3 物料衡算依据原理：输入的物料量=输出的物料量+损失的物料量3.1 衡算基准年生产能力：2000吨/年年开工时间：7200小时产品含量：99%3.2 物料衡算反应过程涉及一个氧化反应过程，每批生产的产品相同，虽然有原料对叔丁基甲苯和溶剂甲苯的循环，第一批以后循环的物料再次进入反应，但每批加料相同。
在此基础上，只要计算第一个批次的投料量，以后加料一样。
反应釜内加热时间2h、正常的反应时间18h、冷却时间1h。
加上进料和出料各半个小时，这个生产周期一共2+18+1+1=22h。
所以在正常的生产后，每22小时可以生产出一批产品。
每年按300天生产来计算，共开工7200小时，可以生产327个批次。
要求每年生产2000吨对叔丁基苯甲酸，则每批生产2000÷327＝6.116吨。
产品纯度99 %( wt %)实际过程中为了达到高转化率和高反应速率，需要加入过量对叔丁基甲苯做溶剂，反应剩余的原料经分离后循环使用。
3.2.1 各段物料(1) 原料对叔丁基甲苯的投料量设投料中纯的对叔丁基甲苯为X kg，则由C11H16C11H14O2 M 148.24 178.23m x 6054.8得x=6054.8×148.24÷178.23=5036.0 kg折合成工业原料的对叔丁基甲苯质量为5036.0÷0.99=5086.9kg实际在第一批生产过程加入的对叔丁基甲苯为6950.3kg（2）氧气的通入量生产过程中连续通入氧气,维持釜内压力为表压0.01MPa,进行氧化反应。
实际生产过程中,现场采集数据结果表明,通入的氧气量为1556.8 kg，设反应消耗的氧气量为x kg3/2O2C11H14O2 M 31.99 178.23m x 6054.8 得x= 3/2×6054.8×31.99÷178.23=1630.1kg此时采用的空气分离氧气纯度可达99%，因此折合成通入的氧气为1630.1÷0.99=1646.6 kg即在反应过程中，需再连续通入1646.6kg氧气。
（3）催化剂催化剂采用乙酰丙酮钴(Ⅲ)，每批加入量10.4 kg（4）水的移出量设反应生产的水为x kgH2O C11H14O2M 18.016 178.23m x 6054.8得x=6054.8×18.016÷178.23=612 kg产生的水以蒸汽的形式从反应釜上方经过水分离器移出。
3.2.2 设备物料计算（1）计量槽对叔丁基甲苯计量槽：一个反应釜每次需加入的对叔丁基甲苯质量为3475.1÷2=3475.15 kg对叔丁基甲苯回收计量槽：每批反应结束后产生母液1834.8kg甲苯计量槽：每批需加入甲苯做溶剂，加入量为396.1 kg（2）反应釜：反应结束后，经过冷却、离心分离后，分离出水612kg，剩余的对叔丁基甲苯1834.8kg循环进入下一批产品的生产。
分离出来的固体质量为：6950.3+10.4+1646.6-612-1834.8=6160.5 kg 。
（3）进入离心机的物料：6950.3＋10.4＋1646.6－1834.8－612=6160.5kg （4）脱色釜：分离机分离出来的粗产品移入脱色釜，加入甲苯做溶剂，加入量为396.1 kg，搅拌升温将产品溶解，再加入76.5 kg活性碳进行脱色。
进入脱色釜物料：6160.5+396.1+76.5=6633.1kg 。
（5）保温过滤器：分离出废碳104.3kg ，滤液6633.1－104.3=6528.8kg （6）结晶槽：每次过滤产生的滤液6528.8÷2=3264.4kg（7）产品离心机：结晶槽中的浆状物料放入离心机中进行过滤，每批过滤出滤液甲苯361.4 kg ，过滤过程中由于甲苯挥发造成的损失约34.9 kg 。
过滤后的滤饼用528 kg 水分批洗涤滤饼，产生废水521 kg 。
从过滤器移出湿滤饼：528+6132.5-521=6139.5 kg（8）干燥器：除去产品中含有的水6.3 kg ，最后得到产品.：6139.5-6.3=6133.2kg图3.1物料衡算汇总图（以kg 为单位）：4 热量衡算原理：输入的热量=输出的热量+损耗的热量催化剂10.4对叔丁基甲苯917.4对叔丁基甲苯3475.1氧气823.3反应釜水306冷凝器3058.3离心分离器活性碳76.5脱色釜3557.9保温过滤器废碳104.3甲苯计量槽396.1361.4冷却结晶槽离心分离器滤饼干燥器产品对叔丁基苯甲酸30583075.3洗涤水528废水5213064.33453.6对叔丁基甲苯6950.3氧气 1646水612 6160.5 对叔丁基甲苯1834.8 6633.1产品对叔丁基苯甲酸6133.2 干燥器 6139.5滤饼 6132.5 6528.8氧气 1646.6 水6124.1 反应釜4.1.1 升温阶段 物料数据：进料对叔丁基甲苯3475.1kg ，氧气一共2380 kg ，进料温度都为常温25℃，在反应釜里利用夹套加热至反应温度170℃。
平均温度都为：（25+170）=67.5℃由液烃比热算图（物性数据计算中液烃比热章节）： 已知对叔丁基甲苯的比重：0.853 查得67.5 ℃ 下的比热为 0.56千卡/公斤·℃=2.34 kJ/kg·k)氧气的比热容计算：)(22-+++=DT CT BT A R c p639.3=A 310506.0-⨯=B 510227.0⨯=C 0=D)110227.0310506.0639.3(314.825T T cp ⨯--⨯+⨯=9183.0=p c kJ/kg·k ）==∆t p mc Q 1 3.169×105kJ/kg·k ）对叔丁基甲苯的吸热量：t mc Q p ∆=2=3475.1×2.34×（170—25）=1.179×106 kJ/kg·k)加热介质：用热导油进行加热，选用YD―300系列热导油，令其进口温度为230℃，出口温度为200℃。
中间加设加热器使热油循环进行加热。
基本数据如下：表4.1 YD―300系列热导油密度（㎏/m 3） 比热容（kJ/㎏·k ） 导热系数（W/m·k ） YD―300系列热导油200℃ 889250℃ 855200℃ 2.43250℃ 2.60200℃ 0.11250℃ 0.107200℃～230℃的平均密度为882.2kg/m 3，平均比热容为2.481kJ/(kg·k)，平均导热系数为0.11w/(m·k)。
由公式τt mc Q p ∆= 加热时间为2h ，可计算出每小时所需热油循环量:τt c Q m p ∆=/=10053.1kg/h4.1.2反应阶段 燃烧热：查得燃烧热：氧气为:0 水为：0燃烧热估算（参考文献：化工数据导引，王福安主编）： Cardozo 法估算:N H S C 56.60621.206)(--=∆ N H l C 13.61098.196)(--=∆∑∆+=iC N N NNc —化合物中C 原子总数 ΔNi=各种结构和物相修正系数对叔丁基甲苯：N=11+（-1.173-0.031+0.012ln4-0.031+0.012ln1)=9.78 N H l C 13.61098.196)(--=∆=-6165.05kJ/mol=-4.159×104kJ/kg 对叔丁基苯甲酸：N=11+(-1.173-0.013+0.012ln4-1.038)=8.79N H S C 56.60621.206)(--=∆=-5537.87kJ/mol=-3.107×104kJ/kg 过程如下：170℃原料25℃原料25℃产物170℃产物ΔΔH 1ΔH 2ΔH 3H∑=∆=∆t mc H p 12543.4×2.34×（25—170）+823.3×0.9183×10-3×（25—170）=—8.63×105 KJ氧气的燃烧热对叔丁基甲苯的燃烧热水的燃烧热热对叔丁基苯甲酸的燃烧3/2Q -Q -Q +=∆Q H 2=-3.107×104×3027.4-(-4.159×104)×2518.0=1.066×103KJ∑=∆=∆t mc H p 33027.4×2.193×（170—25）+306×4.174×（170—25） =1.148×106 kJ=∆+∆+∆=∆321H H H H —8.63×105 +1.066×103+1.148×106=2.86×105 kJ由公式τt mc Q p ∆= 反应时间为18h ，可计算出每小时所需热油循环量:τp c Q m /==6406.8kg/h 4.1.3保温阶段表4.2 常年运行工况允许的最大热损失表4.3 保温层平均温度m T 值加热和反应过程都需要保温，保温阶段需要吸热量：反应釜内反映温度为170℃，内插查得允许的最大热损失为125.6W/m 2,平面型单层绝热层，在最大热损失下绝热层厚度的计算[]1s s T T Q αδλ⎛⎫-=- ⎪ ⎪∂⎝⎭ )113.4(-()0.0420.0002370m T λ=+⨯- )213.4(- ()'6 1.163s s ω∂=∂+⨯ )313.4(-s T —管道或设备的外表面温度，无衬里时，取介质正常运行温度，℃；T α—环境温度，室外保温，取历年的年平均值的平均值；λ—绝热材料在平均温度下的热导率，W/(m·k)；设备、管道及附件表面温度（℃）50 100 150 200 250 允许最大热损失（W/m 2）5893116140163周围空气温度（℃）介质温度（℃） 100150 200 250 257095125150s ∂—绝热层外表面周围空气的放热系数，W/(m 2·k)δ—绝热层厚度，m ；[]Q —绝热层外表面单位面积的最大允许热损失量，W/m 2； m T —保温层的平均厚度；查表4.3得m T =107 's ∂—对保温 's ∂取11；W/(m 2·k)ω—风速，取5m/s ； 将数据代入公式得)16.12525170(sδλδ--=）（7010700023.0042.0-⨯+=λ()21165 1.16328.4w/(m k)s ∂=+⨯⨯=⋅求得 0505.0=λ 05652.0=δ，圆整后取070.0=δ。