3.1 物料衡算依据
物料衡算方程是用方程式进行物料衡算，第一先按分析所需要的物料来划定控制体;其次再选定要进行衡算的物料质量基准，对于间歇性的操作通常选取一批原料或是1kg的原料，同时对于连续性操作通常选取单位时间处理的物料量。根据质量守恒定律，总物料衡算方程式如下面所述：
∑GI=∑G0+∑GA 公式(3-1)
式中∑GI—输入体系中的总物料量
∑G0—输出体系中的总物料量
∑GA—物料在体系中的总积累量
对于稳态过程，物料在体系内没有累积，故∑GA=0
所以式(3-1)可简化为：
∑GI=∑G0 公式(3-2)
3.2 物料衡算
莫达非尼的年产计划为7吨，按每年300天，每天24小时(员工实行三班倒制度)的有效工作时间计算，日产量=年产量/年生产日=7/300=23.33kg。
由(5)→(1)产率：87.7%即 C15H13OSNH2 → C15H13OSONH2
分子量 257 273
m A*0.877 23.33kg
所以一天中(5)的理论质量：A=23.33*257/273/0.877=25.04kg
由(4)→(5)产率：86.4%即 C15H14O2S → C15H13OSNH2
分子量 258 257
m B*0.864 25.04kg
所以一天中(4)的理论质量:B=25.04*258/257/0.864=29.09kg
由(3)→(4)产率：87% 即 C13H12O→ C15H14O2S
分子量 184 258
M C*0.87 29.09kg
所以一天中(3)的理论质量：C=29.09*184/258/0.87=23.85kg
根据上述的方法可得(2)的理论质量：D=23.85*182/184=23.59kg
3.3 数据汇总
表3-1 物料衡算汇总表
|
项目 |
二苯甲酮 |
二苯甲醇 |
α - 二苯甲基硫代乙酸 |
α - 二苯甲基硫代乙酰胺 |
α - 二苯甲基硫酰乙酰胺 |
|
日需求量/Kg |
23.59 |
23.85 |
29.09 |
25.04 |
23.3 |
|
年需求量/Kg |
7077 |
7155 |
8727 |
7512 |
7000 |
第四章 能量衡算
通常在对设备进行挑选中，对一些没有特殊的传热要求的设备通常可以由物料的性质、物料处理量以及工艺要求从而进行该设备的工艺设计，根据上面的选择来确定该设备的型式、容积、台数及重要的尺寸;但是对于一些有特殊传热要求的设备，那就一定要通过能量衡算，从而才能确定设备的重要工艺尺寸。在合成药物的生产过程中无论是进行物理过程的设备还是进行化学过程的设备都是大多数伴有能量的传递，所以一定要进行能量衡算。
4.1概述
能量衡算的目的是确定设备的热负荷。从而根据确定的设备热负荷，生产工艺要求以及物料的某些特殊性质从而来选择传热面的型式和计算传热面积以及确定设备的尺寸。能量衡算的主要依据是能量守恒定律。在我的设计当中物料的能量衡算可以简化为物料的热量衡算。它是以物料衡算的结果为基础从而进行计算。另外，还一定要收集有关物料的热力学数据。热量衡算所需要的资料都来源于化学反应所产生的热效应、中间体、原料和生成品的热容以及相变焓。物料传热所需要的冷却剂或加热剂的量同样也是以热负荷为依据来进行计算得到的。
4.2 能量平衡方程式
能量衡算的理论基础是热力学的第一定律，也就是能量守恒定律。当动能、内能、位能的变化量可以忽略不计并且无轴做功的时候，整个系统中输入系统的热量与离开系统的热量平衡，由此可得出传热设备的热量平衡方程式：
Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 公式(3-3)
式中：Q1—物料带入设备所需的热量，kJ;
Q2—冷却剂或加热剂传递给设备及所处理物料的热量或冷量，kJ;
Q3—过程中的热效应，kJ;
Q4—物料带出设备的热量，kJ;
Q5—加热或冷却设备所需要的热量或冷量，kJ;
Q6—设备向环境所流失的热量，kJ。
化合物的比热容：
C=1/M∑nCa KJ/(kg .℃) 公式(3-4)
n--------分子中同种元素原子数
M-------化合物分子量
Ca-------元素的原子比热容KJ/(kg .℃) ;其值见下表：
元素原子的比热容表
|
元素 |
Ca kJ/(kg .℃) |
元素 |
Ca kJ/(kg .℃) |
元素 |
Ca kJ/(kg .℃) |
|
C |
7.535 |
F |
20.93 |
H |
9.628 |
|
S |
22.604 |
B |
11.302 |
P |
22.604 |
|
Si |
15.907 |
O |
16.74 |
其他 |
25.953 |
二苯甲酮(C13H10O)
C=(7.535*13+9.628*10+16.74)/182=1.159 kJ/(kg .℃)
二苯甲醇(C13H12O)
C=(7.535*13+9.628*12+16.74)/184=1.251 kJ/(kg .℃)
α - 二苯甲基硫代乙酸(C15H14O2S)
C=(7.535*15+9.628*14+16.74*2+22.604)/258=1.178 kJ/(kg .℃)
④α - 二苯甲基硫代乙酰胺(C15H13OSNH2)
C=(7.535*15+9.628*13+16.74+22.604+25.953+9.628*2)/257=1.256 kJ/(kg .℃)
⑤α - 二苯甲基硫酰乙酰胺(C15H13OSONH2)
C=(7.535*15+9.628*13+16.74*2+22.604+25.953+9.628*2)/273=1.244 kJ/(kg .℃)
⑴α - 二苯甲基硫代乙酸的能量衡算：
进料温度25℃，进二苯甲醇23.85kg，向环境散热Q=23.85kg*0℃*1.251 kJ/(kg .℃)=0kJ
进料温度95℃，出料温度25℃
Q1=23.85kg*1.251kJ/(kg .℃)*(95-25℃)=2088.545kJ
二苯甲醇带走的热量为Q2=23.85kg*1.251kJ/(kg .℃)*(95-25℃)=2088.545kJ
α- 二苯甲基硫代乙酸带走的热量Q3=29.09kg*1.178kJ/(kg .℃)*(95-25℃)=2398.761kJ
根据能量守恒，设备生产所需要的热量为2398.761kJ
⑵α - 二苯甲基硫代乙酰胺的能量衡算：
进料温度25℃，进α - 二苯甲基硫代乙酸29.09kg，向环境散热Q=29.09kg*0℃*1.178kJ/(kg .℃)=0kJ
进料温度95℃，出料温度25℃
Q1=29.09kg*1.178kJ/(kg .℃)*(95-25℃)=2398.761kJ
α - 二苯甲基硫代乙酰胺带走的热量Q3=25.04kg*1.256 kJ/(kg .℃)*(95-25℃)=2201.517kJ
根据能量守恒原则，设备所需要的热量为 2201.517kJ
⑶ α - 二苯甲基硫酰乙酰胺的能量衡算：
进料出料温度均为25℃，主要是反应釜耗能，大概20小时反应完成，所以耗能为1.5kJ*20=30kJ
第五章 车间布置 设备选择 厂址选择
5.1设备选择
5.1.1概述
生产工艺设计的第三个步骤是进行设备选型。生产原料药的主要设备有反应设备、萃取设备、结晶设备、蒸馏设备、干燥设备、蒸发设备、贮存设备、和药用灭菌设备等。正确的设备选择需要考虑以下几个问题：
1、设备的热负荷问题。这一步需要在热量衡算的基础上进行考虑。
2、设备之间的平衡问题。大致有以下几种情况：
(1)反应釜之间的位置平衡
(2)反应釜与进行物理反应设备之间的平衡
(3)反应釜与贮藏、计量槽之间的平衡
为了解决上述几个平衡问题，在设计的时候首先确定主要反映工序的设备个数、容积及每天需要操作的批数，其次确保其他工序的a值都与上述相同，最后再确定各道工序的设备个数与容积。当设备的操作时间较长时，通常需要设置中间贮槽，储存反应完成液，以免两个工序因操作不协调而耽误时间。液体原料经过计量后加入反应釜，反应釜配置单独专用的计量贮槽，以方便操作。
5.1.2反应罐的选择
根据上面物料衡算和热量衡算计算出来的结果来进行设备选择
各项参数：①压力：罐体=0.2 MPa, 0.4MPa, 0.6 MPa, 1.0 Mpa;夹 =0.6 Mpa。②搅拌器：没有特殊的参数。③减速机：立式摆线减速机。④轴封：单端面机械密封，填料密封，双端面机械密封。⑤耐腐蚀性：对于各种浓度的有机酸、无机酸及弱碱等介质均有极强的抗腐性。但对于氢氟酸、强碱及含氟离子介质等不适用。⑥耐冲击性：设备耐机械冲击的标准指标为220-10-3J，同时在使用时应当避免硬物冲击。⑦绝缘性：设备的外表瓷面应当经过20KV高电压试验的严格检验。⑧耐温性：当温度急剧变化是应当适应(冷冲击110℃，热冲击120℃)。
主要参数：设备容积(L)：150,换热面积(m2)：5.34,计算容积(L)：170,主要尺寸(mm)：1154,传动装置型号：BLD-3,搅拌转速(锚式)(r/min)：63,叶轮式：130,搪玻璃管口(mm)：100,夹套管进(出)口：3-32,参考重量(kg)：250。
5.1.3结晶釜的选择
结晶釜可分为汽液分离器、加热蒸发室、搅拌器、加热夹套四部分。根据规格所需的结晶釜需要在夹套加热的基础上再经过多方面的研究,从而设计了内循环加热、内加热和蒸发结晶锅。所选择的设备与产品有接触部分,所以封底能加工成多样的形态。设备应装有视镜,从而来观察反应的情况。锅体上的内入孔是为了清洗、维修的方便,通过计算蒸发所需的面积需要在下锅部分焊上适合高度的加热夹套。
5.1.4干燥器的选择
选择干燥器的时候应该考虑以下的条件：
(1)物料的理化特性
(2)物料的干燥特性
(3)干燥产量的具体要求以及远景的规划。
(4)所需物料的商品价值及干燥情况对其的影响。
(5)对物料回收率的要求。
(6)可以利用的热源
(7)过去物料的干燥方法
(8)干燥物料的过程中上下工艺程序。
(9)有无特殊要求的安装场地大小。
(10)环保要求
(11)操作人员水平以及维修能力。
(12)当地年均气温、湿度。
所选择的干燥器型号为：FD-8 这种干燥器的效率高，并且物料干燥均匀、噪音低、能源损耗少，所以特别适用于散装物料。
