【正文】 質(zhì)量收率大于 100%是有可能的 ， 是直觀的收率 。 某反應(yīng)過程中，反應(yīng)物 A的轉(zhuǎn)化率： 不管是參加正反應(yīng)還是副反應(yīng)。 轉(zhuǎn)化率與選擇性是反應(yīng)過程的兩個(gè)主要技術(shù)指標(biāo) 。 2 . 過量反應(yīng)物 不按化學(xué)計(jì)量比配料的原料中 ， 某種反應(yīng)物的量超過限制反應(yīng)物完全反應(yīng)所需的理論量 ， 該反應(yīng)物稱為過量反應(yīng)物 。 33 物料衡算 34 有化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算 ?有化學(xué)反應(yīng)的過程 ， 物料中的組分變化比較復(fù)雜 。 如 ， 體系 A,B,C各有 3個(gè)獨(dú)立方程 ， 每個(gè)體系的 3個(gè)獨(dú)立方程成為一組， 共三組 。 根據(jù)水平衡，可以核對(duì)以上結(jié)果： 加入的水量 = +39 + =13 kg 混合后的酸，含有 13%H2O，所以計(jì)算結(jié)果正確。 解： 設(shè) x：廢酸量， kg； y：濃 H2SO4量， kg； z：濃 HNO3量， kg。 3. 列物料衡算式，求解。 物料衡算 28 I. 簡單過程的物料衡算 ?簡單過程 是指僅有一個(gè)設(shè)備或一個(gè)單元操作的過程。 燃燒過程 C3H8 空氣 O2 N2 1 2 3 CO2 H2O O2 N2 24 物料衡算 （一）基準(zhǔn)： 1 mol C3H8 按照反應(yīng)式，完全燃燒需氧量： 5 mol 實(shí)際供氧量： *5= mol 供空氣量（空氣中含氧 21%（ mol））： 其中氮?dú)饬浚? *= mol 物料衡算結(jié)果如下表： 輸 入 輸 出 組分 摩爾 克 組分 摩爾 克 C3H8 空氣中 O2 N2 1 44 200 CO2 H2O O2 N2 3 4 132 72 40 總計(jì) 所以，每 100 mol燃燒產(chǎn)物（煙道氣）所需空氣量為： 100 mol煙道氣 *（ +） mol空氣 / mol煙道氣 = 1mol C3H8需要的空氣量： 25 物料衡算 （二）基準(zhǔn)： 1 mol 空氣 按題意供入的空氣量為理論量的 125%， 1mol空氣中氧量： mol 所以，供燃燒 C3H8的氧量： 燃燒的 C3H8的量： *(1/5)= mol 物料衡算結(jié)果如下表： 輸 入 輸 出 組分 摩爾 克 組分 摩爾 克 C3H8 空氣 其中 O2 N2 （ ） （ ） CO2 H2O O2 N2 總計(jì) 所以，每 100 mol燃燒產(chǎn)物（煙道氣）所需空氣量為： 100 mol煙道氣 *1mol空氣 / mol煙道氣 = mol 26 （三）基準(zhǔn)： 100 mol 煙道氣 物料衡算 設(shè)： N煙道氣 N2， mol； M煙道氣中 O2， mol； P煙道氣中 CO2， mol； Q煙道氣中 H2O， mol； A入口空氣， mol； B入口 C3H8， mol。 物料衡算 22 4. 計(jì)算機(jī)檢索 ?近年來 ， 隨著電子計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展 ， 應(yīng)用計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存 、 檢索和推算物性數(shù)據(jù) 。 用一些理論的 、 半經(jīng)驗(yàn)的和經(jīng)驗(yàn)的公式估算 ， 也是一種簡便的方法 。 因此 ， 許多研究人員做了不少工作 ， 建立了 理論與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合 的方法 ， 來計(jì)算各種物質(zhì)的物性數(shù)據(jù) 。 （ 4） 傳遞參數(shù) 如粘度 、 擴(kuò)散系數(shù) 、 導(dǎo)熱系數(shù)等 。 物料衡算 根據(jù)過程的特點(diǎn) ， 選擇衡算基準(zhǔn)時(shí)注意以下幾點(diǎn)： 14 ⑴ 時(shí)間基準(zhǔn) 連續(xù)（小時(shí)，天 …… ） 間歇（釜，批 …… ） ⑵ 質(zhì)量基準(zhǔn) kg， mol， kmol …… ⑶ 體積基準(zhǔn) m3（ STP）， Nm3 ⑷ 干濕基準(zhǔn) 干基（不含水），濕基（含水） ?各種衡算基準(zhǔn) 物料衡算 15 IV. 物料衡算的程序（步驟） 1. 搜集計(jì)算數(shù)據(jù) （ 物性參數(shù)與操作參數(shù)等 ） 2. 畫出物料流程簡圖 3. 確定衡算體系 4. 寫出化學(xué)反應(yīng)方程式 ， 包括主 反應(yīng) 和副反應(yīng) ，標(biāo)出有用的分子量 物料衡算 16 ， 并在流程圖上注明所選的基準(zhǔn)值 ， 然后用數(shù)學(xué)方法求解 （ 數(shù)據(jù)歸一 ） 輸出物料表 （ 物料平衡表 ）（ 三線表 、 表頭名稱 、 基準(zhǔn) ） 物料衡算 17 關(guān)于物性參數(shù)（數(shù)據(jù)） ?“ 物性參數(shù) ” ， 又被稱作 “ 物化數(shù)據(jù) ” 或 “ 物性數(shù)據(jù) ” ， 是由物料本身的物理化學(xué)性質(zhì)所決定的 。 物料衡算 13 1. 應(yīng)選擇 已知變量數(shù)最多的流股 作為衡算基準(zhǔn)。 物料衡算 11 II. 衡算對(duì)象 參加過程的全部物料。 它可是一個(gè)設(shè)備 、 一個(gè)單元或整個(gè)過程 。 物料衡算 7 ?對(duì)某一個(gè)體系 ， 輸入體系的物料量應(yīng)該等于輸出物料量與體系內(nèi)積累量之和 。 ?質(zhì)量守恒 （ 不是摩爾守恒 、 體積守恒 ） 物料衡算 6 物料衡算式 ?物料衡算是研究某一個(gè)體系內(nèi)進(jìn)、出物料量及組成的變化。 4 物料衡算的作用（兩種情況） : ?一種是 對(duì)已有的生產(chǎn)設(shè)備或裝置 ， 利用實(shí)際測(cè)定的數(shù)據(jù) ， 算出另一些不能直接測(cè)定的物料量 。1 第三章 物料衡算與能量衡算 物料衡算 能量衡算 2 物料衡算 物料衡算的作用 物料衡算的依據(jù) 物料衡算式 物料衡算的基本方法 無化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算 有化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算 3 物料衡算 ?物料衡算是化工計(jì)算中 最基本 、 最重要 的內(nèi)容之一 ， 是能量衡算的基礎(chǔ) 。用此計(jì)算結(jié)果 ， 對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行分析 、 作出判斷 、提出改進(jìn)措施 。 ?所謂體系就是 物料衡算的范圍 ，它可以根據(jù)需要選定。 ?連續(xù)過程的物料衡算式 一般表示式為： 系統(tǒng)中積累 = 輸入 – 輸出 +生成 – 消耗 穩(wěn)態(tài)過程時(shí)： 輸入 = 輸出 – 生成 + 消耗 無化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)態(tài)過程： 輸入 = 輸出 物料衡算 8 物料衡算方程的不同形式 ? 總平衡式 總質(zhì)量平衡式 總摩爾平衡式 ? 組分平衡式 組分質(zhì)量平衡式 組分摩爾平衡式 ? 元素原子平衡式 元素原子質(zhì)量平衡式 元素原子摩爾平衡式 物料衡算 9 物料衡算的基本方法 ?進(jìn)行物料衡算時(shí) ， 為了能順利地解題 ， 避免錯(cuò)誤 ， 必須掌握解題技巧 ， 按正確的解題方法和步驟進(jìn)行 。 根據(jù)給定的條件畫出流程簡圖 （ 過程示意圖或衡算范圍 ） 。 對(duì)無化學(xué)反應(yīng)的對(duì)象：可選任一物料 對(duì)有化學(xué)反應(yīng)的對(duì)象：選未發(fā)生變化的物質(zhì) 物料衡算 12 ?原則上衡算基準(zhǔn)是任意選擇 。 2. 液體或固體的體系，常選取 單位質(zhì)量 作基準(zhǔn)。 ?化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括很多 ， 現(xiàn)將常用的一些化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)大致歸納成以下幾類 : 物料衡算 18 （ 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 — 液平衡關(guān)系等 。 物料衡算 19 數(shù)據(jù)的獲?。? 1. 查手冊(cè)或文獻(xiàn)資料 ?常用物質(zhì)的物性數(shù)據(jù)可從化學(xué)化工類手冊(cè)或?qū)I(yè)性的化工手冊(cè)中查到 。 這些方法僅從一個(gè)化合物二 、三種數(shù)據(jù)就能估算出該化合物的其他物性數(shù)據(jù)來 。 當(dāng)手冊(cè)或文獻(xiàn)中無法查得時(shí) ， 可以進(jìn)行估算 。 一些大型化工企業(yè) 、 研究部門和高等院校都相應(yīng)建立了物性數(shù)據(jù)庫 ， 以便于通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢索或估算所要求的數(shù)據(jù) ， 而不必自行查找或計(jì)算 ， 大大節(jié)省了時(shí)間和精力 。 共有 6個(gè)未知量，因此必須列 6個(gè)獨(dú)立方程。設(shè)備邊界就是體系邊界。 4. 校核計(jì)算結(jié)果。 1. 畫出物料流程簡圖 30 物料衡算 2. 選擇基準(zhǔn)： 可以選擇廢酸或者濃酸的量為基準(zhǔn) ， 也可以用混合酸的量為基準(zhǔn) ， 因?yàn)樗姆N酸的組成均已知 ， 選任何一種作基準(zhǔn) ， 計(jì)算都很方便 。 以上物料衡算式，亦可以選總物料衡算式及 H2SO4與 H2O兩個(gè)衡算式或者 H2SO4， HNO3， 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 31 II. 有多個(gè)設(shè)備過程的物料衡算 物料衡算 對(duì)有多個(gè)設(shè)備的過程，進(jìn)行物料衡算時(shí)，可以劃分多個(gè)衡算體系，此時(shí)，必須選擇恰當(dāng)?shù)暮馑泱w系。 這樣 ， 具有兩個(gè)設(shè)備的過程 ， 共有 2+1組衡算方程 （ 即設(shè)備 I，II的 2組方程和整個(gè)過程的 1組方程 ） 。 ?工業(yè)上的化學(xué)反應(yīng) ， 各反應(yīng)物的 實(shí)際 用量 ， 并不等于化學(xué)反應(yīng)式中的理論量 。 3 . 過量百分?jǐn)?shù) 過量反應(yīng)物 超過限制反應(yīng)物所需理論量 的部分占所需理論量的百分?jǐn)?shù) 。 6. 收率 （ Y） 反應(yīng)物反應(yīng)成目的產(chǎn)物所消耗的量除以反應(yīng)物 （ 通常指限制反應(yīng)物 ） 輸入量 ， 以百分?jǐn)?shù)表示 。 Attention:分子分母需要統(tǒng)一，或都使用質(zhì)量，或都使用物質(zhì)的量。 40 選擇性 （ S） 反應(yīng)物 反應(yīng)成目的產(chǎn)物所消耗的量 （ 質(zhì)量或物質(zhì)的量 ） 占 反應(yīng)物 反應(yīng)掉的量 （ 質(zhì)量或物質(zhì)的量 ） 的百分?jǐn)?shù) 。 反應(yīng)器出口物料組成 （ mol%）為：苯酐 %， 順丁烯二酸酐 （ 順酐 ） %， 鄰二甲苯 %，氧 %， 氮?dú)?%， 其它還有 H2O， CO2， CO等 。 物料衡算 47 1. 直接求解法 ?有些化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算，有時(shí)只含一個(gè)未知量或組成，這類問題比較簡單， 通?？筛鶕?jù)化學(xué)反應(yīng)式直接求解，不必列出衡算式 。 丙烯轉(zhuǎn)化率為 30%， 求輸出物料組成 。 物料衡算 53 物料 C6H5C2H5 C6H5C2H3 C6H6 C6H5CH3 H2O CH4 C2H4 C H2 摩爾質(zhì)量/(g/mol) 106 104 78 92 18 16 28 12 2 表 31 各物料的摩爾質(zhì)量（基準(zhǔn)： 1000 kg/h乙苯原料） 物料衡算 54 ?進(jìn)反應(yīng)器純乙苯量 1000 kg/h 98%=980 kg/h， 即為 kmol/h ?原料中甲苯量 1000 kg/h 2%=20 kg/h， 即為 kmol/h ?水蒸氣量 980 kg/h =1470kg/h， 即為 kmol/h ?乙苯的轉(zhuǎn)化率為 ?參加反應(yīng)的總乙苯量 980 kg/h = kg/h， 即為 kmol/h 物料衡算 55 產(chǎn)物中各組分情況如下： 未反應(yīng)的乙苯量 （ ） kg/h= kg/h， 即為 kmol/h 由苯乙烯選擇性 ， 生成苯乙烯量 kmol/h 90%= kmol/h， 即為 kg/h 由各物質(zhì)的選擇性： 輸出的甲苯量 kmol/h 5%+ kmol/h = kmol/h， 即為 kg/h 生成的苯量 kmol/h 3% = kmol/h， 即為 kg/h 生成的乙烯量 kmol/h 3% = kmol/h， 即為 kg/h 生成的碳量 kmol/h 2% 7 = kmol/h， 即為 kg/h 生成的甲烷量 kmol/h （ 5%+2%） = kmol/h， 即為 kg/h 輸出的氫量 kmol/h （ 90%5%+2% 3） = kmol/h， 即為 kg/h 輸出水量 =輸入水量 （ 不參與反應(yīng) ） 1470 kg/h， 即為 kmol/h 實(shí)際每小時(shí)要求苯乙烯的產(chǎn)量 10000 1000 kg/8000h=1250 kg/h 比例系數(shù) 1250/= 物料衡算 56 乙苯脫氫反應(yīng)器物料衡算表 組分 輸 入 輸 出 摩爾流量/(kmol/h) 質(zhì)量流量/(kg/h) 摩爾流量/(kmol/h) 質(zhì)量流量/(kg/h) C6H5C2H5 3185 C6H5CH3 65 H2O C6H5C2H3 C6H6 C2H4 CH4 C H2 合計(jì) 物料衡算