【正文】 生產(chǎn)過程的反?，F(xiàn)象 物 料 衡 算 物料衡算的理論依據(jù) “ 質(zhì)量 守衡定律” 在化工過程中，物料平衡是指：進(jìn)入一個(gè)裝置（或設(shè)備）的全部物料的量，必定等于離開這個(gè)裝置（或設(shè)備）的全部物料的量（包括損失量）和系統(tǒng)內(nèi)累積起來的物料的量。 列出的數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)式的數(shù)目應(yīng)與 所求未知項(xiàng)的數(shù)目相同，若數(shù)學(xué) 式不夠，用試差法求解。 特別是原料或產(chǎn)品是單一化合物，或其組成是已知的，選 此作計(jì)算基準(zhǔn)更為方便。 干濕基準(zhǔn) *選作基準(zhǔn)的物料，必須是已知條件最多，并與其它物料 關(guān)系明確之物。 ciic TT ?39。若每批處理 1000kg原料液。特別是 過量系數(shù)它 是基于限制反應(yīng)物 100%轉(zhuǎn)化下的值 ，而不論真實(shí)反 應(yīng)時(shí)限制反應(yīng)物是否完全反應(yīng)。 已知：褐煤中含 C為 70%； 煤氣組成為： CO＝ 4%、 H2＝ 18%、 N2＝ 42% （ V%） 反應(yīng)式為 C+H2O→CO+H2 ① 2C+O2→2CO ② 合成氣生產(chǎn) 褐煤， C 70% 空氣 O2 21％ N279％ 煤氣 CO 4% H2 18% N2 42% H2O 解：計(jì)算基準(zhǔn) 1000m3煤氣 （ 1）空氣量計(jì)算： 煤氣中的氮量 V(N2)=1000 =420m3 折算成空氣量為 420/=532m3 532/ 29=（空氣平均分子量取 29） 其中 O2=532 =112m3 112/=5kmol （ 2）水蒸氣量計(jì)算： 從反應(yīng)式可知煤氣中 H2由 H2O來 煤氣中氫 V(H2)=1000 =180m3 即水蒸氣量為 180m3 180/ 18=145kg 180/= （ 3）褐煤量計(jì)算： 由反應(yīng)式①與 kmol H2O反應(yīng)需 C= kmol 由反應(yīng)式②與 5 kmol O2反應(yīng)耗 C=2 5=10 kmol 故消耗碳量為 (+10) 12= kg 褐煤中含 C=70% 需褐煤量為 例 3： 接觸法制 H2SO4，反應(yīng)式 S + O2 → SO2 2SO2 + O2 → 2SO3 SO3 + H2O → H2SO4 S + + H2O → H2SO4 一個(gè)年產(chǎn) 2023噸 %的 H2SO4車間，年操作日為 三百天 試計(jì)算： （ 1）每天生產(chǎn) 100%H2SO4多少噸 ? （ 2）每天需氧多少噸，折合空氣量多少 Nm3? （ 3）吸收 SO3每天需水多少噸 ? （ 4）將 100%H2SO4稀釋為 %H2SO4需水多少噸 ? 解： （ 1） 2023 1000/98=（ 2）由反應(yīng)式知 H2SO4中的氧來自空氣的為 ，則 O2量為 =折合 32/1000=折空氣量為 。 ( mol 利用化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算式建立方程式以補(bǔ)充不足之方程數(shù)。 計(jì)算基準(zhǔn)： 取 100m3天然氣為計(jì)算基準(zhǔn) 轉(zhuǎn)化氣的成分可由反應(yīng)式及工藝條件分析得出為：CH H CO、 CO N 水蒸氣 ， 六個(gè)未知數(shù)要列出六個(gè)方程 ， 由于 N2為惰性氣反應(yīng)前后量不變 ， CH4可通過轉(zhuǎn)化率算出 （ 即有兩個(gè)約束條件 ） ， 故只要列出四個(gè)衡算式 。 例：天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化法制造合成氨原料氣。 燃燒消耗的 H2為 作系統(tǒng) H2平衡得 ?常用計(jì)算方法 ?利用聯(lián)系物做物料衡算 ?復(fù)雜反應(yīng)體系使用產(chǎn)物、副產(chǎn)物各自的收率數(shù)據(jù)作物料衡算 ?帶有物料循環(huán)的流程的物料衡算 ?多步串聯(lián)過程的物料衡算 化學(xué)反應(yīng)的物料衡算 對(duì)于 PA APY ?轉(zhuǎn) 化 為 的 的 物 質(zhì) 量加 料 中 的 的 物 質(zhì) 量A P QAPAQ??? ?????????P APY ?產(chǎn) 物 的 物 質(zhì) 量加 料 中 的 的 物 質(zhì) 量A pP??????1 PpAP? 產(chǎn) 物 的 物 質(zhì) 量加 料 中 的 的 物 質(zhì) 量復(fù)雜反應(yīng)體系使用產(chǎn)物、副產(chǎn)物各自的收率數(shù)據(jù)作物料衡算 例：丙烯氨氧化合成丙烯腈的反應(yīng)是 C 3 H 6 N H 3 3 / 2 O 2 C H 2 = C H C N 3 H 2 O+ + +除上述主反應(yīng)外，還有下列主要副反應(yīng)： C 3 H 6 3 N H33 O 2C H 2 = C H C H O6 H 2 O+ + +3 H C NC 3 H 6 3 / 2 N H33 / 2 O 2 3 H 2 O+ + +3 / 2 C H 3 C NC 3 H 6 O 2+ H 2 O+C 3 H 6 9 / 2 O2+ 3 H 2 O+3 C O 2試作年產(chǎn) 5000t 丙烯腈反應(yīng)器的物料衡算 丙烯氨氧化 C3H6 1 NH3 O2 H2O 3 C3H8: C3H6=: C2H3CN 60% HCN % CH3CN 7% C3H4O % CO2 12% a. 年產(chǎn)丙烯腈 5300t b. 年操作 300天 c. 操作過程丙烯腈損耗 3% 解：先畫出流程圖 收率 O2 H2O C3H6 C3H8 1) 丙烯腈的產(chǎn)量： 5300 ＝ 5459 t/a 2) 反應(yīng)器進(jìn)料量： 丙烯： hkmolhkg /???? hkghkmol /100 0/ ??氨： ＝ 25kmol/h=425kg/h 丙烷： 247。即先給某個(gè)未知項(xiàng)假設(shè)一個(gè)初始值，代入方程組計(jì)算結(jié)果，檢驗(yàn)假設(shè)初值是否合理，不合理要重新假設(shè)、計(jì)算。 *使用上式的條件是生產(chǎn)必須達(dá)穩(wěn)定，循環(huán)量及其組成都趨于 穩(wěn)定；其次是循環(huán)物料的組成和新鮮物料組成應(yīng)當(dāng)相當(dāng)接近。 (3) 氨合成塔出口氣量 V3和入口氣量 ∵ 反應(yīng)減少的體積 =V2V3 ∴ V2V3 =(V4+) 由系統(tǒng)的氨平衡有：合成反應(yīng)生成的氨 =系統(tǒng)排出的氨 34 4 1 4 2 450 .73m ( S T P )V V V? ? ?3 2 4 10 .11 0 .02 5 1V V V V? ? ?32 601 m ( S T P )V ? 33 555 4 m ( S T P )V ? (4)氨合成塔人口氣體組成 對(duì)氨合成塔作系統(tǒng) H2平衡得： 合成塔進(jìn)口含 H2塔出口含 H2=新鮮氣帶入 H2放空氣帶出 H2 作系統(tǒng) N2平衡得： 合成塔進(jìn)口含 N2塔出口含 N2=新鮮氣帶入 N2放空氣帶出 N2 合成塔進(jìn)口含 H2= += m3 (STP) 合成塔進(jìn)口含 N2= += m3 (STP) 作塔進(jìn)、出口 CH4平衡： 塔進(jìn)口含 CH4=塔出口含 CH4== m3(STP) 作塔進(jìn)、出口 Ar平衡： 塔進(jìn)口含 Ar=塔出口含 Ar== m3(STP) 作系統(tǒng) NH3平衡得： 塔出口含氨 塔進(jìn)口含氨 =系統(tǒng)排出的氨 +放空氣帶出的氨 塔進(jìn)口含氨＝ = ?常用計(jì)算方法 ?利用聯(lián)系物做物料衡算 ?復(fù)雜反應(yīng)體系使用產(chǎn)物、副產(chǎn)物各自的收率數(shù)據(jù)作物料衡算 ?帶有物料循環(huán)的流程的物料衡算 ?多步串聯(lián)過程的物料衡算 化學(xué)反應(yīng)的物料衡算 一個(gè)生產(chǎn)車間 （ 或多個(gè)乃至全廠 ） 有許多設(shè)備與工序 ， 各工序之間又相互牽制 ， 反應(yīng)組分很多 ， 物料衡算比較復(fù)雜 。 進(jìn)行衡算時(shí) ， 計(jì)算基準(zhǔn)選定后 ， 整個(gè)車間各工序的衡算都要以此為計(jì)算基準(zhǔn) ， 不能一個(gè)工序選一個(gè)基準(zhǔn)