【正文】 算 例 39 解 :取 1小時為計算基準 （ 1） 由 C平衡可得 : 90000(++)=V2(++) ? V2=128250Nm3/h （ 2） 由 N平衡得 : 90000?+Vair?=128250?? Vair=（ 若采用 Ar平衡 ,則 :=? Vair=,相差） （ 3） 干氣中的 H平衡 : 一段轉化氣中含 H:(VH2)1=90000(+2?)=80100 Nm3/h 二段轉化氣中含 H:(VH2)2=128250(+2?)= Nm3/h 則 :(VH2)2＜ (VH2)1， 說明有 H2被氧化為 H2O 被氧化的 H2為 :(VH2)1?(VH2)2=80100?= Nm3/h 返回 12:04 單元 3化工過程物料衡算 41 任務 3 化學反應過程的物料衡算 三 、 簡 單反應系統(tǒng)的物料衡算 （ 四 ） 利用化學平衡進行衡算 (1)適用條件 ① 正確寫出化學反應方程式 。 ② 已知化學反應的平衡常數(shù) 。 此類計算 ,往往出現(xiàn)非線性方程或方程組 ,需借助計算機編程計算 。 (2)計算舉例 , 例 310在接觸法硫酸生產(chǎn)中 ,SO2 被氧化為 SO3 。 反應式為 :SO2+1/2O2?SO3,氧化過程的溫度為 570℃ ,壓力為 。輸入氣體的組成 (mol%)為 :SO28%、 O29%、 N283%。 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) Kp為 ) 解 :基準為 1mol輸入氣體 ,設 SO2平衡轉化率為 x,則反應前后各組分的量如下表 : 12:04 單元 3化工過程物料衡算 42 任務 3 化學反應過程的物料衡算 三 、 簡 單反應系統(tǒng)的物料衡算 （ 四 ） 利用化學平衡進行衡算 組分 輸入項 輸出項 mol數(shù) mol% mol數(shù) mol% SO2 8 (1?x) (1?x)/(1?) O2 9 ??x (?)/(1?) SO3 / / (1?) N2 83 (1?) 總計 1 100 1? 100 因反應系統(tǒng)處于常壓下，故系統(tǒng)內(nèi)的各氣體可視為理想氣體。由平衡常數(shù)表達式得： 322SOS O O ( 1)ppKpp?將各分壓代入 (1)式得 : 0. 081 0. 04 ( 2)0. 08 ( 1 ) 0. 09 0. 041 0. 04 1 0. 04ppxKxxppxx???????12:04 單元 3化工過程物料衡算 43 任務 3 化學反應過程的物料衡算 三 、 簡單反應系統(tǒng)的物料衡算 （ 四 ） 利用化學平衡進行衡算 例 310 將 Kp=、 p= (2)式整理得： ? x2+ x?=0 采用 Newton迭代法解得： x=。故計算結果為： 0. 081 0. 04 ( 2)0. 08 ( 1 ) 0. 09 0. 041 0. 04 1 0. 04ppxKxxppxx???????組分 輸入項 輸出項 mol數(shù) mol% mol數(shù) mol% SO2 8 (1?)= O2 9 ??= SO3 / / ?= N2 83 總計 1 100 1??= 返回 12:04 單元 3化工過程物料衡算 44 任務 3 化學反應過程的物料衡算 四 、 復雜反應系統(tǒng)的物料衡算 圖 333中 R/W（ 或 R/F、 R/MF） 稱為循環(huán)比 。 其包括了 5個衡算體系 ， 每個衡算體系各物料之間的關系為： 總物料衡算 F=P+W 反應器物料衡算 MF=RP(只能適用于 kg為單位 ) 分離器物料衡算 RP=S+P 結點 A（ 混合器 ） 物料衡算 F+R=MF 結點 B（ 分流器 ） 物料衡算 S=W+R 通常對有循環(huán)過程的物料衡算，若已知總轉化率，可先做總物料衡算；若已知單程轉化率，則可先從反應器衡算做起。 12:04 單元 3化工過程物料衡算 45 任務 3 化學反應過程的物料衡算 四 、 復雜反應過程的物料衡算 例 311 乙烯氧化制環(huán)氧乙烷 ， 其生產(chǎn)流程如圖 310所示 。 已知新鮮原料中乙烯 ∶ 空氣 =1∶ 10， 乙烯單程轉化率為 55%， 吸收塔出口氣體總量的 65%循環(huán)返回反應器 。 計算： ① 總轉化率 、 各流股物料量及排放物料 W組成 。 ② 如果 W的分析數(shù)據(jù)為 :%、 %、 %,循環(huán)比(R/W)為 ,計算新鮮原料中乙烯與空氣的比例和單程轉化率 。 假設此反應系統(tǒng)中只發(fā)生乙烯氧化生成環(huán)氧乙烷的單一主反應 。 12:04 單元 3化工過程物料衡算 46 任務 3 化學反應過程的物料衡算 四、 復雜反應過程的物料衡算 例 311 新鮮原料 C2H4:air=1:10,x單 55%,吸收塔出口氣 65%循環(huán)返回 。 計算 :① 總轉化率 、 各流股物料量及排放物料 W組成 。 解：反應式 C2H4+1/2O2→ C2H4O ① 以 10mol新鮮原料中的 C2H4為計算基準，則加入空氣量為 100mol，其中 O2為 21mol、 N2為 79mol。 設 MF中 C2H4為 xmol， O2為 ymol。 以結點 A為衡算對象，由單程轉化率和循環(huán)比得： 10+x(1?)?65%=x? x= 反應生成的環(huán)氧乙烷的量 : 55% x=?= 應器出口物料 RP中 C2H4剩余量： ?= 總轉化率為： 反應掉的 O2為： ?= 12:04 單元 3化工過程物料衡算 47 四、復雜反應過程的物料衡算 例 311 以結點 A為衡算對象對 O2衡算得： 21+(y?)=y? y= 對 N2作平衡 ， 以整個系統(tǒng)為衡算對象 ， 則： W中的 N2為 79mol 對 N2作平衡 ， 以結點 B為衡算對象 ， 則： S中的 N2為 79/= 各流股中組分含量列表如下： F MF RP S R W P N2 79 79/= ?65%= 79 / O2 21 y= ? ?65%= / C2H4 10 x= ?65%= / C2H4O / / / / / 12:04 單元 3化工過程物料衡算 48 四、 復雜反應過程的物料衡算 例 311 ② W成份為 :%、 %、 %,循環(huán)比 (R/W)為 ,計算新鮮原料中 C2H4與 air的比例和單程轉化率 。 ② 以 100mol排放氣 （ W） 為計算基準 以整個系統(tǒng)為體系 ， 由 N2平衡得： ?nair=F中 O2為： =?= ∵ R、 W、 S、 RP（ 不包括環(huán)氧乙烷 ） 的組成相同 ， 且 R/W=3 ∴ nR=3W=300mol、 nS=4W=400mol、 nRP=4W=400mol（ 不包括環(huán)氧乙烷 ） ∴ RP中的 O2為： 400?=66mol 對 A點進行 O2 衡算 ， 則 MF中 O2 為 F中 O2 與 R中的 O2 之和 ， 即：+300?= 對反應器進行 O2衡算 ， 則反應掉的 O2為： ?66= 反應消耗的 C2H4量： 2?= mol 12:04 單元 3化工過程物料衡算 49 四、 復雜反應過程的物料衡算 例 311 對反應器進行 C2H4衡算： MF中 C2H4量 =RP中的 C2H4量 +反應器中消耗的C2H4量 ∴ MF中 C2H4量： 400?+= 對 A點進行 C2H4衡算 (新鮮 C2H4)： ?300?= mol 物料衡算結果如下： F MF RP S R W P N2 ?4=326 326 326 3?= / O2 4?=66 66 3?= / C2H4 / C2H4O / / / / / 合計 400 300 100 返回