化工设计物料衡算

表四 硝化分离器物料平衡表
项目 输入 物料名称 甲苯 HNO3 一硝基甲 苯 2,4-二硝 基甲苯 2,4-二硝 基甲苯酚 H2SO4 水 合计 输出 合计 有机物 废酸 工业品质 量 kg∕h 纯度% 纯品量 kg∕h 23.21 17.86 1105.54 10.70 4.99 1128.02 507.29 2797.61 1132.91 1664.11 2797.02 密度 kg∕m3 体积 m3 备注
NO2 N2O5 H2
合计
2.对 2#硝化釜进行计算 （1）2#硝化釜内反应情况 主反应：甲苯转化量：773.35 × 0.09 = 69.60kg ∕ h 硝酸消耗量：69.60 ÷ 92 × 63 = 47.66kg ∕ h 硝基甲苯生成量：69.60 ÷ 92 × 137 = 103.64kg ∕ h 水生成量：69.60 ÷ 92 × 18 = 13.62kg ∕ h （2）釜内剩余情况 甲苯余量：116.01 − 69.60 = 46.41kg ∕ h
2,4-二硝 基甲苯 2,4-二硝 基甲苯酚 H2SO4 水 合计
10.70 4.99 3702.18 1665.99 6575.85
3.对 3#硝化釜进行计算 釜内剩余情况 甲苯余量：23.21kg ∕ h 硝酸余量：17.86 + 40.84 = 58.7kg ∕ h 一硝甲苯的量：1070.99+34.55=1105.54 kg∕h 2,4-二硝基甲苯的量：10.70 kg∕h 2,4-二硝基甲苯酚的量：4.99 kg∕h 硫酸的量：3702.18 kg∕h 水的量： 507.29+1163.24=1670.53 kg∕h 表三 3#硝化釜物料平衡表
2,4-二硝基甲苯酚的量：4.99 kg∕h 硫酸的量：1128.02 kg∕h 水的量：502.75+4.54=507.29 kg∕h 表三 3#硝化釜物料平衡表
项目 输入 物料名称 甲苯 HNO3 H2SO4 一硝基甲 苯 2,4-二硝 基甲苯 2,4-二硝 基甲苯酚 水 合计 输出 甲苯 HNO3 一硝基甲 苯 2,4-二硝 基甲苯 2,4-二硝 基甲苯酚 H2SO4 水 合计 工业品质 量 kg∕h 纯度% 98 98 98 纯品量 kg∕h 46.41 33.75 1128.02 1070.99 10.70 4.99 502.75 2797.61 23.21 17.86 1105.54 10.70 4.99 1128.02 507.29 2797.61 密度 kg∕m3 体积 m3 备注
NO2 N2O5 H2
合计
2.对 2#硝化釜进行计算 釜内剩余情况 甲苯余量：46.41kg ∕ h 硝酸余量：33.75 + 40.84 = 74.59kg ∕ h 一硝甲苯的量：967.35 + 103.64 = 1070.99kg ∕ h 2,4-二硝基甲苯的量：10.70 kg∕h 2,4-二硝基甲苯酚的量：4.99 kg∕h 硫酸的量：3702.18kg∕h 水的量：502.75 + 1163.24 = 1665.99kg ∕ h 表二 2#硝化釜物料平衡表
一、不加循环废酸时物料衡算
1.对 1#硝化釜进行计算（设副反应都在 1#釜进行） （1）物料进料情况 每小时生产一硝甲苯的实际的量： 7500 × 103 × 0.995 = 1151.62kg ∕ h 300 × 24 × 0.90 每小时需要纯甲苯的量： 1151.62 × 92 = 773.35kg ∕ h 137 所以每小时需要工业甲苯的量： 773.35 ÷ 0.98 = 789.13kg ∕ h 每小时需要硝酸的量： 773.35 × 63 × 1.01 = 543.87kg ∕ h 92 每小时需要混酸的量： 543.87 ÷ 0.27 = 2014.33kg ∕ h 工业甲苯：789.13 kg∕h 混酸的量：2014.33 kg∕h 纯甲苯：773.35kg∕h 水： 15.78 kg∕h 硫酸：2014.33 × 0.56 = 1128.02kg ∕ h 硝酸：543.87 kg∕h 水： 2014.33 × 0.17 = 342.44kg ∕ h
项目 输入 物料名称 甲苯 HNO3 H2SO4 一硝基甲 苯 2,4-二硝 基甲苯 2,4-二硝 基甲苯酚 水 合计 输出 甲苯 HNO3 一硝基甲 苯 2,4-二硝 基甲苯 2,4-二硝 基甲苯酚 H2SO4 水 合计 工业品质 量 kg∕h 纯度% 98 98 98 纯品量 kg∕h 116.01 81.41 1128.02 967.35 10.70 4.99 489.13 2797.61 46.41 33.75 1070.99 10.70 4.99 1128.02 502.75 2797.61 密度 kg∕m3 体积 m3 备注
二、加循环废酸时物料衡算
1.对 1#硝化釜进行计算 （1）物料进料情况 工业甲苯：789.13 kg∕h 混酸的量：5792.57 kg∕h
纯甲苯：773.35kg∕h 水： 15.78 kg∕h 硫酸：1128.02 + 2574.16 = 3702.18kg ∕ h 硝酸：543.87+ 40.84=584.71kg∕h 水： 342.44 + 1163.24 = 1505.68kg ∕ h
4.对硝化分离器进行计算 有机物： （23.21+1105.54+10.70+4.99）× 98.5%+0.5%× 1128.02=1132.91kg∕h 废酸：1128.02 × 99.5% + 17.86 + 507.29 + 1105.54 × 1.5% = 1664.11kg ∕ h H2SO4 ：1128.02 × 99.5%/1664.11 = 67.45% HNO3 ：17.86/1664.11=1.07% H2O ：507.29/1664.11=30.48% 混酸体积：1× 2014.33/1.670=1206.19m3 循环废酸体积：1206.19 × 2 = 2412.38m3 查得 67.45%的硫酸密度为 1.582 kg∕m3 循环废酸的量：1.582 × 2412.38/1 = 3816.39kg ∕ h 循环废酸中 H2SO4 ：3816.39 × 67.45% = 2574.16kg∕h HNO3 ：3816.39 × 1.07% = 40.84kg∕h H2O ：3816.39 × 30.48% = 1163.24kg∕h
3.对 3#硝化釜进行计算 （1）3#硝化釜内反应情况 主反应：甲苯转化量：773.35 × 0.03 = 23.20kg ∕ h 硝酸消耗量：23.20 ÷ 92 × 63 = 15.89kg ∕ h 硝基甲苯生成量：23.20 ÷ 92 × 137 = 34.55kg ∕ h 水生成量：23.20 ÷ 92 × 18 = 4.54kg ∕ h （2）釜内剩余情况 甲苯余量：46.41 − 23.20 = 23.21kg ∕ h 硝酸余量：33.75 − 15.89 = 17.86kg ∕ h 一硝甲苯的量：1070.99+34.55=1105.54 kg∕h 2,4-二硝基甲苯的量：10.70 kg∕h
（2）釜内反应情况 主反应：甲苯转化量：773.35 × 0.84 = 649.61kg ∕ h 硝酸消耗量：649.61 ÷ 92 × 63 = 444.84kg ∕ h 硝基甲苯生成量：649.61 ÷ 92 × 137 = 967.35kg ∕ h 水生成量：649.61 ÷ 92 × 18 = 127.10kg ∕ h 副反应（1） ：硝酸消耗量：543.87 × 0.01 = 5.44kg ∕ h N2O5 产量： 5.44 × 108 = 4.66kg ∕ h 126 水生成量：5.44 − 4.66 = 0.78kg ∕ h 副反应（2） ：甲苯消耗量： 7 773.35 × 0.01 × = 5.41kg ∕ h 10 硝酸消耗量：5.41 ÷ 92 × 2 × 63 = 7.41kg ∕ h 生成 2,4-二硝基甲苯的量：5.41 ÷ 92 × 182 = 10.70kg ∕ h 水生成量：5.41 ÷ 92 × 2 × 18 = 2.12kg ∕ h 副反应(3):甲苯消耗量： 3 773.35 × 0.01 × = 2.32kg ∕ h 10 硝酸消耗量：2.32 ÷ 92 × 3 × 63 = 4.77kg ∕ h 2,4-二硝基甲苯酚生成量：2.32 ÷ 92 × 198 = 4.99kg ∕ h
项目 输入 物料名称 甲苯 混酸 工业品质 量 kg∕h 789.13 5792.57 纯度% 98 纯品量 kg∕h 773.35 密度 kg∕m3 体积 m3 备注
合计 输出 甲苯 HNO3 一硝基甲 苯 2,4-二硝 基甲苯 2,4-二硝 基甲苯酚 H2SO4 水
6581.7 116.01 122.25 967.35 10.70 4.99 3702.18 1652.37 1.16 4.66 0.03 6581.7
项目 输入 物料名称 甲苯 HNO3 H2SO4 一硝基甲 苯 2,4-二硝 基甲苯 2,4-二硝 基甲苯酚 水 合计 输出 甲苯 HNO3 一硝基甲 苯 工业品质 量 kg∕h 纯度% 98 98 98 纯品量 kg∕h 116.01 122.25 3702.18 967.35 10.70 4.99 1652.37 6575.85 46.41 9 1070.99 密度 kg∕m3 体积 m3 备注
项目 输入 合计 输出 甲苯 HNO3 一硝基甲 苯 2,4-二硝 基甲苯 2,4-二硝 基甲苯酚 H2SO4 水 物料名称 甲苯 混酸 工业品质 量 kg∕h 789.13 2014.33 2803.46 116.01 81.41 967.35 10.70 4.99 1128.02 489.13 1.16 4.66 0.03 2803.46 纯度% 98 纯品量 kg∕h 773.35 1.670 1206.19 密度 kg∕m3 体积 m3 备注
水生成量：2.32 ÷ 92 × 2 × 18 = 0.91kg ∕ h NO2 生成量：2.32 ÷ 92 × 46 = 1.16kg ∕ h H2 生成量：2.32 ÷ 92 × 0.5 × 2 = 0.03kg ∕ h （3）釜内剩余情况 甲苯余量：773.35 − 649.61 − 5.41 − 2.32 = 116.01kg ∕ h 硝酸余量：543.87 − 444.84 − 5.44 − 7.41 − 4.77 = 81.41kg ∕ h 一硝甲苯的量：967.35 kg∕h 2,4-二硝基甲苯的量：10.70 kg∕h 2,4-二硝基甲苯酚的量：4.99 kg∕h 硫酸的量：1128.02 kg∕h 水的量：15.78 + 342.44 + 127.10 + 0.78 + 2.12 + 0.91 = 489.13kg ∕ h NO2 的量：1.16 kg∕h N2O5 的量：4.66 kg∕h H2 的量：0.03 kg∕h 表一 1#硝化釜物料平衡表
（2）釜内剩余情况 甲苯余量：116.01kg ∕ h 硝酸余量：81.41 + 40.84 = 122.25kg ∕ h 一硝甲苯的量：967.35 kg∕h 2,4-二硝基甲苯的量：10.70 kg∕h 2,4-二硝基甲苯酚的量：4.99 kg∕h 硫酸的量：3702.18 kg∕h 水的量：1163.24 + 489.13 = 1652.37kg ∕ h NO2 的量：1.16 kg∕h N2O5 的量：4.66 kg∕h H2 的量：0.03 kg∕h 表五 1#硝化釜物料平衡表（加循环）
硝酸余量：81.41 − 47.66 = 33.75kg ∕ h 一硝甲苯的量：967.35 + 103.64 = 1070.99kg ∕ h 2,4-二硝基甲苯的量：10.70 kg∕h 2,4-二硝基甲苯酚的量：4.99 kg∕h 硫酸的量：1128.02 kg∕h 水的量：489.13 + 13.62 = 502.75kg ∕ h 表二 2#硝化釜物料平衡表