制药设备与工艺设计 PPT课件.ppt

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1、习题及解答反应器部分反应器部分某厂西维因合成车间，采用某厂西维因合成车间，采用20002000升反应锅，升反应锅，每批可得西维因每批可得西维因125125公斤。设计任务每日生公斤。设计任务每日生产西维因产西维因33333333公斤。已知反应周期进料公斤。已知反应周期进料1h1h，冷却，冷却2h2h，吸收及酯化，吸收及酯化9h9h，水洗及合成，水洗及合成4h4h，出料，出料0.5h0.5h，每批间隔，每批间隔0.5h0.5h，求若采用，求若采用50005000升反应锅需几台？后备系数多少？升反应锅需几台？后备系数多少？解：根据题意一台反应器每批解：根据题意一台反应器每批125Kg,总处总处理批数

2、理批数=3333/125=26.66424小小时轮作批次作批次=24/17=1.4118m2000l=/=18.87圆整到整到19台台由物料衡算得由物料衡算得m2000lV2000l=m5000lV5000lm5000l=7.548 圆整到整到8台台s=(8-7.54)/7.54=6.1%邻硝基氯苯氨化、还原制邻苯二氨。已知邻硝基氯苯氨化、还原制邻苯二氨。已知每小时出料每小时出料0.83m30.83m3，操作周期，操作周期7h7h，装料系，装料系数数0.750.75。求反应器容积，若采用两锅则每个容求反应器容积，若采用两锅则每个容积多少？若采用积多少？若采用6m36m3，则需几个反应锅？，则需

3、几个反应锅？V=已知：已知：总总=7h V0=0.83 m3/h =0.75 m=1=0.75 m=1 V VR R=V0 总总/=7.47 =7.47 圆圆整到整到 8 8m3 V VR R=V=VR R/2=7.47/2=3.87 /2=7.47/2=3.87 圆圆整到整到 4 4m3总体积总体积V总总=V0 总总=0.837=5.81 m3 m V VR R=V总总；m=V总总/V VR R=5.81/（0.756）=1.29圆圆整到整到2 2台台化学反应热化学反应热根据盖斯定律，物质进行化学反应其根据盖斯定律，物质进行化学反应其热效应与路径无关，只与起始和终了热效应与路径无关，只与起始

4、和终了状态有关。如果已知标准状态与反应状态有关。如果已知标准状态与反应有关各种物质的生成热有关各种物质的生成热Hf,则标准状则标准状态化学反应热态化学反应热Hr298K为：为：釜式反应器釜式反应器例例61 在间歇搅拌釜式反应器中进行如下在间歇搅拌釜式反应器中进行如下分解反应：分解反应：ABC,已知在已知在328 K时时 k=0.00231s-1，反应物，反应物A的初始浓度为的初始浓度为l.24kmolm-3，要求，要求A的转化率达到的转化率达到 90。又每批操作的辅助时间又每批操作的辅助时间30 min,A的日处理的日处理量为量为14m3，装料系数为，装料系数为 0.75，试求反应器，试求反应

5、器的体积。如果连续操作体积多少？的体积。如果连续操作体积多少？解解（1 1）确定达到要求的转化率所需反应时间）确定达到要求的转化率所需反应时间 反应速率表达式为反应速率表达式为 代入数据得代入数据得 1000 s1000 s釜式反应器釜式反应器 =釜式反应器釜式反应器（2）计算反应器体积）计算反应器体积 假定日工作时间为假定日工作时间为24小时。有小时。有 V=V=VR/=0.45/0.75=0.6m3（3）连续操作反应器体积）连续操作反应器体积 =0.9/0.002310.1 =3896 s=（14/24）（3896/3600）=0.63 m3V=Vr/=0.63/0.75=0.842 m3

6、釜式反应器釜式反应器作每日物料衡算：作每日物料衡算：Vc=V m 则反应器体积则反应器体积V=反应器台数反应器台数 m=Hr298K=（nHf298）i-（mHf298）ji-指各产物j-指各反应物n-参加反应化学方程式各产物的计 量系数m-参加反应化学方程式各反应物的计量系数 如果已知标准状态与反应有关各种物质的燃烧热HC,则标准状态化学反应热Hr298K又可改为：Hr298K=（mHC298）J-（nHC298）i 如果在标准状态化学反应热Hr298K已知的情况下，欲求一定温度下的化学反应热HrT可按基尔霍夫公式求取：THrT=Hr298K+nCpdT 298Hf HC,互换以苯为例 HC

7、0 C6H6+15O 6CO2+3H2O Hf0 Hf 6C+6H+15OHf0=Hf -HC0其中其中Hf=6 Hf0（CO2）+3Hf0(H2O)电子移位数法估算燃烧热（卡拉电子移位数法估算燃烧热（卡拉兹法兹法Khrasch）有机化合物的燃烧过程，可看作是碳原子和氢原有机化合物的燃烧过程，可看作是碳原子和氢原子上的电子转移到氧原子上去的结果。因为燃烧子上的电子转移到氧原子上去的结果。因为燃烧的最终产物碳，变成二氧化碳，氢，变成水。故的最终产物碳，变成二氧化碳，氢，变成水。故燃烧热与电子转移数有关。经测试，每转移一个燃烧热与电子转移数有关。经测试，每转移一个电子所释能量为电子所释能量为109

8、.07kJ,则液体简单有机化合物则液体简单有机化合物在常压在常压200C的燃烧热为：的燃烧热为：-HC=109.07N N-电子转移数电子转移数当较复杂的化合物使用上式须经经验校当较复杂的化合物使用上式须经经验校正：正：-HC=109.07N+（Kii）Ki-分子中校正对象的次数分子中校正对象的次数i-校正对象的校正值校正对象的校正值对分子结构复杂的化合物卡拉兹法计算对分子结构复杂的化合物卡拉兹法计算误差较大，可另选其他方法计算。误差较大，可另选其他方法计算。化学反应热计算例题应用已知数据，应用已学过求燃烧热方法，计算应用已知数据，应用已学过求燃烧热方法，计算1500Kg甲苯下甲苯下列液相反应

9、热效应。列液相反应热效应。+H2SO4 -+H2O so3H fH,m硫酸硫酸=-812.8 kJ/mol cH,m,碳碳=-393.13 kJ/mol fH m,甲基苯磺酸甲基苯磺酸 =-486.05 kJ/mol cHm,氢气氢气 =-285.58 kJ/mol R-Ar =-14.7 kJ/mol以上数据吸热为正放热为负，且假定反应在查表温度下进行以上数据吸热为正放热为负，且假定反应在查表温度下进行 例题应用已知数据，应用已学过求燃烧热方法，计算反应应用已知数据，应用已学过求燃烧热方法，计算反应热效应。热效应。萘在催化条件下氧化制苯酐。萘的处理量为萘在催化条件下氧化制苯酐。萘的处理量为1

10、500kg/h。求：需移走的反应热。（假设萘在标准温度下反应）求：需移走的反应热。（假设萘在标准温度下反应）fH m,苯酐苯酐=-402.2 kJ/mol cH m,苯酐苯酐=-3314 kJ/molcHm,氢气氢气=-285.58 kJ/mol cHm,碳碳=-395.3 kJ/molR-Ar =-14.7 kJ/mol 以上数据除以上数据除R-Ar外，吸热为正放热为负。外，吸热为正放热为负。例题：例题：600C95%H2SO4 200kg,用用50C水稀水稀释到浓度为释到浓度为50%，列出求稀释酸终点温度，列出求稀释酸终点温度T的计算式。系统隔热良好。的计算式。系统隔热良好。查得查得 H2

11、SO4 95%Cp95%=1.53 kJ/kg0C -Hs095%=100.49 kJ/molSO3 H2SO4 50%Cp50%=2.53 kJ/kg0C -Hs050%=149.37 kJ/molSO3 H2O Cp H2O=4.18 kJ/kg0C 假定在计算范围内各假定在计算范围内各Cp变化不大，近似变化不大，近似常数常数 解：（解：（1）求稀释水量）求稀释水量WH2O、溶质、溶质mol数数 W50%0.5=2000.95 W H2O=200(0.95/0.5)-1(kg)MSO3=2000.95/98 (kmol)(2)根据盖斯定律，假想一个虚拟循环根据盖斯定律，假想一个虚拟循环 H=0 600C 95%H2SO4+50 CH2O T0C 50%H2SO4 H1 H2 H3 Hs 250C 95%H2SO4+250C H2O 250C 50%H2SO4H1=W95%Cp95%（25-60）；）；H2=WH2O CpH2O（25-5）；）；H3=W50%Cp50%（25-T）Hs=MSO31000（Hs050%-Hs095%）H1+H2+Hs=H3+H T=25-W95%Cp95%（25-60）+WH2O CpH2O（25-5）+MSO31000（Hs050%-Hs095%）/W50%Cp50%最后解得最后解得 T=119.060C