【文章內容簡介】 的質量為 W（ kg） 石灰中 CaCO3 、 CaO及 Ca(OH)2的質量分別設為 x、 y和 z，則石灰中各物質的組成可表示為： x/W， y/W， z/W 基準： 100 kg苛化液 61 苛化反應器 F NaOH % Na2CO3 % H2O % CaCO3 % Ca(OH)2 % Na2CO3 % NaOH % H2O % CaCO3 x/W CaO y/W Ca(OH)2 z/W 畫出物料流程示意圖 物料衡算 62 各種物料質量和物質的量 Na2CO3溶液 苛化鈉溶液 物料 摩爾質量（ g/mol） 質量（ kg） 物質的量（ kmol） 物料 摩爾質量（ g/mol） 質量（ kg） 物質的量（ kmol） NaOH 40 %F NaOH 40 Na2CO3 106 %F Na2CO3 106 H2O 18 %F H2O 18 Ca(OH)2 74 CaCO3 100 物料衡算 以質量計轉化為以物質的量計，來進行元素守恒計算 63 列元素平衡式 Na平衡： + 2=（ 2+） kmol C平衡： Ca平衡： 總物料平衡： F+W=100 kg/mol 石灰總量等于各物質質量之和 ： W=x+y+z 10 0 g/ m 01 40 4 + = ( 34 8 + 05 75 ) km olxF100 g/ m ol 56 g/ m ol 74 g/ m ol+ + = ( 48 + 378 ) km olyx 物料衡算 64 計算結果匯總 組分 輸 入 輸 出 物質的量 /kmol 質量 /kg 物質的量 /kmol 質量 /kg NaOH Na2CO3 H2O CaCO3 CaO Ca(OH)2 合計 100 100 物料衡算 65 3.“聯(lián)系組分”法 ?“ 聯(lián)系組分 ” 是指隨物料輸入體系 ， 但 完全不參加反應 ， 又隨物料從體系輸出的組分 ， 在整個反應過程中 ， 它的數(shù)量不變 。 ?如果體系中存在聯(lián)系組分 ， 那么 輸入物料和輸出物料之間就可以根據(jù)聯(lián)系組分的含量進行關聯(lián) 。 ?用聯(lián)系組分作衡算 ， 尤其是對含未知量較多的物料衡算 ， 可以使計算簡化 。 ?選擇聯(lián)系組分時 ， 如果體系中存在數(shù)種聯(lián)系組分 ， 那么 ， 此時就要選擇一個適宜的聯(lián)系組分 ， 或聯(lián)合采用以減小誤差 。 但是 ， 應該注意 ， 當某個聯(lián)系組分數(shù)量很小 ， 而且此組分的分析相對誤差又較大時 ， 則不宜采用 。 物料衡算 66 物料衡算 解： ?例 ： 甲烷與氫混合氣在爐子里用空氣 完全 燃燒 ， 煙道氣分析為 N2 %， CO2 %， O2 %， H2O %(mol%)， 問 （ 1） 燃料中氫氣與甲烷的比例多少 ？ （ 2） 燃料 （ H2+CH4） 對空氣的比例多少 ？ 67 物料衡算 68 ?例： 試計算年產(chǎn) 16000噸福爾馬林 （ 甲醛溶液 ） 所需的工業(yè)甲醇原料消耗量 ， 并求甲醇轉化率和甲醛收率 。 已知條件： ⒈ 氧化劑為空氣 ， 用銀催化劑固定床氣相氧化； ⒉ 過程損失為甲醛總量的 2%（ 質量 ） ， 年開工 8000小時； ⒊ 有關數(shù)據(jù)： 工業(yè)甲醇組成 （ 質量 ） ： CH3OH 98% ， H2O 2% ， 反應尾氣組成 （ 體積 ） ： CH4 %， O2 %， N2 %， CO2 %，H2 21% 福爾馬林組成 （ 質量 ） ： HCHO %， CH3OH %， H2O % 物料衡算 69 工業(yè)甲醇 空氣 水 尾氣 反應氣體 福爾馬林 吸收塔 主反應 CH3OH+1/2O2 HCHO+ H2O （ 1） CH3OH HCHO+ H2 （ 2） 副反應 CH3OH+3/2O2 CO2+ 2H2O （ 3） CH3OH+ H2 CH4+ 2H2O （ 4） 物料衡算 反應器 70 9 mNV ??空 氣2 mO NV ? ? ?2 319. 6 1022. 4 875 m o lOn ???2 373. 7 1022. 4 3290 m o lNn ?875 3290 4165 m o ln ? ? ?空 氣 30. 5 1022. 4875 852 .7 m o l?? ?① 反應消耗氧量 取尾氣 100 Nm3為計算基準，氮作為聯(lián)系物 其中氧量： 換算為摩爾數(shù)： 反應耗氧量： 物料衡算 Nm3：是指在 0攝氏度 1個 標準大氣壓 下的氣體體積。 71 ② 甲醇消耗量 反應（ 3）消耗甲醇量為 反應（ 4）消耗甲醇量為 反應（ 2）生成的氫，部分消耗于反應（ 4），現(xiàn)尾氣中 H2=21%，氫摩 爾數(shù)為 則反應（ 2）消耗甲醇量為 += mol 反應（ 1）消耗甲醇量為 （ *3/2） *2= mol 每生成 100 Nm3尾氣時消耗甲醇量為 +++= mol mol 32= kg 34 1022. 4 178 .6m o l? ?30. 8 1022. 4 35. 7m o l? ?321 1022. 4 973 .5m ol? ? 物料衡算 ③ 計算甲醇總消耗量 每消耗 mol甲醇生成甲醛的量為 += mol 30= kg 機械損失為 2%，實得 ： = kg 得工業(yè)福爾馬林 ： 72 64 .10. 36 22 17 7 k g?76 .6 13 .9 80. 98 92 kg? ?76. 676. 6 13. 98 100 % %91. 4? ? ?64. 176. 6 13. 98 100 % %91. 3? ? ?其中含未反應的甲醇： 177 %= kg 每生成 177 kg福爾馬林共消耗工業(yè)甲醇 ： 由此得甲醇轉化率 甲醛的質量收率 物料衡算 73 160008000 2 /th? 922023177 103 9 / 831 2 /k g h ta? ? ?32023177 93. 3 105 4 /N m h??④ 每小時福爾馬林產(chǎn)量 工業(yè)甲醇年消耗量 ： 所需空氣量： 物料衡算 74 ⑤ 用水量計算 工業(yè)福爾馬林含水 177 = kg 工業(yè)甲醇含水 92 = kg 由反應生成的水為 按反應（ 1）生成 mol 按反應（ 3）生成 2=357 mol 按反應（ 4）生成 mol 共計生成水 +357+= mol 156 2. 1 181000 28. 1 k g? ?為制取 177 kg福爾馬林須補充水： = kg 按產(chǎn)量為 2 t/h須補充水量 為 ： 2023/177 =778 kg/h 物料衡算 75 吸收塔 工業(yè)甲醇 （ 質量 ） 1039 kg CH3OH 98% kg H2O 2% kg 空氣 1054 Nm3 O2 N2 尾氣 %（ V） 1356 Nm3 CH4 O2 N2 CO2 H2 甲醛損失 kg 反應器 補充水 778 kg HCHO kg CH3OH H2O CH4 O2 N2 CO2 H2 福爾馬林 （ 質量 ） 2023 kg HCHO % CH3OH % H2O % 物料平衡流程圖 物料衡算 76 4. 平衡常數(shù)法 ?對有平衡反應過程的物料衡算 ， 除了需要建立物料或元素衡算以外 ， 還需要利用反應的平衡關系計算產(chǎn)物的平衡組成 。 ?對反應 aA+bB=cC+dD 平衡時 ， 其平衡常數(shù)為 ： badcBADCK][][][][? 物料衡算 77 物料衡算 例 ： 在接觸法硫酸生產(chǎn)中， SO2被氧化成 SO3，反應式為： 2 2 31 =2SO O SO?氧化過程的溫度為 570℃ ， 壓力為 。 輸入氣體的組成為： SO2 8%(mol%)， O2 9%， N2 83%。 計算達到平衡時的轉化率及平衡組成 (已知 570℃ 的平衡常數(shù) Kr為 ) 78 物料衡算 SO2 79 物料衡算 SO3 O2 80 物料衡算 物料衡算81 物料衡算 82 ?例 ： 試計算合成甲醇過程中反應混合物的平衡組成。設原料氣中 H2與 CO摩爾比為 ，惰性組分 (I)含量為 %，壓力為 30 MPa，溫度為 365℃ ，平衡常數(shù) = 103 MPa2。 設進料為 1 mol，其組成為： I= mol。 H2=()。 CO=()/= mol。 物料衡算 基準： 1 mol原料氣 寫出化學反應平衡方程式 ： 設轉化率為 x，則出口氣體組成為： CO： （ 1x）； H2： ； CH3OH： ； I： ； Σ: CO+2H2 → CH3OH 83 ?計算出口氣體各組分的分壓： 30. 156 71 0. 313 4 30C H OH x xp ???0. 156 7 (1 )1 0. 313 4 30CO xxp ????2 0. 705 3 2 0. 156 71 0. 313 4 30xH xp ???將上式代入平衡平常表達式： 32220. 156 7 301 0. 313 40. 156 7 (1 ) 0. 705 3 2 0. 156 730 301 0. 313 4 1 0. 313 4 5 10C H O HC O Hxp xpp xxK p?? ??????? ? ?? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ????平衡時出口氣體中各組成的 摩爾分率 為 ： CO： ， H2 ： ， CH3OH ： ， I： ； 物料衡算 84 III. 復雜過程的物料衡算 ?復雜過程不是指過程或設備多而是 具有循環(huán) 、 排放及旁路 的過程 。 ?在化工過程中具有循環(huán) 、 排放及旁路的過程的物料衡算與以上介紹的方法相類似 ， 只是需要先根據(jù)已知的條件及所求的未知量選擇合適的衡算體系 ， 列出一般過程物料衡算式再加上結點關系求解 。 物料衡算 85 ?復雜過程的物料衡算方法 （ 1） 試差法 估計循環(huán)流量 ， 并繼續(xù)計算至循環(huán)回流的那一點 。 將估計值與計算值進行比較 ， 并重新假定一個估計值 ， 一直計算到估計值與計算值之差在一定的誤差范圍內 。 （ 2） 代