間歇式反應(yīng)器ppt課件

1、1第三章第三章 間歇式反應(yīng)器間歇式反應(yīng)器第一節(jié)第一節(jié) 概述概述一、反應(yīng)器類型一、反應(yīng)器類型 反應(yīng)、分離、制劑構(gòu)成了藥品生產(chǎn)的主要工藝過程。原料在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反反應(yīng)、分離、制劑構(gòu)成了藥品生產(chǎn)的主要工藝過程。原料在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，通過分離等方法獲得原料藥，原料藥經(jīng)過一定的制劑工藝應(yīng)，通過分離等方法獲得原料藥，原料藥經(jīng)過一定的制劑工藝(如混合、造粒、干如混合、造粒、干燥、壓片、包衣、包裝等燥、壓片、包衣、包裝等)即成為出廠的藥品。其中，反應(yīng)是整個(gè)生產(chǎn)工藝過程的即成為出廠的藥品。其中，反應(yīng)是整個(gè)生產(chǎn)工藝過程的核心，而反應(yīng)器則是反應(yīng)過程的核心設(shè)備。核心，而反應(yīng)器則是反應(yīng)過程的核心設(shè)備。 反應(yīng)器的類型很

2、多，特點(diǎn)不一，為便于分析研究各種反應(yīng)器的性能、基本原反應(yīng)器的類型很多，特點(diǎn)不一，為便于分析研究各種反應(yīng)器的性能、基本原理和工藝設(shè)計(jì)等問題，需將反應(yīng)器進(jìn)行科學(xué)的分類。常用的分類方法如下：理和工藝設(shè)計(jì)等問題，需將反應(yīng)器進(jìn)行科學(xué)的分類。常用的分類方法如下：按幾何形狀分按幾何形狀分2立式攪拌反應(yīng)鍋立式攪拌反應(yīng)鍋3管式反應(yīng)器管式反應(yīng)器4臥式反應(yīng)器臥式反應(yīng)器5塔式反應(yīng)器塔式反應(yīng)器6固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器7流化反應(yīng)器流化反應(yīng)器噴射反應(yīng)器噴射反應(yīng)器泵式反應(yīng)器泵式反應(yīng)器8按傳熱方式分類按傳熱方式分類間壁傳熱間壁傳熱 特點(diǎn)：反應(yīng)物與傳熱劑通過間壁傳熱圖特點(diǎn)：反應(yīng)物與傳熱劑通過間壁傳熱圖 適用場合：反應(yīng)物不能與傳

3、熱劑直接接觸，溫度控制較嚴(yán)格。適用場合：反應(yīng)物不能與傳熱劑直接接觸，溫度控制較嚴(yán)格。 控制溫度的方法：傳熱劑的流量、溫度和壓力?？刂茰囟鹊姆椒ǎ簜鳠釀┑牧髁?、溫度和壓力。 如：夾套傳熱、蛇管傳熱、電熱、列管傳熱等。如：夾套傳熱、蛇管傳熱、電熱、列管傳熱等。 9直接傳熱直接傳熱 特點(diǎn)：反應(yīng)物直接與傳熱劑接觸圖特點(diǎn)：反應(yīng)物直接與傳熱劑接觸圖 適用場合：反應(yīng)物允許接觸傳熱劑，要求快速升溫或降溫。適用場合：反應(yīng)物允許接觸傳熱劑，要求快速升溫或降溫。 控制溫度的方法：傳熱劑的用量及溫度。控制溫度的方法：傳熱劑的用量及溫度。 如：直接蒸汽加熱、直接加水冷卻等。如：直接蒸汽加熱、直接加水冷卻等。10蒸發(fā)傳熱

4、蒸發(fā)傳熱 特點(diǎn)：靠蒸發(fā)性反應(yīng)物或反應(yīng)介質(zhì)（如溶劑）的蒸發(fā)移除熱量。特點(diǎn)：靠蒸發(fā)性反應(yīng)物或反應(yīng)介質(zhì)（如溶劑）的蒸發(fā)移除熱量。 適用場合：在沸騰下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。適用場合：在沸騰下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。 控制溫度的方法：沸點(diǎn)溫度、氣相壓力?？刂茰囟鹊姆椒ǎ悍悬c(diǎn)溫度、氣相壓力。 如：通過回流冷凝器除熱。如：通過回流冷凝器除熱。11絕熱型絕熱型 特點(diǎn)：靠進(jìn)料的顯熱及反應(yīng)熱維持一定的溫度變化。特點(diǎn)：靠進(jìn)料的顯熱及反應(yīng)熱維持一定的溫度變化。 適用場合：反應(yīng)熱不太大的情況下，允許溫度在一定范圍變化的場合。適用場合：反應(yīng)熱不太大的情況下，允許溫度在一定范圍變化的場合。 控制溫度的方法：進(jìn)料的溫度、流速?？刂茰囟鹊姆?/p>

5、法：進(jìn)料的溫度、流速。 如：乙烯水合制乙醇的絕熱固定床反應(yīng)器。如：乙烯水合制乙醇的絕熱固定床反應(yīng)器。 當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)部不能設(shè)置傳熱構(gòu)件時(shí)，或需要強(qiáng)化傳熱速率時(shí)，常常采用外當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)部不能設(shè)置傳熱構(gòu)件時(shí)，或需要強(qiáng)化傳熱速率時(shí)，常常采用外循環(huán)傳熱方式，外部熱交換器常用列管式或螺旋板式的。循環(huán)傳熱方式，外部熱交換器常用列管式或螺旋板式的。12均相：均相：無相間界面，反應(yīng)速率僅與溫度、濃度有關(guān)。無相間界面，反應(yīng)速率僅與溫度、濃度有關(guān)。 氣相氣相管式管式 均液相均液相鍋式、管式、噴射器型鍋式、管式、噴射器型非均相：非均相：過程的速率與溫度、濃度、相間傳質(zhì)速率均有關(guān)。過程的速率與溫度、濃度、相間傳質(zhì)速率均有關(guān)

6、。 氣氣-液相液相鍋式、塔鍋式、塔式、管式式、管式 液液-液相液相鍋式、列管式鍋式、列管式 氣氣-固相固相沸騰床、固定床、鍋式沸騰床、固定床、鍋式 液液-固相固相鍋式鍋式 氣氣-液液-固相固相鍋式、塔式、流化床鍋式、塔式、流化床 固固-半固相半固相球磨機(jī)型、螺桿型、臥式帶鋼球的鍋式球磨機(jī)型、螺桿型、臥式帶鋼球的鍋式 按反應(yīng)物相態(tài)分按反應(yīng)物相態(tài)分13按操作方式分按操作方式分間歇操作（也稱分批操作）反應(yīng)器間歇操作（也稱分批操作）反應(yīng)器連續(xù)操作反應(yīng)器連續(xù)操作反應(yīng)器半連續(xù)操作（或稱半間歇操作）反應(yīng)器：半連續(xù)操作（或稱半間歇操作）反應(yīng)器： 原料與產(chǎn)物只要其中的一種為連續(xù)輸入或輸出，而其余則為分批加入或卸

7、出原料與產(chǎn)物只要其中的一種為連續(xù)輸入或輸出，而其余則為分批加入或卸出的操作。的操作。a.常用反應(yīng)器：鍋式、塔式常用反應(yīng)器：鍋式、塔式b.操作特征：半連續(xù)反應(yīng)器中的反應(yīng)物系組成必然隨時(shí)間而改變，也隨反應(yīng)器內(nèi)操作特征：半連續(xù)反應(yīng)器中的反應(yīng)物系組成必然隨時(shí)間而改變，也隨反應(yīng)器內(nèi)的位置而改變。的位置而改變。c.適用場合：改變連續(xù)流動(dòng)物料的加料速度，可調(diào)節(jié)反應(yīng)速率。適用場合：改變連續(xù)流動(dòng)物料的加料速度，可調(diào)節(jié)反應(yīng)速率。14第三章第三章 間歇式反應(yīng)器間歇式反應(yīng)器 二、間歇式反應(yīng)器間歇式反應(yīng)器1.1.間歇操作：參與反應(yīng)的物料一次性投入反應(yīng)器，反間歇操作：參與反應(yīng)的物料一次性投入反應(yīng)器，反 應(yīng)應(yīng)完畢后產(chǎn)物又一

8、次性卸出的操作過程完畢后產(chǎn)物又一次性卸出的操作過程 （或稱分批操作）。（或稱分批操作）。間歇反應(yīng)器：用于間歇操作的反應(yīng)器。間歇反應(yīng)器：用于間歇操作的反應(yīng)器。2.2.操作特點(diǎn)：反應(yīng)器內(nèi)的工藝參數(shù)（溫度、壓力、反操作特點(diǎn)：反應(yīng)器內(nèi)的工藝參數(shù)（溫度、壓力、反 應(yīng)物的濃度等）隨時(shí)間而變；應(yīng)物的濃度等）隨時(shí)間而變；操作過程的靈活性大，便于改變工藝條件和更換產(chǎn)品。操作過程的靈活性大，便于改變工藝條件和更換產(chǎn)品。3.3.使用場合：反應(yīng)速率較慢，熱效應(yīng)較小，生產(chǎn)規(guī)模不大的場合，以及多品種的使用場合：反應(yīng)速率較慢，熱效應(yīng)較小，生產(chǎn)規(guī)模不大的場合，以及多品種的生產(chǎn)和工藝條件變化復(fù)雜的場合。在制藥工業(yè)中應(yīng)用較廣。生

9、產(chǎn)和工藝條件變化復(fù)雜的場合。在制藥工業(yè)中應(yīng)用較廣。 154.4.間歇式反應(yīng)器的類型間歇式反應(yīng)器的類型 從幾何形式上看：常用鍋式（釜式）反應(yīng)器，也有用管式和塔式反應(yīng)器的。從幾何形式上看：常用鍋式（釜式）反應(yīng)器，也有用管式和塔式反應(yīng)器的。 從所處理物料的相態(tài)上來看，有：從所處理物料的相態(tài)上來看，有：保保證證質(zhì)質(zhì)量量傳傳遞遞對對非非均均相相反反應(yīng)應(yīng)物物料料必必須須要要盡盡量量擴(kuò)擴(kuò)大大相相接接觸觸面面積積固固相相固固相相液液液液相相液液液液相相氣氣非非均均相相反反應(yīng)應(yīng)器器：熱熱交交換換器器，以以提提高高物物料料擴(kuò)擴(kuò)散散和和液液相相物物料料有有時(shí)時(shí)還還裝裝攪攪拌拌般般用用管管式式或或塔塔式式反反應(yīng)應(yīng)器器

10、對對反反應(yīng)應(yīng)器器要要求求較較低低，一一相相或或均均液液相相均均相相反反應(yīng)應(yīng)器器：物物料料為為氣氣 16* *對于氣對于氣液相反應(yīng)器要采用能形成液膜或鼓泡的裝置；液液相反應(yīng)器要采用能形成液膜或鼓泡的裝置；液液及液液及液固相反應(yīng)固相反應(yīng)器（甚至固相）要有攪拌裝置；液器（甚至固相）要有攪拌裝置；液固相反應(yīng)常用塔式反應(yīng)器，將固體物料做成固相反應(yīng)常用塔式反應(yīng)器，將固體物料做成固定床，使液體物料通過床層，因此要裝液體噴淋裝置。固定床，使液體物料通過床層，因此要裝液體噴淋裝置。如：混酸的硝化過程即是液如：混酸的硝化過程即是液液非均相反應(yīng)，硝化反應(yīng)同時(shí)在兩相內(nèi)進(jìn)行，但在液非均相反應(yīng)，硝化反應(yīng)同時(shí)在兩相內(nèi)進(jìn)行，

11、但在酸相內(nèi)反應(yīng)速度比在有機(jī)相中的速度大好幾倍，當(dāng)相接觸面小時(shí)，總反應(yīng)速度會(huì)酸相內(nèi)反應(yīng)速度比在有機(jī)相中的速度大好幾倍，當(dāng)相接觸面小時(shí)，總反應(yīng)速度會(huì)顯著下降。為了擴(kuò)大流體兩相間的接觸面積，通常在反顯著下降。為了擴(kuò)大流體兩相間的接觸面積，通常在反應(yīng)器內(nèi)裝有高效攪拌器，在急劇應(yīng)器內(nèi)裝有高效攪拌器，在急劇攪拌下，使液滴分散的很細(xì)，大攪拌下，使液滴分散的很細(xì)，大大增加兩相間的接觸面積，同時(shí)大增加兩相間的接觸面積，同時(shí)由于各相內(nèi)所形成的湍流而強(qiáng)化由于各相內(nèi)所形成的湍流而強(qiáng)化傳質(zhì)過程。傳質(zhì)過程。17 制藥工業(yè)屬于精細(xì)有機(jī)合成工業(yè)，其產(chǎn)量小、規(guī)模一般較小，因此大多采制藥工業(yè)屬于精細(xì)有機(jī)合成工業(yè)，其產(chǎn)量小、規(guī)模一

12、般較小，因此大多采用間歇操作，所用反應(yīng)器常為帶攪拌裝置的鍋式反應(yīng)器（間歇式反應(yīng)器）。用間歇操作，所用反應(yīng)器常為帶攪拌裝置的鍋式反應(yīng)器（間歇式反應(yīng)器）。5.5.典型攪拌反應(yīng)鍋的結(jié)構(gòu)典型攪拌反應(yīng)鍋的結(jié)構(gòu) 這類設(shè)備的化工零部件國內(nèi)已標(biāo)準(zhǔn)化，可這類設(shè)備的化工零部件國內(nèi)已標(biāo)準(zhǔn)化，可參見參見化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊第一分冊（材料與零第一分冊（材料與零部件）。部件）。 主要由以下部分組成：主要由以下部分組成：鍋的主體鍋的主體 軸密封裝置軸密封裝置換熱裝置換熱裝置 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置攪拌裝置攪拌裝置 工藝接管工藝接管18鍋式反應(yīng)器的特點(diǎn)及應(yīng)用鍋式反應(yīng)器的特點(diǎn)及應(yīng)用 1、特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、傳質(zhì)效率

13、好、溫度分布均勻、便于控制和改變結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、傳質(zhì)效率好、溫度分布均勻、便于控制和改變反應(yīng)條件、操作上靈活性較大，適合于多品種、小批量生產(chǎn)。反應(yīng)條件、操作上靈活性較大，適合于多品種、小批量生產(chǎn)。2、應(yīng)用： 從反應(yīng)物料看：它能夠適應(yīng)于各種不同相態(tài)組合的反應(yīng)物料。如：均液相、從反應(yīng)物料看：它能夠適應(yīng)于各種不同相態(tài)組合的反應(yīng)物料。如：均液相、非均液相、液非均液相、液固相、氣固相、氣液相等液相等 從反應(yīng)類型看：它幾乎適用于所有有機(jī)合成的單元操作。如：氧化、還原、從反應(yīng)類型看：它幾乎適用于所有有機(jī)合成的單元操作。如：氧化、還原、硝化、磺化、鹵化、縮合、聚合、烷化、?；?、重氮化、偶合等。硝化、磺化、

14、鹵化、縮合、聚合、烷化、酰化、重氮化、偶合等。193、缺點(diǎn)：設(shè)備生產(chǎn)效率低，間歇操作的輔助時(shí)間有時(shí)占的比例較大，特別是壓設(shè)備生產(chǎn)效率低，間歇操作的輔助時(shí)間有時(shí)占的比例較大，特別是壓熱釜的操作，升溫和降溫所占的時(shí)間長。若采用連續(xù)操作，由于返混效應(yīng)，要熱釜的操作，升溫和降溫所占的時(shí)間長。若采用連續(xù)操作，由于返混效應(yīng)，要求達(dá)到與間歇操作相同轉(zhuǎn)化率時(shí)，需要更大的反應(yīng)體積。由于間歇操作勞動(dòng)生求達(dá)到與間歇操作相同轉(zhuǎn)化率時(shí)，需要更大的反應(yīng)體積。由于間歇操作勞動(dòng)生產(chǎn)率低，大噸位產(chǎn)品常常需要多個(gè)反應(yīng)鍋同時(shí)操作。產(chǎn)率低，大噸位產(chǎn)品常常需要多個(gè)反應(yīng)鍋同時(shí)操作。4、結(jié)構(gòu)：典型攪拌反應(yīng)鍋由下面幾部分組成典型攪拌反應(yīng)鍋由

15、下面幾部分組成 鍋的主體、傳熱裝置、攪拌裝置、軸密封裝置、傳動(dòng)裝置、工藝接管鍋的主體、傳熱裝置、攪拌裝置、軸密封裝置、傳動(dòng)裝置、工藝接管20第二節(jié)第二節(jié) 反應(yīng)鍋的物料衡算反應(yīng)鍋的物料衡算一、物料衡算的基本內(nèi)容一、物料衡算的基本內(nèi)容1.1.物料衡算的依據(jù)物料衡算的依據(jù)質(zhì)量守恒定律。物料衡算就是依據(jù)此定律定量地對生產(chǎn)工藝質(zhì)量守恒定律。物料衡算就是依據(jù)此定律定量地對生產(chǎn)工藝的各個(gè)間段作物料計(jì)算。的各個(gè)間段作物料計(jì)算。2.2.目的和意義：目的和意義：通過物料衡算可以得出原料、中間產(chǎn)物、成品、副產(chǎn)物及廢料的質(zhì)量、容積和通過物料衡算可以得出原料、中間產(chǎn)物、成品、副產(chǎn)物及廢料的質(zhì)量、容積和組成，以及每一生產(chǎn)

16、步驟中的損失。組成，以及每一生產(chǎn)步驟中的損失?？梢詭椭O(shè)計(jì)者正確選擇生產(chǎn)過程的流程，考慮過程中原料用量的多少以及生可以幫助設(shè)計(jì)者正確選擇生產(chǎn)過程的流程，考慮過程中原料用量的多少以及生產(chǎn)的廢料是否可利用等問題。產(chǎn)的廢料是否可利用等問題。 可揭示實(shí)際生產(chǎn)中的物料浪費(fèi)情況，以作為減少廢料、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低消可揭示實(shí)際生產(chǎn)中的物料浪費(fèi)情況，以作為減少廢料、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低消耗定額及選用回收設(shè)備等的有力依據(jù)、核算生產(chǎn)過程中的經(jīng)濟(jì)效益。耗定額及選用回收設(shè)備等的有力依據(jù)、核算生產(chǎn)過程中的經(jīng)濟(jì)效益。為設(shè)備的工藝計(jì)算及系統(tǒng)的熱量衡算提供必要的條件。為設(shè)備的工藝計(jì)算及系統(tǒng)的熱量衡算提供必要的條件。213.3.

17、物料衡算時(shí)應(yīng)注意的問題物料衡算時(shí)應(yīng)注意的問題計(jì)算基準(zhǔn)計(jì)算基準(zhǔn) 必須自始至終地選定一個(gè)固定不變的基準(zhǔn)作為計(jì)算的基礎(chǔ)，通常是以必須自始至終地選定一個(gè)固定不變的基準(zhǔn)作為計(jì)算的基礎(chǔ)，通常是以單位時(shí)間內(nèi)處理多少物料，或者是在單位時(shí)間內(nèi)生成多少成品或半成品作為依據(jù)。單位時(shí)間內(nèi)處理多少物料，或者是在單位時(shí)間內(nèi)生成多少成品或半成品作為依據(jù)。基準(zhǔn)的選擇是按具體情況而定的：基準(zhǔn)的選擇是按具體情況而定的：在大型的連續(xù)的設(shè)計(jì)計(jì)算中，先對設(shè)計(jì)提出生產(chǎn)任務(wù)，以此折算成每晝夜生產(chǎn)在大型的連續(xù)的設(shè)計(jì)計(jì)算中，先對設(shè)計(jì)提出生產(chǎn)任務(wù)，以此折算成每晝夜生產(chǎn)多少成品作為基準(zhǔn)。在折算過程中可以采用年工作日為多少成品作為基準(zhǔn)。在折算過程中

18、可以采用年工作日為300300天或天或330330天天( (個(gè)別場合亦個(gè)別場合亦有以有以270270天計(jì)的天計(jì)的) )。也可以每小時(shí)生產(chǎn)成品量或每小時(shí)消耗原料量作為計(jì)算基準(zhǔn)。也可以每小時(shí)生產(chǎn)成品量或每小時(shí)消耗原料量作為計(jì)算基準(zhǔn)。 總之是單位時(shí)間內(nèi)所處理的物料量或單位時(shí)間內(nèi)所生產(chǎn)的產(chǎn)品量作為計(jì)算基總之是單位時(shí)間內(nèi)所處理的物料量或單位時(shí)間內(nèi)所生產(chǎn)的產(chǎn)品量作為計(jì)算基準(zhǔn)。準(zhǔn)。即：即：kg/d kg/h kg/d kg/h 等等 22 天天原原料料投投料料量量天天產(chǎn)產(chǎn)量量年年工工作作日日年年產(chǎn)產(chǎn)量量總總/間歇操作：除上述外，最常用間歇操作：除上述外，最常用“每批投料量每批投料量”或或“每批生產(chǎn)產(chǎn)品量每批

19、生產(chǎn)產(chǎn)品量”作為計(jì)算基作為計(jì)算基準(zhǔn)。準(zhǔn)。 即即 千克千克/ /批批 噸噸/ /批批 取每噸產(chǎn)物或原料作為計(jì)算基準(zhǔn)，可直接求出原料消耗定額。取每噸產(chǎn)物或原料作為計(jì)算基準(zhǔn)，可直接求出原料消耗定額。取每摩爾或每千摩爾的投料量作為計(jì)算基準(zhǔn)。取每摩爾或每千摩爾的投料量作為計(jì)算基準(zhǔn)。 究竟如何選取計(jì)算基準(zhǔn)，視計(jì)算方便而定。究竟如何選取計(jì)算基準(zhǔn)，視計(jì)算方便而定。 轉(zhuǎn)化率、階段收率和車間總收率轉(zhuǎn)化率、階段收率和車間總收率 在物料計(jì)算過程中，常用到這些名詞及其數(shù)據(jù)。在物料計(jì)算過程中，常用到這些名詞及其數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率指某一物料所參加包括主反應(yīng)和副反應(yīng)在內(nèi)的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程的百分率。指某一物料所參加包括主反應(yīng)和副反

20、應(yīng)在內(nèi)的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程的百分率。以符號(hào)以符號(hào)x xA A表示表示A A組分（物料）的轉(zhuǎn)化率，則：組分（物料）的轉(zhuǎn)化率，則：23 轉(zhuǎn)化率反映出原料通過反應(yīng)器后產(chǎn)生化學(xué)變化的程度，轉(zhuǎn)化率增大說明產(chǎn)生轉(zhuǎn)化率反映出原料通過反應(yīng)器后產(chǎn)生化學(xué)變化的程度，轉(zhuǎn)化率增大說明產(chǎn)生化學(xué)變化的原料在總投料量中所占比例增大?；瘜W(xué)變化的原料在總投料量中所占比例增大。產(chǎn)率：一般是指單程收率。是指主產(chǎn)物的實(shí)際收得量與按投入原料計(jì)算的理論產(chǎn)率：一般是指單程收率。是指主產(chǎn)物的實(shí)際收得量與按投入原料計(jì)算的理論產(chǎn)量之比值。用百分率或分率表示，并用符號(hào)產(chǎn)量之比值。用百分率或分率表示，并用符號(hào)表示產(chǎn)率。表示產(chǎn)率。組組分分的的量量投投入入反

21、反應(yīng)應(yīng)器器中中組組分分的的量量反反應(yīng)應(yīng)消消耗耗AAxA原原料料的的投投入入量量原原料料量量反反應(yīng)應(yīng)掉掉的的AAxA或或 %100產(chǎn)產(chǎn)量量按按投投入入原原料料計(jì)計(jì)算算的的理理論論目目的的產(chǎn)產(chǎn)物物實(shí)實(shí)際際得得量量24 單程收率（產(chǎn)率）單程收率（產(chǎn)率），反映出反應(yīng)器的生產(chǎn)能力，反映出反應(yīng)器的生產(chǎn)能力，這就可減少未反應(yīng)原料，這就可減少未反應(yīng)原料的回收量，并減少動(dòng)力（如水、電、汽等）消耗，標(biāo)志整個(gè)過程既經(jīng)濟(jì)又合理，的回收量，并減少動(dòng)力（如水、電、汽等）消耗，標(biāo)志整個(gè)過程既經(jīng)濟(jì)又合理，所以在生產(chǎn)中力求達(dá)到最高的產(chǎn)率。所以在生產(chǎn)中力求達(dá)到最高的產(chǎn)率。%100某某原原料料投投入入量量原原料料量量由由主主產(chǎn)產(chǎn)物

22、物量量折折算算成成的的某某反應(yīng)器反應(yīng)器不考慮不考慮或25總收率和成品產(chǎn)量及原料消耗關(guān)系如下：總收率和成品產(chǎn)量及原料消耗關(guān)系如下：%100原料消耗量原料消耗量成品產(chǎn)量折算為原料量成品產(chǎn)量折算為原料量總總 總收率總收率或或總收率與階段收率之間的關(guān)系可用下式表示：總收率與階段收率之間的關(guān)系可用下式表示：階段收率：也稱各個(gè)工段的收率。是指該階段（工段）產(chǎn)品實(shí)際得量與理論階段收率：也稱各個(gè)工段的收率。是指該階段（工段）產(chǎn)品實(shí)際得量與理論得量的比例百分?jǐn)?shù)。得量的比例百分?jǐn)?shù)。%100量量原原料料消消耗耗量量折折算算為為成成品品成成品品產(chǎn)產(chǎn)量量總總%100投投入入物物料料量量量量折折算算為為投投入入物物料料量

23、量階階段段產(chǎn)產(chǎn)品品或或半半成成品品輸輸出出階階段段n321總26 引起實(shí)際得量與理論得量差值的因素是原料的副反應(yīng)、產(chǎn)物的進(jìn)一步反應(yīng)或引起實(shí)際得量與理論得量差值的因素是原料的副反應(yīng)、產(chǎn)物的進(jìn)一步反應(yīng)或分解，以及包括一切物理效應(yīng)及機(jī)械漏損在內(nèi)的消耗。分解，以及包括一切物理效應(yīng)及機(jī)械漏損在內(nèi)的消耗。 無論轉(zhuǎn)化率或收率，一般是對主要物料而言，即轉(zhuǎn)化率是指主要原料；收率無論轉(zhuǎn)化率或收率，一般是對主要物料而言，即轉(zhuǎn)化率是指主要原料；收率是指主要產(chǎn)物。是指主要產(chǎn)物。反應(yīng)的選擇性：是表示各種主、副反應(yīng)產(chǎn)物中，主產(chǎn)物所占的百分率（或分反應(yīng)的選擇性：是表示各種主、副反應(yīng)產(chǎn)物中，主產(chǎn)物所占的百分率（或分率）。率）。

24、100%反反應(yīng)應(yīng)掉掉的的某某原原料料量量料料量量（主主要要原原料料）由由主主產(chǎn)產(chǎn)物物量量折折算算成成某某原原27 選擇性反映出反應(yīng)系統(tǒng)中主反應(yīng)所占的百分比。一般要求選擇性愈高愈好。因選擇性反映出反應(yīng)系統(tǒng)中主反應(yīng)所占的百分比。一般要求選擇性愈高愈好。因選擇性差，副反應(yīng)多，原料消耗量大，而目的產(chǎn)物的產(chǎn)量低。但不能單從選擇性高選擇性差，副反應(yīng)多，原料消耗量大，而目的產(chǎn)物的產(chǎn)量低。但不能單從選擇性高的一方面去考慮，因選擇性高，只能說明過程的副反應(yīng)少，并不意味著過程就一定的一方面去考慮，因選擇性高，只能說明過程的副反應(yīng)少，并不意味著過程就一定經(jīng)濟(jì)合理。例如，若通過反應(yīng)器的原料只有很少一部分進(jìn)行反應(yīng)，即使

25、這部分反應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理。例如，若通過反應(yīng)器的原料只有很少一部分進(jìn)行反應(yīng)，即使這部分反應(yīng)掉的原料全部變成目的產(chǎn)物，其設(shè)備的利用率仍然很低，因此，要確定合理的工藝掉的原料全部變成目的產(chǎn)物，其設(shè)備的利用率仍然很低，因此，要確定合理的工藝參數(shù)，就必須對轉(zhuǎn)化率和選擇性這兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮，要在較高轉(zhuǎn)化率的前提參數(shù)，就必須對轉(zhuǎn)化率和選擇性這兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮，要在較高轉(zhuǎn)化率的前提下考慮選擇性。下考慮選擇性。 以上三者之中只有兩個(gè)是獨(dú)立的，當(dāng)它們式中各量的單位相同時(shí)：以上三者之中只有兩個(gè)是獨(dú)立的，當(dāng)它們式中各量的單位相同時(shí)： 收收率率選選擇擇性性轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化率率28 例例1：鄰硝基氯苯經(jīng)氨化與硫化鈉還原生產(chǎn)鄰苯

26、二胺。已知工業(yè)鄰硝基氯苯純：鄰硝基氯苯經(jīng)氨化與硫化鈉還原生產(chǎn)鄰苯二胺。已知工業(yè)鄰硝基氯苯純度為度為98%，生產(chǎn)每噸鄰苯二胺消耗，生產(chǎn)每噸鄰苯二胺消耗1800kg工業(yè)鄰硝基氯苯。氨化工段收率為工業(yè)鄰硝基氯苯。氨化工段收率為95%。求該車間總收率及還原工段收率。求該車間總收率及還原工段收率。 解：反應(yīng)式如下解：反應(yīng)式如下NH2NH2NH3NO2NH2Na2SNO2Cl分子量：分子量：157.5 138 108車間總收率：車間總收率：%83%100%9818001085 .1571000 總總 還原工段收率：還原工段收率：%5 .87%100%95%83 氨氨化化總總還還原原 29+ HNO3NO2

27、+H2O 主反應(yīng)主反應(yīng) 例例2：在苯的混酸硝化生產(chǎn)硝基苯車間，投入含量為：在苯的混酸硝化生產(chǎn)硝基苯車間，投入含量為98%的苯的苯300kg，經(jīng)硝化，經(jīng)硝化反應(yīng)后得酸性硝基物反應(yīng)后得酸性硝基物468kg，其中硝基苯含量，其中硝基苯含量98%，二硝基苯含量，二硝基苯含量0.1%，廢酸帶，廢酸帶走損失硝基苯走損失硝基苯0.5kg，忽略其他副反應(yīng)等損失。求硝化反應(yīng)中苯的轉(zhuǎn)化率、收率，忽略其他副反應(yīng)等損失。求硝化反應(yīng)中苯的轉(zhuǎn)化率、收率和選擇性。和選擇性。 解：化學(xué)反應(yīng)方程式為解：化學(xué)反應(yīng)方程式為+2HNO3NO2NO2+2H2O 副反應(yīng)副反應(yīng) 苯、硝基苯和二硝基苯的分子量分別為苯、硝基苯和二硝基苯的分子

28、量分別為78、123和和16830%9 .9952.45914.459 52.459123784 .291%99%10062.46314.459 62.46378123%9830014.4595 . 0%98468991. 02944 .291 4 .291 16878%1 . 046812378)5 . 0%98468(294%98300 反應(yīng)消耗折成硝基苯反應(yīng)消耗折成硝基苯按投入苯應(yīng)得硝基苯按投入苯應(yīng)得硝基苯反應(yīng)實(shí)得硝基苯反應(yīng)實(shí)得硝基苯反應(yīng)消耗苯反應(yīng)消耗苯投入苯投入苯苯苯kgkgkgxkgkg 314.物料衡算的基本步驟物料衡算的基本步驟畫出物料流程框圖，畫出物料流程框圖，在圖上寫出物料名

29、稱、組成及流向，確定計(jì)算范圍。在圖上寫出物料名稱、組成及流向，確定計(jì)算范圍。收集計(jì)算所必須的基本數(shù)據(jù)收集計(jì)算所必須的基本數(shù)據(jù)原料、中間體、產(chǎn)物組成（規(guī)格）及物化性質(zhì)。原料、中間體、產(chǎn)物組成（規(guī)格）及物化性質(zhì)。原料轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)物收率，包括階段收率和車間總收率。原料轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)物收率，包括階段收率和車間總收率。原料間的理論配比及實(shí)際配比。原料間的理論配比及實(shí)際配比。反應(yīng)工藝條件，如過程時(shí)間、溫度、壓力及過程熱效應(yīng)等。反應(yīng)工藝條件，如過程時(shí)間、溫度、壓力及過程熱效應(yīng)等。32硫硫 酸酸質(zhì)質(zhì)%H2SO4 93H2O 7硝硝 酸酸質(zhì)質(zhì)%HNO3 96H2O 4 混酸混酸 配制釜配制釜 混混 酸酸質(zhì)質(zhì)%H2SO

30、4 56HNO3 32H2O 12H2O（kg）*33寫出主、副反應(yīng)方程式。對物理過程可免去這一步。寫出主、副反應(yīng)方程式。對物理過程可免去這一步。說明計(jì)算任務(wù)。如年產(chǎn)量、年工作日、產(chǎn)品純度及確定每天生產(chǎn)能力。說明計(jì)算任務(wù)。如年產(chǎn)量、年工作日、產(chǎn)品純度及確定每天生產(chǎn)能力。確定計(jì)算基準(zhǔn)。如分批操作（間歇操作）可用一天或一批的量為基準(zhǔn)，即噸確定計(jì)算基準(zhǔn)。如分批操作（間歇操作）可用一天或一批的量為基準(zhǔn)，即噸/ /天、千克天、千克/ /天或噸天或噸/ /批、千克批、千克/ /批。連續(xù)生產(chǎn)可用噸批。連續(xù)生產(chǎn)可用噸/ /時(shí)或千克時(shí)或千克/ /時(shí)。根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)時(shí)。根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)及總收率確定投料量。及總收率確定投

31、料量。根據(jù)已知數(shù)據(jù)進(jìn)行物料衡算。根據(jù)已知數(shù)據(jù)進(jìn)行物料衡算。把計(jì)算結(jié)果分別列成進(jìn)、出物料衡算表，檢查進(jìn)、出量是否平衡（相等或相把計(jì)算結(jié)果分別列成進(jìn)、出物料衡算表，檢查進(jìn)、出量是否平衡（相等或相差不多）。在物料衡算表中盡可能包括：物料純度、投入量的百分比、體積等。差不多）。在物料衡算表中盡可能包括：物料純度、投入量的百分比、體積等。 物料衡算表形式如下：物料衡算表形式如下：34畫出物料衡算圖，對一個(gè)車間設(shè)計(jì)必須畫出物料衡算總圖。畫出物料衡算圖，對一個(gè)車間設(shè)計(jì)必須畫出物料衡算總圖。5.物料衡算方程 GGinin進(jìn)入系統(tǒng)的物料總量；進(jìn)入系統(tǒng)的物料總量；GGoutout 輸出系統(tǒng)的物料總量；輸出系統(tǒng)的物

32、料總量；GGa a系統(tǒng)內(nèi)累積量之和。系統(tǒng)內(nèi)累積量之和。 對于間歇操作的設(shè)備，其中的累積量對于間歇操作的設(shè)備，其中的累積量GGa a為零（終點(diǎn)時(shí)物料全部排出）為零（終點(diǎn)時(shí)物料全部排出）物料衡算表（千克物料衡算表（千克/天）天）物料名稱物料名稱含量含量% 折純量折純量kg實(shí)際量實(shí)際量質(zhì)量質(zhì)量kg kmol體積體積m3物質(zhì)的量比物質(zhì)的量比理論理論 實(shí)際實(shí)際備注備注系統(tǒng)系統(tǒng)Ga+ G反應(yīng)反應(yīng)GoutGin G損耗損耗35 GinGout GaG損耗損耗 G反應(yīng)反應(yīng)說明：對于物理過程，因?yàn)橄到y(tǒng)中各組分的質(zhì)量和摩爾數(shù)均不變，所以一般采說明：對于物理過程，因?yàn)橄到y(tǒng)中各組分的質(zhì)量和摩爾數(shù)均不變，所以一般采用組

33、分守恒（即對過程的某一組分作衡算）較方便，而不用總量守恒，而且常用用組分守恒（即對過程的某一組分作衡算）較方便，而不用總量守恒，而且常用摩爾數(shù)守恒。摩爾數(shù)守恒。對于化學(xué)反應(yīng)過程對于化學(xué)反應(yīng)過程有惰性組分的化學(xué)過程：因?yàn)槎栊越M分不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可采用組分守恒。有惰性組分的化學(xué)過程：因?yàn)槎栊越M分不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可采用組分守恒。參加反應(yīng)的各組分：因各組分的摩爾數(shù)、質(zhì)量一般均要發(fā)生變化，必須考慮組參加反應(yīng)的各組分：因各組分的摩爾數(shù)、質(zhì)量一般均要發(fā)生變化，必須考慮組分在化學(xué)過程中質(zhì)量（或摩爾數(shù)）的產(chǎn)生或消耗（可根據(jù)化學(xué)方程式求算物質(zhì)轉(zhuǎn)分在化學(xué)過程中質(zhì)量（或摩爾數(shù)）的產(chǎn)生或消耗（可根據(jù)化學(xué)方程式求算物質(zhì)轉(zhuǎn)

34、化的定量關(guān)系）?；亩筷P(guān)系）。36式中：式中：Fi物流物流i的摩爾流量，物流進(jìn)入系統(tǒng)的摩爾流量，物流進(jìn)入系統(tǒng)Fi為正；離開系統(tǒng)為負(fù)。為正；離開系統(tǒng)為負(fù)。 xij組分組分j在物流在物流i中的摩爾分?jǐn)?shù)。中的摩爾分?jǐn)?shù)。 NS物流的總個(gè)數(shù)。物流的總個(gè)數(shù)。 rj 組分在系統(tǒng)中的變化速率，產(chǎn)生為正；消耗為負(fù)。組分在系統(tǒng)中的變化速率，產(chǎn)生為正；消耗為負(fù)。 i代表物流，代表物流，i=1，2，3， NS j代表組分，代表組分，j=0，1，2， NCjNsiijirxF 137當(dāng)化學(xué)反應(yīng)的計(jì)量系數(shù)未知或反應(yīng)很復(fù)雜，生成物組分多，但所涉及的化學(xué)當(dāng)化學(xué)反應(yīng)的計(jì)量系數(shù)未知或反應(yīng)很復(fù)雜，生成物組分多，但所涉及的化學(xué)元素

35、的種類不多時(shí)元素的種類不多時(shí)( (如：裂解、燃燒、聚合等如：裂解、燃燒、聚合等) )，可采用原子守恒的方法來進(jìn)行，可采用原子守恒的方法來進(jìn)行物料衡算。物料衡算。例2-1/P31010 jkijNsiNcjimxF（原子或元素的摩爾數(shù)守恒）（原子或元素的摩爾數(shù)守恒）mjk 元素元素k在組分在組分j中的原子個(gè)數(shù)中的原子個(gè)數(shù)38二、典型過程的物料衡算二、典型過程的物料衡算 在原料藥生產(chǎn)中，對常見的幾個(gè)有機(jī)單元反應(yīng)（如磺化、硝化、氯化等）已經(jīng)在原料藥生產(chǎn)中，對常見的幾個(gè)有機(jī)單元反應(yīng)（如磺化、硝化、氯化等）已經(jīng)進(jìn)行了一系列的研究，各計(jì)算也比較成熟。分別討論如下。進(jìn)行了一系列的研究，各計(jì)算也比較成熟。分別

36、討論如下。1.磺化過程磺化過程磺化劑：磺化過程所用磺化劑多為硫酸、發(fā)煙硫酸和三氧化硫。硫酸由于制造和磺化劑：磺化過程所用磺化劑多為硫酸、發(fā)煙硫酸和三氧化硫。硫酸由于制造和使用上的考慮，一般有兩種規(guī)格，即使用上的考慮，一般有兩種規(guī)格，即92%93%的綠礬油和的綠礬油和98%100%的一水合物的一水合物（也可以看作是三氧化硫與水以（也可以看作是三氧化硫與水以1 1的摩爾比率組成的混合物）。如果有過量的的摩爾比率組成的混合物）。如果有過量的三氧化硫存在于硫酸中，就成為發(fā)煙硫酸。三氧化硫存在于硫酸中，就成為發(fā)煙硫酸。 在計(jì)算時(shí)，可將前兩者折算為在計(jì)算時(shí)，可將前兩者折算為SO3，后者也可折算成硫酸。，后

37、者也可折算成硫酸。39磺化反應(yīng)方程式磺化反應(yīng)方程式 在用硫酸和發(fā)煙硫酸進(jìn)行有機(jī)物的磺化時(shí)，可認(rèn)為是硫酸或在用硫酸和發(fā)煙硫酸進(jìn)行有機(jī)物的磺化時(shí)，可認(rèn)為是硫酸或是硫酐為有效的成分，因此反應(yīng)方程式可表示如下：是硫酐為有效的成分，因此反應(yīng)方程式可表示如下：2133212342 80 )( 18 98 )( MnMHSORnSORHnMnMOnHHSORSOnHRHnnnn 或或RHn被磺化物；被磺化物； n 被磺基所取代的氫原子數(shù)；被磺基所取代的氫原子數(shù)；R(SO3H)n磺化產(chǎn)物（磺酸）；磺化產(chǎn)物（磺酸）；M1被磺化物的分子量；被磺化物的分子量； M2磺化產(chǎn)物的分子量；磺化產(chǎn)物的分子量；40 在多數(shù)場

38、合下，磺化反應(yīng)的實(shí)際硫酸用量要比上式所列的理論量大得多，在多數(shù)場合下，磺化反應(yīng)的實(shí)際硫酸用量要比上式所列的理論量大得多，因采用硫酸或發(fā)煙硫酸作磺化劑時(shí)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，每引進(jìn)一個(gè)磺基必須消耗因采用硫酸或發(fā)煙硫酸作磺化劑時(shí)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，每引進(jìn)一個(gè)磺基必須消耗一個(gè)一個(gè)SO3，因此隨著反應(yīng)過程中，因此隨著反應(yīng)過程中SO3的消耗及水的生成，逐漸使硫酸的濃度降低，的消耗及水的生成，逐漸使硫酸的濃度降低，當(dāng)降到某一程度后，磺化反應(yīng)幾乎不再進(jìn)行。此時(shí)的硫酸濃度即為當(dāng)降到某一程度后，磺化反應(yīng)幾乎不再進(jìn)行。此時(shí)的硫酸濃度即為“極限濃度極限濃度”。苯在苯在373K時(shí)，磺化反應(yīng)的硫酸極限濃度為時(shí)，磺化反應(yīng)的硫酸

39、極限濃度為81.6%。也可用含。也可用含SO3的百分?jǐn)?shù)來表示的百分?jǐn)?shù)來表示極限濃度，并稱為磺化極限濃度，并稱為磺化值。則苯的磺化值。則苯的磺化值：值： 81.6809866.6。 值不是固定不變的，濃度和溫度對值不是固定不變的，濃度和溫度對值均有影響。值均有影響。 發(fā)煙硫酸的含量是以發(fā)煙硫酸中過量的三氧化硫占發(fā)煙硫酸的質(zhì)量百分率表發(fā)煙硫酸的含量是以發(fā)煙硫酸中過量的三氧化硫占發(fā)煙硫酸的質(zhì)量百分率表示。示。41 在磺化劑的初始濃度在磺化劑的初始濃度時(shí)，時(shí)，值和磺化劑用量之間值和磺化劑用量之間的關(guān)系可以根據(jù)物料平衡導(dǎo)的關(guān)系可以根據(jù)物料平衡導(dǎo)出。出。采用下列符號(hào)：采用下列符號(hào)：Mc被磺化物的用量，被磺

40、化物的用量，kg； Ms磺化劑的用量，磺化劑的用量，kg；S 以以SO3含量表示的磺化劑的質(zhì)量百分濃度，含量表示的磺化劑的質(zhì)量百分濃度，%；M1被磺化物分子量。被磺化物分子量。按反應(yīng)方程式，在生成磺化產(chǎn)物上所消耗的按反應(yīng)方程式，在生成磺化產(chǎn)物上所消耗的SO3量為：量為：kgMnMc 801過程完畢后剩余的過程完畢后剩余的SO3量為：量為：kgMnMcMsS 801 42廢酸量：廢酸量：kgMnMcMs 801 廢酸中的廢酸中的SO3含量應(yīng)該等于含量應(yīng)該等于，所以，按反應(yīng)前后的所以，按反應(yīng)前后的SO3進(jìn)行平衡得：進(jìn)行平衡得： )80(8011MnMcMsMnMcMsS 整理可得磺化劑用量的計(jì)算式

41、：整理可得磺化劑用量的計(jì)算式：kgSMnMcMs )()1(801 （P33）43 在生產(chǎn)實(shí)際中，磺化反應(yīng)往往并不進(jìn)行到當(dāng)硫酸濃度降低到在生產(chǎn)實(shí)際中，磺化反應(yīng)往往并不進(jìn)行到當(dāng)硫酸濃度降低到值值時(shí)才終止，時(shí)才終止，這樣會(huì)使磺化過程的時(shí)間持續(xù)太長，同時(shí)會(huì)發(fā)生副反應(yīng)。反應(yīng)終了時(shí)酸的濃度這樣會(huì)使磺化過程的時(shí)間持續(xù)太長，同時(shí)會(huì)發(fā)生副反應(yīng)。反應(yīng)終了時(shí)酸的濃度叫做廢酸濃度，有時(shí)也稱叫做廢酸濃度，有時(shí)也稱值值。則則1009880-9880 ）（消消耗耗的的硫硫酸酸質(zhì)質(zhì)量量原原用用硫硫酸酸質(zhì)質(zhì)量量廢廢酸酸中中所所含含硫硫酸酸的的質(zhì)質(zhì)量量 )()()(988010024242OHwSOHwSOHw 44 例例3.

42、苯的硫酸液相磺化劑制苯磺酸，苯的硫酸液相磺化劑制苯磺酸，值為值為64%，求磺化反應(yīng)生成，求磺化反應(yīng)生成1000kg苯磺苯磺酸時(shí)，至少需要酸時(shí)，至少需要98%的硫酸量（忽略副反應(yīng)和損失）。的硫酸量（忽略副反應(yīng)和損失）。 解：反應(yīng)方程式為解：反應(yīng)方程式為+ H2SO4SO3H+ H2O 78 98 158 1880. 0988098. 0 781581000 SkgMckgSMnMcMs2 .1139)64. 080. 0(78)64. 01(80781581000)()1(801 見例見例2-2/P3445 用混酸（用混酸（HNO3+H2SO4）進(jìn)行硝化的過程，可以用下列方程式來表示其物料）進(jìn)行

43、硝化的過程，可以用下列方程式來表示其物料平衡的關(guān)系。平衡的關(guān)系。 RHXx HNO3yH2SO4zH2O R(NO3)X yH2SO4 (zx)H2O硝酸過剩率硝酸過剩率 大多數(shù)硝化反應(yīng)的大多數(shù)硝化反應(yīng)的HNO3用量接近于方程式表示的理論量（這是用用量接近于方程式表示的理論量（這是用混酸硝化的特點(diǎn)之一），但有一些硝化反應(yīng)，在實(shí)際生產(chǎn)中混酸硝化的特點(diǎn)之一），但有一些硝化反應(yīng)，在實(shí)際生產(chǎn)中HNO3量則往往超過量則往往超過理論量較多。超過理論量的理論量較多。超過理論量的HNO3質(zhì)量百分?jǐn)?shù)稱為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)稱為“硝酸過剩率硝酸過剩率” ，用符號(hào)，用符號(hào)表示。表示。2.2.硝化過程物料衡算硝化過程物料衡算4

44、6硫酸脫水值和廢酸計(jì)算濃度硫酸脫水值和廢酸計(jì)算濃度 有時(shí)候根據(jù)不同硝化過程所需的混酸硝化能力（即硫酸的脫水值和廢酸計(jì)算濃有時(shí)候根據(jù)不同硝化過程所需的混酸硝化能力（即硫酸的脫水值和廢酸計(jì)算濃度）的要求，先計(jì)算出所需混酸的組成，再進(jìn)行混酸配制計(jì)算。度）的要求，先計(jì)算出所需混酸的組成，再進(jìn)行混酸配制計(jì)算。 硫酸脫水值（也稱混酸硝化的脫水值，或簡稱脫水值）是指硝化終了時(shí)廢酸中硫酸脫水值（也稱混酸硝化的脫水值，或簡稱脫水值）是指硝化終了時(shí)廢酸中硫酸和水計(jì)算質(zhì)量之比，通常以符號(hào)硫酸和水計(jì)算質(zhì)量之比，通常以符號(hào)D.V.S (Dehydrating Value of Sulfuric Acid）表）表示。示。

45、廢酸中水的質(zhì)量廢酸中水的質(zhì)量廢酸中硫酸的質(zhì)量廢酸中硫酸的質(zhì)量 SVD.47在硝化廢酸中，在硝化廢酸中，H2SO4與與H2O的質(zhì)量比應(yīng)為：的質(zhì)量比應(yīng)為：)(1898xzy D.V.S在一定程度上反映出硝化過程的難易程度。脫水值愈大表示硝化反應(yīng)在一定程度上反映出硝化過程的難易程度。脫水值愈大表示硝化反應(yīng)愈難。愈難。48 表表2-1/P37列出一些有機(jī)物硝化時(shí)的混酸組成和脫水值及硝酸過剩率列出一些有機(jī)物硝化時(shí)的混酸組成和脫水值及硝酸過剩率 。 設(shè)設(shè)m和和l分別為混酸中硫酸和硝酸的質(zhì)量百分含量，分別為混酸中硫酸和硝酸的質(zhì)量百分含量，為硝酸比（投料硝酸為硝酸比（投料硝酸摩爾數(shù)摩爾數(shù)/投料投料1摩爾被硝化

46、物）。以摩爾被硝化物）。以100份混合酸為計(jì)算基準(zhǔn)，被硝化物完全反份混合酸為計(jì)算基準(zhǔn)，被硝化物完全反應(yīng)。應(yīng)。則則反應(yīng)生成水反應(yīng)生成水混酸中的水混酸中的水llmmSVDlllm 72)100(. 726318100l/為反應(yīng)的硝酸量，為反應(yīng)的硝酸量，假設(shè)被硝化物全部反應(yīng)假設(shè)被硝化物全部反應(yīng)。49 廢酸計(jì)算濃度（亦稱硝化活性因數(shù)）其含義是指混酸硝化終了時(shí)，廢酸中硫酸廢酸計(jì)算濃度（亦稱硝化活性因數(shù)）其含義是指混酸硝化終了時(shí)，廢酸中硫酸的計(jì)算濃度，以的計(jì)算濃度，以 m 表示。如以表示。如以100份混酸為計(jì)算基準(zhǔn)。份混酸為計(jì)算基準(zhǔn)。廢酸總量廢酸總量生成水量生成水量反應(yīng)消耗硝酸量反應(yīng)消耗硝酸量lllll

47、751007210072則則lmlmm 14014075100100 :50所以可得所以可得D.V.S和和m之間的關(guān)系：之間的關(guān)系：1401)72100(.lllmSVDm 如果投料比如果投料比1，則有下述關(guān)系：則有下述關(guān)系：100. 100.1. mmSVDSVDSVDm 或或51混酸的組成方程式混酸的組成方程式 實(shí)踐證明：每一種物質(zhì)在一定條件下進(jìn)行硝化時(shí)，只要將脫水值維持在一實(shí)踐證明：每一種物質(zhì)在一定條件下進(jìn)行硝化時(shí)，只要將脫水值維持在一定的數(shù)值，則混酸組成可以在一定范圍內(nèi)變動(dòng)而不會(huì)明顯影響硝化效果。因此，定的數(shù)值，則混酸組成可以在一定范圍內(nèi)變動(dòng)而不會(huì)明顯影響硝化效果。因此，當(dāng)規(guī)定了脫水值

48、當(dāng)規(guī)定了脫水值D.V.S及及HNO3過剩百分率過剩百分率 后，混酸中后，混酸中HNO3濃度濃度(l)與與H2SO4濃濃度度(m)的關(guān)系式如下：的關(guān)系式如下： m=kl+b （混酸組成方程式）（混酸組成方程式）式中：式中： 上式是根據(jù)硝化反應(yīng)的物理平衡導(dǎo)出的。導(dǎo)出過程如下：上式是根據(jù)硝化反應(yīng)的物理平衡導(dǎo)出的。導(dǎo)出過程如下：52令：令：MH被硝化物的質(zhì)量，被硝化物的質(zhì)量，kg； M被硝化物的摩爾質(zhì)量，被硝化物的摩爾質(zhì)量，kg/kmol； MM.A硝化過程中混酸用量，硝化過程中混酸用量，kg； l硝化混酸中硝酸的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，硝化混酸中硝酸的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，%； m硝化混酸中硫酸的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，硝化混酸中硫

49、酸的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，%； n硝化混酸中水的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，硝化混酸中水的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，%； HNO3的過剩百分率，的過剩百分率，%； x硝化物中被硝化物中被-NO2取代的取代的H數(shù)。數(shù)。對對HNO3作物料衡算：作物料衡算：對對H2SO4作物料衡算：作物料衡算：(1) 100)01.01(63.lMMxMAMH 100.18100100.mMSVDMMmlMAMHAM 53化簡得：化簡得：(1)、(2)兩式相除，并化簡得：兩式相除，并化簡得： 在生產(chǎn)實(shí)際中，被硝化物的在生產(chǎn)實(shí)際中，被硝化物的D.V.S往往未知，但一般可以規(guī)定其廢酸組成，往往未知，但一般可以規(guī)定其廢酸組成，則則：（推倒過程見教材：（推倒過程

50、見教材P38） (2) 100.)100(.18.SVDmlmMSVDMxMAMH (3) .1.100.1)(01. 01(7.)001. 01(72bklSVDSVDlSVDSVDm (4) 140140140blklmllmm 54上式即規(guī)定了廢酸組成時(shí)，混酸組成必須遵循的規(guī)律。上式即規(guī)定了廢酸組成時(shí)，混酸組成必須遵循的規(guī)律。 (3)、(4)式只能用來確定硝化混酸中硝酸與硫酸間的含量關(guān)系，不能最終確式只能用來確定硝化混酸中硝酸與硫酸間的含量關(guān)系，不能最終確定硝化混酸的組成。有實(shí)際意義的混酸組成只可在一定范圍內(nèi)，選擇混酸組成定硝化混酸的組成。有實(shí)際意義的混酸組成只可在一定范圍內(nèi)，選擇混酸組

51、成時(shí)，應(yīng)考慮以下原則：時(shí)，應(yīng)考慮以下原則：在原料酸所能配出的范圍內(nèi)；在原料酸所能配出的范圍內(nèi)；盡量節(jié)省盡量節(jié)省H2SO4用量（在滿足脫水值的前提下）；用量（在滿足脫水值的前提下）；盡量少生成多硝基化合物（不能過量太多）。盡量少生成多硝基化合物（不能過量太多）。 55硝化混酸組成的圖解法硝化混酸組成的圖解法 為了最后確定硝化混酸的組成，采用直角三角座標(biāo)來處理為了最后確定硝化混酸的組成，采用直角三角座標(biāo)來處理HNO3 、H2SO4、H2O三組分之間的關(guān)系（有時(shí)也采用等邊三角座標(biāo)）。如圖三組分之間的關(guān)系（有時(shí)也采用等邊三角座標(biāo)）。如圖2-1/P39 采用直角三角座標(biāo)除了具有等邊三角座標(biāo)的特性之外，還

52、具有以下優(yōu)點(diǎn)：采用直角三角座標(biāo)除了具有等邊三角座標(biāo)的特性之外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：容易讀取圖內(nèi)各點(diǎn)組成；容易讀取圖內(nèi)各點(diǎn)組成；繪制容易，可按自己所需的座標(biāo)繪制；繪制容易，可按自己所需的座標(biāo)繪制；對組分含量精確度要求不一致時(shí)，可采用不等腰直角三角座標(biāo)，將含量精度對組分含量精確度要求不一致時(shí)，可采用不等腰直角三角座標(biāo)，將含量精度要求高的組分放在較長一邊。要求高的組分放在較長一邊。56 直線直線 代表混酸組成方程式。則硝化混代表混酸組成方程式。則硝化混酸的組成應(yīng)該是在酸的組成應(yīng)該是在 線上的一點(diǎn)。在生產(chǎn)線上的一點(diǎn)。在生產(chǎn)實(shí)踐中往往是采用兩種或兩種以上的不同組實(shí)踐中往往是采用兩種或兩種以上的不同組成的酸（

53、其中之一可以是水）來進(jìn)行配制硝成的酸（其中之一可以是水）來進(jìn)行配制硝化混酸的。如果兩種組成酸的組成在圖化混酸的。如果兩種組成酸的組成在圖2-1中中分別用點(diǎn)分別用點(diǎn)g、h來表示，那么用它們來配制成來表示，那么用它們來配制成的混酸必定是在的混酸必定是在 線上的任一點(diǎn)線上的任一點(diǎn)o，o點(diǎn)的位點(diǎn)的位置決定于置決定于g、h兩原料酸的配比大小，它們的兩原料酸的配比大小，它們的關(guān)系是：關(guān)系是：efefghMg、Mh 分別代表原料酸分別代表原料酸g、h的投料量的投料量以上方程式為混和方程以上方程式為混和方程 ogohMMhg 57 由于最后配制的混酸既要服從由于最后配制的混酸既要服從m=kl+b(或或m=kl

54、+b)，又要符合混和方程，又要符合混和方程，因此，因此，o點(diǎn)必在兩直線的交點(diǎn)。點(diǎn)必在兩直線的交點(diǎn)。 在確定了混酸的組成之后，即可利用式在確定了混酸的組成之后，即可利用式2-5/P37算出混酸的投料量算出混酸的投料量MM.A。 MM.A=Mg+Mh 故原料酸故原料酸g，h的投料量相應(yīng)地為：的投料量相應(yīng)地為：AMgMghohM. AMhMghogM. 例2-3/P39 58 作業(yè)：甲苯硝化反應(yīng)作業(yè)：甲苯硝化反應(yīng)D.V.S = 2.3，硝酸比，硝酸比=1，酸油比酸油比=2.5（混酸與有機(jī)物（混酸與有機(jī)物之比）。計(jì)算硝化廢酸的之比）。計(jì)算硝化廢酸的m值及所用混酸的組成。值及所用混酸的組成。 作業(yè)：對蒽

55、醌間歇硝化過程進(jìn)行物料衡算。已知被硝化物為作業(yè)：對蒽醌間歇硝化過程進(jìn)行物料衡算。已知被硝化物為BB酸酸(苯甲酰苯甲酰苯甲酸苯甲酸)縮合、稀釋后的混合物料，每批投料中含蒽醌縮合、稀釋后的混合物料，每批投料中含蒽醌318kg，BB酸等雜質(zhì)酸等雜質(zhì)14.5kg，H2SO4 1437.5kg，H2O 349kg。加入。加入97.5%的濃硝酸進(jìn)行硝化，硝酸比的濃硝酸進(jìn)行硝化，硝酸比為為4.5。硝化終點(diǎn)時(shí)硝基物粗硝基蒽醌中含二硝基蒽醌。硝化終點(diǎn)時(shí)硝基物粗硝基蒽醌中含二硝基蒽醌23%，未反應(yīng)蒽醌，未反應(yīng)蒽醌2%。59kg質(zhì)質(zhì)%AQ雜質(zhì)雜質(zhì)H2SO4H2O31814.51437.5349-計(jì)計(jì)M1100kg質(zhì)

56、質(zhì)%HNO3H2O-97.52.5計(jì)計(jì)M2100濃硝酸濃硝酸蒽醌混料蒽醌混料硝基物硝基物廢酸硝化硝化kg質(zhì)質(zhì)%AQNO2AQ(NO2)AQ-232計(jì)計(jì)M3100物料衡算框圖物料衡算框圖雜質(zhì)雜質(zhì)M4：14.5kgkg質(zhì)質(zhì)%H2SO4HNO3H2O-計(jì)計(jì)M5100603.3.氯化過程的物料衡算氯化過程的物料衡算 氯化反應(yīng)的氯化反應(yīng)的顯著特點(diǎn)是串聯(lián)反應(yīng)，因此，在氯化生產(chǎn)過程中，顯著特點(diǎn)是串聯(lián)反應(yīng)，因此，在氯化生產(chǎn)過程中，首先考慮的首先考慮的不是氯化劑的用量，而是一氯化物及多氯化物的相對生成量。不是氯化劑的用量，而是一氯化物及多氯化物的相對生成量。 在工業(yè)上常用氯化劑為在工業(yè)上常用氯化劑為Cl2，也可

57、用，也可用SO2Cl2(硫酰二氯，在惰性有機(jī)溶劑中進(jìn)硫酰二氯，在惰性有機(jī)溶劑中進(jìn)行時(shí)使用，反應(yīng)溫和，但價(jià)太高行時(shí)使用，反應(yīng)溫和，但價(jià)太高)；在水介質(zhì)中進(jìn)行時(shí)，還可用鹽酸加氧化劑；在水介質(zhì)中進(jìn)行時(shí)，還可用鹽酸加氧化劑（如：（如：H2O2、NaClO、 NaClO3 等）；在氣相高溫氯化時(shí)，可用等）；在氣相高溫氯化時(shí)，可用HCl(g)加空氣。加空氣。 61 許多有機(jī)化合物的氯化過程可用下列一般方程式表示之：許多有機(jī)化合物的氯化過程可用下列一般方程式表示之： RHn+nCl2RCln+nHCl 氯化時(shí)得到一氯、二氯及三氯化合物，其數(shù)量間的比率，可根據(jù)化學(xué)動(dòng)力氯化時(shí)得到一氯、二氯及三氯化合物，其數(shù)量間

58、的比率，可根據(jù)化學(xué)動(dòng)力學(xué)定律來決定。學(xué)定律來決定。令：令：CA0擬氯化原料的原始濃度，擬氯化原料的原始濃度，mol分?jǐn)?shù)；分?jǐn)?shù)； Cx氯化物的濃度，氯化物的濃度，mol分?jǐn)?shù)；分?jǐn)?shù)； Cy二氯化物的濃度，二氯化物的濃度，mol分?jǐn)?shù)；分?jǐn)?shù)； C氯的濃度；氯的濃度；反應(yīng)時(shí)間；反應(yīng)時(shí)間； n反應(yīng)級(jí)數(shù)反應(yīng)級(jí)數(shù)(以氯為準(zhǔn)以氯為準(zhǔn))；k1，k2分別為一氯化和二氯化的反應(yīng)速度常數(shù)。分別為一氯化和二氯化的反應(yīng)速度常數(shù)。62 由于生成氯化物的反應(yīng)具有相同的級(jí)數(shù)，而且是順序進(jìn)行的（串聯(lián)反應(yīng)），由于生成氯化物的反應(yīng)具有相同的級(jí)數(shù)，而且是順序進(jìn)行的（串聯(lián)反應(yīng)），則：則：)(2yxnyCCCkddC )()()()(001

59、2xAyxxAyxxyCCCCkCCCCkkdCdC )(01xAnxCCCkddC 兩式相除：兩式相除： 解此微分方程式，并取相應(yīng)的邊界條件后得：解此微分方程式，并取相應(yīng)的邊界條件后得：1)()()1()(0001 xAyxkxAACCCCkCCC63令：令：CH=CA0Cx 未反應(yīng)原料的濃度未反應(yīng)原料的濃度 CM=Cx Cy 一氯化物的濃度一氯化物的濃度則未反應(yīng)物料的濃度與一氯化物濃度之關(guān)系：則未反應(yīng)物料的濃度與一氯化物濃度之關(guān)系：kCCkCCHkHkAM 1110二氯化物的濃度應(yīng)為：二氯化物的濃度應(yīng)為：MHAyCCCC 0反應(yīng)液中一氯化物可能達(dá)到的最大濃度應(yīng)為：反應(yīng)液中一氯化物可能達(dá)到的

60、最大濃度應(yīng)為：kkAMkC 10C最最大大 在不同的操作條件下，在不同的操作條件下，k2/k1值不同，比值越小，越有利于主反應(yīng)的進(jìn)行。值不同，比值越小，越有利于主反應(yīng)的進(jìn)行。64磺化反應(yīng)器磺化反應(yīng)器 適用于低粘度、低溫液體烴類的均適用于低粘度、低溫液體烴類的均相和非均相磺化器。鍋體為鑄鐵材料，相和非均相磺化器。鍋體為鑄鐵材料，采用上出料形式，即出料管從鍋蓋接采用上出料形式，即出料管從鍋蓋接管伸至反應(yīng)器底部，由壓縮空氣或氮管伸至反應(yīng)器底部，由壓縮空氣或氮?dú)鈱㈠亙?nèi)物料壓出。氣將鍋內(nèi)物料壓出。低粘度液相磺化器低粘度液相磺化器65適于粘稠物料磺化器適于粘稠物料磺化器66雙膜磺化器雙膜磺化器67苯氣相磺