【正文】 物料衡算 化學(xué)反應(yīng)的物料衡算 2 3 4 目 錄 概 述 物料衡算是化工工藝設(shè)計(jì)中最基本的設(shè)計(jì)內(nèi)容，是工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 ?畫出與物料衡算有關(guān)的設(shè)備及管線 ?寫明反應(yīng)過程的熱效應(yīng) ?省略次要的副反應(yīng) ?分析未知 ?選擇公式 收集數(shù)據(jù) ? 生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)時(shí)間 （年生產(chǎn)時(shí)數(shù)） 生產(chǎn)規(guī)模在設(shè)計(jì)任務(wù)書中已有，若是中間車間應(yīng)根據(jù)消耗定額來確定生產(chǎn)規(guī)模，要考慮物料在 車間回流 的情況。 如一個(gè)反應(yīng)釜，每次投料 800kg，完成一個(gè)操作周期為 4h，則每小時(shí)處理物料 200kg/h作計(jì)算基準(zhǔn)。 不論是固態(tài)，液態(tài)或氣態(tài)物質(zhì)往往都含有一定的水分，因此就出現(xiàn)干基，濕基的問題。p r cpp?39。試計(jì)算濾液，濾餅的量（設(shè)過濾有一個(gè)穩(wěn)態(tài)連續(xù)過程） 1. 過濾： 用過濾設(shè)備把液固分開的操作 過濾機(jī) 料漿 濾餅 濾液 F3 kg/h 90%固 10%液 F1=2023kg/h 75%液 25%固 F2 kg/h 1%固 99%液 解：畫出過程示意圖，標(biāo)上已知及要求的量。 水蒸汽F2kg 蒸汽 固體 NaCl F3kg 原料液F1=1000kg NaOH 10% NaCl 10% H2O 80% 母液 F4kg NaOH 50% NaCl 2% H2O 48% 解： 計(jì)算基準(zhǔn)： 以每一批的原料液量 三個(gè)未知數(shù)，列三個(gè)方程 總量平衡 F1=F2+F3+F4 F1=1000kg NaOH平衡 = F4=200kg NaCl平衡 =+F3 F3=96 kg F2=704kg 可用 H2O平衡式校核 概述 1 計(jì)算中用的基本量 物理過程的物料衡算 化學(xué)反應(yīng)的物料衡算 2 3 4 目 錄 ?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 ?由于化學(xué)反應(yīng)的存在，總摩爾平衡式，組分的質(zhì)量， 摩爾平衡式是不成立的。計(jì)算反應(yīng)后氣體混合物的 mol組成（反應(yīng)物與產(chǎn)物均為氣態(tài)）。 試計(jì)算反應(yīng)器輸出物料的組成。 RS— S組分的反應(yīng)速率（以單位時(shí)間表示） 則 FS′=FS+RS FS— S組分的輸入流 kmol/s FS ’ — S組分輸出流量 kmol/s 當(dāng)有化學(xué)反應(yīng)時(shí)，以組分建立的質(zhì)量平衡式和mol平衡式已不成立，這時(shí)利用反應(yīng)速率來建立衡算式。 反應(yīng)式 ① CH4+H2O→CO ② CH4+CO2→2CO+2H2 ③ CO +H2O→CO2+H2 已知天然氣組成為： CH4 %， N2 % （把其它烴組分都折算為 CH4）（ V%）， CH4的轉(zhuǎn)化率為67%， 在已轉(zhuǎn)化氣體中 CO對 CO2之比率可取氣體離開轉(zhuǎn)化器的溫度 700℃ 下反應(yīng)③呈平衡時(shí)的比率 。 A C B 節(jié)點(diǎn) A C B 節(jié)點(diǎn) 例：某煉油廠，其原料制備流程及已知數(shù)據(jù)示于下圖，試計(jì)算流經(jīng)脫異戊烷塔不含丁烷的汽油量為多少？ 脫 丁 烷 塔 脫 異 戊 烷 塔 含丁烷汽油 100mol 正 80% 異 20% x mol s mol 100% 異 y mol 100% 正 原料 P mol 90% 正 10% 異 (Ⅱ ) (Ⅰ ) 對結(jié)點(diǎn) (Ⅱ )建立衡算式： 異 C5H12平衡： (100x) = 正 C5H12平衡： (100x) +y= y= 100 = 解得： P= mol x= mol y= mol S== ?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 利用聯(lián)系物做物料衡算 惰性物料的數(shù)量在反應(yīng)器的進(jìn)口、出口物料中沒有變化 ,計(jì)算時(shí)可以利用它在設(shè)備進(jìn)、出口的數(shù)量 (質(zhì)量或摩爾 數(shù) )不變的關(guān)系列物料衡算方程。 一段 轉(zhuǎn)化爐 二段 轉(zhuǎn)化爐 CO 變換 CO2 脫除 甲烷化 天然氣 xkmol 蒸汽 空氣 ykmol CO2 組分 CH4 C2H6 C3H8 C4H10(正 ) C4H10(異 ) C5H12(正 ) C5H12 (異 ) N2 CO2 合計(jì) %mol 100 天然氣組成表 組分 H2 N2 Ar CH4 合計(jì) %mol 100 合成氨原料氣組成表 一段 轉(zhuǎn)化爐 二段 轉(zhuǎn)化爐 CO 變換 CO2 脫除 甲烷化 天然氣 xkmol 蒸汽 空氣 ykmol CO2 解： 以 100 kmol合成氨原料氣為計(jì)算基準(zhǔn)。 根據(jù)已知條件確定已知項(xiàng)和未知項(xiàng)后，列出方程組，求解。 （ 3） 循環(huán)系數(shù)法 ： 是根據(jù)求取循環(huán)系數(shù)來確定循環(huán)的物料量循環(huán)系數(shù)與循環(huán)物料間的關(guān)系為： 循環(huán)系數(shù) β=G總 /G新鮮 =（ FF+RC） /FF FF— 加入設(shè)備的新鮮物料量 RC— 返回設(shè)備的循環(huán)物料量 新鮮物料量 FF可由生產(chǎn)量求得，當(dāng)循環(huán)系數(shù)已知或選定時(shí)，即可算出循環(huán)物料量 。 氨合成工藝流程圖 氨合成塔 水冷器 冷交換器 水冷氨分 循環(huán)機(jī) 油分 二級氨冷 一級氨分 一級氨冷 新鮮氣 V0 NH3 %， V2 放空 V1 CH4+Ar= NH3 11% V3 0~5℃ 15~20℃ V42液氨 V41液氨 解：取 1000m3 (STP)新鮮原料氣為衡算基準(zhǔn)。 ② 根據(jù)本車間的年產(chǎn)量及年工作時(shí)間及產(chǎn)品產(chǎn)率 確定單位時(shí)間的投料量 。 A反應(yīng)器中： C2H4+Cl2→C2H4Cl2（ DCE） （ 1） DCE產(chǎn)率：基于乙烯為 98% B反應(yīng)器中： C2H4+2HCl+1/2O2→C2H4Cl2（ DCE） +H2O（ 2） DCE產(chǎn)率：基于乙烯為 95%、基于 HCl為 90% C反應(yīng)器中： C2H4Cl2（ DCE） →C2H3Cl（ VC） +HCl （ 3） VC產(chǎn)率：基于 DCE為 99% HCl產(chǎn)率：基于 DCE為 % 根據(jù)產(chǎn)率，忽略其它任何損失， 試計(jì)算生產(chǎn) 125 kg/h的 VC進(jìn)入 A、B反應(yīng)器的乙烯流量及進(jìn)入 C反應(yīng)器的 DCE流量 ？ 分子量： MVC= MDCE=99 MHCl= A反應(yīng)器 (氯化 ) ① B反應(yīng)器 (氧氯化 ) ② C反應(yīng)器 (裂解 ) ③ Cl2 FA FB C2H4 F1 O2 DCE F2 循環(huán) HCl R 循環(huán) DEC R’ F4 VC 解： 計(jì)算基準(zhǔn)：每小時(shí) VC產(chǎn)量 VC的 mol小時(shí)產(chǎn)量： 12500/=2023 mol/h DCE產(chǎn)量 /h： F2=+ R值計(jì)算： R=F2 =（ +） 由 B反應(yīng)器生成的 DCE： 基于 HCl產(chǎn)率為 90% 則 DCE量為 R/2 = 基于 C2H4產(chǎn)率為 95% 則 DCE量為 這二者表示的是同一個(gè)反應(yīng)的 DCE生成量故相等。 :22:5809:22Mar2324Mar23 1故人江海別，幾度隔山川。 。 , March 24, 2023 很多事情努力了未必有結(jié)果，但是不努力卻什么改變也沒有。 :22:5809:22:58March 24, 2023 1意志堅(jiān)強(qiáng)的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。 2023年 3月 24日星期五 9時(shí) 22分 58秒 09:22:5824 March 2023 1空山新雨后，天氣晚來秋。 :22:5809:22Mar2324Mar23 1越是無能的人，越喜歡挑剔別人的錯(cuò)兒。 2023年 3月 24日星期五 上午 9時(shí) 22分 58秒 09:22: 1最具挑戰(zhàn)性的挑戰(zhàn)莫過于