第1章綜述1.1聯(lián)苯乙酸概述1.1.1聯(lián)苯乙酸簡介聯(lián)苯乙酸（biphenylaceticacide），分子式為C14H12O2，平均相對分子質量為212.244，化學名稱有4-聯(lián)苯乙酸(4-biphenylaceticacide)、聯(lián)苯-4-乙酸(biphenylacetic-4-acide)、1,1-二苯基乙酸(1,1'-biphenylaceticacide)，俗稱非必拉克（felbilnac）。結構式：1.1.2聯(lián)苯乙酸性質物理性質聯(lián)苯乙酸常溫下為白色結晶固體，密度為1.1035g/cm3，熔點為163-165℃，沸點為383-385℃；易溶于\t"/item/%E8%81%94%E8%8B%AF%E4%B9%99%E9%85%B8/_blank"二甲基甲酰胺，微溶于丙酮，難溶于乙醚、冰醋酸、乙醇，幾乎不溶于水。穩(wěn)定性較好，不易分解。化學性質聯(lián)苯乙酸分子式為C14H12O2，平均相對分子質量為212.244，是一種具有弱酸性的化合物，可以和堿反應生成相應的鹽；易燃，燃燒產生刺激性有毒煙霧；聯(lián)苯乙酸為有毒化學品，能刺激皮膚、粘膜、眼睛和呼吸系統(tǒng)，應避免與皮膚、眼睛接觸；其主要用于合成消炎鎮(zhèn)痛藥\t"/item/%E8%81%94%E8%8B%AF%E4%B9%99%E9%85%B8/_blank"聯(lián)苯乙酸乙酯等中間體，可以在氧氣存在下進行氧化反應生成苯乙酮，還可以發(fā)生酯化、?；?、加成等反應；可用作藥物、香料和農藥等有機化合物的合成原料，還可以用于有機合成的中間體。1.1.3聯(lián)苯乙酸應用聯(lián)苯乙酸（Phenylacetic

acid）在化工領域有廣泛的應用，包括：1、藥用：聯(lián)苯乙酸是一種\t"/item/%E8%81%94%E8%8B%AF%E4%B9%99%E9%85%B8/_blank"非甾體抗炎藥，其酯化、硝化、加氫還原產品等是各種合成醫(yī)藥等\t"/item/%E8%81%94%E8%8B%AF%E4%B9%99%E9%85%B8/_blank"精細化工產品的中間體。例如經酯化反應制成的\t"/item/%E8%81%94%E8%8B%AF%E4%B9%99%E9%85%B8/_blank"聯(lián)苯乙酸乙酯是一種消炎鎮(zhèn)痛藥。例如日本的“Napageln”軟膏是一種非甾體抗炎藥，其抗炎活性類似芬布芬。適應癥為：變型性關節(jié)炎,肩周炎，腱鞘炎，腱周炎，肌肉痛，外傷腫脹，疼痛等。其\t"/item/%E8%81%94%E8%8B%AF%E4%B9%99%E9%85%B8/_blank"脂肪乳劑注射劑，給藥后體內代謝為聯(lián)苯乙酸而起作用。其消炎解熱作用較\t"/item/%E8%81%94%E8%8B%AF%E4%B9%99%E9%85%B8/_blank"賴氨匹林強，鎮(zhèn)痛作用較鎮(zhèn)痛新強，用于治療風濕性關節(jié)炎，腰痛，肩周炎，外傷疼痛，手術后疼痛都有很好的效果，特別是用于治療癌癥疼痛效果尤佳。2、藥物合成：聯(lián)苯乙酸是合成許多藥物的重要中間體。例如，它可以用于合成撲熱息痛（對乙酰氨基酚）、苯巴比妥（一種鎮(zhèn)靜催眠藥）和芐哌啶（一種抗精神病藥）等藥物。3、香料合成：聯(lián)苯乙酸在香料工業(yè)中被廣泛用作合成香料的原料，如香草香料、水果香料和花卉香料等。4、農藥合成：聯(lián)苯乙酸是農藥合成中的重要原料之一。它可以用于合成殺蟲劑、除草劑和殺菌劑等農藥。5、染料合成：聯(lián)苯乙酸可以用于合成染料，如安全黃4G和活性黃2G等。6、化學品合成：聯(lián)苯乙酸可以作為有機合成的中間體，參與合成其他有機化合物，如酰氯、酯化產物和酯類化合物等。7、化妝品和個人護理產品：聯(lián)苯乙酸可以用作化妝品和個人護理產品中的香料成分，賦予產品特殊的氣味。需要注意的是，聯(lián)苯乙酸是一種化學物質，具有一定的刺激性和腐蝕性，應在合適的環(huán)境和條件下使用，并遵守相關的安全操作規(guī)程，避免接觸皮膚和吸入[1]。1.2作用及作用機制1、抗氧化作用：聯(lián)苯乙酸可以通過清除自由基和抑制氧化酶活性來發(fā)揮抗氧化作用。它可以防止氧化應激所引起的細胞損傷，并保護細胞免受氧化應激的傷害。2、抗炎作用：聯(lián)苯乙酸可以通過抑制炎癥因子的產生和調節(jié)免疫細胞的活性來發(fā)揮抗炎作用。它可以減少炎癥反應，降低炎癥細胞的遷移和炎癥介質的釋放，從而減輕炎癥反應和相關疾病的癥狀。3、細胞凋亡抑制作用：聯(lián)苯乙酸可以通過抑制細胞凋亡信號通路來發(fā)揮細胞凋亡抑制作用。它可以阻斷細胞凋亡的進程，保護受損細胞的存活，并促進細胞的修復和再生。4、細胞分化促進作用：聯(lián)苯乙酸可以促進干細胞的分化和成熟，從而增強細胞功能和代謝能力。它可以改善細胞功能障礙，促進組織修復和再生。5、細胞內修復蛋白質折疊和穩(wěn)定：聯(lián)苯乙酸可以通過增加分子伴侶蛋白（chaperoneprotein）的表達和功能，促進蛋白質的正確折疊和穩(wěn)定。分子伴侶蛋白可以與異常折疊的蛋白結合，幫助其恢復到正常構象，防止其形成聚集和沉積物。6、調節(jié)熱休克反應：聯(lián)苯乙酸可以通過激活熱休克反應，促進熱休克蛋白（heatshockprotein，HSP）的合成。熱休克蛋白在細胞受到應激條件（如熱化、氧化、酸堿等）時被表達，起到保護細胞免受應急損傷的作用。7、修復細胞質糖酵解途徑：聯(lián)苯乙酸可以通過刺激細胞質中的糖酵解途徑來提供能量和底物。糖酵解途徑是細胞產生ATP和NADH的重要途經，通過增加糖酵解途徑的活性，聯(lián)苯乙酸可以提供充足的能量和代謝產物，促進細胞的正常功能。聯(lián)苯乙酸的作用機制是多方面的，具體包括：1、調節(jié)基因表達：聯(lián)苯乙酸可以通過影響轉錄因子的活性和基因表達來調節(jié)細胞功能和代謝過程。2、調節(jié)信號通路：聯(lián)苯乙酸可以干預多個信號通路，如NF-κB、MAPK和PI3K/Akt等信號通路，從而影響細胞的生理和病理過程。3、調節(jié)蛋白質活性：聯(lián)苯乙酸可以與特定的靶蛋白結合，改變其結構和功能，從而調節(jié)相關的細胞過程和生物學功能?？偟膩碚f，聯(lián)苯乙酸通過多種作用途徑和機制發(fā)揮抗炎和抗氧化作用，促進蛋白質折疊和穩(wěn)定、抑制內質網應激、調節(jié)熱休克反應，以及調節(jié)細胞分化凋亡作用等機制，發(fā)揮其作用。這使得聯(lián)苯乙酸在治療蛋白質異常折疊疾病、減輕炎癥和氧化應激引起的損傷等方面具有潛在的應用價值，發(fā)揮抗氧化、抗炎、抗凋亡和促進細胞分化的作用，對多種疾病具有治療和保護作用[2]。1.3國內外發(fā)展現(xiàn)狀國內在國內，聯(lián)苯乙酸作為中間體在制藥工業(yè)中有著重要的地位，它被廣泛應用于合成多種藥物，特別是抗生素、抗病毒藥物和抗癌藥物等；聯(lián)苯乙酸在化工領域也有著廣泛的應用，它可以用于合成染料、香料、塑料、樹脂等化工產品；聯(lián)苯乙酸在農業(yè)化學品中的應用較為廣泛，它可以作為殺蟲劑和殺菌劑的原料，用于農作物的保護和防治；近年來，聯(lián)苯乙酸在新材料領域的研究和應用也在國內逐漸興起，例如，利用聯(lián)苯乙酸作為原料可以合成高性能聚合物材料、能源儲存材料、光電材料等，這些材料在電子、光電、能源等領域具有重要的應用前景。聯(lián)苯乙酸的研究還涉及到廢物處理、污染治理等環(huán)保領域。通過改進合成方法和優(yōu)化廢物處理技術，減少聯(lián)苯乙酸對環(huán)境的污染和危害。國外在國外，尤其是歐美地區(qū)，制藥工業(yè)發(fā)達，對聯(lián)苯乙酸的需求量較大，聯(lián)苯乙酸的市場需求主要集中在阿司匹林等藥物的合成領域；聯(lián)苯乙酸在香水、香料和化妝品行業(yè)的應用較為廣泛，它可以作為添加劑，用于增強產品的氣味和持久性；近年來，聯(lián)苯乙酸作為一種重要的有機合成中間體，被用于合成各種新材料，如高分子材料、功能性材料、生物材料等領域[3]。1.4前景聯(lián)苯乙酸在國內的發(fā)展仍處于起步階段。盡管在學術研究和臨床應用方面已經取得了一些進展，但與國外相比，國內對聯(lián)苯乙酸的研究和應用仍有較大差距。未來的研究將進一步探索聯(lián)苯乙酸的藥理學機制、藥效和安全性，以及開發(fā)更多的聯(lián)苯乙酸衍生物和結構類似物。同時，加強國內外的合作交流，推動聯(lián)苯乙酸在臨床應用中的發(fā)展，為治療遺傳代謝疾病和神經退行性疾病等提供更多的選擇和希望。隨著國內對遺傳代謝疾病和神經退行性疾病等認識的不斷深入，以及制藥技術的進步，聯(lián)苯乙酸的國內發(fā)展前景是積極的，未來會有更多的研究和臨床應用開展[4]。1.5目的和意義臨床上聯(lián)苯乙酸凝膠軟膏廣泛用于風濕性、類風濕性、變形性等關節(jié)炎、肩周炎、腱鞘炎、網球肘、肌肉痛、軟組織損傷、外傷性腫脹疼痛等的鎮(zhèn)痛消炎。因此,本品的研制開發(fā)將為廣大風濕性、類風濕性關節(jié)炎和骨關節(jié)炎等患者提供一種安全、有效、方便的治療。通過聯(lián)苯乙酸合成工藝的的設計，能夠使自己加強對工業(yè)生產過程的認識和具體化工工業(yè)生產的了解，更好地把所學的理論知識和實際操作技術相結合，初步掌握化工工藝設計的一般程序和方法，為以后步入工作崗位打下堅實的基礎。本設計工作通過選擇合成聯(lián)苯乙酸的最優(yōu)工藝條件，選定合適的反應設備，實現(xiàn)企業(yè)的利潤最大化，減少對環(huán)境的損害，妥善解決社會的醫(yī)藥難題[5]。第2章工藝路線選擇和優(yōu)化2.1合成方法與路線2.1.1工藝流程確定聯(lián)苯與氯乙酸反應聯(lián)苯與氯乙酸反應如圖所示。此路線用聯(lián)苯和氯乙酸在氧化鐵作催化劑，溴化鉀作催化劑的條件下反應合成聯(lián)苯乙酸，收率25％，此反應步驟簡單，僅一步即合成了聯(lián)苯乙酸，但是產率過低，不予考慮。Suzuki反應合成聯(lián)苯乙酸如圖所示，采用苯硼酸對溴苯乙酸乙酯通過Suzuki偶聯(lián)反應合成聯(lián)苯乙酸乙酯，后者水解得到聯(lián)苯乙酸，收率78.3％，反應步驟少，產率較高，用于Suzuki反應的催化劑Pb，反應在回流溫度下、氮氣保護中進行，條件較為苛刻。另外，原料對溴苯乙酸乙酯不易獲得，其極性與產物極性相似，不易除去，產物的純化困難。利用Suzuki反應合成聯(lián)苯乙酸研究較多的是用對溴苯乙酸與苯硼酸在新型催化劑的作用下一步合成聯(lián)苯乙酸，產率在79-99％不等。以苯硼酸和對溴苯乙酸為原料一步合成了聯(lián)苯乙酸，收率89％，此反應在空氣中室溫下進行，操作簡便，產率高，但原料對溴苯乙酸價格較貴，生產成本高，另一問題是如何降低催化劑的成本，不予考慮[6]。有機鋅試劑與鹵代物反應如圖所示，此反應用有機鋅試劑合成聯(lián)苯乙酸，最終產率63％，此方法獨特，有機鋅化合物的獲得也相對簡單，但是反應中用到了對于空氣和潮氣敏感的催化劑，反應時間也相對較長，不予考慮。Friedel-Crafts?；呋€原反應Friedel-Crafts酰基化-催化還原反應,如圖所示。以聯(lián)苯為起始原料，先經?；磻俳涍€原、水解，最后在碘和紅磷的作用下合成聯(lián)苯乙酸，最終收率70%。此反應路線收率尚可，但是反應步驟多，耗時長，整個反應需要三十多個小時，且操作過程比較繁瑣，不予考慮[7]。氯甲基化—格氏反應氯甲基化-格氏反應如圖所示。此路線以聯(lián)苯為起始原料經氯甲基化反應再通過制成格式試劑，最后與二氧化碳反應，酸化后得到聯(lián)苯乙酸，最終收率45.45%。此反應中有兩處需要嚴格控制反應溫度，一個是氯甲基化反應，另一個是格式試劑與二氧化碳反應。另外制備格式試劑時需用到無水乙醚，存在安全隱患用時需謹慎?？偟膩碚f，此合成路線條件要求較為苛刻，不予考慮。氯甲基化—氰化反應氯甲基化-氰化反應如圖所示。此反應亦是通過聯(lián)苯的氯甲基化反應得到氯甲基聯(lián)苯，后通過氰化鈉取代再酸化得聯(lián)苯乙酸，總收率72.1%。用亞鐵氰化鉀替代氰化鈉進行上述反應，得到了良好的產率。此合成路線用環(huán)境友好試劑亞鐵氰化鉀作為氰化試劑，以Cu（OAc）2/DMF為催化體系催化氯代烴的氰基化反應合成聯(lián)苯乙酸，收率82%。此方法回避了劇毒的氰化鈉，亞鐵氰化鉀中的6個CN-均可與鹵素交換，在反應中用量不多，不會造成對環(huán)境的污染但不足之處在于氰化反應需在無水條件下進行，需氮氣保護，否則產率較低[8]。從聯(lián)苯氯芐一步合成了聯(lián)苯乙酸，收率80%。此反應避免了氰化反應，但是反應要在一個大氣壓的一氧化碳的條件下進行24h，時間稍長，不予考慮[9]。聯(lián)苯與磺酰氧基乙酸酯?；磻?lián)苯與磺酰氧基乙酸酯?；磻鐖D所示。此方法是聯(lián)苯與取代的磺酰氧基乙酸酯經傅克反應生成聯(lián)苯乙酸乙酯，再經水解酸化得聯(lián)苯乙酸，收率70%。聯(lián)苯與α-烷硫基—氯乙酸酯?；磻?lián)苯與α-烷硫基-氯乙酸酯?；磻鐖D所示。聯(lián)苯與α-烷硫基-氯乙酸酯進行傅克反應，而后通過還原水解生成聯(lián)苯乙酸，產率79%。此反應步驟短，產率較高，但是用于反應的硫化物不易制備，無疑會增加生產成本，不予考慮[10]。9、苯乙腈為起始原料如圖所示，此反應以苯乙腈為起始原料，經硝化、還原、偶聯(lián)、水解四步反應合成聯(lián)苯乙酸，收率27.6%。此路線步驟多，收率低，不予考慮。10、鉀鹽與鹵苯反應如圖所示，此反應利用鉀鹽在液氨中紫外燈的照射下一步反應合成聯(lián)苯乙酸，收率73%。反應中的原料較貴，需要尋求價廉易得的原料降低合成成本，不予考慮[11]。11、Suzuki偶聯(lián)Willgerodt-Kindler反應如圖所示，此反應用苯硼酸與對溴苯乙酮通過Suzuki反應得到聯(lián)苯乙酮，再經Willgerodt-Kindler反應生成聯(lián)苯乙酸，總收率40%。此工藝路線步驟少，原料都是基本的有機化工產品，易于獲得，在此路線中THF取代了經典Suzuki反應中的介質苯，降低了毒性，但是催化劑對空氣和水敏感，操作條件較為苛刻，不予考慮。12、Friedel-Crafts?；蚖illgerodt-Kindler反應Friedel-Crafts酰基化Willgerodt-Kindler反應如圖所示。反應以聯(lián)苯為起始原料，與乙酸酐發(fā)生傅克?；磻陕?lián)苯乙酮，后經Willgerodt-Kindler反應生成聯(lián)苯乙酸，產率65.7%。此路線步驟相對簡單，收率高，只是酰化用到了極易燃的二硫化碳，用二氯甲烷代替易燃的二硫化碳，總收率65%，基于此采用本工藝流程[12]。2.1.2工藝流程框圖2.1.3生產路線設計1、合成路線的選擇以聯(lián)苯和乙酸酐為起始原料,經乙酰?；笤俸蛦徇s合,最后經氫氧化鈉分解,鹽酸酸化得產品聯(lián)苯乙酸,總收率63%～65%。該反應以聯(lián)苯為起始原料，與乙酸酐發(fā)生Friedel-Crafts?；磻陕?lián)苯乙酮，經Willgerodt-Kindler反應生成聯(lián)苯乙酸。此合成路線是制備聯(lián)苯乙酸的一種較為經典、成熟的方法,起始原料聯(lián)苯價廉易得,其工藝適用于工業(yè)化生產,為聯(lián)苯乙酸藥物的工業(yè)化生產奠定基礎。2、制備聯(lián)苯乙酮將干燥的AlCl3和二氯甲烷混合，劇烈攪拌，在冰鹽浴冷卻下加入乙酸酐和溶于二氯甲烷的聯(lián)苯溶液，反應3h，冷卻后用二氯甲烷提取，合并有機層，減壓蒸餾二氯甲烷，得類白色固體聯(lián)苯乙酮，95.6%。3、制備對嗎啉硫代酰甲基聯(lián)苯將聯(lián)苯乙酮與升華硫及嗎啉加入反應瓶中，攪拌下加熱至回流，反應7h，降溫后再加入甲醇，繼續(xù)攪拌0.5h，減壓濃縮，過濾，濾餅用甲醇洗滌，干燥，得類黃色固體縮合物對嗎啉硫代酰甲基聯(lián)苯，89.6%。4、制備聯(lián)苯乙酸將縮合物對嗎啉硫代酰甲基聯(lián)苯與甲醇及NaOH水溶液加入反應瓶中，攪拌下加熱至回流，反應8h后，萃取并回收甲醇，在殘留物中加入水，并用鹽酸中和，至pH=9時加炭過濾，濾液繼續(xù)酸化至pH=2，過濾，干燥，得聯(lián)苯乙酸粗品，收率65％[13]。5、產品分離純化用氨水-乙酸進行重結晶，氨水-乙酸重結晶精制率為90％，熔點為161-163℃。經HPLC法測定，乙酸重結晶法樣品有關物質雜志總量2％，雜質數(shù)5個。6、工藝優(yōu)化與后處理對合成聯(lián)苯乙酸第一步反應產物聯(lián)苯乙酮進行工藝優(yōu)化，以產物聯(lián)苯乙酮的收率作為考察指標，得到最優(yōu)條件為反應原料聯(lián)苯與乙酸酐物質的量的配比1：1.58，反應溫度為30℃，聯(lián)苯乙酮的產率最高[14]。中和萃取法:是工業(yè)過程和實驗室中常見的方法，它利用酸堿性有機化合物生成離子時溶于水而母體分子狀態(tài)溶于有機溶劑的特點，通過加入酸堿使母體化合物生成離子溶于水實現(xiàn)相的轉移，而用非水溶性的有機溶劑萃取非酸堿性雜質，使其溶于有機溶劑，從而實現(xiàn)雜質與產物分離的方法[15]。2.2設計研究主要內容對年產5萬噸聯(lián)苯乙酸的合成工段進行工藝設計，利用企業(yè)的車間設備和原料試劑，設計出合理高效的合成工藝，使能順利完成生產合成任務。內容主要包括如下幾個方面：1、綜述：介紹聯(lián)苯乙酸的化學結構、來源以及用途；介紹目前此行業(yè)的發(fā)展進程，存在問題及未來發(fā)展前景；介紹設計合成工段現(xiàn)有的工藝流程及其特點。2、設計任務及意義：針對聯(lián)苯乙酸合成工藝設計介紹設計任務及意義。（1）產品名稱及產量聯(lián)苯乙酸：50000t/年（2）年工作日、日產量及生產班制年工作日：300天/年。日產量：166668kg/天，3批/天，每批55556kg。生產班制：三班/天。3、合成工段介紹：詳細介紹合成工段流程和步驟，包括原料準備，反應步驟，分離與純化，產品收集及貯存，工藝優(yōu)化；選擇合適工藝路線。4、年產5萬噸聯(lián)苯乙酸的合成工段的工藝計算（1）物料衡算根據(jù)物料守恒原理對要設計的工段進行物料衡算，明確原料的量和組成。（2）熱量衡算依據(jù)能量守恒原理，根據(jù)物料衡算的數(shù)據(jù)，對物料衡算的工段進行熱量衡算。5、產品分離純化：選擇重結晶方法進行純化，用氨水-乙酸進行重結晶。6、工藝優(yōu)化設計與后處理：對合成聯(lián)苯乙酸第一步反應產物聯(lián)苯乙酮進行工藝優(yōu)化，以產物聯(lián)苯乙酮的收率作為考察指標，得到最優(yōu)條件。選用合適方法進行后處理。7、主要設備選型與計算：通過計算對設計工段中的主要設備進行設計，參照國標現(xiàn)有的設備類型選擇合適的設備。8、小結與設計結論：對整篇設計進行匯總總結得出結論。9、附錄：論文附錄展示。第3章物料衡算3.1物料衡算基礎3.1.1物料衡算基本理論在化工生產中，物料衡算是一個很重要的環(huán)節(jié)，是考察工藝成本、工藝穩(wěn)定性的一個重要因素，物料衡算是根據(jù)每一個工程設計項目的物料總體的年產量，通過對物料運輸全過程中進行運輸和操作所必須要求的物料數(shù)量進行衡算，得到的物料單耗、副產品數(shù)量、輸入過程中各種物料的損耗量等多種方法來進行計算的一種運輸工作過程。以質量守恒定律和化學計量關系為理論基礎，可得：當體系中生產過程的物料積累量為零，過程屬于穩(wěn)態(tài)生產過程時，那么上式寫成：3.2物料衡算過程根據(jù)上述生產周期表可得，每批聯(lián)苯乙酸生產總時間為8個小時，而每年的年產量為50000噸，因此將年生產日設計為300天，為了提高年生產批次且保證設備的利用率，每批投料間隔時間為8小時（但第一天不出料，即第三百天不投料），則每年生產的批次為：300×3=900批/年每批生產的聯(lián)苯乙酸的量為：50000÷900=55.5555噸/批根據(jù)工藝流程順序，采用逆推方法進行物料衡算，計算結果更加精確。3.2.1包裝工序物料衡算已知每批包裝好的聯(lián)苯乙酸為55.5555噸，設該工序的物料損耗率為0.5%，則每批輸出的聯(lián)苯乙酸為：55556÷(1-0.5%)=55835.2kg每批損耗的聯(lián)苯乙酸為：55835.2-55556=279.2kg3.2.2分解酸化反應物料衡算已知該反應的總收率為65%，聯(lián)苯乙酸的純度為85%；根據(jù)工藝描述該工序的化學反應式為：如上可得，每批參與生產的原輔料及溶劑如下，并查詢得到相關參數(shù)：123451671.1898根據(jù)工藝描述實驗過程中各個物料的投料情況，本次生產工藝均按工藝描述中的比例進行投料，本次各個物料的投料質量比如下：3.2112340.9950.9861①工序總平衡計算已知每批需要輸出的聯(lián)苯乙酸的量為55835.2kg，則計算如下：每批100%純度的聯(lián)苯乙酸的量為：55835.2×85%=47459.92kg每批理論生成的聯(lián)苯乙酸的量為：47459.92÷65%=73015.26kg則每批對嗎啉硫代酰甲基聯(lián)苯的輸入量為：73015.26×297÷212.25=102169.76kg102169.76÷98.52%=103704.59kg含有的雜質的量為：103704.59-102169.76=1534.83kg對嗎啉硫代酰甲基聯(lián)苯每批反應的量為：47459.92×297÷212.25=66410.34kg每批水輸入的量為：103704.59×0.98=101630.49kg含有的雜質的量為：91260.03×(1-98%)=1825.2kg每批水反應的量為：47459.92×2×18÷212.25=8049.73kg每批甲醇輸入的量為：103704.59×0.74=76741.39kg含有的雜質的量為：76741.39×(1-99.5%)=383.7kg每批氫氧化鈉輸入量為：103704.59×0.98=101630.49kg含有的雜質的量為：101630.49×(1-99.5%)=508.15kg每批鹽酸輸入量為：103704.59×0.99=102667.54kg含有的雜質的量為：102667.54×(1-99.94%)=61.6kg每批純化水的輸入量為：103704.59×1=103704.59kg輸出量計算：對嗎啉硫代酰甲基聯(lián)苯每批未反應的量為：102169.76-66410.34=35759.42kg水每批未反應的量為：101630.49-9874.93=91755.56kg甲醇每批未反應的量為：76741.39-383.7=76357.69kg氫氧化鈉每批未反應的量為：101630.49-508.15=101122.34kg鹽酸每批未反應的量為：102667.54-61.6=102605.94kg輸出總雜質的量為：1534.83+1825.2+383.7+508.15+61.6=4313.48kg每批生成聯(lián)苯乙酸的量為：55835.2×85%=47459.92kg每批生成嗎啉的量為：47459.92×86.67÷212.25=19379.74g每批生成硫化氫的量為：47459.92×34.08÷212.25=7620.41kg該工序總的物料平衡如下表：3.3純化水純化水水總收率為65%，已包括萃取、過濾干燥、重結晶，所以此些步驟不再重復計算損耗量，均按總收率進行計算。②萃取工序該步驟加入了純化水進行分層，聯(lián)苯乙酸均在有機層，嗎啉、硫化氫、雜質溶于純化水中，則：輸入量計算，每批反應液輸入量為：35759.42+76357.69+101122.34+102605.94+91755.56+19379.74+7620.41+4313.48+47459.92=486374.5kg每批加入的純化水的量為103704.59kg總輸入量為：486374.5+103704.59=590079.09kg輸出量計算每批有機層輸出量為：35759.42+76357.69+101122.34+102605.94+91755.56+47459.92=455060.87kg每批水層輸出量為：590079.09-455060.87=135018.22kg總輸出量為：455060.87+135018.22=590079.09kg③中和酸化工序該步驟始終進行酸化，加入了水、炭、鹽酸依次進行中和、過濾、酸化過程，該過程忽略加炭量，則輸入量計算每批反應液輸入量為35759.42+76357.69+101122.34+19379.74+7620.41+4313.48+47459.92+103704.59=395717.59kg每批加入鹽酸的量為102605.94kg每批加入水的量為91755.56kg總輸入量為：395717.59+102605.94+91755.56=590079.09kg輸出量計算35759.42+76357.69+101122.34+102605.94+91755.56+19379.74+7620.41+4313.48+47459.92+103704.59=590079.09kg總輸出量為：590079.09kg④過濾干燥工序該步驟不再重復計算損耗量，均按總收率進行計算；該步驟固液分離，則：輸入量計算每批含晶體溶液輸入量為：590079.09kg輸出量計算每批聯(lián)苯乙酸形成量為：47459.92kg每批廢液輸出量為590079.09-47459.92=542619.17kg總輸出量為：47459.92+542619.17=590079.09kg⑤重結晶工序用氨水-乙酸進行重結晶，該步驟不再重復計算損耗量，均按總收率進行計算；該步驟形成了晶體，則：輸入量計算每批有機層輸入量為：35759.42+76357.69+101122.34+102605.94+91755.56+47459.92=455060.87kg輸出量計算每批晶體（聯(lián)苯乙酸）形成量為：55835.2kg每批剩余溶液量為：455060.87-55835.2=399225.67kg總輸出量為：55835.2+399225.67=455060.87kg用氨水-乙酸進行重結晶，精制率為90％，則最終精制得到的聯(lián)苯乙酸的量為：55835.2×90％=50252.13kg3.2.3縮合反應工序物料衡算已知該反應的總收率為89.6%，對嗎啉硫代酰甲基聯(lián)苯的純度為98.52%。根據(jù)工藝描述，該工序的化學反應式為：如上可得，每批參與生產的原輔料及溶劑如下，并查詢得到相關參數(shù)： 1 1.25102 32.0740.795水62.26根據(jù)工藝描述實驗過程中各個物料的投料情況，本次生產工藝均按工藝描述中的比例進行投料，本次各個物料的投料質量比如下：3.512345純化水①工序總平衡計算已知每批需要輸出的對嗎啉硫代酰甲基聯(lián)苯（98.52%）的量為103704.59kg，則計算如下：每批100%純度的對嗎啉硫代酰甲基聯(lián)苯的量為：103704.59×98.52%=102169.76kg每批理論生成的對嗎啉硫代酰甲基聯(lián)苯的量為：102169.76÷89.6%=114028.75kg則每批聯(lián)苯乙酮的輸入量為：114028.75×196.24÷297=75343.44kg75343.44÷99.56%=75676.41kg含有的雜質的量為：75676.41-75343.44=332.97kg聯(lián)苯乙酮每批反應的量為：102169.76×196.24÷297=67507.72kg每批嗎啉輸入的量為：75676.41×0.57=43135.55kg含有的雜質的量為：43135.55×(1-99.5%)=215.67kg每批嗎啉反應的量為：102169.76×87.12÷297=29969.79kg每批升華硫輸入的量為：75676.41×5.64=426814.95kg含有的雜質的量為：426814.95×(1-99.5%)=2134.07kg每批升華硫反應的量為：102169.76×32÷297=11008.18kg每批甲醇的輸入量為：75676.41×1.02=77189.93kg含有的雜質的量為：77189.93×(1-99.5%)=385.94kg每批純化水的輸入量為：102169.76×10=1021697.6kg輸出量計算：聯(lián)苯乙酮每批未反應的量為：75343.44-67507.72=7835.72kg嗎啉每批未反應的量為：43135.55-30185.46=12950.09kg升華硫每批未反應的量為：426814.95-13142.25=413672.7kg甲醇每批未反應的量為：77189.93-385.94=76803.99kg輸出總雜質的量為：332.97+215.67+2134.07+385.94=3068.65kg每批生成對嗎啉硫代酰甲基聯(lián)苯的量為：102169.76kg（由上述分解酸化反應工序物料衡算可知）每批生成水的量為：102169.76×18.36÷297=6315.94kg該工序總的物料平衡如下表：3.6聯(lián)苯乙酮純化水純化水水6315.94總收率為89.6%，已包括減壓濃縮、過濾干燥，所以此些步驟不再重復計算損耗量，均按總收率進行計算。②減壓濃縮工序該步驟不再重復計算損耗量，均按總收率進行計算；該步驟蒸發(fā)了升華硫，設升華硫全部蒸發(fā)，則：輸入量計算每批反應液輸入量為：1644514.4kg輸出量計算每批升華硫蒸發(fā)量為：426814.95-2134.07=424680.88kg每批剩余溶液量為：1644514.44-424680.88=1219833.56kg總輸出量為：424680.88+1219833.56=1644514.44kg③過濾洗滌干燥工序該步驟不再重復計算損耗量，均按總收率進行計算；該步驟得到了對嗎啉硫代酰甲基聯(lián)苯，則：輸入量計算每批濃縮液輸入量為：1644514.44-424680.88=1219833.56kg輸出量計算每批對嗎啉硫代酰甲基聯(lián)苯輸出量為：103704.59kg（由分解酸化反應工序物料衡算可知）每批濾液量為：1219833.56-103704.59=1116128.97kg總輸出量為：103704.59+1116128.97=1219833.56kg3.2.4?；磻ば蛭锪虾馑阋阎摲磻目偸章蕿?5.6%，聯(lián)苯乙酮的純度為99.56%；根據(jù)工藝描述，該工序的化學反應式為：C12H10+C4H6O3→C14H12O+CH3COOH如上可得，每批參與生產的原輔料及溶劑如下，并查詢得到相關參數(shù)： 1 2 3 4 56 1.25107純化水 8乙酸CH3COOH根據(jù)工藝描述實驗過程中各個物料的投料情況，本次生產工藝均按工藝描述中的比例進行投料，本次各個物料的投料質量比如下：3.811234①工序總平衡計算已知每批需要輸出的聯(lián)苯乙酮的量為75676.41kg，則計算如下：每批100%純度的聯(lián)苯乙酮的量為：75676.41×99.56%=75343.43kg每批理論生成的聯(lián)苯乙酮的量為：75343.43÷95.6%=78811.12kg則每批聯(lián)苯的輸入量為：78811.12×154.21÷196.24=61931.63kg61931.63÷99.5%=62242.84kg含有的雜質的量為：62242.84-61931.63=311.21kg聯(lián)苯每批反應的量為：75343.43×154.21÷196.24=59206.63kg每批乙酸酐輸入量為：62242.84×1.58=98343.68kg含有的雜質的量為：98343.68×(1-99.5%)=491.71kg每批乙酸酐反應量為：75343.43×102.09÷196.24=39195.93kg每批二氯甲烷輸入的量為：62242.84×1=62242.84kg含有的雜質的量為：62242.84×(1-99.5%)=311.21kg每批氯化鋁輸入量為：62242.84×1=62242.84kg含有的雜質的量為：62242.84×(1-99.52%)=298.76kg每批純化水的輸入量為：75343.43×1=75343.43kg輸出量計算：聯(lián)苯每批未反應的量為：61931.63-59206.63=2725kg乙酸酐每批未反應量為：98343.68-39687.64=58656.04kg二氯甲烷每批未反應為：62242.84-311.21=61931.63kg氯化鋁每批未反應量為：62242.84-298.76=61944.08kg每批生成聯(lián)苯乙酮的量為：75343.43kg（由上述?；磻ば蛭锪虾馑憧芍┟颗梢宜岬牧繛椋?5343.43×60.06÷196.24=23059.14kg輸出總雜質的量為：311.21+491.71+311.21+298.76=1412.89kg該工序總的物料平衡如下表：3.9純化水純化水總收率為95.6%，已包括干燥工序和濃縮工序，所以此些步驟不再重復計算損耗量，均按總收率進行計算。②減壓蒸餾工序該步驟不再重復計算損耗量，均按總收率進行計算；該步驟全部蒸發(fā)了水、乙酸酐，除去了二氯甲烷，設二氯甲烷全部除去，則：輸入量計算每批反應液輸入量為：360415.6kg輸出量計算每批乙酸酐蒸發(fā)量：98343.68-491.71=97851.97kg每批水蒸發(fā)量為：75343.43×18÷196.24=6910.83kg其他物質蒸發(fā)量為：180309.4kg每批聯(lián)苯乙酮輸出量為：75343.43kg總輸出量為：97851.97+6910.83+180309.4+75343.43=360415.6kg第4章熱量衡算4.1概述根據(jù)對物料的衡算結果，由各種物料的處理能力、物料的性質和生產工藝的要求，結合各種設備的工藝和技術要求，制定出各種設備的類型、臺數(shù)、容積和主要規(guī)模，是實現(xiàn)組織、生產、經濟核算和最優(yōu)化的依據(jù)。能量守恒定律的方程為：輸入能量=輸出能量+累積能量熱量平衡方程式：①物料帶入到設備的熱量與物料離開設備帶走的熱量計算方程式：其中：m為輸入(或輸出)設備的物料量，單位是kg；為物料在(t1-t0)℃的定壓平均比熱容，單位是kJ/(kg·℃)；為基準溫度，為物料的實際溫度，單位均是℃。②過程熱效應()計算方程式：其中：各項計算單位均為kJ，為物理變化熱，為化學變化熱。③加熱、冷卻設備消耗的熱量()與設備向環(huán)境中散失的熱量()計算方程式：本次的熱損失取換熱量的10%，即的10%。由于工業(yè)生產連續(xù)操作少，通常和一起估算，熱損失為：5%~4.2比熱容計算本次生產過程中，部分物料的比熱容可以通過手冊查得，而不能查詢的化合物，采用原子摩爾熱的計算公式進行計算。式中n為i原子的摩爾數(shù)為i原子的摩爾熱為化合物的質量數(shù)常見的原子摩爾熱如下表4.1CHONS4123.4834嗎啉5.6561.93784.4592.68102.11聯(lián)苯6.6827.4639.5343.3658.86反應熱計算過程本次反應熱主要采用燃燒進行計算，燃燒熱以需氧原子mol數(shù)法進行計算，公式如下：式中x為燃燒需氧原子數(shù)，a,b為常數(shù)，與化合物基團有關。4.2.1酰化反應聯(lián)苯的燃燒計算：其燃燒需氧原子數(shù)為：x=12×2+10÷2=29根據(jù)該化合物的結構，其各個基團的a,b值如下表：4.4a,bab則該化合物的標準燃燒熱為：=99.9+29×51.78=1601.52kcal/mol聯(lián)苯乙酮的燃燒熱計算：其燃燒需氧原子數(shù)為：x=14×2+11÷2-1=32.5根據(jù)該化合物的結構，其各個基團的a,b值如下表：4.5a,bab苯4則該化合物的標準燃燒熱為：4.152.32kcal/水的生成熱為：-68.3kcal/mol則該化合物的標準反應熱為：68.31696.31601.52kcal/4.2.2縮合反應嗎啉的燃燒計算：其燃燒需氧原子數(shù)為：x=4×2+9÷2-1+1×2=13.5根據(jù)該化合物的結構，其各個基團的a,b值如下表：4.6a,bab嗎啉硫則該化合物的標準燃燒熱為：10.651.57706.79kcal/對嗎啉硫代酰甲基聯(lián)苯的燃燒計算：其燃燒需氧原子數(shù)為：x=18×2+19÷2-1+2×2=48.5根據(jù)該化合物的結構，其各個基團的a,b值如下表：4.7a,bab苯嗎啉硫則該化合物的標準燃燒熱為：15.448.551.612518.48kcal/水的生成熱為：-68.3kcal/mol則該化合物的標準反應熱為：68.32518.48706.7947.09kcal/4.2.3分解酸化反應其燃燒需氧原子數(shù)為：x=1×2+4÷21=3根據(jù)該化合物的結構，其各個基團的a,b值如下表：4.8a,bab酰基則該化合物的標準燃燒熱為：24351.96179.88kcal/聯(lián)苯乙酸的燃燒熱計算：其燃燒需氧原子數(shù)為：x=14×2+12÷2-2=32根據(jù)該化合物的結構，其各個基團的a,b值如下表：4.9a,bab苯嗎啉則該化合物的標準燃燒熱為：35.73252.011700.02kcal/則該化合物的標準反應熱為：68.3179.882518.481066.64kcal/4.3各個步驟的熱量衡算4.3.1?；磻獰崃亢馑阍O物料輸入時的溫度為30℃，按照30℃計算，以0℃為計算基礎溫度，則的計算：=(62242.84×6.68+98343.68×2.1+62242.84×1.35+62242.84×4.45)×(30-0)=29499371.13kJ的計算：=26.48-（30-20）×（7.46+3.36-6.68-2.1）=33.61kcal/mol已知該過程生成聯(lián)苯乙酮的物質的量為：75343.43÷196.24=383.93kmol=383.93×33.61×1000=12903887.3kcal=53991160.25kJ的計算：==（2725×6.68+58656.04×2.1+61931.63×1.35+61944.08×4.45+75343.43×7.46+23059.14×3.36）×（30-0）=34205407.16kJ+的計算：的計算：=34205407.16+0.1×-53991160.25-29499371.13求得=-54761249.13kJ-54761249.13×0.1=-5476124.913kJ4.3.2?；磻獪p壓蒸餾熱量衡算已知乙酸酐的沸點為139.8℃，因此蒸餾的溫度設置為140℃即可，該過程僅做蒸發(fā)過程，不涉及化學過程，進料溫度為室溫，以0℃為計算基礎，則的計算：==（2725×6.68+58656.04×2.1+61931.63×1.35+61944.08×4.45+75343.43×7.46+23059.14×3.36+75343.43×4.18）×（30-0）=43653473.28kJ的計算：該過程無反應熱，則為0kJ的計算：==（2725×6.68+58656.04×2.1+61931.63×1.35+61944.08×4.45+75343.43×7.46+23059.14×3.36+75343.43×4.18）×（140-0）=203716208.65kJ+的計算：的計算：=203716208.65+0.1×-43653473.28=177847483.74kJ=177847483.74×0.1=17784748.374kJ4.1104.3.3縮合反應熱量衡算已知該過程為1℃條件下完成，設物料輸入時的溫度為室溫，室溫按照25℃計算，以0℃為計算基礎溫度，則的計算=的計算=已知該過程生成對嗎啉硫代酰甲基聯(lián)苯的物質的量為：102169.76÷297=344kmol，則的計算的計算的計算求得=4.124.3.4縮合反應減壓濃縮熱量衡算已知升華硫的沸點為445℃，因此蒸餾的溫度設置為450℃即可，且該步驟加入了水，該過程僅做蒸發(fā)過程，不涉及化學過程，進料溫度為室溫，以0℃為計算基礎，則的計算：的計算該過程無反應熱，則為的計算的計算的計算04.3.5分解酸化反應熱量衡算502890954.374.3.6分解酸化反應重結晶熱量衡算=(35759.42×9.53+76357.69×2.49+101122.34×3.48+102605.94×0.79+103704.59×4.18+91755.56×4.18+19379.74×5.6+7620.41×2.68+47459.92×8.86）×（25-0）=58258747.93kJ4.150第5章設備選型與計算5.1選型基本原則5.2攪拌釜5.130000L 5.3?；磻?.130000L 5.4蒸餾釜5.130000L 5.5縮合反應釜5.430000L 6 5.6三效真空濃縮機424680.885.52000kg/h 30 304不銹 5.7過濾洗滌干燥一體機對嗎啉硫代酰甲基聯(lián)苯103704.59103704.595.10200m2 304不銹5.8分解酸化反應釜5.750000L 5.9萃取反應釜103704.595.820000L 5.10酸化反應釜該步驟始終進行酸化，加入了水、炭、鹽酸依次進行中和、過濾、酸化過程，該過程忽略加炭量，水的體積為91755.56L，鹽酸的體積為102605.94L，則總體積為：5.960000L 6 5.1