2020年制药工程第六章热量衡算参照模板
热量衡算
热量衡算1计算方法与原则1.1热量衡算的目的及意义热量衡算的主要目的是为了确定设备的热负荷。
根据设备热负荷的大小、所处理物料的性质及工艺要求再选择传热面的形式、计算传热面积、确定设备的主要工艺尺寸。
传热所需的加热剂或冷却剂的用量也是以热负荷的大小为依据而进行计算的。
1.2热量衡算的依据及必要条件热量衡算的主要依据是能量守恒定律，其数学表达式为Q1+ Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 式1其中：Q1——物料带入到设备的热量，kJQ2——加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量，kJQ3——过程热效应，kJQ4——物料离开设备所消耗的热量，kJQ5——加热或冷却设备所消耗的热量，kJQ6——设备向环境散失的热量，kJQ1（Q4）=Σ mC P(t2- t0) kJ式2m——输入或输出设备的物料质量，kgC P——物料的平均比热容，kJ/(kg•℃)t2——物料的温度，℃t0——基准温度，℃Q5=Σ C P M (t2-t1) kJ式3M——设备各部件的质量，kgC P——设备各部件的比热容，kJ/(kg•℃)t1——设备各部件的初始温度，℃t——设备各部件的最终温度，℃2Q5+Q6=10%Q总式4热量衡算是在车间物料衡算的结果基础上而进行的，因此，车间物料衡算表是进行车间热量衡算的首要条件。
其次还必须收集有关物质的热力学数据，例如比热容，相变热，反应热等。
本设计还将涉及到的所有物料的热力学数据汇总成表4，以便于后期的计算。
1.3热量衡算基准因为物料衡算计算的是各个岗位的天处理量，所以热量衡算计算的也是某个设备天换热介质消耗量，同时温度基准采用的是0℃做基准。
当然，进行传热面积校核时，是根据批处理量计算。
2全车间物料热力学数据的估算2.1所用纯化合物比热的推算0i i pMc n C ∑=式 5式中M ——化合物分子量；n i ——分子中同种元素原子数； c i ——元素的原子比热容，kJ/(kg•℃)查《制药工程工艺设计》P111，得到原子的摩尔热容相关数据，见表1表1 元素原子的摩尔热容单位：kcal/( kmol•℃)(当物质为固体时，各原子的C a 取值近似值）原子 C a 原子 C a 原子 C a 碳C 2.8 氧O 6.0 氮N 2.6 氢H4.3硫S7.4其他8.0(当物质为液体时，各原子的C a 取值近似值）而在实际生产的过程中遇到的物质大多是混合物，极少数的混合物有实验测定的热容数据，一般都是根据混合物内各种物质的热容和组成进行推算的，其中杂质的含量极少，热效应可以忽略不计。
制药工程学各章习题
第一章制药工程设计概述一、名词解释1. 项目建议书2. 可行性研究报告3. 设计任务书4. 两阶段设计5. 试车二、简答题1. 简述工程项目从计划建设到交付生产所经历的基本工作程序。
2. 简述可行性研究的任务和意义。
3. 简述可行性研究的阶段划分及深度。
4. 简述可行性研究的审批程序。
5. 简述设计任务书的审批及变更。
6. 简述设计阶段的划分。
7. 简述初步设计阶段的主要成果。
8. 简述初步设计的深度。
9. 简述初步设计的审批及变更。
10. 简述施工图设计阶段的主要设计文件。
11. 简述施工图设计阶段的深度。
12. 简述制药工程项目试车的总原则。
第二章厂址选择和总平面设计一、名词解释1. 等高线2. 风向频率3. 主导风向4. 风玫瑰图5. 建筑系数6. 厂区利用系数7. 绿地率8. 生产车间9. 辅助车间10. 公用系统10. 地理测量坐标系11. 建筑施工坐标系12. 空气洁净度13. 洁净厂房二、简答题1. 简述厂址选择的基本原则。
2. 简述厂址选择程序。
3. 简述厂址选择报告的主要内容。
4. 简述总平面设计的依据。
5. 简述总平面设计的原则。
6. 简述总平面设计的内容和成果。
7. 简述GMP对厂房洁净等级的要求。
8. 简述洁净厂房总平面设计的目的和意义。
9. 简述洁净厂房总平面设计原则。
第三章工艺流程设计一、名词解释1. 报警装置2. 事故贮槽3. 安全水封4. 爆破片5. 安全阀6. 溢流管7. 阻火器8. 载能介质9. 设备位号10. 仪表位号10. 就地仪表11. 集中仪表二、简答题1. 简述工艺流程设计的作用。
2. 简述工艺流程设计的任务。
3. 简述工艺流程设计的基本程序。
4. 简述连续生产方式、间歇生产方法和联合生产方式的特点。
5. 简述工艺流程设计的成果。
三、设计题1. 离心泵是最常用的液体输送设备，常通过改变出口阀门的开度来调节其输出流量，试确定该方案带控制点的工艺流程图。
热量衡算
热量衡算1计算方法与原则1.1热量衡算的目的及意义热量衡算的主要目的是为了确定设备的热负荷。
根据设备热负荷的大小、所处理物料的性质及工艺要求再选择传热面的形式、计算传热面积、确定设备的主要工艺尺寸。
传热所需的加热剂或冷却剂的用量也是以热负荷的大小为依据而进行计算的。
1.2热量衡算的依据及必要条件热量衡算的主要依据是能量守恒定律，其数学表达式为Q1+ Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 式1其中：Q1——物料带入到设备的热量，kJQ2——加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量，kJQ3——过程热效应，kJQ4——物料离开设备所消耗的热量，kJQ5——加热或冷却设备所消耗的热量，kJQ6——设备向环境散失的热量，kJQ1（Q4）=Σ mC P(t2- t0) kJ式2m——输入或输出设备的物料质量，kgC P——物料的平均比热容，kJ/(kg•℃)t2——物料的温度，℃t0——基准温度，℃Q5=Σ C P M (t2-t1) kJ式3M——设备各部件的质量，kgC P——设备各部件的比热容，kJ/(kg•℃)t1——设备各部件的初始温度，℃t——设备各部件的最终温度，℃2Q5+Q6=10%Q总式4热量衡算是在车间物料衡算的结果基础上而进行的，因此，车间物料衡算表是进行车间热量衡算的首要条件。
其次还必须收集有关物质的热力学数据，例如比热容，相变热，反应热等。
本设计还将涉及到的所有物料的热力学数据汇总成表4，以便于后期的计算。
1.3热量衡算基准因为物料衡算计算的是各个岗位的天处理量，所以热量衡算计算的也是某个设备天换热介质消耗量，同时温度基准采用的是0℃做基准。
当然，进行传热面积校核时，是根据批处理量计算。
2全车间物料热力学数据的估算2.1所用纯化合物比热的推算0i i pMc n C ∑=式 5式中M ——化合物分子量；n i ——分子中同种元素原子数； c i ——元素的原子比热容，kJ/(kg•℃)查《制药工程工艺设计》P111，得到原子的摩尔热容相关数据，见表1表1 元素原子的摩尔热容单位：kcal/( kmol•℃)(当物质为固体时，各原子的C a 取值近似值）原子 C a 原子 C a 原子 C a 碳C 2.8 氧O 6.0 氮N 2.6 氢H4.3硫S7.4其他8.0(当物质为液体时，各原子的C a 取值近似值）而在实际生产的过程中遇到的物质大多是混合物，极少数的混合物有实验测定的热容数据，一般都是根据混合物内各种物质的热容和组成进行推算的，其中杂质的含量极少，热效应可以忽略不计。
制药工程原理课程设计报告模板
制药工程原理课程设计报告制药工程原理课程设计报告( 制药工程学院)设计题目: 苯-甲苯混合液筛板精馏塔设计专业班级:指导教师:学生姓名:设计地点:设计日期:制药工程原理课程设计任务书一、设计题目苯-甲苯混合液筛板精馏塔设计二、设计任务及操作条件1.年处理量: 4419 kg/h2.料液初温: 25℃3.料液浓度: 45%( 苯的质量分数)4.塔顶产品浓度: 98.5%5.塔底釜液含甲苯量不低于98%( 以质量计)6.每年实际生产天数: 330天( 一年中有一个月检修)7.精馏塔塔顶压强: 4KPa( 表压)8.冷却水温度: 25℃9.饱和水蒸汽压力: 2.5kgf/cm2( 表压) (1kgf/cm2=98.066KPa)10.设备形式: 筛板( 浮阀) 塔11.进料热状况泡点进料, q=1;12.回流比 2.06613.单板压降≦0.7kPa14.厂址: 贵州地区三、设计内容及要求1. 设计方案简介: 对给定或选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述。
2. 设计计算过程:①工艺计算及主体设备的设计计算。
包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、主体设备结构和工艺尺寸的设计计算、塔板流体力学验算等。
②辅助设备的选型计算。
经过计算选定典型辅助设备的规格型号( 选做) 。
3. 图纸:①工艺流程图草图。
②主体设备工艺条件图。
4. 设计结果汇总。
5. 设计结果评述。
6. 参考文献。
目录设计任务书前言 (1)1.设计方案简介 (2)1.1 工艺流程简介 (2)1.2 操作条件 (2)1.3 主要设备简介 (2)2.工艺流程草图及说明 (2)3.工艺计算及主体设备设计 (3)3.1工艺计算 (3)3.2.物料衡算 (3)3.3 塔板数计算 (4)3.3.1 作图法求Rmin (4)3.3.2 操作线方程 (5)3.4.精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (6)3.4.1 操作压力计算 (6)3.4.2操作温度计算 (7)3.4.3 平均摩尔质量计算 (10)3.4.4 平均密度计算 (11)3.5 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 (14)3.5.1塔径的计算 (14)3.5.2有效高度的计算 (16)3.5.3 塔板的布置 (16)3.5.4 溢流堰的计算 (18)3.6 筛板的流体力学验算 (21)3.6.1 精馏段 (21)3.6.2 提馏段 (24)3.7 塔板负荷性能图(精馏段) (26)3.7.1 漏液线 (26)3.7.2 液沫夹带线 (27)3.7.3 液相负荷下限线 (28)3.7.4 液相负荷上限线 (28)3.7.5 液泛线 (29)3.8 塔板负荷性能图(提馏段) (30)3.8.1 漏液线 (30)3.8.2 液沫夹带线 (31)3.8.3 液相负荷下限线 (32)3.8.4 液相负荷上限线 (32)3.8.5 液泛线 (33)4. 辅助设备的计算及选型 (34)4.1 塔顶冷凝器 (34)4.2 再沸器 (35) (36)4.2.1 蒸馏釜热负荷QB4.2.2 接管 (36)4.2.3 进料管 (36)4.2.4 回流管 (37)4.2.5 塔釜出料管 (37)4.2.6 塔顶蒸汽出料管 (37)4.2.7 塔釜蒸汽进口管 (37)4.2.8 法兰 (38)4.3 筒体与封头 (38)4.3.1 筒体壁厚 (38)4.3.2 封头(椭圆形封头) (40)4.4 除沫器 (40)4.5 裙座 (40)4.6 人孔 (41)4.7 塔总体高度的设计 (41)。
热量衡算参考
以下内容做的一般，仅作参考！希望自己认真计算7.热量衡算饱和蒸汽冷凝水w2 T2I2’冷凝水干燥器热量衡算示意图新鲜空气进口温度及湿物料进口温度参考当地常年平均气温，新鲜空气进口相对湿度查阅当地具体数值，湿物料进口量及干物料出口量根据物料衡算，湿物料进口温度以20℃计，干物料出口温度以40℃计，干空气出口温度为50℃，计算过程中散热量及热量损失取总热量的5%~10%。
厂址设在上海市浦东新区工业区，当地冬季平均温度为3℃，相对湿度为78%。
L——干空气质量流量kgH0——进预热器的湿度kg水/kg空气H1——空气进干燥器的湿度kg水/kg空气H2——空气出干燥器的湿度kg水/kg空气t0——空气进预热器的温度t1 , t2——空气进，出干燥器的温度℃I0——t0时空气的焓kJ/ kgI1——t1时空气的焓kJ/ kgI2——t2时空气的焓kJ/ kgφ——相对湿度G c——干物料的质量kgw1——进干燥器的水量kgw2——出干燥器的水量kgT1 T2——物料进，出干燥器的温度℃I1’——T1时物料的焓kJ/ kgI2’——T2时物料的焓kJ/ kg7.1氯奎素片热量衡算素片干燥过程中G c＝762.4 kg（不含水）w1＝146.1 kgw2＝26.8kgt0＝3℃t1＝70℃t2＝50℃T1＝20℃T2＝40℃C水＝4.18 kJ/（kg·℃）C m＝0.2 C水＝0.2×4.18＝0.836 kJ/（kg·℃）φ＝0.78热量衡算式为：Q1＋Q2＋Q3＝Q4＋Q5＋Q6Q1＝G c×C m×T1＋w1×C水×T1＝762.4×0.836×20＋146.1×4.18×20＝24961.3kJQ2＝L I1＝L[(1.01+1.88×H1) t1＋2500 H1]Q3＝0Q4＝G c×C m×T2＋w2×C水×T2＝762.4×0.836×40＋26.8×4.18×40＝29975.6Q5＝L I2＝L[(1.01+1.88×H2) t2＋2500 H2]Q6＝0.05 Q2在预热器中空气为等湿过程H1＝H0＝0.622×φP S÷(P－φP S)＝0.622×0.78×0.76÷（100－0.78×0.76）＝0.0037 kg水/kg空气Q2＝L[(1.01+1.88×H1) t1＋2500 H1]＝L[(1.01+1.88×0.0037) ×70＋2500 ×0.0037]＝80.44L kJ/ kg按热量衡算：Q1＋Q2＋Q3＝Q4＋Q5＋Q624961.3＋0.95×80.44L＝29975.6＋L[(1.01+1.88×H2) ×50＋2500 H2]76.418L＝5014.3＋（2594 H2＋50.5）L ⑴按物料衡算：L(H2－H1)＝w1－w2L(H2－0.0037)＝146.1－26.8＝119.3⑵解⑴和⑵式，得：L＝19269.3kg/dH2＝0.0099 kg水/kg空气湿空气的体积流量V＝LV H＝L(0.722＋1.244 H0)×（273＋3）/273＝19269.3×(0.722＋1.244 ×0.0037)×（273＋3）/273＝14155.0m3/d预热量为：Q预＝Q2－LI0＝80.44 L－L[(1.01+1.88×H0) t0＋2500 H0]＝80.44 ×19269.3－19269.3 ×[(1.01+1.88×0.0037) ×3＋2500 ×0.0037]＝1312993.4kJ/d加热蒸汽流量为：D＝Q预/i＝1312993.4÷2258.52＝581.4kg/d上述符号含义为：Q1＝物料进设备带入的热量，kJ/dQ2＝加热剂或冷却剂传给设备和物料的热量，kJ/dQ3＝过程热效应，kJ/dQ4＝物料离开设备带出的热量，kJ/dQ5＝设备向四周散失的热量，kJ/dQ6＝消耗在加热设备各个部位上的热量，kJ/dD＝加热蒸汽流量，kg/dQ预＝预热量，kJ/di＝100 ℃时饱和蒸汽的汽化潜热为2258.52 kJ/ kgP S＝3℃时水的饱和蒸汽压kPa氯喹片干燥设备能耗表7.2氯奎糖衣片热量衡算片芯热量衡算G c＝756.8 kg（不含水）w1＝149.4 kgw2＝26.9kgt0＝3℃t1＝70℃t2＝50℃T1＝20℃T2＝40℃C水＝4.18 kJ/（kg·℃）C m＝0.2 C水＝0.2×4.18＝0.836 kJ/（kg·℃）φ＝0.78热量衡算式为：Q1＋Q2＋Q3＝Q4＋Q5＋Q6Q1＝G c×C m×T1＋w1×C水×T1＝756.8×0.836×20＋149.4×4.18×20＝25143.5kJQ2＝L I1＝L[(1.01+1.88×H1) t1＋2500 H1]Q3＝0Q4＝G c×C m×T2＋w2×C水×T2＝756.8×0.836×40＋26.9×4.18×40＝29805.1 kJQ5＝L I2＝L[(1.01+1.88×H2) t2＋2500 H2]Q6＝0.05 Q2在预热器中空气为等湿过程H1＝H0＝0.622×φP S÷(P－φP S)＝0.622×0.78×0.76÷（100－0.78×0.76）＝0.0037 kg水/kg空气Q2＝L[(1.01+1.88×H1) t1＋2500 H1]＝L[(1.01+1.88×0.0037) ×70＋2500 ×0.0037]＝80.44L kJ/ kg按热量衡算：Q1＋Q2＋Q3＝Q4＋Q5＋Q625143.5＋0.95×80.44L＝29805.1＋L[(1.01+1.88×H2) ×50＋2500 H2]76.418L＝4661.6＋（2594 H2＋50.5）L ⑴按物料衡算：L(H2－H1)＝w1－w2L(H2－0.0037)＝149.4－26.9＝122.5⑵解⑴和⑵式，得：L＝19756.3kg/dH2＝0.0099 kg水/kg空气湿空气的体积流量V＝LV H＝L(0.722＋1.244 H0)×（273＋3）/273＝19756.3×(0.722＋1.244 ×0.0037)×（273＋3）/273＝14512.7m3/d预热量为：Q预＝Q2－LI0＝80.44 L－L[(1.01+1.88×H0) t0＋2500 H0]＝80.44 ×19756.3－19756.3×[(1.01+1.88×0.0037) ×3＋2500 ×0.0037]＝1346177.1kJ/d加热蒸汽流量为：D＝Q预/i＝1346177.1÷2258.52＝596.0kg/d上述符号含义为：Q1＝物料进设备带入的热量，kJ/dQ2＝加热剂或冷却剂传给设备和物料的热量，kJ/dQ3＝过程热效应，kJ/dQ4＝物料离开设备带出的热量，kJ/dQ5＝设备向四周散失的热量，kJ/dQ6＝消耗在加热设备各个部位上的热量，kJ/dD＝加热蒸汽流量，kg/dQ预＝预热量，kJ/di＝100 ℃时饱和蒸汽的汽化潜热为2258.52 kJ/ kgP S＝3℃时水的饱和蒸汽压kPa氯喹糖衣片片芯干燥设备能耗表包衣液热量衡算G c＝1074.3kg（不含水）w1＝291.8kgw2＝37.8kgt0＝3℃t1＝70℃t2＝50℃T1＝20℃T2＝40℃C水＝4.18 kJ/（kg·℃）C m＝0.2 C水＝0.2×4.18＝0.836 kJ/（kg·℃）φ＝0.78热量衡算式为：Q1＋Q2＋Q3＝Q4＋Q5＋Q6Q1＝G c×C m×T1＋w1×C水×T1＝1074.3×0.836×20＋291.8×4.18×20＝42356.8kJQ2＝L I1＝L[(1.01+1.88×H1) t1＋2500 H1]Q3＝0Q4＝G c×C m×T2＋w2×C水×T2＝1074.3×0.836×40＋37.8×4.18×40＝42244.8 kJQ5＝L I2＝L[(1.01+1.88×H2) t2＋2500 H2]Q6＝0.05 Q2在预热器中空气为等湿过程H1＝H0＝0.622×φP S÷(P－φP S)＝0.622×0.78×0.76÷（100－0.78×0.76）＝0.0037 kg水/kg空气Q2＝L[(1.01+1.88×H1) t1＋2500 H1]＝L[(1.01+1.88×0.0037) ×70＋2500 ×0.0037]＝80.44L kJ/ kg按热量衡算：Q1＋Q2＋Q3＝Q4＋Q5＋Q642356.8＋0.95×80.44L＝42244.8＋L[(1.01+1.88×H2) ×50＋2500 H2]76.418L＝－112＋（2594 H2＋50.5）L ⑴按物料衡算：L(H2－H1)＝w1－w2L(H2－0.0037)＝291.8－37.8＝254⑵解⑴和⑵式，得：L＝40364.9kg/dH2＝0.001 kg水/kg空气湿空气的体积流量V＝LV H＝L(0.722＋1.244 H0)×（273＋3）/273＝40364.9×(0.722＋1.244 ×0.0037)×（273＋3）/273＝29651.5m3/d预热量为：Q预＝Q2－LI0＝80.44 L－L[(1.01+1.88×H0) t0＋2500 H0]＝80.44 ×40364.9－40364.9×[(1.01+1.88×0.0037) ×3＋2500 ×0.0037]＝2750429.2kJ/d加热蒸汽流量为：D＝Q预/i＝2750429.2÷2258.52＝1217.8kg/d上述符号含义为：Q1＝物料进设备带入的热量，kJ/dQ2＝加热剂或冷却剂传给设备和物料的热量，kJ/dQ3＝过程热效应，kJ/dQ4＝物料离开设备带出的热量，kJ/dQ5＝设备向四周散失的热量，kJ/dQ6＝消耗在加热设备各个部位上的热量，kJ/dD＝加热蒸汽流量，kg/dQ预＝预热量，kJ/di＝100 ℃时饱和蒸汽的汽化潜热为2258.52 kJ/ kgP S＝3℃时水的饱和蒸汽压kPa氯喹糖衣片包衣干燥设备能耗表7.3薄膜衣片的热量衡算片芯热量衡算G c＝756.8 kg（不含水）w1＝149.4 kgw2＝26.9kgt0＝3℃t1＝70℃t2＝50℃T1＝20℃T2＝40℃C水＝4.18 kJ/（kg·℃）C m＝0.2 C水＝0.2×4.18＝0.836 kJ/（kg·℃）φ＝0.78热量衡算式为：Q1＋Q2＋Q3＝Q4＋Q5＋Q6Q1＝G c×C m×T1＋w1×C水×T1＝756.8×0.836×20＋149.4×4.18×20＝25143.5kJQ2＝L I1＝L[(1.01+1.88×H1) t1＋2500 H1]Q3＝0Q4＝G c×C m×T2＋w2×C水×T2＝756.8×0.836×40＋26.9×4.18×40＝29805.1 kJQ5＝L I2＝L[(1.01+1.88×H2) t2＋2500 H2]在预热器中空气为等湿过程H1＝H0＝0.622×φP S÷(P－φP S)＝0.622×0.78×0.76÷（100－0.78×0.76）＝0.0037 kg水/kg空气Q2＝L[(1.01+1.88×H1) t1＋2500 H1]＝L[(1.01+1.88×0.0037) ×70＋2500 ×0.0037]＝80.44L kJ/ kg按热量衡算：Q1＋Q2＋Q3＝Q4＋Q5＋Q625143.5＋0.95×80.44L＝29805.1＋L[(1.01+1.88×H2) ×50＋2500 H2]76.418L＝4661.6＋（2594 H2＋50.5）L ⑴按物料衡算：L(H2－H1)＝w1－w2L(H2－0.0037)＝149.4－26.9＝122.5⑵解⑴和⑵式，得：L＝19756.3kg/dH2＝0.0099 kg水/kg空气湿空气的体积流量V＝LV H＝L(0.722＋1.244 H0)×（273＋3）/273＝19756.3×(0.722＋1.244 ×0.0037)×（273＋3）/273＝14512.7m3/d预热量为：Q预＝Q2－LI0＝80.44 L－L[(1.01+1.88×H0) t0＋2500 H0]＝80.44 ×19756.3－19756.3×[(1.01+1.88×0.0037) ×3＋2500 ×0.0037]＝1346177.1kJ/d加热蒸汽流量为：D＝Q预/i＝1346177.1÷2258.52＝596.0kg/d上述符号含义为：Q1＝物料进设备带入的热量，kJ/dQ2＝加热剂或冷却剂传给设备和物料的热量，kJ/dQ3＝过程热效应，kJ/dQ4＝物料离开设备带出的热量，kJ/dQ5＝设备向四周散失的热量，kJ/dQ6＝消耗在加热设备各个部位上的热量，kJ/dD＝加热蒸汽流量，kg/dQ预＝预热量，kJ/di＝100 ℃时饱和蒸汽的汽化潜热为2258.52 kJ/ kgP S＝3℃时水的饱和蒸汽压kPa氯喹薄膜衣衣片片芯干燥设备能耗表包衣液热量衡算G c＝824.4kg（不含水）w1＝220.0kgt0＝3℃t1＝70℃t2＝50℃T1＝20℃T2＝40℃C水＝4.18 kJ/（kg·℃）C m＝0.2 C水＝0.2×4.18＝0.836 kJ/（kg·℃）φ＝0.78热量衡算式为：Q1＋Q2＋Q3＝Q4＋Q5＋Q6Q1＝G c×C m×T1＋w1×C水×T1＝824.4×0.836×20＋220.0×4.18×20＝32176.0kJQ2＝L I1＝L[(1.01+1.88×H1) t1＋2500 H1]Q3＝0Q4＝G c×C m×T2＋w2×C水×T2＝824.4×0.836×40＋29.0×4.18×40＝32416.8 kJQ5＝L I2＝L[(1.01+1.88×H2) t2＋2500 H2]Q6＝0.05 Q2在预热器中空气为等湿过程H1＝H0＝0.622×φP S÷(P－φP S)＝0.622×0.78×0.76÷（100－0.78×0.76）＝0.0037 kg水/kg空气Q2＝L[(1.01+1.88×H1) t1＋2500 H1]＝L[(1.01+1.88×0.0037) ×70＋2500 ×0.0037]＝80.44L kJ/ kg按热量衡算：Q1＋Q2＋Q3＝Q4＋Q5＋Q632176.0＋0.95×80.44L＝32416.8＋L[(1.01+1.88×H2) ×50＋2500 H2]76.418L＝240＋（2594 H2＋50.5）L ⑴按物料衡算：L(H2－H1)＝w1－w2L(H2－0.0037)＝220－29.0＝191.0 ⑵解⑴和⑵式，得：L＝30373.0kg/dH2＝0.001 kg水/kg空气湿空气的体积流量V＝LV H＝L(0.722＋1.244 H0)×（273＋3）/273＝30373.0×(0.722＋1.244 ×0.0037)×（273＋3）/273＝22311.6m3/d预热量为：Q预＝Q2－LI0＝80.44 L－L[(1.01+1.88×H0) t0＋2500 H0]＝80.44 ×30373.0－30373.0×[(1.01+1.88×0.0037) ×3＋2500 ×0.0037]＝2069589.8kJ/d加热蒸汽流量为：D＝Q预/i＝2069589.8÷2258.52＝916.3kg/d上述符号含义为：Q1＝物料进设备带入的热量，kJ/dQ2＝加热剂或冷却剂传给设备和物料的热量，kJ/dQ3＝过程热效应，kJ/dQ4＝物料离开设备带出的热量，kJ/dQ5＝设备向四周散失的热量，kJ/dQ6＝消耗在加热设备各个部位上的热量，kJ/dD＝加热蒸汽流量，kg/dQ预＝预热量，kJ/di＝100 ℃时饱和蒸汽的汽化潜热为2258.52 kJ/ kgP S＝3℃时水的饱和蒸汽压kPa氯喹薄膜衣片包衣干燥设备能耗表7.4微丸的热量衡算微丸的干燥计算G c＝26.2kg（不含水或乙醇）w1＝7.9 kg （40%乙醇）w2＝1.05kg （水）t0＝3℃t1＝70℃t2＝50℃T1＝20℃T2＝40℃C水＝4.18 kJ/（kg·℃）C m＝0.2 C水＝0.2×4.18＝0.836 kJ/（kg·℃）C乙醇(20℃)=0.63kJ/（kg·℃）φ＝0.78热量衡算式为：Q1＋Q2＋Q3＝Q4＋Q5＋Q6Q1＝G c×C m×T1＋w1×60%×C水×T1＋w1×40%×C乙醇×T1＝26.2×0.836×20＋7.9×60%×4.18×20＋7.9×40%×0.63×20 ＝874.1kJQ2＝L I1＝L[(1.01+1.88×H1) t1＋2500 H1]Q3＝0Q4＝G c×C m×T2＋w2×C水×T2＝26.2×0.836×40＋1.05×4.18×40＝1051.7 kJQ5＝L I2＝L[(1.01+1.88×H2) t2＋2500 H2]Q6＝0.05 Q2在预热器中空气为等湿过程H1＝H0＝0.622×φP S÷(P－φP S)＝0.622×0.78×0.76÷（100－0.78×0.76）＝0.0037 kg水/kg空气Q2＝L[(1.01+1.88×H1) t1＋2500 H1]＝L[(1.01+1.88×0.0037) ×70＋2500 ×0.0037]＝80.44L kJ/ kg按热量衡算：Q1＋Q2＋Q3＝Q4＋Q5＋Q6874.1＋0.95×80.44L＝1051.7＋L[(1.01+1.88×H2) ×50＋2500 H2]76.418L＝177.6＋（2594 H2＋50.5）L ⑴按物料衡算：L(H2－H1)＝w1－w2L(H2－0.0037)＝7.9－1.05＝6.85 ⑵解⑴和⑵式，得：L＝1099.6kg/dH2＝0.0099 kg水/kg空气鲜空气的体积流量V＝LV H＝L(0.722＋1.244 H0)×（273＋3）/273＝1099.6×(0.722＋1.244 ×0.0037)×（273＋3）/273＝807.86m3/d预热量为：Q预＝Q2－LI0＝80.44 L－L[(1.01+1.88×H0) t0＋2500 H0]＝80.44 ×807.86－807.86×[(1.01+1.88×0.0037) ×3＋2500 ×0.0037]＝55046.9kJ/d加热蒸汽流量为：D＝Q预/i＝55046.9÷2258.52＝24.4kg/d上述符号含义为：Q1＝物料进设备带入的热量，kJ/dQ2＝加热剂或冷却剂传给设备和物料的热量，kJ/dQ3＝过程热效应，kJ/dQ4＝物料离开设备带出的热量，kJ/dQ5＝设备向四周散失的热量，kJ/dQ6＝消耗在加热设备各个部位上的热量，kJ/dD＝加热蒸汽流量，kg/dQ预＝预热量，kJ/di＝100 ℃时饱和蒸汽的汽化潜热为2258.52 kJ/ kgP S＝3℃时水的饱和蒸汽压kPa微丸干燥设备能耗表冷冻干燥过程的热量衡算原料药1进入预冻器的温度为20℃，预动冻至-40℃，制冷剂选用28％CaCl2，它进入预冻器的温度为-50℃，出预冻器的温度为-40℃，真空度设为4Pa，干燥器内的加热方式选20℃水的比热容：C水=4.183 kJ/（kg·℃），-40℃水的比热容：C水’=4.217 kJ/（kg·℃），-50℃～-40℃时28％CaCl2的平均比热容：C P=2.69 kJ/（kg·℃）水的凝固焓变：△H=6.009kJ/mol水的升华焓变：△H s=44.0kJ/mol水的分子量：18.02g/mol预冻G c1＝2.65kg（不含水）G c2＝2.62kg（不含水）w1＝0.98kgw2＝0.11kgT0＝20℃T1＝-40℃C水＝4.18 kJ/（kg·℃）C水’＝4.217 kJ/（kg·℃）C P＝2.69 kJ/（kg·℃）C m＝0.2 C水＝0.2×4.18＝0.836 kJ/（kg·℃）热量衡算方程为：Q1＋Q2＋Q3 = Q4＋Q5＋Q6Q1＝G c×C m×T0＋W×C水×T0＝2.65×0.836×20 +0.98×4.183×20＝126.2kJ/dQ3 ＝△H×W＝6.009×0.98×1000/18.02＝326.8kJ/dQ4＝G c×C m×T1＋W×C水×T1＝2.62×0.836×（- 40）＋0.98×4.217×（-40）＝-252.9kJ/d126.2 + Q2 + 326.8 ＝- 252.9+ 0.05Q2Q2 = - 743.1 kJ/d28%CaCl2用量：m = Q2/( C P·△t) = - 743.1 /[2.69×(-50+40)] =27.6kg/d (该物料可循环利用，这里所指的用量为每天进入预冻器的28%CaCl2的量) 式中Q1——物料进入设备带入的热量,kJ/dQ2——由加热剂或冷却剂传给设备和物料的热量，kJ/dQ3——过程热效应，kJ/dQ4——物料离开设备带出的热量，kJ/dQ5——消耗在加热设备各个部位上的热量，kJ/dQ6——设备向四周散失的热量，kJ/dC水——水的比热容，kJ/（kg·℃）C m——物料平均比热容，kJ/（kg·℃）C P——-50℃～-40℃时28％CaCl2的平均比热容，kJ/（kg·℃）T0——原料药1进预冻器的物料温度，℃T1——原料药1出预冻器的物料温度，℃在物料加热升华阶段，需提供热量使物料保持本身的温度，否则将引起蒸汽压的降低，使干燥过程延长；若加热过多，则使物料本身温度升高，出现局部融化。
化工中物料衡算和热量衡算公式
物料衡算和热量衡算物料衡算根据质量守恒定律，以生产过程或生产单元设备为研究对象，对其进出口处进行定量计算，称为物料衡算。
通过物料衡算可以计算原料与产品间的定量转变关系，以及计算各种原料的消耗量，各种中间产品、副产品的产量、损耗量及组成。
物料衡算的基础物料衡算的基础是物质的质量守恒定律，即进入一个系统的全部物料量必等于离开系统的全部物料量，再加上过程中的损失量和在系统中的积累量。
∑G1=∑G2+∑G3+∑G4∑G2：——输人物料量总和；∑G3：——输出物料量总和；∑G4：——物料损失量总和；∑G5：——物料积累量总和。
当系统内物料积累量为零时，上式可以写成：∑G1=∑G2+∑G3物料衡算是所有工艺计算的基础，通过物料衡算可确定设备容积、台数、主要尺寸，同时可进行热量衡算、管路尺寸计算等。
物料衡算的基准(1)对于间歇式操作的过程，常采用一批原料为基准进行计算。
(2)对于连续式操作的过程，可以采用单位时间产品数量或原料量为基准进行计算。
物料衡算的结果应列成原材料消耗定额及消耗量表。
消耗定额是指每吨产品或以一定量的产品(如每千克针剂、每万片药片等)所消耗的原材料量；而消耗量是指以每年或每日等时间所消耗的原材料量。
制剂车间的消耗定额及消耗量计算时应把原料、辅料及主要包装材料一起算入。
热量衡算制药生产过程中包含有化学过程和物理过程，往往伴随着能量变化，因此必须进行能量衡算。
又因生产中一般无轴功存在或轴功相对来讲影响较小，因此能量衡算实质上是热量衡算。
生产过程中产生的热量或冷量会使物料温度上升或下降，为了保证生产过程在一定温度下进行，则外界须对生产系统有热量的加入或排除。
通过热量衡算，对需加热或冷却设备进行热量计算，可以确定加热或冷却介质的用量，以及设备所需传递的热量。
热量衡算的基础热量衡算按能量守恒定律“在无轴功条件下，进入系统的热量与离开热量应该平衡”，在实际中对传热设备的衡算可由下式表示Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6（1—1）式中： Q1—所处理的物料带入设备总的热量，KJ;Q2—加热剂或冷却剂与设备和物料传递的热量（符号规定加热剂加入热量为“+”，冷却剂吸收热量为“-”），KJ;Q3—过程的热效率，（符号规定过程放热为“+”；过程吸热为“-”）Q4—反应终了时物料的焓（输出反应器的物料的焓）Q5—设备部件所消耗的热量，KJ;Q6—设备向四周散失的热量，又称热损失,KJ;热量衡算的基准可与物料衡算相同，即对间歇生产可以以每日或每批处理物料基准。
化工工艺物料衡算和能量衡算
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2024/2/9
化工工艺物料衡算和能量衡算
第一节连续过程的物料衡算
w 教学内容： w 结合具体实例，理解利用化学反应速率进行反
应过程的物料衡算的方法。 w 重点和难点： w 重点掌握利用化学反应速率进行反应过程的物
料衡算的方法。 w 难点是衡算基准的选择，包括基准物流的名称
•
第 三 章
物 料 衡 算 与 能 量 衡 算
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•输入：
•O2（需要）= 0.5mol；
• O2（输入）= 1.5×0.5 = 0.75mol；
• N2（输入）= N2（输出）= 0.75×（79/21）
•
= 2.82mol；
• 反应的CH3OH =0.75×1 = 0.75mol
•输出： • HCHO（输出）= 0.75mol； • CH3OH（输出）= 1－ 0.75 = 0.25mol； • O2（输出）= 0.75－ 0.75×0.5=0.375mol； • H2O（输出）= 0.75mol
• •
F2 x2B x2C
单 元 Ⅰ单
元 Ⅱ
F3 x3B=0.025 x3C=0.35 x3D
F4 x4B=0.08 x4C=0.72
F5 x5C x5D
化工工艺物料衡算和能量衡算
•每一个单元列出一组平衡方程式，再列出整个系统 的平衡方程式。
•
第 三 章
物 料 衡 算 与 能 量 衡 算
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•（3）孤立体系 •= 0
化工工艺物料衡算和能量衡算
•三、能量衡算的一般方法 • ⑴ 正确绘制系统示意图，标明已知条件和物料状态； • ⑵ 确定各组分的热力学数据； • ⑶ 选择计算基准（大部分在物料衡算的基础上进行）； • 同时，还要选取热力学函数的基准态。 • ⑷ 列出能量衡算方程式，进行求解。
热量衡算
§6.3 热量衡算设定：T Q —系统内物料与外界交换热量之和（传入热量为正，传出热量为负），KJ ；1Q —由于物料温度变化，系统与外界交换的热量（升温为正，降温为负），KJ ；2Q —由于物料发生化学变化，系统与外界交换的热量（吸热为正，放热为负）KJ ；根据热量守恒定律，得：21Q Q Q T +=其中 T Wc Q P ∆∑=1; H W Q ∆=2物性参数表名称相对分子质量密度3/m kg比热容)/(C kg kJ ︒⋅汽化热kg kJ /5℃10℃ 丁二烯 54 635 2.271 2.296 苯乙烯 104 910 1.735 1.752 水 18 1000 4.199 4.196 催化剂 -- -- 2.112 2.137 液氨 17 631.7 -- -- 1663.25胶乳液10×1049501.97--丁苯橡胶的聚合热为：9588 kg kJ / 搅拌热为：h kJ H /167280=降温时，只需第一釜从10℃降到5℃，因此按第一釜进出料计算热量。
100%丁二烯出料：h kg /167.4057%)82.101(414.4549=-⨯100%苯乙烯出料：h kg /064.1753%)82.101(760.1965=-⨯总杂质为：h kg /5.36%)5.991(414.4549%)3.991(760.1965=-⨯+-⨯引发剂除终止剂以外的其他助剂之和为：293.183＋9.773＋5.212＋3.258＋11.576＋2.280＋5.212+97.727=428.221kg/h 丁苯胶乳的量为：704.943kg 根据以上结果，整理如表物料名称 进料（kg/h ） 出料（kg/h ） 100%丁二烯 4549.414 4057.167 100%苯乙烯 1965.760 1753.064 总杂质 36.5 36.5 水13030.348 13030.348 催化剂除终止剂外428.221 428.221 丁苯胶乳 -- 704.943 合计 20010.24320010.243 温度5℃10℃则：（1）进料的热量（10℃）：14131211c c c c T W T W T W T W Q p p p p 催水苯丁入+++== 4549.414×2.296×10＋1965.760×1.752×10＋13030.348×4.186×10＋428.221×2.137×10 = 693496.111h kJ / （2）胶乳的热量：48467589939588943704..W Q =⨯=⨯=聚合热胶胶h /kJ （3）出料时的热量：24232221T c W T c W T c W T c W Q p p p p 催水苯丁出+++==4057.167×2.271×5＋1753.064×1.735×5＋13030.348×4.199×5＋428.221×2.112×5=339371.132 h /kJ（4）冷却热量：出胶入冷Q H Q Q Q -++== 693496.111＋6758993.484+167280－339371.132 = 7280398.463 h /kJ液氨进出口温度均为5℃，只进行气化，从而达到降温目的。
制药工艺设计(5.1.1)--能量衡算及热数据的估算习题答案
三、简答题 1 简述能量衡算的意义。 答：第一，在设计过程中进行能量衡算，可以决定过程所需要的能量，从而计算出生产过 程能耗指标，以便对工艺设计方案进行比较，选定先进的生产工艺。第二，能量衡算的数据 是设备选择和计算的依据。第三，能量衡算是组织、管理、生产、经济核算和最优化的基础。 2 简述单元设备热量衡算的步骤。 答：明确衡算对象，划定衡算范围，绘制设备的热平衡图；搜集有关数据；选择计算基准 计算各种形式热量的值；列热量平衡表；求出加热剂或冷却剂等载能介质的用量；求出每 顿产品的动力消耗定额、每小时最大用量以及每天用量和年消耗量。 3 简述加热剂或冷却剂的选用原则。 答：在较低压力下可达到较高温度；化学稳定性高；没有腐蚀作用；热容量大，冷凝热大 无火灾或爆炸危险性，无毒性；温度易于调节，价格低廉。
2（王志祥著制药工程学例题） 根据第三章物料衡算中的物料衡算表格计算，已知甲苯和浓硫酸的温度均为 30℃，脱水器 的 排 水 温 度 为 65℃ ， 磺 化 液 的 出 料 温 度 为 140℃ ， 甲 苯 与 硫 酸 的 标 准 化 学 反 应 热 为 117.2KJ.mol-1(放热)，设备(包括磺化釜、回流冷凝器和脱水器，下同 )升温所需的热量为 1.3×105KJ, 设备表面向周围环境的散热量为 6.2×104KJ，回流冷凝器中冷却水移走的热量 共 9.8×105KJ。试对甲苯磺化过程进行热量衡算，并绘制热量衡算表。根据计算结果分析如 需要加热，则计算需要多少蒸汽，如要冷却，请计算需要多少冷却水。 有关热力学数据为：原料 甲苯的定压比热为 1.71KJ.kg-1.℃-1；98%硫酸的定压比热为 1.47KJ.kg-1.℃-1；磺化液的平均定压比热为 1.59KJ.kg-1.℃-1；水的定压比热为 4.18KJ.kg1.℃-1；
生物制药工厂工艺与管路系统的计算
第一节 物料平衡计算
一、物料衡算的意义、方法、步骤 二、主要经济技术指标的确定 三、计算实例
一、物料衡算的意义、方法、步骤 (一)物料衡算的意义 在发酵生产和其他化工生产中，物料 衡算是指：根据质量守恒定律，凡引入 某一系统或设备的物料重量Gm，必等于 所得到的产物重量GF和物料损失量Gt之 和，即： Gm - GP = Gt
6.选定计算基准 计算基准是工艺计算的出发点，选得 正确，能使计算结果正确，而且可使计 算结果大为简化。因此，应该根据生产 过程特点，选定统一的基准。在工业上， 常用的基准有： (1)、以单位时间产品量或单位时间原料量 作为计算基准。这类基准适用于连续操 作过程及设备的计算。如酒精工厂设计， 可以每小时所需原料量公斤或每小时产 公斤酒精量为计算基准。
t/a
发酵工段
至仓库 至糟池
酒糟13200t/a 二氧化碳9388t/a
至CO2车间
单位名称
设计 制图 校核 审核
工程名称 设计项目 设计阶段 初步设计
年产1万吨食用酒 精厂物料平衡图
年
比例
物料平衡表
名称 计算 单位 主、辅原料
产品
食 品
损 失 1
损 失 2
损 失
3
批 次
班 次
质量 百分 比 质量 百分 比
1、每班耗用原料量（Kg/班）=单位产品耗用原料 量（Kg/t）X 班产量（t/班） 2、每班耗用各种辅助材料量（Kg/班）=单位产品 耗用各种辅助材料量（Kg/t）X 班产量（t/班） 3、每班耗用包装容器量（只/班）=单位产品耗用 包装容器（只/t）X 班产量（t/班）X（1+损耗率）
发酵工厂工艺设计的步骤
工艺设计主要是在由原料到各个生产过程中，设计物质变化 及流向，包括所需设备。具体步骤如下： （1）根据前期可行性调查研究，确定产品方案及生产规模。 （2）根据当前的技术，经济水平选择生产方法。 （3）生产工艺流程设计。 （4）物料衡算。 （5）能量衡算(包括热量、耗冷量、供电、水量计算)。 （6）选择设备。 （7）车间工艺布置。 （8）管路设计。 （9）其它工艺设计。 （10）编制工艺流程图、管道设计图及说明书等。
5 能量衡算
汽化热
1、利用waston从已知温度的汽化热求另一温 度的汽化热 2、利用盖斯定律从已知的T1、P1条件下的汽 化数据求T2、P2条件下的汽化数据。 3、液体在沸点下的汽化热 4、根据对比压强、对比温度求汽化热 5、混合物的汽化热
溶解热
1、溶解热的估算 2、硫酸的积分溶解热 3、硝酸的积分溶解热 4、盐酸的积分溶解热 5、硫酸的无限稀释热 6、硝酸的无限稀释热 7、混酸的无限稀释热
A --设备散热表面积（m2）；
α T---散热表面向周围介质的联合给热系数W/(m2·℃)； tw ---器壁向四周散热的表面温度（℃）； to ---周围介质温度（℃）； τ ---过程连续时间（s）。
4）过程热效应Q3
过程热效应
化学反应热效应 物理过程热效应
（溶解、结晶、蒸发、冷凝、熔融、升华及浓度变化）
加热剂和冷却剂用量的计量
1、直接蒸汽加热时的蒸汽用量 2、间接蒸汽加热时的蒸汽用量 3、冷却剂的用量（没有相变，有相变） 4、电能的用量 5、燃料的用量 6、压缩空气消耗量的计算 7、真空的消耗量
燃烧热 1、最简单的有机化合物 2、更复杂的键类和多数具有取代基的衍生物 升华热 熔融热
常用加热剂和冷却剂
1、常用的热源：蒸汽、热水、导热油、电、熔盐、烟道气 2、常用的冷源：冷却水、冰、冷冻盐、液氨 3、加热剂和冷却剂的选用原则： 在较低压力下可达到较高温度 化学稳定性高 没有腐蚀作用 热容量大 冷凝热大 无火灾或爆炸危险性 无毒性 温度易于调节 价格低廉
单元设备热量衡算
热量衡算
系统热量衡算
五、设备的热量衡算方程式
热量衡算按能量守恒定律，在无轴功的条件下，进入 系统的热量与离开热量应该平衡，在实际中对传热设备的 热量衡算可由下式表示：
第7节能量衡算能量衡算示例能量衡算解释某化工厂年产
第7节 能量衡算（一）能量衡算示例 （二）能量衡算解释某化工厂年产3000t31%的盐酸,其工艺流程如下图所示:要求对泠却器和膜式吸收器作热量衡算某化工厂年产3000t31%的盐酸工艺物料流程图 根据热量衡算式：输入＝输出对于HCl 气体泠却器，可得Q1 + Q ２=Q3+Q4+Q5+Q6各项热量的计算Q1=450℃时合成炉气中各气体带入的热量之和 ＝QHCl+QN2+QH2+QCO+Q 水蒸气=59.15×103 Q2=0.134×1.603×103=214.8KJ/h Q3=0.354×272.21=96.32KJ/hQ4=50℃时各气体带出的热量之和=9.302×103 Q6可忽略不计Q5=Q1+Q2-Q3-Q4＝49.97×103KJ/h废气泠却水用量的计算水:30℃→40℃,C=4.18KJ/kg. ℃根据热平衡式：Ｑ5=WC/⊿tW=Q5/(C⊿t)=49.97/〔4.18(40-30)〕=1195KJ/h⑵ HCl气体吸收部分热量计算设备热损失忽略不计根据热平衡关系可得: Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6各项热量的计算Q1=50℃时各气体带入的热量之和=9.302×103Q2=WI=290.5×217.7=63.25×103KJ/hQ3=WI=(116.12-50.65)1.70×103=111.6×103KJ/hQ4=尾气中各气体带出的热量之和=3.926×103Q5=WI=373.0×201.0＝74.97×103KJ/hQ6=Q1+Q2+Q3-Q4-Q5=105.2×103KJ/H泠却水用量的计算水:30℃→40℃,C=4.18KJ/kg. ℃根据热平衡式：Ｑ6=WC/⊿tW=Q6/(C⊿t)=105.2×103/〔4.18(40-30)〕=2.518×103KJ/h（二）能量衡算解析能量衡算包括热能、动能、电能、化学能和辐射能等1、能量衡算的主要任务⑴确定各单元过程所需热量或泠量以及传热速率，为其他工程，如供汽给水等提供设计依据⑵化学反应常伴有热效应，导致体系的温度变化，需确定为保持一定的反应温度所需的放热速率或传热速率⑶确定泵、压缩机等输送机械和搅拌、过滤等操作机械所需功率⑷通过能量衡算，分析工程设计和操纵中热量利用是否经济合理，以提高热量利用水平2、能量衡算式能量积累率=能量进入率－能量流出率 +反应热生成率－反应热消耗率（1）当过程没有化学反应时能量积累率=能量进入－能量输出（2）当过程没有化学反应，且处于稳态时能量进入率=能量流出在化工生产中，热量是一种最主要的能量形式。
物料与热量衡算模板
第一章亚苄基海因合成研究1.1引言海因与芳香醛、杂环醛缩合生成5位取代的不饱和海因衍生物〔21〕，在一定温度和碱性条件下，海因环能发生断裂，从而得到α－酮酸。
该路线制备α－酮酸，反应条件简单，所用反应试剂简单、副产物少，是极具优越性的α－酮酸制备路线〔22〕。
亚苄基海因作为制备苯丙酮酸的原料的合成工艺近年来研究较多，已经确定了合成所使用的主要原辅材料，探索了初步的合成条件。
本节主要在前人研究的基础上就亚苄基海因的合成方法做进一步优化，以适合产业化的需要。
1.2实验材料与方法1.2.1实验试剂海因：工业级自制苯甲醛：工业级含量99％南通天时化工公司一乙醇胺：工业级甲醇：工业级1.2.2实验方法在18L不锈钢反应釜中加入一定量的海因，然后加入一定量的水、一乙醇胺，在80－110︒C下反应，反应结束后冷却至常温，用布氏漏斗抽滤，最后用甲醇洗涤后在60︒C下烘干。
1.2.3分析方法HPLE法，详见文献〔23〕1.3结果与讨论1.3.1．苯甲醛滴加速度的影响实验表明，在缩合反应过程中，如果将苯甲醛一次性加入反应器中，由于大量的苯甲醛－水混合物一起蒸发，容易发生跑料和因大量的苯甲醛未来得及参加反应而自聚现象，导致缩合收率偏低、产物质量不好。
所以在海因与苯甲醛的缩合过程中，苯甲醛以滴加的方式加入，从表1不同的滴加速度试验可以看出，2.5ml/min的滴加速度，所得的亚苄基海因的产率与品质较为理想。
表1 苯甲醛滴加速度对亚苄基海因合成的影响注：“＋”表示产品质量一般；“－”表示产品质量较差；1.3.2. 反应时间对缩合反应的影响从缩合反应机理可以看出，缩合反应的中间过程较为复杂，苯甲醛的亲核加成只是整个反应的一部分，要得到比较高的缩合产物，一定的反应时间是必须的，从下面的曲线（图1）的走势可以看出，产物的得率随反应时间的增加而增加，当反应时间达到3.5小时后，产物的得率基本趋于平稳，所以反应时间取3.5小时。
1.002.003.004.00Time of reaction : hr80.0084.0088.0092.0096.00Y i e l d o f 5-b e n z a l h y d a n t o i n :%图1反应时间对产物得率的影响1.3.3.反应温度对缩合反应的影响苯甲醛作为反应物之一，在空气中能氧化成苯甲酸，在较低的温度下容易自身聚合成聚合体，在更高的反应温度下更易发生聚合，必将影响产品的收率，也影响产品的品质。
制药工程第六章热量衡算75页PPT文档
定律。能量有不同的表现形式，如内能、动能、势
能、热能和功等。
连续流动系统的总能量衡算式
动能变化
u2
QWHgz
2
单位质量流体
的焓变
位能变化
单位质量流体所吸收的
热或放出的热
单位质量流体所接受的外
功或所做的外功
4
设备的能量衡算时，位能变化，动能变化，外功等项
相对较小，多数情况下，能量衡算可简化为热量衡算。
临界状态附近校正(见≤化工设计≥ .黄璐P178例题) ③液体混合物:工程计算中常用加合法估算液体混合物
热容,公式与理想气体混合物计算公式相同.
15
⑸热容的单位
①摩尔热容:
每1mol或每1kmol物质温度升高1℃所需要的热量.
单位:kJ/(mol·K)，kJ/(kmol·K)……等
②比热容
每1g或每1kg物质温度升高1℃所需要的热量
5
当内能、动能、势能的变化量可以忽略且无轴功时， 输入系统的热量与离开系统的热量应平衡， 由此可得出传热设备的热量平衡方程式为
Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 5 Q 6
(6-1)
式中:
Q1—物料带入设备的热量，kJ或kJ/h； Q2—加热剂或冷却剂传给设备及所处理物料的热量，kJ Q3—过程的热效应，kJ或kJ/h ； Q4—物料带出设备的热量，kJ或kJ/h ； Q5—加热或冷却设备所消耗的热量或冷量，kJ或kJ/h ； Q6—设备向环境散失的热量，kJ或kJ/h 。
6
在上式，应注意除Q1和Q4外，其它Q值都有正负两种情况。 例如，当反应放热时，Q3取“+”号；反之，当反应吸热 时，Q3取“”号，这与热力学中的规定正好相反。 由式(6-1)可求出Q2，即 设备的热负荷。 若Q2为正值，表明需要提供热量，即需要加热；
制药工程化工原理31-32学时
2. 斯蒂芬－玻尔兹曼定律
黑体的辐射能力与其表面温度的四 次方成正比：
Eb
T 4
Cb
(T 100
)4
斯蒂芬－ 玻尔兹曼
常数
黑体辐 射系数
5.67 108 W/(m2 K4 )
5.67W/(m2 K4 )
19
3.克希霍夫定律
灰体的辐射能力与吸收率的比值恒 等于同温度下黑体的辐射能力。
E
Cb
四、传热过程的计算
1
（一）热量衡算式（热平衡方程）
无相变，比热容不变时：
Q qm1C p1(T1 T2 ) qm2C p2 (t2 t 1)
有相变时，例如饱和蒸气冷凝：
Q qm1r qm2C p2 (t2 t1 )
冷流体一侧
冷凝液出口温度T2低于饱和温度时， 无相变
Q
qm1r
qm1C
式4-40
并流 t 1 T1 t1 t 2 T2 t2
4
逆流传热与并流传热：
传热面积的差异 载热体消耗量的差异 温差分布的差异
多采用逆流传热。物料对温 度敏感或需要控制出口温度 时，可用并流传热。
5
先按逆流计算，然后再乘以考虑流动方向的 校正因素。即
tm tm逆
f (R, P) 查图获得
9
10
五、热辐射（辐射传热）
辐射能 物体以电磁波方式传递的能量 热辐射 因热的原因引起的电磁波辐射
热射线 波长0.4～0.8μm的可见光线 和波长0.8～20 μm的红外光 线
11
辐射能的吸收、反射和透过： Qρ
反射
吸收
Qα Qτ
透过
12
能量守恒:
Q Q Q Q
Q
制药工程第六章节热量衡算文档
16.33
n H2O
1000 103 0.75
18
41666.7mol
由表6-1查得 Hs2 69.30
kJmol-1
Qp=
(
-
)=
(-
)=8.604 ×104 kJ 28
6.3.4 化学变化热(反应热)
过程的化学变化热可根据反应进度和化学反应热来计算，
m
m
(6-7)
式中:
Hs—SO3溶于水形成硫酸的积分溶解热 kJ/(kgH2O)
m—以SO3计，硫酸的质量分率； t—操作温度，℃。
22
又如，硝酸的积分溶解热可用下式估算
H s
37.57n n 1.757
(6-8)
式中: Hs—硝酸的积分溶解热，kJ/mol HNO3； n—溶解1mol HNO3的H2O的摩尔数，mol。
定律。能量有不同的表现形式，如内能、动能、势
能、热能和功等。
连续流动系统的总能量衡算式
动能变化
u 2
Q W H gz
2
单位质量流体
的焓变
位能变化
单位质量流体所吸收的
热或放出的热
单位质量流体所接受的外
功或所做的外功
4
设备的能量衡算时，位能变化，动能变化，外功等项
相对较小，多数情况下，能量衡算可简化为热量衡算。
有积分溶解热与微分溶解热之分
18
1)积分溶解热 恒温恒压下，将1摩尔溶质溶解于n摩尔溶剂中形成组成
为x的溶液时的总热效应称为积分溶解热， 用符号Hs表示。
常见物质在水中的积分溶解热可从有关手册或资料中查 得。P69见表5-1.
在25℃下,1mol硫酸用水逐渐稀释,不断取出过程放出的 热量,保持温度25℃用来计算:
物料衡算和热量衡算69页PPT
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
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通过热量衡算确定如下设计参数: ⑴设备的热负荷Q
包括:换热器、反应器、塔设备等 进一步确定换热面积 F
⑵ 加热剂、冷却剂的用量 能量衡算的依据: ⑴ 物料衡算结果 ⑵ 物料的热力学数据
如定压比热、相变热、反应热等
3
6.2 热量衡算的基本原理
6.2.1 能量衡算的基本关系式
能量衡算的理论基础:热力学第一定律，即能量守恒
即
式中:G-输入或输出设备的物料量，kg或kg/h或 (6-2) kmol/h
t0—基准温度，℃；t2—物料的实际温度，℃ ； Cp—物料的定压热容，kJkg-1℃-1或kJkmol-1℃-1 若已知物料在所涉及温度范围内的平均定压热容，则
Q1或Q 4 GCp (t 2 t 0 )
(6-3)
式中:Cp—物料在(t0～t2) ℃范围内的平均定压热容，
热容,公式与理想气体混合物计算公式相同.
15
⑸热容的单位
①摩尔热容:
每1mol或每1kmol物质温度升高1℃所需要的热量.
单位:kJ/(mol·K)，kJ/(kmol·K)……等
②比热容
每1g或每1kg物质温度升高1℃所需要的热量
单位:kJ/(kg·K)，J/(g·K)……等
③单位换算
比热容=摩尔热容/M
①理想气体混合物:
C
o p
N
i
C
o pi
(6-6)
Cpo —混合气体的理想气体定压摩尔热容； Cpio —混合气体中i组分的理想气体定压摩尔热容； Ni —i组分的摩尔分数。 ②真实气体混合物:离临界状态远时按上式近似计算
临界状态附近校正(见≤化工设计≥ .黄璐P178例题) ③液体混合物:工程计算中常用加合法估算液体混合物
摩尔热容=比热容×M
M—相对分子质量
一般，把0℃和1.013105 Pa下的某一相态为计算基准。 对反应过程，常以25℃和1.013105Pa为计算基准。 基准态可以任意规定,不同物料可使用不同的基准态, 但对同一种物料其进口和出口只能使用相同基准态
8
⊿P=0 、无化学反应、无相变时，过程吸收或放出的
6.3.2 热容热法量可用热容法计算—显热的计算
为求出Q2，必须ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ出式(6-1)中其它各项热量的值。
7
6.3 热量衡算的方法 6.3.1 计算基准
在计算Qi之前，要确定一个计算基准。 ①数量上基准 ②相态基准(基准态)
数量上基准: ①按1kmol或1kg物料为计算基准; ②用设备的小时工作量为计算基准。
相态基准(基准态):
∵热衡算中使用热力学函数焓，焓无绝对值，只有相对 某一基准态的相对值∴热量衡算时需要规定基准态
6
在上式，应注意除Q1和Q4外，其它Q值都有正负两种情 况。例如，当反应放热时，Q3取“+”号；反之，当反 应吸热时，Q3取“”号，这与热力学中的规定正好相 反。
由式(6-1)可求出Q2，即 设备的热负荷。 若Q2为正值，表明需要提供热量，即需要加热；
反之，则表明需要移走热量，即需要冷却。
此外，对间歇操作∵不同时间段内的操作情况可能不同∴ 应按不同的时间段分别计算Q2的值，并取其最大值作 为设备热负荷的设计依据。
定律。能量有不同的表现形式，如内能、动能、势
能、热能和功等。
连续流动系统的总能量衡算式
动能变化
Q W H gz u2
2
单位质量流体
的焓变
位能变化
单位质量流体所吸收的
热或放出的热
单位质量流体所接受的外
功或所做的外功
4
设备的能量衡算时，位能变化，动能变化，外功等项
相对较小，多数情况下，能量衡算可简化为热量衡算。
∴流动系统总能量衡算式可简化为：
Q H
Q Q1 Q2 H Q1 Q2
热量衡算基本关系式 Q-两部分热量之和
Q1—载热体取出的热， Q2—热损失，负值。 热衡算示意图
H (HB HD ) (H A HC )
上式只限于连续操作过程使用，不适用于间歇过程， 且没有包括化学反应热。 另一种形式：热衡算方程
第六章 热量衡算
6.1 概述 6.2 热量衡算的基本原理 6.3 热量衡算的方法 6.4 热量衡算举例 6.5 加热剂、冷却剂及其他能量消耗的计算
1
6.1 概述
当物料衡算完成后: 对没有热效应的过程,可直接根据物料衡算结果和工艺
要求进行设备的工艺设计，以确定设备的型式、数量 和主要工艺尺寸。 而对伴有热效应的过程,则还必须进行能量衡算,才能确 定设备的主要工艺尺寸。 ∵在药品生产中，无论是进行物理过程的设备,还是进 行化学过程的设备,大多存在一定的热效应, ∴通常要进行能量衡算。
⑶ Cp与P的关系: ①固体热容与P无关 ②Cp液体在临界点附近P的影响明显，一般条件下可忽略 ③P对理想气体的热容无影响 ④P对真实气体热容影响不大，在临界点附近影响明显 (见≤化工设计≥ .黄璐: P177图5.4和例5.2)
14
⑷混合物热容
生产上遇到的大部分是混合物，根据混合物内各物质的
热容和组成进行推算
kJkg-1℃-1或kJkmol-1℃-1
9
⑴ Cp与T的关系:
① 查图法: 烃类化合物的Cp-T图可在有关手册中查得; ≤化工工艺设计手册≥第三版(上)
② 列表法: 不同温度下的Cp列表 卢焕章.石油化工基础数据手册. 化学工业出版社，1978 ③ 函数表达式(气体数据较全):
C
0 p
a
bt
ct 2
5
当内能、动能、势能的变化量可以忽略且无轴功时， 输入系统的热量与离开系统的热量应平衡， 由此可得出传热设备的热量平衡方程式为
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6
(6-1)
式中:
Q1—物料带入设备的热量，kJ或kJ/h； Q2—加热剂或冷却剂传给设备及所处理物料的热量，kJ Q3—过程的热效应，kJ或kJ/h ； Q4—物料带出设备的热量，kJ或kJ/h ； Q5—加热或冷却设备所消耗的热量或冷量，kJ或kJ/h ； Q6—设备向环境散失的热量，kJ或kJ/h 。
dt3
0
Cp
a
bt ct 2
(6-4) (6-5)
式中:a、b、c、d-物质的特性常数，可从有关手册查得。 Cp-理0 想气体的热容; ≤化工设计≥ .黄璐:P401
10
11
工程项目建设基本程序(7步)
12
13
（2）平均热容 假如物质在T1～T2范围之内Cp –T成直线关系,则
Cp= [(Cp)T1+(Cp)T2]/2