物料衡算和热量衡算.doc

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Xkg，则由
C11H16C11H14O2
M148.24178.23
mx6054.8
得x=6054.8×148.24÷178.23=5036.0kg
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
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1556.8kg，设反应消耗的氧气量为xkg
3/2O2C11H14O2
M31.99178.23
mx6054.8
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=1646.6kg即在反应过程中，需再连续通入1646.6kg氧气。
催化剂
催化剂采用乙酰丙酮钴(Ⅲ)，每批加入量10.4kg
水的移出量
设反应生产的水为xkg
H2OC11H14O2
M18.016178.23
mx6054.8
得x=6054.8×18.016÷178.23=612kg
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=3475.15kg
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396.1kg
（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=6160.5kg。
（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396.1kg，搅拌升温将产品溶解，再加入76.5kg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361.4kg，过滤过程中由于甲苯挥发造成的损失约34.9kg。过滤后的滤饼用528kg水分批洗涤滤饼，产生废水521kg。从过滤器移出湿滤饼：528+6132.5-521=6139.5kg
（8）干燥器：除去产品中含有的水6.3kg，最后得到产品.：6139.5-6.3=6133.2kg
对叔丁基甲苯
6950.3
氧气
1646.6
水612
6160.5
对叔丁基甲苯1834.8
6633.1
产品对叔丁基
苯甲酸6133.2
干燥器
6139.5
滤饼
6132.5
6528.8
氧气
1646.6
水612

图3.1物料衡算汇总图（以kg为单位）：

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2380kg，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·℃=2.34kJ/kg·k