年产50吨氢化可的松车间工艺设计毕业设计

1、北京化工大学北方学院毕业设计（论文）北京化工大学北方学院NORTH COLLEGE OF BEIJING UNIVERSITY OFCHEMICAL TECHNOLOGY2013届）本科生毕业设计题 目： 年产 50 吨氢化可的松车间工艺设计4 孕甾烯-17，21-二醇-3,20-二酮专 业： 应 用 化 学姓 名：傅宇德班 级： 0905 学生学院： 理 工 院日期： 2013年 5月指导教师： 林 贝北京化工大学北方学院毕业设计（论文）诚信申明本人申明：本人所递交的本科毕业设计（论文）是本人在导师指导下对四年专业知识和实验 工作的全面总结。用所学过的课程，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列

2、的内容以 外，论文中创新处不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京 化工大学或其它教育机构的学位或证书而已经使用过的材料。 与我一同完成毕业设计 （论文）的同学对本课题所做的任何贡献均已在文中做了明确的说明并表示了谢意。 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名：年月日北京化工大学北方学院毕业设计（论文）年产 50 吨氢化可的松车间工艺设计4孕甾烯 17，21-二醇 3,20-二酮的制备傅宇德应用化学专业 应化 0905 班 学号 090105126指导教师 林贝摘要本工段设计所采用的工艺路线为： 在反应罐内投入氯仿及氯化钙 -甲醇溶液 1/3 量

3、搅拌下投入 17-羟基黄体酮 （8-13）,待全溶后加入氧化钙，搅拌冷至 0。将碘溶于其 余 2/3 量氯化钙 -甲醇液中，慢慢滴入反应罐， 保待 T=02，滴毕，继续保温搅拌 1.5h。 加入预冷至 10的氯化铵溶液，静置，分出氯仿层，减压回收氯仿到结晶析出，加 入甲醇，搅拌均匀，减压浓缩至干，即为 17-羟基 -21-碘代黄体酮。加入 DMF 总量 的 3/4，使其溶解降温到 10左右加入新配制好的乙酸钾溶液 （ 将碳酸钾溶于余下的 1/4DMF 中，搅拌下加入乙酸和乙酸酐，升温到 90反应 0.5h,再冷却备用 ）。逐步升 温反应到 90 ,再保温反应 0.5h，冷却到 -10，过滤，用

4、水洗涤，干燥得化合物 S， 熔点 226，收率 95%。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。以 17羟基黄体酮为原料，经过加成反应得到中间产物，再经过碘化反应和置 换反应，通过静置分层、减压浓缩、过滤洗涤、干燥等工序，得到成品。设计要求通 过物料衡算，能量衡算，选择合适的设备、车间布置及管道设计。查阅英文并翻译、 绘制相应的工艺图。 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。关键词 :氢化可的松 车间工艺设计 加成北京化工大学北方学院毕业设计（论文）Annual output of 50 tons of hydrocortisone Process DesignWorkshop- 4 progesterone en-1e7 ,

5、 21- diol -3,20 dioPreparation酽锕极額閉镇桧猪訣锥。AbstractThe design process route is mainly used: in the reaction tank into chloroform and calcium chloride - methanol solution of 1 / 3 volume, stirring into 17-hydroxy progesterone, to be fully dissolved after adding calcium oxide, mixing cold to 0 . The iod

6、ine dissolved in the remaining 2 / 3 of calcium chloride - methanol solution can slowly drip into the reaction, maintaining the temperature at 0 2 , drop complete, continue to heat stirred 1.5h, join the pre-cooling to -10 The ammonium chloride solutions, standing, separate the chloroform layer, vac

7、uum recovery of chloroform to crystallization by adding methanol, mix, evaporated to dry, namely 17 -21-iodine-hydroxy-progesterone. Adding the total DMF 3 / 4, to dissolve, cool to about 10 , a new liquid formulation of potassium acetate, gradually warming response to 90 , and then heat reaction 0.

8、5h, cooled to -10 , filtration, water washing , dried, so acetic acid compounds. Melting point 226 , yield 95%.The design mainly consists of factors on HC workshop layout, design of process flow, calculation of matirial in the flow, calculation of quantity of heat, design of workshop layout, Selecti

9、on of pipeline calculation, composition of design spec, translation of foreign document, blueprint drawing, et cetera. Which the material balance in the quality of conservation law based on the heat balance to the law of conservation of energy and the basis of materials and energy based on the data,

10、 select the appropriate response equipment. 彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。key words:Hydrocortisone workshop tesc hnology design Addition 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。北京化工大学北方学院毕业设计（论文）目录厦7礴恳蹒骈時盡继價骚。第一章 产品概述 茕8桢广鳓鯡选块网羈泪。1.1 节 设计依据 鹅8娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。1.2 节 产品概述 籟8丛妈羥为贍偾蛏练淨。1渗0釤呛俨匀谔鱉调硯錦。1铙3誅卧泻噦圣骋贶頂廡第二章 工艺设计与工艺流程 10預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。2.1 节 设计任务 第三章 物料核算3

11、.1 衡算依据1擁3締凤袜备訊顎轮烂蔷。3.2 物料衡算基础数据 13贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。3.3 物料衡算流程图 1坛9摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。第四章 热量衡算 2蜡0變黲癟報伥铉锚鈰赘。4.1热量衡算目的 20買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。4.2衡算依据 2綾0镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。4.3热量衡算基础数据的计算和查取 21驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。4.4化学反应的热量衡算 25猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。第五章 设备选型 3锹8籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。5.1 节 工艺设备选型的方法 38構氽頑黉碩饨荠龈话骛。5.2 节 主要设备的选型与计算 38輒峄陽檉簖疖網儂號泶。5.3 节 非主要设备的计算与选型 42尧侧閆繭絳

12、闕绚勵蜆贅。北京化工大学北方学院毕业设计（论文）5.4 节设备一览表 4识6饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。第六章管道设计 4凍7鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。6.1 节管道设计的基础资料 47恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。6.2 节管道设计要求 47鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。6.3 节管道计算 4硕8癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。6.4 节管道选型一览表 51阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。第七章劳动保障与安全生产 52氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。7.1 节车间安全生产规则 52釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。7.2 节环境卫生 5怂3阐譜鯪迳導嘯畫長凉。7.3 节生产装置安全操作要则 53谚辞調担鈧谄动禪泻類。附录 5嘰4觐詿缧铴嗫偽純铪锩。结论 5熒5绐譏

13、钲鏌觶鷹緇機库。北京化工大学北方学院毕业设计（论文）氢化可的松又称为皮质醇， 是天然存在的糖皮质激素， 其抗炎作用为可的松的 125 倍，也具有免疫抑制作用、抗毒作用、抗休克及一定的盐皮质激素活性等，故而在临 床医学上得到了广泛的应用。主要用于肾上腺皮质功能不足，自身免疫性疾病，变态 反应性疾病，以及急性白血病、眼炎及何杰金氏病，也用于某些严重感染所致的高热 综合治疗。 鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。我国以薯蓣皂素生产氢化可的松的企业及药厂众多， 为更好的工业化半合成氢化 可的松。所以未来几年，氢化可的松将继续在我国得到长足发展，以适应经济全球化 的市场竞争 ,因此挖掘和完善基于半合成方法的氢化可的松

14、将是未来中国制药行业的 一个发展点。基于对氢化可的松的了解与认识，同时结合专业课的深入学习及老师的 悉心教导，我开始了对氢化可的松的车间工艺设计。 纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。本次设计内容以 17羟基黄体酮为原料，经过加成反应得到中间产物，再经过 碘化反应和置换反应，通过过滤、浓缩、洗涤、干燥等工序，得到成品。本设计要求 我们要有扎实的专业理论知识，同时要熟练掌握计算机，熟练运用画图工具。设计成 果包括了工艺流程设计、物料衡算、能量衡算、工艺设备选型计算、车间布置设计、 管道计算选型、设计说明书的撰写、查阅英文并翻译、并绘制相应的工艺图。 颖刍莖蛺 饽亿顿裊赔泷。本设计为工段的初步设计，按照设计任务

15、书所要求的内容完成。但由于经验、理 论和实践知识的不足，导致设计中还存在着大量的不足之处，请老师指出和修正。 濫 驂膽閉驟羥闈詔寢賻。北京化工大学北方学院毕业设计（论文）第一章 产品概述1.1节 设计依据1.1.1设计任务依据北京化工大学北方学院制药工程专业毕业设计任务书。1.1.2设计的技术依据以毕业设计任务书的要求对氢化可的松车间工艺展开， 其详细过程见工艺路线论 证。1.1.3设计遵循的技术法规（ 1） 药品生产质量管理规范实施指南（ 2001 年版，中国化学制药工业协 会，中国医药工业公司）；（ 2） 工业企业噪声控制设计规范 GBJ87-85；（ 3） 环境空气质量标准 GB3095

16、-1996；（ 4） 污水综合排放标准 GB8978-1996；（5） 工业 “三废”排放执行标准 GBJ4-73；（ 6） 建筑工程消防监督审核管理规定公安部第 30 号令；（ 7） 建筑结构设计统一标准 GB500682001；（ 8） 工业企业设计卫生标准 TJ36-79；（ 9） 化工工厂初步设计内容深度的规定 HG/206882000 （10）化工工艺设计施工图内容和深度统一规定 HG 20519-92 （11）关于出版医药建设项目可行性研究报告和初步设计内容及深度规定的 通知国药综经字 1995，第 397 号（ 12）化工装置设备布置设计规定 HG 20546-921.2节 产品

17、概述北京化工大学北方学院毕业设计（论文）1.2.1产品名称、化学结构（1）产品名称中文名： 4孕甾烯 17，21-二醇 3,20-二酮英文名：4 progesterone en-1e7, 21- diol -3,20 - dione Preparation銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼 （2）化学结构式、分子式及分子量 化学结构式：CH2O分子式： C21H30O5分子量： 3631.2.2 临床用途（1）临床用途： 用于肾上腺功能不全所引起的疾病、类风湿性关节炎、风湿性发热、痛风、 支气管哮喘等；用于过敏性皮炎、脂溢性皮炎、瘙痒症等；用于虹膜睫状体炎、 角膜炎、巩膜炎、结膜炎等；用于神经性皮炎；用于结

18、核性脑膜炎、胸膜炎、关 节炎、腱鞘炎、急慢性捩伤、腱鞘劳损等。 挤貼綬电麥结鈺贖哓类。（2）注意事项： 与降糖药、抗癫痫药、噻嗪类利尿药、水杨酸盐、抗凝血药、强心甙等合用须考 虑相互作用，应适当调整剂量。不可骤然停药，并避免减量过快，以免引起肾上 腺皮质功能不全的不良反应， 应缓慢减量停药。 并在停药后半年内使用促肾上腺 皮质激素。 赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。3）不良反应：北京化工大学北方学院毕业设计（论文）长期大量服用引起柯兴氏征、水钠潴留、精神症状、消化系统溃疡、骨质疏 松、生长发育受抑制。第二章 工艺设计与工艺流程2.1 节 设计任务 本项目设计产品生产工艺资料部分由建设单位提供。 工艺资料

19、包括各部反应化学 方程式、原辅料配比、操作条件、操作周期、各步收率及原辅料、中间体、成品等物 料性质等等。本设计的生产工艺的操作方式采用的是间歇操作，整个工艺总体上分为 五个工段。 塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。2.1.1 工艺过程及工序划分5,16-孕甾二烯 -3醇 20-酮 3-醋酸酯的制备 1617环氧黄体酮的制备 17羟基黄体酮的制备 4孕甾烯 17，21-二醇 3,20-二酮的制备 氢化可的松的制备2.1.2 化学反应方程式及各步收率CH3ONNHCNH 2CHCH3COOHOH2NCNHNCH OAcCH 2ICO10NNHCNH2OCOOHCH 2OAc2OH北京化工大学北方学院毕业设计

20、（论文）各步反应收率：由于设计是根据终产物的量推算所需各阶段的原辅料量，我所做 设计为第三阶段，只需知道第四、五阶段的收率即可。查阅资料可得第四阶段收率为 95%，第五阶段的收率为 44%。裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。11北京化工大学北方学院毕业设计（论文）2.2.1、工艺流程简述在反应罐内投入氯仿及氯化钙甲醇溶液的 1/3 量，搅拌下投入 17羟基黄体 酮，待全溶后加入氧化钙，搅拌冷至 0。将碘溶于其余 2/3 的氯化钙甲醇溶液中， 慢慢滴入反应罐中， 保持温度在 02 ,滴毕，继续保温搅拌反应 1.5h，加入预冷至 10的氯化铵溶液，静置，分出氯仿层，减压回收氯仿到结晶析出

21、，加入甲醇，搅拌 均匀，减压浓缩至干，即为 1721-碘羟基黄体酮。加入 DMF 总量的 3/4,使其溶解， 降温到 10 左右，加入新配制的醋酸钾液， 逐步升温反应到 90 ,再保温反应 0.5h， 冷却到 10 ,过滤，用水洗涤，干燥得醋酸化合物。 绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。CH3+ CaI212CaO + H O2Ca(OH) 2Ca2+ + 2OH -北京化工大学北方学院毕业设计（论文）第三章 物料核算3.1 衡算依据3.1.1 设计任务设计项目： 4孕甾烯 17，21-二醇 3,20-二酮车间 产品名称： 4孕甾烯 17，21-二醇 3,20-二酮 工作日： 300 天 /年日产量：日产

22、量 =年产量 /年工作日各工段收率：减压回收的收率： 98%减压浓缩的收率：99%过滤洗涤的收率：99%干燥工段的收率：98%总收率： 98%99%99%98%=95% 基准：物料衡算以天计算，物料单位为 kg。3.2 物料衡算基础数据3.2.1 年生产批数计算第四阶段的收率为 95%，第五阶段的收率为 44%，根据以上这二个收率算出后二 个阶段的总收率进而算出由我所做设计阶段的反应物所应得到氢化可的松的批产量。 过程如下： 骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。由反应方程式可知 17-羟基黄体酮和氢化可的松的的反应比例是 11；总收率： 95%44%=41.8%； 50000300=166kg（每批氢化可的

23、松的产量） ；17-羟基黄体酮日需要量： 166.6 41.8%330362=363.5kg；注： 330、362分别是 17-羟基黄体酮和氢化可的松的分子量。13北京化工大学北方学院毕业设计（论文）3.2.2 原辅料、产物及配比关系主要原料： 17-羟基黄体酮，主要辅料有氯仿、氯化钙 -甲醇、氧化钙、氯化铵、 甲醇、 DMF 、醋酸钾产物： 17，21二醇3，20二醇表 2.1 工段原料用量（投料及配比）原料名称规格配比批投料量分子量17-羟基黄体酮纯度 100%1.00363.5330氯仿纯度 98%4.001454119氯化钙 -甲醇溶 液纯度 45%0.67243.55氧化钙纯度 10

24、0%0.1761.79556碘纯度 100%0.90327.15127氯化铵纯度 42%2.50908.7552.5甲醇纯度 99.5%2.40872.432DMF（2，5-二甲 基呋喃）纯度 99%2.20799.773醋酸钾纯度 65%1.5545.2598添加水密度1.00kg/L8.0290818注：查阅相关资料得知，且以上配 17-羟基黄体酮为基准 各单元的物料衡算： 碘化反应单元碘代反应F图 2.1 碘化反应A17-羟基黄体酮（363.5kg）纯品363.5kgB氧化钙（61.795kg）纯品61.795kgC碘（327.15kg）纯品327.15kgD氯仿（1454kg）纯品14

25、54kg杂质29.08kg14北京化工大学北方学院毕业设计（论文）E的氯化钙 -甲醇溶液 （243.55kg）纯品243.55kgF反应后混合物水 243.55 0.55=133.95kg（2449.99kg） 中间产物 碘化钙： 碘: 杂质 水：17-21-碘羟基黄体酮为 497.27kg245.20kg瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。140.68kg1304.75kg261.77kg 静置分层单元B静置分层C图2.2 静置分层D鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。A反应后混合物：(2449.99kg)B氯化铵溶液：(908.75)C分层产物(2062.86kg)氯仿1424.92kg碘140.68kg21碘羟基黄

26、体酮497.27kgD废液1(1295.88kg) 减压浓缩（产物的损失 3% ）A减压浓缩图 2.3 减压浓缩A 分层有机层2062.86kgB1721碘羟基黄体酮晶体 497.27 97%=482.35kgC甲醇溶液872.4kg15北京化工大学北方学院毕业设计（论文）含水D废气4.362kg置换反应单元ABC置换反应图2.4 置换反应A 1721 碘羟基黄体酮晶体(482.35kg)B DMF (799.7kg)C 醋酸钾( 545.25kg)纯品 799.7 0.99=791.70kg 杂质799.7 0.01=7.99kg 纯品545.25 0.65=354.41kg 含水545.2

27、5 0.35=190.84kgD 反应混合物（ 1827.3kg）产物 412.35kg醋酸钾剩余量 其它杂质量 含水250.00kg966.04kg198.90kg过滤洗涤单元（产物损失 1%）A 水过滤洗涤B栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。162452.91kg)北京化工大学北方学院毕业设计(论文)C图 2.5 过滤洗涤A 反应混合物 (1827.3kg)过滤水( 2898.08kg)B滤液( 4313.03kg)C产品( 412.35kg)产物412.35kg醋酸钾剩余量 250.00kg其它杂质量 966.04kg含水198.90kg溶质1216.04kg水 3096.99kg纯品412.35

28、99%=408.23kg含水 4.12kg干燥单元(产物的损失 1%)A干燥B图2.6 干燥A 进料( 412.35) 含水 4.1kgB 产品( 408.23kg) 408.23 99%=404.1517北京化工大学北方学院毕业设计（论文）表 2.2 进、出物料平衡表进料出料序号物料名称组成（%）数量（kg）序号物料 名称组成（%）数量（kg）117-羟基 黄体酮粗 品100.00363.51废液100.001295.882氯化钙- 甲醇溶液100243.55（1）氯化铵30.52395.50（1）纯品45109.60（2）杂志55133.953氯仿100.001454（2）杂质16.692

29、16.28（1）纯品98.001424.92（3）水52.79684.10（2）杂质2.0029.082废气100.002452.914氧化钙100.0061.795（1）氯仿57.011360.205碘100.00327.15（2）甲醇34.90832.686氯化铵100.00908.75（3）碘7.50178.94（1）纯品42.00381.68（4）损失0.6014.32（2）杂质58.00527.073滤液100.004313.037甲醇100.00872.4（1）溶质27.061167.11（1）纯品99.50863.68（2）水72.943145.92（2）杂质0.504.3624

30、产物100.00412.358DMF100.00799.7（1）水14.12（1）纯品99.00791.70（2）纯品99408.23（2）杂质1.007.999醋酸钾100.00545.25（1）纯品99.00539.80（1）杂质1.005.511添加水100.002898.08合计100.008474.175合计100.008474.17018北京化工大学北方学院毕业设计（论文）3.3 物料衡算流程图19剛殓攬瑤丽阄应。第四章 热量衡算药物生产的整个过程由许许多多的基本单元操作组成， 每个基本单元操作过程均 伴随能量的转换，并需要保持平衡。每个过程均需要由系统吸收能量或放出能量，相 应的

31、，外界需对系统提供或移出能量。由此确定外供的公用工程消耗，如蒸汽、冷却 水、循环水等等用量。 峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。4.1 热量衡算目的 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、计算传热面积、确定设备的主要工艺尺 寸。詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。4.2 衡算依据 热量衡算的主要依据是能量守恒定律，以车间物料衡算的结果为基础而进行的 , 所以车间物料衡算表是进行车间热量衡算的首要条件。 则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。(41)4.2.1设备的热量平衡方程式 对于有传热要求的设备，其热量平衡方程式为： Q1 Q2 Q3=Q4 Q5 Q6

32、式中Q1 物料带入到设备的热量 kJ；胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。Q2 辅料及催化剂传给设备和所处理物料的热量 kJ；Q3 过程热效应 kJ；Q4 物料离开设备所带走的热量 kJ；Q5 加热或冷却设备所消耗的热量 kJ；Q6 设备向环境散失的热量 kJ。1) Q1 ( Q4 )20北京化工大学北方学院毕业设计（论文）Q1与Q4 均可用下式计算：Q1 （ Q4 ）= mtCp kJ（4 2）式中 m输入（或输出）设备的物料量 kg；Cp物料的平均比热容 kJ/kg ；t物料的温度。该式的计算基准是标准状态， 即0及1.013 105Pa 为计算基准。因为物料的比热 容是温度的函数，上式中物料的比热容是

33、指进、出口物料的定压平均比热容，对于进 口物料取基准温度与物料进口温度的平均温度下的比热容； 对于出口物料取基准温度 与物料出口温度的平均温度下的比热容。 对于不同物料的比热容可查 化学工程手册 （第1册）或化学工艺设计手册（下），若查不到，各种估算方法求出相应温度 下的比热容值。 鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。（2）过程热效应 Q3 化学过程的热效应包括化学反应热与状态变化热。纯物理过程只产生状态变化 热；而对于化学反应过程，在产生化学反应的同时，往往还伴有状态变化热。在热量 衡算中，过程热效应 Q3 的符号为：放热为正；吸热为负。 稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。（3）Q5与Q6 的确定根据工艺操作经验，（

34、 Q5 Q6 ）一般为（ Q4 Q5 Q6 ）的5%10%，只要计 算出 Q4 ，就可以确定 Q5Q6 ，从而计算出 Q2。（4）Q2的计算由以上计算过程得到 Q1、Q3、Q4、Q5、Q6 后，根据热量平衡方程式求出设备 的热负荷 Q2 。Q2 正值表示需对设备加热；负值表示需冷却。 陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。4.3 热量衡算基础数据的计算和查取 在热量衡算中，大部分物料的物性常数可通过相关的物性常数手册查取，如化 学工程手册（第 1 册），化工工艺设计手册（下）。当遇到手册中数据不全的 情况时，就需通过一些公式来估算这些物性常数。在本设计中涉及的物性计算有比热 容、化学反应热效应等，以下介绍他们

35、的计算方法。 沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。 4.3.1比热容的计算（1）液体的比热容的计算 对于绝大多数有机化合物，其比热容可依据药厂反应设备及车间工艺设计求21北京化工大学北方学院毕业设计（论文）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。另外，如果作为近似计算，液体的比热容也可按 照计算固体比热容的科普定律求取，其具体计算过程见固体的比热容计算。 钡嵐縣緱虜荣 产涛團蔺。表 4. 1 Missenard 基团贡献法的基团参数值基团T,K0298323348基团参考值H13.414.615.516.7CH340.041.643.

36、545.8CH227.628.229.129.9CH23.824.925.726.6C8.48.48.48.4O29.329.730.130.1CO(酮)42.743.544.445.2OH33.543.952.361.7COO(酯)57.759.061.163.2COOH74.178.783.790.03）固体的比热容的计算固体的比热容可应用科普定律来计算：C=CanM( kJ/kg )(43)懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。式中 Ca元素的原子比热容 kJ/kg ，其值见下表；n固体分子中同种原子的个数；M 化合物分子量。22北京化工大学北方学院毕业设计（论文）表 4.2 元素原子的比热容元素Ca

37、(kcal/kg )液态固态C2.81.8H4.32.3O6.04.0注： 1Kcal=4.187kJ上述公式计算出的是 20时的比热容， 不在 20时各化合物的比热容将与算出的 比热容有出入。凡高于 20时的化合物，比热容可根据上述公式计算所得结果再加大 2025%。謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。4.3.2状态热的计算状态热一般也称为潜热。 它包括汽化热、 熔融热、熔解热等， 下面分别加以论述。（1）汽化热 任何温度、压强下，化合物的汽化热均可按下式计算：qv （ 28.5）lgPR TR TC/0.62 （1-TR）kJ/kg（44）式中 PR -对比压强（实际压强与临界压强之比值） ；TR -对

38、比温度（实际温度与临界温度之比值） ；TC -临界温度 K 。（2）熔融热 不同物质的熔融热可根据以下公式求出：元 素 qF =（8.412.6） TF（45）无机化合物qF =（20.929.3） TF有机化合物qF =（37.746.0） TF其中： qF -熔融热 J/molTF -熔点 K 。3）溶解热23北京化工大学北方学院毕业设计（论文）气态溶质的溶解热可取蒸发潜热的负值； 固态溶质的溶解热则近似可取其熔融热 的值。4.3.3化学反应热的计算为计算各种温度下的反应热， 规定当反应温度为 298K及标准大气压时反应热的数 值为标准反应热，习惯上用 H表示，负值表示放热，正值表示吸热。

39、这与在热量衡 算中所规定的符号正好相反，为避免出错，现用符号 qr 表示标准反应热，放热为正， 吸热为负，则 qr = H。呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。标准反应热的数据可以在化学工程手册（第一册）或化学工艺设计手册 （下）中查到；当缺乏数据时用标准生成热或标准燃烧热求得。 莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。（1）用标准生成热求 qr ，其公式为qr = vq f kJ/mol（ 46）式中 -反应方程中各物质的化学计量数，反应物为负，生成物为正；qf -标准生成热 kJ/mol。（2）用标准燃烧热求 qr ，其公式为qr = vqc kJ/mol（ 47）式中 -反应方程中各物质的化学计量数，反应物为负，生成物

40、为正； qc-标准燃烧热 kJ/mol 。（3）标准燃烧热的计算理查德认为： 有机化合物的燃烧热与完全燃烧该有机化合物所需的氧原子数成直 线关系7。即：qc= a x b kJ/mol（48）麸 肃鹏镟轿騍 镣缚縟糶。式中 a 、 b -常数，与化合物结构相关x- 化合物完全燃烧时所需的氧原子数（4）q f 与 qc 的换算，符合盖斯定律，其公式为24北京化工大学北方学院毕业设计（论文）qf qc= nqce kJ/mol（ 49）納 畴鳗吶鄖禎 銣腻鰲锬。式中 qf 标准生成热 kJ/mol ；qc 标准燃烧热 kJ/mol；n - 化合物中同种元素的原子数；qce -元素标准燃烧热 kJ/

41、（ gatom），其值见表 4-3。表 4.3 元素标准燃烧热一览表元素的燃烧过程元素燃烧热 kJ/（gatom）CCO2 （气）395.15H1 H2O （液）2143.155）不同温度下反应热 qtr 的计算因反应恒定在 t温度下进行，而且反应物及生成物在（ 25t）范围内均无相 变化，则 qtr 的计算公式为：qtr =qr （ t-25）（ vCp ）kJ/mol（ 410）式中 qr -标准反应热 kJ/mol；v-反应方程中各物质的化学计量数，反应物为负，生成物为正；Cp -反应物或生成物在（ 25t）范围内的平均比热容 kJ/kg ； t - 反应温度 。4.4 化学反应的热量衡

42、算4.4.1碘代反应的热量衡算碘代反应25北京化工大学北方学院毕业设计（论文）图4.1碘化反应A 17 羟基黄体酮B碘C中间产物碘化钙计算过程：纯品363.5kg（327.15kg）497.27kg245.2kg1） Q1的计算：Q1= mtCp （以0为基准）Cp 的求取：（即： 0 25之间的平均比热容）A 17 羟基黄体酮可根据 “科普法则 ”估算而得；B碘可查阅化工工艺设计手册； 则所得各物质的 Cp 值见下表：表 4.4 物质的 Cp 值一览表物质温度17羟基黄体酮碘300.62860.25 各物质 Q1Q1 A=363.5 0.6286 30=6854.88KJQ1 B =327.

43、15 0.25 30=2453.63KJ 所以Q1=Q1 A Q1=6854.88+2453.63 =9308.51KJ杂质的 Q1 忽略不计2）Q4 的计算：26北京化工大学北方学院毕业设计（论文）Q4 = mtCp （以0为基准）Cp 的求取：（即： 0 25之间的平均比热容） 中间产物的 Cp可根据“科普法则 ”估算而得； 碘化钙的 Cp 可查阅化工工艺设计手册； 则所得各物质的 Cp 值见下表：表4.5 物质的 Cp 值一览表物质温度中间产物碘化钙301.27450.2423 各物质的 Q4 ：Q4-A =497.27 1.2745 30=19013.12KJQ4 B =245.2 0

44、.2423 30=1782.36KJ 所以Q4 = Q4-A Q4 B =20795.48 KJ3) Q3的计算： 状态变化热： 熔解热：17羟基黄体酮的熔解热可查阅化工工艺设计手册Q S =161.7364 KJ/kg 稀释热：忽略不计+ OH-化学反应热：OCa(OH) 2Ca2 + + 2OH -CH2-OI+-I-, Ca 2+OHCH2IOOHCaI2各物质生成热的求取：17羟基黄体酮：xC21H29O3+ O2 21CO2+14.5H2O2x=53.527北京化工大学北方学院毕业设计（论文）根据“理查德法 ”，则有：qc= a x b kJ/mol表4.6 a、 b 值一览表基团a

45、b基数23.86218.05甲基 323.71 30.27 3环戊烷-32.360.29酮23.03-0.8环己烷 2-32.65 20.39 2乙酰35.76-0.12环己烯-33.280.36a =22.84b =219.37所以： qc1=-22.8453.5 219.37=11759.14KJ/mol 元素燃烧热： nqc0e = 21 395.1529143.15 =12449.5 KJ/mol 所以： qf1 =12449.5-11662.76=689.74KJ/mol 碘（查阅化工工艺设计手册）可得： qf2= 97.15 KJ/mol 碘化钙（查阅化工工艺设计手册）可得： qf

46、3= 107.206 KJ/mol 中间产物：C21H29O3I+ （x/2）O2 21CO2+14H2O+HI x=53 根据“理查德法 ”，则有：qc xb kJ/mol表 4. 7 a、b 值一览表基团ab基数23.86218.05甲基 223.71 20.27 228北京化工大学北方学院毕业设计（论文）环戊烷-32.360.29酮23.03-0.8环己烷 2-32.65 20.39 2乙酰35.76-0.12环己烯-33.280.36a =-0.87b =219.1qc3 =-0.87+53 219.1=11611.43 KJ/mol燃烧热： nqc0e = 21 395.152814

47、3.15= 12306.35 KJ/mol 所以： q f 4 =12306.35-11611.43=694.92 KJ/molqr= vqf -( qf1 qf2)+ qf3+qf4 =15.236 KJ/m 求反应温度（ 25 33）下的化学反应热：取反应温度为 30则： qtr =qr （t-25）（ vCp ）kJ/molA Cp 的求取：（即： 0 25之间的平均比热容） 17羟基黄体酮、中间产物的 Cp 值可根据 “科普法则 ”估算而得； 碘 、碘化钙的 Cp可查阅化工工艺设计手册；表4. 8 物质的 Cp 值一览表物质温度17羟基黄体酮碘中间产物碘化钙300.62860.251.

48、27450.2423B反应温度为 30下的化学反应热即：qtr= qtr =15.236-5 （-0.2423-1.27450.62860.25）=12.045 kJ/mol風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。Qr =12.045 363.5r 330= 13.28KJ由上可知： Q3=Qs Qr=161.736413.2829北京化工大学北方学院毕业设计(论文)=175.02 KJ（4）Q5Q6 的计算: 据工艺要求，可以有：Q5Q6 =5%10%（ Q5 Q6 Q4） 故取 Q5 Q6 =7%（ Q5 Q6 Q4 ） Q5Q6 =7/93 Q4=7/93 20795.48=1565.25 KJ5） Q2

49、的计算 Q1 Q2 Q3 = Q4 Q5 Q6 Q2 =Q4 Q5 Q6 Q1 Q3=20795.481565.25 9308.51-175.02 =12877.20KJ4.3.3 浓缩过程能量衡算 100 浓缩罐图 4.2 浓缩罐上工段带进来的 Q4 即： 20795.48KJ 17-21-碘羟基黄体酮： 497.27kg 甲醇( 872.4 kg) 废气( 2452.97 kg)计算过程 ：1) Q1的计算：Q1为上工段进来的 Q4 即：20795.48KJ2)Q4 的计算：30北京化工大学北方学院毕业设计（论文）Q4 = mtCp （以 0为基准） Cp 的求取（即： 0 100之间的平

50、均比热容）甲醇的 Cp 可查阅化工工艺设计手册； 、1721碘羟基黄体酮 Cp可根据“科普法则 ”法估算而得； 、废气的 Cp 可查阅化工工艺设计手册；表 4.9 各物质的 Cp 值一览表物质温度A甲醇B 17 21 碘羟基黄体酮C 废气1002.67850.26560.1856 各物质的 Q4Q4 A（甲醇） =872.42.6785100=234154.47 KJ Q4-B（17-21-碘羟基黄体酮） =482.35 0.2656 100=12811.22 KJQ4 C（废气） =2452.97 0.1856 100=45527.12 KJQ4= Q4 A+Q4-B+Q4 C =292492.81KJ（3） Q3的计算状态变化热： 汽化热： 甲醇（查阅化学原理第 449 页）可得 qv =-1101KJ/kg则 Q v1 =-381.97KJ 此过程没有化学变化，因此化学变化热为 0。Q3=Q v1=-381.97 KJ（4）Q5+Q6 的计算 据工艺要求，可以有： Q5Q6=