制药工艺设计习题库物料衡算

[例3-1]某药厂要求设计一套从气体中挥发丙酮的装置系统，并计算回收丙酮的费用。系统的流程框图见图3-，要求由的数据，列出各物流的流率〔Kg/，以便能确定设备的大小，并计算蒸馏塔的进料组分。-100kmol气体进料。组成kmolKg〔mo〕%丙酮1.5872.95空气98.5286097.05总计1002947100.00F1F3F4冷凝器1200Kg/h99%1%吸 蒸收 馏塔 塔F混合气体：F21.5〔mol〕%丙酮

F5%95%5图3-9 流程图5流是未知的。可列出总物料平衡方程式：各组分平衡式：

1200+F2=F3+F4+F5丙酮 0.0295F2=0.99F4+0.05F5水 1200=0.01F4+0.95F5空气 0.9705F=F2 343数据可以是：每小时进入系统的气体混合物，离开系统的产品或废液的物流量；进入蒸馏塔的组分此例子表达了物料平衡式中未知变量数与独立方程式数目不相等时衡算或与能量衡算联立解算才能求解。[例3-2] 收率：总收率为83.93%，其中烃化工段收率为93%，复原工段为95%，酰化工段精制收率为95%。设产品的纯度为99。5%。生产原始投料量投料物对硝基氯苯乙醇碱液投料量2023514.464653含量95%95%46%解：日产纯品量=

7001000300

×99.5%=2321.67㎏2321.67157.56每天所需纯对消投料量179.22939595%=2431.81〔其中：179.22为非那西丁的摩尔质量，157.56为对硝基氯苯的摩尔质量〕NO2+NaOHCl

+CHOH2 5

NO2cat. OCH2 5

HO 2

NaCl157.56 40.00 46.07 167.17 18.02⑴进料量：95%对硝基氯苯的量为：2431.81/95%=2559.80㎏其中杂质为：2559.80-2431.81=127.99㎏95%的乙醇的量为：2559.80/2023×514.56=658.59㎏其中纯品量为：658.59×95%=625.66㎏杂质的量为：658.59-625.66=32.93㎏46%的碱液的量为：2559.80×4653/2023=5955.37㎏纯品量为：5955.37×46%=2739.47㎏水的量为：5955.37-2739.47=3215.90㎏39.5%的催化剂的量为：2559.80×344.68/2023=441.16㎏纯催化剂的量为：441.16×39.5%=174.26㎏纯乙醇的量为：441.16×56.95%=251.3㎏杂质的量为：441.16-174.26-251.24=15.6㎏〔2〕出料量设转化率为99.3%NO2反响用的 Cl 剩余的量为：2431.81-2414.79=17.02㎏2431.8199.3%用去的NaOH的量为：

157.56

×40.00=613.08㎏剩余的NaOH的量为：2739.47-613.08=2126.39㎏2431.8199.3%用去的乙醇的量为：

157.56

×46.07=706.08㎏进料中的乙醇的量为：625.66+251.3=876.96㎏剩余的乙醇的量为：876.96-706.08=170.88㎏2431.8199.3%生成的水的量为：

157.56

×18.02=276.18㎏㎏2431.8199.3%生成的NaCl的量：

157.56

×55.84=895.66㎏2431.8199.3%2 6 4 2 生成的ONCHOCH2 6 4 2

157.56

×167.17=2562.07㎏杂质总量为：15.6+32.93+127.99=176.52㎏3-5。表3-5 进出物料品平衡表进料物名称进料物质量〔kg〕进料物含量〔%〕出料物名称出料物质量〔kg〕出料物含量(%)对硝基氯苯2431.8125.29对硝基氯苯17.020.18乙醇876.969.12乙醇170.881.78氢氧化钠2739.4728.49氢氧化钠2126.3922.12催化剂174.261.81催化剂174.261.81水3215.9033.45水3492.0836.31杂质176.581.84氯化钠895.709.32对硝基苯乙醚2562.0726.64杂质176.581.84总计9614.98100总计9614.98100[3-3]60％发烟硫酸来磺化硝基苯以生产间硝基苯磺酸。该厂的生产任务为每天投料1t硝基苯，试作物料衡算。收率为90%，而硝基苯100%转化。假定过程中除了主要反响外，还有5-硝基-1，3苯二磺酸生成，反响损失不计。硝基苯的纯度98%。查得硝基苯磺化时的∏82ρ=1173Kg/m3，60%ρ=2023Kg/m3。解：每天投入硝基苯的量=1000/123=8.13kmol7.317kmol按反响(1)进展，0.813kmol按反响(2)进展。所以，消耗SO3量=x1+y1=7.317×80+0.813×2×80=715.56Kg生成一磺化物的量=x2=7.317×203=1485.4Kg生成二磺化物的量=y2=0.813×283=230.1Kg=1000×2/98=20.4Kg=1000+20.4=1020.4Kg，则粗硝基苯的体积V=1020.4/1173=0.870m3。依据下式：式中 MS——磺化剂用量，KgMc——被磺化物的用量，Kg，S——SO3量表示的磺化剂浓度，％∏——SO3含量表示的废酸浓度，％，M——被磺化物的分子量；n——引入磺酸基的个数。磺化剂的用量：其中60%发烟硫酸的S=60+40×80/98=92.7MC`——一磺化物的量，KgMC``——二磺化物的量，KgSO3量=1203.5×0.927＝1115.6Kg投入H20量＝1203.5×(1-0.927)＝87.9Kg磺化剂的体积V=＝1230.5/2023=0.596m3：在废酸中剩下的SO3量＝1115.6-715.5=400.1Kg废酸量=1203.5-715.5=488Kg废酸浓度＝400.1/488×100＝82(即∏值)[3-4]20%的羟丙哌嗪酒石酸盐，以每小时10000Kg的流速进入一高效蒸发器，浓缩至50%〔37.80.6Kg羟丙哌嗪酒石酸盐/Kg水〕进展循环〔如图3-1，求循环物料流速。水水WM蒸发器148.9℃F10000Kg/h浓缩液羟丙哌嗪酒石酸盐50%水50%R羟丙哌嗪酒石酸盐20%结晶罐37.8℃水80%结晶羟丙哌嗪酒石酸盐96%C水4%图3-18 羟丙哌嗪酒石酸盐浓缩-结晶流程解：4个未知数，即W、M、C和R，而对每一个单元设备均可列出两个组分物料衡算式，因此可得唯一解。R的质量分率lkg水为基准时，饱和循环物流含1.6kg溶液，故组成为0.6／1.6＝0.375kg羟丙哌嗪酒石酸盐／(kg溶液)-1R0.375kg0.625H20以羟丙哌嗪酒石酸盐为联系组分，计算结晶的羟丙哌嗪酒石酸盐的量基准：1h，l0000kg料液；参与的羟丙哌嗪酒石酸盐量=输出的羟丙哌嗪