年产30吨氯霉素原料药工艺设计

学科分类号:本科学生毕业论文：学号院（系）指导教师本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担目录15853摘要 I9531Abstract IITOC\o"1-3"\h\u15853第1章氯霉素生产简介 第1章氯霉素生产简介1.1氯霉素的性质和用途1.1.1产品说明产品名称：氯霉素化学分子结构式如下图：1.1.2产品性质：a物理性质：氯霉素又称蚁醛，是无色有强烈刺激性气味的气体，对空气的比重为1.06，略重于空气，易溶于水、醇和醚，氯霉素在常温下是气态，通常以水溶液形式出现。其30%~40%的水溶液为福尔马林液，此溶液沸点为19℃。故在室温时极易挥发，随着温度的上升挥发速度加快。氯霉素易聚合成多聚氯霉素，其受热易发生解聚作用，并在室温下可缓慢释放氯霉素。表1-2氯霉素的物理性质计量单位:见表项目数值密度(g/cm3) -80℃0.9151-20℃0.8153沸点(101.3kPa)/℃-19熔点℃-118 汽化热(19℃)/(kj/mol)23 生成热(25℃)/(kj/mol) -116标准自由能(25℃)/(kj/mol)-109.7 比热容J/(mol.k) 35.2熵J/(mol.k) 218.6燃烧热(kj/mol) 561～569临界温度℃ 137.2～141.2临界压力Mpa 6.81～6.66空气中爆炸极限% 7.0～73着火点℃ 430b化学性质氯霉素的化学名为1R，2-（-）-1-对硝基苯基-2-二氯乙酰胺基-1，3-丙二醇，（1R，2R）-（-）-p-nitropHenyl-2-dichloroacetamido-1，3-propanediol。氯霉素分子中有两个手性碳原子，有四个旋光异构体。（1）加成反应1）在有机溶剂中，氯霉素与烯烃在酸催化下发生加成反应，通过这种反应，可由单制备双烯烃，并增加一个碳原子，例如氯霉素与异丁烯反应得到异戊二烯。2）在乙炔酮、乙炔银和乙炔汞催化剂存在下，单取代乙炔化合物与氯霉素加成生成炔属醇（Reppe反应）。对乙炔来说，加上2mol氯霉素，生成2-丁炔-1，4-二醇，2-丁炔-1，4-二醇进一步加氢生成重要的化学1，4-丁二醇。3）在碱性溶液中，氯霉素和氰化氢反应生成氰基氯霉素。（2）缩合反应氯霉素除自身外，能与多种醛、醇、酚、胺等化合物发生缩合反应。缩合反应是氯霉素最重要的化学反应。1）氯霉素能发生自缩合反应，生成三聚氯霉素或多聚氯霉素。60%浓氯霉素溶液在室温下长期放置就能自动聚合成三分子的环状聚合物。2）在NaOH溶液中，氯霉素自身缩合生成羟基乙醛。HOCH3CHO它能进一步快速与氯霉素缩合生成碳水化合物，俗称Formose反应。3）在碱性催化剂作用下，氯霉素和酚首先发生加成反应。生成多羟基苯酚，生成多羟基苯酚受热后，可进一步缩合脱水，生成酚醛树脂。4）氯霉素很容易和氨及胺发生缩合反应，生成链状或环状化合物。氯霉素和氨在20~30℃条件下缩合生成六亚甲基四胺，俗称乌洛托品。（3）分解反应纯的、干燥的氯霉素气体能在80~100℃的条件下稳定存在，在300℃以下时，中醛发生缓慢分解为CO和H2，400℃时分解速度加快，达到每分钟0.44%的分解速度。1.2产品用途氯霉素是由委内瑞拉链丝菌产生的抗生素。氯霉素的化学结构含有对硝基苯基、丙二醇与二氯乙酰胺三个部分，分子中还含有氯。其抗菌活性主要与丙二醇有关。氯霉素类抗生素可作用于细菌核糖核蛋白体的50S亚基，而阻挠蛋白质的合成，属抑菌性广谱抗生素。氯霉素注射液为抗生素类药。有广谱抑菌作用。用于伤寒杆菌、痢疾杆菌、大肠杆菌、流感杆菌、布氏杆菌、脑膜炎球菌、链球菌、肺炎球菌等感染，对多种厌氧菌感染有效，亦可用于立克次体感染。有引起粒细胞缺乏症及再生障碍性贫血的可能，有时可引起精神症状，长期应用可引起二重感染，新生儿、早产儿用量过大可发生灰色综合征。1.3氯霉素的生产工艺简介1.3.1目前，国内外生产氯霉素主要有以下几种方法：氯霉素的制备将氯霉素（含水在0.5%以下）置于干燥的反应罐内，加入二氯乙酸甲酯，在搅拌下加入左旋“氨基醇”（含水在0.3%以下），于60℃左右反应1h。加入活性碳脱色，过滤，在搅拌下往滤液中加入蒸馏水，使氯霉素析出。冷至7℃过滤、洗涤、干燥，便得到氯霉素纯品。反应如下所示。“氨基醇”拆分工艺流程根据确定的比例将水、“氨基醇”盐酸盐及右旋“氨基醇”加入拆分罐内，升温至50~55℃，是全溶。加入活性炭脱色，过滤。检验符合要求后再投入“氨基醇”消旋体，消旋体的量为右旋体的两倍，加压下搅拌加热升温全溶，保温蒸发水分，然后逐渐冷却降温，使右旋析出。冷却至35℃，停止抽真空及冷却，过滤，检测。此时母液为左旋，再投入“氨基醇”消旋体，操作同上得到左旋体，过滤后得右旋母液……重复上述操作50~80次后检测拆分产品不合格，则需重新配置母液。1.4氯霉素主要生产工艺的比较与选择1.4.1生产工艺比较目前，工业上几乎所有的氯霉素生产方法都是以氯霉素为原料以一定配比的氯霉素和空气、水蒸气经过过热器，过滤器进入氧化器，在催化床层使氯霉素脱氢成氯霉素。氯霉素气体和水蒸气经冷却，冷凝由吸收塔吸收，制成37%的氯霉素溶液成品。在银法过程中也能做到适当的浓度。铁钼法用二元气生产，银法用三元气生产，两法所用催化剂不同。铁钼法所进行的反应为完全氧化反应，而银法是氧化脱氢反应。故银法选择是氯霉素与空气混合的爆炸上限操作（混合比37%以上，醇过量），为保持脱氢反应进行，反应温度为650℃左右。反应热量靠加入水蒸气等带走。铁钼法选择的是下限操作（混合比7%以下，氧过量），即与过量的空气中的氧气反应。反应温度控制在430℃左右，而反应的热量靠惰性气体带走，所以在反应过程中需引入尾气塔，由于吸收系统中加水少，从而能制取高浓度氯霉素。但由于采用了尾气循环和足够量的空气，增加了动力的消耗，且由于气体量的加大而使装置能力相对减小了约25%。根据最新统计，美国铁钼法、银法生产装置各占50%，而国内银法占95%以上。1）用两种方法生产的氯霉素作为商品，铁钼法也有它的局限性，因为浓氯霉素在常温下容易聚合，高浓氯霉素在贮存和运输上很难处理。在制胶工业中客户一般不喜欢用铁钼法制取的低醇含量的氯霉素。如作为有些需要脱水的下游产品的原料，则有它的可取之处。2）铁钼法一次性投资费用大，投资回收期长。与银法相比其投资风险大，而随着科学技术的不断进步，近几年银法氯霉素工艺也已有了很大的进步（如单耗、能耗等），单耗已接近铁钼法水平。3）银法工艺上用的电解银催化剂，其制法简单，成本较低，并可重复使用。铁钼法由供应商提供，价格昂贵且受到一定的制约。4）用两种工艺路线生产氯霉素，银法的运行成本在设备折旧费、能耗、催化剂消耗费用以及副产蒸汽等方面都优于铁钼法；铁钼法在单耗，氯霉素浓度上也有它的明显优点。1.4.2银催化法生产氯霉素本次设计采用96.5%的氯霉素为原料以浮石银为催化剂，氯霉素氧化制氯霉素生产工艺。本项目的氯霉素生产装置规模为2.5万吨/年(以37%溶液计)，产品主要作为外销并为氯霉素的下游产品提供原料。原料氯霉素用泵送入高位槽（1），以一定的流量经过滤器（2）进入间接蒸汽加热的蒸发器（3）。同时在蒸发器底部由鼓风机（7）送入经除去灰尘和其它杂质的定量空气。空气鼓泡通过被加热45～50℃的氯霉素层时被氯霉素蒸气所饱和，每升氯霉素蒸气和空气混合物中加入一定量的水蒸气。为了保证混合气在进入反应器后即进行反应，以及避免混合气中存在氯霉素凝液，还常将混合气进行过热。过热在过热器（4）中进行，一般过热温度为105～120℃。过热后的混合气经阻火器（5），以阻止氧化器中可能发生燃烧时波及到蒸发系统；再经过滤器（8）滤除含铁杂质，进入氧化反应器（9），在催化剂作用下，于380～640℃发生催化氧化和脱氢反应。氧化反应器由两部分组成，上部是反应部分，在气体入口处连接一锥型的顶盖，使气体分布均匀，然后原料混合气在置于搁板上催化剂层中进行催化反应。为了防止催化剂层过热，在催化剂层中装有冷却蛇管，通入冷水以带出部分反应热。氧化器下部是一紫铜的列管式冷却器，管外通冷水冷却。从反应部分来的反应气体在这里迅速地冷却至100～130℃，以防止氯霉素在高温下发生深度氧化等副反应；但也不能冷却到过低的温度，以免氯霉素聚合，造成聚合物堵塞管道。由于铁能促进氯霉素深度氧化分解，因此反应部分和冷却管采用紫铜或不锈铜。在640℃银催化作用下，氯霉素发生脱氢、氧化反应。出氧化器的反应气体进入第一吸收塔（10），将大部分氯霉素吸收；未被吸收的气体再进入第二吸收塔（11）底部，从塔顶加入一定量的冷水进行吸收。由第二吸收塔塔底采出的稀氯霉素溶液经循环泵（18）打入第一、第二吸收塔，作为吸收剂的一部分。自第一吸收塔塔底引出的吸收液经冷却器（14）冷却后，由泵（17）抽出，一部分返回塔（11），另一部分送入冷却器（15）冷却后得到产品，即为含10%氯霉素的氯霉素水溶液。氯霉素的存在可防止氯霉素聚合。氯霉素产率约86%。由第二吸收塔排出的尾气可送燃烧或排空。第2章物料衡算2.1主要工艺指标表2—1主要工艺指标计量单位：见表指标名称单位指标流量湿空气Kg/h2642.107配料蒸汽Kg/h539.344工艺补水Kg/h884.414工艺氯霉素Kg/h1531.781氯霉素成品液Kg/h1284.722温度蒸发器℃22-47过热器℃47-120氧化器触媒层℃610-640吸收一塔底℃42吸收二塔顶℃25成品液℃42尾气℃25蒸汽配料浓度%氧醇比0.4氯霉素单耗t/t0.457工业氯霉素浓度%96.5湿空气含水量%0.52.2氯霉素物料衡算氯霉素主反应方程式：CH3OH+1/2O2=HCHO+H2O （式2－1）CH3OH=HCHO+H2 （式2－2）H2+1/2O2=H2O （式2－3）氯霉素副反应方程式：CH3OH+O2=CO+2H2O （式2－4）CH3OH+2/3O2=CO2+2H2O （式2－5）HCHO+1/2O2=HCOOH （式2－6）HCOOH=CO+H2O （式2－7）HCHO=CO+H2 （式2－8）HCHO+O2=CO2+H2O （式2－9）CH3OH=C+H2O+H2 （式2－10）CH3OH+H2=CH4+H2O （式2－11）2HCHO+H2O=CH3OH+HCOOH （式2－12）该反应系统的物质数有10种，它们是CH3OH、HCHO、HCOOH、CO、CO2、CH4、H2、O2、H2O、N2，构成这些物质的元素有4种，因此该系统的独立反应数为10－4＝6，可选用反应以下反应作为该系统的独立反应，它们是：CH3OH＋1/2O2→HCHO＋H2O （式2－13）CH3OH＋3/2O2→CO2＋2H2O （式2－14）CH3OH＋O2→CO＋2H2O （式2－15）CH3OH＋O2→HCOOH＋H2O （式2－16）CH3OH＋H2→CH4＋H2O （式2－17）CH3OH→HCHO＋H2 （式2－18）产品产量及其组成按每小时算，则年产2.5万吨37%的氯霉素溶液物料衡算如下：已知年工作时间：1年以300天计（约7200小时）；年生产能力：30吨/年；水醇比：0.7；装置所有蒸汽压力250KPa(表压)；空气相对湿度为48%：其中含O2：21%；N2：78.5%；H2O：0.5%；氯霉素分子量：30尾气组成及产品质量见下表：表2—2尾气组成及产品质量尾气及产品组成Wt%组分CO2COO2H2CH4N2H2OHCHOCH3OHHCOOH∑二塔尾气2.21.50.2515.30.0780.68100产品61.45371.50.051002.2.1产品产量及其组成30000÷（300×24）=3.472（t）=3472.222kg其中：HCHO：3472.222×37%=1284.722kg=42.824kmolCH3OH：3472.222×15.3%=52.083kg=1.628kmolHCOOH：3472.222×0.05%=1.736kg=0.038kmolH2O：3472.222－(1284.722＋52.083＋1.736)=2133.607kg=118.538kmol表2—3产品组成计量单位：见表组分HCHOCH3OHH2OHCOOH∑含量/kmol·h－142.8241.628118.5380.038163.027含量/kg·h－11284.72252.0832133.6011.7363472.2222.2.2原料投入量氯霉素投入量：（42.824+1.628+0.038）÷（1－0.038×0.785×0.4÷0.807÷0.21）＝47.831kmol空气投入量（根据氧醇比求）：0.40×47.831×22.4÷21%=2040.800m3=91.107kmolO2：91.107×21%=19.133kmol=612.240kgN2：91.107×78.5%=71.517kmol=2002.475kgH2O：91.107×0.5%＝0.458kmol=8.238kg2.2.3尾气中各组分含量的计算尾气总量：91.107×78.5%÷80.60%=88.643kmol其中：CO2：88.643×2.2%=1.950kmol=85.806kgCO：88.643×1.5%=1.330kmol=37.230kgCH4：88.643×0.07%=0.062kmol=0.993kgO2：88.643×0.25%=0.222kmol=7.091kgH2：88.643×15.3%=13.562kmol=27.125kgN2：88.643×80.60%=71.517kmol=2002.475kg由以上数据及下列反应式可求的氯霉素消耗量：式2－13氯霉素消耗量29.237kmol·h－1式2－14氯霉素消耗量1.950kmol·h－1式2－15氯霉素消耗量1.330kmol·h－1式2－16氯霉素消耗量0.038kmol·h－1式2－17氯霉素消耗量0.062kmol·h－1式2－18氯霉素消耗量13.562kmol·h－1根据氧的衡算，由式2－13和上列有关反应式得氯霉素量为：由式2－17与式2－18得氯霉素量为：13.562＋0.062=13.624kmol总氯霉素量为：29.237＋13.624=42.861kmol所以实际氯霉素产量为：42.861kmol=1285.830kg预计产品总量（含37%的氯霉素水溶液）：1285.830÷37%=3475.215kg预计计划生产量为：2500×900÷7200=3472.222kg预计产品与设计计划量要求基本一一致。2.2.4校核氯霉素耗量（由上列反应得）：29.237＋1.950＋1.330＋0.038＋0.062＋0.062＋13.562=46.240kmol产品带走氯霉素：1.628kmol总消耗氯霉素量：46.240＋1.628=47.860kmol=47.860kg技术单耗：47.860÷3472.222=0.441t/t实际单耗：47.860÷3472.222÷96.5%=0.457t/t水量衡算（由上计算知）：原料中氯霉素带入的水：47.860÷96.5%－47.860=3.086kmol=55.557kg空气带入的水：0.458kmol=8.238kg产品带出的水：118.538kmol=2133.601kg反应生成的水：29.237＋2×1.950＋2×1.330＋0.062＋0.038=35.896kmol=646.127kg水醇比0.7，应加入的配料水蒸气为：47.860×0.7－(3.086+0.458)=29.964kmol=539.344kg吸收塔加水量＝总产品中带出水－（原料中带入水＋过程中带入水）118.538－(3.086＋0.458＋35.896＋29.964)=49.134kmol=884.414kg转化率、选择性、收率及吸收系统的计算：氯霉素总转化率=1－产品带走氯霉素/总氯霉素消耗量=1－1.628÷47.860=96.6%氯霉素选择性=(生成氯霉素总量÷氯霉素总耗量）×100%=(42.861÷47.860）×100%=89.54%氯霉素收率=（氯霉素总转化率×氯霉素选择性）×100%=0.966×0.8954×100%=86.5%设一塔吸收氯霉素率为：86%则一塔吸收氯霉素量为：42.861×86%=36.86kmol=1105.814kg二塔吸收氯霉素量为：42.861－36.86=6kmol=180.016kg该二塔循环液中机器权浓度为14%，在二塔全部被吸收。则二塔循环液入一塔量为：180.016÷14%=1285.83kg氯霉素量：1.628kmol=52.083kg水量：1285.83－52.083－180.016=58.541mol=1053.73kg2.2.5主要设备物料衡算蒸发器物料衡算：其中进料量在物料衡算中求得，出料水为工业氯霉素水和湿空气中水相加：55.557＋8.238=63.795kg。其中出料量与进料量相同。表2—4蒸发器物料衡算计量单位：见表物料输入物料输出名称kmolkg名称kmolkg原料氯霉素50.9551587.338原料气142.0624229.445CH3OH47.8601531.781CH3OH47.8601531.781H2O3.08655.557H2O3.54463.795空气91.1072642.107O219.133612.240O219.133612.240N271.5172002.475N271.5172002.475H2O0.4588.238合计142.0624229.445142.0624229.445过热器物料衡算出料中H2O量为配料蒸气与原料气水量相加。表2—5过热器物料衡算计量单位：见表物料输入物料输出名称kmolkg名称kmolkg原料气142.0624229.445三元气172.0254760.789CH3OH47.8601531.781CH3OH47.8601531.781H2O3.54463.795H2O33.508603.139O219.133612.240O219.133612.240N271.5172002.475N271.5172002.475配料蒸汽29.964539.344合计172.0254760.789172.0254760.789氧化器物料衡算：进料量如表2—5，出量料计算：氯霉素量=产品中氯霉素量＋尾气中氯霉素量氯霉素量=产品中氯霉素量＋尾气中氯霉素量水量=进料中水量＋反应生成的水量表2—6氧化器物料衡算计量单位：见表物料输入物料输出名称kmolkg名称kmolkg三元气172.0254760.789CH3OH47.8601531.781CH2O42.8611285.830H2O33.508603.139CH3OH1.62852.083O219.133612.240HCOOH0.0381.736N271.5172002.475H2O69.4041249.266CO21.95085.806CO1.33037.230CH40.0620.993H213.56227.125O20.2227.091N271.5172002.475合计172.0254760.789202.5734749.635吸收一塔物料衡算进料的转化气量已在表2—5求得，来自二塔液相各组分量已在物料衡算中求得，出料中的成品量已在物料衡算中求出。塔顶气相各组分量=对应进料量－对应一塔吸收量。表2—7吸收一塔物料衡算计量单位：见表物料输入物料输出名称kmolkg名称kmolkgCH2O42.8611285.830成品163.0273472.222CH3OH1.62852.083CH2O42.8241284.722HCOOH0.0381.736CH3OH1.62852.083H2O69.4041249.266HCOOH0.0381.736CO21.95085.806H2O118.5382133.601CO1.33037.230塔顶气体105.6772562.135CH40.0620.993CH2O6.000183.016H213.56227.125CH3OH1.62852.083O20.2227.091H2O9.406169.316N271.5172002.475CO21.95085.806来自二塔液66.1691285.830CO1.33037.230CH2O6180.016CH40.0620.993CH3OH1.62852.083H213.56227.125H2O58.5411053.73O20.2227.091N271.5172002.475合计260.7416035.465260.7056034.357吸收二塔物料衡算：进料的进塔气相量在表2—6中求得，塔顶加水量已在物料衡算中求得。出料的尾气在物料衡算中已求出，二塔液相采出量与表2—6中相同表2—8吸收二塔物料衡算计量单位：见表物料输入物料输出名称kmolkg名称kmolkg进料气相105.6772562.135尾气88.6432160.720CH2O6.000180.016CO21.95085.806CH3OH1.62852.083CO1.33037.230H2O9.406169.316CH40.0620.993CO21.95085.806H213.56227.125CO1.33037.230O20.2227.091CH40.0620.993N271.5172002.475H213.56227.125二塔液采出66.1691285.830O20.2227.091CH2O6.000180.016N271.5172002.475CH3OH1.62852.083塔顶加水49.134884.414H2O58.5411053.730合计154.811344750154.811344750第3章热量衡算3.1物性参数及计算公式液态组分在22℃下的Cp值为：氯霉素Cp=79.237kJ/(kmol·℃)水Cp=75.338kJ/(kmol·℃)计算公式：在恒压下，气态物质过程的焓变采用△H=nCp△T计算，恒压绝热过程热Qp=△H3.2主要设备热量衡算蒸发器的热量衡算：已知：氯霉素在蒸发器无化学变化，取蒸发器温度：47℃；氯霉素进料温度：22℃；蒸发器空气温度60℃；蒸发器内加热水进口温度：80℃；出口温度：50℃氯霉素在蒸发器内无化学变化，只有相变热和显热。原料氯霉素和空气带入的热量见下表：表3—1原料氯霉素和空气带入的热量计量单位：见表物料n/(kmol·h-1)输入名称T/℃Cp/[kJ/kmol·℃]Q/kJCH3OH47.8602279.23783444.457H2O3.0862275.3385115.661空气N271.5176029.4126155.907O219.1336029.633979.250H2O0.4586034.05935.060合计249630.406原料气带出的热量见下表：表3—2原料气带出的热量计量单位：见表物料n/(kmol·h-1)输出名称T/℃Cp/[kJ/kmol·℃]Q/kJCH3OH47.8604744.89410902.692H2O3.5444733.895645.277N271.5174729.2998452.385O219.1334729.4626491.243合计231591.596查《化学工程技术全书》下册P1200-1202得原料相变焓：CH3OH：3.448×104kJ/kmolH2O：4.066×104kJ/kmol则原料氯霉素相变热：1650494.361+125484.3715=1775978.725kJ则需补充热量：Q=1775978.725－231591.596=1544389.136kJ所需用来加热的水量：G=Q/[4.184(80－50)]=12303.913kg·h-1过热器的热量衡算：已知：取热损失为：3%；氯霉素、空气水出蒸发器的温度为47℃。为了防止液体析出，设来自蒸汽网管的配料蒸汽温度为126.37℃。查表知Cp（水蒸气）=34.25kJ/kmol·℃则水蒸气带入的热量为：29.964×34.25×126.37=129687.351kJ而原料气带入的热量为：231591.596kJ三元气带出的热量见下表：表3—3三元气带出的热量计量单位：见表物料n/(kmol·h-1)输出名称T/℃Cp/[kJ/kmol·℃]Q/kJCH3OH47.86012047.739274221.405H2O33.50812034.64139284.875N271.51712029.87256345.371O219.13312030.1269152.509合计739004.159需加入的热量（热损失为3%）：Q=△H=[(739004.159－129687.351－231591.596)/(1－3%)]=389407.435kJ查得250KPa（表压）水蒸气的冷凝热为39438.98kJ/kg则加热蒸汽量G=389407.435/39438.98×18=177.726kg·h-1氧化器的热量衡算：已知：三元气带入的热量为：739004.159kJ各主副反应298K时的反应热（见计算表中）；基准：1h，298K气态；绝热过程，热损失为反应热的10%，产物离开催化剂层的温度为640℃。反应段与一段急冷段反应热的计算（25℃）：表3—4反应热计量单位：见表反应式反应焓氯霉素耗量Q×105KJ/moln/(kmol·h-1)Q×105kJCH3OH＋1/2O2→HCHO＋H2O－1.57529.237－46.048CH3OH＋3/2O2→CO2＋2H2O－6.7461.950－13.156CH3OH＋O2→CO＋2H2O－3.9271.330－5.221CH3OH＋O2→HCOOH＋H2O－4.0080.038－0.151CH3OH＋H2→CH4＋H2O－1.2090.062－0.075CH3OH→HCHO＋H20.901213.56212.222合计－52.429则反应放出的总热量Q放=52.429×105kJ·h-1冷却段冷却热：转换气经急冷段后降温至90，由于转换气的非理想性，因此可设其冷凝热占产品量的12%：则3472.222×12%=416.667(kg)其中：氯霉素占37%；水占62%416.667×37%=154.167kg=5.139kmol416.667×62%=258.333kg=14.352kmol从而冷凝热见下表表3—5冷凝热计量单位：见表物料n相变焓Q×104名称kmol·h-1kJ/kmol·℃kJHCHO5.1396.196×10431.841H2O14.3524.135×10459.345合计91.185即冷凝放出的总热量为91.185×104kJ转化气带出的热量见下表：表3—6转化气带出的热量计量单位：见表物料n/(kmol·h-1)输出名称T/℃Cp/[kJ/kmol·℃]kJCH2O42.8619036.02138946.755CH3OH（含甲酸）1.6659046.576979.964H2O69.4049034.27214061.744CO21.9509040.137043.251CO1.3309031.343750.385CH40.0629036.65204.672H213.5629029.3735849.257O20.2229029.8594.350N271.5179029.6190521.166合计597951.682氧化器所剩余的总热量：739004.159＋5242870.035＋91.185×104－9597851.682=6295777.142kJ设热损失为10%，则有：6295777.142×(1－10%)=7415.387×104(kJ)的剩余热可供利用。这部分剩余热量一部分产生热水（作蒸发器加热热源），其余则用于产生250kPa的饱和蒸汽。吸收塔的热量衡算：已知：产品气带入的热量为597951.682kJ；塔顶加水量：49.134kmol；水温：22℃；Cp=75.338kJ/kmol·℃。计算：塔顶加水带入的热量Q加=49.134×22×75.338=81490.736kJ生成的产品已有12%被氧化器的冷凝段冷凝，余下的被吸收塔冷凝，其量为：HCHO：42.824－5.139=37.685kmolCH3OH：1.627+0.038=1.665kmolH2O：118.538－14.352=104.186kmol相变焓见下表：表3—7相变焓计量单位：见表物料n相变焓Q×104名称kmol·h-1kJ/kmol·℃kJHCHO37.6856.169×104225.480CH3OH(含甲酸)1.6653.25×1045.529H2O104.1864.135×104430.809合计668.818成品带出的热量的计算：成品出料温度为42℃，CH2O：Cp=35.836kJ/kmol·℃；CH3OH：Cp=44.743kJ/kmol·℃H2O：Cp=33.63kJ/kmol·℃则成品带出的热量为：Q=42×(42.824×35.838＋1.665×44.743＋118.538×33.63)=586283.506kJ尾气带出的热量（尾气温度为25℃）：表3—8尾气带出的热量计量单位：见表物料尾气输出名称n/(kmol·h-1)T/℃Cp/[kJ/kmol·℃]Q/kJCO21.9502538.111857.996CO1.3302529.29973.630CH40.0622535.254.604H213.5622529.299931.022O20.2222529.3162.327N271.5172529.1752153.739合计65133.317则吸收工段共多余热量为：（597951.682＋81490.736＋668.818×104－586283.506－65133.317）=6716203.46kJ设冷水进口温度为22℃，出口温度为32℃，则共需要冷凝水量为：6716203.46÷[4.184×(32－22)×103]=160.521t/h装置总热量平衡表表3—9装置总热量平衡表计量单位：见表项目入方（kJ/h）项目出方（kJ/h）CH3OH带入热83444.457废锅蒸汽吸热6295777Air（干）带入热160135.221换热器吸热6716203H2O带入热6050.721尾气带走热65133.32加热热水1544387.136成品带走热586283.5配料蒸汽129687.351不计热损失13663397加热蒸汽389407.435总计热损失15029737工艺补水81490.736反应放热5242870.035冷水段冷凝热911854.630∑15237505.59∑15029737第4章主要非定型设备的计算及选型4.1蒸发器蒸发器的换热器计算：由前面的热量衡算知，设空气和氯霉素先混合，已知：氯霉素的平均比热为2.51kJ/(kg·k)；空气的平均比热1.07kJ/(kg·k)W氯霉素·Cp氯霉素·（t-22）=W空气·Cp空气·（60-t）则t＝33.329℃补充热水进口温度 80℃ 蒸发器温度 47℃ Δt 33℃补充热水出口温度 50℃蒸发器温度 33.3℃ Δt 16.7℃则可先求出Δtm=（33－16.7）÷0.68＝24.0℃气体传热系数k＝180w/(m2·℃)；氯霉素蒸发器的热负荷为Q＝1544387.136KJQ=KSΔtmS＝1544387.136÷180÷24.015＝99.244m2参考《化工原理》第二版的《化工流体流动与传热》第364页附录二十五、管壳式换热器系列标准1．固定管板式换热器（2）换热管φ25的基本参数（管心距32mm）选公称直径为：800mm；管程数为：1；公称压力为：0.6Mpa；管子根数为：467根；中心排管数为：23；管程流通面积（φ25×2.5）为：0.1466m2；换热管长度为：3m；计算换热面积为：106.3m2实际传热面积S0=nπdL＝106.313m2则采用此换热器过程总传热系数为K＝1544387.136÷106.3÷24.015＝168.032w/(m2·℃)4.2过热阻火器不考虑配料蒸汽的温度变化水蒸汽温度126.4℃原料进入温度：47℃Δt＝79.4℃水蒸汽变水温度126.4℃原料出口温度：120℃Δt＝6.4℃则可先求出Δtm=（79.4－6.4）÷2.523＝29℃气体传热系数k＝140w/(m2·℃)；过热阻火器的热负荷为Q＝389407.435KJQ=KSΔtmS＝389407.435÷140÷29＝26.700m2参考《化工原理》第二版的《化工流体流动与传热》第364页附录二十五、管壳式换热器系列标准1．固定管板式换热器（2）换热管φ25的基本参数（管心距32mm）选公称直径为：450mm；管程数为：1；公称压力为：0.6Mpa；管子根数为：135根；中心排管数为：13；管程流通面积（φ25×2.5）为：0.0424m2；换热管长度为：3m；计算换热面积为：30.7m2实际传热面积S0=nπdL＝30.7m2则采用此换热器过程总传热系数为K＝389407.435÷29÷30.7＝121.752w/(m2·℃)4.3氧化炉4.3.1废热段原料反应温度640℃水温度：126.4℃Δt＝513.6℃物料出口温度150℃水蒸汽温度：126.4℃Δt＝23.6℃则可先求出Δtm=（513.6－23.6）÷3.079＝159.1℃气体传热系数k＝100w/(m2·℃)；废热段的总传热量为：Q＝5666199.427KJQ=KSΔtmS＝5666199.427÷100÷159.1＝98.901m2参考《化工原理》第二版的《化工流体流动与传热》第364页附录二十五、管壳式换热器系列标准1．固定管板式换热器（2）换热管φ25的基本参数（管心距32mm）选公称直径为：800mm；管程数为：1；公称压力为：0.6Mpa；管子根数为：467根；中心排管数为：23；管程流通面积（φ25×2.5）为：0.1466m2；换热管长度为：3m；计算换热面积为：106.3m2实际传热面积S0=nπdL＝106.313m2则采用此换热器过程总传热系数为K＝5666199.427÷106.313÷159.1＝93.029w/(m2·℃)4.3.2急冷段进口温度150℃热水（出）：80℃Δt＝70℃出口温度90℃水（进）：50℃Δt＝40℃则可先求出Δtm=53.6℃气体传热系数k＝60w/(m2·℃)；废热段的总传热量为：Q＝1544387.136KJQ=KSΔtmS＝1544387.136÷60÷53.6＝133.374m2参考《化工原理》第二版的《化工流体流动与传热》第364页附录二十五、管壳式换热器系列标准1．固定管板式换热器（2）换热管φ25的基本参数（管心距32mm）选公称直径为：700mm；管程数为：6；公称压力为：4Mpa；管子根数为：304根；中心排管数为：20；管程流通面积（φ25×2.5）为：0.0159m2；换热管长度为：6m；计算换热面积为：140.8m2实际传热面积S0=nπdL＝140.8m2则采用此换热器过程总传热系数为K＝1544387.136÷140.8÷53.6＝56.836w/(m2·℃)第5章“三废”处理氯霉素工业生产中，生产污染环境的主要污染源有废气、废水和噪声。氯霉素生产中，工业“三废”的治理方法如下：5.1废气处理在氯霉素生产中所产生的废气，采用燃烧法。因为氯霉素尾气燃烧后既消除了尾气对大气的污染，又可产生蒸汽。这些蒸汽既可供氯霉素装置使用，也可供外界使用。从而达到节约能源，化害为利的目的。对于氯霉素槽中的蒸汽的控制，采用冷凝法，既用冷水喷洒氯霉素贮槽，使贮槽的温度下降。另外在氯霉素贮槽顶部加呼吸阀，亦可减少氯霉素蒸发量。氯霉素生产车间在生活区大气中有害物质的最高允许浓度见表5—1。表5—1有害物质浓度计量单位：见表物料名称车间居住区一次日平均氯霉素503.01.0氯霉素30.05乙醛0.01一氧化碳303.01.0氨300.2二氧化碳50.15飘尘100.50.15