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物料衡算

1.1

为确保3000吨/年木聚糖磷酸酯目达到年产设计量，在从蔗渣中提取木聚糖（BX）制取BXP时，必须保障拥有足够量的BX作为中间产品进行化学修饰成为所需产品BXP。

因此，依据设计基本条件：

BXP年产3000吨，工作日300天，蔗渣中含有木聚糖类半糖25%，提取率40%。

设计每小时进3500kg的蔗渣，倒推计算提取出BX的产量流量为：

3500×0.25×0.4=350kg/h

以此提取木聚糖产量流量作为设计项目物料进料的基准，进行木聚糖后续操作工序的物料衡算。

1.2

提取段工艺中进行物料衡算的只有物料发生变化的设备。

其中粉碎机、提升机、泵、传送带等设备不进行物料衡算。

1.21蔗渣洗涤机（L102）物料衡算

1、计算依据

（1）常温常压下，洗涤1体积的蔗渣能够吸收1体积的水并达到饱和状态，其体积在此状态下，膨胀为原来的1.5倍。

（2）洗涤过程中，洗去蔗渣中的泥沙，因此存在物料的损失，但计算过程损失不计。

（3）用两倍于蔗渣体积的水洗涤，并认为此状态下，已洗涤干净。

（4）常温（T=25℃）常压物性：

蔗渣的密度ρ=109.7g/cm3，水的ρ=1000kg/cm3。

（5）洗涤机进出口温度无变化，均为T=25℃。

2、物料衡算

3000kg蔗渣体积：

3500÷109.7=31.91m3

洗涤机进口物料流量：

A进口蔗渣：

3500kg/h

B进口H2O：

31.91*2*1000=63820kg/h

洗涤机出口物料流量：

C出口蔗渣：

3500kg/h

H2O：

63820×（1/2）=31910kg/h

D出口H2O：

63820×（1/2）=31910kg/h

表1．洗涤机物料平衡表（单位均为kg/h）

成分

进口物料

出口物料

蔗渣

3500

─

3500

─

H2O

─

63820

31910

1.22压滤机（L103）物料衡算

1、计算依据

压滤机可压滤出99%蔗渣吸收的水分，即仅仅残留1%在蔗渣中。

2、物料衡算

进出口温度不变，常温T=25℃

A进口蔗渣：

3500kg/h

H2O：

63820×（1/2）=31910kg/h

B出口H2O：

31910×99%=31590.9kg/h

C出口蔗渣：

3500kg/h

H2O：

31910×1%=319.10kg/h

表2．第一个压滤机物料平衡表（单位均为kg/h）

成分

进口物料

出口物料

蔗渣

3500

─

3500

H2O

31910

31590.9

319.10

1.23蔗渣浸泡槽（F101）物料衡算

1、计算依据

（1）用0.1%H2SO4进行浸泡软化，其用量是进口物料体积的1.5倍。

（2）工业硫酸质量分数是93%的浓硫酸，使用前需稀释。

（3）1%H2SO4的密度取近似值ρ=1000kg/cm3

（4）浸泡温度为T=60℃，即进口T=25℃，出口T=60℃。

2、物料衡算

所需要的0.1%H2SO4：

31.910×1.5＝47.865m3/h

则需要纯H2SO4：

47.865×1×1000×0.1%＝47.865kg/h

需要93%H2SO4：

47.865÷0.93＝51.468kg/h进行稀释，过程加入水量为：

51.468×1×1000×99.9%=51416.5kg/h

因此，B进口H2SO4：

51.468kg/h

H2O：

51416.5kg/h

A进口物料与第一个压滤机C出口物料相同。

则C出口蔗渣：

3500kg/h

H2O：

319.10+51416.5=51735.6kg/h

纯H2SO4：

47.865×1×1000×0.1%＝47.865kg/h

表3．蔗渣浸泡槽物料平衡表（单位均为kg/h）

成分

进口物料

出口物料

蔗渣

3500

—

3000

H2O

319.10

51416.5

51735.6

纯H2SO4

—

47.865

1.24压滤机（L104）物料衡算

1、计算依据

（1）压滤机可压滤出99%蔗渣吸收的水分，即仅仅残留1%在蔗渣中。

（2）压滤机压滤出硫酸总量的95%，有5%附着在软化的蔗渣上。

（3）压滤过程温度不发生变化T=60℃。

2、物料衡算

A进口物料即浸泡槽C出口物料

B出口纯H2SO4：

95%×47.865＝45.47kg/h

H2O：

99%×51735.6=51218.2kg/h

C出口蔗渣：

3500kg/h

纯H2SO4：

5%×47.865=2.39kg/h

H2O：

1%×51735.6=517.356kg/h

表4．第二个压滤机物料平衡表（单位均为kg/h）

成分

进口物料

出口物料

蔗渣

3500

—

3500

H2O

51735.6

51218.2

517.356

纯H2SO4

47.865

45.47

2.39

1.25蔗渣蒸煮罐（F102）物料衡算

1、计算依据

（1）根据蒸煮罐的处理能力，使用两个蒸煮罐并联，则进料口每个蒸煮罐占有物料各为一半，此计算按两个蒸煮罐的总进料管计算。

（2）蒸煮用水量约为进料蔗渣体积的1.5倍。

（3）蒸煮温度T=120℃。

出蒸煮罐后温度为T=105℃

2、物料衡算

A进口物料与第二个压滤机C出口物料相同。

B进口主要是进水

H2O（3500/109.7）*1.5*1000=47857.8kg/h

C出口蔗浆：

3500-350=3150kg/h

BX：

350kg/h

纯H2SO4：

2.39kg/h

H2O：

47857.8+517.356=48375.2kg/h

表5．蒸煮罐物料平衡表（单位均为kg/h）

成分

进口物料

出口物料

蔗渣

3500

—

350

蔗浆

—

3150

纯H2SO4

2.39

—

2.39

H2O

517.356

47857.8

48375.2

1.2.6压滤机（L201）物料衡算

1、计算依据

（1）压滤过程存在0.5%BX附着蔗浆，即0.5%BX损失。

（2）5%纯硫酸伴随蔗浆排除，另外95%存在于滤液中。

（3）蔗浆中只含1%水分，其余在滤液中

（4）压滤及传送后温度由进口T=105℃变为T=85℃。

2、物料衡算

A进口物料与蒸煮罐C出口相同。

B出口BX350*99.5%=348.25kg/h

纯H2SO4：

2.39*95%=2.27kg/h

H2O：

48375.2*99%=47891.4kg/h

C出口蔗浆：

3150kg/h

BX：

0.5%×350=.1.75kg/h

纯H2SO4：

2.39*5%=0.119kg/h

H2O：

48375.2*1%=483.752kg/h

表6．第三个压滤机物料衡算表（单位均为kg/h）

成分

进口物料

出口物料

350

348.25

1.75

蔗浆

3150

—

3150

纯H2SO4

2.39

2.27

0.119

H2O

48375.2

47891.4

483.752

1.2.7三效蒸发器（C201）物料衡算

1、计算依据

（1）过多的水进入沉淀槽会使用于沉淀的乙醇消耗量增大，因此采用蒸发器蒸去部分的水，长生热量，回收利用在进料的加热上。

（2）蒸发温度T=100℃，蒸至只含1500kg/h的水。

2、物料衡算

A进口物料与第三个压滤机B出口一致。

B出口H2O：

47891.4-1500=46391.4kg/h

C出口与进口相比只有水发生变化，水量为1500kg/h

表7．蒸发器物料衡算表（单位均为kg/h）

成分

进口物料

出口物料

348.25

—

348.25

纯H2SO4

2.27

—

2.27

H2O

47891.4

46391.4

1500

1.28BX沉淀槽（F204）物料衡算

1、计算依据

（1）使用95%乙醇进行沉淀，用量约为总溶液的体积的2倍。

（2）沉淀槽的沉淀率都达到85%，且沉淀中伴有比沉淀体积2：

1的乙醇水溶液。

（3）沉淀槽做整体进行计算，进入两个沉淀槽的乙醇各占总量的一半。

（4）沉淀中伴随的纯硫酸少量，不影响沉淀。

（5）沉淀操作在近常温或常温下进行。

2、物料计算

A进口与蒸发器C出口物料一致。

B进口

95%乙醇：

，

其中含H2O：

2367×0.05＝118.35kg/h；

含CH3CH2OH：

2367×0.95=2248.65kg/h

E出口BX：

348.25×85%=296.01kg/h

CH3CH2OH:

（296.01/663.3）*2*789=704.2kg/h

;H2O:

（296.01/663.3）*2*1000=892.5kg/h

纯H2SO4：

含量很少，约0.006kg/h

G出口BX：

348.25×15%=52.24kg/h

H2O：

1500+118.35×0.5—892.5=666.7kg/h

CH3CH2OH：

2248.65—704.2×0.5=1896.55kg/h

纯H2SO4：

0.119—0.006=0.113kg/h

F出口BX：

52.24×85%=44.4kg/h

CH3CH2OH:

（44.4/663.3）*2*789=105.6kg/h

H2O:

（44.4/663.3）*2*1000=133.9kg/h

纯H2SO4几乎没有，可忽略为0。

D出口BX：

52.24-44.4=7.84kg/h

CH3CH2OH：

1896.55+（2248.65×0.5－105.6）=2915.3kg/h

H2O：

666.7+118.35×0.5=785.05kg/h

纯H2SO4：

0.113

C出口BX：

296.01+44.4=340.41kg/h

CH3CH2OH：

704.2+105.6=809.8kg/h

H2O：

892.5+133.9=1026.4kg/h

少量纯H2SO4，约0.006

表8．沉淀槽物料衡算表（单位均为kg/h）

成分

进口物料

中间物流

出口物料

348.25

—

296.01

44.4

52.24

340.41

7.84

CH3CH2OH

—

2248.65

704.2

105.6

1896.55

809.8

2915.3

H2O

1500

1118.35

892.5

133.9

666.7

1026.4

785.05

纯H2SO4

0.119

—

0.006

0.113

0.006

0.113

2物料衡算

2.3.1反应器物料衡算

1、计算依据

BXP年生产能力根据设计任务规定为年生产3000吨/年，取工作日为300天用连续操作比较合理。

每个小时的产量：

3000/300*24=0.417屯，=417千克

要求达到最后产品达规格

产品规格：

一等品DOP 含量99%

故每小时要得BXP:

417*99%=412.83千克

设整个过程之中BXP损失率为4%

则实际每小时产BXP:

412.83/（1-4%）=430.03千克

2BX分子式：

（C5H8O4）n，分子量：

MBX＝132n

3.BXP子式：

（C5H6RO4）n，R为NaHPO3，BX取代度为0.067时，BXP均分子量：

MBXP＝n[130＋104*0.067]=136.97n

4.木聚糖的转化率为96%。

则:

反应的木聚糖为：

340.41*99.5%=338.71kg/h

酯化反应：

在催化剂尿素作用下，磷酸盐与蔗渣木聚糖的羟基进行酯化反应生成蔗渣木聚糖磷酸酯，反应式如下：

（1）木聚糖与磷酸二氢钠的酯化反应：

132n235n

338.71603.01

2、反应器物料衡算

（1）反应器进口物料计算

①各反应物进口流量计算

a.各物质的分子量

物质

木聚糖单体

磷酸氢二钠

磷酸二氢钠

尿素

水

木聚糖磷酸钠

木聚糖磷酸二钠

分子式

132

143

121

235

257

酯化剂：

338.71*1.2/4=101.62kg/h

催化剂：

338.71*0.5*4=42.4kg/h

②溶剂用量计算

按1BX～3.75ml比例向反应器中添加体积分数为80%的乙醇作反应溶剂，其用量为（70%乙醇）：

1BX～3.750ml（80%乙醇）

1323.75

339.29.64

V（80%乙醇）=（339.2*3.75）/132=0.00964m3/h

其中含

：

0.00964*20%*1000=1.928kg/h

：

0.00964*80%*789=6.085kg/h

则体积分数为80%的乙醇用量为：

1.928+6.085=8.013kg/h

④进入反应器的H2O的量：

体积分数为80%乙醇含H2O：

1.928kg/h

NaOH以30%NaOH溶液的形式加入，含H2O：

205.58*0.7/0.3=479.6kg/h

故进入反应器的H2O量为：

1.928+479.6=481.53kg/h

（2）反应过程各物质消耗与生成量的计算

①碱化反应

132n2n×402n×18

290.33

计算可得：

m（NaOH）=175.96kg/h，m（H2O）=79.18kg/h

（3）反应器出口物料

出口H2O量79.18+2.89+481.53+46.25=610.13kg/h

表9．反应器物料平衡表（单位：

kg/h）

成分

进口物料

出口物料

339.2

—

BXP

—

603.88

NaOH

175.96

----

尿素

42.4

乙醇

8.013

酯化剂

101.76

—

H2O

481.53

610.13

3.BXP的处理的物料衡算

2.CBX沉淀槽（D303）物料衡算

1、计算依据

（1）沉淀槽沉淀率能够到达98%。

（2）CBX沉淀附着与其体积比1:

1的乙醇水溶液。

（3）使用80%的乙醇进行BXP沉淀，其用量为进料液体积的2倍。

（4）沉淀在常温下或与常温相近温度下进行。

2、物料衡算

A进口进料主要物质的体积和为：

603.88/623+610.13/1000+8.013/789=1.59M3/h，考虑其他物质对体积的影响，估计进料物质的总体积为1.7m3。

B进口进料物质的总体积为1.7m3，则需3.4m3的95%乙醇进行沉淀。

80%乙醇中含H2O：

2×20%×1000＝400kg/h，含纯乙醇：

2×80%×789=1265.4kg/h。

C出口m（BXP）=603.88×98%=591.80kg/h，V（BXP）=591.80÷623＝0..95m3/h，则：

M（H2O）=0.95/2*1000=475kg/h

M（乙醇）=0.95/2*789=374.78kg/h

D出口

H2O：

400+610.13—475=525.13kg/h

纯乙醇：

1265.4+8.013—90.735=898.23kg/h

BXP：

603.88×2%=12.08kg/h

表10．沉淀槽物料平衡表（单位：

kg/h）

成分

进口物料

出口物料

BXP

603.88

—

591.80

12.08

尿素

42.4

—

42.4

乙醇

8.013

1265.4

374.78

989.23

H2O

610.13

400

475

525.13

2.3.4洗涤机（D304）物料衡算

1、计算依据

（1）洗涤机中BXP损失1%

（2）丙酮密度为0.7899g/cm3,洗涤时使用丙酮体积与沉淀比为1:

1。

（3）洗涤温度在常温左右。

2、物料衡算

m（BXP）=591.80×99.%=585.09g/h

沉淀总体积约为：

585.09/623+475/1000+374.78/789=1.89m3/h

则所需丙酮为：

1.89*789..9=1492.91kg/h

表11洗涤机物料平衡表（单位：

kg/h）

成分

进口物料

出口物料

BXP

591.80

—

585.09

丙酮

—

11492.91

1492.91

乙醇

374.78

—

374.78

H2O

475

—

475

2.3.5精馏塔物料衡算

1.计算依据;

1.99%醇的从塔顶流出，1%醇从塔釜出来

2.有50%的水作为水蒸气蒸出,产生热量

3.BXP从塔釜出来，有2%随塔顶出来。

则含乙醇的粗酯的进料与上面的的出料一致

2.物料衡算

精馏瘩的出料有：

B出口的物料：

BXP:

585.09*2%=11.70kg/h

乙醇：

374.78*99%=371.03kg/h

水:

475*50%=273.5kg/h

C出口物料：

BXP;585.09*98%=573.34kg/h

乙醇:

374.78*1%=3.7478kg/h

水;475*50%=273.5kg/h

表12.精馏塔的物料衡算表（单位：

kg/h）

成分

进口物料

B出口物料

c出口物料

BXP

585.09

11.7

573.34

乙醇

374.78

371.03

3.7478

H2O

475

273.5

2.3.6干燥物料衡算

计算依据;

1.BXP含水量为0.5%，含1%的乙醇

2.BXP损失率为1%

2.物料衡算：

出料：

BXP:

573.34*99%=567.61kg/h

水：

273.5*99.5%=272.13kg/h

剩余的水量：

273.5*5%=13.68kg/h

剩余的乙醇：

374.78*1%=3.7478kg/h

表13应器物料衡算表（单位是kg/h）

成分

进口物料

出口物料

BXP

573.34

567.61

乙醇

3.7478

H2O

273.5

13.68

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