的热量 KJ Q2：加热剂或冷却剂传给设备和处理物料的热量 KJ Q3：过程热效应KJ Q4：物料离开时设备带走的热量KJ Q5：加热或冷却设备和所消耗的热量KJ Q6：设备向环境散失的热量KJ说明： Q3放热为正，吸热为负。Q5+Q6为Q4+Q5+Q6的5%10% Q1，Q4都可以由Q=mM*Cp*T Cp为平均热容 w0.21t1.依非韦伦混合搅拌(1)将0.45W 乙基锌和0.45W 丙酮搅拌混合（约0.5 小时），控制温度30，制得混合溶液待用。a 计算Q1的能量有：设投料时温度为20 Cp表示热容 乙基锌带进的能量有: Q11=0.45w122Cp293.15 Cp=260.3J/(molK) Q11=59106.61KJ 丙酮带进的能量有: Q12=0.45w58.08Cp293.15 Cp=77.39J/(molK) Q12=36913.05KJ Q1=Q11+Q12=96019.659KJb计算Q4的能量有： 乙基锌带出的能量有：Q41=0.45w122Cp303.15 Cp=286.33J/(molK) Q41=67235.154KJ 丙酮带出的能量有： Q42=0.45w58.08Cp303.15J Cp=79.05J/(molK) Q42=38991.02KJ Q4=Q41+Q42=106226.17KJ c计算Q3 由于该过程是混合，故Q3=0 d.Q4和Q5的计算 按工艺流程的经验有 Q5+Q6=5%10%（Q4+Q5+Q6） 故有 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4 由上面知Q1，Q3，Q4，故可以求Q2 Q2=20829.13KJ (2)将0.39W 环丙基乙炔锂和0.5W 丙酮搅拌混合（约0.5 小时），控制温度在30，制得混合溶液待用。a. 计算Q1的能量有：设投料时温度为20 环丙基乙炔锂带进的能量有: Q11=0.39w72.6Cp293.15J Cp=170.3J/(molK) Q11=56318.597KJ 丙酮带进的能量有: Q12=0.5w58.08Cp293.15J Cp=77.39J/(molK) Q12=41014.5KJ Q1=Q11+Q12=97333.097KJ b. 计算Q4的能量有： 环丙基乙炔锂带出的能量有：Q41=0.39w72.6Cp303.15J Cp=187.33J/(molK) Q41=64063.72KJ 丙酮带出的能量有： Q42=0.5w58.08Cp303.15J Cp=79.05J/(molK) Q42=43316.22KJ Q4=Q41+Q42=107379.94KJ c. Q3的计算 由于该过程是混合，故Q3=0 d. Q4和Q5的计算 按工艺流程要求可以有 Q5+Q6=5%-10%（Q4+Q5+Q6） 故有 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4 由上面知Q1，Q3，Q4，故可以求Q2 Q2=20784.84KJ（3）将1W4-氯-2-(三氟乙酰基)苯胺和1W 丙酮搅拌混合（约0.5小时），控制温度30，制得混合溶液待用。a. 计算Q1的能量有：设投料时温度为20 Cp表示平均热容 4-氯-2-苯胺带进的能量有: Q11=1w223Cp293.15J Cp=476.2J/(molK) Q11=131460KJ 丙酮带进的能量有: Q12=1w58.08Cp293.15J Cp=77.39J/(molK) Q12=82029KJ Q1=Q11+Q12=213489KJb.计算Q4的能量有： 4-氯-2-苯胺带出的能量有：Q41=1w223Cp303.15J Cp=523.82J/(molK) Q41=149538.86KJ 丙酮带出的能量有： Q42=1w58.08Cp303.15J Cp=79.05J/(molK) Q42=86646.72KJ Q4=Q41+Q42=236185.58KJc. Q3的计算 由于该过程是混合，故Q3=0d. Q4和Q5的计算 按工艺流程经验有 Q5+Q6=5%10%（Q4+Q5+Q6） 故有 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4 由上面知Q1，Q3，Q4，故可以求Q2 Q2=46315.14KJ2.依非韦伦搅拌冷却：将2W 丙酮、0.07W 的A、0.48W 的B 加入加成反应釜中，搅拌冷却至0（约1小时） 由于A为生物碱，B为醇类物质，而且A的物质的质量很小，故A带进和带出的热量可以忽略不计，其中B为醇类物质故可以以乙醇代替 a. 对Q1的计算，有 丙酮带进的能量有: Q11=2w58.08Cp293.15 Cp=77.39J/(molK) Q11=164058.01KJ B物质带进的能量：Q12=0.48W46Cp293.15 Cp=77.96J/(mol*K) Q12=50080.01KJ Q1=Q11+Q12=214138.02KJ b.计算Q4的能量有： 丙酮带出的能量有：Q41=2w58.08Cp273.15J Cp=73.997J/(molK) Q41=146109.85KJ B类物质带出热量为： Q42=0.48W46Cp273.15 Cp=74.507J/(molK) Q41=44596.52KJ Q4=190706.37KJ c.对Q3的计算 该反应为搅拌降温。故Q3=0d. Q4和Q5的计算 按工艺流程要求可以有 Q5+Q6=5%-10%（Q4+Q5+Q6） 故有 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4 由上面知Q1，Q3，Q4，故可以求Q2 Q2=-4361.01KJ 3.依非韦伦生产加成反应（1）将混合溶液缓慢加入加成反应釜中（约2 小时）。维持体系温度28以下。假设维持温度在20度则：a. Q1的计算： 该进料物质所带进的热量为：混合溶液出料带进的热量与上一步反应釜中出料热量之和，故 Q1=106226.17J+190706.37J =296932.54KJb. Q4的计算：乙基锌带出的能量有: Q41=0.45w122Cp293.15 Cp=260.3J/(molK) Q41=59106.61KJ丙酮带出的能量有: Q42=2.45w58.08Cp293.15 Cp=77.39J/(molK) Q42=200971.06KJ B类物质带出的热量有：Q43=0.48W46Cp293.15 Q43=50080.01KJ Q4=Q41+Q42+Q43=310157.68KJc. Q3的计算 由于该过程是混合恒温，故Q3=0d. Q4和Q5的计算 按工艺流程要求可以有 Q5+Q6=5%10%（Q4+Q5+Q6） 故有 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4 由上面知Q1，Q3，Q4，故可以求Q2 Q2=44240.9KJ （2）再将混合溶液缓慢加入到加成反应釜中（约2小时），并维持体系温度在05，反应（约1.5 小时）。假设温度体系维持在0则有：a. 对Q1的计算，有 该步骤是第一步混合搅拌的出料时的带进的热量与上一步骤Q4的热量之和。即： Q1=107379.94J+310157.68J =417537.62KJb. 对于Q4的计算，有:乙基锌带出的能量有: Q41=0.45w122Cp273.15 Cp=208.24J/(molK) Q41=44059.27KJ丙酮带出的能量有: Q42=2.95w58.08Cp273.15 Cp=73.99J/(molK) Q42=215570.30KJB类物质带出的热量有：Q43=0.48W46Cp273.15 Q43=44596.52KJ环丙基乙炔锂带出的热量：Q44=0.39w72.6Cp303.15J Cp=168.597J/(molK) Q44=57657.35KJ Q4=Q41+Q42+Q43+Q44=361883.442KJc. Q3的计算：该反应中没有反应热故： Q3=0d. Q4和Q5的计算: 按工艺流程要求可以有 Q5+Q6=5%10%（Q4+Q5+Q6） 故有 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4 由上面知Q1，Q3，Q4，故可以求Q2 Q2=-19456.83KJ （3）再将混合溶液缓慢加入加成反应釜中（约3小时），并维持体系温度40，反应（约2小时），得加成液（加成液比容约为950kg/m3）。a. 对Q1的计算 该过程带进的热量是上一步的Q4与搅拌混合的的Q4之和，所以 Q1=361883.442J+236185.58J=598069.02KJb. 对Q4的计算 此时：反应后各物质中，环丙基乙炔锂足量，4-氯-2-(三氟乙酰基)苯胺完全反应。 剩余环丙基乙炔锂的质量：(0.39/72.6-1/223)72.6=0.064439w， 生成C13H10ClF3LiNO的质量：1/223295.06=1.32354w， 环丙基乙炔锂带出的热量为 Q41=1.32354w72.6Cp313.15J Cp=206.06J/(molK) Q41=246941.99KJ丙酮所带走的热量为 Q42=3.95w58.08Cp313.15 Cp=80.717J/(molK) Q42=361000KJ生成C13H10ClF3LiNO所带走的热量 Q43=1.29619w289.05Cp313.15J Cp=471.8J/(molK) Q43=139131.45KJ生成LiOH带出的热量 Q44=0.10771w24.02Cp313.1J Cp=54.2J/(molK) Q44=15978.81KJB类物质带出的热量有 Q45=0.48W46Cp313.15 Cp=81.147/(molK) Q45=55683.63KJ Q4=818735.88KJc. Q3的计算 利用估算方法估算出各物质的生成焓，即可求出标准反应热为-138.534KJ/mol，则Q3=n*(-138.534)=621.22KJd. Q4和Q5的计算 按工艺流程要求可以 Q5+Q6=5%-10%（Q4+Q5+Q6） 故有 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.5Q4=1228103.82KJ 由上面知Q1，Q3，Q4，故可以求Q2； Q2=629413.58KJ（4） 将加成液减压浓缩，馏出液约为加成液体积的3/4，馏出液送厂外回收处理。a. 对Q1的计算 丙酮带进的热量 Q11=3.95w58.08Cp313.15 Cp=80.717J/(molK) Q11=361000KJ 加成物 Q12=1.29619w289.05Cp313.15J Cp=471.8J/(molK) Q12=139131.45KJB类物质带进的热量有 Q13=0.48W46Cp313.15 Cp=81.147/(molK) Q13=55683.63KJ环丙基乙炔锂带进的热量为 Q14=1.32354w72.6Cp313.15J Cp=206.06J/(molK) Q14=246941.99KJLiOH带进的热量 Q15=0.10771w24.02Cp313.1J Cp=54.2J/(molK) Q45=15978.81KJ 则有 Q1=818735.88KJb. 对Q4的计算 蒸发出丙酮所带走的热量 Q41=3.95w58.08Cp329.78 Cp=84.75J/(molK) Q41=399179.7KJ环丙基乙炔锂带出的热量为 Q42=1.32354w72.6Cp329.78J Cp=216.36J/(molK) Q42=273054.8KJ B类物质带出的热量有 Q43=0.48W46Cp329.78J Cp=85.2J/(molK) Q43=61569.63KJ加成物 Q44=1.29619w289.05Cp329.78J Cp=495.39J/(molK) Q44=153872.73KJ生成LiOH带出的热量 Q45=0.10771w24.02Cp329.78J Cp=56.91J/(molK) Q45=17671.56KJ该过程乙基锌所带出的热量 Q46=0.45W122Cp329.78J Cp=300.65J/(molk) Q46=76799.34KJ 则有 Q4=9821147.76KJc. 对Q3的计算该反应有相变的过程，主要为丙酮的汽化热，则可以根据特鲁顿法则估算出Q3 则有 Q3=29007.44J d. Q4和Q5的计算 按工艺流程要求可以有 Q5+Q6=5%-10%（Q4+Q5+Q6） 故有 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4=10803262.54KJ 由上面知Q1，Q3，Q4，故可以求Q2 则有 Q2=9955519.22KJ（5） 加入3W乙酸乙酯，溶解浓缩物，再加入1W冰水，控制温度在05淬灭反应（约1小时）。 a. 对Q1的记得计算 加成液所带进的热量 Q11=1.29619w289.05Cp293.15J Cp=424.62J/(molK) Q11=117203.8KJ 乙基锌带进的能量 Q12=0.45W122Cp293.15J Cp=260.30J/(molK) Q12=96418.93KJ 乙酸乙酯带进的热量 Q13=3W88.11Cp293.15J Cp=165.43J/(molK) Q13=246752.43KJ 水带进的热量 Q14=0.13w18Cp293.15J Cp=61.10J/(molK) Q14=27165.72KJ 则有 Q1=Q11+Q12+Q13+Q14=487540.88KJ c. 对Q4的计算的热量加成液带出的能量 Q41=1.29619w289.05Cp273.15J Cp=382.16J/(molK) Q41=98287.38KJ 乙酸乙酯带出的热量 Q42=3W88.11Cp273.15J Cp=145.45J/(molK) Q42=284083.20KJ氢氧化锌带出的热量 Q43=0.36W99.38Cp273.15J Cp=140.13J/(molK) Q43=29118.19KJ 生成乙烷带走的热量 Q44=0.22W30Cp273.15J Cp=49.6J/(molK) Q44=20876.58KJ 则有 Q4=432365.35KJc. 该反应Q3反应热的计算（CH3CH2)2-Zn + 2H2O Zn(OH)2 + 2C2H6 反应热 Q=1408.135*774.59KJ 则有 Q3=1090727.52KJd. Q4和Q5的计算 按工艺流程要求可以有 Q5+Q6=5%-10%（Q4+Q5+Q6） 故有 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4=475601.89KJ 由上面知Q1，Q3，Q4，故可以求Q2 则有 Q2=-127548.75KJ(6)加入1W 纯化水洗涤静置分层，水相经预处理后排至污水处理站，有机相过滤、减压浓缩，馏出液约为上述有机相总体积的1/2a. Q1的计算加成液的带进的热量 Q11=1.29619w289.05Cp293.15J Cp=424.62J/(molK) Q11=71848.11KJ乙酸乙酯带进的能量 Q12=3W88.11Cp293.15J Cp=145.45J/(molK) Q12=304873.00KJ 则有 Q1=Q11+Q12=376721.11KJb. 对Q4的计算 乙酸乙酯所要带走的热量 Q41=3W88.11350.15Cp Cp=174.776J/(molK) Q41=437573.76KJ加成液的带出的热量 Q42=1.29619w289.05Cp350.15J Cp=488.3J/(molK) Q42=160888.6KJ 则有 Q4=598462.36KJ c. 该过程为减压浓缩，故主要为乙酸乙酯的汽化热，由特鲁顿法则，可估算出此过程的Q3欣达法则 ： 式中 -溶解热，J/(molK); 凝固点,K; 对无机化合物，此常数为20.92-29.29， 对有机化合物，此值为37.66-46.02 对元素， 此值为 8.37-12.55 则有 Q3=30813.20J d. Q4和Q5的计算 按工艺流程要求可以有 Q5+Q6=5%-10%（Q4+Q5+Q6） 故有 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4=658308.60KJ 由上面知Q1，Q3，Q4，故可以求Q2 则有 Q2=281587.49KJ (7) 浓缩液冷却至10以下，结晶，离心，用0.1W 乙酸乙酯淋洗，滤饼（含湿量为20%）转移至真空干燥器，在真空度0.08MPa 条件下干燥，得加成物（加成物含量99%）a. 对进入结晶釜的Q1的计算 加成液的带进的热量 Q1=1.29619w289.05Cp293.15J Cp=424.62J/(molK) Q11=116451.30KJ 乙酸乙酯所要带进的热量 Q12=0.85W88.11293.15Cp Cp=165.43J/(molK) Q12=98246.52KJ Q1=214697.82KJ 加成液的带出的热量 Q41=1.29619w289.05Cp278.15J Cp=403.31J/(molK) Q41=105646.33KJ 乙酸乙酯所要带走的热量 Q42=0.85W88.11273.15Cp Cp=145.45J/(molK) Q42=80487.40KJ Q4=Q41+Q42=186133.74KJc. 而结晶体相对于整个溶液而言，可以忽略不计，故 Q3=0d对Q4和Q5 的计算按工艺流程经验可以有 Q5+Q6=5%-10%（Q4+Q5+Q6） 故有 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4=204747.11KJ 由上面知Q1，Q3，Q4，故可以求Q2 Q2=-9950.70KJ 2. 依非韦伦的环合反应(1)将加成物加入环合釜，再加入3W 乙酸乙酯，搅拌溶解，加入0.55W 氯甲酸甲酯、0.95W 碳酸钠和5W 纯化水制得的溶液，控制反应温度在35C，快速搅拌反应（约6 小时）a.过程中带入的能量Q1的能量 加入加成物所带进的能量 Q11=1.155w289.05Cp293.15J Cp=424.62J/(molK) Q11=104452.45KJ 碳酸钠所带进的能量 Q12=0.95w106Cp293.15J Cp=108.1J/(molK) Q12=59642.06KJ 乙酸乙酯带进的热量 Q13=3W88.11Cp293.15J Cp=165.43J/(molK) Q13=32342.32KJ加入氯甲酸甲酯带进的能量 Q14=0.55W94.5Cp293.15J Cp=20.374J/(molK) Q14=7298.46KJ 纯化水加入所需要的能量 Q15=5W18Cp293.15J Cp=75.6J/(molK) Q15=1292791.50KJ 则有 Q1=Q11+Q12+Q13+Q14+Q15=1392073.84KJb. 对Q4的能量衡算有粗品依非韦伦带出的热量 Q41=1.41269w315.02Cp308.15J Cp=339.77J/(molK) Q41=98599.61KJ 乙酸乙酯带出的热量 Q42=3W88.11Cp308.15J Cp=167.73J/(molK) Q42=369562.81KJ 氢氧化锌带出的热量 Q43=0.36W99.38Cp308.15J Cp=140.133J/(molK) Q43=32849.25KJ氯甲酸甲酯带出的能量 Q44=0.182W94.5Cp308.15J Cp=21.388J/(molK) Q44=2665.57KJ 生成MeOH带出的能量 Q45=0.14363w30.2Cp308.15J Cp=93.671J/(molK) Q45=28828.68KJ NaCl的带出的热量 Q46=0.259W57.962Cp308.15J Cp=51.78J/(molK) Q46=14972.69KJ NaHCO2带出的热量 Q47=0.37W83.9Cp308.15J Cp=90.62J/(molK) Q47=25860.77KJ水带出的热量 Q48=5W/18*Cp*308.15J Cp=83.16J/(molK) Q48=1494835.65KJ 则有 Q4=2068178.03KJc. Q3的计算 该环合反应的的所需要的热量为Q3，则有 Q3=-6790.52KJ d. Q4和Q5的计算 按工艺流程经验有 Q5+Q6=5%-10%（Q4+Q5+Q6） 故有 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4=2274995.83KJ 由上面知Q1，Q3，Q4，故可以求Q2 Q2=889712.51KJ(2)用1W 纯化水洗分层，水相再用0.6W 乙酸乙酯萃取，合并有机相，用0.2W无水硫酸钠干燥（约4 小时），过滤出硫酸钠后，滤液经减压浓缩（馏出液约为上述滤液总体积的1/2）、结晶、离心a. 对Q1的能量衡算乙酸乙酯带进的能量 Q11=3.6w88.11Cp293.15J Cp=165.431J/(mol*K) Q11=416105.43KJ粗品依非韦伦带进的能量 Q12=1.41269w315.02Cp293.15J Cp=542.5 J/(molK) Q12=149767.53KJ则 Q1=Q11+Q12=565872.96KJ b.对Q4的能量计算 乙酸乙酯带出的热量 Q41=2.5W88.11Cp350.15J Cp=174.78 J/(molK) Q41=364653.14KJ粗品依非韦伦带出的热量 Q42=1.41269w315.02Cp350.15J Cp=640.05 J/(molK) Q42=211045.31KJ 则 Q4=575698.45Jc. 反应主要是乙酸乙酯的汽化热，由特鲁顿法则，可以估算出Q3， 特鲁顿： 式中 汽化热，J/mol 液体的正常沸点，K; C1 对水与低分子醇类，其值为109； 对非极性液体，其值为88； 则 Q3=80783.67J d. Q4和Q5的计算 按工艺流程经验有 Q5+Q6=5%10%（Q4+Q5+Q6） 故有 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4=633268.3KJ 由上面知Q1，Q3，Q4，故可以求Q2 Q2=67314.56KJ(3)用0.1W 乙酸乙酯淋洗，滤饼（含湿量为20%）转移至干燥器，在真空度0.08MPa 条件下干燥，得环合粗品（环合粗品含量99%）a. 对Q1的计算 乙酸乙酯带进去的热量 Q11=0.1W/88.11Cp*293.15J Cp=165.431J/(molK) Q11=11558.48KJ粗品依非韦伦带进的热量 Q12=1.41268W/315.02*Cp*293.15J Cp=542.5J/(molK) Q12=149766.47KJ 则有 Q1=161324.95KJb. 对Q4的计算乙酸乙酯带出的热量 Q41=0.1W/88.11*Cp*350.15J Cp=174.78J/(molK) Q41=14586.13KJ粗品依非韦伦带出的热量 Q42=1.41268W/88.11Cp*350.15 Cp=542.5J/(molK) Q42=178888.29KJ则有 Q4=193474.42KJc. 对Q3的计算该过程主要是乙酸乙酯的汽化热，由特鲁顿法则估算， 特鲁顿法则 式中 汽化热，J/mol 液体的正常沸点，K; C1 对水与低分子醇类，其值为109； 对非极性液体，其值为88；则有 Q3=7343.97KJd. Q4和Q5的计算 按工艺流程经验有 Q5+Q6=5%-10%(Q4+Q5+Q6)故有 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4=212821.86KJ 则有 Q2=44152.94KJ3.精制过程(1) 向脱色釜中加入1.9W 乙酸乙酯、1W 环合粗品、0.15W 活性炭，加热至回流5小时，脱碳过滤。 a. 对Q1的能量衡算乙酸乙酯带进的能量： Q11=3.6w88.11Cp293.15J Cp=165.431 J/(mol*K) Q11=416105.43KJ粗品依非韦伦带进的能量：Q12=1.41269w315.02Cp293.15J Cp=542.5 J/(molK) Q12=149698.52KJ 则有 Q1=565803.9KJb. 对Q4的能量计算 乙酸乙酯带出的热量：Q41=2.5W88.11Cp350.15J Cp=174.78 J/(molK) Q41=364653.15KJ粗品依非韦伦带出的热量：Q42=1.41269w315.02Cp350.15J Cp=542.5 J/(molK) Q42=308068.82KJ 则有 Q4=Q41+Q42=672718.98Jc. 该过程为加热回流，液体先汽化再液化，中间的能量损耗不计。 则有 Q3=0KJd. 对Q5和Q6的计算 按工艺流程的经验可以有 Q5+Q6=5% 故 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4=739990.88KJ 由上面可知Q1，Q3,Q4，则Q2可求得 则有 Q2=174186.98KJ(2)将滤液转移至结晶釜，缓慢冷却至5结晶，经固液分离a. 对Q1能量的计算 乙酸乙酯带进的热量：Q11=2.5W88.11Cp350.15J Cp=174.78 J/(molK) Q11=364653.15KJ粗品依非韦伦带进的热量：Q12=1.41269w315.02Cp350.15J Cp=542.5 J/(molK) Q12=308068.82KJ则有 Q1=Q11+Q12=672721.97KJb.对Q4的计算 乙酸乙酯带出的热量：Q41=2.5W88.11Cp278.15J Cp=163.24 J/(molK) Q41=270545.15KJ 依非韦伦带出的热量：Q42=1.41269w315.02Cp278.15J Cp=434.0 J/(molK) Q42=113683.34KJ则有 Q4=Q41+Q42=384228.492KJc.对Q3的计算 根据特鲁顿法则可求出依非韦伦溶解热，又因为其溶解热和其结晶热数，值相同，符号相反 特鲁顿法则： 式中 -溶解热，J/(molK); 凝固点,K; 对无机化合物，此常数为20.92-29.29， 对有机化合物，此值为37.66-46.02 对元素， 此值为 8.37-12.55则有 Q3=-15326KJ (估算依非韦伦凝固点数值为383.15K)d. 对Q5和Q6的计算： 按工艺流程要求可以有 Q5+Q6=5%-10%（Q4+Q5+Q6） 故 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4=422651.34KJ由上可知Q1，Q3，Q4 则有 Q2=-234744.63KJ(3)用0.1W 乙酸乙酯淋洗，滤饼（含湿量为20%）在真空度0.08MPa 条件下干燥，得依非韦伦精品a. 对Q1的计算：乙酸乙酯带进来的热量：Q11=0.1W/88.11Cp*293.15J Cp=165,431J/(molK ) Q11=11558.48KJ 依非韦伦带进的热量: Q12=1.41269W/315.02Cp*293.15J Cp=542.5J/(molK) Q12=149767.53KJ 则有 Q1=161326.01KJb.对Q4的计算： 乙酸乙酯带出去的热量：Q41=0.1W/88.11Cp*350.15J Cp=174.78J/(molK) Q41=364653.15KJ精品依非韦伦带出的热量：Q42=1.41269W/315.15*Cp*350.15J Cp=542.5J/(molK) Q42=178814.50KJ 则有 Q4=543467.65KJc.对Q3的计算： 该过程主要是乙酸乙酯蒸发造成的汽化热，由特鲁顿法则可估算出其汽化热： 则有 Q3=7343.97Jd.对Q5和Q6的计算: 按工艺流程要求可有 Q5+Q6=5%-10%（Q4+Q5+Q6） 故 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6=1.1Q4=597814.42KJ 由上可知Q1,Q3 则有 Q2=429144.44KJ 4.3硫辛酸的物料衡算与能量衡算4.3.1硫辛酸物料衡算的过程表4-3-1 制备硫辛酸所需要的原铺料的配比原辅料名称规格质量比W*6,8-二氯辛酸乙酯99%1.0纯化水符合药典标准0.5水合硫化钠99%1.1硫磺99%0.17四丁基溴化铵99%0.09乙醇工业2.0*注：W 为 6,8-二氯辛酸乙酯批投料质（1）加入0.5W的纯化水，1.1W的水合硫化钠，0.17W的硫磺粉反应 Na2S. 9H2O + S Na2S2+ 9H2O质量 1.1W 0.17W 完全反应后（水合硫化钠全部反应，硫磺粉有剩余）：硫磺粉剩余质量m=0.17W-1.1W/240*32=0.023334W过硫化钠的质量m=1.1W/240*110=0.504163W水的质量m=0.5W+1.1W/240*18*9=1.2424946W忽略固体溶解后溶液体积的变化，以水的体积估算反应釜的体积，将W=0.5990541t代入，Vm/p=1.2424946W/1000(kg/)=0.7443215=744.32L原辅料名称规格质量比（W*）氢氧化钠工业0.18纯化水符合药典标准适量36%精制盐酸工业适量乙酸乙酯99%2.6食盐工业0.05无水硫酸镁工业0.05原辅料名称规格质量比（W*）氢氧化钠工业0.18纯化水符合药典标准适量36%精制盐酸工业适量乙酸乙酯99%2.6食盐工业0.05无水硫酸镁工业0.05（2）加入2W乙醇，0.09W四丁基溴化铵，1W6,8-二氯辛酸乙酯反应 质量 1W 0.504163W反应完全后（6,8-二氯辛酸乙酯全部反应，过硫化钠有剩余）过硫化钠剩余质量M1=0.504163W-1W/241*110=0.047729W硫辛酸乙酯质量M2=1W/241*234=0.9709596W氯化钠质量M3=1W/241*58.5*2=0.4854798W硫磺粉，水，乙醇，四丁基溴化铵的质量均不受影响。环合液质量M=M1+M2+M3+2W+0.09W+0.023334W+1.2424946W=4.859997W.环合液比容p=1000kg/m3;环合液体积V1=m/p=4.859997*10(-3)W/kg；将W=0.5990541t代入，估算反应釜的体积，VV1=2.9114011m3=2911.40L.表4-3-2 环合反应釜中各物质的质量分数组成过硫化钠硫辛酸乙酯氯化钠硫磺粉水乙醇四丁基溴化铵质量分数%0.9820819.97869.98930.4801225.5657541.152291.85185（3）加入20%的0.18W氢氧化钠溶液（含水0.72W）。反应质量 0.9709596W 0.18W 反应完全后（硫辛酸乙酯全部反应，氢氧化钠有剩余）：氢氧化钠剩余质量m=0.18W-0.9709596W/234*40=0.014024W;硫辛酸钠质量m=0.9709596W/234*228=0.9460632W；乙醇质量m=2W+0.9709596W/234*46=2.1908724W;水的质量m=0.72W+1.2424946W=1.9624946W；过硫化钠，氯化钠，硫磺粉，四丁基溴化铵的质量均不受影响。需满足，反应釜体积环合液体积+加入氢氧化钠的体积=V1+V2=3.3533263m3=3353.3263L表4-3-3 硫辛酸乙酯完全反应后反应釜内剩余各物质的质量分数组成氢氧化钠硫辛酸钠乙醇水过硫化钠氯化钠硫磺粉四丁基溴化铵质量分数%0.2434716.4247238.03634.07110.828638.428470.40511.5625（4）减压浓缩除乙醇，馏出反应液体积的1/2.20%氢氧化钠的密度p=1.220g/cm3;乙醇的密度p=789.3kg/m3;氢氧化钠的体积V2=m/p=0.9W/1.220g/cm3=0.7377049*10(-3)W m3/kg；环合液的总体积V3=V1+V2=5.5977019*10(-3)W m3/kg；馏出液体积V4=1/2V3=2.798851*10(-3)W m3/kg；乙醇的体积V5=m/p=2.1908724W/789.3 m3/kg=2.7757*10(-3)W m3/kg；馏出液中水的体积V6=V4-V5=0.023151*10(-3)W m3/kg；进入浓缩釜的物质的总体积主要与消耗的氢氧化钠的量和生成乙醇的量有关(忽略硫辛酸乙酯 ，硫辛酸钠的影响），根据质量守恒计算：此过程消耗的氢氧化钠的体积约为V=m/p=0.165976W/1.220g/cm3=81.4989L.生成的乙醇的体积约为V=m/p=0.1908724W/789.3kg/m3 =144.8662L浓缩釜体积VV3-81.4989L+144.8662L=3416.6936L.（5）馏出液回收利用（回收率为90%）馏出水的质量m=p*V6=0.023151W；馏出乙醇的质量m=2.1908724W；回收量m=1.9717852W；表4-3-4 硫辛酸溜出液的主要组分组成乙醇水质量分数%98.954351.04565（6）加适量2mol/l的盐酸，调节PH至2。反应： 质量 0.014024W反应完全后（氢氧化钠全部反应，盐酸有剩余）：消耗盐酸的质量m=0.014024W/40*36.5=0.0127969W;氯化钠的质量m4=0.4854798W+0.014024W/40*58.5=0.5059899W;水的质量m=1.9624946W-0.023151W+.014024W/40*18=1.9393436W；反应： 质量 0.9460632W反应完全后（硫辛酸钠全部反应，盐酸有剩余）：消耗盐酸的质量m=0.9460632W/228*36.5=0.1514531W;硫辛酸质量m=0.9460632W/228*206=0.8547764W;氯化钠质量m=m4+0.9460632W/228*58.5=0.7487298W；消耗盐酸总质量m=0.0127969W+0.1514531W=0.16425W；消耗盐酸总体积V=m/（M*c）=2.25*10(-3)W m3/kg；环合液总体积V=V4+2.25*10(-3)W m3/kg=5.048851*10(-3)W m3/kg;在调节PH之前，PH=7;不妨设加入盐酸的体积为V0L，使得PH=2。盐酸的浓度c=n/V=2V0/(5.048851*10(-3)W+V0)=10(-2)mol/L 解得V0=2.53711*10(-5)W m3/kg；m0=M*n=M*c*V0=36.5*2*2.53711*10(-5)W m3/kg=1.8520903*10（-6）W；盐酸的总质量m=m0+0.16425W，m约为0.16425W；2mol/L的盐酸质量分数w=6.598%，所以含水的质量m=2.3251407W；剩余盐酸的质量极少m=1.8520903*10(-6)W,可以忽略不计;硫辛酸的质量m=0.8547764W；氯化钠的质量m=0.7487298W；水的质量m=1.9393436W+2.3251407W=4.2644843W；过硫化钠，硫磺粉，四丁基溴化铵的质量均不受影响。加入盐酸溶液的体积约为V=盐酸的体积+水的体积=m/（M*c）+m/p=1347.8713L+1392.8851L=2740.7564L；反应釜的体积V1/2V3+加入盐酸溶液的体积=2.798851*10(-3)Wm3/kg+2740.7564L=4417.4196L;表4-3-5 调节PH后反应釜中各物质的质量分数见表组成硫辛酸氯化钠水过硫化钠硫磺粉四丁基溴化铵质量分数%14.1776212.418770.732240.791650.387031.49277（7）用2.5W的乙酸乙酯萃取。有机相：硫辛酸m=0.8547764W； 乙酸乙酯m=2.5W；水相：氯化钠m=0.7487298W； 过硫化钠m=0.047729W； 硫磺粉m=0.023334W； 四丁基溴化铵m=0.09W； 水m=4.2644843W； 以及酸化过程中的极少量盐酸。 乙酸乙酯的密度p=0.901g/cm3，V=m/p=2.5W/0.901g/cm3=1662.1923L.反应釜的体积V4417.4196L+1662.1923L=6079.6119L.（8）水相预处理排至污水处理站。有机相用饱和食盐水洗涤分层(降低有机物在水中的溶解度），再用无水硫酸镁干燥，过滤。有机相减压浓缩馏出1/2体积（馏出的是乙酸乙酯的1/2)。硫辛酸m=0.8547764W；乙酸乙酯m=1.25W；饱和食盐水的密度p=1.33g/cm3;无水硫酸镁的密度p=2.66g/cm3;洗涤装置的体积V饱和食盐水的体积+有机相的体积=0.05W/1.33g/cm3+2.5W/0.901g/cm3=22.5208L+1662.1923L=1684.7131L.干燥装置的体积Vm/p(固体）+有机相的体积=0.05W/2.66g/cm3+1662.1923L=1673.4527L.过滤装置的体积V1673.4527L.减压浓缩装置的体积约为有机相的体积V1662.1923L.（该体积即是有机相减压浓缩前的体积）(说明：萃取之前硫辛酸为固体，萃取后有机相为硫辛酸和乙酸乙酯的混合液，即相当于把硫辛酸溶解在乙酸乙酯中。考虑固体溶解于液体中体积几乎不变，所以这里馏出的液体可认为是乙酸乙酯体积的1/2，忽略硫辛酸溶解后密度的变化，馏出乙酸乙酯质量m=1/2*2.5W=1.25W)（9）馏出液回收利用（回收率为90%）。馏出乙酸乙酯m=1.25W；回收量m=1.25W*90%=1.125W；(10)将浓缩液缓慢冷却至 10以下，结晶、离心。硫辛酸m=0.8547764W；除去部分乙酸乙酯，回收率为90%。结晶釜的体积约为乙酸乙酯的体积（忽略硫辛酸溶解在乙酸乙酯中体积的影响）V831.09615L.离心机的体积（忽略硫辛酸固体所占体积的影响）V831.09615L.（11）用0.1W的乙酸乙酯淋洗，得到滤饼（含湿量为 20%）乙酸乙酯m=0.2136941W；回收量m=（1.25W-0.2136941W）*90%=0.9326753W；硫辛酸的质量不受影响，淋洗后的乙酸乙酯处理后可回收利用（此过程未要求回收利用）。淋洗装置的体积（硫磺粉的密度p=2kg/cm3，估计滤饼的密度小于硫磺粉的密度，以2kg/cm3计算，滤饼的体积V=m/p=320.0036L）V0.1W/0.901g/cm3+320.0036L=386.4913L（12）转移至干燥器，在真空度0.08MPa 条件下干燥（除去乙酸乙酯），得淡黄色针状粗品（粗品含量99%）。硫辛酸m=0.8547764W；将粗品含量按99%计算，乙酸乙酯m=0.0086341W；干燥器的体积为滤饼的体积V320.0036L.表4-3-6 硫辛酸干燥过程各物质的规格和质量比原辅料名称规格质量比（W*）粗品99%1.0乙酸乙酯99%3.0活性炭医用级0.1（13）在脱色釜中加入 1W 粗品、3W 乙酸乙酯、0.1W 活性炭，加热回流 2 小时。脱碳过滤。（说明：上述步骤中得到的硫辛酸质量m=0.8547764W，包含1%杂质后总质量m=0.8634105W，不足1W，所以按质量配比处理。即加入的粗品m=0.8634105W，乙酸乙酯m=2.5902315W，活性炭m=0.08634105W）颗粒柱状活性炭的密度p=0.5g/cm3;硫辛酸粗品m=0.8634105W；乙酸乙酯m=2.5902315W，活性炭过滤处理，脱色釜的体积V320.0036L+2.5902315W/0.901g/cm3+0.1W/0.5g/cm3=2054.1698L.过滤装置V2054.1698L.（14）滤液转移到结晶釜中，冷却结晶。固液分离。固体：硫辛酸； 液体：乙酸乙酯（回收率为90%）回收的乙酸乙酯m=（2.5902315W+0.86341W-0.0042954W）*90%=2.3351132W；结晶釜的体积V320.0036L+2.5902315W/0.901g/cm3=2042.1887L.分离装置的体积V2042.1887L.（15）固体干燥，得到硫辛酸精品（含量99.5%）（说明：将含量当成99.5%处理，其余0.5%经分析可认为是乙酸乙酯。）硫辛酸m=0.8547764W；乙酸乙酯m=0.0042954W；干燥器的体积约为硫辛酸的体积（小于滤饼的体积）V320.0036L.上述物料衡算过程中W的求解：0.8547764W*58%*90%*94%*99.5%=25t/100解得W=0.5990541t.(58%,90%,94%,99.5%分别是实际生产过程中的收率）所以工厂每天生产的硫辛酸产品的质量m=0.5990541*0.8547764t=0.5120573t.总结：一天一批次中，回收的乙醇的质量m=1.9717852W=1.181206t； 乙酸乙酯的质量m=4.3927885W=2.631518t需加入的物质（不包括已回收利用的量）见表4-3-7表4-3-7 需加入的物质物质水合硫化钠水硫磺粉6,8-二氯辛酸乙酯四丁基溴化铵氢氧化钠乙酸乙酯乙醇活性炭质量1.1W3.5451407W0.17W1W0.09W0.18W5.6W2W0.1W一天0.6589595t2.1237311t0.1018392t0.5990541t0.0539149t0.1078297t3.354703t1.1981082t0.05990541t100天65.89595t212.37311t10.18392t59.90541t5.39149t10.78297t74.950019t2.8714252t5.990541t（结合实际生产情况，回收的物质只能用于下一批次的生产，所以乙酸乙酯的总投料量 m=5.6W+（5.6W-4.3927885W)*99=125.11394W=74.950019t；乙醇的总投料量m=2W+(2W-1.9717852W)*99=4.7932652W=2.8714252t.4.3.2硫辛酸的能量衡算过程（W=0.5990541t）4.3.2.1二硫化钠的制备和环合反应（t0=0）1.升温至60 Q1的计算，设进料的温度为25Q1=mc(t-t0) （t为任意温度）由科普法来计算C=(kJ/kg)计算物质的比热容(注：乙醇与四丁基溴化铵是催化剂不予考虑)表4-3-1 二硫化钠的制备中各物质比热容物质H2ONa2S9H2O硫粉比热容/(kJ/kg)4.0753473.2407381.161893表4-3-2 二硫化钠的制备中各物质的Q1物质H2O(Q11)Na2S9H2O (Q12)硫粉(Q13)Q/ 103 kJ30.51691451.4449302.958156Q1=Q11+Q12+Q13+Q14=84.92103 kJb. Q4的计算，出料时的温度为60Q4=mc(t-t0) 出料时各物质比热容及带出的热量看表4-3-3表4-3-3 出料时各物质的比热容计带出的热量物质H2O(Q41)硫粉(Q42)Na2S9H2O (Q43)比热容C/(kJ/kg)4.2451531.2103052.329019Q/ 103 kJ76.2922857.39538992.083753Q4=Q41+Q42+Q43=175.771427103 kJc. Q3的计算状态变化热 A. 溶解热 硫粉忽略不计 Na2S9H2O忽略不计纯化水忽略不计 B. 稀释热忽略不计Qp=0化学反应热化学反应式：Na2S. 9H2O + S Na2S2 + 9H2O25：H11=-1fHm（Na2S. 9H2O）（-1）fHm（S）+1fHm（Na2S2）+9fHm= -1542.43 kJ60：rCp，m=-3353.9736Jmol-1K-1Q3=Qc+Qp=-H1+0=H11+rCp，m（333k-298k）=1.743668103 （rCp，m为各物质的化学计量系数乘以相应的Cp，m的代数和，计算过程省略）d. Q5+Q6的计算据工艺要求，可以有Q5+Q6 =5%10%（Q5+Q6+Q4）故取 Q5+Q6=7Q4/93=7175.771427103 /93 kJ =13.230107103kJe. Q2的计算因为Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6所以Q2=Q4+Q5+Q6-Q1-Q3Q2=102.337866103kJ2. 升温至75a. Q1的计算，设进料的温度为60 表4-3-4 各物质的比热容及带进的热量物质水（Q11）硫粉(Q12)Na2S2(Q13)比热容C/(kJ/kg)4.2451531.2103051.46545Q/ 103 kJ189.662631100055326.547207Q1=217.210391103 kJb. Q4的计算，出料时的温度为75表4-3-5 各物质的比热容及带出的热量 物质H2O(Q41)硫粉(Q42)Na2S2(Q43)NaCl(Q44)硫辛酸乙酯(Q45)比热容C/(kJ/kg)4.2451531.2103051.4465452.3588732.956845Q/ 103 kJ237.07828954.3778634.08216049.811517129.128512Q4=474.478341103 kJc. Q3的计算此过程中没有溶解稀释热的变化，故Qp=0。化学反应热60：H11=-1fHm（6,8-二氯辛酸乙酯）-1fHm（Na2S2）+1fHm（硫辛酸乙酯）+2fHm（NaCl）=993.354 kJ75：H=H11+rCp，m（348k-333k）=0.993003103 kJQc=-0.993003103 kJQ3=Qp+Qc=-0.993003103 kJd. Q5+Q6的计算Q5+Q6=7Q4/93=7474.478341103 /93 kJ=9.676973103kJe. Q2的计算Q2=293.974376103kJ3. 降至室温a. Q1的计算，进料的温度为75表4-3-6 各物质的比热容及带进的热量物质H2O(Q11)硫粉(Q12)Na2S2(Q13)NaCl(Q14)硫辛酸乙酯(Q15)比热容C/(kJ/kg)4.2451531.2103051.4465452.3588732.956845Q/ 103 kJ237.07828954.3778634.08216049.811517129.128512Q1=474.478341103 kJQ4的计算，出料时的温度为25表4-3-7 各物质的比热容及带出的热量物质H2O(Q41)硫粉(Q42)Na2S2(Q43)NaCl(Q44)硫辛酸乙酯(Q45)比热容C/(kJ/kg)4.0753471.1618931.4068321.3741952.838571Q/ 103 kJ237.07828954.3778634.08216049.811517129.128512Q4=128.565492103 kJc. Q3的计算此过程中没有溶解稀释热的变化，故Qp=0。无化学反应，故Qc=0。Q3=0d. Q5+Q6的计算Q5+Q6=7Q4/93=7128.565492103 /93 kJ=9.676973103kJe. Q2的计算Q2=-336.235876103kJ4.3.2.2水解反应a. Q1的计算，设进料的温度为25Q1=mc(t-t0) （t为任意温度）Q11=Q41 Q12=Q42 Q13=Q43 Q14=Q44 Q15=Q45C(NaOH)=0.549 kJ/(kg)Q16=Q(NaOH)=1.479963103kJQ17=Q(H2O)=43.944356103kJQ1=Q11+Q12+Q13+Q14+Q15+Q16+Q17=173.989811103kJb. Q4的计算，出料时的温度为60Q4=mc(t-t0) （t为任意温度）Q4=444.773775103 kJQ3的计算状态变化热 a有相关资料差得 溶解热Qp （NaOH）=479.303103kJ Qp （H2O）忽略不计 b稀释热可忽略不计 化学变化热25H11=-1fHm（硫辛酸乙酯）-1fHm（NaOH）+1fHm（硫辛酸钠）+1fHm（C2H5OH） =5.000472103kJ60 H1=H11+rCp，m（333k-298k）=5.011872103 kJQc=-5.011872103 kJQ3=Qp+Qc=474.291128103 kJ(4)Q5+Q6的计算Q5+Q6=7Q4/93=7444.773775103 Kj/93=14.347541103kJ(5) Q2的计算Q2=-189.159623103kJ(6)冷却剂的消耗量（冷凝水）W=Th：冷却剂的初温为20；Tk：放出的冷却剂的末温为60；C： 加热剂的比热容（20与60之间的平均比热容）C(20-60)=( 4179+4183)/2 J/kg=4.181k J/kgW(20-60)= 1.131067103kg3、减压浓缩，降温至25a. Q1的计算，设进料的温度为60表 4-3-8 辛硫酸加压浓缩各物质的热容表物质H2O(Q11)硫粉(Q12)Na2S2(Q13)NaCl(Q14)硫辛酸钠(Q15)NaOH(Q16)比热容C/(kJ/kg)4.2172391.2103051.465451.4314532.5962152.394441Q/ 103 kJ294.0979581.0005533.26572824.18200288.3706261.187773Q1=412.104640 103 kJQ4的计算，出料时的温度为60辛硫酸减压浓缩后各物质的热容见表4-3-9表4-3-9 辛硫酸减压浓缩后各物质的热容表物质H2O(Q41)硫粉(Q42)Na2S2(Q43)NaCl(Q44)硫辛酸钠(Q45)NaOH(Q46)比热容C/(kJ/kg)4.0753471.1618931.4068321.3741952.4923672.298663Q/ 103 kJ118.4178430.4002211.30629116.47669135.3482590.481958求得 Q4=172.431263103 kJc. Q3的计算过程无物理、化学热变化，所以Q3=0d. Q5+Q6的计算Q5+Q6=5.332926103 kJe. Q2的计算 Q2=-234.340451103 kJ4、将辛硫酸浓缩液缓慢冷却10以下a. 辛硫酸降温后辛硫酸各物质的比热容见表4-3-10表 4-3-10 辛硫酸降温后各物质的比热容物质乙酸乙酯（Q11）硫辛酸（Q12）比热容C/(kJ/kg)2.9461252.668298Q/ 103 kJ55.15276734.190948 求得 Q1=89.343715103 kJb. Q4的计算，出料时的温度为10Q4=31.918943103 kJc. Q3的计算过程无物理、化学热变化，所以Q3=0d. Q5+Q6的计算Q5+Q6=2.402501103 kJe. Q2的计算 Q2=-55.022271103 kJ5、辛硫酸加热回流a. Q1的计算，设进料的温度为25表4-3-11 辛硫酸加热回流各物质的比热容物质硫辛酸（Q11）乙酸乙酯(Q12)活性炭(Q13)比热容C/(kJ/kg)2.6682983.2886980.840Q/ 103 kJ39.961371147.7581021.258014求得 Q1=188.977487103 kJQ4的计算，出料时的热量表4-3-12 辛硫酸加热回流后各物质的比热容物质硫辛酸（Q41）乙酸乙酯(Q42)活性炭(Q43)比热容C/(kJ/kg)2.7794773.4257280.840Q/ 103 kJ196.060473724.93822659.252441求得 Q4=980.251140103 kJc. Q3的计算.状态变化热：A溶解热 活性炭不溶，忽略不计 乙酸乙酯忽略不计 硫辛酸忽略不计 B稀释热忽略不计 所以Qp=0.无化学反应热 所以Qc=0 Q3=Qp+Qc=0d. Q5+Q6的计算Q5+Q6=70.739773103 kJe. Q2的计算Q2=862.013426103 kJ6. 萃取有机相浓缩液冷却至10a. Q1的计算，设进料温度为117.75Q11=196.060473103 kJQ12=724.938226103 kJQ1=920.998699103 kJb. Q4的计算，出料的温度为10Q41=2.22358210.599054110103 kJ=13.320459103 kJ Q42=2.74058230.599054110103 kJ=49.252707103 kJQ4=62.573166103 kJc. Q3的计算Q3=0d. Q5+Q6的计算 Q5+Q6=4.709808103 kJe. Q2的计算Q2=Q4+Q5+Q6-Q1-Q3=(62.573166+4.709808-920.998699) 103 kJ=-853.715725103 kJ第5章 主要工艺设备选择5.1工艺主要设备选型及材料选择的依据5.1.1确定系统运行方式 首先要确立整体运行环境及要达到的目标标准和效果。然后根据目标，合理设定系统内各设备运行参数及输出要求，为设备采购提供数据依据和安装要求。保证采购的设备符合系统运行环境，从而达到预期的目的和效果2、品牌信誉度 产品的品牌信誉度是考核设备综合性能的硬指标。设备的综合性能涵盖了配件质量、使用寿命、售后服务、价格、能源消耗指标、各项技术指标等各方面综合因素，单纯按价格高低来判断是无法买到性价比合理的设备的，这也是为何很多设备招标要指定品牌范围的缘故。品牌选择尽量在行业内历史悠久的名牌产品生产企业中进行，这类企业规模大，技术力量雄厚，产品销售有良好的客户口碑作支撑，可长期为客户提供高质量的售后服务。这类企业生产的产品配件用料规范，产品质量令人放心。只有多比较、多调研，才能做出正确的选择。3、业内市场占有率 同通过对目标对象进行调研。了解行业或同等环境中使用效果，效果良好的设备做为品牌确定的参照，同进也可由厂商提供典型客户，进行实地考察，获得最真实的市场使用情况。4、实用性及适用性 针对目标设备进行参数分析，选择最符合设计运行环境要求的产品，并以相同的标准对多品牌设备进行考量和综合评估。5、售后服务质量 产品使用一段时间后都会出现问题，需方可从现有用户方面了解真实的售后服务信息，只有从实际用户那里得到的真实反馈才是真实可信的。6、了解真实的运行环境要求及技术数据 设备的真实运行数据才是选择设备的重要参考依据，额定数据仅是选择设备的一个方面如有可能尽量全面衡量设备的满载、空载和额定数据。7、综合性价比 产品价格的高低需结合产品定位来分析才能准确判断。一线品牌产品各部件配置高、产品使用寿命长、售后服务有保障，定价自然就高；二线品牌产品质量不够稳定，零部件配置和售后服务也要稍逊一筹，价格自然低一些；三线产品的定价就鱼龙混杂了，可以说什么价格都有，有的产品只有鲜亮的外壳，材料配件以次充好甚至以旧充新；有的把赢利点放在维修上，一旦出现故障，维修费用动辄要数千上万元。选择时减少中间商环节，采取直销直采方式，提商性价比。8、明确成品设备基本配置及要求的运行环境参数 要求供货商提供完整设备的基本配置，必须明确设备主要部件的基本参数，以确定产品与设计环境的匹配程度9、 关注企业技术创新能力及设备节能设计。 5.2工艺主要设备计算依据：5.2.1空气鼓风机风机是一种用于压缩和输送气体的机械，从能量观点来看，它是把原动机的机械能量转变为气体能量的一种机械。通风机排气压力低于112700Pa 鼓风机排气压力在112700Pa343000Pa之间 压缩机排气压力高于343000Paa） 风机流量系数： = Q/900nD22u2式中：流量系数 Q流量，m/h D2叶轮直径，m u2叶轮外缘线速度，m/s（u2=nD2n/60）b）风机全压系数：t=KpPtF/pu22式中：Kp压缩性修正系数 PtF风机全压，Pa P风机进口气体密度，kg/m u2叶轮外缘线速度，m/sc）管网阻力：Rj = K Q2式中：Rj网静阻力，Pa K网管特性系数与管道长度，附件种类 Q风机的流量，m/s5.2.2换热器 由20,0.1Mpa加热成0.5Mpa 151、85所需要不同流速的加热器不同分类： 流速为：11.9kg/h 所选用的功率是：8.81kw 258.9kg/h 所选用的功率是：258.9kw 177.9kg/h 所选用的功率是：131.65kw 98.84kg/h 所选用的功率是：79.15kw 由20,0.1Mpa自来水却成0.1Mpa -10所需要不同流速的加热器不同分类： 流速为：142.18kg/h 所选用的功率是：-1.94kw 716.5kg/h 所选用的功率是：-9.76kw 250kg/h 所选用的功率是：-3.14kw 844kg/h 所选用的功率是：-11.5kw 由20,0.1Mpa自来水却成0.1Mpa 5所需要不同流速的加热器不同分类： 流速为： 418.9kg/h 所选用的功率是：-7.32kw 622.1kg/h 所选用的功率是：-10.87kw 1644.7kg/h 所选用的功率是：36kw5.2.3干燥塔1、干燥工艺流程：鼓风机加热器干燥器收集装置引风机2、干燥器选型计算依据：a）每小时蒸发水量 Gw = G（w1-w2）/（1w2） （1）式中：Gw蒸发水量，kg/h G物料被干燥后的产量，kg/h W1初始含水率，kg水/kg湿物料 W2最终含水率，kg水/kg湿物料b）每小时需要的最小热负荷 Q = r Gw （2） 式中：Q热负荷，KJ/h R水的汽化潜热，KJ/kg c）每小时需要的最小风量 m = Q / c（t1t2） （3）式中：m风量，kg/h t1进干燥器空气的温度 t2出干燥器空气的温度 C空气的比热容，KJ/（kgK） 在式(1)中,w1、w2、G均是干燥器用户在选购 前就已确定的，所以Gw是容易知道的。在式(2)中,水的汽化潜热是确定的,则Q也容易求得;若实际提供的热负荷能达到Q的2倍左右,则系统正常工作时所需要的热量就能得到保证。在式(3)中,t1、t2是干燥器设计时必不可少的参数,直接影响到被干燥物料的质量和干燥器能耗,在选型时可向干燥器的生产厂索要,所以m也是可求的。已知m后,就可以校核风机的风量。从图1可知,干燥流程中鼓风机和引风机是串联的,需要注意的是串联后的风量并不是这两台风机风量的和。例如,由两台型号相同的风机组成的干燥系统,正常运转时其风量不会超过单台风机的风量。将单台风机的风量与最小风量m进行比较,若风机风量的裕量比较大,则说明该风机可以支持该干燥系统正常运转。若没有裕量,干燥器投入使用后,就有可能达不到设计能力。若风机风量小于m,则该干燥器投入使用后,肯定达不到设计能力,甚至还可能导致整个系统无法正常运转，因此，选型时我们通过校核计算来确定。 5.2.4 反应釜设计 反应釜设计条件及设计内容分析由生产需要分析可知，设计反应釜体积为2，操作体积为1.55，搅拌装置配置的电机功率为4，搅拌轴的转速为100，搅拌桨的形式为涡轮式，加热的方式为夹套内热蒸汽进行加热，装置上设有4个工艺接管，2个视镜，4个耳式支座，1个人孔，2个测控接管。5.2.4.1、反应釜釜体的设计5.2.4.1.1釜体的确定 （1）因为吸氢反应釜中的反应物料为气液混合相，因此根据反应釜长径比的选择标准，此时反应釜的长径比确定为i= H1/D1=1.表5-1 .几种反应釜H1/D1值种类设备内物料类型I一般搅拌釜液-固相或液-液相物料11.3气-液相物料12发酵罐类1.72.5（2）确定装料系数=0.85.2.4.1.2 筒体内径D1。 根据V=（/4）D1H1=（/4）D1(H1/D1) 即D1（4V/i）/=(4*2/3.14*1) /=1.366m 将D1估算值圆整到公称直径系列，故取D1=1400mm。5.2.4.1.3 釜体封头的设计当公称直径等于1400 mm，从书本上表中查得椭圆形封头的容积V封=0.3977 m，并且查得筒体每米高的容积Vm=1.690 m/m，封头直边高度为h0=25mm, 查表得封头容积V封=0.3977m，封头总高度为375mm,根据反应釜规格标准配型选择封头厚度为2.5mm。图5-1 封头形式5.2.4.1.4筒体高度的确定 当公称直径等于1400mm，本设计所选钢号为Q235-B,其性能参数为=113MPa、=0.8、P=0.3MPa。则筒体高估算如下： 筒体高度H1=（V- V封）/V1m =（2-0.3977）/1.6900.948m V封-封头容积 V1m-1米高筒体容积5.2.4.2 反应釜夹套的设计5.2.4.2 .1夹套直径表5-2 夹套直径与筒体直径的关系 mmD1500600700180020003000D2D1+50D1+100D1+200 由上表中可知夹套的内径D2=D1+100=1400+100=1500mm,夹套封头也采用椭圆形，并与夹套筒体取相同直径。5.2.4.2 .2夹套高H2的估算 由上述装料系数已确定为确定装料系数=0.8。夹套高H2按下式进行估算。 H2=(VV封)/ V1m=(0.82-0.3977)/1.690=0.711m 夹套所包围的罐体的表面积（筒体表面积F筒+封头表面积F封）一定要大于工艺要求的传热面积F,即F筒+F封F=5 式中：F筒筒体表面积，F筒=H2F1m=0.7114.715=3.3543 F封封头表面积，查表得，F封=2.2346 F= F筒+F封=3.3543+2.2346=5.58895 所以满足要求。5.2.4.3夹套反应釜强度的计算5.2.4.3.1按内压对筒体和封头进行强度计算液柱静压力 p1H=10-6gh=10-6*9.8*(h1+h2+h3)=0.0147MPa计算压力p1c=p1+p1h=0.3+0.0147=0.3147MPa p2c=p2=0.35罐体筒体计算厚度1=p1c *D1/(2- p1c)=2.296mm夹套筒体计算厚度2=p2c *D2/(2- p2c)=2.74mm罐体封头计算厚度11=p1c *D1/(2- 0.5p1c)=2.3mm夹套封头计算厚度22=p2c *D2/(2- 0.5p2c)=2.74mm厚度附加量计算： 钢板的全部厚度=2+22=5.48mm 取钢板的厚度负偏差C1=0.6mm。又壳体、封头的腐蚀程度为轻微腐蚀，所以取钢板的腐蚀裕量C2=2mm。 C=C1+C2=2.6 罐体筒体设计厚度1c=1+C1=4.896mm 夹套筒体设计厚度2c=2+C1=5.34mm 罐体封头设计厚度1c=11+C1=4.9mm 夹套封头的设计厚度2c=22+C1=5.34mm5.2.4.3.2按外压对筒体和封头进行强度校核选取名义厚度1h=10 1c=1h-C=10-2.8=7.2mm罐体筒体外径D10=1400+210=1420mm筒体计算长度L=1100+1/3375+25=1250mm5.2.4.4反应釜附件的选型及尺寸设计 设计内容包括：法兰的设计、密封面形式的选型、垫片设计、螺栓和螺母的设计。5.2.4.4.1釜体法兰的设计（1）法兰的选型：甲型平焊法兰 法兰的标准代号：法兰FF1200-0.6 JB/T4701 法兰的材料：0Cr18Ni10Ti（2）法兰的结构与尺寸 D D1 D2 D3 D4 d 规格 数量 1430 1490 1455 1441 1438 48 23 M20 445.2.4.4.2密封面形式的选型 查文献1P331表16-14知密封面采用光滑面或凹凸面。5.2.4.4.3垫片的设计 垫片法兰的选型、材料：垫片选用耐油橡胶石油垫片，材料为耐油橡胶石棉板表5-3 垫片的结构与尺寸内径d/mm外径D/mm厚度S/mm1400144035.2.4.4.4 螺栓、螺母的选型 六角头螺栓C级 I型六角螺母C级 螺栓长度L的计算： 其中（）、垫片的厚度（S）、螺母的厚度（H）、垫圈厚度（h）、螺栓伸出长度（0.3-0.5）d确定。其中=50mm、S=3mm、H=30mm、h=3mm、螺栓伸出长度取0.3d=0.3*27.7mm螺栓的长度L为： L =2+S+H+2h+0.3d =250+3+30+23+0.327.7 =147mm 取L=150mm螺栓标记：GB/T5780-2000 M20150螺母标记：GB/T41-2000 M20垫圈标记：GB/T95-2002 24-100HV5.2.4.4.5法兰、垫片、螺栓、螺母、垫圈的材料 根据甲型平焊法兰、工作温度等条件，有文献3附录8法兰、垫片、螺栓、螺母材料匹配表进行选材，结果如表所示。表5-4 法兰、垫片、螺栓、螺母的材料法兰垫片螺栓螺母垫圈0Cr18Ni10Ti耐油橡胶石棉3520100HV5.2.4.4.6工艺接管的设计（1）水、蒸汽进口接管采用45x2.5无缝钢管，罐内的接管与夹套表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG205932 法兰 PL50-0.6 RF 20.（2）工艺物料进口采用45x2.5无缝钢管，管的一端切成45，伸入罐内一定长度。配用的突面板式平焊管法兰：HG2。0592 法兰 PL50-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。（3）放料口采用76x3.0无缝钢管，接口与封头内表面磨平。配用突面板式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL80-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti。与其配套的是手动下展式放料阀，标记：放料阀6-100 HG5-11-81-3.（4）水出口采用45x2.5无缝钢管，接管与封头表面磨平。配用突面式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL25-0.1 RF 20.（5）安全阀接口 采用32x23.0无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL25-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti.（6）冷凝器接口 采用89x4无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL80-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti.（7）加热管套管 采用74x4无缝钢管，罐内的接管与下封头内表面磨平。配用突面式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL65-0.1 RF 20.（8）视镜 采用89x4无缝钢管，接管与封头内表面磨平。配用突面式平焊管法兰：HG20592 法兰 PL80-0.6 RF 0Cr18Ni10Ti.5.2.4.4.7视镜选型 根据工作压力及物料情况可选不同规格的标准结构，由于罐内介质压力较低（w=0.3MPa）且考虑DN=1400mm，本设计选用带灯有劲视镜，其DN=100mm。5.2.4.4.8手孔和人孔 标记：人孔RFIIIb-8.8（NM-XB350）450-0.6 标准：HG/T21517-2005表5-5 人孔尺寸密封面式公称压力PN公称直径DNDLD1BAbb1H1H2d总质量Kg突面（RF）型1.04005652005151253102624220108201044506152505651503402826230110201255006702506201753652828250112241545.2.4.4.9支座的选型及设计 支座的选型 由于设备外部设置有100mm的夹套层，所以选耳式B型支座，支座数量为4个。表5-6 支座尺寸的初步设计允许载荷Q kN适用容器公称直径DN高度H底板垫板I1b11S1I3b33e601000200025020014014703152508405.2.4.4.10搅拌装置的选型与尺寸设计（1）搅拌轴直径的设计 电机的功率为P=4KW,搅拌轴的转速n=200r/min,材料为45钢，40MPa，剪切弹性模量G=8*104MPa,许用单位扭转角=1/m Wp0.2d 得d34.8mm,圆整后考虑腐蚀裕量，取d=40mm。表5-7 搅拌轴尺寸/mm机架代号搅拌轴轴端尺寸DJ型h1h2h3h4d0d1d2M1d3d4R1t1b1HH2质量KgDJ3511331524354242.5M45*1.54550146860034078 （2）搅拌轴临界转速校核计算 由于反应釜的搅拌轴转速n=85r/min=0.08MPa条件下干燥，得到淡黄色针状粗品（粗品含量=99%）。（12） 脱碳过滤将粗品、活性炭人工加入脱色釜R0301中，将乙酸乙酯由阀门V4030控制由泵P0307泵入到脱色釜R0301中，蒸汽进行立式冷凝器E0302A和卧式冷凝器E0302B中，进行加热回流2小时。脱碳过滤进行处理。（13） 结晶将滤液由阀门V4031控制由泵P0408泵入到结晶釜V0305中，将冷水CW0303通过阀门V4032控制由泵P0308泵入到夹套中进行保冷，结晶后液体PL0302进行回收利用。（14） 干燥结晶后样品由阀门V4033控制由传送带传入到干燥器V0306中，热蒸汽LS0303经阀门V4034控制经泵F0303泵入到夹套中进行加热，在真空度=0.08MPa的条件下干燥，得淡黄色针状硫辛酸精品（含量=99.5%）。 11.4.1.3 硫辛酸生产过程中的物料及设备号 硫辛酸生产过程中的物料见表11-4硫辛酸生产过程中用到的物料。表11-4 硫辛酸生产过程中用到的物料组分名称FORMULA1H2O水H2O2HSS水合硫化钠Na2S.9H2O3S硫S4AL乙醇C2H5OH5FBB四丁基溴化铵C16H36BrN6E6,8-D6,8-二氯辛酸乙酯C10H18Cl2O27CS氢氧化钠NaOH8HA盐酸HCl9AE乙酸乙酯CH3COOC2H510AR工业空气O2，N211H2O冷水H2O12H2O热蒸汽H2O13SSW饱和食盐水NaCl14C活性炭C表11-5 硫辛酸生产过程主要设备位号序号设备位号设备名称1P0101进水泵2P0102催化剂泵3P0103主要物料4P0401输出泵5P0201进氢氧化钠泵6P0202进酸泵7P0302溶解泵8P0303空气泵9P0304进饱和食盐水泵10F0301进蒸汽泵11P0305进冷水泵12P0306淋洗泵13F0302进蒸汽泵14P0307溶解泵15P0308进冷水泵16F0303进蒸汽泵17P0402输出泵18P0403输出泵19P0404输出泵20P0405输出泵21P0406输出泵22P0407输出泵23P0408输出泵24P0501水泵25P0502水泵26R0101釜式反应器27R0201A水解反应釜28R0202浓缩釜29V0201真空受槽30E0201冷凝管31V0301真空受槽32R0202B酸化反应釜33T0301萃取塔34T0302洗涤塔35M0301干燥机36T0303浓缩釜37V0301A真空缓冲罐38V0301B真空受槽39V0302结晶釜40M0302离心机41V0303干燥器42R0301脱色釜43V0305结晶釜44V0306干燥器 11.4.2 依非韦仑生产工艺流程PID图 11.4.2.1依非韦伦生产工艺流程管道及仪表流程图（PID图） 依非韦伦工艺流程管道及仪表流程图见图11-6硫辛酸工艺流程管道及仪表流程图。图11-2 依非韦伦工艺流程管道及仪表流程图（依非韦伦工艺流程管道及仪表流程图原图请见附图4） 11.4.2.2依非韦伦生产工艺操作流程说明（1） 混合溶液I，混合溶液II，混合溶液III制备a. 制备混合物前，先将各反应釜抽真空，通氮气各3遍。b. 将0.45W乙基锌用P028泵泵入搅拌器V0101A中，将0.39W环丙基乙炔锂用P027泵泵入搅拌器V0101B中，将1W4氯-2-（三氟乙酰基）苯胺用P026泵入搅拌器V0101C中，再用P025泵分别向三个搅拌器中泵入0.45W丙酮，0.5W丙酮，1W丙酮，分别制得混合溶液I，混合溶液II，混合溶液III，均控制温度为30。（2） 加料将2W丙酮用P048泵泵入加成反应釜R0101A,R0101B中，将0.07W的A用P049泵泵入加成反应釜R0101A,R0101B中，将0.48W的B用P050泵泵入加成反应釜R0101A,R0101B中，搅拌1个小时，冷却至0。将混合溶液I用P024泵缓慢（约2小时）泵入加成反应釜R0101A,R0101B中，控制加成反应釜温度在28以下，将混合溶液II用P024泵缓慢（约2小时）泵入加成反应釜R0101A,R0101B中并控制加成反应釜温度在0-5，反应约1.5小时，再将混合液III用P024泵缓慢（约3小时）泵入加成反应釜R00101A,R0101B中，并控制加成反应釜温度在40，反应约2小时，得加成液。（3） 减压浓缩将加成液用P006泵泵入浓缩釜T0101A,T0101B,T0101C中浓缩0.5小时，流出丙酮蒸汽进入冷凝器E0101中，冷凝液进入真空受槽V0102A中。（4） 将浓缩液用P007泵泵入洗涤塔T0102A,T0102B中，将3W乙酸乙酯用P030泵泵入洗涤塔中，将1W冰水用P034泵泵入洗涤塔中，控制温度在0-5，淬灭反应约1小时，将1W纯化水用P035泵泵入洗涤塔中，静置分层。（5） 将有机相用P008泵泵入浓缩釜T010
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