3.3.2 轻组分塔物料衡算
经过冷凝工段，粗苯酐热熔后送入预处理槽加热，然后由轻组分塔进料泵送入轻组分塔。预处理工段中：
粗苯酐的杂质苯酞经高温全部分解成苯酐和水： C8H6O2 + O2 → C8H4O3 + H2O 由苯酞分解生成的苯酐为： 0.4411kmol 则经过预处理段后苯酐：F1=33.7500+0.4411
=34.1911kmol
粗苯酐中含量较少的邻二甲苯、柠槺酐、苯甲酸也基本除去，为了后面精馏计算方便，可假设粗苯酐经过预处理蒸馏后，杂质中的邻二甲苯、柠槺酐、苯甲酸、苯酞以及苯酞高温分解产物水一起除去，通过泵送入尾气洗涤装置。
所以进入轻组分塔的原料物流： 纯苯酐的物料流量：
F1=34.1911kmol/h
顺酐的物料流量：
F2=296.4511/98=3.0250kmol/h
进入精馏塔粗苯酐总物料：
F=F1+F2 =37.2161kmol/h
物流1流量即为粗苯酐总的物料流量F=37.2161kmol/h 对该段精馏，进料组成： xF1=
F134.1911??0.91 F37.2161F23.0250??0.09 F37.2161 xF2=物料1的平均摩尔质量：
MF=0.91×148+0.09×98 =143.5
本次设计对精馏要求：塔顶x1≤0.1488；塔底x1≥0.998，列出物料横算式： F=D+W （1）
F1=Dxd1+Wxw1 （2） F2=Dxd2+Wxw2 （3）
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先将已知数据代人式（1）、（2）式： 37.2161=D+W
34.1911=0.1498D+0.998W 解得：
D=3.4788 kmol/h W=33.7373 kmol/h 所以苯酐：
F1D=0.1488×3.4788 =0.5176 kmol/h
F1W=0.998×33.7373 =33.6698 kmol/h 由：
xd2=1-0.1498
=0.8502
xw2=1-0.998
=0.002
所以顺酐：
F2D=3.4788×0.8502 =2.9577 kmol/h
F2W=33.7373×0.002
=0.0675 kmol/h
根据以上计算列出精馏物料平衡表：
表3-4 精馏工段物料衡算表
物 流 表 摩尔流量 kmol/h 质量流量 kg/h 苯酐 kg/h 顺酐 kg/h
1 37.2161 5349.7339 5060.2828 289.4511 2 3.4788 359.4409 76.6048 282.8361 3 33.7373 4989.7454 4983.1304 6.6150 4. 能量衡算
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4.1 热量衡算方程式
化工计算中的能量衡算是根据热力学第一定律，即能量守恒与转化定律，对化工过程进行能量计算。化工生产中消耗的能量形式有机械能，电能和热能等等，其中以热能为主要形式，因此化工过程中的能量衡算重点是热量衡算。本章具体对苯酐氧化反应器进行能量衡算如下：
热量衡算方程式： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5
其中式中： Q1——初始物料带入设备中的热量，kJ
Q2——加热剂或冷却剂与设备和物料传递的热量kJ Q3——物理变化及化学变化的热效应，kJ Q4——离开设备物料带走的热量，kJ Q5——反应器系统热量损失，kJ
4.1 反应过程的能量方框图
邻二甲苯 工艺空气 145℃ 固 定 床 反 应 器 柠槺酐 水 二氧化碳 一氧化碳 Q 苯酐 邻二甲苯酐 苯甲酸 苯酞
图4-1 反应工段能量衡算图
4.2 反应器能量横算过程
根据图4-1及能量守恒可知：Q2=Q4+Q5-Q1-Q3 4.2.1 Q1和Q4的计算
Q=∑Mi×Ci（t1-t2） （Q1和Q4的计算都适用）
式中：Mi——反应物体系中组分的质量，kg；
Ci——组分i在0-T℃时的平均比热容，KJ/kg.K； t1，t2——反应物系在反应前后的温度，℃。
物料进入设备时的温度为145℃，热量衡算的基准为145℃，△T=0,则： Q1=0 查得各物项平均比热容数据：（kJ/kg.℃）
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组分 OX O2 N2 苯酐 顺酐 柠康酐 苯酞 苯甲酸 水 CO CO2 比热容 5.96 1.15 1.06 5.23 4.93 4.52 4.91 5.18 4.18 1.11 1.45
表4-1 各物相平均比热容
所以： Q4??MiCi?t1?t2?
=9.4000×6.96×(370-145)+4062.1612×1.15×225+35273.500
0×1.06×225+4995.0000×5.23×225+398.0956×4.52×225+81.0097×4.52×225+136.9748×4.91×225+287.2124×5.18×225+2486.3184×4.18×225+205.9291×1.11×225+1415.1033×1.45×225
=19181207.4kJ
4.2.2 过程Q3的计算
过程热效率可以分为两类：一类是化学过程的热效率即化学反应速率；另一类是物理过程热效率。物料化学变化过程，除化学反应外，往往伴随着物料状态变化热效率，但本工艺流程中物理过程热效率较低，可以忽略不计，该过程皆为放热反应，则过程热效率可以由下式计算：
主反应：C8H10+3O2→C8H4O3+3H2O +1302.2kJ Q3-1=33.75×103×1302.2
=43949.2×103kJ/h
副反应：CH3C6H4CH3+7.5O2→C4H2O（+4CO2+4H2O +3177.9kJ 3顺酐） Q3-2=4.06×103×3177.9
=12902.3×103kJ/h
CH3C6H4CH3+3O2→C6H5COOH（苯甲酸）+CO2+2H2O +1339.8kJ Q3-3=2.35×103×1339.8
=3148.5×103kJ/h
CH3C6H4CH3+2O2→C8H6O2（苯酞）+2H2O +837.4kJ Q3-4=1.02×103×837.4
=854.1×103kJ/h
CH3C6H4CH3+4.5O2→C5H5O3（柠槺酐）+3CO+3H2O +1674.8kJ
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Q3-5=0.72×103×1674.8
=1205.9×103kJ/h
CH3C6H4CH3+6.5O2→8CO+5H2O +2177.2kJ Q3-6=0.64×103×2177.2
=1393.4×103kJ/h
CH3C6H4CH3+10.5O2→8CO2+5H2O +4576.4kJ Q3-7=1.69×103×4576.4
=7734.1×103kJ/h
继而得到：
Q3 = Q3-1+Q3-2+Q3-3+Q3-4+Q3-5+Q3-6+Q3-7 =71187.5×103kJ/h
4.2.3 Q5的计算
该反应中的热损失按5%计算，即：
Q5=5%×（Q1+Q3） =5%×（0+71187.5×103） =3559375kJ/h
4.2.4 Q2的计算
Q2为熔岩移出反应器的热量，由反应器热量守恒可知：
Q2=Q4+Q5-Q1-Q3 =51650355.6kJ/h
4.3 反应器能量衡算表
根据以上计算列出氧化反应工段能量衡算表格如下：
表4-2 反应工段能量衡算表 （吸收热量为“+”，释放热量为“-”）
名称 输入物料焓（Q1） 热交换量（Q2） 过程热效率（Q3） 输出热料焓（Q4） 总的热损失（Q5） 热量（kJ/h） 0 51650355.6 -71187500 19181207.4 -3559375
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