【正文】 計(jì)算（ 1）乙烯的單程轉(zhuǎn)化率；（ 2）生成環(huán)氧乙烷的選擇性；（ 3）循環(huán)比；（ 4）新鮮原料中乙烯和空氣量之比。 ? 分析：對(duì)穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程，系統(tǒng)中任何組分均無(wú)積累。從下表所列氣體分析數(shù)據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)化率 、 收率和選擇性 。 ? 分析：進(jìn)反應(yīng)器的氣體 MF由新鮮原料氣 FF和循環(huán)氣RC組成，混合過(guò)程無(wú)化學(xué)反應(yīng)，則 MF=FF+RC。 但是若 有循環(huán)物料 時(shí)，由于循環(huán)流量尚未計(jì)算，采用逐次計(jì)算并不能計(jì)算出循環(huán)量。 ? 化學(xué)反應(yīng)式： CO+2H2→ CH3OH ① 首先計(jì)算出原料氣的摩爾組成： ? 含惰性組分 %， (H2+CO)為 1－ %=%，需分別求出 H2和CO的組成含量。 ? 苯、氯苯、二氯苯、三氯苯的分子量分別為 78， 147和 。 ? 在 燃燒過(guò)程 中，通常 采用過(guò)量空氣 ，即實(shí)際供給的空氣量超過(guò)使燃料中可燃物完全燃燒所需的理論空氣量，多余的空氣，即為 “ 過(guò)量空氣 ” 。 ? 此指標(biāo)主要用于 比較那些相同反應(yīng)過(guò)程或物理加工過(guò)程的設(shè)備或裝置的優(yōu)劣 。注意物料種類和走 向，明確輸入和輸出。 通過(guò)物料衡算解決以下問(wèn)題： ? 計(jì)算原料消耗量、副產(chǎn)品量； ? 輸出過(guò)程物料的損耗量及三廢的生成量； ? 在物料衡算基礎(chǔ)做能量衡算，計(jì)算蒸汽、水、電、煤或其他燃料的 消耗定額。 其 0度為 ℉ （ 460℉ ）。化工設(shè)計(jì) 第三章 物料衡算與能量衡算 Chart3 Materiel Balance and Energy Balance 一、 化工過(guò)程 ? 所謂 化工過(guò)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(guò)程。 ? 四種溫度的關(guān)系： ? 二）壓力 (壓強(qiáng)） ? 三）流量 ? 四）組成 物料衡算 能量衡算 化工模擬軟件在化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 本 章 要求 ? 掌握 非反應(yīng)過(guò)程的物料衡算及反應(yīng)過(guò)程的物料衡算； ? 掌握 裝置的物料衡算； ? 掌握 以反應(yīng)熱效應(yīng)為基礎(chǔ)的計(jì)算方法，以及以生成熱為基礎(chǔ)的計(jì)算方法。 ? 計(jì)算產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 (2) 確定 計(jì)算任務(wù) ，明確已知項(xiàng)、待求項(xiàng)，選擇數(shù)學(xué)公式，力求使計(jì)算 方法簡(jiǎn)化。 ? ⑶ 有效生產(chǎn)周期： ? 開(kāi)工因子 通常在 ，開(kāi)工因子大意味著停工檢修帶來(lái)的損失小，即設(shè)備先進(jìn)可靠，催化劑壽命長(zhǎng)。一般燃燒器，空氣過(guò)量為 520%。 ? 按照所取的計(jì)算基準(zhǔn)，出口產(chǎn)品混合物中有苯200kg，氯苯 100kg，二氯苯 8kg，三氯苯 ，需要加入反應(yīng)器的苯 (100％ )的量計(jì)算如下： 生成氯苯消耗苯： 生成二氯苯消耗苯： 生成三氯苯消耗苯： ? 未反應(yīng)的苯 200kg，因此需要加入的苯的總量為：＋ ＋ ＋ 200＝ ?? 1478 ?? ??? （ 1）苯的轉(zhuǎn)化率 苯的轉(zhuǎn)化量＝ ＝ ,苯的加入量＝ 所以 苯的轉(zhuǎn)化率 X＝ ／ ＝ ? （ 2）氯苯的收率 Y ? （ 3）反應(yīng)的選擇性 S ＝＝加入的苯量轉(zhuǎn)化為氯苯的苯量?YXYS ???? （ 4）反應(yīng)生成的氯化氫總量 生成氯苯時(shí)同時(shí)生成的氯化氫： 生成二氯苯時(shí)同時(shí)生成的氯化氫： 生成三氯苯時(shí)同時(shí)生成的氯化氫： 因此，生成的氯化氫總量為： ＋ ＋ ＝ 100 ??1478 ??? ???? (5)反應(yīng)消耗的氯氣總量 生成氯苯消耗氯氣： 生成二氯苯消耗氯氣： 生成三氯苯消耗氯氣： ? 因此，反應(yīng)消耗的氯氣總量為： ＋ ＋ ＝ 100 ??1478 ??? ???（ 2）元素平衡法（原子衡算法） ? 方法 ：因?yàn)榉磻?yīng)前后的物質(zhì)雖然分子結(jié)構(gòu)不同，但都是由相同元素組成的。 原料氣中 H2與 CO摩爾比為 ? H2 [(1+)] %=% ； ? CO (1/) %=% 惰性氣體 % ； 322CH O HpCO HKppP?iinny?② 基準(zhǔn)： 1 mol原料氣，平衡轉(zhuǎn)化率為 XCO。 ? 例題： 在銀催化劑作用下，乙烯可被空氣氧化成環(huán)氧乙烷（ C2H4O），副反應(yīng)是乙烯完全氧化生成 CO2和H2O。 RP、 P、 SP、 W中各組分物質(zhì)的量和組成表 物料 RP（出反應(yīng)器氣） P（產(chǎn)物） SP（出吸收塔氣） W（排放氣） mol 干基mol% mol mol mol% mol mol% C2H4 W O2 W N2 W C2H4O CO2 W H2O Z Z 總計(jì) 100+Z 100 +Z 100 W 100 RC、 FF和 MF中各組分物質(zhì)的量和組成表 物料 RC（循環(huán)氣 =SPW） FF（新鮮原料氣） MF（混合原料氣） mol mol% mol mol% mol% C2H4 X +X O2 21 + N2 79 + C2H4O CO2 H2O 總計(jì) 100 X+Y 100 X+Y + ? （ 3）作總系統(tǒng)物料衡算，求出具體的量。 組分 正丁烷 正丁烯 丁二烯 異丁烷 異丁烯 正戊烷 氧 氮 水蒸氣 反應(yīng)前 m ol % 0. 63 7. 05 0. 06 0. 50 0. 13 0. 02 2. 17 27 . 00 57 . 44 反應(yīng)后 m ol % 0. 61 1. 70 4. 45 0. 48 0. 00 0. 02 0. 64 26 . 10 62 . 70 組分 CO CO 2 有機(jī)酸 酮 + 醛 反應(yīng)前 m ol % 反應(yīng)后 m ol % 1. 20 1. 80 0. 26 0. 10 解：由于在丁烯催化氧化脫氫反應(yīng)過(guò)程中，雖然氣體混合物的總體積膨脹，然而其中氮含量不變，故以 100mol原料氣為基準(zhǔn)作氮平衡，可以求得反應(yīng)后氣體混合物的量。 ? （ 4）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式進(jìn)行計(jì)算，求出轉(zhuǎn)化率和選擇性。 該氣體進(jìn)入水吸收塔，其中的環(huán)氧乙烷和水蒸氣全部溶解于水中，而其他氣體不溶于水，由吸收塔頂逸出后排放少量至系統(tǒng)外，其余循環(huán)回氧化反應(yīng)器。 ? 例如有一連串反應(yīng)，其計(jì)量關(guān)系為 A→ P→ Q，已知 P的摩爾收率 Yp＝ ， P的產(chǎn)量為100kmol／ h，根據(jù)收率的定義式有： 的物質(zhì)的量加料中的物質(zhì)的量的轉(zhuǎn)化為AAP=Yp因而， A的加料量＝ 100/＝ 125(kmol/h) (4) 根據(jù)收率數(shù)據(jù)作物料衡算 例：乙烯氧化制環(huán)氧乙烷的反應(yīng)器中進(jìn)行如下反應(yīng)： 反應(yīng)器進(jìn)口混合氣體的流量為 45000m3(STP)/h，組成如下： 乙烯的轉(zhuǎn)化率為 32％，反應(yīng)選擇性為 69％，求反應(yīng)器出口氣體的組成和流量。 ? 適用范圍 ： ①反應(yīng)過(guò)于復(fù)雜，即反應(yīng)式明確但較多，包含有平行、連串等反應(yīng)時(shí)； ②反應(yīng)式不太明確，無(wú)法寫(xiě)出時(shí)。 ? ② 理論空氣量或理論氧氣量 使過(guò)程內(nèi)的物質(zhì)完全燃燒所需的空氣（或氧氣）量，有時(shí)也稱為空氣需要量或氧氣需要量。 ? 不可逆反應(yīng)，關(guān)鍵組分的轉(zhuǎn)化率最大為 100%。 (4) 對(duì)物流的 流股進(jìn)行編號(hào) ，并標(biāo)注物流變量。 一、物料衡算依據(jù) 1. 理論依據(jù) —— 質(zhì)量守恒定律 物料衡 算范圍 單元操作的物料衡算 —— 化工設(shè)備設(shè)計(jì)的