物料衡算
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物料衡算
物料衡算的准则就是质量守恒定律，即“进入一个系统的全部物料必等于离开这个系统的全部物料，再加上过程损失量和在系统中积累量”。依据质量守恒定律，对研究系统作物料衡算，可由下式表示[13]：
∑G进=∑G出+∑G损+∑G积
其中式中：∑G进——输入物料量总和；
∑G出——输出物料量总和；
∑G损——总的物料损失量；
∑G积——系统中的积累量。
根据设计任务，苯酐生产能力为80000吨/年，产品纯度达到99.9wt%
按照8000小时开工计算，每小时的生产能力：80000×1000×99.9%/8000= 9990kg/h
3.1 反应器中氧化反应的物料衡算
3.1.1 氧化反应过程的衡算基准
本次设计以每小时生产9990kg为基准，进料量9400kg/h，转化率99.8%；生成苯酐的选择性约为0.8；空气与邻二甲苯进料比为9.5:1；主要副产品为苯酞、顺酐、苯甲酸、柠槺酐、二氧化碳、一氧化碳等。
3.1.2 氧化反应过程的物料衡算图
画出衡算方框图，标出有关计算目标，然后进行计算：
图3-1 反应过程物料衡算图
3.1.3 氧化反应过程的物料衡算：
邻二甲苯与空气催化氧化的主反应式：
106 32 148 18
x 3y 9990 z
所以主反应中：
(1)邻二甲苯消耗量：
9990
148
106=
x x = 7155 kg/h 氧气消耗量：
9990
148
y 332=
⨯ y =6480 kg/h 水的生成量： 9990
148
z 318=
⨯ z = 3645 kg/h （2） 邻二甲苯转化率为99.8%，且邻二甲苯的进气量为9400kg/h ，所以： 邻二甲苯生产苯酐的选择性为：7155/9400/99.8%=77.27%。 （3）设计进料空邻比为9.5:1，所以空气进料量计算：
5
.91
w 9400=
w 空 =89300 kg/h 空气中 O 2所占的比例为21%，所以工艺空气中氧气的进料量：
w 氧 = 89300×21%
= 18753kg/h 。
进而得出空气中不参与反应的惰性气体（主要为氮气）总的进料量：
w 惰 = 89300-18753
= 70547kg/h
通过对苯酐反应原理的了解，在反应器中，苯酐与空气接触还发生一系列的副反应，由上面计算可知，邻二甲苯氧化部分除了生成苯酐，还约有23.7%发生了副反应。本次设计对副反应只考虑占总比例较大部分反应。根据工厂实际经验在该温度段所得数据，具体给出邻二甲苯对各副产物的转化率如下表：
（1）CH 3C 6H 4CH 3+7.5O 2→C 4H 2O 3（顺酐）+4CO 2+4H 2O
106
%
.8999400%8.1998w ⨯⨯⨯=顺酐
= 796.1912 kg/h
106
99.8%
40099.18%44w 2CO 1⨯⨯⨯=
= 1429.8944 kg/h
106
99.8%
40099.18%418w O H 12⨯⨯⨯⨯=
=584.9568 kg/h
106
99.8%
40099.18%7.532w 2O 1⨯⨯⨯⨯=
= 1949.8560 kg/h
（2）CH3C6H4CH3+3O2→C6H5COOH（苯甲酸）+CO2+2H2O
106
% .8 99
9400
%
32
.5
122
w ⨯
⨯
⨯
=
苯甲酸
= 574.4248 kg/h
106
%
8. 99
9400
%
32
.5
44
w2
2CO ⨯
⨯
⨯
=
= 207.1562 kg/h
106
99.8% 400
9
5.32%
2
18
w O H22⨯
⨯
⨯
⨯
=
=169.5024 kg/h
106
% .8 99
9400
%
2
.3
5
3
32
w22O ⨯
⨯
⨯
⨯
=
= 452.0064 kg/h
（3）CH3C6H4CH3+2O2→C8H6O2（苯酞）+2H2O
106
% .8 99
9400
%
1
.3
2
134
w ⨯
⨯
⨯
=
苯酞
= 273.9496 kg/h
106
99.8% 0
40
9
2.31%
2
18
w O H32⨯
⨯
⨯
⨯
=
=73.5984 kg/h
106
99.8% 00
49
2.31%
2
32
w2O3
⨯⨯
⨯
⨯
=
= 130.8416 kg/h
（4）CH3C6H4CH3+4.5O2→C5H5O3（柠槺酐）+3CO+3H2O
106
% .8 99
9400
%
2
.6
1
113
w ⨯
⨯
⨯
=
柠槺酐
= 162.0164 kg/h
106
99.8% 00
49
1.62%
3
28
w CO
1
⨯⨯
⨯
⨯
=
= 120.4392 kg/h
106
99.8% 00
49
1.62%
3
18
w O H42
⨯⨯
⨯
⨯
=
=77.4252 kg/h
106
99.8% 00
49
1.62%
4.5
32
w2O4
⨯⨯
⨯
⨯
=
= 206.4572 kg/h
（5）CH3C6H4CH3+6.5O2→8CO+5H2O
106
99.8% 00
49
1.47%
8
28
w CO
2
⨯⨯
⨯
⨯
=
= 290.8190 kg/h
106
99.8% 00
49
1.5%
5
18
w O H52⨯
⨯
⨯
⨯
=
= 117.0880 kg/h