一、10000t/a玉米淀粉燃料酒精厂物料衡算项目、工艺流程及基础数据
1、全厂物料衡算内容：原料消耗计算、中间产物量计算、成品及副产品量计算。
2、生产工艺流程图:生产工艺采用改良湿法、双酶糖化、连续发酵和半直接式三塔蒸馏流程，如图
空气酶母种原料（玉米）
耐高温
空压机斜面试管 a－淀粉酶预处理辅料（酸、碱）
过滤器摇瓶培养脱胚制浆玉米油车间
无菌空气小酒母罐连续蒸煮器
大酒母罐蒸煮醪
酒母醪糖化锅糖化酶
糖化醪
发酵醪 CO
2
成熟发酵醪
蒸馏
DDGS车间分子筛脱水杂醇油
燃料酒精
图改良湿法双酶糖化连续发酵燃料酒精流程示意图
3、工艺技术指标及基础数据
（1）生产规模：10000t/a燃料酒精。
（2）生产方法：改良湿法、、双酶糖化、连续发酵和塔蒸馏。
（3）生产天数：300d/a
（4）燃料酒精日产量：34t
（5）燃料酒精年产量：10200t
（6）产品质量：国际燃料酒精，乙醇含量%以上（V）。
（7）主原料：国内酒精企业玉米粉（脱胚去皮）淀粉含量68%，利用率为80%-92%,
水分14%。
（8）酶用量：耐高温α-淀粉酶用量8u/g 原料，糖化酶用量为100u/g 原料， 酒
母糖化醪用糖化酶量200u/g 原料。
（9）硫酸铵用量：8kg/t 酒精（提供氮源）。
（10）硫酸用量：t 酒精（调节pH)。
二、10000t/a 玉米淀粉燃料酒精厂全厂总物料衡算
1、原料消耗计算
现以生产%（V ）成品酒精1000kg 作为计算的基准。
（1）淀粉原料生产乙醇的总化学反应式为：
6105
n 26126252(C H O )+nH O nC H O 2C H OH+2CO →→（4－2－1)
糖化阶段： 6105n 26126(C H O )+nH O nC H O → （4－2－2)
162 18 180
发酵阶段：
6126252
C H O 2C H OH+2CO → （4－2－3)
180 2×46 2×44 （2）每生产1000kg 燃料酒精的理论淀粉消耗量：由式（4－2－2）和（4－2
－3）可求得理论上生产1000kg 燃料酒精（%(V)的燃料酒精相当于%(W))所消耗淀
粉量为：
（3）生产1000kg 燃料酒精实际淀粉耗量：实际上，整个年产过程经历的各
工序，如原料处理、发酵及蒸馏等，要经过复杂的物理化学和生物化学反应，所
以产品得率必然低于理论产率。据实际生产经验，生产中各过程各阶段淀粉损失
率如表4－1所示。
表4－1 生产过程淀粉损失一览表
因此，一般在整个生产过程中淀粉利用率在91~92%之间，若以上表为依据，
淀粉利用率为%计算，每生产1000kg 燃料酒精实际淀粉耗量为：
kg 8.1909%55.8%1005.1746=- 这个原料的淀粉出酒率为%，属于中等水平。
（4）生产1000kg 燃料酒精干玉米原料消耗量：根据基础数据给出，国内酒
精企业玉米粉（脱胚去皮）淀粉含量68%，利用率为80%-92%,取90%计算,则每
生产1000kg 燃料酒精需要的玉米量为：
kg 6.3120=%
90×%688.1909 生产1000kg 燃料酒精所需要的淀粉应包括糖化剂内所含的淀粉，这样以玉
米为原料需要量为：
%
8.19090A G G ''－＝ 式中 'G ——每生产%(V)燃料酒精的原料量，kg ；
A —— 每100kg 原料其中所含淀粉量，kg ；
G '——每生产1000kg 燃料酒精需要糖化剂所消耗的淀粉量，kg ； 在生产中往往需要计算淀粉的出酒率，以便于了解生产情况和评价生产水
平，淀粉出酒率的计算式如下：
100'%'o
P G A G η?=?+ 式中 P ——包括各种不同等级生产成品酒精的数量，kg ；
'G ——每生产%(V)燃料酒精的原料量，kg ；
'o G ——每生产1000kg 燃料酒精需要糖化剂所消耗的淀粉量，，kg ；
（5）耐高温α-淀粉酶耗量： 本设计选用酶活力为20000u/g 的α-淀粉酶使淀
粉液化，促进糊化，可减少蒸汽消耗。耐高温α-淀粉酶消耗量按8u/g 原料计
算。则用酶量为：
kg 248.1=20000
8×10×6.31203 （6）糖化酶耗量：本设计选用糖化酶活力为100000u/g ，使用量为100u/g 原料，
则糖化酶消耗量为： kg 121.3100000
100106.31203=?? 此外，糖化酶耗量还包括酒母糖化酶。用量为200u/g 原料计，且酒母用量
为10%，则酒母糖化酶耗量： kg 437.0100000
200%70%106.3120=??? 式中70%为酒母的糖化液占70%，其余为稀释水和糖化计
则糖化酶耗量为
（7） 硫酸铵耗量：硫酸铵用于酒母培养基的氮源补充，其用量为酒母的%,
设酒母醪量为m 0，则硫酸铵耗量为：%m 0
2、辅料消耗计算
（1）、蒸煮醪所需辅料的计算
根据生产实际，连续蒸煮首先将粉碎原料在配料调浆罐内与温水混合，加水
比一般为1:3左右，则粉浆量为：
()kg 4.12482=3+1×6.3120
在蒸煮过程中用直接蒸汽加热，在后熟器和气液分离器减压蒸发、冷却降温，
这样随着蒸煮过程的进行，蒸煮醪量将随时间发生变化，要确切知道数量变化必
须与热量衡算同时进行，现在按喷射液化连续蒸煮工艺条件进行估算。调浆的粉
浆温度为65℃，将表压的蒸汽与粉浆在喷射液化器内混合，使粉浆温度迅速升
至145℃，然后进入维持罐保温液化5－8min ，真空闪蒸冷却至95℃后进入液化
罐反应约60min 后，进真空冷却器冷却至63℃后糖化30min 。
干物质含量w 0＝86%的玉米比热容为：
C 0＝×（1－）＝ kJ/(kg?k)
粉浆干物质含量：
w 1=3 =%
蒸煮醪比热容：
C 1＝w 1C 0 +(1-w 1)C w
=%×+（1－%）×
＝ kJ/(kg?k)
式中 C w ——水的比热容 kJ/(kg?k)
由于在加热冷却过程中，蒸煮醪浓度随时间变化，比热也应该有变化，但变化不大，所以假定蒸煮过程比热容恒定。
（Ⅰ）经喷射液化器加热后蒸煮醪量为：
()
kg 2.1409018
.4×1459.274865145×45.3×4.12482+4.12482＝－－ 式中 ——喷射液化器加热蒸汽（）的焓 (kJ/kg )
(Ⅱ) 经液化维持罐出来的蒸汽醪温度降为℃，量为：
()kg 5.139225.21492.138145×45.3×1.140761.14076＝－－ 式中 ——液化维持罐的温度为℃下饱和蒸汽的汽化潜热 (kJ/kg )
（Ⅲ）经汽液分离器后的蒸煮醪量为：
()kg 8.130080
.2271952.138×45.3×5.139225.13922＝－－ 式中 2271——汽液分离冷却温度为95℃下饱和蒸汽的汽化潜热 (kJ/kg ) （Ⅳ） 经真空冷却器后最终蒸煮醪液量为：
()kg 0.123982351
6395×45.3×8.130088.13008＝－－ 式中 2351——真空冷却温度为63℃下饱和蒸汽的汽化潜热 (kJ/kg )
从计算结果可以看出，粉浆虽然经过多次的加热和冷却过程，但是到糖化锅的醪量并没有大的变化（和12398kg ），这表明只要将蒸煮冷却过程的二次蒸汽充分利用，可以大大减少酒精生产过程的热量消耗。
（2）、糖化醪与发酵醪所需辅料的计算
蒸煮醪在糖化锅内加入曲乳或液体曲，并取部分糖化醪去做酒母。设发酵结束后成熟醪量酒精含量以10%（V ）计，相当于%（w ），蒸馏效率为98%，而且发酵罐酒精搜捕集器回收酒精洗水和洗罐用水分别为成熟醪量的5%和1%，则每生产%（w ）酒精的成品有关计算如下：
（Ⅰ）待蒸馏的成熟发酵醪量 F 为：
()kg 8.13392=%1+5+100×%
01.8×%98%18.99×1000=F （Ⅱ）入蒸馏塔的成熟发酵醪酒精浓度为： %56.7=%100×8
.13392×%98%18.99×1000（w ） （Ⅲ）相应酒母培养和发酵过程放出二氧化碳量为：
kg 0.968=46
44×%98%18.99×1000 其中发酵过程放出的占95%。
（Ⅳ）若发酵成熟醪不计酒精捕集器和洗罐水量，则成熟发酵醪量为： ()kg 7.12634=%
1+5+1008.13392 （Ⅴ）按接种量10%计算需要酒母醪量m 0为：
()kg 6.1236=%10×%
10+1000.968+7.12643=m 0 （Ⅵ）酒母醪是70%糖化醪，30%补充糖化剂与稀释水。需要做酒母的糖化醪占全部糖化醪的7%。则糖化醪量：
()kg 7.13231=%70×6.1236+%
10+1000.968+7.12634 可以得到在糖化锅内加入曲乳或液体曲量占蒸煮醪量的百分数：
%72.6=%100×0
.123980.123987.13231－ 3、成品与废醪量计算
以半直接式酒精发酵醪蒸馏的三塔流程进行计算。
在醛塔取的酒一般占成品酒精的~3%，所取醛酒量的原则是：保证成品质量前提下，取得越少越好，这与操作水平有关，现在取醛酒2%，则生产1000kg 成品酒精其中醛酒产量为：《酒精工业手册》
kg 20=%2×1000
故实际合格成品酒精产量：
1000－20＝980kg
杂醇油产量为成品酒精的~%，一般可取%，则杂醇油产量为
kg 5%5.01000=?
废醪应为成熟发酵醪中除去部分水和酒精及其它挥发组分后的残留液，由于
物料衡算与能量衡算 5.1概述 工艺通过甲苯和甲醇采用纳米ZSM-5分子筛催化下通过烷基化反应制得对二甲苯，得到了高纯度的对二甲苯，并且在工艺流程中实现了甲苯和甲醇的循环利用，达到了经济环保的要求。 设计过程中利用Aspen Plus 对全流程进行模拟，并在此基础上完成物料衡算、能量衡算。以工段为单位进行物流衡算，全流程分为甲苯甲醇烷基化反应工段、闪蒸——倾析工段、脱甲苯工段、对二甲苯提纯工段。 5.2物料衡算 5.2.1物料衡算基本原理 系统的物料衡算以质量守恒为理论基础，研究某一系统内进出物料量及组成的变化，即： 系统累计的质量=输入系统的质量-输入系统的质量+反应生成的质量-反应消耗的质量 假设系统无泄漏： R R O U T IN C G F F dt dF -+-=/ 当系统无化学反应发生时： O U T IN F F dt dF -=/ 在稳定状态下： 0/=-=O U T IN F F dt dF ，O U T IN F F = 注：IN F —进入系统的物料流率； OUT F —流出系统的物料流率； R G —反应产生物料速率； R C —反应消耗物料速率。
5.2.2 物料衡算任务 通过对系统整体以及部分主要单元的详细物料衡算，得到主、副产品的产量、原料的消耗量、“三废”的排放量以及最后产品的质量指标等关键经济技术指标，对所选工艺路线、设计流程进行定量评述，为后阶段的设计提供依据。 5.2.3系统物料衡算 详见附录，物料衡算一览表。 5.3能量衡算 5.3.1基本原理 系统的能量衡算以能量守恒为理论基础，研究某一系统内各类型的能量的变化，即： 输入系统的能量=输出系统的能量+系统积累的能量 对于连续系统： ∑∑-=+IN O U T H H W Q 注：Q —设备的热负荷； W —输入系统的机械能； ∑OUT H —离开设备的各物料焓之和； ∑IN H —进入设备的各物料焓之和。 本项目的能量衡算以单元设备为对象，计算由机械能转换、化学反应释放能量和单纯的物理变化带来的热量变化。 5.3.2能量衡算任务 (1) 、确定流程中机械所需的功率，为设备设计和选型提供依据。 (2) 、确定精馏各单元操作中所需的热量或冷量及传递速率，确定加热剂和冷剂的用量，为后续换热和公用工程的设计做准备。 (3) 、确定反应过程中的热交换量，指导反应器的设计和选型。
第四章物料衡算 1.教学目的与要求 掌握化工过程物料衡算的基本方法，包括无化学反应的物料衡算、有化学反应的物料衡算。 2.主要教学内容 物料衡算式、物料衡算的基本方法、无化学反应的物料衡算、有化学反应的物料衡算以及物料衡算的计算机解题。 3.重点与难点： 重点：无化学反应及有化学反应的物料衡算方法 难点：具有循环、排放及旁路过程的物料衡算 4.学时分配： 8+6S 学时 物料衡算是化工计算中最基本、也是最重要的内容之一，它是能量衡算的基础。 通常，物料衡算有两种情况，一种是对已有的生产设备或装置，利用实际测定的数据，算出另—些不能直接测定的物料量。用此计算结果，对生产情况进行分析、作出判断、提出改进措施。另一种是设计一种新的设备或装置，根据设计任务，先作物料衡算，求出进出各设备的物料量，然后再作能量衡算，求出设备或过程的热负荷，从而确定设备尺寸及整个工艺流程。 物料衡算的理论依据是质量守恒定律，即在—个孤立物系中，不论物质发生任何变化，它的质量始终不变(不包括核反应，团为核反应能量变比非常大，此定律不适用)。
第一节物料衡算式 4－1 化工过程的类型 化工过程根据其操作方式可以分成间歇操作、连续操作以及半连续操作三类。或行将其分为稳定状态操作和不稳定状态操作两类。在对某个化工过程作物料或能量衡算时，必须先了解生产过程的类型。 间歇操作过程： 4－2 物料衡算式 物料衡算是研究某一个体系内进、出物料量及组成的变化。根据质量守恒定律，对某一个体系，输入体系的物料量应该等于输出物料量与体系内积累量之和。所以，物料衡算的基本关系式应该表示为； 如果体系内发生化学反应，则对任一个组分或任一种元素作衡算时，必须把由反应消耗或生成的量亦考虑在内。所以(4—1)式成为： 上式对反应物作衡算时．由反应而消耗的量，应取减号，对生成物作衡算时，由反应而生成的量，应取加号。 但是，列物料衡算式时应该注意，物料平衡是指质量平衡，不是体积或物质的量(摩尔数)平衡。若体系内有化学反应，则衡算式中各项用摩尔／时为单位时，，必须考虑反应式中的化学计量系数。出为反应前后物料中的分子数不守恒。 第二节物料衡算的基本方法 进行物料衡算时，为了能顺利地解题，避免错误，必须掌握解题技巧，
化工中的物料衡算和能量衡算 化72 王琪2007011897 在化工原理的绪论课上，戴老师曾强调过化工原理的核心内容是“三传一反” 即传质、传动、传热和反应，而物理三大定律——质量守恒、动量守恒、能量守 恒正是三传的核心与实质，因此这三大定律在化工中统一成一种核心的方法：衡 算。正是衡算，使原本复杂的物理定律的应用变得简单，实用性强，更符合工程 学科的特点。为此化工中的物料衡算和能量衡算很重要，本文将分别从物料衡算、 能量衡算讨论化工中的衡算问题，然后将讨论二者结合的情况。 物料衡算在台湾的文献中称为“质量平衡”，它反映生产过程中各种物料 之间量的关系，是分析生产过程与每个设备的操作情况和进行过程与设备设计的 基础。一般来说物料衡算按下列步骤进行，为表示直观，做成流程图。 绘制流程图时应注意： 1.用简洁的长方形来表达一个单元，不必画蛇添足； 2.每一条物质流线代表一个真实的流质流动情况； 3.区别开放与封闭的物质流 4.区别连续操作与分批操作（间歇生产） 5.不必将太复杂的资料写在物质流线上 确定体系也比较重要，对于不同体系，衡算基准和衡算关系会有不同。 合适的基准对于衡算问题的简化很重要，根据过程特点通常有如下几种： 1.时间基准：连续生产，选取一段时间间隔如1s，1min，1h，1d；间歇生产以一釜或一批料的生产周期为基准，对于非稳态操作，通常以时间微元dt为基准。 2.质量基准，对于固相、液相体系，常采用此基准，如1kg，100kg，1t，1000lb
等。 3.体积基准（质量基准衍生）：适用于气体，但要换成标准体积；适用于密度无变化的操作。 4.干湿基准：水分算在内和不算在内是有区别的，惯例如下： 烟道气：即燃烧过程产生的所有气体，包括水蒸气，往往用湿基； 奥氏分析：即利用不同的溶液来相继吸收气体试样中的不同组分从而得到气体组分，往往用干基。 化肥、农药常指湿基，而硝酸、盐酸等则指干基。 选取基准后，就要确定着眼物料了。通常既可从所有物料出发，也可根据具体情况，从某组分或某元素着眼。对于有化学反应的过程，参加反应的组分不能被选作着眼物料。 列物料衡算方程式时计算中要注意单位一致。列方程时，要注意：物料平衡是关于质量的平衡，而不是关于体积或者摩尔数的平衡。只有密度相同时才可列关于体积的方程，根据元素守恒可列相应的关于摩尔数的方程。 物料衡算方程的基本形式为：（以下均为质量，若密度不变，也可用体积或体积流速） 输入+产生=输出+积累+消耗。 对于无反应的物理过程，没有产生和消耗，所以输入=输出+积累，如果是稳态过程，积累=0，则方程变为：输入=输出。以下分别对特定的单元操作讨论物料衡算关系。 1.输送：连续性方程，进管液体=出管液体；进泵液体=出泵液体 2.过滤：总平衡：输入的料浆=输出的滤液+输入的滤饼； 液体平衡：料浆中的液体=滤液中的液体+滤饼中的液体 3.蒸发：原料液=积累+母液+晶体+水蒸气 其他过程类似。值得注意的是，如果对于每个组分列物料衡算方程，则总衡算方程不用列出，因为其不独立。一般来说，对于无反应的物理过程，如果有n 个组分，就可以列出n个方程。 对于有化学反应的过程，物料衡算要更复杂一些，因为反应中原子重新组合，消耗旧物质，产生新物质，所以每一个物质的摩尔量和质量流速不平衡。此外，在化学反应中，还涉及化学反应速率、转化率、产物的收率等因素。为了有利于反应的进行，往往一种反应物要过量。因此在进行反应过程的物料衡算时，应考虑以上因素。对于不参加反应的惰性物质列衡算方程通常比较方便。通常来讲，总质量衡算和元素衡算用得较多，组分衡算对于有化学反应的过程不可以用。 有化学反应的过程物料衡算通常有以下几种方法：直接计算法、利用反应速率进行物料衡算、元素衡算法、化学平衡常数法、结点衡算法、联系组分衡算法等。
第一节物料衡算式 4－1 化工过程的类型 化工过程根据其操作方式可以分成间歇操作、连续操作以及半连续操作三类。或行将其分为稳定状态操作和不稳定状态操作两类。在对某个化工过程作物料或能量衡算时，必须先了解生产过程的类型。 间歇操作过程： 4－2 物料衡算式 物料衡算是研究某一个体系内进、出物料量及组成的变化。根据质量守恒定律，对某一个体系，输入体系的物料量应该等于输出物料量与体系内积累量之和。所以，物料衡算的基本关系式应该表示为； 如果体系内发生化学反应，则对任一个组分或任一种元素作衡算时，必须把由反应消耗或生成的量亦考虑在内。所以(4—1)式成为： 上式对反应物作衡算时．由反应而消耗的量，应取减号，对生成物作衡算时，由反应而生成的量，应取加号。 但是，列物料衡算式时应该注意，物料平衡是指质量平衡，不是体积或物质的量(摩尔数)平衡。若体系内有化学反应，则衡算式中各项用摩尔／时为单位时，，必须考虑反应式中的化学计量系数。出为反应前后物料中的分子数不守恒。 第二节物料衡算的基本方法 进行物料衡算时，为了能顺利地解题，避免错误，必须掌握解题技巧，按正确的解题方法和步骤进行。尤其是对复杂的物料衡算题，更应如此，这样才能获得准确的计算结果。 4－3 画物料流程简图方法
求解物料衡算问题，首先应该根据给定的条件画出流程简图。图中用简单的方框表示过程中的设备，用线条和箭头表示每个流股的途径和流向。并标出每个流股的已知变量（如流量、组成)及单位。对一些未知的变量，可用符号表示。4—4 计算基准及其选择 进行物料、能虽衡算时，必须选择一个计算基准。从原则上说选择任何一种计算基准，都能得到正确的解答。但是，计算基准选择得恰当，可以使计算简化，避免错误。 对于不同化工过程，采用什么基准适宜，需视具体情况而定，不能什硬性规定。 根据不同过程的特点，选样计算基准时，应该注意以下几点： 1. 应选择已知变量数最多的流股作为计算基准。 2.对液体或固体的体系，常选取单位质量作基准。 3. 对连续流动体系，用单位时间作计算基准有时较方便。 4. 对于气体物料，如果环境条件(如温度、压力)已定，则可选取体积作基准。
物料衡算 物料衡算是化工计算中最基本、也是最重要的内容之一，它是能量衡算的基础。一般在物料衡算之后，才能计算所需要提供或移走的能量。通常，物料衡算有两种情况，一种是对已有的生产设备或装置，利用实际测定的数据，算出另一些不能直接测定的物料量。用此计算结果，对生产情况进行分析、作出判断、提出改进措施。另一种是设计一种新的设备或装置，根据设计任务，先作物料衡算，求出进出各设备的物料量，然后再作能量衡算，求出设备或过程的热负荷，从而确定设备尺寸及整个工艺流程。 物料衡算的理论依据是质量守恒定律，即在一个孤立物系中，不论物质发生任何变化，它的质量始终不变（不包括核反应，因为核反应能量变化非常大，此定律不适用）。 3－1物料衡算式 1、化工过程的类型 化工过程操作状态不同，其物料或能量衡算的方程亦有差别。 化工过程根据其操作方式可以分成间歇操作、连续操作以及半连续操作三类。或者将其分为稳定状态操作和不稳定状态操作两类。在对某个化工过程作物料或能量衡算时，必须先了解生产过程的类别。 闻歇操作过程：原料在生产操作开始时一次加入，然后进行反应或其他操作，一直到操作完成后，物料一次排出，即为间歇操作过程。此过程的特点是在整个操作时间内，再无物料进出设备，设备中各部分的组成、条件随时间而不断变化。
连续操作过程：在整个操作期间，原料不断稳定地输入生产设备，同时不断从设备排出同样数量（总量）的物料。设备的进料和出料是连续流动的，即为连续操作过程。在整个操作期间，设备内各部分组成与条件不随时间而变化。 半连续操作过程：操作时物料一次输入或分批输入，而出料是连续的，或连续输入物料，而出料是一次或分批的。 稳定状态操作就是整个化工过程的操作条件（如温度、压力、物料量及组成等）如果不随时间而变化，只是设备内不同点有差别，这种过程称为稳定状态操作过程，或称稳定过程。如果操作条件随时间而不断变化的，则称为不稳定状态操作过程，或称不稳定过程。 间歇过程及半连续过程是不稳定状态操作。连续过程在正常操作期间，操作条件比较稳定，此时属稳定状态操作多在开、停工期间或操作条件变化和出现故障时，则属不稳定状态操作。 2、物料衡算式 物料衡算是研究某一个体系内进、出物料量及组成的变化。所谓体系就是物料衡算的范围，它可以根据实际需要人为地选定。体系可以是一个设备或几个设备，也可以是一个单元操作或整个化工过程。 进行物料衡算时，必须首先确定衡算的体系。根据质量守恒定律，对某一个体系，输入体系的物料量应该等于输出物料量与体系内积果量之和。所以，物料衡算的基本关系式应该表示为： ???? ?????? ?????? ??物料量积累的＋物料量输出的＝物料量输入的
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 148.24 178.23 m 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 kg 3/2O2C11H14O2 M 31.99 178.23 m 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 kg H2O C11H14O2 M 18.016 178.23 m 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
三.工艺设计计算 3.1 物料横算 3.1.1物料衡算的意义 物料横算，是在已知产品规格和产量前提下算出所需原料量、废品量及消耗量。同时，还可拟定出原料消耗定额，并在此基础上做能量平衡计算。通过物料横算可算出： (1)实际动力消耗量 (2)生产过程所需热量或冷量 (3)为设备选型、决定规格、台数（或台时产量）提供依据 (4)在拟定原料消耗定额的基础上，可进一步计算日消耗量，每小时消耗量 等设备所需的基础数据。 综上所述，物料衡算是紧密配合车间生产工艺设计而进行的，因此，物料衡算是工艺设计过程的一项重要的计算内容。 3.1.2物料横算的方法 塑料制品的生产过程多采用全流程、连续操作的形式。 物料衡算的步骤如下： (1)确定物料衡算范围，画出物料衡算示意图，注上与物料衡算有关的数据。 物料衡算示意图如下：
(2)说明计算任务。如：年产量、年工时数等。 (3)选定计算基准。生产上常用的计算基准有：①单位时间产品数量或单位 时间原谅投入量，如：kg/h，件/h，t/h（连续操作常采用此种基准）；②加入设备的原料量（间歇操作常采用此种基准）。 (4)由已知数据，根据下列公式进行物料衡算： ΣG1=ΣG1+ΣG3 式中：ΣG1——进入设备的物料量总和 ΣG2——离开设备的正品量和次品量总和 ΣG3——加工过程中物料损失量总和 (5)收集数据资料。一般包括以下方面： ①年生产时间：连续生产300~350 d 间歇生产200~250 d 连续生产时，年生产的天数较多，在300d左右，其他时间将考虑全长检修，车间检修或5%~10%意外停机。当间歇生产时，就要减去全年的休息日，目前为双休日加上法定假日全年约为110d，所以间歇生产比连续生产少110个工作日。 总之，确定了每年有效地工作时数后就能正确定出物料衡算的时间基准，算出每小时的生产任务，进而在以后的计算中选定设备的规格。 具体的选择天数要通过分析得出。 ②有关定额、合格率、废品率、消耗率、回收率等。在任何一个产品加 工过程中，合格产品都不是百分之百。由于设备原因、原材料原因以及人为原因都可能造成废品的出现。加工不同的产品出现废品的几率有差异，要具体情况具体分析。才外还应考虑车间管理水平、设备先进水平等，取高值与低值都应有充分的论据。经过电铲研究后发现：塑料制品合格率为85%~95%、自然损耗率为0.1%~0.15%，这主要是贮存、运输、
物料衡算 1.教学目的与要求 掌握物料衡算的基本方法，学会对无化学反应的物料衡算及有化学反应的物料衡算进行计算。 2.主要教学内容 掌握物料衡算式、画物料流程简图的方法；计算基准的选择；无化学反应的物料衡算，有化学反应的物料衡算。 3.重点与难点： 重点：无化学反应及有化学反应物料衡算的计算方法 难点：有化学反应物料衡算的计算方法 4.学时分配：8+6S 学时 物料衡算是化工计算中最基本、也是最重要的内容之一，它是能量衡算的基础。一般在物料衡算之后，才能计算所需要提供或移走的能量。通常，物料衡算有两种情况，一种是对已有的生产设备或装置，利用实际测定的数据，算出另一些不能直接测定的物料量。用此计算结果，对生产情况进行分析、作出判断、提出改进措施。另一种是设计一种新的设备或装置，根据设计任务，先作物料衡算，求出进出各设备的物料量，然后再作能量衡算，求出设备或过程的热负荷，从而确定设备尺寸及整个工艺流程。 物料衡算的理论依据是质量守恒定律，即在一个孤立物系中，不论物质发生任何变化，它的质量始终不变（不包括核反应，因为核反应能量变化非常大，此定律不适用）。 第一节物料衡算式 1 物料衡算式 1、化工过程的类型 化工过程操作状态不同，其物料或能量衡算的方程亦有差别。 化工过程根据其操作方式可以分成间歇操作、连续操作以及半连续操作三类。或者将其分为稳定状态操作和不稳定状态操作两类。在对某个化工过程作物料或能量衡算时，必须先了解生产过程的类别。 闻歇操作过程：原料在生产操作开始时一次加入，然后进行反应或其他操作，一直到操作完成后，物料一次排出，即为间歇操作过程。此过程的特点是在整个操作时间内，再无物料进出设备，设备中各部分的组成、条件随时间而不断变化。
5 物料衡算 本设计是目标为年产1000吨苦荞抛光米的生产加工工艺，主要加工原料为苦荞麦，加工过程中的副产物为苦荞壳、废料肥料壳粉、黄粉等。对该工艺流程进行物料衡算，能较为直观清楚地了解各个工艺环节的物料流向，为苦荞企业生产和苦荞产业的发展提供一定的借鉴指导作用。 5.1 生产加工工艺流程 苦荞麦粒去杂蒸煮烘干脱壳精碾（添加植物油炒制）苦荞精米包装成品米 苦荞麦粒蒸煮烘干后脱壳产生苦荞糙米和苦荞壳，脱壳后产生的苦荞壳用于制作特色保健养生枕头。脱壳苦荞粒进过精碾工艺产生抛光米与黄粉，黄粉常用作其他食品加工基料。 5.2 加工过程中的各项基料计算 5.2.1 苦荞原料的需求量计算 由实际测取的苦荞抛光米的产出得率C1为46.88%，则年产T1为1000吨苦荞抛光米所需要的苦荞麦粒原料为W1吨： T1= W1*C1 W1= T1 C1 =1000 46.88% =2133.11 （吨） 5.2.2 副产物苦荞壳、黄粉的产量计算 由表3.1可知，脱壳工艺产生的苦荞壳的得率C2为29.76%；精碾抛光工艺产生的黄粉得率为C314.02%，则该年产1000吨精米生产线每年可产生副产物苦荞壳W2、黄粉W3吨： W2 = W1*C2 = 2133.11×29.76%=634.81 （吨）
W3 = W1*C3 = 2133.11×14.02% = 299.06 （吨） 5.2.3 废料壳粉的计算 废料壳粉是由脱壳工艺产生苦荞壳的同时产生的，大多未加二次利用，造成损失。废料壳粉的得率C4由表3.1可知为9.34%，则年产1000吨苦荞抛光米所产生的废料壳粉量为W4吨: W4 = W1*C4 = 2133.11×9.34% = 199.23 (吨) 通过物料计算可知，年产1000吨苦荞精米的生产线需要投入原料苦荞麦2133.11吨，产生苦荞壳、苦荞黄粉分别为634.81吨、299.06吨，产生未加利用的废料壳粉为199.23吨。
一、10000t/a玉米淀粉燃料酒精厂物料衡算项目、工艺流程及基础数据 1、全厂物料衡算内容：原料消耗计算、中间产物量计算、成品及副产品量计算。 2、生产工艺流程图:生产工艺采用改良湿法、双酶糖化、连续发酵和半直接式三塔蒸馏流程，如图 空气酶母种原料（玉米） 耐高温 空压机斜面试管 a－淀粉酶预处理辅料（酸、碱） 过滤器摇瓶培养脱胚制浆玉米油车间 无菌空气小酒母罐连续蒸煮器 大酒母罐蒸煮醪 酒母醪糖化锅糖化酶 糖化醪 发酵醪 CO 2 成熟发酵醪 蒸馏 DDGS车间分子筛脱水杂醇油 燃料酒精 图改良湿法双酶糖化连续发酵燃料酒精流程示意图 3、工艺技术指标及基础数据 （1）生产规模：10000t/a燃料酒精。 （2）生产方法：改良湿法、、双酶糖化、连续发酵和塔蒸馏。 （3）生产天数：300d/a （4）燃料酒精日产量：34t （5）燃料酒精年产量：10200t （6）产品质量：国际燃料酒精，乙醇含量%以上（V）。
（7）主原料：国内酒精企业玉米粉（脱胚去皮）淀粉含量68%，利用率为80%-92%, 水分14%。 （8）酶用量：耐高温α-淀粉酶用量8u/g 原料，糖化酶用量为100u/g 原料， 酒 母糖化醪用糖化酶量200u/g 原料。 （9）硫酸铵用量：8kg/t 酒精（提供氮源）。 （10）硫酸用量：t 酒精（调节pH)。 二、10000t/a 玉米淀粉燃料酒精厂全厂总物料衡算 1、原料消耗计算 现以生产%（V ）成品酒精1000kg 作为计算的基准。 （1）淀粉原料生产乙醇的总化学反应式为： 6105 n 26126252(C H O )+nH O nC H O 2C H OH+2CO →→（4－2－1) 糖化阶段： 6105n 26126(C H O )+nH O nC H O → （4－2－2) 162 18 180 发酵阶段： 6126252 C H O 2C H OH+2CO → （4－2－3) 180 2×46 2×44 （2）每生产1000kg 燃料酒精的理论淀粉消耗量：由式（4－2－2）和（4－2 －3）可求得理论上生产1000kg 燃料酒精（%(V)的燃料酒精相当于%(W))所消耗淀 粉量为： （3）生产1000kg 燃料酒精实际淀粉耗量：实际上，整个年产过程经历的各 工序，如原料处理、发酵及蒸馏等，要经过复杂的物理化学和生物化学反应，所 以产品得率必然低于理论产率。据实际生产经验，生产中各过程各阶段淀粉损失 率如表4－1所示。 表4－1 生产过程淀粉损失一览表
物料衡算 物料衡算包括该产品的原辅材料和包装材料的计算。通过物料衡算计算，可确定单位时间内生产过程中主要原材料的需要量以及给排水蒸汽，能源等消耗量。据此即可计算出全厂全年主要物料，如蔗糖，原料乳以及包装材料的采购运输和仓库容量。计算的另一目的是，一句计算数值能既经济又合理的选择生产设备，并进行车间的工艺设备布置和各工序劳动力的安排等。 本设计中原料乳的标准化计算如下： 1.原料乳的标准化 假定原料乳的含脂率为4%，生产灭菌含脂率为3.1%，稀奶油脂肪含量为40%，则仅标准化提取40%稀奶油量为： 按原料1000kg计算： 设标准化后可得Xkg3.1%含量之标准奶 1000×4%=3.1%X+40%（1000-X） 计算得X=975.6kg 所以提取40%稀奶油的量为1000-975.6=24.4kg 经标准化后实际得到的标准奶为975.6kg。 则原料利用率为975.6/1000=97.56% 40%稀奶油提取率为1-97.56%=2.44%
2. 产品配方 原料消毒乳纯搅拌型草莓酸奶玉米酸奶全脂鲜奶98% 89% 86.85% 57.25% 蔗糖 2.0% 8.0% 5.0% 10% 发酵剂 3.0% 3.0% 4% CMC - 0.15% 0.15% 添加剂0.15% 果蔬浆（乳）- 5.0% 28.6% 3. 产量 3.1消毒乳的产量： 消毒乳每年生产8个月，一月30天，每天一班 每班（天）产量 5.5吨 每月产量 5×30=165吨 每年产量 165×12=2310吨 原味酸乳的产量： 3.2原味酸乳每年生产8个月，一月30天，每天一班 每班（天）产量 5吨 每月产量 5×30=150吨 每年产量 150×8=1200吨 草莓酸乳的产量： 3.3草莓酸乳每年生产10个月，一月30天，每天一班 每班（天）产量 3吨
第4章物料衡算与热量衡算 4.1 物料衡算 物料衡算即是利用物料的能量守恒定律对其进行前后操作后物料总量与产品以及物料损失状况的计算方法，也就是进入设备用于生产的物料总数恒等于产物与物料损失的总量。物料衡算与生产经济效益有着直接的关系。 物料衡算需要在知道产量和产品规格的前提下进行所需的原、辅材料量、废品量以及消耗量的计算。 物料衡算的意义： （1）知道生产过程中所需的热量或冷量； （2）实际动力消耗量； （3）能够为设备选型、台数、决定规格等提供依据； （4）在拟定原料消耗定额基础上，进一步计算日消耗量、时消耗量，能够为所需设备提供必要的基础数据。 4.1.1 年工作日的选取 （1）年工作时间365-11（法定节假日）=354×24=8496（小时） （2）设备大修 25天/年=600小时/年 （3）特殊情况停车 15天/年=360小时/年 （4）机头清理、换网过滤 6次/年 8小时/次 [354-(25+15)]×1/6次/天×8小时/次=396小时=16.5天=17天 （5）实际开车时间 365－11－25－15－17=297天 8496－600－360－396=7140小时 （6）设备利用系数 K=实际开车时间/年工作时间=7140/8496=0.84 4.1.2 物料衡算的前提及计算 （1）挤出成型阶段 物料衡算的前提是应在已知产品规格和产量的前提下进行许多原辅材
料量、废品量及消耗量的计算。 已知：PVC片材的年生产量为28500吨，其中物料自然消耗率为0.1%，产品合格率为94%，回收率为90%。每年生产297天，二班轮流全天24小时生产。物料衡算如下： 年需要物料量 M1=合格产品量/合格率=28500/0.94≈30319.15t 年车间进料量 M2= M1/（1-物料自然消耗率）=30319.15t /（1-0.1%）≈30349.50t 年自然消耗量 M3=M2-M1=30349.50-30319.15=30.35t 年废品量 M4=M1-合格产品量=30319.15-28500=1819.15t 每小时车间处理物料量 M5=30319.15/297/24h≈4.25t 年回收物料量 M6=M4×回收率=1819.15×90%≈1637.23t 新料量 （2）造粒阶段 ①确定各岗位物料损失率塑化造粒工段物料损耗系数