【文章內容簡介】 G4： G5 ＝ ： ： 硝化物產量： ＝ kg 其中硝基乙苯： 對位： ＝ kg 鄰位： ＝ kg 間位： ＝ kg 46/106 167。 物料衡算舉例 167。 有反應過程的物料衡算 解： （ 5）廢酸量 HNO3消耗量： 63/ ＝ kg 水生成量： ＝ kg 廢酸中 HNO3量： ＝ kg H2SO4量： kg H2O量： ＋ ＝ kg 廢酸總量： ＋ 1536 ＋ ＝ kg 廢酸組成： HNO3 %， H2SO4 %， H2O % 47/106 167。 物料衡算舉例 167。 有反應過程的物料衡算 解： 物料衡算表 輸入 輸出 組分 質量， kg/d 組分 質量， kg/d HNO3 HNO3 H2SO4 1536 H2SO4 1536 H2O H2O C6H5C2H5 C6H5C2H5 對 硝基乙苯 鄰 硝基乙苯 間 硝基乙苯 1000 880 120 雜質 74 雜質 74 合計 合計 48/106 167。 物料衡算舉例 167。 有反應過程的物料衡算 [例 33] 工業(yè)上，合成氨原料氣中的 CO通過變換反應器而除去，如圖所示。在反應器 1中大部分轉化，在反應器 2中完全脫去。原料氣是由發(fā)生爐煤氣（ 78%N2， 20%CO， 2%CO2）和水煤氣（ 50%H2， 50%CO）混合而成的半水煤氣。在反應器中與水蒸氣發(fā)生反應： CO＋ H2O CO2＋ H2 N2 78%, CO 20% CO2 2%, F1 H2 50%, CO 50%, F2 反應器 1 反應器 2 H2O, F3 F4 N2, H2， H2O CO， CO2 F5 N2, H2, H2O, CO2 最后得到物流中 H2與 N2之比為 3： 1，假定水蒸氣流率是原料氣總量（干基）的兩倍，同時反應器 1中 CO的轉化率為 80%，試計算中間物流（ 4）的組成。 49/106 167。 物料衡算舉例 167。 有反應過程的物料衡算 解： 基準：物流 1為 100mol/h；正反應的速率為 r（ mol/h） （ 1）過程先由總單元過程摩爾衡算式進行計算，總衡算式為： N2平衡： F5,N2 ＝ 100 ＝ 78 mol/h CO平衡： F5,CO＝ 100 ＋ － r H2O平衡： F5,H2O ＝ F3－ r CO2平衡： F5,CO2 ＝ 100 ＋ r H2平衡： F5,H2 ＝ ＋ r 50/106 167。 物料衡算舉例 167。 有反應過程的物料衡算 解： 已知 H2與 N2之比為 3： 1 F5,H2 ＝ 3F5,N2 ＝ 3 78 ＝ 234 mol/h 原料氣（干基）與水蒸氣之比 1： 2 F3 ＝ 2（ F1＋ F2 ） 將 H2和 CO平衡式相加，消去 r，得： F2 ＝ 234 － 20 ＝ 214 mol/h 將 F2值代入 CO平衡式中，得： r總 ＝ 20 ＋ 107＝ 127 mol/h F3 ＝ 2 （ 100+214）＝ 628 mol/h 最后，由 CO2和 H2O平衡式得： F5,CO2 ＝ 100＋ 127 ＝ 129 mol/h F5,H2O ＝ 628127 ＝ 501 mol/h 51/106 167。 物料衡算舉例 167。 有反應過程的物料衡算 解： （ 2）計算反應器 1的反應速率，然后計算物流 4的組成，： r 1＝ Fi, 輸入 xi 式中 xi為 i物質的轉化率。 已知反應器 1中 CO轉化率為 ，由此得反應器 1的反應速率： r 1＝ Fi, 輸入 xi ＝（ 100＋ 214） ＝ mol/h 物流 4中每一物質分別為： N2平衡 F4,N2 ＝ 100 ＝ 78 mol/h CO平衡 F4,CO ＝ 127 r 1 ＝ mol/h H2O平衡 F4,H2O ＝ 628 r 1 ＝ mol/h CO2平衡 F4,CO2 ＝ 2 ＋ r 1 ＝ mol/h H2平衡 F4,H2 ＝ 107 ＋ r 1 ＝ mol/h 物流 4的組成（摩爾分率） N2 CO H2O CO2 H2 52/106 167。 物料衡算舉例 167。 帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算 在化工過程中 ， 有一些具有循環(huán) 、 排放及旁路的過程 ， 這類過程的物料衡算與以上介紹的方法相類似 ， 只是需要先根據已知的條件及所求的未知量選擇合適的衡算體系 ， 列出物料衡算式再求解 。 如果存在聯(lián)系組分 ， 則可以利用聯(lián)系組分計算 。 MF＝ F＋ R RP ＝ P ＋ R 反應器 分離器 新鮮原料 F MF RP 產品 P 循環(huán)物料 R 有循環(huán)過程的物料流程圖 53/106 167。 物料衡算舉例 167。 帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算 有循環(huán)的過程，轉化率常分為單程轉化率與總轉化率： %100??? MFARPAMFANNN單程轉化率%100?? FASAFANNN總轉化率＝RPAMFA NN 、 SAFA N、—— 反應物 A輸入、輸出反應器的摩爾數(shù) —— 反應物 A輸入、輸出過程的摩爾數(shù) 反應器 整個過程 54/106 167。 物料衡算舉例 167。 具有循環(huán)及排放過程的物料衡算 具有循環(huán)及排放過程的物料流程圖： W— 排放物料 S— 分離產物 R/W— 循環(huán)比 每個平衡體系各物料之間關系： 總物料 F＝ P＋ W 反應器 MF ＝ RP 分離器 RP＝ P＋ S 節(jié)點 A MF＝ F＋ R 節(jié)點 B S＝ R＋ W 55/106 167。 物料衡算舉例 167。 帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算 在不知道循環(huán)量的情況下，可采用以下兩種計算 : （ 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 ， 并重新假設一個估計值 ， 一直計算到估計值與計算值之差在一定的誤差范圍內 。 （ 2） 代數(shù)解法 在循環(huán)存在時 ， 列出物料平衡方程式 ， 并求解 。 一般方程式中以循環(huán)流量作為未知數(shù) ， 應用聯(lián)立方程的方法進行求解 。 56/106 167。 物料衡算舉例 167。 帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算 [例 34] K2CrO4從水溶液重結晶處理工藝是將每小時 4500mol含 %(mol)的 K2CrO4新鮮溶液和另一股含 % (mol)K2CrO4的循環(huán)液合并加入至一臺蒸發(fā)器中 ， 蒸發(fā)溫度為 120℃ ， 用 。 從蒸發(fā)器放出的濃縮料液含 %(mol) K2CrO4進入結晶槽 ， 在結晶槽被冷卻至 40℃ ， 用冷卻水冷卻 （ 冷卻水進出口溫差 5℃ )。 然后過濾 ， 獲得含 K2CrO4結晶的濾餅和 %(mol)K2CrO4的濾液 (這部分濾液即為循環(huán)液 )， 濾餅中的K2CrO4占濾餅總物質的量的 95%。 K2CrO4的分子量為 195。 試計算： （ 1） 蒸發(fā)器中蒸發(fā)出水的量 （ 2） K2CrO4結晶的產率 （ 3） 循環(huán)液 (mol)/新鮮液 (mol)的比率 （ 4） 蒸發(fā)器和結晶器的投料比 (mol) 57/106 167。 物料衡算舉例 167。 帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算 解： （ 1）先畫出流程框圖，并將流股編號 蒸發(fā)過程 蒸發(fā)過程 F1 F2 F3 F4 F5 F6 系統(tǒng) 1 系統(tǒng) 2 系統(tǒng) 3 F1 — 進入蒸發(fā)器的新鮮物料量（ mol/h） F2 — 進入蒸發(fā)器的循環(huán)物料量即濾液量（ mol/h） F3 — 新鮮液和循環(huán)液混合后的物料量（ mol/h） F4 — 進入蒸發(fā)器的新鮮物料量（ mol/h） F5 — 出蒸發(fā)器的物料量（ mol/h） F6 — 蒸發(fā)器蒸發(fā)出的水量（ mol/h） PC — 結晶過濾后濾餅中 K2CrO4的物質量（ mol/h） PS — 進入蒸發(fā)器的新鮮物料量（ mol/h） x3 — 新鮮液和循環(huán)液混合后的 K2CrO4組成（ mol/h） 58/106 167。 物料衡算舉例 167。 帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算 解：（ 2）基準： 4500mol/h新鮮原料 濾餅中溶液和結晶固體之間存在如下關系： Ps＝ （ Ps＋ Pc） Ps＝ Pc （ 1） 對系統(tǒng) 1中的平衡： F1 ＝ Pc＋ （ 2） （ 1）、（ 2）聯(lián)立得： Pc ＝ 1472 mol K2CrO4 /h Ps ＝ mol溶液 /h 59/106 167。 物料衡算舉例 167。 帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算 解： 對系統(tǒng) 1中 H2O物料平衡： F1（ 1－ ）＝ F6＋ F5 （ ） 4500 ＝ F6＋ （ Pc＋ Ps） 3000 ＝ F6＋ ＝ F6＋ F6 ＝ mol/h 系統(tǒng) 2（結晶過濾）的總物料平衡： F4 ＝ F2＋ Pc＋ Ps F4 ＝ F2＋ 結晶器中水平衡： F4 (1 － )＝ (F2＋ ) (1 － ) F2 ＝ mol/h F4 ＝ 7184 mol/h 60/106 167。 物料衡算舉例 167。 帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算 解： 循環(huán)液 /新鮮料液： ＝ 最后，對系統(tǒng) 3或蒸發(fā)器進行物料衡算求 F3： F3 ＝ F2＋ F2 ＝ 4500 ＋ ＝ mol/h 由蒸發(fā)器的物料平衡可校核 F3 ： 設計的蒸發(fā)器與結晶槽的投料比為： F3 /F4 ＝ ＝ 61/106 167。 能量衡算 167。 能量衡算 在化工生產中 ， 能量的消耗是一項重要的技術經濟指標 ， 它是衡量工藝過程 、設備設計 、 操作制度是否先進合理的主要指標之一 。 能量衡算有兩種類型的問題 ， 一種是先對使用中的裝置或設備 ， 實際測定一些能量 ， 通過衡算計算出另外一些難以直接測定的能量 ， 由此作出能量方面的評價 ， 即由裝置或設備進出口物料的量和溫度 ， 以及其它各項能量 ， 求出裝置或設備的能量利用情況；另一類是在設計新裝置或設備時 ， 根據已知的或可設定的物料量求得未知的物料量或溫度 ， 和需要加入或移出的熱量 。 能量衡算的基礎是物料衡算 ， 只有在進行完備的物料衡算后才能作出能量衡算 。 62/106 167。 能量衡算