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/cm，水的ρ=1 000k
3
g/cm。
3
（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=31.91m
3
洗涤机进口物料流量：
A进口 蔗渣：3500kg/h
B进口 HO：31.91*2*1000=63820kg/h
2
洗涤机出口物料流量：
C出口 蔗渣：3500kg/h
HO：63820×（1/2）=31910 kg/h
2
D出口 HO：63820×（1/2）=31910 kg/h
2
表1．洗涤机物料平衡表（单位均为kg/h）
进口物料 出口物料
成分
A B C D
蔗渣
HO ─ 63820 31910 31910
2
3500 ─ 3500 ─
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
HO：63820×（1/2）=31910 kg/h
2
B出口 HO：31910×99%=31590.9kg/h
2
C出口 蔗渣：3500kg/h
HO：31910×1%=319.10 kg/h
2
表2．第一个压滤机物料平衡表（单位均为kg/h）
进口物料 出口物料
成分
A B C
蔗渣
HO 31910 31590.9 319.10
2
3500 ─ 3500
1.23 蔗渣浸泡槽（F101）物料衡算
1、计算依据
（1）用0.1%HSO进行浸泡软化，其用量是进口物料体积的1.5倍。
24
（2）工业硫酸质量分数是93%的浓硫酸，使用前需稀释。
（3）1%HSO的密度取近似值ρ=1 000kg/cm
24
3
（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%HSO：31.910×1.5＝47.865m/h
24
3
则需要纯HSO：47.865×1×1000×0.1%＝47.865kg/h
24
需要93%HSO：47.865÷0.93＝51.468 kg/h 进行稀释，过程加入水量为：
24
51.468×1×1000×99.9%=51416.5kg/h
因此，B进口 HSO：51.468 kg/h
24
HO：51416.5kg/h
2
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
HO：319.10+ 51416.5 =51735.6 kg/h
2
纯HSO：47.865×1×1000×0.1%＝47.865kg/h
24
表3．蔗渣浸泡槽物料平衡表（单位均为kg/h）
进口物料 出口物料
成分
A B C
蔗渣
HO 319.10 51735.6
2
纯HSO
24
3500 — 3000
— 47.865 47.865
51416.5
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HSO：95%×47.865＝45.47kg/h
24
HO：99%×51735.6= 51218.2kg/h
2
C出口 蔗渣：3500kg/h
纯HSO：5%×47.865=2.39kg/h
24
HO：1%×51735.6=517.356 kg/h
2
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
A B C
蔗渣
HO 51218.2 517.356
2
纯HSO
24
3500 — 3500
51735.6
2.39 47.865 45.47
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
H（3500/109.7) *1.5*1000=47857.8kg/h
2
O
C出口 蔗浆：3500-350=3150kg/h
BX：350kg/h
纯HSO：2.39 kg/h
24
HO：47857.8+517.356=48375.2kg/h
2
表5．蒸煮罐物料平衡表（单位均为kg/h）
进口物料 出口物料
成分
A B C
蔗渣
BX — — 350
蔗浆
纯HSO
24
HO 517.356 47857.8 48375.2
2
3500 — —
— — 3150
2.39 — 2.39
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 BX 350*99.5%=348.25kg/h
纯HSO： 2.39*95%=2.27kg/h
24
HO：48375.2*99%=47891.4kg/h
2
C出口 蔗浆：3150kg/h
BX：0.5%×350=.1.75 kg/h
纯HSO：2.39*5%=0.119kg/h
24
HO：48375.2*1%=483.752kg/h
2
表6．第三个压滤机物料衡算表（单位均为kg/h）
进口物料 出口物料
成分
A B C
BX 350 348.25 1.75
蔗浆
纯HSO
24
HO 48375.2 47891.4 483.752
2
3150 — 3150
2.39 2.27 0.119
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 HO：47891.4-1500=46391.4kg/h
2
C出口与进口相比只有水发生变化，水量为1500 kg/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
A B C
BX 348.25 — 348.25
— 2.27 2.27
46391.4 1500 HO 47891.4
纯HSO
24
2
1.28 BX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：，
1500
27892367kg/h
1000
其中含HO：2367×0.05＝118.35kg/h ；
2
含CHCHOH：2367×0.95=2248.65 kg/h
32
E出口 BX：348.25×85%=296.01 kg/h
CH3CH2OH:(296.01/663.3)*2*789=704.2kg/h
;H2O: (296.01/663.3)*2* 1000 =892.5kg/h
纯HSO：含量很少，约0.006 kg/h
24
G出口 BX：348.25×15%=52.24kg/h
HO：1500+118.35×0.5—892.5=666.7kg/h
2
CHCHOH：2248.65—704.2×0.5= 1896.55kg/h
32
纯HSO：—0.006=0.113 kg/h
24
0.119
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HSO几乎没有，可忽略为0。
24
D出口 BX：52.24-44.4=7.84kg/h
CHCHOH：1896.55+（2248.65×0.5－105.6）= 2915.3kg/h
32
HO：666.7+118.35×0.5=785.05 kg/h
2
纯HSO：0.113
24
C出口 BX：296.01+44.4=340.41kg/h
CHCHOH：704.2+105.6=809.8kg/h
32
HO：892.5+133.9=1026.4kg/h
2
少量纯HSO，约0.006
24
表8．沉淀槽物料衡算表（单位均为kg/h）
进口物料 中间物流 出口物料
成分
A B E F G C D
BX 348.25 —
CHCH
32
OH
296.01
44.4340.417.84
52.24
— 2 248.65
704.2105.61896.55809.82915.3
133.9666.71026.4785.05892.5
0.00
6 HSO 0.119
0.113
HO 1500 1118.35
2
纯
24
— 0.006 0
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
2 BX分子式：(CHO)n ，分子量：M＝132n
584BX
3. BXP子式：(CHRO)n ，R为Na，BX取代度为0.067时，BXP均分
564
HPO
3
子量：M＝n[130＋104*0.067]=136.97n
BXP
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：
O
XylNaHPO
OHOPONa
+
24
(NH)CO
22
Xyl
OH
+
HO
2
132n 235n
338.71 603.01
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 木聚磷酸磷酸尿素 水 木聚木聚
糖单氢二 二氢糖磷糖磷
体 钠 钠 酸钠 酸 二
分子132 143 121 88 18 235 257
式
2.
酯化剂：338.71*1.2/4=101.62kg/h
催化剂：338.71*0.5*4=42.4kg/h
钠
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）
132 3.75
339.2 9.64
V（80%乙醇）=(339.2*3.75)/132=0.00964m3/h
其中含：0.00964*20%*1000=1.928kg/h
HO
2
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HO的量：
2
CHCHOH
32
：0.00964*80%*789=6.085kg/h
体积分数为80%乙醇含HO：1.928kg/h
2
NaOH以30%NaOH溶液的形式加入，含HO：
2
205.58*0.7/0.3=479.6kg/h
故进入反应器的HO量为：1.928+479.6=481.53kg/h
2
（2）反应过程各物质消耗与生成量的计算
①碱化反应
CHO2nNaOHCHONa2nHO
58456422
nn
132n 2n×40 2n×18
290.33
m(NaOH)
m(HO)
2
计算可得：m(NaOH)=175.96kg/h， m(HO)=79.18kg/h
2
（3）反应器出口物料
出口HO量79.18+2.89+481.53+46.25=610.13kg/h
2
表9．反应器物料平衡表（单位：kg/h）
成分 进口物料 出口物料
BX 339.2 —
BX P — 603.88
NaOH 175.96 ----
尿素
乙醇
酯化剂
HO 481.53 610.13
2
42.4 42.4
8.013 8.013
101.76 —
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
1.7m。
3
B进口 进料物质的总体积为1.7m，则需3.4m的95%乙醇进行沉淀。80%
33
乙醇中含HO：2×20%×1000＝400kg/h，含纯乙醇：2×80%×789=1265.4 kg/h。
2
C出口 m(BXP)=603.88×98%=591.80kg/h，V(BXP)=591.80÷623＝
0..95m/h ，则：
3
M(H2O)=0.95/2*1000=475kg/h
M(乙醇)=0.95/2*789=374.78kg/h
D出口
HO：400+610.13—475=525.13kg/h
2
纯乙醇：1265.4+8.013—90.735=898.23 kg/h
BXP：603.88×2%=12.08 kg/h
表10．沉淀槽物料平衡表（单位：kg/h）
进口物料 出口物料
成分
A B C D
BX P 603.88 12.08 — 591.80
尿素
乙醇
HO 610.13 525.13 400 475
2
42.4 42.4 — —
8.013 989.23 1265.4 374.78
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/cm,洗涤时使用丙酮体积与沉淀比为1:1。
3
（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）
进口物料 出口物料
成分
A B C
BXP 591.80 — 585.09
丙酮
乙醇
HO 475 — 475
2
— 11492.91 1492.91
374.78 — 374.78
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
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
11.7 573.34 BX P 585.09
乙醇
HO 475 273.5 273.5
2
374.78 371.03 3.7478
2.3.6干燥物料衡算
计算依据;
含水量为0.5%，含1%的乙醇
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
BX P 573.34 567.61
乙醇
HO 273.5 13.68
2
3.7478 3.7478
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