制药工程工艺设计第04章.pptVIP

CHAPTER 4 物料衡算MATERIAL BALANCE 总收率：物理工序和化学反应工序中各工序的收率之积。 (1) Basic Concepts ——Yield （2）化学过程的几个概念——收率 某产物的收率 （3）化学过程的几个概念——选择性 对于反应体系存在副反应，须考虑反应物转化为目标产物的选择性 (1) Basic Concepts —— Selectivity 转化率、收率、选择性的关系 例4-3 甲苯用浓硫酸磺化制备对甲苯磺酸。已知甲苯的投料量为1000kg，反应产物中含对甲苯磺酸1460kg，未反应的甲苯20kg。试分别计算甲苯的转化率、对甲苯磺酸的收率和选择性。 (1) Basic Concepts 解：化学反应方程式为 ? ??? 分子量 92 98 172 18 则甲苯的转化率为 对甲苯磺酸的收率为 对甲苯磺酸的选择性为 (1) Basic Concepts 某些反应过程,主要反应物经一次反应的转化率不高,甚至很低,但未反应主要反应物经分离回收后可循环套用,此时转化率有单程转化率和总转化率之分。 例4-4 用苯氯化制备一氯苯时，为减少副产二氯苯的生成量，应控制氯的消耗量。已知每100mol苯与40mol氯反应，反应产物中含38mol氯苯、1mol二氯苯以及61mol未反应的苯。反应产物经分离后可回收60mol的苯，损失1mol苯。试计算苯的单程转化率和总转化率。 (1)Basic Concepts 解：苯的单程转化率为 设苯的总转化率为XT，则 可见，对于某些反应，主要反应物的单程转化率可以很低，但总转化率却可以提高。 (1)Basic Concepts 间歇操作过程的物料衡算 例4-5 在间歇釜式反应器中用浓硫酸磺化甲苯生产对甲苯磺酸，试对该过程进行物料衡算。已知批投料量为：甲苯1000kg，纯度99.9%(wt%，下同)；浓硫酸1100kg，纯度98%；甲苯的转化率为98%，生成对甲苯磺酸的选择性为82%，生成邻甲苯磺酸的选择性为9.2%，生成间甲苯磺酸的选择性为8.8%；物料中的水约90%经连续脱水器排出。此外，为简化计算，假设原料中除纯品外都是水，且在磺化过程中无物料损失。 (2) Batch Operated Process 解：以间歇釜式反应器为衡算范围，绘出物料衡算示意图。 图4-3 甲苯磺化过程物料衡算示意图 原料甲苯：1000kg 纯度99.9% 浓硫酸：1100kg 纯度98% 磺化液 脱水器 排 水 甲 苯 磺化釜 (2) Batch Operated Process 图中共有4股物料，物料衡算的目的就是确定各股物料的数量和组成，并据此编制物料平衡表。 对于间歇操作过程，常以单位时间间隔(一个操作周期)内的投料量为基准进行物料衡算。 (2) Batch Operated Process 原料甲苯：1000kg 纯度99.9% 浓硫酸：1100kg 纯度98% 磺化液 脱水器 排 水 甲 苯 磺化釜 输入体系各量： 原料甲苯中的甲苯量为：1000?0.999=999kg 原料甲苯中的水量为：1000-999=1kg 浓硫酸中的硫酸量为：1100?0.98=1078kg 浓硫酸中的水量为：1100-1078=22kg 进料总量为：1000+1100=2100kg ， 其中含甲苯999kg，硫酸1078kg，水23kg。 (2) Batch Operated Process 出料：反应消耗的甲苯量为：999?98%=979kg 未反应的甲苯量为：999-979=20kg 主反应 副反应I 分子量 92 98 172 18 副反应II (2) Batch Operated Process * Chapter 4 Material Balance 4.1 概述 Introduction 4.2 基本理论 Basic Concepts 4.3 举例 Examples 4.1 Introduction 工艺流程示意图 物料衡算 能量衡算 工艺设备选型与设计、 车间布置设计、管道设计 根据物料衡算结果，将工艺流程示意图进一步深化， 绘制出物料流程图。 确定设备的容积、台数和主要工艺尺