物料衡算物料衡算的准则就是质量守恒定律，即“进入一个系统的全部物料必等于离开这个系统的全部物料，再加上过程损失量和在系统中积累量”。
依据质量守恒定律，对研究系统作物料衡算，可由下式表示[13]：∑G进=∑G出+∑G损+∑G积其中式中：∑G进——输入物料量总和；∑G出——输出物料量总和；∑G损——总的物料损失量；∑G积——系统中的积累量。
根据设计任务，苯酐生产能力为80000吨/年，产品纯度达到99.9wt%按照8000小时开工计算，每小时的生产能力：80000×1000×99.9%/8000= 9990kg/h3.1 反应器中氧化反应的物料衡算3.1.1 氧化反应过程的衡算基准本次设计以每小时生产9990kg为基准，进料量9400kg/h，转化率99.8%；生成苯酐的选择性约为0.8；空气与邻二甲苯进料比为9.5:1；主要副产品为苯酞、顺酐、苯甲酸、柠槺酐、二氧化碳、一氧化碳等。
3.1.2 氧化反应过程的物料衡算图画出衡算方框图，标出有关计算目标，然后进行计算：图3-1 反应过程物料衡算图3.1.3 氧化反应过程的物料衡算：邻二甲苯与空气催化氧化的主反应式：106 32 148 18x 3y 9990 z所以主反应中：(1)邻二甲苯消耗量：9990148106=x x = 7155 kg/h 氧气消耗量：9990148y 332=⨯ y =6480 kg/h 水的生成量： 9990148z 318=⨯ z = 3645 kg/h （2） 邻二甲苯转化率为99.8%，且邻二甲苯的进气量为9400kg/h ，所以： 邻二甲苯生产苯酐的选择性为：7155/9400/99.8%=77.27%。
（3）设计进料空邻比为9.5:1，所以空气进料量计算：5.91w 9400=w 空 =89300 kg/h 空气中 O 2所占的比例为21%，所以工艺空气中氧气的进料量：w 氧 = 89300×21%= 18753kg/h 。
进而得出空气中不参与反应的惰性气体（主要为氮气）总的进料量：w 惰 = 89300-18753= 70547kg/h通过对苯酐反应原理的了解，在反应器中，苯酐与空气接触还发生一系列的副反应，由上面计算可知，邻二甲苯氧化部分除了生成苯酐，还约有23.7%发生了副反应。
本次设计对副反应只考虑占总比例较大部分反应。
根据工厂实际经验在该温度段所得数据，具体给出邻二甲苯对各副产物的转化率如下表：（1）CH 3C 6H 4CH 3+7.5O 2→C 4H 2O 3（顺酐）+4CO 2+4H 2O106%.8999400%8.1998w ⨯⨯⨯=顺酐= 796.1912 kg/h10699.8%40099.18%44w 2CO 1⨯⨯⨯== 1429.8944 kg/h10699.8%40099.18%418w O H 12⨯⨯⨯⨯==584.9568 kg/h10699.8%40099.18%7.532w 2O 1⨯⨯⨯⨯== 1949.8560 kg/h（2）CH3C6H4CH3+3O2→C6H5COOH（苯甲酸）+CO2+2H2O106% .8 999400%32.5122w ⨯⨯⨯=苯甲酸= 574.4248 kg/h106%8. 999400%32.544w22CO ⨯⨯⨯== 207.1562 kg/h10699.8% 40095.32%218w O H22⨯⨯⨯⨯==169.5024 kg/h106% .8 999400%2.35332w22O ⨯⨯⨯⨯== 452.0064 kg/h（3）CH3C6H4CH3+2O2→C8H6O2（苯酞）+2H2O106% .8 999400%1.32134w ⨯⨯⨯=苯酞= 273.9496 kg/h10699.8% 04092.31%218w O H32⨯⨯⨯⨯==73.5984 kg/h10699.8% 00492.31%232w2O3⨯⨯⨯⨯== 130.8416 kg/h（4）CH3C6H4CH3+4.5O2→C5H5O3（柠槺酐）+3CO+3H2O106% .8 999400%2.61113w ⨯⨯⨯=柠槺酐= 162.0164 kg/h10699.8% 00491.62%328w CO1⨯⨯⨯⨯== 120.4392 kg/h10699.8% 00491.62%318w O H42⨯⨯⨯⨯==77.4252 kg/h10699.8% 00491.62%4.532w2O4⨯⨯⨯⨯== 206.4572 kg/h（5）CH3C6H4CH3+6.5O2→8CO+5H2O10699.8% 00491.47%828w CO2⨯⨯⨯⨯== 290.8190 kg/h10699.8% 00491.5%518w O H52⨯⨯⨯⨯== 117.0880 kg/h10699.8%00491.5%6.532w 2O 5⨯⨯⨯⨯== 270.6034 kg/h（6）CH 3C 6H 4CH 3+10.5O 2→8CO 2+5H 2O10699.8%00493.83%844w 2CO 3⨯⨯⨯⨯== 1193.1470 kg/h10699.8%00493.83%518w O H 62⨯⨯⨯⨯== 305.0660 kg/h10699.8%00493.83%10.532w 2O 6⨯⨯⨯⨯== 1138.9130 kg/h综合以上计算数据，可以得出：反应器中氧气总的消耗量：22222226O O 5O 4O 3O 2O 1O w w w w w w 4806w ++++++== 10628.6766 kg/h, 所以剩余气体中氧气含量： 2O w 剩=18753-10628.6766= 8124.3234 kg/h 。
反应器内所有反应产生的水的含量：w H 2O =3645+w 1H 2O +w 2H 2O +w 3H 2O +w 4H 2O +w 5H 2O +w 6H 2O = 4972.6368 kg/h 反应器内产生的CO ： w CO = w 1CO +w 2CO = 411.8582 kg/h 反应器内产生的CO 2： w CO 2 = w 1CO 2+w 2CO 2+w 3CO 2 = 2830.2066 kg/h 根据以上计算及总结，列出反应器内物料衡算表：3.2 冷凝工段物料衡算画出物料方框图：图3-2 冷凝工段物料衡算图反应生成气体经冷凝器冷却到165-175℃后，再经预冷凝来到切换冷凝器，水冷凝成液体排出，含有杂质的粗苯酐冷凝在冷凝器的翅片管内，准备进入精馏工段，不凝有机气体进入尾气洗涤装置，经过三级洗涤，尾气中顺酐大部分被吸收，剩余尾气直接排放出去，根据工厂实际生产经验及文献资料给出物料平衡表格如下图：表3-3 冷凝工段物料衡算表3.3 精馏工段物料衡算3.3.1 物料衡算方框图：图3-3 精馏工段物料衡算图由于粗苯酐中所含的蒽醌及其同系物等重组分含量极少，在反应工段中没有对其进行物料的计算，且沸点与苯酐相差很大，极易除去，对产品影响不大，而且粗苯酐中的杂质经过轻组分塔精馏后基本除去，能达到设计要求。
所以本次设计对苯酐精馏工段中的重组分塔只作介绍，不作计算。
进而在本章中对苯酐精馏工段进行物料衡算时，可以近似认为从轻组分塔塔底提取的苯酐熔液即为产品苯酐（即物流3）。
同样的，在本次设计中对精馏塔的设计计算章节也只考虑其中的轻组分塔。
3.3.2 轻组分塔物料衡算经过冷凝工段，粗苯酐热熔后送入预处理槽加热，然后由轻组分塔进料泵送入轻组分塔。
预处理工段中：粗苯酐的杂质苯酞经高温全部分解成苯酐和水：C 8H 6O 2 + O 2 → C 8H 4O 3 + H 2O 由苯酞分解生成的苯酐为： 0.8823kmol 则经过预处理段后苯酐：F 1=67.5000+0.8823=68.3823kmol粗苯酐中含量较少的邻二甲苯、柠槺酐、苯甲酸也基本除去，为了后面精馏计算方便，可假设粗苯酐经过预处理蒸馏后，杂质中的邻二甲苯、柠槺酐、苯甲酸、苯酞以及苯酞高温分解产物水一起除去，通过泵送入尾气洗涤装置。
所以进入轻组分塔的原料物流： 纯苯酐的物料流量：F 1=68.3823kmol/h顺酐的物料流量：F 2=592.9022/98=6.0500kmol/h进入精馏塔粗苯酐总物料：F=F 1+F 2 =74.4323kmol/h物流1流量即为粗苯酐总的物料流量F=74.4323kmol/h 对该段精馏，进料组成： x F1=0.918774.432368.3823F F 1== x F2=0.081374.43236.0500F F 2== 物料1的平均摩尔质量：M F =0.9187×148+0.0813×98 =143.9350本次设计对精馏要求：塔顶x 1≤0.1488；塔底x 1≥0.998，列出物料横算式： F=D+W （1）F 1=Dx d1+Wx w1 （2） F 2=Dx d2+Wx w2 （3）先将已知数据代人式（1）、（2）式： 74.4323=D+W68.3823=0.1498D+0.998W 解得：D=6.9572 kmol/h W=67.4751 kmol/h 所以苯酐：F 1D =0.1488×6.9572 =1.0352 kmol/hF1W=0.998×67.4751=67.3402 kmol/h由：x d2=1-0.1498=0.8502x w2=1-0.998=0.002所以顺酐：F2D=6.9572×0.8502=5.9150 kmol/hF2W=67.4751×0.002=0.1349 kmol/h根据以上计算列出精馏物料平衡表：表3-4 精馏工段物料衡算表。