學(xué)科分類號:本科學(xué)生畢業(yè)論文：學(xué)號院（系）指導(dǎo)教師本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文（設(shè)計），是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)目錄15853摘要 I9531Abstract IITOC\o"1-3"\h\u15853第1章氯霉素生產(chǎn)簡介 第1章氯霉素生產(chǎn)簡介1.1氯霉素的性質(zhì)和用途1.1.1產(chǎn)品說明產(chǎn)品名稱：氯霉素化學(xué)分子結(jié)構(gòu)式如下圖：1.1.2產(chǎn)品性質(zhì)：a物理性質(zhì)：氯霉素又稱蟻醛，是無色有強烈刺激性氣味的氣體，對空氣的比重為1.06，略重于空氣，易溶于水、醇和醚，氯霉素在常溫下是氣態(tài)，通常以水溶液形式出現(xiàn)。其30%~40%的水溶液為福爾馬林液，此溶液沸點為19℃。故在室溫時極易揮發(fā)，隨著溫度的上升揮發(fā)速度加快。氯霉素易聚合成多聚氯霉素，其受熱易發(fā)生解聚作用，并在室溫下可緩慢釋放氯霉素。表1-2氯霉素的物理性質(zhì)計量單位:見表項目數(shù)值密度(g/cm3) -80℃0.9151-20℃0.8153沸點(101.3kPa)/℃-19熔點℃-118 汽化熱(19℃)/(kj/mol)23 生成熱(25℃)/(kj/mol) -116標(biāo)準(zhǔn)自由能(25℃)/(kj/mol)-109.7 比熱容J/(mol.k) 35.2熵J/(mol.k) 218.6燃燒熱(kj/mol) 561～569臨界溫度℃ 137.2～141.2臨界壓力Mpa 6.81～6.66空氣中爆炸極限% 7.0～73著火點℃ 430b化學(xué)性質(zhì)氯霉素的化學(xué)名為1R，2-（-）-1-對硝基苯基-2-二氯乙酰胺基-1，3-丙二醇，（1R，2R）-（-）-p-nitropHenyl-2-dichloroacetamido-1，3-propanediol。氯霉素分子中有兩個手性碳原子，有四個旋光異構(gòu)體。（1）加成反應(yīng)1）在有機溶劑中，氯霉素與烯烴在酸催化下發(fā)生加成反應(yīng)，通過這種反應(yīng)，可由單制備雙烯烴，并增加一個碳原子，例如氯霉素與異丁烯反應(yīng)得到異戊二烯。2）在乙炔酮、乙炔銀和乙炔汞催化劑存在下，單取代乙炔化合物與氯霉素加成生成炔屬醇（Reppe反應(yīng)）。對乙炔來說，加上2mol氯霉素，生成2-丁炔-1，4-二醇，2-丁炔-1，4-二醇進一步加氫生成重要的化學(xué)1，4-丁二醇。3）在堿性溶液中，氯霉素和氰化氫反應(yīng)生成氰基氯霉素。（2）縮合反應(yīng)氯霉素除自身外，能與多種醛、醇、酚、胺等化合物發(fā)生縮合反應(yīng)。縮合反應(yīng)是氯霉素最重要的化學(xué)反應(yīng)。1）氯霉素能發(fā)生自縮合反應(yīng)，生成三聚氯霉素或多聚氯霉素。60%濃氯霉素溶液在室溫下長期放置就能自動聚合成三分子的環(huán)狀聚合物。2）在NaOH溶液中，氯霉素自身縮合生成羥基乙醛。HOCH3CHO它能進一步快速與氯霉素縮合生成碳水化合物，俗稱Formose反應(yīng)。3）在堿性催化劑作用下，氯霉素和酚首先發(fā)生加成反應(yīng)。生成多羥基苯酚，生成多羥基苯酚受熱后，可進一步縮合脫水，生成酚醛樹脂。4）氯霉素很容易和氨及胺發(fā)生縮合反應(yīng)，生成鏈狀或環(huán)狀化合物。氯霉素和氨在20~30℃條件下縮合生成六亞甲基四胺，俗稱烏洛托品。（3）分解反應(yīng)純的、干燥的氯霉素氣體能在80~100℃的條件下穩(wěn)定存在，在300℃以下時，中醛發(fā)生緩慢分解為CO和H2，400℃時分解速度加快，達(dá)到每分鐘0.44%的分解速度。1.2產(chǎn)品用途氯霉素是由委內(nèi)瑞拉鏈絲菌產(chǎn)生的抗生素。氯霉素的化學(xué)結(jié)構(gòu)含有對硝基苯基、丙二醇與二氯乙酰胺三個部分，分子中還含有氯。其抗菌活性主要與丙二醇有關(guān)。氯霉素類抗生素可作用于細(xì)菌核糖核蛋白體的50S亞基，而阻撓蛋白質(zhì)的合成，屬抑菌性廣譜抗生素。氯霉素注射液為抗生素類藥。有廣譜抑菌作用。用于傷寒桿菌、痢疾桿菌、大腸桿菌、流感桿菌、布氏桿菌、腦膜炎球菌、鏈球菌、肺炎球菌等感染，對多種厭氧菌感染有效，亦可用于立克次體感染。有引起粒細(xì)胞缺乏癥及再生障礙性貧血的可能，有時可引起精神癥狀，長期應(yīng)用可引起二重感染，新生兒、早產(chǎn)兒用量過大可發(fā)生灰色綜合征。1.3氯霉素的生產(chǎn)工藝簡介1.3.1目前，國內(nèi)外生產(chǎn)氯霉素主要有以下幾種方法：氯霉素的制備將氯霉素（含水在0.5%以下）置于干燥的反應(yīng)罐內(nèi)，加入二氯乙酸甲酯，在攪拌下加入左旋“氨基醇”（含水在0.3%以下），于60℃左右反應(yīng)1h。加入活性碳脫色，過濾，在攪拌下往濾液中加入蒸餾水，使氯霉素析出。冷至7℃過濾、洗滌、干燥，便得到氯霉素純品。反應(yīng)如下所示?！鞍被肌辈鸱止に嚵鞒谈鶕?jù)確定的比例將水、“氨基醇”鹽酸鹽及右旋“氨基醇”加入拆分罐內(nèi)，升溫至50~55℃，是全溶。加入活性炭脫色，過濾。檢驗符合要求后再投入“氨基醇”消旋體，消旋體的量為右旋體的兩倍，加壓下攪拌加熱升溫全溶，保溫蒸發(fā)水分，然后逐漸冷卻降溫，使右旋析出。冷卻至35℃，停止抽真空及冷卻，過濾，檢測。此時母液為左旋，再投入“氨基醇”消旋體，操作同上得到左旋體，過濾后得右旋母液……重復(fù)上述操作50~80次后檢測拆分產(chǎn)品不合格，則需重新配置母液。1.4氯霉素主要生產(chǎn)工藝的比較與選擇1.4.1生產(chǎn)工藝比較目前，工業(yè)上幾乎所有的氯霉素生產(chǎn)方法都是以氯霉素為原料以一定配比的氯霉素和空氣、水蒸氣經(jīng)過過熱器，過濾器進入氧化器，在催化床層使氯霉素脫氫成氯霉素。氯霉素氣體和水蒸氣經(jīng)冷卻，冷凝由吸收塔吸收，制成37%的氯霉素溶液成品。在銀法過程中也能做到適當(dāng)?shù)臐舛?。鐵鉬法用二元氣生產(chǎn)，銀法用三元氣生產(chǎn)，兩法所用催化劑不同。鐵鉬法所進行的反應(yīng)為完全氧化反應(yīng)，而銀法是氧化脫氫反應(yīng)。故銀法選擇是氯霉素與空氣混合的爆炸上限操作（混合比37%以上，醇過量），為保持脫氫反應(yīng)進行，反應(yīng)溫度為650℃左右。反應(yīng)熱量靠加入水蒸氣等帶走。鐵鉬法選擇的是下限操作（混合比7%以下，氧過量），即與過量的空氣中的氧氣反應(yīng)。反應(yīng)溫度控制在430℃左右，而反應(yīng)的熱量靠惰性氣體帶走，所以在反應(yīng)過程中需引入尾氣塔，由于吸收系統(tǒng)中加水少，從而能制取高濃度氯霉素。但由于采用了尾氣循環(huán)和足夠量的空氣，增加了動力的消耗，且由于氣體量的加大而使裝置能力相對減小了約25%。根據(jù)最新統(tǒng)計，美國鐵鉬法、銀法生產(chǎn)裝置各占50%，而國內(nèi)銀法占95%以上。1）用兩種方法生產(chǎn)的氯霉素作為商品，鐵鉬法也有它的局限性，因為濃氯霉素在常溫下容易聚合，高濃氯霉素在貯存和運輸上很難處理。在制膠工業(yè)中客戶一般不喜歡用鐵鉬法制取的低醇含量的氯霉素。如作為有些需要脫水的下游產(chǎn)品的原料，則有它的可取之處。2）鐵鉬法一次性投資費用大，投資回收期長。與銀法相比其投資風(fēng)險大，而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，近幾年銀法氯霉素工藝也已有了很大的進步（如單耗、能耗等），單耗已接近鐵鉬法水平。3）銀法工藝上用的電解銀催化劑，其制法簡單，成本較低，并可重復(fù)使用。鐵鉬法由供應(yīng)商提供，價格昂貴且受到一定的制約。4）用兩種工藝路線生產(chǎn)氯霉素，銀法的運行成本在設(shè)備折舊費、能耗、催化劑消耗費用以及副產(chǎn)蒸汽等方面都優(yōu)于鐵鉬法；鐵鉬法在單耗，氯霉素濃度上也有它的明顯優(yōu)點。1.4.2銀催化法生產(chǎn)氯霉素本次設(shè)計采用96.5%的氯霉素為原料以浮石銀為催化劑，氯霉素氧化制氯霉素生產(chǎn)工藝。本項目的氯霉素生產(chǎn)裝置規(guī)模為2.5萬噸/年(以37%溶液計)，產(chǎn)品主要作為外銷并為氯霉素的下游產(chǎn)品提供原料。原料氯霉素用泵送入高位槽（1），以一定的流量經(jīng)過濾器（2）進入間接蒸汽加熱的蒸發(fā)器（3）。同時在蒸發(fā)器底部由鼓風(fēng)機（7）送入經(jīng)除去灰塵和其它雜質(zhì)的定量空氣。空氣鼓泡通過被加熱45～50℃的氯霉素層時被氯霉素蒸氣所飽和，每升氯霉素蒸氣和空氣混合物中加入一定量的水蒸氣。為了保證混合氣在進入反應(yīng)器后即進行反應(yīng)，以及避免混合氣中存在氯霉素凝液，還常將混合氣進行過熱。過熱在過熱器（4）中進行，一般過熱溫度為105～120℃。過熱后的混合氣經(jīng)阻火器（5），以阻止氧化器中可能發(fā)生燃燒時波及到蒸發(fā)系統(tǒng)；再經(jīng)過濾器（8）濾除含鐵雜質(zhì)，進入氧化反應(yīng)器（9），在催化劑作用下，于380～640℃發(fā)生催化氧化和脫氫反應(yīng)。氧化反應(yīng)器由兩部分組成，上部是反應(yīng)部分，在氣體入口處連接一錐型的頂蓋，使氣體分布均勻，然后原料混合氣在置于擱板上催化劑層中進行催化反應(yīng)。為了防止催化劑層過熱，在催化劑層中裝有冷卻蛇管，通入冷水以帶出部分反應(yīng)熱。氧化器下部是一紫銅的列管式冷卻器，管外通冷水冷卻。從反應(yīng)部分來的反應(yīng)氣體在這里迅速地冷卻至100～130℃，以防止氯霉素在高溫下發(fā)生深度氧化等副反應(yīng)；但也不能冷卻到過低的溫度，以免氯霉素聚合，造成聚合物堵塞管道。由于鐵能促進氯霉素深度氧化分解，因此反應(yīng)部分和冷卻管采用紫銅或不銹銅。在640℃銀催化作用下，氯霉素發(fā)生脫氫、氧化反應(yīng)。出氧化器的反應(yīng)氣體進入第一吸收塔（10），將大部分氯霉素吸收；未被吸收的氣體再進入第二吸收塔（11）底部，從塔頂加入一定量的冷水進行吸收。由第二吸收塔塔底采出的稀氯霉素溶液經(jīng)循環(huán)泵（18）打入第一、第二吸收塔，作為吸收劑的一部分。自第一吸收塔塔底引出的吸收液經(jīng)冷卻器（14）冷卻后，由泵（17）抽出，一部分返回塔（11），另一部分送入冷卻器（15）冷卻后得到產(chǎn)品，即為含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。氯霉素產(chǎn)率約86%。由第二吸收塔排出的尾氣可送燃燒或排空。第2章物料衡算2.1主要工藝指標(biāo)表2—1主要工藝指標(biāo)計量單位：見表指標(biāo)名稱單位指標(biāo)流量濕空氣Kg/h2642.107配料蒸汽Kg/h539.344工藝補水Kg/h884.414工藝氯霉素Kg/h1531.781氯霉素成品液Kg/h1284.722溫度蒸發(fā)器℃22-47過熱器℃47-120氧化器觸媒層℃610-640吸收一塔底℃42吸收二塔頂℃25成品液℃42尾氣℃25蒸汽配料濃度%氧醇比0.4氯霉素單耗t/t0.457工業(yè)氯霉素濃度%96.5濕空氣含水量%0.52.2氯霉素物料衡算氯霉素主反應(yīng)方程式：CH3OH+1/2O2=HCHO+H2O （式2－1）CH3OH=HCHO+H2 （式2－2）H2+1/2O2=H2O （式2－3）氯霉素副反應(yīng)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）該反應(yīng)系統(tǒng)的物質(zhì)數(shù)有10種，它們是CH3OH、HCHO、HCOOH、CO、CO2、CH4、H2、O2、H2O、N2，構(gòu)成這些物質(zhì)的元素有4種，因此該系統(tǒng)的獨立反應(yīng)數(shù)為10－4＝6，可選用反應(yīng)以下反應(yīng)作為該系統(tǒng)的獨立反應(yīng)，它們是：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）產(chǎn)品產(chǎn)量及其組成按每小時算，則年產(chǎn)2.5萬噸37%的氯霉素溶液物料衡算如下：已知年工作時間：1年以300天計（約7200小時）；年生產(chǎn)能力：30噸/年；水醇比：0.7；裝置所有蒸汽壓力250KPa(表壓)；空氣相對濕度為48%：其中含O2：21%；N2：78.5%；H2O：0.5%；氯霉素分子量：30尾氣組成及產(chǎn)品質(zhì)量見下表：表2—2尾氣組成及產(chǎn)品質(zhì)量尾氣及產(chǎn)品組成Wt%組分CO2COO2H2CH4N2H2OHCHOCH3OHHCOOH∑二塔尾氣2.21.50.2515.30.0780.68100產(chǎn)品61.45371.50.051002.2.1產(chǎn)品產(chǎn)量及其組成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產(chǎn)品組成計量單位：見表組分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空氣投入量（根據(jù)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尾氣中各組分含量的計算尾氣總量：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由以上數(shù)據(jù)及下列反應(yīng)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根據(jù)氧的衡算，由式2－13和上列有關(guān)反應(yīng)式得氯霉素量為：由式2－17與式2－18得氯霉素量為：13.562＋0.062=13.624kmol總氯霉素量為：29.237＋13.624=42.861kmol所以實際氯霉素產(chǎn)量為：42.861kmol=1285.830kg預(yù)計產(chǎn)品總量（含37%的氯霉素水溶液）：1285.830÷37%=3475.215kg預(yù)計計劃生產(chǎn)量為：2500×900÷7200=3472.222kg預(yù)計產(chǎn)品與設(shè)計計劃量要求基本一一致。2.2.4校核氯霉素耗量（由上列反應(yīng)得）：29.237＋1.950＋1.330＋0.038＋0.062＋0.062＋13.562=46.240kmol產(chǎn)品帶走氯霉素：1.628kmol總消耗氯霉素量：46.240＋1.628=47.860kmol=47.860kg技術(shù)單耗：47.860÷3472.222=0.441t/t實際單耗：47.860÷3472.222÷96.5%=0.457t/t水量衡算（由上計算知）：原料中氯霉素帶入的水：47.860÷96.5%－47.860=3.086kmol=55.557kg空氣帶入的水：0.458kmol=8.238kg產(chǎn)品帶出的水：118.538kmol=2133.601kg反應(yīng)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，應(yīng)加入的配料水蒸氣為：47.860×0.7－(3.086+0.458)=29.964kmol=539.344kg吸收塔加水量＝總產(chǎn)品中帶出水－（原料中帶入水＋過程中帶入水）118.538－(3.086＋0.458＋35.896＋29.964)=49.134kmol=884.414kg轉(zhuǎn)化率、選擇性、收率及吸收系統(tǒng)的計算：氯霉素總轉(zhuǎn)化率=1－產(chǎn)品帶走氯霉素/總氯霉素消耗量=1－1.628÷47.860=96.6%氯霉素選擇性=(生成氯霉素總量÷氯霉素總耗量）×100%=(42.861÷47.860）×100%=89.54%氯霉素收率=（氯霉素總轉(zhuǎn)化率×氯霉素選擇性）×100%=0.966×0.8954×100%=86.5%設(shè)一塔吸收氯霉素率為：86%則一塔吸收氯霉素量為：42.861×86%=36.86kmol=1105.814kg二塔吸收氯霉素量為：42.861－36.86=6kmol=180.016kg該二塔循環(huán)液中機器權(quán)濃度為14%，在二塔全部被吸收。則二塔循環(huán)液入一塔量為：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主要設(shè)備物料衡算蒸發(fā)器物料衡算：其中進料量在物料衡算中求得，出料水為工業(yè)氯霉素水和濕空氣中水相加：55.557＋8.238=63.795kg。其中出料量與進料量相同。表2—4蒸發(fā)器物料衡算計量單位：見表物料輸入物料輸出名稱kmolkg名稱kmolkg原料氯霉素50.9551587.338原料氣142.0624229.445CH3OH47.8601531.781CH3OH47.8601531.781H2O3.08655.557H2O3.54463.795空氣91.1072642.107O219.133612.240O219.133612.240N271.5172002.475N271.5172002.475H2O0.4588.238合計142.0624229.445142.0624229.445過熱器物料衡算出料中H2O量為配料蒸氣與原料氣水量相加。表2—5過熱器物料衡算計量單位：見表物料輸入物料輸出名稱kmolkg名稱kmolkg原料氣142.0624229.445三元氣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合計172.0254760.789172.0254760.789氧化器物料衡算：進料量如表2—5，出量料計算：氯霉素量=產(chǎn)品中氯霉素量＋尾氣中氯霉素量氯霉素量=產(chǎn)品中氯霉素量＋尾氣中氯霉素量水量=進料中水量＋反應(yīng)生成的水量表2—6氧化器物料衡算計量單位：見表物料輸入物料輸出名稱kmolkg名稱kmolkg三元氣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合計172.0254760.789202.5734749.635吸收一塔物料衡算進料的轉(zhuǎn)化氣量已在表2—5求得，來自二塔液相各組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。塔頂氣相各組分量=對應(yīng)進料量－對應(yīng)一塔吸收量。表2—7吸收一塔物料衡算計量單位：見表物料輸入物料輸出名稱kmolkg名稱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塔頂氣體105.6772562.135CH40.0620.993CH2O6.000183.016H213.56227.125CH3OH1.62852.083O20.2227.091H2O9.406169.316N271.5172002.475CO21.95085.806來自二塔液66.1691285.830CO1.33037.230CH2O6180.016CH40.0620.993CH3OH1.62852.083H213.56227.125H2O58.5411053.73O20.2227.091N271.5172002.475合計260.7416035.465260.7056034.357吸收二塔物料衡算：進料的進塔氣相量在表2—6中求得，塔頂加水量已在物料衡算中求得。出料的尾氣在物料衡算中已求出，二塔液相采出量與表2—6中相同表2—8吸收二塔物料衡算計量單位：見表物料輸入物料輸出名稱kmolkg名稱kmolkg進料氣相105.6772562.135尾氣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塔頂加水49.134884.414H2O58.5411053.730合計154.811344750154.811344750第3章熱量衡算3.1物性參數(shù)及計算公式液態(tài)組分在22℃下的Cp值為：氯霉素Cp=79.237kJ/(kmol·℃)水Cp=75.338kJ/(kmol·℃)計算公式：在恒壓下，氣態(tài)物質(zhì)過程的焓變采用△H=nCp△T計算，恒壓絕熱過程熱Qp=△H3.2主要設(shè)備熱量衡算蒸發(fā)器的熱量衡算：已知：氯霉素在蒸發(fā)器無化學(xué)變化，取蒸發(fā)器溫度：47℃；氯霉素進料溫度：22℃；蒸發(fā)器空氣溫度60℃；蒸發(fā)器內(nèi)加熱水進口溫度：80℃；出口溫度：50℃氯霉素在蒸發(fā)器內(nèi)無化學(xué)變化，只有相變熱和顯熱。原料氯霉素和空氣帶入的熱量見下表：表3—1原料氯霉素和空氣帶入的熱量計量單位：見表物料n/(kmol·h-1)輸入名稱T/℃Cp/[kJ/kmol·℃]Q/kJCH3OH47.8602279.23783444.457H2O3.0862275.3385115.661空氣N271.5176029.4126155.907O219.1336029.633979.250H2O0.4586034.05935.060合計249630.406原料氣帶出的熱量見下表：表3—2原料氣帶出的熱量計量單位：見表物料n/(kmol·h-1)輸出名稱T/℃Cp/[kJ/kmol·℃]Q/kJCH3OH47.8604744.89410902.692H2O3.5444733.895645.277N271.5174729.2998452.385O219.1334729.4626491.243合計231591.596查《化學(xué)工程技術(shù)全書》下冊P1200-1202得原料相變焓：CH3OH：3.448×104kJ/kmolH2O：4.066×104kJ/kmol則原料氯霉素相變熱：1650494.361+125484.3715=1775978.725kJ則需補充熱量：Q=1775978.725－231591.596=1544389.136kJ所需用來加熱的水量：G=Q/[4.184(80－50)]=12303.913kg·h-1過熱器的熱量衡算：已知：取熱損失為：3%；氯霉素、空氣水出蒸發(fā)器的溫度為47℃。為了防止液體析出，設(shè)來自蒸汽網(wǎng)管的配料蒸汽溫度為126.37℃。查表知Cp（水蒸氣）=34.25kJ/kmol·℃則水蒸氣帶入的熱量為：29.964×34.25×126.37=129687.351kJ而原料氣帶入的熱量為：231591.596kJ三元氣帶出的熱量見下表：表3—3三元氣帶出的熱量計量單位：見表物料n/(kmol·h-1)輸出名稱T/℃Cp/[kJ/kmol·℃]Q/kJCH3OH47.86012047.739274221.405H2O33.50812034.64139284.875N271.51712029.87256345.371O219.13312030.1269152.509合計739004.159需加入的熱量（熱損失為3%）：Q=△H=[(739004.159－129687.351－231591.596)/(1－3%)]=389407.435kJ查得250KPa（表壓）水蒸氣的冷凝熱為39438.98kJ/kg則加熱蒸汽量G=389407.435/39438.98×18=177.726kg·h-1氧化器的熱量衡算：已知：三元氣帶入的熱量為：739004.159kJ各主副反應(yīng)298K時的反應(yīng)熱（見計算表中）；基準(zhǔn)：1h，298K氣態(tài)；絕熱過程，熱損失為反應(yīng)熱的10%，產(chǎn)物離開催化劑層的溫度為640℃。反應(yīng)段與一段急冷段反應(yīng)熱的計算（25℃）：表3—4反應(yīng)熱計量單位：見表反應(yīng)式反應(yīng)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合計－52.429則反應(yīng)放出的總熱量Q放=52.429×105kJ·h-1冷卻段冷卻熱：轉(zhuǎn)換氣經(jīng)急冷段后降溫至90，由于轉(zhuǎn)換氣的非理想性，因此可設(shè)其冷凝熱占產(chǎn)品量的12%：則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從而冷凝熱見下表表3—5冷凝熱計量單位：見表物料n相變焓Q×104名稱kmol·h-1kJ/kmol·℃kJHCHO5.1396.196×10431.841H2O14.3524.135×10459.345合計91.185即冷凝放出的總熱量為91.185×104kJ轉(zhuǎn)化氣帶出的熱量見下表：表3—6轉(zhuǎn)化氣帶出的熱量計量單位：見表物料n/(kmol·h-1)輸出名稱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合計597951.682氧化器所剩余的總熱量：739004.159＋5242870.035＋91.185×104－9597851.682=6295777.142kJ設(shè)熱損失為10%，則有：6295777.142×(1－10%)=7415.387×104(kJ)的剩余熱可供利用。這部分剩余熱量一部分產(chǎn)生熱水（作蒸發(fā)器加熱熱源），其余則用于產(chǎn)生250kPa的飽和蒸汽。吸收塔的熱量衡算：已知：產(chǎn)品氣帶入的熱量為597951.682kJ；塔頂加水量：49.134kmol；水溫：22℃；Cp=75.338kJ/kmol·℃。計算：塔頂加水帶入的熱量Q加=49.134×22×75.338=81490.736kJ生成的產(chǎn)品已有12%被氧化器的冷凝段冷凝，余下的被吸收塔冷凝，其量為：HCHO：42.824－5.139=37.685kmolCH3OH：1.627+0.038=1.665kmolH2O：118.538－14.352=104.186kmol相變焓見下表：表3—7相變焓計量單位：見表物料n相變焓Q×104名稱kmol·h-1kJ/kmol·℃kJHCHO37.6856.169×104225.480CH3OH(含甲酸)1.6653.25×1045.529H2O104.1864.135×104430.809合計668.818成品帶出的熱量的計算：成品出料溫度為42℃，CH2O：Cp=35.836kJ/kmol·℃；CH3OH：Cp=44.743kJ/kmol·℃H2O：Cp=33.63kJ/kmol·℃則成品帶出的熱量為：Q=42×(42.824×35.838＋1.665×44.743＋118.538×33.63)=586283.506kJ尾氣帶出的熱量（尾氣溫度為25℃）：表3—8尾氣帶出的熱量計量單位：見表物料尾氣輸出名稱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合計65133.317則吸收工段共多余熱量為：（597951.682＋81490.736＋668.818×104－586283.506－65133.317）=6716203.46kJ設(shè)冷水進口溫度為22℃，出口溫度為32℃，則共需要冷凝水量為：6716203.46÷[4.184×(32－22)×103]=160.521t/h裝置總熱量平衡表表3—9裝置總熱量平衡表計量單位：見表項目入方（kJ/h）項目出方（kJ/h）CH3OH帶入熱83444.457廢鍋蒸汽吸熱6295777Air（干）帶入熱160135.221換熱器吸熱6716203H2O帶入熱6050.721尾氣帶走熱65133.32加熱熱水1544387.136成品帶走熱586283.5配料蒸汽129687.351不計熱損失13663397加熱蒸汽389407.435總計熱損失15029737工藝補水81490.736反應(yīng)放熱5242870.035冷水段冷凝熱911854.630∑15237505.59∑15029737第4章主要非定型設(shè)備的計算及選型4.1蒸發(fā)器蒸發(fā)器的換熱器計算：由前面的熱量衡算知，設(shè)空氣和氯霉素先混合，已知：氯霉素的平均比熱為2.51kJ/(kg·k)；空氣的平均比熱1.07kJ/(kg·k)W氯霉素·Cp氯霉素·（t-22）=W空氣·Cp空氣·（60-t）則t＝33.329℃補充熱水進口溫度 80℃ 蒸發(fā)器溫度 47℃ Δt 33℃補充熱水出口溫度 50℃蒸發(fā)器溫度 33.3℃ Δt 16.7℃則可先求出Δtm=（33－16.7）÷0.68＝24.0℃氣體傳熱系數(shù)k＝180w/(m2·℃)；氯霉素蒸發(fā)器的熱負(fù)荷為Q＝1544387.136KJQ=KSΔtmS＝1544387.136÷180÷24.015＝99.244m2參考《化工原理》第二版的《化工流體流動與傳熱》第364頁附錄二十五、管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)1．固定管板式換熱器（2）換熱管φ25的基本參數(shù)（管心距32mm）選公稱直徑為：800mm；管程數(shù)為：1；公稱壓力為：0.6Mpa；管子根數(shù)為：467根；中心排管數(shù)為：23；管程流通面積（φ25×2.5）為：0.1466m2；換熱管長度為：3m；計算換熱面積為：106.3m2實際傳熱面積S0=nπdL＝106.313m2則采用此換熱器過程總傳熱系數(shù)為K＝1544387.136÷106.3÷24.015＝168.032w/(m2·℃)4.2過熱阻火器不考慮配料蒸汽的溫度變化水蒸汽溫度126.4℃原料進入溫度：47℃Δt＝79.4℃水蒸汽變水溫度126.4℃原料出口溫度：120℃Δt＝6.4℃則可先求出Δtm=（79.4－6.4）÷2.523＝29℃氣體傳熱系數(shù)k＝140w/(m2·℃)；過熱阻火器的熱負(fù)荷為Q＝389407.435KJQ=KSΔtmS＝389407.435÷140÷29＝26.700m2參考《化工原理》第二版的《化工流體流動與傳熱》第364頁附錄二十五、管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)1．固定管板式換熱器（2）換熱管φ25的基本參數(shù)（管心距32mm）選公稱直徑為：450mm；管程數(shù)為：1；公稱壓力為：0.6Mpa；管子根數(shù)為：135根；中心排管數(shù)為：13；管程流通面積（φ25×2.5）為：0.0424m2；換熱管長度為：3m；計算換熱面積為：30.7m2實際傳熱面積S0=nπdL＝30.7m2則采用此換熱器過程總傳熱系數(shù)為K＝389407.435÷29÷30.7＝121.752w/(m2·℃)4.3氧化爐4.3.1廢熱段原料反應(yīng)溫度640℃水溫度：126.4℃Δt＝513.6℃物料出口溫度150℃水蒸汽溫度：126.4℃Δt＝23.6℃則可先求出Δtm=（513.6－23.6）÷3.079＝159.1℃氣體傳熱系數(shù)k＝100w/(m2·℃)；廢熱段的總傳熱量為：Q＝5666199.427KJQ=KSΔtmS＝5666199.427÷100÷159.1＝98.901m2參考《化工原理》第二版的《化工流體流動與傳熱》第364頁附錄二十五、管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)1．固定管板式換熱器（2）換熱管φ25的基本參數(shù)（管心距32mm）選公稱直徑為：800mm；管程數(shù)為：1；公稱壓力為：0.6Mpa；管子根數(shù)為：467根；中心排管數(shù)為：23；管程流通面積（φ25×2.5）為：0.1466m2；換熱管長度為：3m；計算換熱面積為：106.3m2實際傳熱面積S0=nπdL＝106.313m2則采用此換熱器過程總傳熱系數(shù)為K＝5666199.427÷106.313÷159.1＝93.029w/(m2·℃)4.3.2急冷段進口溫度150℃熱水（出）：80℃Δt＝70℃出口溫度90℃水（進）：50℃Δt＝40℃則可先求出Δtm=53.6℃氣體傳熱系數(shù)k＝60w/(m2·℃)；廢熱段的總傳熱量為：Q＝1544387.136KJQ=KSΔtmS＝1544387.136÷60÷53.6＝133.374m2參考《化工原理》第二版的《化工流體流動與傳熱》第364頁附錄二十五、管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)1．固定管板式換熱器（2）換熱管φ25的基本參數(shù)（管心距32mm）選公稱直徑為：700mm；管程數(shù)為：6；公稱壓力為：4Mpa；管子根數(shù)為：304根；中心排管數(shù)為：20；管程流通面積（φ25×2.5）為：0.0159m2；換熱管長度為：6m；計算換熱面積為：140.8m2實際傳熱面積S0=nπdL＝140.8m2則采用此換熱器過程總傳熱系數(shù)為K＝1544387.136÷140.8÷53.6＝56.836w/(m2·℃)第5章“三廢”處理氯霉素工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)污染環(huán)境的主要污染源有廢氣、廢水和噪聲。氯霉素生產(chǎn)中，工業(yè)“三廢”的治理方法如下：5.1廢氣處理在氯霉素生產(chǎn)中所產(chǎn)生的廢氣，采用燃燒法。因為氯霉素尾氣燃燒后既消除了尾氣對大氣的污染，又可產(chǎn)生蒸汽。這些蒸汽既可供氯霉素裝置使用，也可供外界使用。從而達(dá)到節(jié)約能源，化害為利的目的。對于氯霉素槽中的蒸汽的控制，采用冷凝法，既用冷水噴灑氯霉素貯槽，使貯槽的溫度下降。另外在氯霉素貯槽頂部加呼吸閥，亦可減少氯霉素蒸發(fā)量。氯霉素生產(chǎn)車間在生活區(qū)大氣中有害物質(zhì)的最高允許濃度見表5—1。表5—1有害物質(zhì)濃度計量單位：見表物料名稱車間居住區(qū)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飄塵100.50.15