【正文】 求進過程的每摩爾空氣生成氯苯的摩爾數(shù)。 解：畫出物料流程簡圖 精 餾 塔 F D W （ 1）取 100mol原料液為計算基準 D=4+7+10 ＝ 16mol W=10 +18+28+33＝84mol 餾出液組成如下表 殘液組成如下表： （ 2）當穩(wěn)定汽油中 C05含量為 9%(mol時 )，取 100kg原料液為計算基準。計算：（ 1）每 kg進料餾出產(chǎn)物的量和塔底產(chǎn)物的量；（ 2）進冷凝器物料量與原料量之比；（ 3）若進料為 100kmol／ h，計算餾出產(chǎn)物、塔底產(chǎn)物的質(zhì)量流率。 解：畫出流程簡圖。畫出簡圖 混 合 器 100kg HNO3， 26％H2SO4 ， 56％H2O， 18％ HNO3， 30％H2SO4， 58％H2O， 12％ HNO3， 87％ H2SO4， 8％H2O， 5％ 2H2SO4 98％， H2O 2％ x y 總物料 1000+x+y＝ G 對 HNO3: 1000 26％ +87％ x=30%G 對 H2SO4: 1000 56％ +8％ x+98%y=58%G 聯(lián)立上三式求解得 kgGkgykgx???答：需（ 1）酸 ，（ 2）酸 ，得指定 混酸 。反應式為： C2H4+ C2H4O C2H4+3O2 CO2+H2O 求解過程 4－ 3現(xiàn)有 100kg混合酸，組成 26％ HNO3， 56％ H2SO4及 18％ H2O。 求解過程 解：以整個 系統(tǒng)為 衡算對象，取進系統(tǒng)Na2S水溶液量 1000kg/h為基準。反應器出來的產(chǎn)物混合物進分離器分離出產(chǎn)物 C與 D，剩下的未反應的 A與 B，一部分排放，其余循環(huán)返回反應器，流程如下： 反應器 分離器 W， A、 B 產(chǎn)品： C、 D R 原料F A、 B MF 求 （ 1） 循環(huán)氣 R的摩爾組成； （ 2）排放氣 W與循環(huán)氣 R的摩爾比； （ 3）循環(huán)氣 R與進反應器原料 MF的摩爾比。 能熟練地運用直接求算法、利用聯(lián)系物和結點做物料衡算。 物料衡算的步驟及注意問題。 CO2 CO變 換過程 CO2脫除過程 F SF a b SP MP CO % H2 % 2321HM3/h CO： H2=1： H % CO % B 合成氣 轉化氣 1）可否 由 MP求 F 過程有體積變化 MP組成未知，未知數(shù)多方程式少 2）可否由 a點衡算 F、 SF、 B均未知，且組成相同（僅有一個總衡算式 ） 3）由結點 b 衡算 總物料衡算式 SP+B=MP=2321 （ 1） 對 CO列物料衡算式 %B+%SP=2321yCO （ 2） 對 H2列物料衡算式 %B+%SP=2321yH2 （ 3） 利用題給限制條件 yCO： yH=1： （ 4） 聯(lián)立求解得： B=1352HM3/h SP=969 HM3/h SF=989 HM3/h F=2341 HM3/h a和 b兩類結點哪種更有用，匯集點較分流點更有用？ 第五節(jié) 物料衡算的計算機解題 （略） 脫除二氧化碳為 SFSP=20 HM3/h錯 如果未給出物流量，可選用一個 合適的物流 作計算基準，可以減少一個 未知數(shù) ； 多單元過程物料衡算注意下幾點有利于簡化計算： 觀察可否 合并 一些 單元 ，合并某些 物流 或合并某些 變量 減少未知數(shù)，如有時將兩變量的乘積看成一個變量可簡化計算； 單程轉化率 常常不等于 總 體系的 轉化率 ，在衡算時要加以注意； 過程和 排放物料的系統(tǒng)，要注意這里計算的是穩(wěn) 定 連續(xù) 過程，而不是操作變化中的循環(huán)過程，因此總體系和反應器 進出物料 及 循環(huán)氣量 和 組成都 不隨時間而變 ，不發(fā)生積累，在過程中會有混合點、分離器和分割點，應作為計算單位考慮，還要注意新鮮氣和反應器進料的區(qū)別， x單 和 x總 的區(qū)別； 衡算中物流中的 聯(lián)系物 要盡可能加以利用，要從含一個未知量的方程開始解題，以盡量實現(xiàn)順序求解，避免聯(lián)立求解 。 例 4— 22某工廠用烴類氣體轉化合成氣生產(chǎn)甲醇。若要求循環(huán)氣中 CH4含量不大于 1％，則這些值將如何變化？ 解：根據(jù)題意進行 分析并畫 出流程示意圖 （ 1）本過程屬于帶循環(huán)和排放過程的反應系統(tǒng)； （ 2）為簡化計算，忽略生成甲烷反應，將甲烷看為惰性氣體； （ 3）分離器分出全部甲醇，故出口氣不含甲醇； （ 4）分離器出口氣體分為排放氣和循環(huán)氣兩股，相當于一個分割單元，氣體組成應相同； （ 5）循環(huán)氣與原料氣混合處相當于混合單元； （ 6）本例可用組分衡算或元素衡算求解，由于已知 CO轉化率，按組分衡算較為方便； （ 7）全過程有 4個單元 、 7股物流、 4個組分如流程示意圖 ,下標 3和 4分別為氫、 CO、 CH4和甲醇。 習題 由 N2和 H2 合成氨時，原料氣中總有一定量惰性氣體如氬和甲烷等，為防止惰氣積累，需設置放空裝置。 反應器 冷凝器 純苯 A B F4 環(huán)己烷100kmol/h H23% F3 H280％，苯 20％ F1 F2 R循環(huán) H2 新鮮 H2 解：取產(chǎn)物物流中環(huán)己烷為 100kmol／ h作計算基準 取整個過程 為衡算 體系，對苯列衡算式 F1－ 95％ F1＝ F4x4,苯 因過程中無副反應，反應的苯與生成的環(huán)己烷摩爾數(shù)相等 h/%95100F 1 ??F4中苯＝ （ 195％）＝ x4環(huán)己烷 ＝（ 100／ ） 97％＝ ％ X4，苯 ＝（ ／ ） 97％＝ ％ X4， H2＝ 3％ （ 2）苯和氫的進料速率 苯 進料速率 F1＝ F1 95％ +F4 ％＝ 氫進料速率 F2＝ 3F1 95％ +F4 3％＝ F4＝ 100／ ％＝ （ 3） H2的循環(huán)速率 R 以 節(jié)點 B作為 衡算對象 F2+R=F3 80％ h/%20%FF%80R 23??????假定 原料氣的組成 （ mol%)為： N2,%。 R組成與 W相同，其量為： %%10010 ???總xkmolR %35 % ???依次可求出 P、 S和 RP的量和組成（略） （ 2）知 W組成和循環(huán)比，求新鮮氣組成和轉化率 取 W為 100kmol作為計算基準，以全過程為衡算體系。（ 2）如 W的分析數(shù)據(jù)為： N2 %， O2 %，C2H4 %，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 。 二、有循環(huán)和排放過程的物料衡算 防止雜質(zhì)、副產(chǎn)物積累，排雜質(zhì)出系統(tǒng)的兩種方法： （ 1）雜質(zhì)、副產(chǎn)物與主產(chǎn)物一塊出系統(tǒng) （ 2）雜質(zhì)、副產(chǎn)物被排放物料帶出（常用） 排放物料 ——為去掉積累的惰性物質(zhì)或循環(huán)物料中產(chǎn)生的其它不需要的成分而放掉的 部分物 料 。 一般對于僅有一個或兩個循環(huán)物流的簡單情況，只要計算基準及體系邊界選取得當，可簡化計算。 FAMFA NxNx.. 總單 ?此關系在物料衡算中可利用之 。所以 ， 空氣過量百分數(shù)由計算 At得出的數(shù)值更可靠 。 （ 2） 校核結果有較大誤差 ， 主要是物料組成的分析誤差所致 。 計算 基準 F=100kmol干煙道氣為基準 。 解： 分析題意并畫出過程示意圖 燃燒過程 原料 G %12%88??HCWW%83%%222???NOCOyyy 水汽Wkmol 空氣Akmol 干 煙道 氣 F (2) 實驗結果為完全燃燒 ， 故煙道氣中必含水蒸 汽 ， 其完全由燃料轉化而來；已知煙道氣干基組成 ， 將水蒸氣和煙道氣分成兩股物流計算 更方便 。 例 4— 15 P92 思考題：為什么選取 N2作聯(lián)系物 ？ 例 4— 16 P93~94 思考題： 為什么選取 100mol煙道氣作計算基準 ？ 為什么選取 N2作聯(lián)系物 ？ 例題 .乙烷與空氣在爐子里完全燃燒，反應式 C2H6 + O2 ? 2CO2 + 3H2O 經(jīng)分析知煙道氣的干基組成（ mol%）為： N2，85%； CO2， %； O2， % 。未經(jīng)變化，反應不行，固定的量，有損失不可。 （ 4）對 多單元 系統(tǒng)，逐個 單元 進行元素衡算反 而煩瑣，常采用 組分衡算 ，但對 總系統(tǒng) 使用 元素衡算 可以不考慮系統(tǒng)內(nèi)部組分的種種變 化，卻有方便之處。Cl2+1000 所以 n180。1， C6H5Cl +2x180。HCl=2760mol/h ? Cl 衡算 2 nCl2=n180。1， C6H4Cl2+3x180。HCl+n180。1， C6H4Cl2+6x180。1 xC6H6= xC6H5Cl= xC6H4Cl2= xC6H3Cl3= xC6H2Cl4= 氯化反應器 ? C衡算 6nC6H6=n180。 解：過程示意圖及物流標注如圖 取單位時間為計算基準 系統(tǒng)有 C、 H、 Cl三 個元素 ， 可列三個元素衡算式 nC6H6=1000mol/h nCl2=3600mol/h 氣相 n180?？傎|(zhì)量衡算在反應前后雖可保持守恒，但不同組分的質(zhì)量在反應前后又是變化的。N2 =128+16+216+8+596+3085=4049kmol 衡算式：輸入的－反應掉的 +生成的＝輸出的 由上數(shù)據(jù)求濕基廢氣組成 ? CO2 ％， CO ％， H2O ％， ? O2 ％， N2 ％， C2H6 ％。CO+n180。N2=3085kmol 廢氣中 O2的量 n180。CO2=802=128kmol 廢氣中 CO的量 n180。H2O n180。 解：據(jù)題意，送入的氧應為 C2H6完全燃燒所需氧量的 3倍，畫出過程示意圖 取 80kmol進料乙烷為計算基準 過程中發(fā)生的化學反應為： 燃燒系統(tǒng) nC2H6=80kmol nO2=20kmol n空氣 ,O2,N2 廢氣 n180。 x4,4 ＝ %， 此題還有無更簡 便的方 法？ 例 4— 8（ P85） 思考題 ： 為何取鄰二甲苯投料量作計算基準 ， 可否取一 定量產(chǎn)物混合物作基準 ？ O2的理論量是按投入的鄰二甲苯量還是按反應的鄰二甲苯量計算的 ？ 為什么可由投料中 N2的量及產(chǎn)物氣中 N2 的量來求算產(chǎn)物的量 ？ 注意在苯酐、順酐的收率及選擇性的求取中各數(shù)據(jù)的意義。 %100%1001?????ADDNdaNY該原料的通入量料的量生成目的產(chǎn)物所耗某原%100?? 通入的某原料的質(zhì)量 目的產(chǎn)物的質(zhì)量WY 質(zhì)量收率： 例題 苯與丙烯反應生產(chǎn)異丙苯，丙烯轉化率為 84％，溫度為 523K、壓力 、苯與丙烯的摩爾比為 5。 反應： aA+bB cC +dD %100121 ???AAAA NNNX反應體系 NA1 NA2 對 B的 x怎樣求之？ 注意： 1） 要注明是指 那種 反應物的轉化率 ； 2） 反應掉的量 應包括主副反應消耗的原料 之和 ； 3） 若未指明是那種反應物的轉化率 ， 則常指限制反應物的轉化率 。 過量反應物 —— 反應物的量 超過 限制反應物 完全反應 所需的理論量 的 ， 該反應物叫過量反應物 。 要注意： 最多可能 當有的體系組分數(shù) C時，數(shù)目減少； 當未對每個設備列物料衡算式時，數(shù)目減少 例 4—7（ P82~83） 通過例題進一步分析為什么獨立物料衡算式數(shù)目 ≠各個體系獨立物料衡算式數(shù)目之和 衡算體系選定原則：未知量盡量少。做到 由簡到繁 ， 由易到難 。求每千克輸入物料可得到塔頂餾出物 P 的量及組成。 （ 2） 首先