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2010-09-09 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《课程设计pdf》,可适用于高等教育领域

化学工程学院制药工程系班年月日维生素B的制备酯草工序工艺设计说明书设计人李淼武汉理工大学《维生素B的制备酯草工序工艺设计》课程设计说明书~~目录目录课程设计任务书绪论前言维生素B合成工艺的文献调研本设计的目的生产方式的选择工艺路线的选择生产工艺流程示意图物料衡算酯化过程的物料衡算草酰化过程物料衡算能量衡算能量衡算原理计算过程主要反应设备及其选择前言反应器的分类间歇操作釜式反应器的工艺计算及选型搅拌器的选择主要反应器选型技术参数管道设计蒸馏装置小结车间设计武汉理工大学《维生素B的制备酯草工序工艺设计》课程设计说明书~~前言原料药车间的生产特点原料药生产厂房的组成及功能原料药车间的设计要点原料药生产车间的平面布置设备布置车间劳动组织与岗位定员三废处理安全生产与劳动保护技术安全劳动保护动火规定安全用电环境卫生药品生产法规依据消防设施设计依据概述专业设计对消防要求的考虑和采用措施小结及讨论对于该设计的小结存在的问题及改进设想致谢参考文献附录A主要参考书籍封面附图B维生素B的制备酯草工序带控制点的工艺流程图(见附件图纸)C维生素B的制备酯草工序设备平面布置图(见附件图纸)武汉理工大学《维生素B的制备酯草工序工艺设计》课程设计说明书~~课程设计任务书学生姓名:李淼专业班级:制药指导教师:申永存工作单位:(一)初始条件化学工程学院题目:维生素B的制备酯草工序工艺设计酯草工序投料量一览表名称投料量(Kg)重量比摩尔比α氨基丙酸(粗重)(基准)(基准)盐酸ww(纯HCl)乙醇苯磷酸草酸二乙酯碳酸钠自来水设产品的年产量为吨维生素B酯草过程收率为所得维生素B含量为水分少于。残渣少于。每年工作日为天每天小时连续运行。(二)要求完成的主要任务文献调研选择较为合理的工艺路线、完成反应原理根据工艺路线进行设计工段物料衡算和能量衡算。根据物料衡算和能量衡算对设备进行选型画出带控制点的工艺流程。写出较为完整的课程设计说明书(不少于字)。(三)时间三周(~周)指导教师签名:年月日系主任(或责任教师)签名:年月日武汉理工大学《维生素B的制备酯草工序工艺设计》课程设计说明书~~绪论前言维生素B理化性质简述:维生素B(VitaminB)结构式:化学名:而羟甲基甲基吡啶醇盐酸盐英文名:bishydroxymethylmethylpyridinolhydrochloride又名:吡多辛(Pyridoxine)、吡多醇(Pyridoxal)CAS号:分子式:CHNO·HCl分子量:组成:C()H()N()O()摩尔折射率:cm摩尔体积:cm摩尔等溶张比容:cm折射率:表面张力:dyncm密度:gcm极化度:×cm光谱吸收特性:UVmax(molLHClpH)nm()本品的盐酸盐性状:白色或类白色结晶性粉末无臭味酸苦熔点:~℃(分解)溶解性:易溶于水微溶于乙醇不溶于氯仿。本品在体内均以磷酸酯的形式存在磷酸吡多醛和磷酸吡多胺在体内以辅酶的形式参与氨基酸的装氨基、脱羧和消旋过程。武汉理工大学《维生素B的制备酯草工序工艺设计》课程设计说明书~~维生素B用途:维生素B在中的分布很广谷类外皮含量尤为丰富。缺乏维生素B可产生呕吐、中枢神经兴奋等症状。临床上用于因放射治疗引起的恶心、妊娠呕吐等疾病的治疗亦可用于癞皮病及其他营养不良的辅助治疗。因此维生素B的用途主要体现在其生理功效上:)维生素B除参与神经递质、糖原、神经鞘磷脂、血红素、类固醇和核酸的代谢外参与所有氨基酸代谢。)维生素B与一碳单位、维生素B和叶酸盐的代谢如果它们代谢障碍可造成巨幼红细胞贫血。)维生素B缺乏会损害DNA的合成这个过程对维持适宜的免疫功能是非常重要的。)维生素B与维生素B的关系十分密切维生素B缺乏常伴有维生素B症状。)维生素B有降低慢性病的作用轻度高同型半胱氨酸血症被认为是血管疾病的一种可能危险因素维生素B的干预可降低血浆同型半胱氨酸含量。维生素B合成工艺的文献调研年以来维生素B的合成研究出现了新的突破。美国Merck公司和Roche公司利用苏联学者在恶唑环的氮杂共轭二烯结构与亲二烯物进行DielsAlder反应合成吡啶衍生物方面的成就以甲基恶唑或甲基乙氧基恶唑与亲二烯物反应合成VB引起各国研究者的注意其努力之果使沿用余年的VB吡啶酮合成法被淘汰VB售价大幅度下降。我国有关化学工作者也开展了相应的工作刘淑贞等评述恶唑法合成。的化学和工艺并从事VB恶唑法合成的研究另外上海新亚制药厂、山东新华制药厂、上海第二制药厂、常州第三制药厂和南京制药厂内部资料均进行了相应的研制工作有的已达到生产规模。当时权衡化学反应和工业条件的利弊国内各单位均按下列改良法合成。并从不同角度试探和解决了工业生产所面临的某些问题但收率仍低生产成本较之吡啶酮法无明显下降。甲基乙氧基恶唑。当时国内恶唑法用于生产规模未能显示其优点,原因在于关键中间体甲基乙氧基恶唑的制备法未妥善解决而使用的大量五氧化磷环合剂易吸水结块造成设备损坏和跑料事故收率也低且带来严重的三废问题。武汉理工大学《维生素B的制备酯草工序工艺设计》课程设计说明书~~据文献报道尚有一些不使用五氧化二磷的恶唑合成方法经过几种方法的试探最后以下示化学过程合成。并以特有的环合方法革新了恶唑的合成工艺。诸多的维生素合B的成路线中,恶唑法合成工艺是目前工业上的首选方法。本设计的目的本次课程设计就是根据已掌握的专业知识及前期文献调研针对VB的恶唑法合成工艺中酯草工序进行化工设计对其工艺路线进行物料衡算和能量衡算并进行设备选型最后绘制工艺流程图和设备在厂房中的平面布置图。生产方式的选择工艺路线的选择根据绪论中讨论的内容可知恶唑法合成工艺是比较成熟的生产方式。该工艺釆用丙氨酸先与盐酸成盐再与草酸、乙醇在同一反应器中与苯共沸脱水同步酯化生成武汉理工大学《维生素B的制备酯草工序工艺设计》课程设计说明书~~盐酸丙氨酸乙酯和草酸二乙酯。然后加无水碳酸钠脱HCl游离成丙氨酸乙酯再补加过量的草酸二乙酯进行草酰化生成N乙氧草酰丙氨酸乙酯。以上工艺中的三氯氧磷法制备甲基乙氧基恶唑具有独特的先进性投产后取得很大的经济效益。该工艺割除了五氧化二磷,安全易行,由于采用了一些适合生产的工艺方法,较国内原有水平,总收率提高近一倍,原料成本降低一半。故该设计就将采用该工艺进行生产其酯草工序路线如下:维生素B装置的生产能力根据设计任务规定为年产量为吨酯草过程收率为。每年工作日为天每天小时连续运行。生产工艺流程示意图图酯草工序工艺流程示意图武汉理工大学《维生素B的制备酯草工序工艺设计》课程设计说明书~~akghbkghkghkgh=kghkgh=kghα×−==×=====×)氨基丙酸量)盐酸的量=则盐酸量其中含水)乙醇的量则乙醇量=其中含水)磷酸的量==kghkghkgh××(根据重量比计算)其中含水==)苯的量==物料衡算酯化过程的物料衡算每小时生产能力的计算以此作为物料衡算的基准。进出酯化器的物料衡算精制备过程VB的收率为则在精制前VB的质量==kg根据这一质量及整个合成过程的反应方程式核算出α氨基丙氨酸乙酯盐酸盐的质量为kg反应方程式:进料:kg×==每昼夜生产能力hkg==连续生产每小时生产能力武汉理工大学《维生素B的制备酯草工序工艺设计》课程设计说明书~~NkghNkghkghkghααα−=∴−=×=×−=×−==−=先求酯化反应转化率:按投料量折算的乙氧草酰丙氨酸乙酯的量草酰化反应的收率为实际乙氧草酰丙氨酸乙酯的量根据方程式可求:实际生成氨基丙酸乙酯盐酸盐的量=则氨基丙酸的消耗量而氨基丙酸的投入量kghkghkghkghkghαα==−××=−=×==×=×==故反应的转化率)生成氨基丙酸乙酯盐酸盐的量=)剩余氨基丙酸的量)剩余乙醇的量)生成水的量总的水量=kgh×=出料进出酯化器物料平衡表表进出酯化器物料平衡表进料出料序号物料名称数量kgh组成序号物料名称数量kgh组成α氨基丙酸α氨基丙酸乙酯盐酸乙醇剩余α氨基丙酸盐酸剩余乙醇磷酸剩余盐酸苯生成水磷酸苯武汉理工大学《维生素B的制备酯草工序工艺设计》课程设计说明书~~草酰化过程物料衡算反应方程式:α氨基丙酸乙酯盐酸盐草酸二乙酯碳酸钠N乙氧草酰丙氨酸乙酯乙醇氯化钠水二氧化碳进料(假定酯化生成水全部分离出反应系统)出料kghkgh=×=×碳酸钠的投入量(按投料重量比计算)草酸二乙酯的投料量==其它物料投入量按酯化过程出料量计。Nkghkghkghkghα×−×=−=×=×=×=−=×)生成乙氧草酰丙氨酸乙酯的量=)剩余氨基丙酸乙酯盐酸盐的量)剩余草酸二乙酯的量=)该反应剩余碳酸钠的量酯化过程剩余盐酸消耗该处剩kghkghkghkghkghkgh×=××=×=×余碳酸钠的量=故总共剩余碳酸钠的量==酯化过程剩余盐酸于该处剩余碳酸钠作用生成下列产物:氯化钠的量=二氧化碳的量=水的量=)生成氯化钠的量=)生成二氧化碳的量kghkghkgh=×==××==)生成水的量)生成乙醇的量CHCHCOOCHNHHClCOOCHCOOCHNaCOCHCHCOOCHNHCOCOOCHCHOHNaClHOCO武汉理工大学《维生素B的制备酯草工序工艺设计》课程设计说明书~~进出草酰化反应釜物料平衡表表进出草酰化反应釜物料平衡表进料出料序号物料名称数量kgh组成序号物料名称数量kgh组成α氨基丙酸乙酯盐酸生成N乙氧草酰丙氨酸乙酯草酸二乙酯剩余α氨基丙酸乙酯盐酸碳酸钠剩余草酸二乙酯剩余乙醇剩余碳酸钠剩余盐酸生成乙醇磷酸生成氯化钠苯生成水剩余α氨基丙酸生成二氧化碳磷酸苯剩余α氨基丙酸合计合计武汉理工大学《维生素B的制备酯草工序工艺设计》课程设计说明书~~能量衡算能量衡算原理对于有传热要求的设备其热量平衡方程式为:Q+Q+Q=Q+Q+Q式中Q物料带入到设备的热量kJQ加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量kJQ过程热效应kJQ物料离开设备所带走的热量kJQ加热或冷却设备所消耗的热量kJQ设备向环境散失的热量kJ。热量衡算是一般建议以K为基准温度以液态为基准物态。Q与QQ与Q均可用下式计算:Q或Q=∑m×(TT)×CpkJ式中m输入(或输出)设备的物料量kgCp物料的平均比热容kJkg·℃T物料的温度℃T计算基准温度℃。该式的计算基准是标准状态即℃及×Pa为计算基准。因为物料的比热容是温度的函数上式中物料的比热容是指进、出口物料的定压平均比热容对于进口物料取基准温度与物料进口温度的平均温度下的比热容对于出口物料取基准温度与物料出口温度的平均温度下的比热容。过程热效应Q化学过程的热效应包括化学反应热(Qr)与状态变化热(Qp)。纯物理过程只产生状态变化热而对于化学反应过程在产生化学反应的同时往往还伴有状态变化热。在热量衡算中过程热效应Q的符号为:放热为正吸热为负。武汉理工大学《维生素B的制备酯草工序工艺设计》课程设计说明书~~Q=Qr+QpQr=qr×GAMA式中GA参与反应的A物质量kgqr标准化学反应热kJmolMAA物料的分子量。消耗在加热设备各个部件的热量Q的计算Q=∑Mi(TT)CpikJ式中Mi设备商i不见质量kgCpi设备上i部件比热容kJkg·℃T设备各部件终温℃T设备各部件初温℃。设备向四周散失的热量Q的计算Q=∑A×at×(TwT)t×kJ式中A设备散热表面积mat散热表面向四周介质的联合给热系数W(m·℃)T设备各部件终温℃T设备各部件初温℃Tw四壁向四周散热时的表面温度℃T周围介质温度℃t过程持续时间s。Q与Q的确定根据工艺操作经验(Q+Q)一般为(Q+Q+Q)的~只要计算出Q就可以确定(Q+Q)从而计算出Q。Q的计算由以上计算过程得到Q、Q、Q、Q、Q后根据热量平衡方程式求出设备的热负荷Q。Q正值表示需对设备加热负值表示需冷却。武汉理工大学《维生素B的制备酯草工序工艺设计》课程设计说明书~~计算过程Q和Q的计算Cp的计算a)气态物质的比热容的计算对于压强低于×Pa的气体或蒸汽均可作理想气体处理其定压比热容为Cp=×(n+)MkJ(kg•OC)式中n化合物分子中原子个数M化合物分子量。b)液体的比热容的计算先根据化合物的分子结构将各种基团结构的摩尔热容数值加和求出摩尔热容再由化合物的分子量换算成比热容。另外如果作为近似计算液体的比热容也可按照计算固体比热容的“科普定律”求取其具体计算过程见固体的比热容计算。c)固体的比热容的计算固体的比热容可应用“科普定律”来计算:C=∑CanM(kJkg•℃)式中C元素的原子比热容kJkg•℃其值见表n固体分子中同种原子的个数M化合物分子量。表元素原子的比热容(注:Kcal=kJ)元素Cakcalkg•℃元素Cakcalkg•℃液态固态液态固态碳C硫S氢H磷P硼B氯Cl硅Si氮N氧O其他元素氟F武汉理工大学《维生素B的制备酯草工序工艺设计》课程设计说明书~~上述公式计算出的是℃时的比热容不再℃时的各化合物的比热容将与算出的比热容有出入。凡高于℃时的化合物比热容可根据上述公式计算所得结果在加大~。根据上述方法计算出各物质平均比热见表。表℃物质的Cp值一览表项目物质Cp(KJkg·℃)Aα氨基丙酸B草酸二乙酯C自来水D盐酸wwE乙醇F苯G磷酸(Jmol·K)H碳酸钠(Jmol·K)各物质Q和Q的计算为简化计算过程体现整体思路假设酯化和草酰化于一个大反应釜中一起进行即一起投料一起出料。以一小时为基准。进料温度℃。a)Q的计算根据表进料情况得:Q=××=KJQ=××=KJQ=××=KJQ=×××=KJQ=××=KJ综上Q=QQQQQ=KJb)Q的计算根据表出料情况得:Q=××=KJQ=××=KJ武汉理工大学《维生素B的制备酯草工序工艺设计》课程设计说明书~~Q=××=KJQ=×××=KJQ=××=KJQ=×××=KJQ=××=KJQ=××=KJQ=×××=KJQ=××=KJQ=××=KJ综上Q=KJQ的计算为计算各种温度下的反应热规定当反应温度为K及标准大气压时反应热的数值为标准反应热习惯上用ΔH°表示负值表示放热正值表示吸热。这与在热量衡算中所规定的符号正好相反为避免出错现用符号q°r表示标准反应热放热为正吸热为负则qr=-ΔH°。同样为简化计算过程体现整体思路现将酯化过程和草酰化过程的化学反应方程式合并为一个总反应方程式:Q=Qr+Qp状态变化热Qp的计算a)溶解热:)α氨基丙酸的溶解热查阅《化工工艺设计手册》可得:KJKg)碳酸钠的溶解热可查阅《化工工艺设计手册》可得:KJmol)磷酸的溶解热可查阅《化工工艺设计手册》可得:KJmol。所以:QpKJ××=×××=武汉理工大学《维生素B的制备酯草工序工艺设计》课程设计说明书~~注:各液体的溶解热可忽略不计b)稀释热:忽略不计化学反应热Qr的计算Qr=qr×GAMA式中GA参与反应的A物质量kgqr标准化学反应热kJmolMAA物料的分子量。因假设反应恒定在t℃温度下进行而且假设反应物及生成物在(~t)℃范围内均无相变化则qtr的计算公式为qtr=qr-(t)(∑νCp)kJmol式中qr标准反应热kJmolν反应方程中各物质的化学计量数反应物为负、生成物为正Cp反应物或生成物在(~t)℃范围内的平均比热容kJkg·℃t反应温度℃。a)qr的计算:qr=∑νqfkJmol式中ν反应方程中各物质的化学计量数反应物为负、生成物为正qr标准生成热kJmol。部分物质的qf通过查表可得见表。表化学方程式可查到的qf值物质qf(kJmol)盐酸ww碳酸钠氯化钠二氧化碳水b)qf的计算:以α氨基丙酸为例)qf与qc的关系可由一下公式表示武汉理工大学《维生素B的制备酯草工序工艺设计》课程设计说明书~~qf+qc=∑nqcekJmol式中qf标准生成热kJmolqc标准燃烧热kJmolqc可以根据理查德公式求解n化合物中同种元素的原子数qce元素标准燃烧热kJ(g·atom)其数值见表。表部分元素标准燃烧热值元素的燃烧过程元素燃烧热kJ(g·atom)元素的燃烧过程元素燃烧热kJ(g·atom)C→CO(g)Br→HBr(aq)H→HO(l)I→I(s)F→HF(aq)N→N(g)Cl→Cl(g)N→HNO(aq)Cl→HCl(aq)S→SO(g)Br→Br(l)S→HSO(aq)Br→Br(g)P→PO(s))理查德认为:有机化合物的燃烧热与完全燃烧该有机化合物所需的氧原子数成直线关系。即:qc=∑a+x∑bkJmol式中a、b常数与化合物结构相关X化合物完全燃烧时所需的氧原子数。α氨基丙酸X=根据“理查德法”则有:qc=∑a+x∑b(kJmol)CHNOOCOHONX武汉理工大学《维生素B的制备酯草工序工艺设计》课程设计说明书~~表a、b值一览表基团ab基数氨基羧基甲基次甲基合计∑a=∑b=qc=∑a+x∑b=×=kJmol元素燃烧热:∑nqce=×××=kJmol故可求α氨基丙酸qf==kJmol同理可求草酸二乙酯qf=kJmolN乙氧草酰丙氨酸乙酯qf=kJmol故qr=∑νqf=kJmol则qtr=qr-(t)×(∑νCp)=()×=KJ∴Qr=qtr×GAMA=×

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