攀枝花学院本科毕业设计 3 生产工艺计算 生成水G7=(0.659×103×18)/ 2Kg=5.931×103Kg
?×0.2% 甲苯的量：生成量+带入量=(G1×92×80%×3%)/106.15+G1=978.05+94.42=1072.47
?×0.14% 苯的量：生成量+带入量=(G1×78×80%×1%)/106.15+G1=276.41+66.10=342.51
进出脱氢反应器的物料衡算见表3.1。
表3.1进出脱氢反应器的物料衡算表（Kg/批）
输入
序号 1 2 3 4
总计
（2）冷凝油水分离阶段的物料衡算
物料名称 乙苯（99.6%） 水蒸汽 氧气 催化剂
74530 5273 365 127378
2 3 4 5 6 7 8 9 10 总计
质量Kg 序号 47210
1
输出 物料名称 乙苯（100%）水蒸汽 生成水蒸汽 苯乙烯 甲苯 苯 焦油 催化剂
乙烯 甲烷
质量Kg 9404 74530 5931 35430 1072.4 342.5 2.8 365 99.2 170.1 127378
脱氢结束后混合物温度很高，用冷凝器加以冷凝，除去水，温度必须控制在20℃左右，进出冷凝器的物料衡算见表3.2。
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表3.2 进出冷凝油水分离器的物料衡算表(Kg/批)
输入
序号 1 2
物料名称 甲烷 乙烯
质量Kg 170.1 99.2
燃料气排空
3 4 5 6 7 8 9 总计
乙苯（100%） 苯乙烯 甲苯 苯 焦油 水蒸汽 催化剂
35430 1072.4 342.5 2.8 80461 365 127378
无机层
总计
有机层
4 5 6 7 8 9
9404
3 序号 1 2
输出
物料名称 甲烷 乙烯
质量Kg 170.1 99.2
乙苯（100%） 苯乙烯 甲苯 苯 焦油 水蒸汽 催化剂
9404 35430 1072.4 342.5 2.8 80461 365 127378
（3）粗馏塔的物料衡算
将有机相加入粗馏塔中进行分离，同时加入阻聚剂防止苯乙烯聚合。加入阻聚剂的量为：（9404+99.2+170.1+35430+1072.4+342.5+2.8）×0.3%=139.563Kg
表3.3粗馏塔的物料衡算表(Kg/批)
输入
序号 1 2 3 4 5 6 总计
输出
质量Kg 9404 35430 1072.4 342.5 2.8 139.563 46391
13
物料名称 乙苯（100%） 苯乙烯 甲苯 苯 焦油 阻聚剂
物料名称 乙苯
质量Kg 9404 1072.4 342.5 354.3 2.8 35075.7 139.563 46391.26
塔顶
甲苯 苯 苯乙烯 焦油
塔底 总计
苯乙烯 阻聚剂
攀枝花学院本科毕业设计 3 生产工艺计算 （4）乙苯塔的物料衡算表
将粗馏塔塔顶的物料加入到乙苯塔中，进行分离。
表3.4乙苯塔的物料衡算表
输入
序号 1 2 3 4 总计
物料名称 乙苯 甲苯 苯 苯乙烯
质量Kg 9404 1072.4 342.5 354.3 11164.2
塔底 总计 塔顶 序号
输出 物料名称 甲苯 苯 乙苯 苯乙烯
质量Kg 1072.4 342.5 9404 354.3 11164.2
（5）苯乙烯精馏塔的物料衡算
将粗馏塔塔底的物料加到苯乙烯的精馏塔中进行分离，进一步浓缩苯乙烯的浓度。
表3.5苯乙烯精馏塔的物料衡算表
输入
序号 1 2 3 总计
物料名称 焦油 苯乙烯 阻聚剂
质量Kg 2.8 35430 139.563
35572.36
塔底 总计 塔顶 序号
输出 物料名称 苯乙烯
质量Kg 35430
焦油 阻聚剂
2.8 139.563 35572.36
（6）苯∕甲苯的物料衡算
将乙苯塔塔顶的物料送到苯∕甲苯塔中，进行分离。
表3.6苯乙烯精馏塔的物料衡算表
输入
序号 1 2
物料名称
苯 甲苯
质量Kg 1072.4 342.5
序号 塔顶 塔底
输出 物料名称 苯 甲苯
质量Kg 1072.4 342.5
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总计
1414.9
总计
1414.9
3.1.4物料流程图
根据以上物料衡算，物料流程下图
乙苯 9404 苯乙烯 35430 乙苯 47210 水蒸汽 47530 氧气 5273 催化剂 365 甲苯 1072.4 苯 342.5 焦油 2.8 阻聚剂 139.563 乙苯 9404 甲苯 1072.4 苯 342.5 苯乙烯 乙苯塔 脱氢反应 冷凝分离 粗馏塔 苯∕甲苯 甲苯 1072.4 乙苯 9404 苯乙烯 35430 甲苯 1072.4 苯 342.5 焦油 2.8 水蒸汽 80461 催化剂 365 苯乙烯35430 焦油 2.8 苯 342.5 苯乙烯精馏塔 3.2 热量衡算
3.2.1 热量衡算[10-20]
按能量守恒定律“在无轴功条件下，进入系统的热量与离开热量应该平衡”，在实际中对传热设备的衡算可由下式表示
Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 （式3—4）
式中： Q1—所处理的物料带入设备总的热量，KJ;
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攀枝花学院本科毕业设计 3 生产工艺计算
Q2—加热剂或冷却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“-”），KJ;
Q3—过程的热效率，（符号规定过程放热为“+”；过程吸热为“-”） Q4—反应终了时物料的焓（输出反应器的物料的焓） Q5—设备部件所消耗的热量，KJ;
Q6—设备向四周散失的热量，又称热损失,KJ;
热量衡算的基准可与物料衡算相同，即对间歇生产可以以每日或每批处理物料基准。（计算传热面积的热负荷必须以每小时作为基准，而该时间必须是稳定传热时间）热量衡算温度基准，一般规定25℃。热量衡算式中各项计算 从 （式3—4）式中可得：
Q2 =Q 4+Q5+Q6-Q1-Q3 (式3—5)
式中各项可用以下计算方法 （1）Q1和Q4的计算
Q1和Q4均可以用下式计算：
Q=∑miciT1(T2)
式中： mi—反应物体系中组分I的质量，Kg;
ci—组分i在0—T℃时的平均比热容，KJ/(Kg*℃)或KJ/(Kmol·℃);
T1(T2)—反应物系反应前后的温度，℃ Q1?[(m乙苯C乙苯?m水C水?m氧气C氧气）?373] =[(47210×1.738)+(47530×4.2)+(5273×3.5)]×373 =（82050.98+199626+18455.5）×373KJ =111949415KJ
Q4?[(m乙苯C乙苯?m苯乙烯C苯乙烯?m甲苯C甲苯?m苯C苯?m水C水）?333]
=[（9404×1.859）+（35430×1.555）+（978.05×1.834）+（276.41×3.5）
+(47530×4.2)]×333 KJ =91562633.95KJ （2）Q3的计算
Q3作为过程的热效率分为化学反应热效应和物理过程热效应，在这次反应中由于物理过程热效应较低，相比化学反应热效应可忽略不计，故过程热效应可由下式表示：
Q3?Qr?Qp
式中Qr—化学反应热效应，KJ；
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