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6 工艺衡算
6.1 物料衡算
工艺设计中，物料衡算是在工艺流程确定后进行的。目的是根据原料与产品之间的定量转化关系，计算原料的消耗量，各种中间产品、产品和副产品的产量，生产过程中各阶段的消耗量以及组成，进而为热量衡算、其他工艺计算及设备计算打基础。
物料衡算是以质量守恒定律为基础对物料平衡进行计算[ ]。物料平衡是指“在单位时间内进入系统(体系)的全部物料质量必定等于离开该系统的全部物料质量再加上损失掉的和积累起来的物科质量”。
(1) 确定物料平衡关系
明确物料发生的化学变化，写出主、副反应方程式
丙烯酸被中和，中和反应方程式如下： （6.1）
引发剂引发单体进行自由基聚合，其反应方程式如下：（6.2）
丙烯酸自由基聚合中单体相对分子质量与聚合物结构单元相对分子质量无化学计量上的变化，引发剂会结合到聚合物分子链上。
(2)收集数据资料
a 生产规模。年产量为：1000吨
b 生产时间。年工作日：330 天
c 相关技术指标见表6-1。
表6-1 技术指标
项目内容 技术指标
聚合物损失率 2%聚合物质量
丙烯酸中和度 100%（摩尔）
NaOH 纯度98%
中和用NaOH水溶液浓度 30%（质量）
单体水溶液浓度 45%（质量）
引发剂用量 0.16%单体质量
分散剂用量 1%单体质量
分散介质用量 与单体质量比4：1
分散剂循环用量 90%分散剂总用量
注：聚合物损失率为：聚合反应时的不完全反应以及后处理工艺中的损失率。
d 质量标准。原料NaOH溶液浓度为99%。其他原料均视为纯物质。因为只对聚合工序做物料衡算，所以不用考虑产品的其他质量指标。
e 化学变化参数。加入的NaOH能够与丙烯酸完全反应，生成丙烯酸钠。各组分相对分子质量如下：
丙烯酸=72.06，氢氧化钠=40，丙烯酸钠=94.06，水=18。
聚合反应过程中单体完全参加反应，转化率可视为100%，单体与聚合物之间无化学计量上的变化，但引发剂结合到聚合物分子链上，会使聚合物数量略有增加。
(3)选择计算基准与计量单位
因为是间歇操作过程，所以基准为“批”。
(4)确定计算顺序
由于产物与原料之间的化学计算关系比较简单，且整个工艺过程比较简单，容易得到产物量与单体原料投料量之间的比例关系，所以采用顺流程的计算顺序。
(5) 计算主要原料（丙烯酸）的投料数量
用顺流程的计算顺序进行物料衡算必须求出主要原料每批投料量。该生产装置年产量1000t，年开工330d，每天生产4批，聚合物损失率为2%。
每批应生产的聚合物数量为：
引发剂（0.2%单体质量）全部结合到聚合物中；
单体100%转化成聚合物，且单体相对分子质量与聚合物结构单元相对分子质量相同；
丙烯酸相对分子质量：单体相对分子质量= ：
丙烯酸投料量为：
1) 中和釜物料衡算
已知：丙烯酸中和度100%、丙烯酸相对分子质量72.06、NaOH相对分子质量40、单体相对分子质量94.06
原料丙烯酸的质量为591.05kg
反应需要纯NaOH的质量为
30%NaOH的质量为
30%NaOH的含水量为
单体丙烯酸钠的质量
45%丙烯酸钠中含水的质量为：
中和反应生成的水
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