【正文】 引出氣體的組成 (摩爾分數(shù) )% 引出氣體 進入氣體 未轉化物質 /(kmol/h) 產(chǎn)生物質 /(kmol/h) /(kmol/h) 轉化物質 /(kmol/h) 75%時 50%空氣 ,試劑量 /(kmol/h) /(kmol/h) CH3OH+ HCHO+H2O 項 目 H2O HCHO 惰性組分 O2 CH3OH 數(shù)學模型： F2Z2, j=F1Z1, j F1Z1, k (YkVj /Vk) 例 計算過程 項 目 CH3OH O2 惰性組分 HCHO H2O CH3OH+ HCHO+H2O /(kmol/h) 50%空氣 ,試劑量 /(kmol/h) 75%時 轉化物質 /(kmol/h) 產(chǎn)生物質 /(kmol/h) 未轉化物質 /(kmol/h) /(kmol/h) 進入氣體 引出氣體 引出氣體的組成 (摩爾分數(shù) )% 表 計算結果 例 計算結果 簡單的過程計算 例 某油分，含 84%的 C和 16%的 H，現(xiàn) 100 kg/h的油分與含水 kg/h的空氣燃燒，分析尾氣，其中有 %的CO2(體積分率 )。試求供給燃燒爐的空氣過剩量是多少？ 100 kg/h(CnHm) kg/h H2O CO2(%V) 空氣 (O2,N2) 燃燒室 F1 F2 F3 1. 計算基準： 100 kg/h 油 2. 輸入流率： 84 kg/h C: 84/12=7 kmol/h 16 kg/h H2: 16/2=8 kmol/h kg/h H2O: 3. 用分解反應作反應物的物料衡算，各組分在各個步驟中的數(shù)量分配列于下表中，其中 x表示過剩的氧量， y表示進量中的氮。 CnHm+RO2→ nCO2+ 式中 R=n+。該反應可分解為 C與 H2的燃燒反應，即 C+O2→CO 2 H2+→H 2O 解：燃燒過程的反應 y 7 x y x 8 4 8 7 7 7 出口尾氣 未變組分 產(chǎn)生 消耗 產(chǎn)生 消耗 反應 2 H2+→H 2O 反應 1 C+O2→CO 2 kmol/h N2 H2O CO2 O2 C H2 輸入流率： C: 7 kmol/h H2: 8 kmol/h H2O: kmol/h 表 各組分數(shù)量分配 按化學計量式所需 O2為 (4+7)=11 kmol/h 實際供應 O2量為 (11+x) kmol/h 氮氣 y=(11+x)()=+ 全部引出的氣體量為 +x+y=+ 出口氣體中 CO2占 %， 7/(+)= 解得 x= kmol/h 實際上供氧量為 11+x=11+= kmol/h p=(出口流中 O2)/(化學計量中的 O2) 100% = 100 % = % 4. 計算過剩的空氣量 H2 C O2 CO2 H2O N2 反應 1 C+O2→ CO2 消耗 產(chǎn)生 7 7 7 反應 2 H2+→ H2O 消耗 產(chǎn)生 未變組分 出口尾氣 8 4 7 8 單位： kmol/h 空氣過剩量為 % 各組分 數(shù)量分配 有一股流率為 50 kmol/h，含有 15% CO2(摩爾分數(shù)，下同 )和 5%H2O的氣流送入吸收塔，用流率為 500 kmol/h的新鮮水吸收 CO2，吸收后的氣體中，含 1% CO2和 3%H2O。試求出口的組成與流率。 圖 例 出口流體 F4= CO2 H2O 吸收劑 水 F1= 500 kmol/h H2O 100% 引出氣體 F3= CO2 1% H2O 3% 其他 96% 入塔氣體 F2= 50 kmol/h CO2 15% H2O 5% 其他 80% 1 2 3 4 吸收塔 例 解： = F3 F3= 50/= kmol/h F1+F2=F3+F4 F4=500+= kmol/h 圖 例 出口流體 F4= CO2 H2O 吸收劑 水 F1= 500 kmol/h H2O 100% 引出氣體 F3= CO2 1% H2O 3% 其他 96% 入塔氣體 F2= 50 kmol/h CO2 15% H2O 5% 其他 80% 1 2 3 4 吸收塔 利用惰性組分的特征可簡化物料衡算 圖 吸收塔衡算結果 出口流體 F4= kmol/h CO2 % H2O % 吸收劑 水 F1= 500 kmol/h H2O 100% 引出氣體 F3= kmol/h CO2 1% H2O 3% 其他 96% 入塔氣體 F2= 50 kmol/h CO2 15% H2O 5% 其他 80% 1 2 3 4 吸收塔 例 不帶化學反應的化工流程的物料衡算 —自由度分析 一個由四個精餾塔和一個分流器組成的化工流程，其示意圖見圖。流程中無化學反應，所有組成均為摩爾分數(shù)。塔 2有 50%的回流到塔 1，試進行物料衡算。 F1=1000mol/h C1 C2 C3 C4 C3 C1 C2 C3 C4 C4 C3 C4 C4 1 6 2 3 4 7 9 10 11 5 塔 1 分流器 8 塔 3 塔 3 塔 2 C1 C2 C3 F1= 1kmol/h C1 C2 C3 C4 F2, C1, C2 C3 F4= ？ C1 C2 F7= C1 C2 C3 F10= C3 C4 F11= C4 F9= C3 C4 F C C3 C4 1 6 2 3 4 7 9 10 11 5 分流器 8 F5= C1 C2 C3 F6= C1 C2 C3 F C C C4 塔 1 塔 2 塔 3 塔 4 F2=1k mol/h,通過自由度分析指出計算順序，進行物料衡算，并將計算結果轉換成以 F2=1kmol/h，為基準的形式。 1(4) 2(3) 7 (3) F1=1 kmol/h C1 C2 C3 C4 F2,C1,C2C3 F4= ？ C1 C2 F7= C1 C2 C3 F10= C3 C4 F11= C4 F9= C3 C4 F C C3 C4 塔 1 塔 2 塔 3 塔 4 分流器 F5= C1 C2 C3 F6= C1 C2 C3 F C C C4 6 (3) 3(3) 4(2) 9(2) 8(3) 11(1) 10(2) 5(3) 2 0 1 1 3 1 2 0 1 1 0 0 0 0 9 11 2 2 2 4 7 4 13 1 2 3 3 4 15 25 5 5 8 8 13 自由度 已知附加方程 已知單元變量數(shù) MB方程 單元變量數(shù) 整體 過程 分流器 塔 4 塔 3 塔 2 塔 1 項 目 表 例 流程的自由度分析 流股 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 組分數(shù) 4 3 3 2 3 3 3 3 2 2 1 各流股組分數(shù) 解：塔 2 的物料衡算 分流器的物料衡算 F2=F4+F5 = Z2,C1F2=+ F5=F6+F7 F6=F7= 解得： F6=F7= 解得： F4= ； F5= Z2,C1=； Z2,C2=。 Z2,C3=0. 03 F1=1kmol 式的計算過程 塔 1 的物料衡算 總： 1000+F6=F2+F3 對 C1： 1000 + = 對 C2： 1000 +=+Z2,C2F3 對 C3 1000 +=+Z3,C2F3 5個未知數(shù) 4個方程 引入 F5=2F6=： F2= mol/h。 F3= mol/h Z3,C2=； Z3,C3=。 Z3,C4= F5= mol/h。 F4= mol/h F6= mol/h F7= mol/h 塔 1 塔 3 的物料衡算 F3=F8+F9 對 C4： Z3,C4F3=+ 對 C2： Z3,C2F3=Z8,C3F8 解得： F8= mol/h Z8,C2=； Z8,C3=。 Z8,C4= 塔 4 的物料衡算 F9=F10+F11 對 C3： Z9,C3F3= 解得： F10= mol/h 。 F11= mol/h 流股號 項目 1 2 3 4 … 10 11 總流率 mol/h 1000 C1分流率 mol/h 200 0 0 0 C2分流率 mol/h 250 0 0 C3分流率 mol/h 400 0 0 C4分流率 mol/h 150 0 150 0 Zi,C1(摩爾分數(shù) ) 0 0 0 Zi,C2(摩爾分數(shù) ) 0 0 Zi,C3(摩爾分數(shù) ) 0 0 Zi,C4(摩爾分數(shù) ) 0 0 表 例 流程的物料衡算結果一覽表 項目 塔 1 塔 2 塔 3 塔 4 分流器 過程 整體 總流股變量 13 8 8 5 5 25 15 MB方程 4 3 3 2 1 13 4 已知流股變量數(shù) 6(7) 5(4) 2 2 2 11 9 已知附加方程 0 0 0 0 1 1 0 原自由度 (2)