【正文】 (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 對氨合成塔作系統(tǒng) H2平衡得： 合成塔進口含 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： 合成塔進口含 N2塔出口含 N2=新鮮氣帶入 N2放空氣帶出 N2 合成塔進口含 H2= += m3 (STP) 合成塔進口含 N2= += m3 (STP) 作塔進、出口 CH4平衡： 塔進口含 CH4=塔出口含 CH4== m3(STP) 作塔進、出口 Ar平衡： 塔進口含 Ar=塔出口含 Ar== m3(STP) 作系統(tǒng) NH3平衡得： 塔出口含氨 塔進口含氨 =系統(tǒng)排出的氨 +放空氣帶出的氨 塔進口含氨＝ = ?常用計算方法 ?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 一個生產(chǎn)車間 （ 或多個乃至全廠 ） 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 。 例：天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化法制造合成氨原料氣。 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：計算基準(zhǔn) 1000m3煤氣 （ 1）空氣量計算： 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 一個年產(chǎn) 2023噸 %的 H2SO4車間，年操作日為 三百天 試計算： （ 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 。 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。 輸入 =輸出 +累積 ∑F=∑D+W （ 1）基本式： 輸入 +生成 =輸出 +消耗 +累積 “生成”、“消耗”是指由于化學(xué)反應(yīng)而生 成、消耗的質(zhì)量 （ 2）對 穩(wěn)態(tài) 過程： 累積項 =0 輸入 +生成 =輸出 +消耗 *穩(wěn)態(tài)（定態(tài)）過程： 系統(tǒng)內(nèi)任一部分的參數(shù)， 不隨時間而變，只隨空間位置而改變，是存在 于連續(xù)操作的一個過程，其特征為： 累積項 =0 有化學(xué)反應(yīng)時的物料衡算 無化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)態(tài)過程： 輸入 =輸出 穩(wěn)態(tài)過程物料衡算式 物料平衡形式 無化學(xué)反應(yīng) 有化學(xué)反應(yīng) 總平衡式 總質(zhì)量平衡式 是 是 總摩爾平衡式 是 否 組分平衡式 組分質(zhì)量平衡式 是 否 組分摩爾平衡式 是 否 元素原子 平衡式 元素原子質(zhì)量平衡式 是 是 元素原子摩爾平衡式 是 是 物 料 衡 算 的 基 本 步 驟 1. 畫 出工藝 流程 示意 圖 2. 列 出化學(xué) 方程式 3. 確定計劃任務(wù) 4. 收集數(shù)據(jù) ?物料的名稱，數(shù)量，組成及流向 ?與計算有關(guān)的工藝條件如： P， T，配比等 ?未知的，待求的未知項，用字母， 符號標(biāo)定清楚。仍用壓縮因子法計算 4） 標(biāo)準(zhǔn)狀況 用標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積表示氣體的量 111000TVpTVp ?111000TQpTQp ?下標(biāo)“ 0”表示標(biāo)準(zhǔn)狀況，下標(biāo)“ 1”表示工作狀態(tài) 4. 液體的密度 3201 ttt ????? ????c??? ?r對比密度 臨界密度 1212rr???? ? )(MpRTZkcccrcr??? ??1212kkrr ???1212kk???由 pr和 Tr查表 液體混合物 密度與溫度、壓力和組成有關(guān) 體積加合法 ??ii???1 5. 物質(zhì)的飽和蒸汽壓 飽和蒸汽壓： 液體在一定溫度下相應(yīng)的蒸發(fā) 凝結(jié)的平衡狀態(tài)的蒸汽壓力 CtBAp???0lg6. 溶液上方蒸汽中各組分的分壓 1）理想溶液 由 化學(xué)結(jié)構(gòu)非常相似 ， 相對分子質(zhì)量又相近 的組分所形成的溶液 拉烏爾定律 iii xpp 0? 2）非理想溶液 iiii xprp 0?活度系數(shù)， ri＝ ai/ xi 由范拉爾方程或威爾遜方程求得 7. 氣液平衡常數(shù) iixyK ?1）完全理想系 低壓下組分結(jié)構(gòu)十分相似的溶液 ppK ii0?2）理想系 中壓 ( ~)的理想溶液 00,0,iiigilii pvpvffK ?? 7. 轉(zhuǎn)化率 x、收率 Y 和選擇性 S 該反應(yīng)物的起始量某反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化量轉(zhuǎn)化率＝起始量的選擇： 連續(xù)反應(yīng)器 反應(yīng)器進口處原料的狀態(tài)為起始狀態(tài) 間歇反應(yīng)器 反應(yīng)開始時的狀態(tài)為起始狀態(tài) 串聯(lián)反應(yīng)器 進入第一個反應(yīng)器的原料組成為計算基準(zhǔn) 關(guān)鍵組分的起始量關(guān)鍵組分量生成目的產(chǎn)物所消耗的收率＝已轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵組分量關(guān)鍵組分量生成目的產(chǎn)物所消耗的反應(yīng)選擇性＝限制反應(yīng)物 過量反應(yīng)物 Y = Sx 概述 1 計算中用的基本量 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 物理過程的物料衡算 ? 無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生 ? 屬于化工單元操作過程的衡算如過濾、混合、吸收、干燥、結(jié)晶、精餾等