【《维生素B1生产物料衡算计算过程案例》4200字】

维生素B1生产物料衡算计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u13455维生素B1生产物料衡算计算过程案例 135801.1物料衡算依据 1172711.2生产安排 16261.3衡算过程 2310231.3.1盐酸B1转化工序 2174411.3.2NB1工序 4141421.3.3硫代硫胺工序 5321901.3.4嘧啶合成工序 8142491.3.5烯胺合成工序 12232501.3.6.钠代工序 14212561.3.7原辅料消耗 172052第2章能量衡算 1820892.1烯胺合成工序 186712.2嘧啶合成工序 19230342.2.1游离反应 1965052.2.2环合反应 20321402.3热量衡算汇总表 211.1物料衡算依据物料衡算的依据是质量守恒定律，其基础表达式为：M输入=M输出+M积累1.2生产安排年生产量：3000吨年工作日：300天日生产量：10吨1.3衡算过程1.3.1盐酸B1转化工序图8盐酸B1转化方程式本工序对硝酸硫胺来说，转化率100%，收率98%。投进去的粗品NB1含量为：NB1为96.15%，杂质0.8%，甲醇2.8%，水0.25%每天生产YB1（盐酸B1）10吨则投纯品NB1：327.38×10换算成粗品NB1：9.91÷96.15%=10.3t其中杂质：10.3×0.8%=0.08t甲醇：10.3×2.8%=0.29t水：10.3×0.25%=0.023t转化反应的转化率100%，收率99%甲醇：NB1（粗品）＝900：250（质量比）甲醇含量为：甲醇99.5%，水0.5%则投甲醇：10.3×其中纯甲醇：37.08×99.5%=36.89t水：37.08×0.5%=0.19tHCl（g）：NB1＝5：1（摩尔比）则进HCl：9.91327.38进料质量总计：10.3+37.08+5.52主反应消耗HCl（g）：9.91327.38剩余HCl（g）:5.52−2.21其中有98%放空，2%参与副反应并生成杂质放空HCl（g）：3.31×98%=3.24t主反应生成YB1：9.91×99%×主反应生成硝酸：9.91×99%×离心母液质量总计：52.9−1.89离心分离后，粗品YB1：液体＝1：3.5（质量比）则粗品YB1：51.01×YB1含量为为91.86%，甲醇7.23%，水0.36%，杂质0.55%YB1：11.34×91.86%=10.42t杂质：11.34×0.55%=0.06t水：11.34×0.36%=0.04t甲醇：11.34×7.23%=0.82t液体质量：51.01−11.34精品YB1中甲醇和水被烘干，YB1纯度为10.4210.42+0.06=99.43%收率为10.1110.42=97.02%表2盐酸B1转化工序物料平衡表物料名称进料（t）出料（t）NB19.910甲醇37.0837.08HCl2.523.24杂质0.080.06水0.2130.213YB1010.11硝酸01.89合计12.5112.511.3.2NB1工序图9NB1合成方程式各物料的质量投料比如下：粗品SB1：H2SO4（98%）：H2O2（35%）：活性炭：H2O＝1537.46：33：1500：55：1537.46＝46.59：1：42.45：1.67：4氧化釜内转化率为100%，收率99%；中和釜内转化率为100%，收率95%，洗涤离心收率为98%。故总收率99%×95%×98%=92.17%投纯品SB1：9.91投进去的粗品SB1含量为：SB1为96%，换算成粗品SB1为9.74÷96%=10.15t其中杂质10.15−9.74=0.41t则H2SO4（98%）：10.15×146.59其中纯H2SO4:0.22×98%=0.216tH2O：0.22−0.2156H2O2（35%）：10.15×45.45其中纯H2O2：9.91×35%H2O：9.91×65%活性炭：10.15×H2O：10.15t氧化物：9.74×99%×主反应产生水：9.74×99%×2×活性炭和H2SO4不变，分别为0.36t和0.216t反应后水:0.004+6.44+10.15+1.17=17.764t表3氧化脱色工序物料平衡表进料出料H2SO40.2160.216H2O23.470SB19.740水16.59417.764氧化物011.79活性炭0.360.36合计30.7330.731.3.3硫代硫胺工序由NB1工序知粗品SB1产量为10.15t。(1)氯酯水解图10氯酯水解方程式水解反应投料比如下：水：氯酯（96%）：盐酸（30%）：粗品SB1=1000：1050：200：1537.46=5：2.25：1：7.6873水：10.15×氯酯（96%）：10.15×其中氯酯：6.93×96%水：6.93×4%盐酸（30%）：10.15×其中HCl：1.32×30%水：1.32×70%投料总计：6.6+6.93+1.32其中水：6.6+0.28+0.924本工序转化率=收率=92%，而且没有副反应发生主反应消耗氯酯：6.65×92%主反应消耗水：18.02×0.0376生成氯醇：136.572×0.0376生成CO2：44.01×0.0376剩下氯酯：6.65−6.118剩下水：7.804−0.68=7.124t剩下HCl：0.396t表4氯酯水解工序物料平衡表进料出料氯酯6.650.532HCl0.3960.396水7.8047.124氯醇02.14CO201.65合计11.8511.85（2）甲酰嘧啶水解图11甲酰嘧啶水解方程式甲酰嘧啶含量为99.82%,杂质为0.18%.投料比如下:甲酰嘧啶(纯品):液碱(30%):粗品SB1=988.98:1500:1537.46=1:1.5167:1.5546甲酰嘧啶(纯品)：10.15×1则甲酰嘧啶（99.82%）：6.53÷99.82%杂质：6.54−6.53=0.01液碱(30%)：10.15×其中NaOH：9.9×30%=2.97t水：9.9×水解反应过程中嘧啶的转化率=收率=98%消耗嘧啶：6.53×98%=6.4t=剩下嘧啶：6.53−6.4=0.13消耗NaOH：40×0.0385=1.54t剩下NaOH：2.97−1.54=1.43t水不变,仍然为6.93t生成甲酸钠：68.01×0.0385=2.62t生成水解物：138.18×0.0385表5甲酰嘧啶水解物料平衡表进料出料甲酰嘧啶6.530.13NaOH2.971.43水6.936.93杂质0.010.01水解物02.32甲酸钠02.62合计16.4416.441.3.4嘧啶合成工序嘧啶产量为6.53t。游离反应图12游离反应方程式反应过程投料比为：甲醇钠（28%）：盐酸乙脒（99%）：嘧啶（99.82%）=1250：630：988.98甲醇钠（28%）：6.53×1250其中CH3ONa：8.25×28%=2.31tCH3OH：8.25×72%=5.94t盐酸乙脒（99%）：6.53×其中盐酸乙脒：4.16×99%杂质：4.16−4.12盐酸乙脒的转化率=收率=96%则主反应消耗盐酸乙脒：4.12×96%反应完后剩下盐酸乙脒：4.12−3.96主反应消耗CH3ONa：54.02×0.0418=2.26t反应完以后剩下CH3ONa：2.31−2.26生成乙脒：58.09×0.0418生成CH3OH：32.04×0.0418反应完以后剩下CH3OH：5.94+1.34=生成NaCl：58.44×0.0418表6游离反应物料平衡表进料出料盐酸乙脒1.120.16杂质0.040.04CH3ONa2.310.05CH3OH：2.947.28乙脒02.43NaCl02.44合计12.4112.41（2）离心洗涤洗涤用甲醇（99.5%）：嘧啶（99.82%）=1500：988.98甲醇（99.5%）：6.53×1500其中甲醇:9.9×99.5%=9.85t水:9.9−9.85经过洗涤离心后,乙脒全部进入液体中,各物质含量如下:乙脒12.24%,甲醇86.07%,盐酸乙脒0.86%,CH3ONa:0.28%,NaCl:0.55%液体质量为:2.43÷12.24%=19.85t其中乙脒:2.43t甲醇:19.85×86.07%盐酸乙脒:19.85×0.86%CH3ONa:19.85×0.28%NaCl:19.85×0.55%（3）环和图13环合反应方程式反应过程的物料衡算所投物料为上个工序离心出来的液体和烯胺,投料比为烯胺(99.75%):嘧啶（99.82%）=1519.48:988.98烯胺(99.75%)：6.53×1519.48其中烯胺：10.03×99.75%杂质：10.03−10=0.03t进料质量总计：132.46＋68.57=201.03kg/h本工序烯胺转化率100%,收率92%。乙脒转化率100%，收率94%以烯胺为基准计算主反应消耗烯胺：10×92%主反应消耗乙脒：58.09×0.039生成嘧啶：166.19×0.039生成邻氯苯胺：127.57×0.039甲醇、CH3ONa、NaCl的质量均不改变，分别为17.08、0.06、0.11t则杂质为203.92－41.54－31.19－116.59－0.2709－0.745=96.66kg/h表7环和工序物料平衡表进料出料乙脒2.430甲醇17.0817.08盐酸乙脒0.170CH3ONa0.060.06NaCl0.110.11烯胺100杂质0.031.17嘧啶06.48邻氯苯胺01.98合计29.8829.88（4）离心离心后嘧啶全部留在固体中，含量为99.82%则嘧啶（99.82%）：6.48÷99.82%=6.49t杂质6.49−6.48其中甲醇回收率为99.00%，即17.08×99%=16.91t邻氯苯胺回收率为99.50%，即4.98×99.5%=4.955t1.3.5烯胺合成工序图14烯胺合成方程式烯胺(99.75%)产量为10.03t其中烯胺:10.03×99.75%杂质:10.03−10=0.03t投料比为盐酸（30%）：邻氯苯胺（99.5%）：纯水:钠代物（99.73%）：烯胺(99.75%)=800：900：2000：1033.68：1519.48盐酸（30%）：10.03×800其中HCl：5.28×30%=1.584t水：5.28×70%=3.696t邻氯苯胺（99.5%）：10.03×900其中邻氯苯胺：5.94×99.5%=5.91t杂质：5.94−5.91=0.03t纯水：10.03×2000钠代物（99.73%）：10.03×1033.68其中钠代物：6.82×99.73%=6.8t杂质：6.82−6.8=0.02t投料质量合计：5.28+5.94+13.2+6.82=31.24t其中水：3.696+13.2=16.896t杂质：0.03+0.02=0.05t（1）缩合反应邻氯苯胺转化率100%，收率92%。钠代物转化率100%，收率92%以邻氯苯胺为基准计算主反应消耗邻氯苯胺：5.91×92%主反应消耗钠代物：148.1×0.043主反应消耗HCl：36.46×0.043=1.57t生成烯胺：235.67×0.043=10.13t生成NaCl：58.44×0.043=2.51t生成水：18.02×0.043=0.77t反应完以后剩下水：16.896+0.77=17.666t反应完以后剩下HCl：1.584−1.57反应完以后剩下邻氯苯胺：5.91−5.44则杂质：31.24−10.13−2.51−17.666−0.014−0.47=0.45t（2）离心固体中各物质含量如下：烯胺97.17%，水1.96%，NaCl：0.15%，HCl：0.03%，杂质0.69%烯胺全部留在固体中，则固体质量为10÷97.17%表8缩合反应物料平衡表进料出料HCl1.5840.014邻氯苯胺2.910.47水16.89617.666钠代物6.80杂质0.050.45烯胺010.13NaCl02.51合计31.2431.241.3.6.钠代工序图15钠代物生成方程式钠代物（99.73%）产量为6.82t其中钠代物：6.82×99.73%=6.8t杂质：6.82−6.8（1）预混投料比为甲醇钠（28%）：氨基丙腈（98.5%）：甲酸甲酯（98.5%）：钠代物（99.73%）=1450：550：500：1033.68甲醇钠（28%）：6.82×1450其中甲醇钠：9.57×28%=2.68t甲醇：9.57×72%氨基丙腈（98.5%）：6.82×550其中氨基丙腈：3.63×98.5%=3.58t杂质：3.63−3.58甲酸甲酯（98.5%）：6.82×500其中甲酸甲酯：3.3×98.5%=3.25t杂质：3.3−3.25投料中杂质合计：0.05+0.05（2）酰化反应反应过程的物料衡算所进的物料除了预混釜中的全部物料外，还需要通入CO，投料比如下CO：钠代物（99.73%）=1200：1033.68则通CO：6.82×1200中压釜中进料总计：9.57+3.63+3.3+7.92=24.42t氨基丙腈转化率100%，收率90%。甲醇钠转化率=收率=92%剩余的氨基丙腈等均发生副反应，生成了杂质。以氨基丙腈为基准进行计算主反应消耗氨基丙腈：3.58×90%主反应消耗甲酸甲酯：60.05×0.046主反应消耗甲醇钠：54.02×0.046=2.48t主反应消耗CO：28.01×0.046=1.29t主反应后剩下甲酸甲酯：3.25−2.76主反应后剩下CO：7.92−1.29主反应后剩下甲醇钠：2.68−2.48主反应生成CH3OH：32.04×0.046×2=2.95t主反应生成钠代物：148.1×0.046=6.81t主反应后剩下CH3OH：6.89+2.95体系中CH3OH和CO继续发生反应生成甲酸甲酯，反应方程式为CH3OH过量，且过量的CH3OH不再发生任何副反应，以CO为基准计算消耗CH3OH：6.63×32.04生成甲酸甲酯：6.63×60.05最终剩下甲酸甲酯：0.49+14.21=14.7t最终剩下CH3OH：9.84−7.58=2.26t则杂质：24.42−2.26−14.7−6.81−0.2=0.45t表9酰化反应物料平衡表进料出料甲醇钠2.680.2氨基丙腈3.580.358甲酸甲酯3.2511.7杂质10.45CO7.926.63甲醇6.892.26钠代物06.81合计22.3222.32（3）离心钠代物全部留在固体中，固体中各物质含量为钠代：97.30%，甲酸甲酯：2.21%，甲醇：0.49%则固体质量为：6.81÷97.30%=7t其中钠代：6.81t甲酸甲酯：7×2.21%=0.15t甲醇：7×0.49%=0.034t液体质量为：25.32−7=18.32t1.3.7原辅料消耗原辅料总消耗如表10所示表10总物料表表名称日用量（t）年用量（t）氨基丙腈3.581074甲酸甲酯3.25975甲醇钠2.68804盐酸1.98594邻氯苯胺2.911773盐酸乙脒1.291287甲醇23.026906氯酯6.651995氢氧化钠2.97891活性炭0.36108硫酸0.21661.8双氧水3.471041第2章能量衡算2.1烯胺合成工序钠代物在室温下溶于纯水后，加入邻氯苯胺和盐酸混合反应。夹套里装满了5℃冷却水来控制温度。温度在40℃左右20小时；在缩合反应结束时，将材料离心，用大量水洗涤至中性并干燥；离心材料干燥后用于甲酰嘧啶工艺。反应器用清水冲洗，冲洗水进入离心机冲洗滤饼，然后进入废水处理系统，一起进入废水处理站。反应在室温下在密闭釜中进行。在盐酸（30%）滴加过程中，放空阀关闭，因此在该过程中不排放盐酸废气。反应中涉及到的各物质热容如下：盐酸（30%）：Cp=2.5940kJ/（㎏·℃），5280kg纯水：Cp=1.1798kJ/（㎏·℃），13.2t=13200kg钠代：Cp=1.1272kJ/（㎏·℃），6.82t=6820kg邻氯苯胺：Cp=1.6596kJ/（㎏·℃），2.94t=5940kg烯胺：Cp=1.0794kJ/（㎏·℃），10.13t=10130kgNaCl：Cp=0.8878kJ/（㎏·℃），2.51=2510kg杂质：Cp=1.0000kJ/（㎏·℃），0.45=450kg（1）基准温度取为0K，进料温度20℃=293K,则输入焓为：H（2）出料温度40℃=313K,则输出焓为：H（3）封头散热K6000反应釜的封头面积为38.6㎡，夹套面积12.8㎡,总传热系数K=44kcal/（㎡·h·K），散热时间20h，平均温度40℃，由Q=KS△t得Q=44×4.184×38.6×（4）反应热为1562.5930kJ/㎏（反应混合物）实际投料为31.24÷4=7.81t=7810kg实际反应放热为1565.5930×7810=12227281.33kJ（5）从开始反应到结束都要通5℃的冷却水控温在40℃左右反应H1＋反应放热=H2＋封头散热＋冷却水带走热冷却水带走热量=10332241.13kJ表11烯胺工序热量平衡表输入焓6329914kJ输出焓5382509.2kJ反应放热12227281.33kJ冷水带走热量10332241.13kJ封头散热2842442kJ合计18557192.33kJ18557192.33kJ2.2嘧啶合成工序盐酸乙脒与甲醇钠溶液混合，夹套内填充5℃冷却水，温度控制在35℃游离反应。反应后，材料离心，氯化钠滤饼用甲醇洗涤。将所得乙脒甲醇溶液与烯胺混合。夹套通入85℃热水进行升温反应，时间8小时。将反应物离心洗涤得到中间体甲酰嘧啶。用于下一道工序。离心母液进入蒸馏釜蒸馏，依次收集甲醇和邻氯苯胺。釜底的高沸点物质被排出并放入桶中。经离心母液蒸馏回收甲醇和邻氯苯胺后，罐底残液主要含有有机反应副产物、甲醇钠等，送固废处理有限公司处理。2.2.1游离反应反应中涉及到的各物质热容如下：盐酸乙脒：Cp=1.9338kJ/（㎏·℃），1.12tCH3ONa：Cp=1.4644kJ/（㎏·℃），2.31tCH3OH：Cp=2.4937kJ/（㎏·℃），2.94t乙脒：Cp=2.2616kJ/（㎏·℃），2.43tNaCl：Cp=0.8878kJ/（㎏·℃），2.44t（1）进料温度20℃=293K,则焓H（2）出料温度35℃=328K,则出料总焓：H（3）封头散热K3000反应釜的封头面积为10.25㎡，夹套面积8.61㎡,总传热系数K=44kcal/（㎡·h·K），散热时间3h，平均温度35℃,由Q=KS△t得：Q=44×4.184×10.25×（4）反应放热为543.7918kJ/㎏（反应混合物）实际投料为12410×6÷2=37230kg实际反应放热为543.7918×37230=20245368.7kJ（5）从一开始反应就要通冷却水在夹套里面进行控温,直到反应结束。H1＋反应热=H2＋封头散热＋冷却水带走热量冷却水带走热量=40997530.49kJ表12嘧