物料衡算例子

1、2萬噸/年P(guān)VC廠工藝設(shè)計第三章物料衡算閆策 020238第49頁第三章物料衡算& 3.1流程示意圖3.1.1畫流程示意圖VC 10000kg軟水分散劑其它助劑NaOH溶液損失PVC損失VC回收VCM損失PVC損失VC沸騰床干燥器PVC、水、空氣3.1.2化學(xué)反應(yīng)方程式：nCH： = CHC1 （CHwCH+b 2. 29 x 10*千卡/公斤分子ICJ3.1.3確定計算任務(wù)：聚合與沉析（混料槽）均屬于間歇操作，需要建立時間平衡。由設(shè)計任務(wù)和生產(chǎn)現(xiàn)場可知生產(chǎn) 規(guī)模、生產(chǎn)時間、消耗定額、各步損失以及聚合配方等工藝操作條件。可以順流程展開計算，并按 間歇過程與連續(xù)過程分別確定基準(zhǔn)依次計算。

2、間隙過程基準(zhǔn)：kg/釜；連續(xù)過程基準(zhǔn)：kg/h& 3.2生產(chǎn)數(shù)據(jù)3.2.1全裝置生產(chǎn)數(shù)據(jù)1、生產(chǎn)規(guī)模:20000噸PVC/年 2、生產(chǎn)時間：8000h3、聚合釜數(shù)據(jù)：1）體積：33m32） 裝料系數(shù)：0.93） 每釜投料量：10t4） 平均每釜產(chǎn)量：8486 kg4、生產(chǎn)周期1 .抽真仝至 600mmHg h21 .充氮再抽真空至 600mmHg -h2 ,2 .加單體、助劑、水 一h3,-1升溫 -h2反應(yīng) 6h排氣、清物料 2h工1111h6合計 12h5、損耗分配聚合車間總收率為 94.8%?？傁臑?.2%。各步驟的損失分配如下（間歇過程以單體進(jìn)料量為準(zhǔn)，連續(xù)過程以聚合釜內(nèi)反應(yīng)

3、生成的聚合物為準(zhǔn)） ：聚合釜：VC 0.1%; PVC 0.2%;汽提塔：VC 0.1%; PVC 0.2%;氣流干燥：PVC 0.1%;包裝：PVC 1.5%合計：6.2% （其中PVC占5.2%,混料槽：VC0.8%;離心：PVC 0.5%沸騰干燥：PVC 1%;VC 占 1.0%）PVC0.8%;6、聚合配方 1）單體純度：為方便起見，按 100%計算新鮮料：回收料=9: 12）水油比：1.85軟水/VC3）助劑：名稱用量引發(fā)劑：IPP （75%）水溶液0.025% VC分散劑：HPMC （6%水溶液）0.0365% VCPVA （3%水溶液）0.0365% VC熱穩(wěn)定劑：有機(jī)錫0.02

4、5% VCPH調(diào)節(jié)劑：H3PO4 （50% 水溶液）0.046% VC鐵離子螯合劑：EDTA0.02 % VC鏈終止劑：雙酚A0.04 % VC7、操作時間與控制指標(biāo)聚合溫度出料壓力 轉(zhuǎn)化率59 ± 0.5 C6kg/cm3 （表壓）90%混料槽溫度為75 C,操作規(guī)定加42%液堿14L,加堿量為0.05 %1 % （母液中含 NaOH!）離心為提打品質(zhì)量，用 6075C熱水洗滌，用水量為1500公斤。離心后濕物料含水約為 20%。干燥氣流干燥器出口物料含水量為5%,沸騰干燥器出口物料含水量為 0.2%。8、原料、助劑、產(chǎn)品規(guī)格（略）。9、數(shù)據(jù)物化常數(shù)：42%液堿比重1.45熱數(shù)據(jù)

5、：鋼制設(shè)備比熱0.50 KJ/kg c；PVC比熱1.76 KJ/kg CVC比熱1.588 KJ/kg-C;VC汽化熱263KJ/k g水蒸氣冷凝熱2370KJ/kg& 3.3全車間物料衡算VC 和 PVC :每釜進(jìn)料10 t即10000kgVC時，生產(chǎn)合格產(chǎn)品8486kg，現(xiàn)年生產(chǎn)能力為 20000 t,則年投料量 為 20000 X （ 10000/8486） = 23568.23 t （其中，新鮮 VC 占 90%，回收 VC 占 10%。）新鮮 VC23568.23 X 0.9= 21211.407 t回收 VC23568.23 X 0.1 = 2356.823 t產(chǎn)品質(zhì)量為

6、 20000 t,其中絕干樹脂質(zhì)量為20000X （ 1-0.2%） = 19960 t,產(chǎn)物含水量為 20000 19960 = 40 t轉(zhuǎn)化率為 90%，生成 PVC 23568.23 X 90%= 21211.407 t損失 PVC 21211.407-19960 = 1251.407 tVC 回收量為 23568.23 X 9%= 2121.141 tVC 損失 23568.23 21211.407-2121.141 = 235.682 t軟水：水油比為1.85,助劑：引發(fā)劑：則用水量為 1.85X 23568.23= 43601.226 t分散劑:IPPHPMCPVA熱穩(wěn)定劑：有機(jī)錫

7、PH調(diào)節(jié)劑：H3PO4鐵離子螯合劑：EDTA鏈終止劑:0.025% VC 23568.23X 0.025%= 5.892 t水HPMC （6%水溶液）0.0365%VC23568.23 X 0.0365% = 8.602 t 水 PVA （3%水溶液）0.0365%VC23568.23 X 0.0365% = 8.602 t 水有機(jī)錫0.025% VC23568.23X 0.025%= 5.892 t H3PO4 （50%水溶液）0.046% VC23568.23X 0.046%= 10.841 t 水 EDTA0.02 % VC23568.23 X 0.02%= 4.714 t雙酚 A0.0

8、4 % VCIPP （75%）水溶液5.892 + 75% X 25%= 1.964 t8.602 + 6%X 94%= 134.765 t8.602 + 3%X 97%= 278.131 t10.841 + 50% X 50%= 10.841 t雙酚 A 23568.23 X 0.04% = 9.427 tNaOH溶液：規(guī)格為42%水溶液。每釜用量為14L。NaOH重量為1.48X 14= 20.3kg。全年 NaOH 溶液用量為 20.3X （20000 + 8.486） /1000= 47.844 t 純 NaOH 用量為 47.844X 42%= 20.094 t 水的帶水量為 47.

9、844-20.094 = 27.750 t混料槽水蒸氣：用量為818.48kg/h。則全年用量為 818.48 X 7200/1000 = 1929.012t。汽提塔水蒸氣：用量為700kg/h。則全年用量為 700 X 7200/1000 = 5054 t。離心脫水中洗滌熱水： 用量為1500kg/h。則全年用量為 1500X 7200/1000 = 10800 t脫水量（離心、氣流干燥、沸騰干燥）+篩分包裝損失水：總進(jìn)水量物料含水量=61783.769 t全裝置物料平衡表物料名稱進(jìn)料/t出料量/tVC新鮮VC21211.407回收VC2356.8232147.000損失 VC(1.0%)2

10、35.682PVC產(chǎn)物純PVC19960損失 PVC( 5.2%)1225.548產(chǎn)物含水40軟水43601.226引發(fā)劑IPP（75%水溶液）IPP5.8925.892水1.964分散劑HPMC（6%水溶液）HPMC8.6028.602水134.765PVA（3%水溶液）PVA8.6028.602水278.131熱穩(wěn)定劑：有機(jī)錫5.8925.892PH值調(diào)節(jié)劑H3PO（50%水溶液）H3PO10.84110.841水10.841鐵離子螯合劑：EDTA4.7144.714鏈終止劑：雙酚 A9.4279.427NaOK溶液(42%)純 NaOH20.09420.094水27.750混料槽水蒸氣1

11、929.012汽提塔水蒸氣5040離心洗滌熱水10800離心、干燥脫水+篩分包裝損失水61783.769合計85465.98385465.983& 3.4各設(shè)備物料衡算3.4.1聚合釜1）VC 和 PVC每釜投料量為 10t,其中新鮮 VC 為 10000 X 0.9= 9000kg，回收 VC 為 10000-9000 = 1000kg。轉(zhuǎn)化率為90%，則聚合生成 PVC10000 X 90%= 9000 kg損失 VC 0.1%，損失 PVC 0.2%VC 損失量為 10000 x 0.1%= 10kg, PVC 損失量為 9000x 0.2%= 18kg則 VC 出料量為 100

12、00-9000-10 = 990kg , PVC 出料量為 9000-18 = 8982kg2)軟水水油比為1.85,軟水進(jìn)料量為 1.85 X 10000 =18500kg3）助劑引發(fā)劑：IPP (75%)水溶液0.025% VCIPP10000X 0.025%= 2.5kg水 2.5+ 75%x 25%= 0.833kg分散劑：HPMC （6%水溶液）0.0365% VCHPMC10000X 0.0365%= 3.65 kg水 3.65 + 6%X 94%= 57.183kgPVA （3%水溶液）0.0365% VCPVA10000X 0.0365%= 3.65 kg水 3.65 + 3%

13、X 97%= 118.017kg熱穩(wěn)定劑有機(jī)錫0.025% VC有機(jī)錫10000X 0.025%= 2.5 kgPH調(diào)節(jié)劑：H3PO4 (50% 水溶液)0.046% VCH3PO410000X 0.046%= 4.6 kg水 4.6 +50% x 50%= 4.6 kg鐵離子螯合劑：EDKGA0.02 % VCEDKGA10000 x 0.02%= 2 kg鏈終止劑雙酚A0.04 % VC雙酚A10000 x 0.04 %= 4 kg水的出料量為 18500+0.833+57.183+118.017+4.6 = 18680.633kg聚合釜物料平衡表物料名稱進(jìn)料/kg出料量/kgVC新鮮VC

14、9000990回收VC1000損失 VC(0.1%)10PVC產(chǎn)物純PVC8982損失 PVC(5.2 %)18軟水1850018680.633引發(fā)劑IPP（75%水溶液）IPP2.52.5水0.833分散劑HPMC（6%水溶液）HPMC3.653.65水57.183PVA（3%水溶液）PVA3.653.65水118.017熱穩(wěn)定劑：有機(jī)錫2.52.5PH值調(diào)節(jié)劑HPO（50%水溶液）HPO4.64.6水4.6鐵離子螯合劑：EDTA22鏈終止劑：雙酚A44合計28703.53328703.5333.4.2混料槽進(jìn)料除聚合釜來料外，尚需加液堿和通入直接蒸汽。按工藝條件規(guī)定加 42% NaO啾溶液

15、14升,重量為 1.45 X 14 = 20.3 kg其中含：純 NaOH 20.3 X 42%= 8.256 kg,水 20.3 8.256 = 11.774 kg假設(shè)未反應(yīng)的VC液體除在混料槽及后續(xù)的汽提操作中損失外，全部在混料槽內(nèi)氣化予以回收。堿處理時，通直接蒸汽升溫所產(chǎn)生冷凝水量可由熱量衡算求得。水的含量為 18680.633+11.774 = 18692.407 kg設(shè)備及物料升溫(包括 VC氣化)需熱量計算表物料名稱重量(kg)初始溫度(C)終止溫度(C)溫度差(C)比熱(KJ/(kg - °C)熱量(KJ)水18692.4075975164.181250148.18PV

16、C89825975161.76292533.12VC9905975263 (KJ/kg )汽化熱260370合計1763451.3注：1、助劑所占比例甚微，并入水中一起算。2、由于去汽提塔的 VC量甚微，這里并入氣化部分一起計算。H2O汽化熱2370KJ/kg。按熱損失10%,系數(shù)1.1計算，每個混料槽在每次操作中需通入蒸汽量W為 W = 1763451.3X1.1 = 818.48 kg 2370水的出料量為 18680.633+11.774+818.48=19510.887 kgVC 損失量 10000X 0.8%= 80 kgPVC 損失量 9000 x 0.8% = 72 kg氣化回收

17、 VC 10000 x 9%= 900 kg混料槽 VC出料量為990-900-80 = 10 kgPVC 出料量為 8982-72= 8910 kg助劑量為 2.5+3.65+3.65+2.5+4.6+2+4 = 22.9 kg混料槽物料平衡表物料名稱進(jìn)料量/kg出料量/kgVCVC99010損失VC80回收VC900PVCPVC89828910損失PVC72水18680.63319510.887NaOHK溶液純 NaOH8.5268.526水11.774水蒸汽818.48助劑22.922.9合計29514.31329514.3133.4.3汽提塔從這步操作開始轉(zhuǎn)入連續(xù)操作過程，計算基準(zhǔn)由k

18、g/釜，改為kg/ho質(zhì)量以聚合釜內(nèi)生成的聚合物為基準(zhǔn)。根據(jù)全年生產(chǎn)任務(wù)和生產(chǎn)時間求出每小時PVC產(chǎn)量為20000 tPVC/7200h=2777.78 kg/h產(chǎn)品中含水 0.2%，則絕干樹脂產(chǎn)量為2777.8 X ( 1-0.002 ) = 2772.22 kg/h以2772.22/ (1-5.2 %) = 2924.28kg/h為連續(xù)過程質(zhì)量基準(zhǔn)進(jìn)行計算?？紤]到各步損失后，汽提塔進(jìn)料中應(yīng)含絕干樹脂量為2924.28 X ( 1-1 %) = 2895.04kg/h其中，1%為聚合釜和混料槽中PVC失百分?jǐn)?shù)，按混料槽出料組成，以 2895.04kg/h為基準(zhǔn)，計算各組分的含量：VC 10

19、X ( 2895.04/8910 ) = 3.25 kg水 19510.887 X ( 2895.04/8910 ) = 6339.48 kg助劑+ NaOH (22.9+8.526 ) X ( 2895.04/8910 ) = 31.426 X ( 2895.04/8910 ) =10.21 kg損失 PVC2924.28 X 0.2 %= 2.92 kg/hPVC出料量為 2895.04-5.85=2889.19 kg損失 VC 2924.28 X 0.1 %= 5.85 kg/hVC汽提量為3.25-2.92 = 0.33 kg ,進(jìn)入廢氣處理系統(tǒng)或直接燃燒。水的出料量為 6339.48

20、+700=7039.48 kg汽提塔物料平衡表物料名稱進(jìn)料量/ ( kg/h )出料量/ (kg/h )VCVC3.250.33損失VC2.92PVCPVC2895.042889.19損失PVC5.85水6339.487039.48所需烝汽量700助劑+ NaOH10.2110.21合計9947.989947.983.4.4離兀、進(jìn)料量為汽提塔出料量，其中 VC含量可忽略不計。洗滌熱水用量為1500kg/h。離心操作損失 PVC2924.28 X 0.5 % = 14.62 kg/hPVC出料量為 2889.19-14.62 = 2874.57 kg離心后濕物料仍含水分20%，則含水量為 28

21、74.57 X ( 20% /80 %) = 718.64 kg,母液中含水 7039.48+1500-718.64=7820.84 kg 。離心操作物料平衡表物料名稱進(jìn)料量/(kg/h)出料量/(kg/h)PVC2889.192874.57PVC 失14.62母液中含水7039.487820.84濕物料含水一718.64洗滌熱水1500助劑+ NaOH10.2210.22合計11438.8811438.883.4.5氣流干燥進(jìn)料量為離心操作出料量。氣流干燥損失 PVC2924.28 X 1 % = 29.24 kg/hPVC出料量為 2874.57-29.24 = 2845.33 kg離心后濕物料仍含水分5%,則含水量為 2845.33 X ( 5%/95 %) = 149.75 kg脫走水 718.64-149.75=568.89 kg氣流干燥物料平衡表物料名稱進(jìn)料量/(kg/h)出料量/(kg/h)PVC2874.572845.33損失PVC29.24水718.641