设计评述
2.2工艺计算
2.2.1物料衡算
1）：物料衡算的原理?方法?步骤 (1):原理
对于连续稳定过程,物料衡算的方程是: ΣMλ=ΣM出 (2-1) 即: 初始输入量=最终输出量 对不连续过程,物料衡算的方程为:
ΣMλ=ΣM出+M累积 (2-2)
即:初始输入量+生成输入量=最终输出量+消耗量 (2)：方法
本设计属于间歇式反应,采用第二种计算方法 (3)：步骤: a:收集数据:
①:原理,产品规格? ②:过程单位时间的物流量? ③:有关消耗定额?
④:有关转化率?选择性?单程收率?
b:画物料流程图,确定衡算对象,根据题目要求它可以是总物料某个组分某个元素等;
c:确定衡算范围,根据题目要求它可以是一个系统一个车间某个设备,某个设备的局部等;
d:确定衡算基准: 根据题目要求它可以是单位质量单位时间等; e:列出输入输出物料平衡表; 2）：物料衡算过程 (1):收集数据
表2-1 原料性质
原料名称 邻二甲苯 氧气（空气）
密度(Kg/m)
3
摩尔质量(g/mol)
36（29）
沸点(℃)
184.4
含量(%)
100 20
比热容 kJ/(kg.℃)
2.406 1.0121
(2):确定单位时间内物流量:
已知: 40000t/a 年工作天数:365-(t1+t2) 选择不连续工作制度:
t1=52+1+1+2+3=59(其中对于工厂,星期六照常上班,故只有星期天休息,一年52周共52天,再加上劳动节1天,元旦1天,国庆节2天,春节3天)
t1---设备大?中?小修及正常检修总天数,反应釜取6天/年? 故年工作天数
=365-(52+7+6)=300d/a
∴苯酐日产量:
40000 t/a÷300d/a=133.333t/d
以单位时间为基准，按年工作300天，每天24小时，硝酸小时生产量
1． 计算依据
? 苯酐产量5556Kg/h. 即37.5Kmol/h. ? 原料组成邻二甲苯：空气=1:19 ? 操作压力 0.08MPa（表压）
? 反应器进口气体温度 145℃,出口温度360℃ 2． 物料衡算
邻二甲苯 反 苯酐
应 氧气 器 副产物
40000?103?5556Kg/h
300?24 水
假设循环气不参与反应，只起带走热量的作用。 (3):由已知消耗定额(以每吨产品计，原料利用率取90%)
消耗定额是指生产每吨合格产品需要的原料?辅料及试剂等的消耗量?
表2-2 消耗定额
原料名称 邻二甲苯 氧气
消耗量 796kg/t 2162kg/t
设计评述
(4):原料日净耗量: 邻二甲苯：
796kg/t×133.333t/d=106130.7kg/d 氧气：
2162kg/t×133.333t/d=288260kg/d 原料年净耗量: 邻二甲苯：
106130.7kg/d÷1000kg/t×300d/a=31839t/a 氧气：
288260kg/d÷1000kg/t×300d/a=86478t/a
原料在厂内贮存及运输损失率为1%,则硝酸工厂的原料年入厂量： 邻二甲苯：
31839t/a÷(1-0.01)=32161 t/a 氧气：
86478t/a÷(1-0.01)= 87352t/a
又由于原料厂外运输损失率为1%,则硝酸工厂的原料年外购量： 邻二甲苯：
32161 t/a÷(1-0.01)= 32486t/a 氧气：
87352t/a÷(1-0.01)= 88234t/a 在整个苯酐生产工艺中： 产品为： 苯酐 年产4万吨，
产品中苯酐产量为5.56t/h，吸收塔钟，尾气及其原料损耗为5%，氧化塔中，原料损耗为5%。
(5):衡算结果
表2-3 物料衡算表
原料
消耗定额(Kg/t)
邻二甲苯 氧气
796 2162
转化率(%) 95 40
日净耗量(Kg/d) 106130.7 288260
年净耗量(t/a) 31839 86478
厂内储量(t/a) 32486
订货量(t/a) 32486
(7):确定衡算范围,并进行深入计算: ①: 空气和原料的混合器: 每小时进（出）料量为:
物料衡算表
组分 邻二甲苯 空气 总计
Kmol/h 37.5 712.5 750
混合器进口 组成%(mol) 5 95 100
Kg/h 3975 20663 24638
Kmol/h 37.5 712.5 750
混合器出口 组成%(mol) 5 95 100
Kg/h 3975 20663 24638
②: 反应器: 每小时进（出）料量为: 物料衡算表
组分 邻二甲苯 空气 苯酐 Ｈ２Ｏ
712.5 0 0
95 0 0 100
20663 24638
570 35.7 112.5 1.8 721.8
79 5 15.6 0.25 100
15390 5283.6 2025 1939.4 24638
Kmol/h 37.5
反应器进口 组成%(mol) 5
Kg/h 3975
Kmol/h 0
反应器出口 组成%(mol) 0
Kg/h 0
副产物 总计
750
③:冷凝回收:
每小时进（出）料量为: 物料衡算表
组分 邻二甲苯 空气 苯酐 Ｈ２Ｏ 副产物 总计
Kmol/h - 570 35.7 112.5 1.8 721.8
反应器进口 组成%(mol)
- 79 5 15.6 0.25 100
Kg/h - 15390 5283.6 2025 1939.4 24638
35.7 112.5 1.8 151.8 Kmol/h -
反应器出口 组成%(mol)
- 排空 23.52 74.21 1.27 100
5283.6 2025 1939.4 9248 Kg/h -
2.2.2热量衡算
（一）热量衡算的基本原理
化工生产过程往往伴随着能量的变化，尤其是反应过程，为维持在一定温度下进行
设计评述
反应，常有热量的加入或放出。因此能量衡算也是化工设计中及其重要的组成部分，能量衡算是以热力学第一定律为依据，能量是热能、电能、化学能、动能、辐射能的总称。化工生产中最常用的 能量形式为热能，故化工设计中经常把能量计算称为热量计算。通过热量衡算可确定传热设备的热负荷，以此为设计传热型设备的形式、尺寸、传热面积等并为反应器、结晶器、塔式设备、输送设备、压缩系统、分离及各种仪表等提供参数，以确定单位产品的能量消耗指标；同时也为非工艺专业（热工、电、给水、冷暖）设计停工设计条件做准备。
热量计算与设备计算的关系非常密切，因此经常将热量放在设备工艺计算内同时进行。一般在 物料计算后先粗算一个过程的设备台数大小，设定一个基本形式和传热形式，然后进行该设备的热量计算，如热量计算的 结果与设备形式、大小有矛盾，则必须重新设计设备的 大小和形式或加上适当的附件，以使设备既能满足物料衡算的要求又能满足热量衡算的要求。
能量衡算的基本方程式
根据热力学第一定律，能量衡算方程式的一般形式为：
?E?Q?W
式中，?E?体系总能量变化；
Q?体系从环境中吸收的能量； W?环境对体系所做的功；
在热量衡算中，如果无轴功条件下，进入系统加热量与离开系统的热量应平衡，即在实际中对传热设备的热量衡算可表示为：
?Q进??Q出
Q1?Q2?Q3?Q4?Q5?Q6 其中： Q1?所处理的物料带入设备的热量；
Q2?换热剂与设备和物料传递的热量（符号规定加热剂加入热量为“+”，冷却剂吸收热量为“－”）；
Q3?化学反应热（符号规定过程放热为“+”，过程吸热为“－”）； Q4?离开设备物料带走的热量； Q5?设备消耗热量；