精馏塔物料衡算

1 精馏塔的物料衡算

1.1 原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 甲醇的摩尔质量 MA=32.04kg/kmol 水的摩尔质量 MB=18.02kg/kmol

xF?xD?0.45/32.040.45/32.04?0.55/18.020.94/32.040.94/32.04?0.06/18.02?0.315?0.898

1.2 原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量

MMF=0.315?32.04+(1-0.315) ?18.02=22.44kg/kmol =0.898?32.04+(1-0.898) ?18.02=30.61kg/kmol

D1.3 物料衡算

1.75?107原料处理量 F?330?24?22.44?98.467kmol/h

总物料衡算 98.467=D+W

甲醇物料衡算 98.467?0.315?0.898D?W??

联立解得 D=48.462kmol/h W=93.136kmol/h x?0.0005

WMW=0.0005?32.04+(1-0.0005) ?18.02=18.03kg/kmol

2 塔板数的确定

2.1 理论板层数NT的求取

名称及其结构

名称：乳聚丁苯橡胶，简称SBR（styrene-butadiene rubber） 分子式：

*HCCH2CH2CHCHCH2n*

其中n为平均聚合度，一般为350-10000

第6章 工艺计算

6.1 计算依据

一年产32000t丁苯橡胶，除去试车、检修等非生产时间，按8000h/a计算，一天24小时连续生产。根据典型配方，原料丁二烯70%，苯乙烯30%进料。

§6.2 生产过程总物料衡算

§6.2.1 总进料 SBR时产率：（1）需100%丁二烯： 4000?70%?2800kg/h

以2800kg/h为基准，扣除损耗3%丁二烯，则丁二烯流量为： 2800?(1?3%)?2716kg/h

按转化率60%计算，则100%丁二烯进料量为： 2716?60%?4526.667kg/h 折合摩尔流量：

4526.667?54?83.827kg/h

从原料车间来的丁二烯纯度一般达到99.5%，则需原料量： 4526.667?99.5%?4549.414kg/h 出料量：

320008000?4t/h?4000kg/h

4526.667?0.4?1810.667kg/h

三.工艺设计计算

3.1 物料横算

3.1.1物料衡算的意义

物料横算，是在已知产品规格和产量前提下算出所需原料量、废品量及消耗量。同时，还可拟定出原料消耗定额，并在此基础上做能量平衡计算。通过物料横算可算出：

(1) 实际动力消耗量

(2) 生产过程所需热量或冷量

(3) 为设备选型、决定规格、台数（或台时产量）提供依据

(4) 在拟定原料消耗定额的基础上，可进一步计算日消耗量，每小时消耗量等设备所需的基础数据。

综上所述，物料衡算是紧密配合车间生产工艺设计而进行的，因此，物料衡算是工艺设计过程的一项重要的计算内容。 3.1.2物料横算的方法

塑料制品的生产过程多采用全流程、连续操作的形式。 物料衡算的步骤如下：

(1) 确定物料衡算范围，画出物料衡算示意图，注上与物料衡算有关的数据。物料衡算示意图如下：

(2) 说明计算任务。如：年产量、年工时数等。

(3) 选定计算基准。生产上常用的计算基准有：①单位时间产品数量或单位时间原谅投入量，如：kg/h，件/h，t/h（连续操作常采用此种基准）；②加入设备的原料量（间歇操作常采用此种基准）。 (4) 由已知数据，根据下列公式进行物料衡算：

ΣG1=ΣG1+ΣG3

式中：ΣG1——进入设备的物

4反应釜设计计算

本课程设计的任务是年产1万吨腈纶聚合釜设计，采用二步法间歇水相沉淀聚合，以丙烯腈、醋酸乙烯酯、甲基丙烯磺酸钠为单体进行共聚。课程设计的主要内容是聚合釜的设计，所以在下面的物料衡算中主要计算与聚合釜有关的物料，其他的不作说明。根据上文中原料的选择与配比可以有如下条件：

(1)聚合温度45℃，聚合时间1h，反应操作周期τt＝2h，单釜聚合转化率82%，总转化率为97%，聚合pH值为2.0±0.2。

(2)聚合反应配方，三种单体的进料比 AN:VAc:MAS = 90:9:1 ,总单体浓度为33%，表4-1列出了其他原料与总单体的进料比值。

4-1其他原料加入量

原料名称

NaClO3

用量(相对总单体量)

0.5% 0.001% 2.0%

原料名称

NaNO3

用量(相对总单体量)

0.9% 0.43%

CuSO4·5H2O

NaHSO3

β－ME

4.1聚合釜物料衡算 4.1.1计算条件

因为是间歇操作过程，所以基准为“批”，计算基准为kg·B?1。本课程设计的聚合釜的年产量是1万吨，年工作时数为7200小时，而丙烯腈三元共聚的反应操作周期τt=2h，这样一年就要生产的批次N( N= 7200／2=3600)。

4反应釜设计计算

本课程设计的任务是年产1万吨腈纶聚合釜设计，采用二步法间歇水相沉淀聚合，以丙烯腈、醋酸乙烯酯、甲基丙烯磺酸钠为单体进行共聚。课程设计的主要内容是聚合釜的设计，所以在下面的物料衡算中主要计算与聚合釜有关的物料，其他的不作说明。根据上文中原料的选择与配比可以有如下条件：

(1)聚合温度45℃，聚合时间1h，反应操作周期τt＝2h，单釜聚合转化率82%，总转化率为97%，聚合pH值为2.0±0.2。

(2)聚合反应配方，三种单体的进料比 AN:VAc:MAS = 90:9:1 ,总单体浓度为33%，表4-1列出了其他原料与总单体的进料比值。

4-1其他原料加入量

原料名称

NaClO3

用量(相对总单体量)

0.5% 0.001% 2.0%

原料名称

NaNO3

用量(相对总单体量)

0.9% 0.43%

CuSO4·5H2O

NaHSO3

β－ME

4.1聚合釜物料衡算 4.1.1计算条件

因为是间歇操作过程，所以基准为“批”，计算基准为kg·B?1。本课程设计的聚合釜的年产量是1万吨，年工作时数为7200小时，而丙烯腈三元共聚的反应操作周期τt=2h，这样一年就要生产的批次N( N= 7200／2=3600)。

名称及其结构

名称：乳聚丁苯橡胶，简称SBR（styrene-butadiene rubber） 分子式：

*HCCH2CH2CHCHCH2n*

其中n为平均聚合度，一般为350-10000

第6章 工艺计算

6.1 计算依据

一年产32000t丁苯橡胶，除去试车、检修等非生产时间，按8000h/a计算，一天24小时连续生产。根据典型配方，原料丁二烯70%，苯乙烯30%进料。

§6.2 生产过程总物料衡算

§6.2.1 总进料 SBR时产率：（1）需100%丁二烯： 4000?70%?2800kg/h

以2800kg/h为基准，扣除损耗3%丁二烯，则丁二烯流量为： 2800?(1?3%)?2716kg/h

按转化率60%计算，则100%丁二烯进料量为： 2716?60%?4526.667kg/h 折合摩尔流量：

4526.667?54?83.827kg/h

从原料车间来的丁二烯纯度一般达到99.5%，则需原料量： 4526.667?99.5%?4549.414kg/h 出料量：

320008000?4t/h?4000kg/h

4526.667?0.4?1810.667kg/h

第4章 物料衡算与热量衡算

4.1 物料衡算

物料衡算即是利用物料的能量守恒定律对其进行前后操作后物料总量与产品以及物料损失状况的计算方法，也就是进入设备用于生产的物料总数恒等于产物与物料损失的总量。物料衡算与生产经济效益有着直接的关系。

物料衡算需要在知道产量和产品规格的前提下进行所需的原、辅材料量、废品量以及消耗量的计算。

物料衡算的意义：

（1） 知道生产过程中所需的热量或冷量； （2） 实际动力消耗量；

（3） 能够为设备选型、台数、决定规格等提供依据；

（4） 在拟定原料消耗定额基础上，进一步计算日消耗量、时消耗量，

能够为所需设备提供必要的基础数据。

4.1.1 年工作日的选取

（1）年工作时间 365-11（法定节假日）=354×24=8496（小时） （2）设备大修 25天/年=600小时/年 （3）特殊情况停车 15天/年=360小时/年 （4）机头清理、换网过滤 6次/年 8小时/次

[354-(25+15)]×1/6次/天×8小时/次=396小时=16.5天=17天 （5）实际开车时间

365－11－25－15－17=297天 8496－600－360－396=7140小时 （6）设备利用系数

K=

3工艺计算

一 物料衡算

本聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)连续操作工艺是采用高纯度对苯二甲酸（PTA）与乙二醇（EG）为原料，直接酯化后经缩聚反应得到PET 。单条生产线每年可生产15万吨PET,这条生产线主要由浆料配制工序、酯化工序、聚合工序、切粒包装工序、回收工序五个工序组成。

1画出物料平衡关系示意图

完整PET连续操作工序的物料衡算过程比较复杂，为了说明问题，只对流经反应器的物流进行物料衡算，流经反应器物料平衡关系简图，如图1所示 。

203.1 101.3 102.3

101.0 101.1 102.1 201.1 202.1 203.1 R101 R102 R201 R202 R203

图1 PTA直接酯化缩聚连续操作主反应器物料平衡关系示意图

101.0－浆料；101.1，102.1－酯化产物；201.1，202.1－预缩聚物；203.1－PET熔体； 101.2，102.2，201.2

宁夏理工学院毕业设计

1文献综述

1.1甲醇的性质简介、用途和安全性

1.1.1甲醇简介

甲醇的分子式为CH3OH，其分子量为32.04。常温常压下，纯甲醇是无色透明的、易流动的、易挥发的可燃液体，具有与乙醇相似的气味[1]。其一般性质列于表1-1。甲醇的粘度和表面张力随温度改变如表1-2所示。[2]

甲醇的电导率，主要决定于它含有的能电离的杂质，如胺、酸、硫化物和金属等。工业生产的粗甲醇都含有一定量的有机杂质，其一般比电学率为1×10?6～7×10?7。

甲醇可以和水以及许多有机液体如乙醇、乙醚等无限地混合，但不能与脂肪族烃类相混合、它易于吸收水蒸汽、二氧化碳和某些其他物质，此外只有用特殊的方法才能制得完全无水的甲醇。同样，也难以从甲醇中清除有机杂质，产品甲醇总有有机杂质约0.01%以下。[1]

表1-1 甲醇一般性质

[2]

性质 密度 相对密度 沸点 热容

0.81009/ml(℃) 0.7913（d20）4 64.5℃～64.7℃

数据 性质 导热系数 表面张力

生成热

数据

2.09J/ (cm.s.K)

0.00002255N/cm(22.55dyn/cm)(20℃)

2.51～2.53J(g.℃)(2～25℃液体)45J（mol

食品工程原理实习课程设计任务书 浮阀精馏塔设计实例

1 设计题目：分离乙醇-水混合液的浮阀精馏塔设计 2 原始数据及条件

生产能力：年处理乙醇-水混合液14.0万吨（开工率300天/年） 原料：乙醇含量为20%（质量百分比，下同）的常温液体 分离要求：塔顶乙醇含量不低于95% 塔底乙醇含量不高于0.2% 建厂地址：江苏常州

塔板的工艺设计

1 精馏塔全塔物料衡算

F：原料液流量（kmol/s） xF：原料组成（摩尔分数，下同） D：塔顶产品流量（kmol/s） xD：塔顶组成 W：塔底残液流量（kmol/s） xW：塔底组成

原料乙醇组成：

塔顶组成：

塔底组成：

1

进料量：

物料衡算式：F = D + W

F xF= D xD+ W xW

联立代入求解：D = 0.0264 kmol/s， W = 0.2371 kmol/s 2 常压下乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系 在示例中对表格、图和公式未编号，在设计说明书中要求严格编号。

表3-11 乙醇-水气液平衡组成（摩尔）与温度关系 温度温度温度液相 气相 液相 气相 液相 气相 /℃ /℃ /℃ 100 0 0 82.7 23.37 54