物料衡算例子

1、2万吨/年PVC厂工艺设计第三章物料衡算闫策 020238第49页第三章物料衡算& 3.1流程示意图3.1.1画流程示意图VC 10000kg软水分散剂其它助剂NaOH溶液损失PVC损失VC回收VCM损失PVC损失VC沸腾床干燥器PVC、水、空气3.1.2化学反应方程式：nCH： = CHC1 （CHwCH+b 2. 29 x 10*千卡/公斤分子ICJ3.1.3确定计算任务：聚合与沉析（混料槽）均属于间歇操作，需要建立时间平衡。由设计任务和生产现场可知生产 规模、生产时间、消耗定额、各步损失以及聚合配方等工艺操作条件。可以顺流程展开计算，并按 间歇过程与连续过程分别确定基准依次计算。

2、间隙过程基准：kg/釜；连续过程基准：kg/h& 3.2生产数据3.2.1全装置生产数据1、生产规模:20000吨PVC/年 2、生产时间：8000h3、聚合釜数据：1）体积：33m32） 装料系数：0.93） 每釜投料量：10t4） 平均每釜产量：8486 kg4、生产周期1 .抽真仝至 600mmHg h21 .充氮再抽真空至 600mmHg -h2 ,2 .加单体、助剂、水 一h3,-1升温 -h2反应 6h排气、清物料 2h工1111h6合计 12h5、损耗分配聚合车间总收率为 94.8%。总消耗为6.2%。各步骤的损失分配如下（间歇过程以单体进料量为准，连续过程以聚合釜内反应

3、生成的聚合物为准） ：聚合釜：VC 0.1%; PVC 0.2%;汽提塔：VC 0.1%; PVC 0.2%;气流干燥：PVC 0.1%;包装：PVC 1.5%合计：6.2% （其中PVC占5.2%,混料槽：VC0.8%;离心：PVC 0.5%沸腾干燥：PVC 1%;VC 占 1.0%）PVC0.8%;6、聚合配方 1）单体纯度：为方便起见，按 100%计算新鲜料：回收料=9: 12）水油比：1.85软水/VC3）助剂：名称用量引发剂：IPP （75%）水溶液0.025% VC分散剂：HPMC （6%水溶液）0.0365% VCPVA （3%水溶液）0.0365% VC热稳定剂：有机锡0.02

4、5% VCPH调节剂：H3PO4 （50% 水溶液）0.046% VC铁离子螯合剂：EDTA0.02 % VC链终止剂：双酚A0.04 % VC7、操作时间与控制指标聚合温度出料压力 转化率59 ± 0.5 C6kg/cm3 （表压）90%混料槽温度为75 C,操作规定加42%液碱14L,加碱量为0.05 %1 % （母液中含 NaOH!）离心为提打品质量，用 6075C热水洗涤，用水量为1500公斤。离心后湿物料含水约为 20%。干燥气流干燥器出口物料含水量为5%,沸腾干燥器出口物料含水量为 0.2%。8、原料、助剂、产品规格（略）。9、数据物化常数：42%液碱比重1.45热数据

5、：钢制设备比热0.50 KJ/kg c；PVC比热1.76 KJ/kg CVC比热1.588 KJ/kg-C;VC汽化热263KJ/k g水蒸气冷凝热2370KJ/kg& 3.3全车间物料衡算VC 和 PVC :每釜进料10 t即10000kgVC时，生产合格产品8486kg，现年生产能力为 20000 t,则年投料量 为 20000 X （ 10000/8486） = 23568.23 t （其中，新鲜 VC 占 90%，回收 VC 占 10%。）新鲜 VC23568.23 X 0.9= 21211.407 t回收 VC23568.23 X 0.1 = 2356.823 t产品质量为

6、 20000 t,其中绝干树脂质量为20000X （ 1-0.2%） = 19960 t,产物含水量为 20000 19960 = 40 t转化率为 90%，生成 PVC 23568.23 X 90%= 21211.407 t损失 PVC 21211.407-19960 = 1251.407 tVC 回收量为 23568.23 X 9%= 2121.141 tVC 损失 23568.23 21211.407-2121.141 = 235.682 t软水：水油比为1.85,助剂：引发剂：则用水量为 1.85X 23568.23= 43601.226 t分散剂:IPPHPMCPVA热稳定剂：有机锡

7、PH调节剂：H3PO4铁离子螯合剂：EDTA链终止剂: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 水有机锡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双酚 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双酚 A 23568.23 X 0.04% = 9.427 tNaOH溶液：规格为42%水溶液。每釜用量为14L。NaOH重量为1.48X 14= 20.3kg。全年 NaOH 溶液用量为 20.3X （20000 + 8.486） /1000= 47.844 t 纯 NaOH 用量为 47.844X 42%= 20.094 t 水的带水量为 47.

9、844-20.094 = 27.750 t混料槽水蒸气：用量为818.48kg/h。则全年用量为 818.48 X 7200/1000 = 1929.012t。汽提塔水蒸气：用量为700kg/h。则全年用量为 700 X 7200/1000 = 5054 t。离心脱水中洗涤热水： 用量为1500kg/h。则全年用量为 1500X 7200/1000 = 10800 t脱水量（离心、气流干燥、沸腾干燥）+筛分包装损失水：总进水量物料含水量=61783.769 t全装置物料平衡表物料名称进料/t出料量/tVC新鲜VC21211.407回收VC2356.8232147.000损失 VC(1.0%)2

10、35.682PVC产物纯PVC19960损失 PVC( 5.2%)1225.548产物含水40软水43601.226引发剂IPP（75%水溶液）IPP5.8925.892水1.964分散剂HPMC（6%水溶液）HPMC8.6028.602水134.765PVA（3%水溶液）PVA8.6028.602水278.131热稳定剂：有机锡5.8925.892PH值调节剂H3PO（50%水溶液）H3PO10.84110.841水10.841铁离子螯合剂：EDTA4.7144.714链终止剂：双酚 A9.4279.427NaOK溶液(42%)纯 NaOH20.09420.094水27.750混料槽水蒸气1

11、929.012汽提塔水蒸气5040离心洗涤热水10800离心、干燥脱水+筛分包装损失水61783.769合计85465.98385465.983& 3.4各设备物料衡算3.4.1聚合釜1）VC 和 PVC每釜投料量为 10t,其中新鲜 VC 为 10000 X 0.9= 9000kg，回收 VC 为 10000-9000 = 1000kg。转化率为90%，则聚合生成 PVC10000 X 90%= 9000 kg损失 VC 0.1%，损失 PVC 0.2%VC 损失量为 10000 x 0.1%= 10kg, PVC 损失量为 9000x 0.2%= 18kg则 VC 出料量为 100

12、00-9000-10 = 990kg , PVC 出料量为 9000-18 = 8982kg2)软水水油比为1.85,软水进料量为 1.85 X 10000 =18500kg3）助剂引发剂：IPP (75%)水溶液0.025% VCIPP10000X 0.025%= 2.5kg水 2.5+ 75%x 25%= 0.833kg分散剂：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热稳定剂有机锡0.025% VC有机锡10000X 0.025%= 2.5 kgPH调节剂：H3PO4 (50% 水溶液)0.046% VCH3PO410000X 0.046%= 4.6 kg水 4.6 +50% x 50%= 4.6 kg铁离子螯合剂：EDKGA0.02 % VCEDKGA10000 x 0.02%= 2 kg链终止剂双酚A0.04 % VC双酚A10000 x 0.04 %= 4 kg水的出料量为 18500+0.833+57.183+118.017+4.6 = 18680.633kg聚合釜物料平衡表物料名称进料/kg出料量/kgVC新鲜VC

14、9000990回收VC1000损失 VC(0.1%)10PVC产物纯PVC8982损失 PVC(5.2 %)18软水1850018680.633引发剂IPP（75%水溶液）IPP2.52.5水0.833分散剂HPMC（6%水溶液）HPMC3.653.65水57.183PVA（3%水溶液）PVA3.653.65水118.017热稳定剂：有机锡2.52.5PH值调节剂HPO（50%水溶液）HPO4.64.6水4.6铁离子螯合剂：EDTA22链终止剂：双酚A44合计28703.53328703.5333.4.2混料槽进料除聚合釜来料外，尚需加液碱和通入直接蒸汽。按工艺条件规定加 42% NaO啾溶液

15、14升,重量为 1.45 X 14 = 20.3 kg其中含：纯 NaOH 20.3 X 42%= 8.256 kg,水 20.3 8.256 = 11.774 kg假设未反应的VC液体除在混料槽及后续的汽提操作中损失外，全部在混料槽内气化予以回收。碱处理时，通直接蒸汽升温所产生冷凝水量可由热量衡算求得。水的含量为 18680.633+11.774 = 18692.407 kg设备及物料升温(包括 VC气化)需热量计算表物料名称重量(kg)初始温度(C)终止温度(C)温度差(C)比热(KJ/(kg - °C)热量(KJ)水18692.4075975164.181250148.18PV

16、C89825975161.76292533.12VC9905975263 (KJ/kg )汽化热260370合计1763451.3注：1、助剂所占比例甚微，并入水中一起算。2、由于去汽提塔的 VC量甚微，这里并入气化部分一起计算。H2O汽化热2370KJ/kg。按热损失10%,系数1.1计算，每个混料槽在每次操作中需通入蒸汽量W为 W = 1763451.3X1.1 = 818.48 kg 2370水的出料量为 18680.633+11.774+818.48=19510.887 kgVC 损失量 10000X 0.8%= 80 kgPVC 损失量 9000 x 0.8% = 72 kg气化回收

17、 VC 10000 x 9%= 900 kg混料槽 VC出料量为990-900-80 = 10 kgPVC 出料量为 8982-72= 8910 kg助剂量为 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称进料量/kg出料量/kgVCVC99010损失VC80回收VC900PVCPVC89828910损失PVC72水18680.63319510.887NaOHK溶液纯 NaOH8.5268.526水11.774水蒸汽818.48助剂22.922.9合计29514.31329514.3133.4.3汽提塔从这步操作开始转入连续操作过程，计算基准由k

18、g/釜，改为kg/ho质量以聚合釜内生成的聚合物为基准。根据全年生产任务和生产时间求出每小时PVC产量为20000 tPVC/7200h=2777.78 kg/h产品中含水 0.2%，则绝干树脂产量为2777.8 X ( 1-0.002 ) = 2772.22 kg/h以2772.22/ (1-5.2 %) = 2924.28kg/h为连续过程质量基准进行计算。考虑到各步损失后，汽提塔进料中应含绝干树脂量为2924.28 X ( 1-1 %) = 2895.04kg/h其中，1%为聚合釜和混料槽中PVC失百分数，按混料槽出料组成，以 2895.04kg/h为基准，计算各组分的含量：VC 10

19、X ( 2895.04/8910 ) = 3.25 kg水 19510.887 X ( 2895.04/8910 ) = 6339.48 kg助剂+ NaOH (22.9+8.526 ) X ( 2895.04/8910 ) = 31.426 X ( 2895.04/8910 ) =10.21 kg损失 PVC2924.28 X 0.2 %= 2.92 kg/hPVC出料量为 2895.04-5.85=2889.19 kg损失 VC 2924.28 X 0.1 %= 5.85 kg/hVC汽提量为3.25-2.92 = 0.33 kg ,进入废气处理系统或直接燃烧。水的出料量为 6339.48

20、+700=7039.48 kg汽提塔物料平衡表物料名称进料量/ ( kg/h )出料量/ (kg/h )VCVC3.250.33损失VC2.92PVCPVC2895.042889.19损失PVC5.85水6339.487039.48所需烝汽量700助剂+ NaOH10.2110.21合计9947.989947.983.4.4离兀、进料量为汽提塔出料量，其中 VC含量可忽略不计。洗涤热水用量为1500kg/h。离心操作损失 PVC2924.28 X 0.5 % = 14.62 kg/hPVC出料量为 2889.19-14.62 = 2874.57 kg离心后湿物料仍含水分20%，则含水量为 28

21、74.57 X ( 20% /80 %) = 718.64 kg,母液中含水 7039.48+1500-718.64=7820.84 kg 。离心操作物料平衡表物料名称进料量/(kg/h)出料量/(kg/h)PVC2889.192874.57PVC 失14.62母液中含水7039.487820.84湿物料含水一718.64洗涤热水1500助剂+ NaOH10.2210.22合计11438.8811438.883.4.5气流干燥进料量为离心操作出料量。气流干燥损失 PVC2924.28 X 1 % = 29.24 kg/hPVC出料量为 2874.57-29.24 = 2845.33 kg离心后湿物料仍含水分5%,则含水量为 2845.33 X ( 5%/95 %) = 149.75 kg脱走水 718.64-149.75=568.89 kg气流干燥物料平衡表物料名称进料量/(kg/h)出料量/(kg/h)PVC2874.572845.33损失PVC29.24水718.641