2. 酯化反应阶段物料衡算
酯化阶段衡算对象与已知条件
中试酯化釜按批次核算。以例1已划定的边界为准：进料为二元酸（以精对苯二甲酸 PTA 计）、二元醇（以乙二醇 EG 计）及催化剂；出料为酯化水（含少量夹带 EG 与副产物）和酯化液（低聚物熔体）。本批投料设定为：PTA 1660 kg、EG 620 kg、催化剂 0.5 kg，酯化水采出量 300 kg，采出水中 EG 质量分数经分析为 1.5%。
酯化反应主反应式为：
HOOC-C6H4-COOH + 2 HO-CH2-CH2-OH
→ HO-CH2-CH2-OOC-C6H4-COO-CH2-CH2-OH + 2 H2O每 1 mol 羧基与 1 mol 羟基缩合脱去 1 mol 水。PTA 摩尔质量 166.13 g/mol（含 2 个羧基），EG 摩尔质量 62.07 g/mol（含 2 个羟基），水 18.015 g/mol。理论酯化水总量由羧基摩尔数决定，这是后续计算酯化率的基准。
关键计算：理论水量、实际反应量与酯化率
先算羧基摩尔数：n(COOH) = 1660 kg ÷ 166.13 g/mol × 2 = 19.98 kmol。若全部羧基被酯化，理论脱水量 = 19.98 kmol × 18.015 kg/kmol ≈ 360.0 kg。
实际采出酯化水 300 kg，其中 EG 为 300 × 1.5% = 4.5 kg，水为 295.5 kg。但采出水中还含反应生成的副产物（如乙醛、二甘醇等）约 0.5 kg，故实际反应生成水按 295.0 kg 计。则实际酯化羧基量 = 295.0 ÷ 18.015 ≈ 16.38 kmol，酯化率 = 16.38 ÷ 19.98 ≈ 82.0%。
酯化阶段物料衡算表
以 1 批为基准，进出各流股汇总如下（单位：kg）。酯化液中各组分按反应进度推算：参与反应的羧基 16.38 kmol 对应 PTA 消耗 16.38/2 × 166.13 ≈ 1360.6 kg，EG 消耗 16.38/2 × 62.07 ≈ 508.4 kg，生成水 295.0 kg，生成酯键低聚物按质量守恒反推。
| 流股 | 组分 | 进料 kg | 出料 kg | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| 进料 | PTA | 1660.0 | — | 二元酸 |
| 进料 | EG | 620.0 | — | 二元醇 |
| 进料 | 催化剂 | 0.5 | — | 不参与计量反应 |
| 出料 | 酯化水（水） | — | 295.0 | 反应生成水 |
| 出料 | 酯化水（EG） | — | 4.5 | 夹带损失 |
| 出料 | 酯化水（副产物） | — | 0.5 | 乙醛等 |
| 出料 | 酯化液（低聚物） | — | 1980.5 | 含未反应 PTA/EG |
| 合计 | 2280.5 | 2280.5 | 闭合偏差 0 | |
酯化液中残余 PTA = 1660.0 − 1360.6 = 299.4 kg；残余 EG = 620.0 − 508.4 − 4.5 = 107.1 kg；低聚物 = 1360.6 + 508.4 − 295.0 = 1574.0 kg。三者相加 299.4 + 107.1 + 1574.0 = 1980.5 kg，与出料合计一致，衡算闭合。
结果判读与常见偏差处理
- 闭合偏差：进出合计应相等。若偏差超过进料量的 0.5%（本例约 11 kg），优先排查酯化水计量罐液位与密度换算、采出水中 EG 分析取样是否代表性、釜内残留挂壁量。
- 酯化率偏低：若水量法算出酯化率明显低于工艺预期（如低于 75%），检查反应温度是否达到设定值、EG 是否因汽提过量损失、采出水是否在冷凝器积液未及时排出。
- EG 配比校核：本批 EG/PTA 摩尔比 = (620/62.07) ÷ (1660/166.13) ≈ 9.99 ÷ 9.99 ≈ 1.00，属等摩尔配比；若目标为端羟基封端，应适当提高 EG 过量，衡算表中残余 EG 会相应增大。