間苯二甲酸生產工藝物料衡算計算案例綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u29995間苯二甲酸生產工藝物料衡算計算案例綜述 1113911.1物料衡算任務 1233061.2物料衡算原理 197311.3氧化工段的物料衡算 212111.3.1反應系統的物料衡算 280281.3.2結晶器的物料衡算 425701.3.3分離器的物料衡算 5157471.4精制工段的物料衡算 679351.1.1精餾段的物料衡算 6172841.1.2精餾塔的物料衡算 912711.1.3分離器的物料衡算 101.1物料衡算任務物料衡算的任務：為了確定生產所用的了材料的量，確定間二甲苯，空氣的實際消耗量，確定乙酸在那一段時間的消耗量，也讓我們知道主要產生的三廢的量。對各個單元進行的物料衡算，對選型有很大的幫助；全流程物料衡算，數據用于完成物料流程圖等后續設計任務[21]。本廠一年連續操作7200小時，物料衡算以kg/h作為計算基準。1.2物料衡算原理物料衡算是以質量守恒定律為基礎，對物料平衡進行的計算。對于已經達到穩定的體系，通常滿足以下關系：(進料量之和)-(出料量之和)=(系統累積量)當系統中有化學反應時可表示為：(進料量之和)-(出料量之和)+(反應消耗量)-(反應生成量)=(系統累積量)利用以上兩個關系，可以對整個工藝系統或子系統進行物料衡算。1.3氧化工段的物料衡算1.3.1反應系統的物料衡算1.反應系統的物料衡算MX氧化系統物料衡算圖如圖3-1所示。該系統由混合器M0101，換熱器E0101、E0102，反應器R0101組成。注：圖中4、5、6表示流股的編號圖4-1間二甲苯氧化反應系統物料衡算示意圖氧化反應系統進料和出料各流股溫度壓力條件見表4-1。表4-1間二甲苯氧化反應系統進出料流股溫度壓力條件項目進料出料醋酸M-XYL-0168溫度/℃180.00180.00142.78180壓力/bar6.906.9020.006.9汽相分率0.000.0010.55液相分率1.001.0000.45質量流量/（kg/h）20862.2618441.2818397.7157701.25體積流量/（L/min）333.47370.8474493.3445432.74表4-2間二甲苯氧化反應系統物料衡算結果組分進料出料4進料質量流量/(kg/h)組成/%5進料質量流量/(kg/h)組成/%6進料質量流量/(kg/h)組成/%8出料質量流量/(kg/h)組成/%間二甲苯0.000.0018441.280.000.000.000.000.00氧氣0.000.000.000.0018397.71100.000.100.00水0.000.000.000.000.000.007259.8742.34二氧化碳0.000.000.000.000.000.002446.245.83間苯二甲酸0.000.000.000.000.000.0028280.2117.88醋酸20862.26100.000.00100.000.000.0019193.2833.58間苯二甲酸（固）0.000.000.000.000.000.000.000.003-羧基苯甲醛0.000.000.000.000.000.00521.550.37氫氣0.000.000.000.000.000.000.000.00間甲基苯甲酸0.000.000.000.000.000.000.000.00氮氣0.000.000.000.000.000.000.000.00合計20862.26100.0018441.28100.0018397.71100.0057701.25100.00總計57701.2557701.25由表4-2可值，間二甲苯氧化反應系統總進料量為57701.25kg/h，總出料量57701.25kg/h，間二甲苯氧化反應系統的物料守恒。2.氧化反應器的物料衡算氧化反應器物料衡算示意圖如圖4-2所示：圖4-2氧化反應器物料衡算示意圖表4-3氧化反應器進料和出料各流股溫度壓力條件項目進料出料流股編號78溫度/℃126.99180壓力/bar6.96.9汽相分率0.640.55液相分率0.360.45質量流量/（kg/h）57701.2557701.25體積流量/（L/min）55886.5445432.74表4-4間二甲苯氧化反應器物料衡算結果進料出料組分7進料質量流率/(kg/h)組成/%8出料質量流率/(kg/h)組成/%間二甲苯18441.280.00氧氣18397.7132.000.100.00水0.0032.007259.870.00二氧化碳0.000.002446.2413.00間苯二甲酸0.000.0028280.211.00醋酸20862.260.0019193.2849.00間苯二甲酸（固）0.0036.000.0033.003-羧基苯甲醛0.000.00521.550.00氫氣0.000.000.001.00間甲基苯甲酸0.000.000.000.00氮氣0.000.000.000.00合計57701.25100.0057701.25100.00總計57701.2557701.25由表4-4可見，氧化反應器總進料量為57701.25kg/h，總出料量為57701.25kg/h，所以氧化反應器的物料守恒。1.3.2結晶器的物料衡算結晶器物料衡算示意圖如圖4-3所示：圖4-3結晶器物料衡算示意圖結晶器主要是將生成的粗間苯二甲酸進行結晶，結晶器的操作溫度為25℃，操作壓力為1bar。結晶器R0102的物料衡算結果如表4-6所示。表4-5結晶器進料和出料各流股溫度壓力條件項目進料出料流股編號1011溫度/℃6025壓力/bar11液相分率00.81固相分率10.19質量流量/（kg/h）54800.9454800.94體積流量/（L/min）787.04758.23表4-6間苯二甲酸結晶器物料衡算結果組分進料出料10進料質量流量/(kg/h)組成/%11出料質量流量/(kg/h)組成/%間二甲苯0.000.000.000.00氧氣0.000.000.000.00水6902.32136902.3213二氧化碳118.100.00118.100.00間苯二甲酸28280.2052189.790.00醋酸18978.773518978.7735間苯二甲酸（固）0.000.0028090.41513-羧基苯甲醛521.551521.551氫氣0.000.000.000.00間甲基苯甲酸0.000.000.000.00氮氣0.000.000.000.00合計54800.9410054800.94100總計54800.9454800.94

由表4-6可見，結晶器總進料量為54800.94kg/h，總出料量為54800.94kg/h，所以結晶器的物料守恒。1.3.3分離器的物料衡算分離器物料衡算示意圖如圖4-4所示。圖4-4分離器物料衡算示意圖表4-7分離器V0102進料和出料各流股溫度壓力條件項目進料出料流股編號111312溫度/℃25.0025.0025.00壓力/bar1.001.001.00液相分率0.810.181.00固相分率0.190.820.00質量流量/(kg/h)54800.9429465.4425335.50體積流量/(L/min)758.23333.87421.36表4-8分離器V0102物料衡算結果組分進料出料11進料質量流量/(kg/h)wt/%13出料質量流量/(kg/h)wt/%12出料質量流量/(kg/h)wt/%間二甲苯0.000.000.000.000.000.00氧氣0.000.000.000.000.000.00水6902.3213.00362.5816539.7426.00二氧化碳118.100.006.200.00111.900.00間苯二甲酸189.790.009.980.00179.821.00醋酸18978.7735.00996.96317981.8171.00間苯二甲酸（固）28090.4151.0028062.329528.090.003-羧基苯甲醛521.551.0027.400.00491.152.00氫氣0.000.000.000.000.000.00間甲基苯甲酸0.000.000.000.000.000.00氮氣0.000.000.000.000.000.00合計54800.94100.0029465.44100.0025335.50100.00總計54800.9454800.94由表4-8可見，分離器V0102總進料量為54800.94kg/h，總出料量為54800.94kg/h，所以分離器的物料守恒。1.4精制工段的物料衡算1.1.1精餾段的物料衡算精餾段的物料衡算示意圖如圖4-5所示。圖4-5精餾塔物料衡算示意圖表4-9間苯二甲酸精餾段進料和出料各流股溫度壓力條件項目進料出料流股編號1413171918溫度/℃25.0025.00128.54101.3650.00壓力/bar1.001.002.512.5汽相分率0.000.18100液相分率1.000.8200.311固相分率0.00000.690質量流量/（kg/h）36751.1729465.4336035.3229460.39720.89體積流量/（L/min）616.8194333.8669428559.77335.7712.40表4-10間苯二甲酸精餾段物料衡算結果進料出料14進料質量流率/(kg/h)組成/%13進料質量流率/(kg/h)組成/%17出料質量流率/(kg/h)組成/%19出料質量流量/(kg/h)組成/%18出料質量流量/(kg/h)組成/%間二甲苯0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00氧氣0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00水36751.151.00362.582.0035005.1597.001388.105.00720.51100.00二氧化碳0.000.006.200.006.200.000.000.000.000.00間苯二甲酸0.000.009.980.000.000.009.970.000.000.00醋酸0.000.00996.963.00996.643.000.000.000.320.00間苯二甲酸（固）0.000.0028062.3295.000.000.0028062.3295.000.000.003-羧基苯甲醛0.000.0027.400.0027.340.000.000.000.060.00氫氣0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00間甲基苯甲酸0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00氮氣0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00合計36751.15100.0029465.44100.0036035.33100.0029460.39100.00720.89100.00總計66216.6166216.61由表4-10可見，間苯二甲酸精餾段總進料量為66216.61kg/h，總出料量66216.61kg/h,所以間苯二甲酸精餾段的物料守恒。1.1.2精餾塔的物料衡算精餾塔的物料衡算示意圖如圖4-6所示：圖4-6精餾塔的物料衡算示意圖精餾塔主要是將粗間苯二甲酸精制，精餾塔的操作溫度為25℃，操作壓力為1bar。精餾塔T0201的物料衡算結果如表4-12所示：表4-11精餾塔進料和出料各流股溫度壓力條件項目進料出料流股編號16171918溫度/℃101.32128.54101.3650壓力/bar12.512.5汽相分率0.89100液相分率0.0300.311固相分率0.07520600.690質量流量/（kg/h）66216.6136035.3229460.39720.89體積流量/（L/min）1032612428559.77335.7712.4表4-12精餾塔物料衡算結果進料出料16進料質量流/(kg/h)組成/%17出料質量流/(kg/h)組成/%19出料質量流/(kg/h)組成/%18出料質量流量/(kg/h)組成/%間二甲苯0.000.000.000.000.000.000.000.00氧氣0.000.000.000.000.000.000.000.00水37113.7556.0035005.1597.001388.105.00720.51100.00二氧化碳6.200.006.200.000.000.000.000.00間苯二甲酸9.970.000.000.009.970.000.000.00醋酸996.962.00996.643.000.000.000.320.00間苯二甲酸（固）28062.3242.000.000.0028062.3295.000.000.003-羧基苯甲醛27.400.0027.340.000.000.000.060.00氫氣0.000.000.000.000.000.000.000.00間甲基苯甲酸0.000.000.000.000.000.000.000.00氮氣0.000.000.000.000.000.000.000.00合計66216.61100.0036035.33100.0029460.39100.00720.89100.00總計66216.6166216.61由表4-11可見，精餾塔總進料量為66216.61kg/h，總出料量66216.61kg/h,所以精餾塔的物料守恒。1.1.3分離器的物料衡算分離器的物料衡算示意圖如圖4-7所示：圖4-7脫水塔的物料衡算示意圖分離器主要是將精間苯二甲酸中的水分離，分離器操作壓力為1bar。分離器的物料衡算結果如表4-13所示。表4-13分離器進料和出料各流股溫度壓力條件項目進料出料流股編號20232425溫度/℃101.36120.00103.80103.80壓力/bar1.001.001.001.00汽相分率0.001.001.000.00液相分率0.310.000.000.00固相分率0.690.000.001.00質量流量/（kg/h）29170.78200000.00201381.3827789.41體積流量/（L/min）332.502874706.023676249