发布时间 : 星期四 文章物料衡算和热量衡算更新完毕开始阅读
3 物料衡算
依据原理：输入的物料量=输出的物料量+损失的物料量
3.1 衡算基准
年生产能力：2000吨/年 年开工时间：7200小时 产品含量：99%
3.2 物料衡算
反应过程涉及一个氧化反应过程，每批生产的产品相同，虽然有原料对叔丁基甲苯和溶剂甲苯的循环，第一批以后循环的物料再次进入反应，但每批加料相同。在此基础上，只要计算第一个批次的投料量，以后加料一样。
反应釜内加热时间2h、正常的反应时间18h、冷却时间1h。加上进料和出料各半个小时，这个生产周期一共2+18+1+1=22h。所以在正常的生产后，每22小时可以生产出一批产品。每年按300天生产来计算，共开工7200小时，可以生产327个批次。要求每年生产2000吨对叔丁基苯甲酸，则每批生产2000÷327＝6.116吨。产品纯度99 %( wt %)
实际过程中为了达到高转化率和高反应速率，需要加入过量对叔丁基甲苯做溶剂，反应剩余的原料经分离后循环使用。 3.2.1 各段物料
(1) 原料对叔丁基甲苯的投料量
设投料中纯的对叔丁基甲苯为X kg，则由
C11H16 C11H14O2 M 148.24 178.23 m x 6054.8 得x=6054.8×148.24÷178.23=5036.0 kg
折合成工业原料的对叔丁基甲苯质量为5036.0÷0.99=5086.9kg 实际在第一批生产过程加入的对叔丁基甲苯为6950.3kg （2）氧气的通入量
生产过程中连续通入氧气,维持釜内压力为表压0.01MPa,进行氧化反应。实
际生产过程中,现场采集数据结果表明,通入的氧气量为1556.8 kg，设反应消耗的氧气量为x kg
3/2O2 C11H14O2 M 31.99 178.23
m x 6054.8
得x= 3/2×6054.8×31.99÷178.23=1630.1kg
此时采用的空气分离氧气纯度可达99%，因此折合成通入的氧气为1630.1÷0.99=1646.6 kg即在反应过程中，需再连续通入1646.6kg氧气。
（3）催化剂
催化剂采用乙酰丙酮钴(Ⅲ)，每批加入量10.4 kg （4）水的移出量 设反应生产的水为x kg
H2O C11H14O2 M 18.016 178.23 m x 6054.8 得x=6054.8×18.016÷178.23=612 kg
产生的水以蒸汽的形式从反应釜上方经过水分离器移出。 3.2.2 设备物料计算
（1） 计量槽 对叔丁基甲苯计量槽：
一个反应釜每次需加入的对叔丁基甲苯质量为3475.1÷2=3475.15 kg 对叔丁基甲苯回收计量槽：每批反应结束后产生母液1834.8kg 甲苯计量槽：每批需加入甲苯做溶剂，加入量为396.1 kg
（2）反应釜： 反应结束后，经过冷却、离心分离后，分离出水612kg，剩余的对叔丁基甲苯1834.8kg循环进入下一批产品的生产。分离出来的固体质量为：6950.3+10.4+1646.6-612-1834.8=6160.5 kg 。
（3）进入离心机的物料：6950.3＋10.4＋1646.6－1834.8－612=6160.5kg （4）脱色釜：分离机分离出来的粗产品移入脱色釜，加入甲苯做溶剂，加入量为396.1 kg，搅拌升温将产品溶解，再加入76.5 kg活性碳进行脱色。进入
脱色釜物料：6160.5+396.1+76.5=6633.1kg。
（5）保温过滤器：分离出废碳104.3kg，滤液6633.1－104.3=6528.8kg （6）结晶槽：每次过滤产生的滤液6528.8÷2=3264.4kg
（7）产品离心机：结晶槽中的浆状物料放入离心机中进行过滤，每批过滤出滤液甲苯361.4 kg ，过滤过程中由于甲苯挥发造成的损失约34.9 kg。过滤后的滤饼用528 kg水分批洗涤滤饼，产生废水521 kg。从过滤器移出湿滤饼：528+6132.5-521=6139.5 kg
（8）干燥器：除去产品中含有的水6.3 kg，最后得到产品.：6139.5-6.3=6133.2
kg
图 3.1物料衡算汇总图（以kg为单位）：
催化剂10.43475.1 对叔丁基甲苯6950.3对叔丁基甲苯冷凝器水612 水306612 水396.1活性碳76.5甲苯计量槽 氧气氧气 氧气1646.6 1646823.36160.5 3058.3 反应釜离心分离器脱色釜3557.96633.1 保温过滤器废碳104.33453.66528.8 对叔丁基甲苯917.41834.8 对叔丁基甲苯 洗涤水528冷却结晶槽 产品对叔丁基产品对叔丁基 苯甲酸6133.2 苯甲酸3058干燥器干燥器 3064.36139.5 滤饼 滤饼6132.5 3075.3离心分离器361.4废水521
4 热量衡算
原理：输入的热量=输出的热量+损耗的热量
4.1 反应釜
4.1.1 升温阶段 物料数据：
进料对叔丁基甲苯3475.1kg，氧气一共2380 kg，进料温度都为常温25℃，在反应釜里利用夹套加热至反应温度170℃。
平均温度都为：（25+170）=67.5℃
由液烃比热算图（物性数据计算中液烃比热章节）： 已知对叔丁基甲苯的比重：0.853 查得67.5 ℃ 下的比热为 0.56千卡/公斤·℃=2.34 kJ/kg·k)
2?2cp?R(A?BT?CT?DT)氧气的比热容计算：
A?3.639 B?0.506?10?3 C?0.227?105 D?0
cp?8.314?(3.639?0.506?10?3T?0.227?105cp?0.9183kJ/kg·k）
1)T2
Q1?mcp?t?3.169×105kJ/kg·k）
对叔丁基甲苯的吸热量：
Q2?mcp?t=3475.1×2.34×（170—25）=1.179×106 kJ/kg·k)
加热介质：
用热导油进行加热，选用YD―300系列热导油，令其进口温度为230℃，出口温度为200℃。中间加设加热器使热油循环进行加热。基本数据如下：
表4.1 YD―300系列热导油
YD―300系列热导油 密度（㎏/m3） 200℃ 889 250℃ 855 比热容（kJ/㎏·k） 200℃ 2.43 250℃ 2.60 导热系数（W/m·k） 200℃ 0.11 250℃ 0.107 200℃～230℃的平均密度为882.2kg/m3，平均比热容为2.481kJ/(kg·k)，平均导热系数为0.11w/(m·k)。由公式Q?mcp?t? 加热时间为2h，可计算出每小时所需热油循环量:
m?Q/cp?t?=10053.1kg/h