【正文】 5 (5) 甲苯 x3T S3 ＝ ＋ S5 (6) 體系 C（整個(gè)過程）：總物料 1000 ＝ S2 ＋ S4 ＋ S5 (7) 苯 1000 ＝ ＋ ＋ S5 (8) 甲苯 1000 ＝ ＋ ＋ S5 (9) 35/106 167。計(jì)算蒸餾 1000 mol/h原料所得個(gè)流股的量及進(jìn)塔 II物料的組分。 以上物料衡算式 ， 亦可以選 總物料衡算式及 H2O與 HNO3二個(gè)衡算式或 H2SO HNO3和 H2O三個(gè)組分衡算式進(jìn)行計(jì)算 ，均可以求得上述結(jié)果 。 (3) 列物料衡算式，該體系有 3種組分，可以列出 3個(gè)獨(dú)立方程，所以能求出 3個(gè)未知量 基準(zhǔn)： 100kg混合酸 總物料衡算式 x + y + z=100 (1) H2SO4的衡算式 + =100 =60 (2) HNO3的衡算式 + =100 =27 (3) 32/106 167。 無反應(yīng)過程的物料衡算 例 : 一種廢酸 ， 組成為 23％ (質(zhì)量 ％ )HNO3， 57％ H2SO4和 20％ H2O， 加入 93％的濃 H2SO4及 90％ 的濃 HNO3， 要求混合成 27％ HNO3及 60％ H2SO4的混合酸 ， 計(jì)算所需廢酸及加入濃酸的數(shù)量 。 除混合氣體外均以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示 ， 所以及其換算成質(zhì)量分?jǐn)?shù) 。 系統(tǒng)的流程框圖如圖所示 ，要求有已知的資料 ， 列出各物流的流率 （ kg/h） ， 以便能確定設(shè)備的大小 ， 并計(jì)算蒸餾塔的進(jìn)料組分 。 物料衡算 167。 物料衡算 167。 物料衡算 167。 甲烷水蒸氣催化轉(zhuǎn)化制取氫氣 ， 轉(zhuǎn)化爐的進(jìn)料量 ， 以干基計(jì)算為7 103m3（ STP)/h， 如以濕基計(jì)算則可達(dá)到 3 104m3（ STP)/h 濕基：化肥 、 農(nóng)藥等化工產(chǎn)品 ， 尿素 、 甲醛 、 乙醇 。 基本原理 C. 物料衡算的基準(zhǔn) 3. 體積基準(zhǔn)： ① 對氣體物料進(jìn)行衡算時(shí)選用體積基準(zhǔn) ② 應(yīng)將實(shí)際情況下的體積換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積 例：在化工生產(chǎn)過程中經(jīng)常使用的干空氣以及在合成氨中使用的原料煤氣和水煤氣就可以用體積為基準(zhǔn) 用 m3（ STP）表示 ?0 22/106 167。 基本原理 C. 物料衡算的基準(zhǔn) 2. 質(zhì)量基準(zhǔn)： ① 當(dāng)系統(tǒng)介質(zhì)為液、固相時(shí)，選擇一定質(zhì)量的原料或產(chǎn)品作為計(jì)算基準(zhǔn) ② 如果原料或產(chǎn)品是單一化合物，或由已知組成百分?jǐn)?shù)和組分分子量的多組分組成，可用物質(zhì)的量作為計(jì)算基準(zhǔn) 例：以石油、煤、礦石為原料的化工廠，可采用一定量的原料為基準(zhǔn)。 基本原理 C. 物料衡算的基準(zhǔn) 1. 時(shí)間基準(zhǔn)： ① 連續(xù)生產(chǎn)：一段時(shí)間的投料量或生產(chǎn)產(chǎn)品量作為計(jì)算基準(zhǔn)； ② 間歇生產(chǎn)：一釜或一批料的生產(chǎn)周期作為基準(zhǔn) 例：年產(chǎn) 300kt乙烯裝置，年操作時(shí)間為 8000h，則每小時(shí)的平均產(chǎn)量為 。 2. 建設(shè)單位或研究單位所提供的要求 、 設(shè)計(jì)參數(shù)及試驗(yàn)室試驗(yàn)或中試等數(shù)據(jù) ， 主要有： ① 化工單元過程的主要化學(xué)反應(yīng)方程式 、 反應(yīng)物配比 、 轉(zhuǎn)化率 、選擇性 、 總收率 、 催化劑狀態(tài)及加入配比量 、 催化劑是否回收使用 、 安全性能 （ 爆炸上下限 ） 等 。 3. 作為熱量計(jì)算的依據(jù)。 ?0 17/106 167。 穩(wěn)定狀態(tài)操作和不穩(wěn)定狀態(tài)操作 整個(gè)化工過程的操作條件 （ 如溫度 、 壓力 、 物料量及組成等 ）如果不隨時(shí)間而變化 ， 只是設(shè)備內(nèi)不同點(diǎn)有差別 ， 這種過程稱為穩(wěn)定狀態(tài)操作過程 ， 或稱穩(wěn)定過程 。 在整個(gè)操作期間 ， 設(shè)備內(nèi)各部分組成與條件不隨時(shí)間而變化 。 間歇操作、連續(xù)操作以及半連續(xù)操作 1. 聞歇操作過程： 1. 原料在生產(chǎn)操作開始時(shí)一次加入 ， 然后進(jìn)行反應(yīng)或其他操作 ， 一直到操作完成后 ， 物料一次排出 ， 即為間歇操作過程 。 14/106 167。這些致?lián)蓮挠嘘P(guān)的化學(xué)化工類手冊或?qū)I(yè)性的化工手冊中查到。 (4) 傳遞參數(shù) — 如粘度 、 擴(kuò)散系數(shù) 、 導(dǎo)熱系數(shù)等 。 化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)種類 在化工計(jì)算以及化工工藝和設(shè)備設(shè)計(jì)中，必不可少地要用到有關(guān)化合物的物性數(shù)據(jù)。 11/106 167。 化工過程開發(fā) ， 首先是決定于化學(xué)反應(yīng)的可能性 、 轉(zhuǎn)化率及反應(yīng)速度是否具有工業(yè)價(jià)值 ， 產(chǎn)物分離的難易程度以及機(jī)械 、 設(shè)備 、材料是否可行 。 工藝過程及過程參數(shù) 167。 所謂流程圖 ， 就是把生產(chǎn)過程中物料經(jīng)過的設(shè)備按其形狀畫出示意圖 ， 并畫出各設(shè)備之間的主要物料管線及其流向 。 設(shè)備材料 、 制造 、 貯運(yùn) 、 安裝 、 維修 、 檢測 、 備品備件 、 正常操作及事故處理等 。 平衡收率 反應(yīng)速度 控制或減少副反應(yīng) 分離或提純 蒸餾 結(jié)晶 萃取 改變溫度 改變壓力 7/106 167。 如氫和氮合成氨的反應(yīng)；乙烯氧化成環(huán)氧乙烷的反應(yīng) 。 化工過程 單元操作 反應(yīng)過程 5/106 167。 工藝過程及過程參數(shù) 167。 工藝過程及過程參數(shù) 主要內(nèi)容包括： 1. 化工過程； 2. 化工工藝流程； 3. 化工過程開發(fā)； 4. 化工過程基本參數(shù) — 溫度、壓力、流量、化學(xué)組成等基本概念。 化工計(jì)算 主要是應(yīng)用守恒定律來研究化工過程的物料衡算和能量衡算問題。 化工過程 化工過程： 是指由原料經(jīng)化學(xué)處理和物理處理加工成化學(xué)產(chǎn)品或中間產(chǎn)品的生產(chǎn)過程 。 工藝過程及過程參數(shù) 167。 6/106 167。 工藝過程及過程參數(shù) 167。 8/106 167。 簡化的流程圖可以用方框來表示設(shè)備或設(shè)備組 ， 稱 方框流程圖 。 化工過程 10/106 167。 當(dāng)然 ， 最終取決于是否有經(jīng)濟(jì)效益 。 工藝過程及過程參數(shù) 167。 (1) 基本物性數(shù)據(jù) — 如臨界常數(shù) （ 臨界壓力 、 臨界溫度 、 臨界體積 ） 、 密度或比容 、 狀態(tài)方程參數(shù) 、 壓縮系數(shù) 、 蒸氣壓 、 氣一液平衡關(guān)系等 。 13/106 167。 估算。 工藝基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 167。 此過程的特點(diǎn)是在整個(gè)操作時(shí)間內(nèi) ， 再無物料進(jìn)出設(shè)備 ， 設(shè)備中各部分的組成 、 條件隨時(shí)間而不斷變化 。 3. 半連續(xù)操作過程： 操作時(shí)物料一次輸入或分批輸入 ， 而出料是連續(xù)的 ， 或連續(xù)輸入物料 ， 而出料是一次或分批的 。 如果操作條件隨時(shí)間而不斷變化的 ， 則稱為不穩(wěn)定狀態(tài)操作過程 ， 或稱不穩(wěn)定過程 。 物料衡算 167。 4. 根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪出物流圖，可進(jìn)行管路設(shè)計(jì)及材料選擇，儀表及自動(dòng)控制等 ?0 18/106 167。 ② 原料及產(chǎn)品的分離方式 ， 各步的回收率 ， 采用物料分離劑時(shí) ，加入分離劑的配比 。 年處理量為 9000kt煉油廠，年操作時(shí)間為 8000h，則每小時(shí)的平均產(chǎn)量為1125t。 1kg、 1000kg、 100t 以氮和氫為原料合成氨的工藝過程，可采用物質(zhì)的量為基準(zhǔn)。 物料衡算 167。 干基：硝酸 ?0 23/106 167。 基本原理 D. 物料衡算的程序 2. 確定計(jì)算任務(wù)，明確哪些是已知項(xiàng)，哪些是待求項(xiàng)，選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)公式，力求計(jì)算方法簡便。 基本原理 D. 物料衡算的程序 6. 列出物料衡算方程：依據(jù)是質(zhì)量守恒定律 進(jìn)入過程單元 的物料量 Fi 流出過程單元 的物料量 F0 在過程單元內(nèi)生 成的物料量 Dp 在過程單元內(nèi)消 耗的物料量 Dr — — ＋ 過程單元內(nèi)積 累的物料量 W ＝ （ Fi F0）＋（ Dp Dr）＝ W a) 穩(wěn)定有反應(yīng)操作過程： （ Fi F0）＋（ Dp Dr）＝ 0 b) 不穩(wěn)定無反應(yīng)操作過程： （ Fi F0）＝ W c) 穩(wěn)定無反應(yīng)操作過程： （ Fi F0）＝ 0 26/106 167。 基本原理 D. 物料衡算的程序 10. 整理計(jì)算結(jié)果，并根據(jù)需要列成原材料消耗表 11. 繪制物料流程圖 序號(hào) 原料名稱 單位 規(guī)格 成品消耗定額 （單耗） 每小時(shí)消耗量 每年消耗量 1 尿素 t 含氨量 ≥% 10800 2 液氨 t % 1070 3 催化劑 t 60 4 道生 kg 工業(yè)級(jí) 5 氮?dú)? m3(STP) % 36 30 m3/h 104 6 熔鹽 kg 工業(yè)級(jí) 7 燃料油 t 4910 8 包裝袋 套 450 800 40 240 103 原材料消耗一覽表（三聚氰氨） 28/106 167。 吸收塔 蒸餾塔 冷凝器 水 F1 1200kg/h 混合氣體 F2 (mol)%丙酮 空氣 F3 產(chǎn)品 F4 丙酮 99%,水 1% 廢料 F5：丙酮 5%，水 95% 29/106 167。 進(jìn)入系統(tǒng)物流兩個(gè) ， 離開三個(gè) ， 已知項(xiàng)一個(gè) ， 因此未知項(xiàng)有四個(gè) 。 解： 設(shè) x—— 廢酸量， kg； y—— 濃 H2SO4量， kg； z—— 濃 HNO3量； kg z kgy kg混合過程廢酸 x kg 混合酸3ONHOS2HH 24OH N O 322HHOOS 4H S2 4OOH 23ONH2H O(1) 畫物料流程簡圖 31/106 167。 物料衡算舉例 167。 33/106 167。 34/106 167。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 若以從表示過量反應(yīng)物的摩爾數(shù) ， Nt表示與限制反應(yīng)物完全反應(yīng)所需的摩爾數(shù) ， 則過量百分?jǐn)?shù)即為 38/106 167。因此，應(yīng)用時(shí)必須指明某個(gè)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率 。 有反應(yīng)過程的物料衡算 反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、選擇性及收率等概念 選擇性 （ 以 S表示 ） ：反應(yīng)物反應(yīng)成目的產(chǎn)物所消耗的量占反應(yīng)物反應(yīng)掉的量的百分?jǐn)?shù) 。 物料衡算舉例 167。x 41/106 167。 對硝基乙苯收率 50%， 硝化產(chǎn)物為硝基乙苯的混合物 ， 其比例：對：鄰：間＝ ::。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。在反應(yīng)器中與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)： CO＋ H2O CO2＋ H2 N2 78%, CO 20% CO2 2%, F1 H2 50%, CO 50%, F2 反應(yīng)器 1 反應(yīng)器 2 H2O, F3 F4 N2, H2， H2O CO， CO2 F5 N2, H2, H2O, CO2 最后得到物流中 H2與 N2之比為 3： 1，假定水蒸氣流率是原料氣總量（干基）的兩倍，同時(shí)反應(yīng)器 1中 CO的轉(zhuǎn)化率為 80%，試計(jì)算中間物流（ 4）的組成。 物料衡算舉例 167。 已知反應(yīng)器 1中 CO轉(zhuǎn)化率為 ，由此得反應(yīng)器 1的反應(yīng)速率： r 1＝ Fi, 輸入 xi ＝（ 100＋ 214） ＝ mol/h 物流 4中每一物質(zhì)分別為： N2平衡 F4,N2 ＝ 100 ＝ 78 mol/h CO平衡 F4,CO ＝ 127 r 1 ＝ mol/h H2O平衡 F4,H2O ＝ 628 r 1 ＝ mol/h CO2平衡 F4,CO2 ＝ 2 ＋ r 1 ＝ mol/h H2平衡 F4,H2 ＝ 107 ＋ r 1 ＝ mol/h 物流 4的組成（摩爾分率） N2 CO H2O CO2 H2 52/106 167。 MF＝ F＋ R RP ＝ P ＋ R