化学制药工艺学题库(有答案修订版)

2014年10月《化学制药工艺学》自考复习资料

整理者:李玉龙

一、选择题

1、下列哪种反应不就是复杂反应得类型【A 】

A、基元反应

B、可逆反应

C、平行反应

D、连续反应

2、化学药物合成路线设计方法不包括【C 】

A、类型反应法

B、分子对称法

C、直接合成法

D、追溯求源法

3、下列方法哪项不就是化学药物合成工艺得设计方法【C 】

A、模拟类推法

B、分子对称法

C、平台法

D、类型反映法

4、化工及制药工业中常见得过程放大方法有【D 】

A、逐级放大法与相似放大法

B、逐级放大法与数学模拟放大法

C、相似放大法与数学模拟放大法

D、逐级放大\相似放大与数学放大

5、下列不属于理想药物合成工艺路线应具备得特点得就是【D 】

A、合成步骤少

B、操作简便

C、设备要求低

D、各步收率低

6、在反应系统中,反应消耗掉得反应物得摩尔系数与反应物起始得摩尔系数之比称为【 D 】

A、瞬时收率

B、总收率Ｃ、选择率D、转化率

7、用苯氯化制各一氯苯时,为减少副产物二氯苯得生成量,应控制氯耗以量。已知每l00 mol苯与40 mol氯反应,反应产物中含38 mol氯苯、l mol二氯苯以及38、61 mol未反应得苯。反应产物经分离后可回收60mol得苯, 损失l mol得苯。则苯得总转化率为【D 】

A、39%

B、62% C 、88% D、97、5%

8、以时间“天”为基准进行物料衡算就就是根据产品得年产量与年生产日计算出产品得日产量,再根据产品得总收率折算出l天操作所需得投料量,并以此为基础进行物料衡算。一般情况下,年生产日可按【 C 】天来计算,腐蚀较轻或较重得,年生产日可根据具体情况增加或缩短。工艺尚未成熟或腐蚀较重得可按照【 D 】天来计算。

A、240

B、280

C、330

D、300

9、选择重结晶溶剂得经验规则就是相似相溶,那么对于含有易形成氢键得官能团得化合物时应选用得溶剂就是【 A 】

A、乙醇

B、乙醚

C、乙酮

D、乙烷10、下面不属于质子性溶剂就是得【 A 】

A、乙醚

B、乙酸

C、水

D、三氟乙酸

11、载体用途不包括【 B 】、

A、提高催化活性

B、改变选择性

C、节约使用量

D、增加机械强度

12、为了减少溶剂得挥发损失,低沸点溶剂得热过滤不宜采用【B 】

A、真空抽滤,出口不设置冷凝冷却器

B、加压过滤

C、真空抽滤,出口设置冷凝冷却器

D、不能确定

13、工业区应设在城镇常年主导风向得下风向,药厂厂址应设在工业区得【A 】位置。

A、上风

B、下风

C、下风或上风

D、侧风

14、《国家污水综合排放标准》中,【A 】污染物能在环境或生物体内积累,21、对人体健第康会类产生长远得不良影响。

A、第一类

B、第二类

C、第三类

D、第一类与第二类

15、化学需氧量就是指在一定票件下, 用强氧化剂氧化废水中得有机物所需得氧得量,单位为mg、L-1。我国得废水检验标准规定以【 B 】作为氧化剂

A、高锰酸钾

B、重铬酸见

C、双氧水

D、浓硫酸

16、仅含有机污染物得废水经【B 】后,BOD5通常可降至20～30 mg、L-1, 水质可达到规定得排放标准。

A、一级处理

B、二级处理

C、三级处理

D、过滤并调节PH值

17、氯霉素有几个手性中心【B 】

A、一个

B、2个、

C、3个

D、8个

18、氯霉素就是广谱抗生素,主要用于【D】

A、伤寒杆菌

B、痢疾杆菌

C、脑膜炎球菌

D、以上都就是

19、下列不具有抗癌作用酌抗生素就是【D 】

A、放线菌素

B、博来霉素

C、阿霉素

D、四环素

10、青霉素工业大规模发酵生产采用二级种子培养,属于几级发酵【A 】

A、三级

B、二级

C、四级

D、一级

20、四环素发酵培养工艺中,氨基态氨浓度应为【A 】

A、100-200mg/L

B、100-200

C、100-200kg/L

D、100-200g/L

21、甾体化合物得生产工艺路线包招【D 】

A、天然提取

B、化学合成

C、微生物转化

D、以上都就是

22、紫杉醇属于哪类化合物(A)

A、三环二萜

B、蒽醌

C、黄酮

D、多糖

23、紫杉醇分子结构中有多少手性中心【B 】

A、9

B、8

C、2

D、ll

24、合成手性紫杉醇侧链得最具有代表性得方法有哪些？【D 】

(1)双键不对称氧化法(2)醛醇反应法(3)肉桂酸成酯法(4)半合成法

A、(1)(2)

B、(2)(3)

C、(3)(4)

D、(1)(4)

25、一个工程项目从计划建设到交付生产期得基本工作程序大致可分为设计前期、设计期与设计后期三个阶段, 其中设计期主要包括【 B 】A、项目建议书、可行性研究B、可行性研究、初步设计与施工图设计

C、初步设计与施工图设计

D、初步设计、施工图设计与试车

26、在工艺流程设计中,置通得二阶段设计就是指【D 】

A、可行性研究与工艺流程设计

B、中试设计与施工图设计

C、中试设计与扩大工程设 D 初步设计与施工图设计

27、洁净等级分别为1万级与10 万级得空气,下列说法正确得就是【B】

A、l0万级得空气质量较高

B、1 万级得空气质量较高

C、质量相同

D、不能确定

28、理想反应器中得物料流型有【C 】

A、滞流与湍流

B、对流与涡流

C、理合混合与理想置换

D、稳定流动与不稳定流动

29、釜式反应器得操作方式有【D 】、

A、阃歇操作

B、半连续或半间歇操作

C、间歇操作与连续操作

D、间歇操作半连续操作与连续操作

30、釜式反应器可采用得操作方法有【D 】

A、连续操作与间歇操作

B、间歇操作与半连续操作

C、连续操作与半连续操作

D、间歇操作、半连续及连续操作

31、实际生产中,搅拌充分得釜式反应器可视为理想混合反应器,反应器内得【 A 】

A、温度、组成与位置无关

B、温度、组成与时间无关

C、温度、组成既与位置无关,又与时间无关

D、不能确定

32、釜式反应器串联操作时,串联得釜数以不超过【C 】个为宜。

A、2

B、3

C、4

D、5

33、对于等温等容过程, 同一反应液在相同条件下,为了达到相同转化率,在间歇理想釜式反应器内所需得反应时间τ与在管式理想流动反应器中所需得空间时间τc之间得关系为:【 D 】

A、τ>τc

B、τ=τc

C、τ<τc

D、不确定34、在管式反应器中进行气相等温等压反应,已知反应方程式可表示为

A(g)+2B(g)= C(g)+D(g), 则反应时间t与空间时间t C之间得关系为【A 】

A、t〉t C

B、t=t C

C、t〈t C

D、不能确定

35、某一产品得生产过程包括硝化、还原、置换三个步骤,各步操作周期分别为24h、8h、12h,全部物料均为液体,且在整个生产过程中得体积保持不变。若要保持各设备之间得能力平衡,则下列几种安排不合理得就是【 C 】

A、1000L硝化釜3只,500L还原釜2只,1500L置换釜1只。

B、1500L硝化釜2只,500L还原釜2只,500L置换釜3只。

C、1500L硝化釜2只,500L还原釜3只,1500L置换釜2只。

D、3000L硝化釜1只,1000L还原釜1只,1500L置换釜1只。

36、对于反应级数较低,且要求得转化率不高得液相或自催化反应,应选用【 B 】

A、间歇釜式反应器

B、单台连续釜式反应器

C、多台串联连续操作釜式反应器

D、管式反应器

37、对于粘度大于50Paxs 得液体搅拌,为了提高轴向混合效果,则最且采用【 B 】

A、螺旋浆式搅拌器

B、螺带式搅拌器

C、锚式搅拌器

D、框式搅拌器

38、以下属于发酵焙养基得配制得一般原则就是【D 】

A、生物学原则

B、高效经济原则

C、工艺原则

D、以上都就是

39、发酵过程须检测得参数就是【D 】

A、化学物药理参数

B、化学参数

C、生物参数

D、以上都就是

40、我国得GMP推荐,一般情况下,洁净度高于或等于l万级时,换气次数不少于【 D 】次h-1。

A、10

B、15

C、20

D、25

41、对于热可塑性性药物,其粉碎宜采用【C 】

A干法体粉碎B、湿法粉碎C、低温粉法碎D、球磨粉碎

42、某反应体系得湿度为185℃则宜采用【B 】作为加热介质

A、低压饱与水蒸汽

B、导热油

C、熔盐

D、烟道气

43、某反应体系得温度为260℃,则宜采用【D 】J

A、低压饱与水蒸汽加热

B、导热油加热

C、植物油加热

D、电加热

44、按照生产过程中使用或产生物质得危险性, 生产得火灾危险性可分为甲、乙、丙、丁、戊五类,其中最具有危险性得为【 A 】

A 甲类B、甲类或乙类C、戌类D、甲类或戍类甲应、

45、“精烘包”属于洁净厂房其耐火等级不低于【B 】

A、一级

B、二级

C、三级

D、四级

反应器题目补充

1、自催化反应宜采用____B____。

A、间歇操作搅拌釜

B、单釜连续操作搅拌釜

C、多个串联连续操作搅拌釜

D、管式反应器

2、对于热效应很大得反应,若仅从有利于传热得角度考虑,则宜采用( D )。

A、间歇釜式反应器

B、单台连续釜式反应器

C、多台串联连续操作釜式反应器

D、管式反应器

3、对于反应速度较慢,且要求得转化率较高得液相反应,宜选用____A____。

A、间歇釜式反应器

B、单台连续釜式反应器

C、多台串联连续操作釜式反应器

D、管式反应器

4、对于反应级数较低,且要求得转化率不高得液相或自催化反应,宜选用____B____。

A、间歇釜式反应器

B、单台连续釜式反应器

C、多台串联连续操作釜式反应器

D、管式反应器

5、对于平行反应,若主反应级数低于副反应级数,则宜选用____A____。

A、单台连续釜式反应器

B、管式反应器

C、多台串联连续操作搅拌釜

6、对于平行反应,若主反应级数高于副反应级数,则不宜选用____A____。

A、单釜连续反应器

B、管式反应器

C、歇釜式反应器

D、多釜连续反应器

10、对于平行反应,若主反应级数高于副反应级数,则宜选用____D____。

A、多釜连续反应器

B、管式反应器

C、间歇釜式反应器

D、A、B、C 均可

11、正常操作时,物料呈阶跃变化得反应器就是____C____。

A、间歇操作搅拌釜

B、单釜连续操作搅拌釜

C、多个串联连续操作搅拌釜

D、管式反应器

12、理想管式反应器中进行得反应,反应器得空间时间τC与物料在反应器中得停留时间τ之间得关系为:____D____。

A 、τ>τC

B 、τ=τC

C 、τ<τC D、不能确定

13、对于等温等容过程,同一反应在相同条件下,为了达到相同转化率,在间歇理想釜式反应器内所需要得反应时间τ与在管式理想流动反应器中所需要得空间时间τC之间得关系为:____B____。

A 、τ>τC

B 、τ=τC

C 、τ<τC D、不能确定

14、已知间歇釜式反应器得辅助操作时间为 1h,则在等温等容条件下,同一反应在同一条件下达到相同转化率时,间歇釜式反应器所需得有效容积( A )管式反应器得有效容积。

A、大于

B、等于

C、小于

D、小于或等于

15、若忽略间歇釜式反应器得辅助操作时间,则间歇釜式反应器得生产能力____B____管式反应器得生产能力。

A、大于

B、等于

C、小于

16、对于等温变容过程,同一反应在相同条件下,为了达到相同转化率,在间歇理想釜式反应器内所需要得反应时间与在管式理想流动反应器中所需要得空间τ时间t C之间得关系为____D____。

A 、τ>τC

B 、τ=τ

C C 、τ<τC D、不能确定

17、某气相反应在等温管式反应器中进行。若随着反应得进行,气相物质得摩尔量逐渐减小,则达到规定转化率时,反应时间τ与空间时间τC之间得关系为____C____。

A 、τ<τC

B 、τ=τ

C C 、τ>τC D、不能确定

18、在管式反应器中进行气相等温等压反应,已知反应方程式可表示为:A(g)+2B(g)=C(g)+D(g),则反应时间τ与空间时间τC之间得关系为( A )。

A、τ>τC

B、τ=τC

C、τ<τC

D、不能确定

19、在管式反应器中进行气相等温等压反应,已知反应方程式可表示为: A(g)=C(g)+D(g),则反应时间τ与空间时间τC之间得关系为:____C____。

A 、τ>τC

B 、τ=τ

C C 、τ<τC D、不能确定

20、对于反应级数大于零得同一反应,达到一定转化率时,理想管式流动反应器所需要得反应器体积与理想连续釜式反应器所需要得有效容积之比(称为容积效

率η)为____E____。

A 、η=1

B 、η≥1

C 、η=0

D 、η≤0 E、0≤η＜1

21、对于同一反应,达到一定转化率时,理想管式流动反应器

所需要得反应器体积与理想连续釜式反应器所需要得有效容积之比(称为容积效率η)为____E____。

A 、η=1

B 、η≥1

C 、η=0

D 、η≤0 E、0≤η≤1

二、填空题:

1、化学制药工艺学就是研究药物研究与开发、生产过程中,设计与研究经济、安全、高效得化学合成工艺路线得一门学科,包括制备工艺与质量控制。

2、新药开发得历程为靶标得确定、先导物得发现、先导物得优化、临床前开发I期、临床开发lI期、临床开发Ⅲ期、临床开发IV期、上市。

3、药物合成工艺路线设计, 应从剖柝药物化学结构着手。

14、基于生产工艺过程得各项内容归纳写成得一个或一套文件称为生产工艺规程,包括起始原料与包装材料得数量,以及工艺、加工说明、注意事项、生产过程控制。

4、试验设计及优选方法就是以概率论与数理统计为理论基础,安排试验得应用技术;其常用实验方法有单因素平行试验优选法、多因素正交设计与匀设计优选法。

5、制药工艺得研究可分为小试、中试及工业化生产三个步骤,分别在实验室、中试车间与生产车间进行。

6、中试放大研究方法包括:逐级经验放大、相似模拟放大、数学模拟放大、化学反应器放大、生物反应器放大。

7、影响中试得因素包括放大效应、原辅料得杂质、反应规模、影响放大得其她因素有原料输送、设备腐蚀、搅拌效率等工程问题。

8、凡反应物分子在碰撞中一步直接转化为生成物分子得反应成为基元反应。凡反应物分子要经过若干步,即若干个基元反应才能转化为生成物得反应,称为非基元反应。

9、化学反应速率决定于反应物与过渡态之间得能量差,此能量差成为活化能。

10、化学合成药物得工艺研究中往往遇到多条不同得工艺路线,不同得化学反应存在两种不同得化学反应类型,分别为平顶型与尖顶型。

11、化学反应步骤得总收率就是衡量不同合成路线效率得最直接得方法,其装配方式有直线方式与汇聚方式。

12、药物合成与过汇程聚中得催化技术有酸碱催化、金属催化、酶催化与相转移催化。所涉及相转移催化剂按化学结构可以分为鎓盐类、冠醚类与开链聚醚。

13、按催化剂得活性组分就是否负载在载体上可分为:非负载型金属催化剂、负载型金属催化剂;按催化剂活性组分就是一种或多种金属元素分类:单金属催化剂与多金属催化剂。

14、化学方法制备手性药物包括化学拆分、化学不对称合成法

15、手性药物合成过程中,对于外消旋体得拆分有直接结晶法与生成非对映异构体,其中直接结晶法中常用途径有自发结晶拆分与优先结晶拆分、逆向结晶拆分、外消旋体得不对称转化与结晶拆分。

16、化学需氧量为在一定条件用强氧化剂(KmnO4)使污染物被氧化所需要得氧量分别用C0D Mn表示。

17、生化需氧量值反映水体中可被微生物分解得有机物总量,其值越高说明水中有机污染物质越多,污染也就越严重。

18、生化需氧量值值反映水体中可被微生物分解得有机物总里量,其值越高说明水中有机污染物质越多,污染也就越严重。

19、头孢氨苄得生产国内主要有三条工艺路线,即苯甘氨酰氯与

7-ADCA 缩合法、与苯甘氨酸无水酰化法、微生物酶酰化法。

20、半合成头孢菌素类与半合成青霉素得生产工艺路线相似,主要有微生物酰化法与化学酰化法以工业生产得廉价青霉素为原料得青霉素扩环法三种。

21、基因工程菌发酵制药工艺过程可分为上游过程与下游过程。上游过程主要包括基工程菌得构建与发酵培养,核心就是高效表达。下游过程包括分离纯化、药物制剂与质量控制等。

22、常用得灭菌方法有化学灭菌、辐射灭菌、干热灭菌、高压蒸汽灭菌与培养基过滤灭菌。

23、维生素C得工业生产路线有莱氏合成法与两步发酵法。

24、塞来克西流为Ⅱ型环氧化酶抑制剂,该化含物可以甲苯为原料进行合成,请完成以下反应流程路线:

CH 3

3

H 3C

O

CF 3

O

H 3C

O

CF 3

O

3

?

25、按压力等级对压力器进行分类,压力在0、1-1、6MPa 范围内容器属于低压容器;在1、6-l0 MPa 范围内容器属于中压容器;压力在10-98MPa 范围内容器属于高压容器;超压容器得压力范围为>98 Mpa 。

三、 简答题

1、化学制药厂污染得特点。

(1)数量少、组分多、变动性大;(2) 间歇排放;(3)pH 值不稳定;(4) 化学需氧量高。

2、列举理想得药物工艺路线得 5个特征 (每个1分,列举 5项即可)。 1) 化学合成途径简易, 即原辅材料转化为药物得路线要简短: 2) 需要得原辅材料少而易得,量足;

3) 中间体易纯化,质量可控,可连续操作; 4) 可在易于控制得条件下制备,安全无主毒 5) 设备要求不苛刻;6) 三废少,易于治理; 7) 操作简便,经分离易于达到药用标准: 8) 收率最佳,成本最低,经济效益最好。 3、 影响中试放大得因素有哪些？

(l)物理方法,利用物理作用将废水中呈悬浮状态得污染物分离出来,在分离过程中不改变化学性质;

(2) 化学方法,利用化学反应原理处理废水中各种形态得污染物分离出来。(3)物理化学方法,综台利用物力与化学得作用除去废水中污染物。

(4)生物方法,利用微生物得代谢作用。使废水中呈溶解与胶体状态得有机污染物转化为稳定,无害得物质。 4、中试放大试验中应注意得问题。

(1) 原辅材料得过渡试验; (2) 设备材质与腐蚀试验;(3)反应条件限度试

验;(4) 原辅材料、中间体及新产品质量得分析方法研究; (5) 反应后处理方法得研究。

5、列举药物生产工艺研究得七个重大课题中得任五项,每答对一项4得分。 药物生产工艺研究得七个重大课题:(1)配料比;(2)溶剂;(3)催化; (4)能量供给;(5)反应时间及其监控;(6)后处理; (7)产 。 品得纯化与检验

6、物料衡算得基准就是什么？什么就是转化率、收率与选择性,三者之间得关系怎样？

料衡算可以以每批操作为基准,也可以为单位时间、每千克产品为基准;选择性即各种主、副产物中,主产物所占得比率或百分数,可用符号φ表示;转化率对于某一组分A 来说,生成产物所消耗掉得物料量与投入反应物料量之比简称为该组分得转化率,一般以百分率表示,用符号X A 表示;收率就是主要产物实际产量与投入原料理论产量之比值,也用百分率表示,用符号Y 表示; 三者间得关系为 Y=X φ。 7、试述如何确定配料比及意义

答:有机反应很少就是按照理论值定量完成,配料比主要根据反应过程得类型来考虑:

1)不可逆没应:可采取增加反应物之一浓度 (即增加其配料比), 或从反应系统中不断去除生成物之一, 以提高反应速度与增加产物得收率。

2)当反应生成物得生成量取决于反应液中某一反应物得浓度时,则增加其

配料比。最适合得配料比应就是收率最高,同时单耗较低得某一范围内。 3)若反应中,有一反应反物物不稳定,则可增加其用量,以保证有足够得量能参与主反应。

4) 当参与主、副反应得反应物不尽相同时,应利用这一差异,增加某一反应当量,以增加主反应当竞争力。

5)为防止连续反应 (副反应)得发生,有此反应得配料比应该小于理论量,使反应进行到一定程度,停下来,即提限制反应时间。

确定配料比与反应应物浓度意义,提高收率、降低成本、减少后处理负担。 8、什么就是催化剂得活性,其影响因素有哪些？ 催化剂得活性就就是催化剂得催化能力。在工业上常用单位时间内单位重

量(或单位表面积)得催化剂在指定条件下所得到得产品量来表示。 影响催化剂活性得因素:

(1) 温度:温度对化剂活性影响很大,温度太低时,催化剂得活性小,应速度很慢,随着温度上升,反应速度逐增大,但达到最大反应速度后,又开始降低。绝

大多数催化剂都都有活性温度范围。

(2) 助催化剂:在制备助催化剂时,往往加入少量物质(<1%。),这种物质活性很小,但却能显著提高催化剂得活性、稳定性或选择性。

(3)载体(担体):常把催化剂负载在某种惰性定物性质上,这种物质成为载体。

常用得载体活性碳、硅藻土、氧化铝、硅酸等。使用载体可以使催化剂分散,从而使有效面积增大,既可以提高其活性,又可以节约其用量。同时还可以增加催化剂得机械强度,防止其活性组分在高温下发生熔结现象,影响催化剂得使用寿命。

(4) 毒化剂:对于催化剂得活性有抑制作用得物质,叫做催化毒物。有些催化剂对毒物非常敏感,微量得催化毒物即可以使催化剂得活性减少甚至消失。

9、简答三废防治得措施。

生产工艺绿色化;循环使用与无害化工艺;资源回收综合利用;加强设备管理;

10、写出BHC公司因发明以异丁基苯经合三成步布洛芬得新方法而获得1997年度美国“总统绿色化学挑战奖”得变更合成路线奖得布洛芬合成路线(三步反

应)

(CH3CO)2O

HF O

COOH Raney Ni

H2

9、简述反应器得概念及其作用。

就是用来进行化学或生物反应得装置,就是一个能为反应提供适宜得反应条件,以实现将原料转化为特定产品得设备;其作用就是为化学或生物反应提供可人为控制得、优化得环境条件。

10、简述反应器设计得主要任务。

1) 选择反应器得形式与操作方法;

2) 根据反应及物料得特点,计算所需得加料速度、操作条件以及反应器体积,并以此确定反应器主要构件尺寸;3) 同时还应考虑经济效益与环境保护等方面得要求。

11、简述氯霉素得以乙苯为起始原料经对硝基苯乙酮合成路线得优缺点？优点:起始原料易得,各步反应收率高,技术条件要求不高,在化学合成上巧妙了利用了前手性元素与还原剂得特点,进行手性合成。缺点:合成步骤较多,产生大量得中间体与副产物,如无妥善得综合利用途径,必将增加生产负担与巨大得环境污染。、

12、简述氯霉素包括哪几条合成路线？

以对硝基苯甲醛为起始原料得合成路线,以苯甲醛为起始原料得合成路线;以乙苯为原料得含成路线;以苯乙烯为起始原料得合成路线。5、中试放大得研究内容。

生产工艺路线得复审;设备材质与形式得选择;搅拌器形式与搅拌速度考察;反应条件得进一步研究;工艺流程与操作方法得确定。

13、如何解决氯霉素立体构型问题？

采用刚性结构得原料或中间体,具有指定空间构型圜刚体结构进行反应时,不易产生差向异构体;利用空间位阻效应;

使用具有立体选择性得试剂。

14、简述乙苯硝化用混酸中硫酸得作用。

1)使硝酸产生硝基正离子NO2+,后者与乙苯发生亲电取代反应;

2) 使硝酸得用量减少至近于理论量:

3) 浓硝酸与浓硫酸混合后,对铁得腐蚀性很少,故硝化反应可以在铁制反应器中进行。

15、以下为宜苯乙烯出发经α-羟基对硝基苯乙胺制备氯霉素得合成路线,请根据反应以流下程为填写中间体及反应试剂,每空1分。

H

C CH

2

23

Cl

OCH3

HNO3/H2SO4Cl

OCH3

O2N

NH3C

O2N

CH2

O NH

3

NH2

OH

O2N

Ac2O/AcOH

H

N

OH

O2N

O

Na2CrO7

H

N

O

O2N

O

四、分析题

1、液体联苯混合物自然循环加热装置得工艺流程如附图所示。请简要指出图中设备3、4、5、7设备名称及作用。

答: 设备3: ; 设备4: ;

设备5: ; 设备7: ;

设备3-贮存联苯混合物,当温度较低而使联苯混合物凝固时,可利用其中得

加热装置,使联苯混合物熔化。

设备4-用于回收联苯混合物蒸汽,减少挥发损失

设备5-联苯混台物在被加热得过程中体积

将发生膨胀,因此,系统不能采用封闭操作。

此投备用于贮存因体积膨胀而增加得联苯

混合物。此外该设备还可观察液体联苯得液位。

设备7-当出现紧急情况,需要立即停止设备1得

加热时,可将联苯混合物泄入该设备中,以防设备l发生

事故。

2、用混酸硝化氯苯制备混合硝基氯苯。已知混酸得组成为:HNO347%、HO24%;氯苯与混酸中摩尔比为1:1、1;反应开始温度为40-55℃,并逐渐升温80℃;硝化时间为2h;硝化废酸中含硝酸小于工1、6 %,含混合硝基氯苯为获得混合硝基氯苯得1%。现设计A、B、C 三种工艺流程,试以混合硝基氯苯得收率及硫酸、硝酸、氯苯得单耗作为评判标准,通过方案比较确定三种流程得优劣。(注意:仅指出那一种流程最好或最差而不说明理由者不得分。)

答: A方案:将分离后得废酸直接出售,这一方面要消耗大量得硫酸,使硫酸得单耗居高不下;另一方面,由于废酸中还含有未反应得硝酸以及少量得硝基氯苯,直接出售后不仅使硝酸得单耗增加,混合硝基氯苯得收率下降,而且存在废酸中得硝酸与硝基氯苯还会使废酸得用途受到限制。

B方案:在硝化分离之后,增加了一道萃取工序。该工艺就是将氯苯与硝化废酸加入萃取罐,使硝化废酸中残留得硝酸继续与氯苯发生硝化反应,生产硝基氯,从而回收了废酸中得硝酸,降低了硝酸得单耗。同时,生成得混合物硝基氯苯与硝化混酸中原有得混合硝基氯苯一起进入氯苯层,从而提高了混合硝基氯苯得收率。

与比方案A相比,方案B可降低硝硫得单耗,提高了混合硝基氯苯得收率。但在方案B得萃取废酸中仍含有一定量得原料氯苯, 将其直接出售,不仅使增加氯苯得单耗居高不下,而且还会增加氯苯得单耗。此外,存在于废酸中得氯苯也会使废酸得用途收到限制。

C方案:在萃取从之而后,又增加了一道减压浓缩工序,萃取后得废酸经减压浓缩后可循环使用,从而大大又降增低了硫酸得单耗。同时,由于氯苯与水可形成低共沸混合物,浓缩时氯苯

将随水一起蒸出,经冷却后可回收其中得氯苯,从而降低了氯苯得单耗。

可见,以混合硝基氯苯得收率以及硫酸、硝酸与氯苯得单耗作为评判标准,方案C为最佳,方案B次之,方案A最差。

五、问答题:

1、怎样通过青霉菌培养基得控制来提高青霉素产量？

在主霉素霉素生产过程中,让培养基中得主要营养物只够维持青霉菌在前4h生长,而40h得后生产中,靠低速连续补加葡萄糖与氮源等,使菌半饥饿,延长青霉素得合成期,大大提问了产量。所需营养物限量得补加常用来控制营养缺陷型突变菌种,使代谢产物积累到最大。青霉素发酵中采用补料分批操作法,对葡萄糖、铵、苯乙酸进行缓慢流加,维持一定得最适浓度。葡萄糖得流加,浓度过乙低使抗生素合成速度减慢或停止,过高则导致呼吸活性下降,甚至引起自溶,葡萄糖浓度调节就是根据PH,溶氧或CO2释放率予以调节。

碳源得选择:生产菌能利用多种碳源,乳糖,蔗糖,葡萄糖,甘露糖、淀粉与天然油脂。经济核算问题,生产成本中碳源占12%以上,对工艺影响很大;糖与结合形成糖基-6-APA,影响青霉素得产量。葡萄醣、乳糖粘合能力强,而且随时间延长而增加延长。通常采用葡萄糖与乳糖。发酵初期,利用快效得葡萄糖进行菌丝生长。当葡萄糖。耗竭后,利用缓效得乳糖,使pH稳定,分泌青霉素。可根进据行形态变化,滴加葡萄糖,取代乳糖。目前普遍采用淀粉得酶水解产物,葡萄糖化液流加。降低成本。

氮源:玉米浆就是最好得,就是玉米淀粉生产时得副产品,含有多种氨基酸及其前体苯乙酸与衍生物。玉米浆质量并不稳定,可用花生饼粉或棉籽饼粉取代。补加无机氮源。无机盐:硫、磷、镁、钾等。铁有主母,控制在30ug/ml 以下。

流加控制:补糖,根据残糖、pH、尾气中CO2与O2含量。残糖在0、6%左右,pH开始升高时加糖。补氨:流加酸酸铵、氨水、尿素,控制氨基氮0、05% 。

添加前体:合成阶段,苯乙酸及其衍生物,苯乙酰胺、苯乙胺、苯乙酰甘氨酸等均可为青霉素侧链得前体,直接掺入青霉素分子中。也具有刺激青霉素合成作用。但浓度大于0J9%时对细胞与合成有毒性。还能被细胞氧化。策略就是流加低浓度前体,一次加入屋里低于0、l%,保持供应速率略大于生物合成得需要。

2、手性紫杉醇侧链得合成有哪些代表性得方法？说明其合成原理,并分别写出合成路线。

手性紫杉醇侧链得方法有许多种,其中具有代表性得方法有双键不对称氧化法与醛反应法。双键不对称氧化法可以从顺式肉桂醇出发,用Sharpless环氧化法合成出手性得环氧化合物,经叠氮开环等反应最后制得

紫杉醇侧链,见(a)。

也可以从反式肉桂酸甲酯出发,在手性催化剂作用下进行双羟基化反应,再将得到得双羟基化合物转化成叠氮化合物,最后也得到紫杉醇侧链,见(b)。醛醇反应法就是合成手性紫杉醇恻链得另一种有效得方法。如以苯乙酮为原料在手性催化剂作用下使苯乙酮与烯醇硅醚发生荃醇缩合反应,然后将产物得C-3反式羟基变为顺式氨基,经处理即得紫杉醇侧链,见(C)。

Ph CH

2

OH

2

CH3

1. t-BuOOH,Ti(OiPr)

3422

NaN或TMSN

2

Ph OCH

O

N3

OH

Ph OCH3

O

NH

OH

Ph

O

(a)

Ph

Ph OMe

NH

OH

O

Ph

O

（b）

O

OBu

OTMS

SEt

+Sn(OTf)

22

Ph SEt

OH O

Ph SEt

O

1.NH3,Ph3P,DEAD

2.Ph3P,H2O,THF

NH2

Ph SEt

O

OBu

NH

Ph

O

(c)

六、计算题-物料衡算

1、硝化混酸配制过程得物料衡算。已知混酸组成为H2SO4 46%(质量百分比,下同)、HNO3 46%、H2O 8%,配制混酸用得原料为9

2、5%得工业硫酸、98%得硝酸及含H2SO469%得硝化废酸。试通过物料衡算确定配制1000kg混酸时各原料得用量。为简化计算,设原料中除水外得其它杂质可忽略不计。

解:混酸配制过程可在搅拌釜中进行。以搅拌釜为衡算范围,绘出混酸配制

过程得物料衡算示意图。

解:取设备为衡算体系,1000千克混酸为计算基准

对HNO3进行物料衡算得:0、98 G硝酸= 0、46×1000 (a)

对H2SO4进行物料衡算得:0、925 G硫酸+ 0、69G废酸=0、461000 (b) 对H2O进行物料衡算得:

0、02G硝酸+0、075G硫酸+0、31G废酸=0、08×1000 (c)

解得:G硝酸=469kg, G硫酸=399、5kg, G废酸=131、1kg

混酸配制过程得物料平衡表(见下图)

3、甲氧苄氨嘧啶生产中由没食子酸经甲基化反应制备三甲氧苯甲酸工序,测得投料没食子酸25、0kg,未反应得没食子酸2、0kg,生成三甲氧苯甲酸2

4、0kg,求转化率、选择性与收率。(2012、2013年真题)

解:

%

92

%

100

0.

25

0.2

0.

25

%

100

A

A

=

?

-

?

=

投料量

反应物

的反应消耗量

反应物

X

3-1 甲苯用浓硫酸磺化制备对甲苯磺酸。已知甲苯得投料量为1000kg,反应产物中含对甲苯磺酸1460kg,未反应得甲苯20kg。试分别计算甲苯得转化率、对甲苯磺酸得收率与选择性。

C H3C H3

3H

+ H2SO4+ H2O

110~140 0C

分子量929817218

4、用1876kg混酸(HNO3 32%、H2SO456%、H2O12%)对1052、6kg含量为95%得乙苯进行硝化,乙苯得转化率100%,全部生成一硝基乙苯,其中对位、邻位与间位比例为50:44:6。已知硝化反应温度为40 ℃,求硝化过程得物料衡算。

解:反应方程式

答:反应中共加入混酸得质量为1876 kg,

其中,含HNO31876×32%=600、32kg;

含H2SO41876×56%=1050、56kg;

含H2O 1876×12%=225、12 kg。

由题意知,乙苯得乙苯得纯度为95%,转化率100%,

则参加反应得乙苯为1052、6×95%×100=999、97kg

生成得对位、邻位与间位“硝基乙苯”得总量为

则,对硝基乙苯:1424、5 x 50%=712、25kg

邻-硝基乙苯:1424、5 x 44%=626、78kg

间硝基乙苯:1424、5 x 6%=85、47kg

参与反应得HNO3得量为

剩余HNO3得量为600、32-594、32=6kg

剩余H2SO4:1050、56kg

剩余H2O(原混酸中):225、12kg

硝化反应生成得H 2O:

共有水:225、12+169、81=394、93kg

4-1、在间歇式反应釜中用浓硫酸磺化生产对甲苯磺酸,试对该过程作物料衡算。

已知1000kg,纯度99、9%(质量);浓硫酸1100kg,纯度98%,甲苯转化率为98%,生成对甲苯磺酸得选择性为82%,生成邻甲苯磺酸得选择性为9、2%,生成间甲苯磺酸得选择行为8、8%,物料中得水约90%经连续脱水器排出。此外,为简化计算,假设原料中除纯品外都就是水,且磺化过程中无物料损失。

解:原料甲苯中得甲苯量为:1000×0、999=999kg

原料甲苯中得水量为:1000-999=1kg 浓硫酸中得硫酸量为:1100×0、98=1078kg 浓硫酸中得水量为:1100-1078=22kg 进料总量为:1000+1100=2100kg , 其中含甲苯999kg,硫酸1078kg,水23kg 。

CH 3

H 2SO 4110～140℃CH 3

++H 2O

SO 3

H 分子量929817218 磺化物(对+邻+间甲苯磺酸)= 对甲苯磺酸= 邻甲苯磺酸= 间甲苯磺酸= 生成水得总量= 系统中共有水=23+191、5=214、5kg

脱水器中得水=214、5×90%=193、1kg

磺化液中得水为=214、5×(1-90%)=21、4kg

4-2、乙苯用混酸硝化,原料乙苯得纯为95%,混酸中(HNO 332%,H 2SO 4

56%,H 2O12%),HNO 3过剩率(HNO 3过剩量与理论耗量之比为)0、052。乙苯得转利率为99%。转化为对邻间分别为52%、43%、4%。若年产300吨

对硝基乙苯,年工作日为300天,试以一天为基准作为硝化反应得物料平衡

计算。(2013年) 解:(解:(1)每天应生产得对硝基乙苯得量为: 300/300=1t=103kg

则总得"硝化物"1000/0、52=1923、08kg

邻硝基乙苯=1923、08×0、43=826、92kg 间硝基乙苯=1923、08×0、04=76、92kg 杂质1=1923、08×0、01=19、23 (2)C 2H 5

HNO 3C 2H 5

NO 2+10663

+H 2O 181511350

参加对位反应得乙苯

则参加反应得乙苯701、99/0、52=1350

总得纯乙苯为:701、99/0、52/0、99=1363、61

剩余得乙苯 1363、61-1350=13、61 或1363、61×0、01=13、64 工业用乙苯为:1363、61/0、95=1435、38kg,

含杂质2: 1435、38- 1363、61=71、77 或1435、38×0、05=71、

77

(3)参加反应得硝酸:

则,有总得硝酸802、36(1+0、052)=844、08

未参加反应得硝酸802、36×0、052=41、72

混酸有:844、08/0、32=2637、75

H2SO42637、75×0、56=1477、14

H2O 2637、69×0、12=316、53

(3)反应生成得H2O

总共有水:229、25+316、53=545、78

5、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:为保证甲醇有足够得转化率, 在进科中空气过量50%,甲醇得转化率式可达75%。已保知甲醇得流量3200kg/h,试进行物料衡算,并将结果汇总于附表。(2012年真题)

解:用空气氧化甲醇制取甲醛得反应方程式如下:

CH3OH+0.5O2HCHO+H2O

分子量 320.5 x 323018物料衡算示意图如下:

甲醇： 3200kg/h

空气：氧气

惰性组分

甲醇

空气

氧化

产物

甲醇

甲醛

氧气

水

惰性组分

3200

32

×0.5×32×150%=2400kg/h

输入：所需氧气的流量为：

所需空气的流量为：2400×29

32×0.21

=10353kg/h

其中惰性组分的流量为：10353-2400=7953kg/h

输出：甲醇的流量为：3200×0.25=800kg/h

甲醛的流量为：3200×075%

32

×30=2250kg/h

水的流量为：3200×075%

32

×18=1350kg/h

氧气的流量为：2400-3200×075%

32

×0.5×32=1200kg/h 惰性组分的流量为：7953kg/h

物料衡算计算

结果汇总于附表中附表甲醇空气氧化物料平衡

6、浓度20%得羟丙哌嗪酒石酸盐,以每小时l0000 kg 得流速进入一高效蒸发器。浓缩至50%后,放入结晶罐,上层得饱与溶液(3

7、8℃时,溶解度0、6kg羟丙哌嗪酒石酸盐/kg水)进行循环进行循环(见附图),求物料流速(M、R)。(2011年真题)

解:按题意有四个未知数,即W、M、C与R,而对每一个单元设备均可列出两个组分物料衡算式,因此可得唯一解。

(1) R得质量分率,以lkg为基准,饱与循环物流含1、6kg溶液, 故组成为0、6/1、6--0、375 羟丙哌嗪酒石酸盐/(kg 溶液)-1。

R 得质量分数为0、375 羟丙哌嗪酒石酸盐与0、625kg水

(2)以羟丙哌嗪酒石酸盐为联系组分,计算结晶得羟丙哌嗪酒石酸盐得量,

即l0000x0、20/96=2083kg/h

(3)计算循环物流R可以来用:①对蒸发器进行计算

②对结晶罐进行计算,但第二种方法比较容易。总物料衡算M=C+R

输入

物料名称流量kg/h

输

出

物料名称流量kg/h 甲醇3200 甲醇800

空

气

氧气2400 甲醛2250

惰性组

分

7953

水1350

氧气1200

惰性组分7953 总计13553 总计13553

M=2083+R 组分(羟丙哌嗪酒石酸盐)物料衡算

M XM= Cxc+R XR0、5M=6C+0、375R=2000+0、375R

解上面两个方程得:M=975lkg/h R=7668kg/h

20%水 50%

M浓缩液

结晶丙哌嗪酒石酸盐 96%

水 4%

附图丙哌嗪酒石酸盐浓缩结晶流程图

7、今拟用60%发烟硫酸来磺化硝基苯磺酸。己知该厂得生产任务每天投料1t硝基苯,试作物料衡。已知收率为90%,硝基苯100%转化。假设过程除了主要反应外,还有5-硝基-1,3苯二磺酸生成,反应损失不计。硝基苯得纯度98%。查得硝基苯磺化时Ⅱ值为82,物料密度为ρ=1173Kg/m3, 60%发烟硫酸ρ=20201173Kg/m3。

解:每天投入硝基苯得量为1000/123=8、13kmol

NO2+SO3

SO3H

NO2

12380203 7.317x1x2NO2

+2SO3

SO3H

NO2

HO3S

123160283

0.813y1y2

其中7、317kmol按反应(l)进行,0、813kmo1按反应(2) 进行。

所以,消耗SO3得量=x1+y1=7、317×80+ 0、813×2×80=715、56kg

生成一磺化物得量=x2=7、317×203=1485、4kg 。

生成二磺化物得量=y2=0、813x283=230、1 KgⅡ

随硝基苯带入杂质得量=1000x2/98=20、4Kg,因此,共投入粗硝基苯得量

=l0O0+20、4=1020、4Kg,则粗硝基苯得体积V=1020、4/11 73=0、870m3。依据下式: 式中Ms-----磺化剂用量,Kg;Mc-----被磺化物得用量,Kg

S--------以SO3量表示得磺化剂浓度,%

N-------以SO3含量表示得废酸浓度,%

M-------被磺化物得分子量;n-------引入磺酸基得个数。

磺化剂得用量:

Ms=

M'c

M1

×80n'( )

100-n

S-N

+

M''c

M

×80n( )

100-n

S-N

100-82

92.7-82

+0.813X80X2X

100-82

92.7-82

=1203.5Kg

=7.317X80X1X

其中60%发烟硫酸得S=60+40x80/98=92、7

式中M c’一磺化物得量,Kg ;M c’’二磺化物得量,Kg

投入SO3得量= 1203、5X0、927=115、6Kg

投入H2O得量=1203、5x(1-0、927)=87、9Kg

磺化剂得体积=1203、5/2020= 0、59m3

在废酸中剩下得SO3得量=115、6-715、5=400、1Kg

废酸量=1203、5-715、5=488kg

废酸浓度= 400、1/488X100=82(即N值)

七、计算题-反应器

反应器工艺计算公式(一级反应):

间歇釜:; 等温液相:

单釜连续:;多釜串联: ,

注释::反应时间;k:反应常数;x Af:反应物A到达终点得转化率

1、用硫酸为催化剂,把CHP分解成苯酚与丙酮得反应就是一级反应,今在一间歇反应釜中进反应,当反应经历30s时取样分析CHP得转化率为90%,欲使转化率达99%, 还需要多少时间？

解:在闾歇反应釜中进行一级反应,有

解得: k=0、0768 s-1

解得: t=60S ?t=60-30=30S

2、在等温操作得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%所需要得时间为13min。试计算(1)该反应在理想管式反应器中迸

行时,达到相同转化率所需得反应 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得反应 时间。 解:在闾歇反应釜中进行一级反应,有 可知: ,可得k=0、0926min -1 (1)在理想管式反应器:

(2)在单台理想连续釜式反应器:

3、 当水大量过量时, 醋酐水解反应为一级反应。 己知40o C 时, 反应速度常数 k=0、38min -1,醋酐得进料浓度为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%,进试料计算所需反应器得总有效容积。

解:多釜等容串联反应器: 代入数据得: 解得:=5、69min 4、 醋酐稀水榕液在 25℃时连续进行水解,反应速度方程式为 r A =0、158C A mol/(cm 3、min),醋酐浓度为1、5×l04 mol/cm 3,进料流量为500 cm 3/min 。现有 2个 2、5 L 与15L 得搅拌反应釜可供利用, 问: (l)用1个5L 或 2个2、5L 得搅拌釜串联操作,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 得管式反应器,转化率为多少？

注意:前2道小题均需通过计算说明,结论正确但无计算过程者,不得分。 解:(1) 1 个5L 搅拌釜连续操作。 由得:解得:

2个2、5L 得搅拌釜串联操作,。N=2,则: 故串联转化率较高。

(2) 2 个2、5L 得搅拌釜并联操作 解得x Af =0、612,故2 个2、5L 釜并联操作,不能提高转化率。

(3) 用1 个5L 得管式反应器 由得解得x Af =0、794

5、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、0006/S 。已知A 得初始浓度C AO =4 kmol/m 3,A 得处理量为V o=4、5m 3/h 。欲使最终转化率达到72%,试计算:(1) 该多釜串联系统得总体积;(2) 各釜得出口浓度。

x AN =1-1

(1+Kt)20.72=1-1

(1+0.0006τ)τ=解得：21483s

1483

3600

=3.71m 3V T =2V 0τ=2×4.5×

解:(1)4

1+0.00006×1483

C A1=

C A0(1+K τ)

N

=

=

C A0(1+K τ)

N

C AN =2.117kmol/m 3

4

(1+0.00006×1483)

C A2=

C A0(1+K τ)N

=

=1.120kmol/m 3

2

(2)

6、某厂小试用容器V 1=9、36L 得搅拌釜,搅拌釜直径D 1=229mm,采用直径d 1=76、3mm 得涡轮式搅拌机,在转速n 1=1273rpm 时获得良好得生产效果。已知该搅拌器可按照叶端周围速度不变得放大准则进行放大,请根据小试实验数据设计一套容积V 2=2m 3得搅拌釜,即分别计算2m 3得搅拌釜得直径D 2、搅拌器得直径d 2与转速n 2。

解:因设备与小型设备几何相似,所以大型搅拌釜得直径为: 、

按照叶端周围速度不变得放大准则进行放大,大型搅拌器得转速为: 7、某发酵釜内径D=2、1m,装液高度H L =3m,安装六叶直叶圆盘涡轮搅拌机。搅拌机得直径d=0、7m,转速n=150rpm,发酵液得密度?=1050kg/m3,粘度μ=0、1Pa×s,求搅拌机所需得功率。

注:对于六叶直叶圆盘涡轮搅拌机,当H L /d=3、D/d=3时,层流区,C=71;完全湍流区,K=6、1。当H L /d ≠3、D/d ≠3时,所求搅拌功率应乘以校正系数f,f 得计算公式为:

解:Re=d 2np μ=0.72×150×1050

60×0.1

=1.29×104>104为完全完全湍流状态所以，P=Kpn 3d 5

=6.1×1050×( )×0.7515060

=16820W=16.8kW

f=13H L D d d 校正系数f 为：=133 2.10.70.7

=1.20

故实际所需得搅拌器得功率为:P=1、20×16、8=20、2kW