制药工程

1、用硫酸为催化剂，把CHP分解成苯酚和丙酮的反应是一级反应，今在一间歇，反应釜中进行反应，当反应经历30s时取样分析CHP的转化率为90%，欲使转化率达到99%，还需要多少时间?解：在间歇反应釜中进行一级反应，有：Afxk11ln1代入数据得：9.011ln130k解得：k=0.0768s-1当xAf=0.99时，s6099.01ln0768.01s3030602、在两个等容串联釜中进行某一级不可逆反应，A®R+P，反应条件下k=0.0006s-1。已知A的初始浓度CA0=4kmol/m3，A的处理量为V0=4.5m3/h。欲使最终转化率达到72%，试计算：(1)该多釜串联系统的总体积；(2)各釜的出口浓度。解：（1）2)1(11kxAN代入数据得：2)0006.01(1172.0解得：=1483s3071.3360014835.422mVVT（2）NAAkCC)1(01301/117.214830006.0141mkmolkCCAA32201/120.1)14830006.01(4)1(mkmolkCCAA2、某一级水解反应的反应速度方程式为rA=0.158CA，式中CA的单位为mol/（cm3·min）。已知CA0=1.5*104mol/cm3，进料流量为500cm3/min，现有2个有效容积为2L及1个有效容积为4L的搅拌反应釜可供利用，试确定：(1)用1个4L或2个2L的搅拌釜串联操作，何者转化率高？(2)若用2个2L的搅拌釜并联操作，能否提高转化率？解：(1)1个4L的搅拌釜操作时)1(0AFAFRxkxVV即)1(158.01050043AFAFxx解得558.0AFx2个2L的搅拌釜串联操作时625.0)500/2000158.01(11)1(112NAfkx故串联转化率较高。(2)2个2L的搅拌釜并联操作2个2L的连续釜并联相当于1个4L的连续釜，故不能提高转化率。或)1(158.01025023AFAFxx解得558.0AFx故不能提高转化率。3、在催化剂作用下，甲醇用空气氧化可制取甲醛。反应方程式如下：OHHCHOOOHCH2235.0为了保证甲醇有足够的转化率，在进料中空气过量50%，甲醇的转化率可达75%。已知甲醇的流量为3200kg/h，试对这一过程进行物料衡算，并将结果汇总于附表中。解：用空气氧化甲醇制取甲醛的反应方程式如下：OHHCHOOOHCH2235.0320.5´323018物料衡算示意图如下：输入：所需氧气的流量为：hkg/2400%150325.0323200所需空气的流量为:hkg/1035321.032292400其中惰性组分的流量为:hkg/7953240010353输出：甲醇的流量为：hkg/80025.03200甲醛的流量为：hkg/22503032%753200水的流量为：hkg/13501832%753200氧气的流量为：hkg/1200325.032%7532002400惰性组分流量为：7953kg/h物料衡算计算结果汇总于附表中。1、某厂小试用容积V1=9.36L的搅拌釜，釜直径D1=229mm，采用直径d1=76.3mm的涡轮式搅拌器，在转速n1=1273rpm时获得良好的生产效果。已知该搅拌器可按叶端圆周速度不变的放大准则进行放大，请根据小试实验数据设计一套容积V2=2m3的搅拌釜，即分别计算2m3的搅拌釜的直径D2、搅拌器的直径d2和转速n2。解：因大型设备与小型设备几何相似，所以大型搅拌釜的直径为：mmDVVD13692291036.923313122由2211dDdD得大型搅拌器的直径为：mmDdDd4562293.7613691222按叶端圆周速度不变即的放大准则进行放大，大型搅拌器的转速为：rpmddnn2134563.76127611122、醋酐稀水溶液25℃时连续进行水解，反应速度方程式为min)/(158.03cmmolCrAA醋酐浓度为1.534/10cmmol，进料流量为500cm3/min。现有2个2.5L和1个5L的搅拌反应釜可供利用，问：(1)用1个5L或2个2.5L的搅拌釜串联操作，何者转化率高(2)若用2个2.5L釜并联操作，能否提高转化率。(3)若用1个5L的管式反应器，转化率为多少解：(1)1个5L搅拌釜连续操作。由)1(0AFAFRxkxVV得：)1(158.01050053AFAFxx解得：612.0AFx2个2.5L的搅拌釜串联操作。min550025000VVR。N=2，则：688.0)5158.01(11)1(112NAFkx故串联转化率较高。(2)2个2.5L的搅拌釜并联操作)1(158.0105002503AFAFxx解得xAf=0.612故2个2.5L釜并联操作，不能提高转化率。(3)用1个5L的管式反应器由AFRxkVV11ln10得AFx11ln158.011050053解得xAf=0.7941、在搅拌良好的间歇釜式反应器中，用乙酸和丁醇生产乙酸丁酯，反应方程式为当丁醇过量时，反应动力学方程式为rA=kCA2，式中CA为乙酸浓度kmol/m3。已知反应速度常数k为1.04m3/（kmol·h），乙酸的初始浓度为1.5kmol/m3每小时处理的物料体积为1.5m3/h，乙酸的最终转化率为50%。试分别计算下列3种情况所需反应器的,总有效体积。(1)采用间歇釜式反应器，辅助操作时间为1h；(2)采用单台连续釜式反应器；(3)采用管式反应器。解：(1)采用间歇釜式反应器hxkCxAFAAF641.0)5.01(5.104.15.0)1(03`462.2)1641.0(5.1)(mVVhR(2)采用单台连续釜式反应器3220923.1)5.01(5.104.15.05.1)1(mxkCxVVVAFAAFhhR(3)采用管式反应器320962.0)5.01(5.104.15.05.1)1(mxkCxVVVAFAAFhhR1.在等温操作的间歇釜式反应器中进行一级液相反应，由测试知：反应物转化掉70%所需的反应时间为13min。试计算：(1)该反应在理想管式反应器中进行时，达到相同转化率所需的反应时间；(2)该反应在单台理想连续釜式反应器中进行时，达到相同转化率所需的反应时间。解：在间歇反应釜中进行一级反应，有：Afxk11ln1代入数据得：7.011ln113k解得：k=0.0926min-1(1)理想管式反应器：min1311ln1Afcxk(2)单台理想连续釜式反应器：min2.25)7.01(0926.07.0)1(AfAfxkx2.当水大量过量时，醋酐水解反应为一级反应。已知40℃时，反应速度常数k=0.38min-1，醋酐的进料浓度为2mol/L，进料流量为50L/min。现采用4个等温等容搅拌釜串联操作，要求转化率为99%，试计算所需反应器的总有效容积。解：多釜等容串联反应器：NANkx)1(11代入数据得：4)38.01(1199.0解得：=5.69minLVVR113869.5504403.某发酵釜内径D=2.1m，装液高度HL=3m，安装六叶直叶圆盘涡轮搅拌器。搅拌器的直径d=0.7m，转速n=150rpm，发酵液的密度r=1050kg/m3，粘度m=0.1Pa×s，求搅拌器所需的功率。注：对于六叶直叶圆盘涡轮搅拌器，当HL/d=3、D/d=3时，层流区，C=71；完全湍流区，K=6.1。当HL/d3、D/d3时，所求搅拌功率应乘以校正系数f，f的计算公式为：dDdHfL31解：4422101029.11.06010501507.0ndRe为完全湍流状态，所以kWWdnKP8.16168207.0)60150(10501.65353校正系数f为：20.17.01.27.033131dDdHfL故实际所需的搅拌器功率为：P=1.2016.8=20.2kW4、在搅拌良好的间歇釜式反应器中，用乙酸和丁醇生产乙酸丁酯，反应方程式为CH3COOH+C4H9OH——CH3COOC4H9+H2O。当丁醇过量时，反应动力学方程式为rA=kC2A式中CA为乙酸浓度，kmol·m-3。已知反应速度常数k为1.04m3·kmol-1·h-1，乙酸的初始浓度为1.75kmol·m-3，每小时处理的物料体积为1.23m3·h-1。若要求乙酸的转化率达到50%，每批辅助操作时间为0.5h，装料系数为0.7，试计算所需反应器的有效容积和总容积。解：hxkCxAfAAf55.0)5.01(75.104.15.0)1(0329.1)5.055.0(23.1)'(mVVhR384.17.029.1mVVRT5、已知用硫酸作催化剂时，过氧化氢异丙苯的分解反应符合一级反应的规律，且当硫酸浓度为0.03mol/L、反应温度为86℃时，其反应速度常数k为8.0×102s-1，若原料中过氧化氢异丙苯的浓度是3.2kmol/m3，要求每小时处理3m3的过氧化氢异丙苯，分解率为99.8%，试计算：(1)采用平推流反应器所需的容积；(2)采用全混釜所需的有效容积；(3)采用4个等容积全混釜串联所需的总有效容积。解：(1)采用平推流反应器所需的容积320647.0998.011ln3600100.81311ln1mxkVVVAfhhR（2）采用全混釜所需的有效容积322.5)998.01(3600100.813)1(mxkxVVVAfAfhhR(3)由NANkX)1(11得42)1081(11998.0解得=46.61s=0.0129h，则30155.00129.0344mVVR