物料衡算與能量衡算概論(ppt83頁(yè))(編輯修改稿)
2025-03-28 14:13 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 51n m ol? ? ?氮 100n m ol?丙烷 625 500 125n m ol? ? ? ? ?氧 進(jìn)料氧氣量 反應(yīng)轉(zhuǎn)化掉的氧氣量300n m ol?二氧化碳 400n m ol?水物料衡算結(jié)果一覽表 1 ? 從上表中可看出， 反應(yīng)前后 ，① 各組分的摩爾數(shù)和質(zhì)量數(shù)都不相等。 ? ②總摩爾數(shù)也不相等，物質(zhì)的 總質(zhì)量數(shù)未變 。 物料 分 子 量 輸入 輸出 mol mol% Kg wt% mol mol% Kg wt% C3H8 44 100 O2 32 625 125 N2 26 2351 2351 CO2 44 300 H2O 18 400 總計(jì) 3076 100 3176 100 100 ? 從計(jì)算結(jié)果可以看出，當(dāng) 空氣加入量為2976mol時(shí) ，可 產(chǎn)生煙道氣 3176mol，所以，每 產(chǎn)生 100mol煙道氣需加入的空氣量為： 100 2976／ 3176＝ （ mol） 解法 Ⅱ 基準(zhǔn)： 100 mol空氣 ? 反應(yīng)前： ? 所含 =過(guò)量氧氣量 ? 由 過(guò)量氧氣量 =過(guò)量空氣 % 需要氧氣量（也稱為理論需氧量） ? 理論氧氣量 =過(guò)量氧氣量 /過(guò)量空氣 % =21/125%= mol ? 則根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式 C3H8+5O2→ 3CO2 +4H2O可以求得參加反應(yīng)的丙烷用量： 1∶ 5 = M∶ M= mol 100 21% 21n m ol? ? ?氧 100 79% 79 m ol? ? ?氮? 反應(yīng)后： ? 氮?dú)獠粎⒓臃磻?yīng)，仍為 79mol。 21 nm ol??? ? ?氧 進(jìn) 料 氧 氣 量 反 應(yīng) 轉(zhuǎn) 化 掉 的 氧 氣 量 4 45n m ol???水3 85n m ol?二 氧 化 碳 ==物料衡算結(jié)果一覽表 2 ? 從上表中可看出，仍然可以得出與表 1相同 的結(jié)論；比較表 1和表 2，可以看出， 雖然計(jì)算基準(zhǔn)不同，但進(jìn)出物料的組成是一致的。 物料 分 子 量 輸入 輸出 mol mol% Kg wt% mol mol% Kg wt% C3H8 44 O2 32 21 N2 26 79 CO2 44 H2O 18 總計(jì) 100 100 100 ? 從計(jì)算結(jié)果知，每產(chǎn)生 氣需加入 100mol空氣 ，所以 產(chǎn)生100mol煙道氣需要加入的空氣量 是： 100 100／ ＝ （ mol） ? 例： 在鼓泡反應(yīng)器中進(jìn)行苯的氯化反應(yīng)生產(chǎn)氯苯，主反應(yīng)為： C6H6＋ Cl2→C 6H5Cl＋ HCl 同時(shí)有副反應(yīng)發(fā)生，生成二氯苯和三氯苯，反應(yīng)如下： C6H6＋ 2Cl2→C 6H4Cl2＋ 2HCl C6H6＋ 3Cl2→C 6H3Cl3＋ 3HCl 已知鼓泡反應(yīng)器的產(chǎn)品中，主、副反應(yīng)產(chǎn)物和未反應(yīng)的苯的重量比為 : 氯苯：二氯苯：三氯苯：苯＝ l:::2，求 (1)苯的轉(zhuǎn)化率； (2)氯苯的收率； (3)反應(yīng)的選擇性； (4)反應(yīng)生成的氯化氫總量； (5)反應(yīng)消耗的氯氣總量。 解：以 100kg產(chǎn)物氯苯為計(jì)算基準(zhǔn)。 ? 苯、氯苯、二氯苯、三氯苯的分子量分別為 78， 147和 。 ? 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。所以 反應(yīng)前后各元素原子的量是守衡的 ，然后依每個(gè)分子結(jié)構(gòu)通過(guò)相應(yīng)元素的量（原子數(shù)的比值）計(jì)算出各個(gè)未知的具體量。 ? 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)。 ? 例 合成氣組成為 %CH %H%CO、 %CO %O2和 %N2（體積百分?jǐn)?shù)）。若用 10%過(guò)量空氣燃燒，設(shè)燃燒氣中不含 CO，試計(jì)算燃燒氣組成。 ? 解法 Ⅰ 用原子衡算法求解 。畫(huà)出示意圖。 ? H： % 1000 4+% 1000 2 = 1072 mol＝ 2C ? C： % 1000+% 1000+% 1000 = 442 mol＝ B ? O： % 1000+% 1000 2+% 1000 2＋ 2= 2B＋ C＋ 2D ? N： % 1000 2＋ 2= 2E ? 對(duì) O2作物料衡算，輸入量 +產(chǎn)生量 =輸出量 +消耗量 +% 1000＝ D+% 1000+解之得： A＝ ， B＝ 442 mol， C=536 mol， D＝ mol， E＝ 1943 mol 基準(zhǔn)： 1000 mol合成氣。其中各原子的量為： %CH %H %CO、%CO %O %N2 物料 分 子 量 輸入 輸出 mol mol% Kg wt% mol mol% Kg wt% H2 2 528 CH4 16 4 CO 28 383 CO2 44 55 442 O2 32 +1 N2 28 29+1914 1943 H2O 18 536 總計(jì) 100 100 例： 丙烷充分燃燒時(shí)要使空氣過(guò)量 25％ ,燃燒反應(yīng)方程式為： C3H8＋ 5O2→CO 2＋ 4H2O 求每 100mol燃燒產(chǎn)物 (煙道氣 )需要加入多少丙烷和空氣。 ? 解：以 l00mol煙道氣作基準(zhǔn)進(jìn)行物料衡算 ? 作 C原子 平衡得： 3B＝ P ? 作 H原子 平衡得： 8B＝ 2Q ? 作 O原子 平衡得： A 2＝ 2P＋ Q＋ 2M ? 作 N平衡得： 2＝ N 2 ? 由 以 l00mol煙道氣作基準(zhǔn) 得： P+Q+M+N＝ 100 ? 作 O2平衡得： A （ ／ ）
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