物料衡算過程課件

化工生產(chǎn)裝置設計中所涉及的工藝計算包括物料衡算、熱量衡算和設備工藝計算三個方面?！?.1物料衡算的基本知識3.1.1物料衡算的定義、類型、作用及理論依據(jù)

定義

指根據(jù)各種物料之間的定量轉化關系對進出整個生產(chǎn)裝置、生產(chǎn)工序或單臺設備的各股物料的數(shù)量及組成進行平衡計算,它是在工藝流程確定后最先進行的工藝計算。ppt課件化工生產(chǎn)裝置設計中所涉及的工藝計算包括物料衡算

作用

物料衡算是整個工藝設計中非常重要的環(huán)節(jié),有很重要的作用。①為熱量衡算、設備工藝計算、管道計算、輔助工序及公用工程設計計算、生產(chǎn)成本核算等提供依據(jù)。②在確定生產(chǎn)裝置由幾條生產(chǎn)先組成以及工藝參數(shù)的確定中起著非常重要的作用。③是指導生產(chǎn)過程的重要依據(jù)。

類型

按計算范圍分為單元操作(或單個設備)的物料衡算和全流程(包括各個單元操作的全套裝置)的物料衡算;按操作方式分為連續(xù)操作的物料衡算和間歇操作的物料衡算;此外,還有帶循環(huán)過程的物料衡算。ppt課件作用物料衡算是整個工藝設計中非常重要的環(huán)節(jié)

對于沒有化學反應的生產(chǎn)過程來說,質(zhì)量守恒定律:

物料進入量=物料離開量+裝置內(nèi)積累量+過程損失量

對于有化學反應的生產(chǎn)過程來說,質(zhì)量守恒定律:

物料進入量=物料離開量+反應消耗量+裝置內(nèi)積累量+過程損失量。注:對于沒有化學變化及物理化學變化的密封設備或工序如泵、換熱器等可不進行物料衡算;

對于只有物料損失的設備或工序如切粒機、打包機等可只做總物料衡算;

對于有化學變化或物理化學變化的設備或工序如反應器、精餾塔、蒸發(fā)器、結晶器、干燥裝置等不僅要進行總物料衡算還要對各組分及組成分別進行物料衡算。

理論依據(jù)

物料衡算的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律。ppt課件對于沒有化學反應的生產(chǎn)過程來說,質(zhì)量守恒定律:

物流量3.1.2物料衡算的基本概念單位時間內(nèi)物料流過設備的數(shù)量,如質(zhì)量流量、體積流量產(chǎn)量單位時間內(nèi)生產(chǎn)裝置生產(chǎn)出產(chǎn)品的數(shù)量,如年產(chǎn)量、月產(chǎn)量、日產(chǎn)量等消耗量生產(chǎn)單位數(shù)量產(chǎn)品所需原材料的數(shù)量損失量生產(chǎn)單位數(shù)量產(chǎn)品損失掉原材料的數(shù)量純度物料中含主要成分的百分比配料比進入生產(chǎn)裝置的各種原料之間的比例關系,如質(zhì)量比、摩爾比轉化率反應物參加反應的百分率單程

收率生產(chǎn)為目標產(chǎn)物的反應物數(shù)量占反應物起始數(shù)量的百分比,等于轉化率乘以選擇性回收率副產(chǎn)物或未參加反應的反應物經(jīng)處理后可以重新利用的百分比選擇性生成目標產(chǎn)物的反應物數(shù)量占參加反應的反應物數(shù)量的百分比ppt課件流量3.1.2物料衡算的基本概念單位時間內(nèi)物料流過設備的數(shù)3.1.3計算基準及單位

在進行物料衡算時,一般不同的操作方式、不同的計算目的,對應選擇的計算基準以及確定的計算單位不同。

連續(xù)生產(chǎn)過程

整套生產(chǎn)裝置的操作狀態(tài)不隨時間的變化而變化,屬于定態(tài)操作過程,一般選時間為計算基準,對應計算單位為Kg/h、Kmol/h、m3/h等。ppt課件3.1.3計算基準及單位在進行物料衡算時,一

間歇生產(chǎn)過程

物料都是一批批加入生產(chǎn)裝置進行加工處理的,屬于非定態(tài)操作過程,一般選批為計算基準,對應計算單位為Kg/B、Kmol/B、m3/B。

原料消耗計算、成本核算

可以單位產(chǎn)品數(shù)量作為計算基準。ppt課件間歇生產(chǎn)過程物料都是一批批加入生產(chǎn)裝置進行3.1.4計算步驟

畫出物料平衡關系示意圖

在了解工藝操作過程的基礎上,根據(jù)工藝流程草圖畫出物料平衡關系示意圖。其中,設備或工序可用方框表示、無物料變化的設備或工序可省去不畫、圖中應表明物流號、名稱及流向。

注明變化過程

明確物料在個設備或工序中發(fā)生的化學變化及物理化學變化,寫出主、副反應方程式。ppt課件3.1.4計算步驟畫出物料平衡關系示意圖在

收集數(shù)據(jù)資料

生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)時間、相關技術指標(如原料消耗量、各設備損失量、配料比、循環(huán)比、回流比、轉化率、單程收率、回收率等)、質(zhì)量標準(原料、助劑、中間產(chǎn)物和產(chǎn)品規(guī)格、組成及相關物理化學常數(shù))、化學變化及物理化學變化的變化關系。

選擇計算基準及計算單位

整個計算過程應保持計算基準與計算單位一致,避免出錯。有時根據(jù)特殊需要局部工序或設備可另設計算基準及單位,最后要求進行單位換算建立各工序或各設備之間正確的物料時間平衡關系。ppt課件收集數(shù)據(jù)資料生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)時間、相關技術

確定計算順序

對于已有生產(chǎn)裝置進行的標定或挖潛改造做的物料衡算,可直接采用順流程計算。

對于待建生產(chǎn)裝置的工藝設計,先將產(chǎn)量換算成單位時間處理原料量,然后采用順流程計算。

對于復雜的生產(chǎn)過程,可先將生產(chǎn)過程分解到工序并對各工序進行物料衡算,然后將各個工序分解到各個設備并進行物料衡算。

對于簡單的生產(chǎn)過程可直接對整套裝置中的各個設備進行物料衡算。ppt課件確定計算順序對于已有生產(chǎn)裝置進行的標定或挖潛改

展開計算

根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)資料及選擇的計算基準和單位,按照確定的計算順序運用化學、化工及物化知識(如質(zhì)量守恒定律、化學計量、組分數(shù)量分率約束式、設備約束式(包括進料比、相平衡關系、化學平衡關系、轉化率和選擇性等)),逐個工序、逐臺設備建立物料平衡關系式,進行物料平衡計算。

整理并校核計算結果

對每個工序或設備進行物料衡算后必須立即根據(jù)約束條件對計算結果進行校核,確保計算結果正確無誤。當計算全部結束后必須及時整理、編寫物料衡算說明書(包括數(shù)據(jù)資料、計算公式、全部計算過程及計算結果等)ppt課件展開計算根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)資料及選擇的計算基

繪制物料流程圖,編寫物料平衡表

物料流程圖及物料平衡表是說明物料衡算結果的一種簡捷而清晰的表示方法,它們能夠清楚地表示出各種物料在流程中的位置、數(shù)量、組成、流動方向、相互之間的關系等。

物料衡算結束后，必須利用計算結果對全流程進行經(jīng)濟分析與評價、考查生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本等是否符合預期的要求，物料消耗是否合理，工藝條件是否合適等，同時及時發(fā)現(xiàn)和解決流程設計中存在的問題。ppt課件繪制物料流程圖,編寫物料平衡表物料流程圖及§3.2連續(xù)生產(chǎn)過程的物料衡算

對反應比較簡單或僅有一個反應且只有一個未知數(shù)的情況可直接求算；對反應比較復雜，物料衡算應依物料流動順序分步進行。

直接求算法

利用結點進行衡算

在化工生產(chǎn)中常有某些產(chǎn)品的組成需要用旁路調(diào)節(jié)才能送往下一個工序的情況，可采用結點進行衡算如圖3-1所示。ppt課件§3.2連續(xù)生產(chǎn)過程的物料衡算對反應比較簡單或僅有一

生產(chǎn)過程中常有不參加反應的物料，即惰性物料。由于這種惰性物料數(shù)量在反應器的進出物料中不變化，因此可利用它與其它物料在組分中的比例關系求取其它物料的數(shù)量，此惰性物料為衡算聯(lián)系物。

利用聯(lián)系組分進行物料衡算圖3-1結點ppt課件生產(chǎn)過程中常有不參加反應的物料，即惰性物料。由于這種惰§3.3間歇生產(chǎn)過程的物料衡算

必須建立時間平衡關系，避免造成設備之間生產(chǎn)能力大小相差懸殊的不合理狀況。收集數(shù)據(jù)時要注意整個工作周期的操作順序和每項操作時間；把所有操作時間作為時間平衡的單獨一項記錄，進行時間平衡時需考慮不均衡系數(shù)?？筛鶕?jù)生產(chǎn)周期的每項操作時間分析影響提高生產(chǎn)效率的關系問題。

在化工生產(chǎn)中，循環(huán)過程比較多見，如部分產(chǎn)品的循環(huán)（如回流）、未反應原料分離后循環(huán)再利用等。目的是維持操作?？刂飘a(chǎn)品質(zhì)量。降低原料消耗。提高原料利用率等?！?.4循環(huán)過程的物料衡算ppt課件§3.3間歇生產(chǎn)過程的物料衡算必須建立時間平衡3.4.1典型穩(wěn)定循環(huán)過程

圖3-2為典型的穩(wěn)定循環(huán)過程。Ⅰ表示將再循環(huán)流包括在內(nèi)的整個過程

Ⅱ表示新鮮原料F與循環(huán)物料R混合后的物料同進入工藝過程的總物料流間的物料平衡

Ⅲ表示工藝過程的物料平衡（總進料與總產(chǎn)物流間的平衡）

Ⅳ表示總產(chǎn)物流與它被分離后所形成的凈產(chǎn)品流P和循環(huán)流R間的平衡圖3-2典型的穩(wěn)定循環(huán)過程ppt課件3.4.1典型穩(wěn)定循環(huán)過程圖3-2為典型的穩(wěn)定3.4.2其它類型循環(huán)過程

凈化循環(huán)過程、旁路流程過程、雙循環(huán)過程、多循環(huán)過程、循環(huán)圈相套過程以及復雜循環(huán)過程。圖3-3(a)和3-3(b)分別為凈化循環(huán)過程和旁路流程過程。圖3-3其它類型循環(huán)過程ppt課件3.4.2其它類型循環(huán)過程凈化循環(huán)過程、旁路流程過程、雙§3.5物料衡算示例例1、PET連續(xù)聚合反應過程的物料衡算

本聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)連續(xù)操作工藝是采用高純度對苯二甲酸（PTA）與乙二醇（EG）為原料，直接酯化后經(jīng)縮聚反應得到PET。單條生產(chǎn)線每年可生產(chǎn)10萬噸PET,這條生產(chǎn)線主要由漿料配制工序、聚合工序、切粒包裝工序、回收工序四個工序組成。其中,圖3-4為聚合工序的工藝流程草圖，圖中沒有全部畫出次要設備和次要物料管線。

ppt課件§3.5物料衡算示例例1、PET連續(xù)聚合反應過程的物料衡算圖3-4PTA直接酯化縮聚連續(xù)操作工藝流程草圖ppt課件圖3-4PTA直接酯化縮聚連續(xù)操作工藝流程草圖ppt課件

一、畫出物料平衡關系示意圖

完整PET連續(xù)操作工序的物料衡算過程比較復雜，為了說明問題，只對流經(jīng)反應器的物流進行物料衡算，流經(jīng)反應器物料平衡關系簡圖,如圖3-5所示。

圖3-5PTA直接酯化縮聚連續(xù)操作主反應器物料平衡關系示意圖ppt課件一、畫出物料平衡關系示意圖完整PET連續(xù)操作工

二、明確物料發(fā)生的化學變化與物理化學變化，寫出主、副反應方程式

①化學變化。PET合成過程中,每個反應器中都發(fā)生酯化反應、酯化縮聚反應和縮聚反應,其反應方程式(用官能團表示)如下:

酯化反應:

ppt課件二、明確物料發(fā)生的化學變化與物理化學變化，寫出主、副反應酯化縮聚反應:

縮聚反應:

ppt課件酯化縮聚反應:縮聚反應:ppt課件

為了描述各反應進行的程度特做如下定義:酯化率:縮聚反應程度:乙二醇與PTA摩爾比:平均聚合度:ppt課件為了描述各反應進行的程度特做如下定義:酯化率:縮聚②

物理化學變化（相變化）。在各酯化釜中，由于反應溫度高于水和EG的沸點,酯化生成的水被蒸出反應體系。根據(jù)氣液平衡關系，反應液中仍含有少量的水,水蒸出時夾帶出一定比例的EG,蒸出的EG經(jīng)分離后全部返回到反應器中，因此各酯化反應器中原料配比不變,即Mr＝Mr0。

在縮聚反應釜中，為了使縮聚反應向生成聚合物的方向移動，需盡量降低反應液中EG的含量，因此,縮聚階段特別是反應后期，需在高真空的條件下進行,各縮聚釜中生成的EG大部分被蒸出，使Mr<Mr0。ppt課件②物理化學變化（相變化）。在各酯化釜中，由于反應溫度高于水三、收集數(shù)據(jù)資料②生產(chǎn)時間。年工作日：336d/a（24h/d）①生產(chǎn)規(guī)模。設計任務書中規(guī)定的年產(chǎn)量為10萬噸③相關技術指標

工藝配方：

催化劑用量：c=0.05Wt％PTA

消光劑用量：d＝0.5Wt％PTA（配制成20％EG混合漿液）

投料配比：Mr0＝NE0:NT0＝1.12

切粒、包裝工序物料損失率：e=0.5％

④質(zhì)量標準（略）ppt課件三、收集數(shù)據(jù)資料②生產(chǎn)時間。年工作日：336d/a（24h/⑤化學變化及物理化學變化的變化關系

因各反應器中發(fā)生的主要化學反應相同,反應的進行程度(x、p)不同,因此,各反應器中物料組成變化的計量關系是相同的。各反應器反應液中聚合物數(shù)量為:各反應器反應液中乙二醇數(shù)量為:酯化反應生成水數(shù)量為:ppt課件⑤化學變化及物理化學變化的變化關系因各反應器中各酯化釜中水、EG的汽化量和反應液中殘留量參考表3-1計算各縮聚釜蒸出EG數(shù)量為:四、選擇計算基準與計算單位

連續(xù)操作過程，可選擇時間為計算基準，計算單位為kg/h表3-1各酯化釜中水、EG的汽化量和反應液中殘留量ppt課件各酯化釜中水、EG的汽化量和反應液中殘留量參考表3-1計算各六、計算主要原料(PTA)投料流量五、確定計算順序

可得到產(chǎn)品產(chǎn)量與主要原料（PTA）投料量之間的比例關系，宜采用順流程的計算順序。PET熔體流量與PTA理論投料WT′的關系為:ppt課件六、計算主要原料(PTA)投料流量五、確定計算順序

該生產(chǎn)裝置年產(chǎn)量為10萬噸,年開工336d,連續(xù)生產(chǎn),切粒、包裝工序物料損失率為0.5%,因此PET熔體流量為:PTA實際投料質(zhì)量流量為:PTA實際投料摩爾流量為:ppt課件該生產(chǎn)裝置年產(chǎn)量為10萬噸,年開工336d,連續(xù)七、順流程逐個設備展開計算①R101物料衡算

圖3-6為R101物料平衡示意圖。101.0ppt課件七、順流程逐個設備展開計算①R101物料衡算圖101.2101.3101.1ppt課件101.2101.3101.1ppt課件ppt課件ppt課件②R102物料衡算

圖3-7為R102物料平衡示意圖。102.2102.30.9ppt課件②R102物料衡算圖3-7為R102物料平衡102.1ppt課件102.1ppt課件③R201物料衡算

圖3-8為R201物料平衡示意圖。

在R201中加入消光劑EG溶液(003.1)。由于抽真空會有少量聚合物被夾帶出使201.1中的NT0減少為NT0′,同時夾帶出極少量的消光劑和催化劑。003.1(20%消光劑-EG混合漿液)ppt課件③R201物料衡算圖3-8為R201物料平201.1ppt課件201.1ppt課件201.2ppt課件201.2ppt課件202.1④R202物料衡算

圖3-9為R202物料平衡示意圖。

在R202中由于抽真空會有少量聚合物被夾帶出使201.1中的NT0′減少為NT0″,同時夾帶出極少量的消光劑和催化劑。ppt課件202.1④R202物料衡算圖3-9為R2202.2ppt課件202.2ppt課件⑤R203物料衡算

圖3-10為R203物料平衡示意圖。203.1203.2ppt課件⑤R203物料衡算圖3-10為R203物料平

計算出的203.1數(shù)量與開始時求出的PET熔體的流量相同,說明物料衡算的整個過程是正確的。

八、繪制物料流程圖,編寫物料平衡表(見圖3-11,表3-2)ppt課件計算出的203.1數(shù)量與開始時求出的PET熔體的圖3-11物料流程圖ppt課件圖3-11物料流程圖ppt課件表3-2物料平衡表ppt課件表3-2物料平衡表ppt課件例2、丙烯酸反相懸浮聚合間歇操作過程的物料衡算

丙烯酸反相懸浮聚合制備高吸水樹脂的生產(chǎn)過程主要由原料準備工序、聚合工序、分離工序、聚合物后處理工序組成。本例中只對聚合工序做物料衡算，其工藝流程草圖見圖3-12。圖3-12丙烯酸反相懸浮聚合間歇操作工藝流程草圖ppt課件例2、丙烯酸反相懸浮聚合間歇操作過程的物料衡算丙

一、畫出物料平衡關系示意圖

對于物料數(shù)量和組成都沒有發(fā)生變化的設備可不做物料衡算,因此示意圖中可不畫出T101、T102、P101、P102、P103等設備,如圖3-13所示。

圖3-13丙烯酸反相懸浮聚合間歇操作物料平衡關系示意圖ppt課件一、畫出物料平衡關系示意圖對于物料數(shù)量和組成都二、明確物料發(fā)生的化學變化與物理化學變化,寫出主、副反應方程式①V101、V103、V104中是單純物料混合，無相變與化學變化。

②V102中75%的丙烯酸被中和,中和反應方程式如下:③R101中引發(fā)劑引發(fā)單體進行聚合反應,其反應方程式如下:ppt課件二、明確物料發(fā)生的化學變化與物理化學變化,寫出主、副反應方三、收集數(shù)據(jù)資料②生產(chǎn)時間。年工作日：330d/a（24h/d）;間歇操作,V101、V102、V103、R101每天8批,V104每天1批。①生產(chǎn)規(guī)模。設計任務書中規(guī)定的年產(chǎn)量為4000噸③

相關技術指標(見表3-3)表3-3相關技術指標ppt課件三、收集數(shù)據(jù)資料②生產(chǎn)時間。年工作日：330d/a（24h/⑤化學變化參數(shù)。加入NaOH能夠與丙烯酸完全反應，生成丙烯酸鈉。各組分相對分子質(zhì)量如下：④質(zhì)量標準。原料NaOH溶液濃度為50％，其他原料均視為純物質(zhì)。其中：75%中和的丙烯酸單體混合物平均相對分子質(zhì)量為：

72×0.25＋94×0.75=88.50

聚合反應過程中單體完全參加反應，轉化率可視為100%，單體混合物與聚合物之間無化學計量上的變化，但引發(fā)劑結合到聚合物分子鏈上，會使聚合物數(shù)量略有增加。ppt課件⑤化學變化參數(shù)。加入NaOH能夠與丙烯酸完全反應，生成丙烯四、選擇物料衡算基準及計算單位

由于產(chǎn)物與原料之間化學計量關系比較簡單，且整個工藝過程比較簡單，容易得到產(chǎn)量與單體原料投料量之間的比例關系，所以采用順流程的計算順序。

間歇操作過程，基準為“批”，單位為B/d。大部分設備的操作周期為8B/d，只有V104操作周期為1B/d。引發(fā)劑向R101進料周期為8B/d，所以在做物料衡算時，物料M11的數(shù)量仍以8B/d計算。在做設備工藝計算時，V104的體積大小應按1B/d處理量進行計算。五、確定計算順序ppt課件四、選擇物料衡算基準及計算單位由于產(chǎn)物與原料之間六、計算主要原料(丙烯酸)投料數(shù)量

該生產(chǎn)裝置年產(chǎn)量4000t，年開工330d，每天生產(chǎn)8批，后處理中聚合物損失率2%。①引發(fā)劑(0.2%單體質(zhì)量)全部結合到聚合物中②單體100%轉化成聚合物,且單體的相對分子質(zhì)量與聚合物結構單元相對分子質(zhì)量相同③丙烯酸相對分子質(zhì)量:單體平均相對分子質(zhì)量=72:88.5ppt課件六、計算主要原料(丙烯酸)投料數(shù)量該生產(chǎn)裝置年七、順流程逐個設備展開計算①V102物料衡算

圖3-14為V102物料平衡示意圖。M1(原料丙烯酸)丙烯酸M4(30%NaOH溶液)ppt課件七、順流程逐個設備展開計算①V102物料衡算圖M6(45%單體溶液)M5(無離子水B)ppt課件M6(45%單體溶液)M5(無離子水B)ppt課件②V101物料衡算

圖3-15為V101物料平衡示意圖。M4(30%NaOH溶液)=1743.49Kg﹒B%1M2(50%NaOH溶液)M3(無離子水A)=1220.44-523.05=697.39Kg﹒B-1ppt課件②V101物料衡算圖3-15為V101物料平③V103物料衡算

圖3-16為V103物料平衡示意圖。

已知正庚烷與單體配比為4:1,分散劑用量為2%單體質(zhì)量。M7M8M9ppt課件③V103物料衡算圖3-16為V103物料平衡④R101物料衡算

圖3-17為R101物料平衡示意圖。M10(待聚合液)=M4+M9M11(引發(fā)劑水溶液)ppt課件④R101物料衡算圖3-17為R101物料平M12(聚合物混合液)⑤V104(引發(fā)劑調(diào)配罐)物料衡算M13引發(fā)劑=M14H2O=ppt課件M12(聚合物混合液)⑤V104(引發(fā)劑調(diào)配罐)物料衡算M八、整理并校核計算結果

對如圖3-18所示的聚合工序全面物料平衡計算,利用物料守恒定律進行校核。九、繪制物料流程圖,編寫物料平衡表(見圖3-19,表3-4)ppt課件八、整理并校核計算結果對如圖3-18所示的聚合圖3-19物料流程圖ppt課件圖3-19物料流程圖ppt課件表3-4物料平衡表ppt課件表3-4物料平衡表ppt課件

作業(yè)：１.試對年產(chǎn)量３萬噸的聚丁二烯橡膠連續(xù)聚合生產(chǎn)過程進行物料衡算,圖１為聚丁二烯的生產(chǎn)工藝流程草圖。

ppt課件作業(yè)：１.試對年產(chǎn)量３萬噸的聚丁二烯橡膠連續(xù)聚合生產(chǎn)

生產(chǎn)工藝流程草圖簡述：純度符合要求的丁二烯和溶劑混合后，經(jīng)預熱器H201從釜底進入聚合釜F201，同時將配制好的催化劑也從釜底加入，發(fā)生聚合反應生成高順式聚丁二烯橡膠，膠液由第一聚合釜頂部出來依次通過串聯(lián)的聚合釜再入終止釜F202，終止劑和防老劑按定量打入終止釜內(nèi)。膠液經(jīng)終止后進到混膠罐R201，再由膠液泵B201打入凝聚釜R202中進行凝聚。釜內(nèi)通入大量蒸汽和循環(huán)熱水，膠液噴入釜中后，絕大部分溶劑和丁二烯被蒸出，隨水蒸汽進入全凝器H202。水蒸汽、溶劑和丁二烯蒸氣被全部冷凝由全凝器流入油水分離槽R203，分層后的水相流入水中間槽R204，油相流入油中間罐R205而后送至回收工序處理。ppt課件

生產(chǎn)工藝流程草圖簡述：純度符合要求的丁二烯和溶劑混合后，經(jīng)蒸出溶劑、丁二烯之后的膠粒連同熱水一起送往后處理工序的振動篩J201,大部分自由水排掉后進入熱水中間槽R206，用熱水泵B202將大部分熱水送至凝聚工序循環(huán)使用，少量熱水則被排掉。含水50-60％的膠粒連續(xù)進入擠壓脫水機J202和膨脹機J203使膠粒含水量降至0.5％以下，最后送去包裝入庫。來自油中間槽R205的料液（含雜質(zhì)、水分、溶劑和丁二烯）經(jīng)預熱器H203再進入脫水塔T201。在塔頂蒸出含水的丁二烯和溶劑，經(jīng)冷凝器H204冷凝成液體流入回流罐R207分層，把水由底部放掉，料液部分回流入塔，部分作為丁二烯回收塔T202進料。脫水塔底部得到脫除丁二烯及水的溶劑與重組分送室脫重塔T203。由脫水塔回流雌來的料液在丁二烯回收塔T202內(nèi)分離，塔頂?shù)玫?0％左右的丁二烯送往單體車間提純，塔底得到不含丁二烯的r溶劑、少量水和重組分雜質(zhì)，經(jīng)冷卻后返回原料罐區(qū)。由脫水塔T201塔底來的溶劑和重組分進入脫重塔T203后，塔頂?shù)眉內(nèi)軇┧屯酆瞎ば蚴褂?，塔底得重組分定期排放。ppt課件蒸出溶劑、丁二烯之后的膠粒連同熱水一起送往后處理工序的振動篩

２.試對年產(chǎn)量３萬噸的PVC間歇聚合生產(chǎn)過程進行物料衡算,圖2為PVC的生產(chǎn)工藝流程草圖。

ppt課件２.試對年產(chǎn)量３萬噸的PVC間歇聚合生產(chǎn)過程進行物料生產(chǎn)工藝流程草圖簡述：聚合用水自軟水計量槽R301加至聚合釜F301,分散劑隨之進入釜內(nèi)。單體由氯乙烯計量槽R302加入聚合釜，同時將助劑帶入。攪拌升溫進行聚合反應。待反應結束，借釜內(nèi)殘余壓力將懸浮液壓至沉析槽F-302?；厥章纫蚁怏w，同時加定量液堿，升溫吹風以破壞分散劑、低分子物等?！そ?jīng)堿處理后的懸浮液靠位差流入離心機J301脫去大部分水，并噴入70℃軟水洗滌。含水約20％的濕樹脂經(jīng)濕料貯斗R303和攪龍J303送至氣流干燥器J304中，空氣過濾后由鼓風機J305吸入，送至散熱片H301預熱之后進入氣流干燥器。樹脂隨熱風吹上，被干操至含水５％左右。又經(jīng)旋風分離器J307加至沸騰干燥器J308內(nèi)被熱風干燥至含水0.3％,再由文丘里加料器送到冷風管J311冷卻。隨后經(jīng)旋風分離器J312分離加至滾動篩J313和振動篩J314)篩去粗料進行包裝過秤再送至倉庫。ppt課件生產(chǎn)工藝流程草圖簡述：聚合用水自軟水計量槽R301加至聚合釜

化工生產(chǎn)裝置設計中所涉及的工藝計算包括物料衡算、熱量衡算和設備工藝計算三個方面?！?.1物料衡算的基本知識3.1.1物料衡算的定義、類型、作用及理論依據(jù)

定義

指根據(jù)各種物料之間的定量轉化關系對進出整個生產(chǎn)裝置、生產(chǎn)工序或單臺設備的各股物料的數(shù)量及組成進行平衡計算,它是在工藝流程確定后最先進行的工藝計算。ppt課件化工生產(chǎn)裝置設計中所涉及的工藝計算包括物料衡算

作用

物料衡算是整個工藝設計中非常重要的環(huán)節(jié),有很重要的作用。①為熱量衡算、設備工藝計算、管道計算、輔助工序及公用工程設計計算、生產(chǎn)成本核算等提供依據(jù)。②在確定生產(chǎn)裝置由幾條生產(chǎn)先組成以及工藝參數(shù)的確定中起著非常重要的作用。③是指導生產(chǎn)過程的重要依據(jù)。

類型

按計算范圍分為單元操作(或單個設備)的物料衡算和全流程(包括各個單元操作的全套裝置)的物料衡算;按操作方式分為連續(xù)操作的物料衡算和間歇操作的物料衡算;此外,還有帶循環(huán)過程的物料衡算。ppt課件作用物料衡算是整個工藝設計中非常重要的環(huán)節(jié)

對于沒有化學反應的生產(chǎn)過程來說,質(zhì)量守恒定律:

物料進入量=物料離開量+裝置內(nèi)積累量+過程損失量

對于有化學反應的生產(chǎn)過程來說,質(zhì)量守恒定律:

物料進入量=物料離開量+反應消耗量+裝置內(nèi)積累量+過程損失量。注:對于沒有化學變化及物理化學變化的密封設備或工序如泵、換熱器等可不進行物料衡算;

對于只有物料損失的設備或工序如切粒機、打包機等可只做總物料衡算;

對于有化學變化或物理化學變化的設備或工序如反應器、精餾塔、蒸發(fā)器、結晶器、干燥裝置等不僅要進行總物料衡算還要對各組分及組成分別進行物料衡算。

理論依據(jù)

物料衡算的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律。ppt課件對于沒有化學反應的生產(chǎn)過程來說,質(zhì)量守恒定律:

物流量3.1.2物料衡算的基本概念單位時間內(nèi)物料流過設備的數(shù)量,如質(zhì)量流量、體積流量產(chǎn)量單位時間內(nèi)生產(chǎn)裝置生產(chǎn)出產(chǎn)品的數(shù)量,如年產(chǎn)量、月產(chǎn)量、日產(chǎn)量等消耗量生產(chǎn)單位數(shù)量產(chǎn)品所需原材料的數(shù)量損失量生產(chǎn)單位數(shù)量產(chǎn)品損失掉原材料的數(shù)量純度物料中含主要成分的百分比配料比進入生產(chǎn)裝置的各種原料之間的比例關系,如質(zhì)量比、摩爾比轉化率反應物參加反應的百分率單程

收率生產(chǎn)為目標產(chǎn)物的反應物數(shù)量占反應物起始數(shù)量的百分比,等于轉化率乘以選擇性回收率副產(chǎn)物或未參加反應的反應物經(jīng)處理后可以重新利用的百分比選擇性生成目標產(chǎn)物的反應物數(shù)量占參加反應的反應物數(shù)量的百分比ppt課件流量3.1.2物料衡算的基本概念單位時間內(nèi)物料流過設備的數(shù)3.1.3計算基準及單位

在進行物料衡算時,一般不同的操作方式、不同的計算目的,對應選擇的計算基準以及確定的計算單位不同。

連續(xù)生產(chǎn)過程

整套生產(chǎn)裝置的操作狀態(tài)不隨時間的變化而變化,屬于定態(tài)操作過程,一般選時間為計算基準,對應計算單位為Kg/h、Kmol/h、m3/h等。ppt課件3.1.3計算基準及單位在進行物料衡算時,一

間歇生產(chǎn)過程

物料都是一批批加入生產(chǎn)裝置進行加工處理的,屬于非定態(tài)操作過程,一般選批為計算基準,對應計算單位為Kg/B、Kmol/B、m3/B。

原料消耗計算、成本核算

可以單位產(chǎn)品數(shù)量作為計算基準。ppt課件間歇生產(chǎn)過程物料都是一批批加入生產(chǎn)裝置進行3.1.4計算步驟

畫出物料平衡關系示意圖

在了解工藝操作過程的基礎上,根據(jù)工藝流程草圖畫出物料平衡關系示意圖。其中,設備或工序可用方框表示、無物料變化的設備或工序可省去不畫、圖中應表明物流號、名稱及流向。

注明變化過程

明確物料在個設備或工序中發(fā)生的化學變化及物理化學變化,寫出主、副反應方程式。ppt課件3.1.4計算步驟畫出物料平衡關系示意圖在

收集數(shù)據(jù)資料

生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)時間、相關技術指標(如原料消耗量、各設備損失量、配料比、循環(huán)比、回流比、轉化率、單程收率、回收率等)、質(zhì)量標準(原料、助劑、中間產(chǎn)物和產(chǎn)品規(guī)格、組成及相關物理化學常數(shù))、化學變化及物理化學變化的變化關系。

選擇計算基準及計算單位

整個計算過程應保持計算基準與計算單位一致,避免出錯。有時根據(jù)特殊需要局部工序或設備可另設計算基準及單位,最后要求進行單位換算建立各工序或各設備之間正確的物料時間平衡關系。ppt課件收集數(shù)據(jù)資料生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)時間、相關技術

確定計算順序

對于已有生產(chǎn)裝置進行的標定或挖潛改造做的物料衡算,可直接采用順流程計算。

對于待建生產(chǎn)裝置的工藝設計,先將產(chǎn)量換算成單位時間處理原料量,然后采用順流程計算。

對于復雜的生產(chǎn)過程,可先將生產(chǎn)過程分解到工序并對各工序進行物料衡算,然后將各個工序分解到各個設備并進行物料衡算。

對于簡單的生產(chǎn)過程可直接對整套裝置中的各個設備進行物料衡算。ppt課件確定計算順序對于已有生產(chǎn)裝置進行的標定或挖潛改

展開計算

根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)資料及選擇的計算基準和單位,按照確定的計算順序運用化學、化工及物化知識(如質(zhì)量守恒定律、化學計量、組分數(shù)量分率約束式、設備約束式(包括進料比、相平衡關系、化學平衡關系、轉化率和選擇性等)),逐個工序、逐臺設備建立物料平衡關系式,進行物料平衡計算。

整理并校核計算結果

對每個工序或設備進行物料衡算后必須立即根據(jù)約束條件對計算結果進行校核,確保計算結果正確無誤。當計算全部結束后必須及時整理、編寫物料衡算說明書(包括數(shù)據(jù)資料、計算公式、全部計算過程及計算結果等)ppt課件展開計算根據(jù)所收集的數(shù)據(jù)資料及選擇的計算基

繪制物料流程圖,編寫物料平衡表

物料流程圖及物料平衡表是說明物料衡算結果的一種簡捷而清晰的表示方法,它們能夠清楚地表示出各種物料在流程中的位置、數(shù)量、組成、流動方向、相互之間的關系等。

物料衡算結束后，必須利用計算結果對全流程進行經(jīng)濟分析與評價、考查生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本等是否符合預期的要求，物料消耗是否合理，工藝條件是否合適等，同時及時發(fā)現(xiàn)和解決流程設計中存在的問題。ppt課件繪制物料流程圖,編寫物料平衡表物料流程圖及§3.2連續(xù)生產(chǎn)過程的物料衡算

對反應比較簡單或僅有一個反應且只有一個未知數(shù)的情況可直接求算；對反應比較復雜，物料衡算應依物料流動順序分步進行。

直接求算法

利用結點進行衡算

在化工生產(chǎn)中常有某些產(chǎn)品的組成需要用旁路調(diào)節(jié)才能送往下一個工序的情況，可采用結點進行衡算如圖3-1所示。ppt課件§3.2連續(xù)生產(chǎn)過程的物料衡算對反應比較簡單或僅有一

生產(chǎn)過程中常有不參加反應的物料，即惰性物料。由于這種惰性物料數(shù)量在反應器的進出物料中不變化，因此可利用它與其它物料在組分中的比例關系求取其它物料的數(shù)量，此惰性物料為衡算聯(lián)系物。

利用聯(lián)系組分進行物料衡算圖3-1結點ppt課件生產(chǎn)過程中常有不參加反應的物料，即惰性物料。由于這種惰§3.3間歇生產(chǎn)過程的物料衡算

必須建立時間平衡關系，避免造成設備之間生產(chǎn)能力大小相差懸殊的不合理狀況。收集數(shù)據(jù)時要注意整個工作周期的操作順序和每項操作時間；把所有操作時間作為時間平衡的單獨一項記錄，進行時間平衡時需考慮不均衡系數(shù)?？筛鶕?jù)生產(chǎn)周期的每項操作時間分析影響提高生產(chǎn)效率的關系問題。

在化工生產(chǎn)中，循環(huán)過程比較多見，如部分產(chǎn)品的循環(huán)（如回流）、未反應原料分離后循環(huán)再利用等。目的是維持操作。控制產(chǎn)品質(zhì)量。降低原料消耗。提高原料利用率等?！?.4循環(huán)過程的物料衡算ppt課件§3.3間歇生產(chǎn)過程的物料衡算必須建立時間平衡3.4.1典型穩(wěn)定循環(huán)過程

圖3-2為典型的穩(wěn)定循環(huán)過程。Ⅰ表示將再循環(huán)流包括在內(nèi)的整個過程

Ⅱ表示新鮮原料F與循環(huán)物料R混合后的物料同進入工藝過程的總物料流間的物料平衡

Ⅲ表示工藝過程的物料平衡（總進料與總產(chǎn)物流間的平衡）

Ⅳ表示總產(chǎn)物流與它被分離后所形成的凈產(chǎn)品流P和循環(huán)流R間的平衡圖3-2典型的穩(wěn)定循環(huán)過程ppt課件3.4.1典型穩(wěn)定循環(huán)過程圖3-2為典型的穩(wěn)定3.4.2其它類型循環(huán)過程

凈化循環(huán)過程、旁路流程過程、雙循環(huán)過程、多循環(huán)過程、循環(huán)圈相套過程以及復雜循環(huán)過程。圖3-3(a)和3-3(b)分別為凈化循環(huán)過程和旁路流程過程。圖3-3其它類型循環(huán)過程ppt課件3.4.2其它類型循環(huán)過程凈化循環(huán)過程、旁路流程過程、雙§3.5物料衡算示例例1、PET連續(xù)聚合反應過程的物料衡算

本聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)連續(xù)操作工藝是采用高純度對苯二甲酸（PTA）與乙二醇（EG）為原料，直接酯化后經(jīng)縮聚反應得到PET。單條生產(chǎn)線每年可生產(chǎn)10萬噸PET,這條生產(chǎn)線主要由漿料配制工序、聚合工序、切粒包裝工序、回收工序四個工序組成。其中,圖3-4為聚合工序的工藝流程草圖，圖中沒有全部畫出次要設備和次要物料管線。

ppt課件§3.5物料衡算示例例1、PET連續(xù)聚合反應過程的物料衡算圖3-4PTA直接酯化縮聚連續(xù)操作工藝流程草圖ppt課件圖3-4PTA直接酯化縮聚連續(xù)操作工藝流程草圖ppt課件

一、畫出物料平衡關系示意圖

完整PET連續(xù)操作工序的物料衡算過程比較復雜，為了說明問題，只對流經(jīng)反應器的物流進行物料衡算，流經(jīng)反應器物料平衡關系簡圖,如圖3-5所示。

圖3-5PTA直接酯化縮聚連續(xù)操作主反應器物料平衡關系示意圖ppt課件一、畫出物料平衡關系示意圖完整PET連續(xù)操作工

二、明確物料發(fā)生的化學變化與物理化學變化，寫出主、副反應方程式

①化學變化。PET合成過程中,每個反應器中都發(fā)生酯化反應、酯化縮聚反應和縮聚反應,其反應方程式(用官能團表示)如下:

酯化反應:

ppt課件二、明確物料發(fā)生的化學變化與物理化學變化，寫出主、副反應酯化縮聚反應:

縮聚反應:

ppt課件酯化縮聚反應:縮聚反應:ppt課件

為了描述各反應進行的程度特做如下定義:酯化率:縮聚反應程度:乙二醇與PTA摩爾比:平均聚合度:ppt課件為了描述各反應進行的程度特做如下定義:酯化率:縮聚②

物理化學變化（相變化）。在各酯化釜中，由于反應溫度高于水和EG的沸點,酯化生成的水被蒸出反應體系。根據(jù)氣液平衡關系，反應液中仍含有少量的水,水蒸出時夾帶出一定比例的EG,蒸出的EG經(jīng)分離后全部返回到反應器中，因此各酯化反應器中原料配比不變,即Mr＝Mr0。

在縮聚反應釜中，為了使縮聚反應向生成聚合物的方向移動，需盡量降低反應液中EG的含量，因此,縮聚階段特別是反應后期，需在高真空的條件下進行,各縮聚釜中生成的EG大部分被蒸出，使Mr<Mr0。ppt課件②物理化學變化（相變化）。在各酯化釜中，由于反應溫度高于水三、收集數(shù)據(jù)資料②生產(chǎn)時間。年工作日：336d/a（24h/d）①生產(chǎn)規(guī)模。設計任務書中規(guī)定的年產(chǎn)量為10萬噸③相關技術指標

工藝配方：

催化劑用量：c=0.05Wt％PTA

消光劑用量：d＝0.5Wt％PTA（配制成20％EG混合漿液）

投料配比：Mr0＝NE0:NT0＝1.12

切粒、包裝工序物料損失率：e=0.5％

④質(zhì)量標準（略）ppt課件三、收集數(shù)據(jù)資料②生產(chǎn)時間。年工作日：336d/a（24h/⑤化學變化及物理化學變化的變化關系

因各反應器中發(fā)生的主要化學反應相同,反應的進行程度(x、p)不同,因此,各反應器中物料組成變化的計量關系是相同的。各反應器反應液中聚合物數(shù)量為:各反應器反應液中乙二醇數(shù)量為:酯化反應生成水數(shù)量為:ppt課件⑤化學變化及物理化學變化的變化關系因各反應器中各酯化釜中水、EG的汽化量和反應液中殘留量參考表3-1計算各縮聚釜蒸出EG數(shù)量為:四、選擇計算基準與計算單位

連續(xù)操作過程，可選擇時間為計算基準，計算單位為kg/h表3-1各酯化釜中水、EG的汽化量和反應液中殘留量ppt課件各酯化釜中水、EG的汽化量和反應液中殘留量參考表3-1計算各六、計算主要原料(PTA)投料流量五、確定計算順序

可得到產(chǎn)品產(chǎn)量與主要原料（PTA）投料量之間的比例關系，宜采用順流程的計算順序。PET熔體流量與PTA理論投料WT′的關系為:ppt課件六、計算主要原料(PTA)投料流量五、確定計算順序

該生產(chǎn)裝置年產(chǎn)量為10萬噸,年開工336d,連續(xù)生產(chǎn),切粒、包裝工序物料損失率為0.5%,因此PET熔體流量為:PTA實際投料質(zhì)量流量為:PTA實際投料摩爾流量為:ppt課件該生產(chǎn)裝置年產(chǎn)量為10萬噸,年開工336d,連續(xù)七、順流程逐個設備展開計算①R101物料衡算

圖3-6為R101物料平衡示意圖。101.0ppt課件七、順流程逐個設備展開計算①R101物料衡算圖101.2101.3101.1ppt課件101.2101.3101.1ppt課件ppt課件ppt課件②R102物料衡算

圖3-7為R102物料平衡示意圖。102.2102.30.9ppt課件②R102物料衡算圖3-7為R102物料平衡102.1ppt課件102.1ppt課件③R201物料衡算

圖3-8為R201物料平衡示意圖。

在R201中加入消光劑EG溶液(003.1)。由于抽真空會有少量聚合物被夾帶出使201.1中的NT0減少為NT0′,同時夾帶出極少量的消光劑和催化劑。003.1(20%消光劑-EG混合漿液)ppt課件③R201物料衡算圖3-8為R201物料平201.1ppt課件201.1ppt課件201.2ppt課件201.2ppt課件202.1④R202物料衡算

圖3-9為R202物料平衡示意圖。

在R202中由于抽真空會有少量聚合物被夾帶出使201.1中的NT0′減少為NT0″,同時夾帶出極少量的消光劑和催化劑。ppt課件202.1④R202物料衡算圖3-9為R2202.2ppt課件202.2ppt課件⑤R203物料衡算

圖3-10為R203物料平衡示意圖。203.1203.2ppt課件⑤R203物料衡算圖3-10為R203物料平

計算出的203.1數(shù)量與開始時求出的PET熔體的流量相同,說明物料衡算的整個過程是正確的。

八、繪制物料流程圖,編寫物料平衡表(見圖3-11,表3-2)ppt課件計算出的203.1數(shù)量與開始時求出的PET熔體的圖3-11物料流程圖ppt課件圖3-11物料流程圖ppt課件表3-2物料平衡表ppt課件表3-2物料平衡表ppt課件例2、丙烯酸反相懸浮聚合間歇操作過程的物料衡算

丙烯酸反相懸浮聚合制備高吸水樹脂的生產(chǎn)過程主要由原料準備工序、聚合工序、分離工序、聚合物后處理工序組成。本例中只對聚合工序做物料衡算，其工藝流程草圖見圖3-12。圖3-12丙烯酸反相懸浮聚合間歇操作工藝流程草圖ppt課件例2、丙烯酸反相懸浮聚合間歇操作過程的物料衡算丙

一、畫出物料平衡關系示意圖

對于物料數(shù)量和組成都沒有發(fā)生變化的設備可不做物料衡算,因此示意圖中可不畫出T101、T102、P101、P102、P103等設備,如圖3-13所示。

圖3-13丙烯酸反相懸浮聚合間歇操作物料平衡關系示意圖ppt課件一、畫出物料平衡關系示意圖對于物料數(shù)量和組成都二、明確物料發(fā)生的化學變化與物理化學變化,寫出主、副反應方程式①V101、V103、V104中是單純物料混合，無相變與化學變化。

②V102中75%的丙烯酸被中和,中和反應方程式如下:③R101中引發(fā)劑引發(fā)單體進行聚合反應,其反應方程式如下:ppt課件二、明確物料發(fā)生的化學變化與物理化學變化,寫出主、副反應方三、收集數(shù)據(jù)資料②生產(chǎn)時間。年工作日：330d/a（24h/d）;間歇操作,V101、V102、V103、R101每天8批,V104每天1批。①生產(chǎn)規(guī)模。設計任務書中規(guī)定的年產(chǎn)量為4000噸③

相關技術指標(見表3-3)表3-3相關技術指標ppt課件三、收集數(shù)據(jù)資料②生產(chǎn)時間。年工作日：330d/a（24h/⑤化學變化參數(shù)。加入NaOH能夠與丙烯酸完全反應，生成丙烯酸鈉。各組分相對分子質(zhì)量如下：④質(zhì)量標準。原料NaOH溶液濃度為50％，其他原料均視為純物質(zhì)。其中：75%中和的丙烯酸單體混合物平均相對分子質(zhì)量為：

72×0.25＋94×0.75=88.50

聚合反應過程中單體完全參加反應，轉化率可視為100%，單體混合物與聚合物之間無化學計量上的變化，但引發(fā)劑結合到聚合物分子鏈上，會使聚合物數(shù)量略有增加。ppt課件⑤化學變化參數(shù)。加入NaOH能夠與丙烯酸完全反應，生成丙烯四、選擇物料衡算基準及計算單位

由于產(chǎn)物與原料之間化學計量關系比較簡單，且整個工藝過程比較簡單，容易得到產(chǎn)量與單體原料投料量之間的比例關系，所以采用順流程的計算順序。

間歇操作過程，基準為“批”，單位為B/d。大部分設備的操作周期為8B/d，只有V104操作周期為1B/d。引發(fā)劑向R101進料周期為8B/d，所以在做物料衡算時，物料M11的數(shù)量仍以8B/d計算。在做設備工藝計算時，V104的體積大小應按1B/d處理量進行計算。五、確定計算順序ppt課件四、選擇物料衡算基準及計算單位由于產(chǎn)物與原料之間六、計算主要原料(丙烯酸)投料數(shù)量

該生產(chǎn)裝置年產(chǎn)量4000t，年開工330d，每天生產(chǎn)8批，后處理中聚合物損失率2%。①引發(fā)劑(0.2%單體質(zhì)量)全部結合到聚合物中②單體100%轉化成聚合物,且單體的相對分子質(zhì)量與聚合物結構單元相對分子質(zhì)量相同③丙烯酸相對分子質(zhì)量:單體平均相對分子質(zhì)量=72:88.5ppt課件六、計算主要原料(丙烯酸)投料數(shù)量該生產(chǎn)裝置年七、順流程逐個設備展開計算①V102物料衡算

圖3-14為V102物料平衡示意圖。M1(原料丙烯酸)丙烯酸M4(30%NaOH溶液)ppt課件七、順流程逐個設備展開計算①V102物料衡算圖M6(45%單體溶液)M5(無離子水B)ppt課件M6(45%單體溶液)M5(無離子水B)ppt課件②V101物料衡算

圖3-15為V101物料平衡