【正文】 器 新鮮原料 F MF RP 產(chǎn)品 P 循環(huán) 物料 R 以反應(yīng)器為體系 得單程 轉(zhuǎn)化率 x單 ， %100??? MFARPAMFANNNx單以整個過程為體系得總轉(zhuǎn)化率 x總 ， %100??? FASAFANNNx總當(dāng)體系中僅有一個反應(yīng)器 ， 則系統(tǒng)內(nèi)反應(yīng)掉的A的量與反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)掉的 A的量相同 。 4—10有平衡反應(yīng)過程的物料衡算 ? 有平衡反應(yīng)過程的物料衡算，除了需建立物料或元素衡算式外，常常還需要利用反應(yīng)平衡關(guān)系來計算產(chǎn)物的平衡組成。 因此 ， 采用H衡算得水汽量要比由 O2衡算的結(jié)果更可靠 （ O2衡算時還涉及兩個大數(shù)相減 ， 會進一步增加誤差 ） 。 因此 ， 利用聯(lián)系組分衡算 ， 從組成求物流量時 ， 組成分析數(shù)據(jù)必須力求準(zhǔn)確 。 計算空氣過量百分數(shù) 先計算理論空氣量 At 本例中空氣過量百分數(shù)也可由干基煙道氣實測O2%計算 %%100%%%%100222??????????的量剩余的量進入的量剩余OOO?%%100%1001????????????????????tttAAAkmolA?空氣過量百分數(shù)計算結(jié)果分析 （ 1） 利用聯(lián)系物?？闪⒓辞蟮媚承┪锪髁炕蚪M成 ，從而簡化計算 。 （ 可否取可取100kg燃料或 100kmol 空氣為基準(zhǔn) ） 查得 C和 H千摩爾質(zhì)量分別為 。 （ 1）各物 流量均未知 ，但組成分析已知。 (3) N2是由空氣帶入的不變組分 ， 可作為聯(lián)系組分 。 燃料分析含 C 88%， H 12%（ 質(zhì)量百分數(shù) ） ， 由于缺少流量測量裝置 ， 只知煙道氣分析結(jié)果為： CO2 %； %； N283%（ 干基體積百分數(shù) ） 。 試求進料中空氣與乙烷的摩爾比。 此時將引入大的計算誤差 。 某個 元素 或某個不變的 基團 也可作聯(lián)系組分。 寫出形式簡單，只包括兩個物料的物料平衡 式： PTFT PxFx ?或 FTPTxxPF ?上式中參數(shù)適用單位 ？ 選擇 聯(lián)系物 ，先分析：什么組分以 固定的量和形態(tài)未經(jīng)變化的由 一個物料 到 另一個物料 中去。靈活地將元素衡算和組 分衡算結(jié)合起來，?？珊喕嬎? （ 5） 燃料 燃燒 過程中 ， 若給出燃料的元素分析和產(chǎn)物的組成分析 ， 使用 元素 衡算較宜 。 （ 3） 若只知進出物料的 組成或量 ， 而發(fā)生的 具體 反應(yīng)不知 ， 這時用元素衡算方便 ， 該法僅與組 分有關(guān) ， 與具體反應(yīng)無關(guān) 。Cl2=360013801380=840mol/h 例 4— 12（ P89） 思考題 ： 該題目有何特點，為什么用元素衡算方便？ 可否對 C元素作衡算求解該問題？ 例 4— 13（ P89~90） 思考題 ： 為什么選取一定量的干產(chǎn)物氣作計算基準(zhǔn)？ 利用元素衡算和利用組分衡算方法選擇的原則： （ 1） 組分 衡算式的各項與 反應(yīng)進度 有關(guān) ， 若 已知 獨立反應(yīng)的反應(yīng)進度或轉(zhuǎn)化率等 進程變量 , 使用組分衡算比較方便 。1， C6H2Cl4) 7200=2760+2n180。1， C6H4Cl2+3x180。1(x180。HCl+2n180。HCl+3240 所以 n180。1 ， C6H3Cl3+2x180。1， C6H5Cl +4x180。1(6x180。1=nC6H6=1000mol/h H衡算 6nC6H6=n180。1， C6H3Cl3+6x180。1， C6H5Cl +6x180。1(6x180。HCl, 液相n180。 n180。求液相產(chǎn)物與氣相產(chǎn)物的排出量，mol/h。進行 元素衡算 時，由于 元素 在反應(yīng)過程中具有 不變性，用元素的摩爾數(shù)或質(zhì)量進行衡算都能保持守恒關(guān)系，且計算形式比較簡單，校核較方便，尤其對 反應(yīng)過程比較復(fù)雜 ，組分間計量關(guān)系難以確定的情況，多用此法。 （ 3）在產(chǎn)物中有 O2和 C2H6(未轉(zhuǎn)化的 )存在，這是空氣過量分數(shù)過大的結(jié)果 例 4— 10（ P87~88） 思考題： 為什么選取 1kmol對硝基氯苯作基準(zhǔn) ？ 例 4— 11（ P88） 思考題： 為什么選取一定量的原料氣作計算基準(zhǔn)？ 二、元素衡算 ? 反應(yīng)過程物料衡算，如知化學(xué)計量式，使用物流中各個組分衡算比較方便，但反應(yīng)前后的摩爾衡算和總摩爾衡算一般不滿足守恒關(guān)系。 分析： （ 1）由于輸出方的組分摩爾分數(shù)均未知，使用組分摩爾數(shù)作為未知變量計算要比使用組分摩爾分數(shù)更為簡便。O2+n180。H2O+n180。CO2+n180。O2=840－ 80 － 80=596kmol 廢氣 n180。C2H6=80=8kmol 廢氣中 N2的量 n180。CO=802=16kmol 廢氣中 H2O的量 n180。N2 OHCOOHCOHCOOHC22622226232253227??????C2H6的理論需氧量 nt=80=280kmol 實際用氧量＝ 3280＝ 840kmol 應(yīng)由空氣供入的氧量＝ 840－ 20＝ 820kmol 由空氣帶入的氮量＝ 82079／ 21＝ 3085kmol 廢氣中 CO2的量 n180。C2H6 n180。CO n180。 n180。 例題 乙烷與氧氣混合得到含 80％乙烷和 20％氧的混合物，然后再在 200％的空氣過量分數(shù)下燃燒，結(jié)果有 80％的乙烷變?yōu)?CO2， 10％變?yōu)?CO，10％未燃燒，計算廢氣組成（以濕基表示）。 例 4－ 9 自己看。 過程中化學(xué)反應(yīng)式 73566366 HCHCHCHC ??對丙烯列衡算式： F1－反應(yīng)的丙烯＝ F3 衡算式：輸入的－反應(yīng)掉的 +生成的＝輸出的 F3=F1(1－ 84％）＝ 20 ＝ 對苯列衡算式： F2x2,2－反應(yīng)的苯＝ F4x4,2 F4x4,2=F2x2,2－ 84％ F1＝ 100 95％－ 84％ 20 ＝ 對異丙苯列衡算式： F2x2,4+生成的異丙苯＝ F4x4,4 對甲苯列衡算式： F4x4,3＝ F2x2,2＝ 100 5％ ＝ 5kmol/h F4x4,4 ＝ F2x2,4+ 84％ F1＝ 0+＝ 濃度限制關(guān)系 ++=1 前已求得： F4x4,2＝ , F4＝ ++5kmol/h＝ 100kmol/h F4x4,4 ＝ , F4x4,3＝ 5kmol/h x4,2＝ % , x4,3＝ 5% 。原料苯中含有 5％的甲苯，假定不考慮甲苯的反應(yīng)，計算產(chǎn)物的組成。 若有反應(yīng) ： aA → dD %10021?????AADNNdaNS該原料的反應(yīng)量量生成目的產(chǎn)物所耗原料反應(yīng)完全程度 = 限制反應(yīng)物的反應(yīng)量 限制反應(yīng)物的輸入量 收率 Y —— 生成目的產(chǎn)物所消耗的某原料量占該原料通入量的百分數(shù) 。 限制反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率也叫反應(yīng)完全程度。 轉(zhuǎn)化率 x %100??tteNNN 過量百分數(shù) = （ 4—5） —— 某反應(yīng)物 反應(yīng)掉 的量占其 輸入量 的百分數(shù) 。 注意： （ 1）按 化學(xué)計量數(shù)最小 而非絕對量最?。? （ 2） 當(dāng)體系有幾個反應(yīng)時 ， 按主反應(yīng)計量關(guān)系考慮； （ 3） 計算過量反應(yīng)物的 理論量 時 ， 限制反應(yīng)物必須 完全反應(yīng) （ 無論實際情況如何 ， 按轉(zhuǎn)化率 100%計 。 可否列出所有方程然后求解之，相比前面做法各有何利弊？ 第四節(jié) 有化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算 4—8 反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、選擇性及收率 當(dāng)配比不等于化學(xué)計量比時引入以下概念： 限制反應(yīng)物 —— 化學(xué)反應(yīng)原料不按化學(xué)計量比配料時，以 最小化學(xué)計量數(shù) 存在的反應(yīng)物。 一連續(xù)穩(wěn)定的精餾系統(tǒng)如圖所示 ,每個物流含有兩個組分 A和 B,.試計算 F3 、 F5 、 F7的流率和組成。 可劃分為三個體系 ， 進出物流均含 3個組分 ， 則每個體系可寫出 3+1個衡算方程 ， 其中 3個是獨立的 ， 3個體系方程式的數(shù)目為 3 3個 ， 但其中獨立的方程式為 3 2個 。 G 設(shè)備 1 設(shè)備 2 F xf1xf2xf3 P xp1xp2xp3 xg1xg2xg3 Q xq1xq2xq3 W xw1 xw2 xw3 （ 1）對多個設(shè)備過程， 并非 每個體系寫出的所 有方程式 都是獨立的 ； （ 2） 對各個體系獨立物料衡算式數(shù)目之和 對總過程獨立的物料衡算式數(shù)目 。 如圖 在體系畫定中應(yīng)注意要想法利用 已知條件 ， 盡量減少所定體系的 未知 數(shù)的數(shù)目 。 蒸餾塔 冷凝器 進料 100kg/h W kg/h P kg/h A ？B？C？ 解：畫出物料流程簡圖（題目已給出，怎樣劃定體系） 取 100kg/h進料為計算基準(zhǔn)（為什么） 列方程： 總物料衡算式： 100= P + W 對組分 A列式： 100 = P xpA+ W 對組分 B列式： 100 = P xpB+ W 對組分 A限制式： P xpA=% 100 歸一方程： xpA + xpB+ xpC=1 解方程組得所求結(jié)果。輸入物料 A組分的 %自塔頂蒸出。 （ 3） 若進出體系的物料流股很 多 ， 則將流股編號 ， 列表表示已知量和組成 。 如未知數(shù)的數(shù)目大于組分數(shù)目 ， 需找另外關(guān)系列方程 ， 否則無法求解 。 解：畫出流程示意圖，劃定衡算體系。計算： （ 1）每小時蒸發(fā)出的水量（ kg/h)。 而進料中氧也全 部轉(zhuǎn)入 F中 ， 是否存在 F中氧等于 。 z=。 列物料衡算式 總物料衡算式 x+y+z=100 H2SO4的衡算式 +=100??=60 HNO3的衡算式 +==27 解方程得： x=。 混合器 200kmol xA,C6= xA,C8= 100kmol xB,C6= xB,C8= F3 x3,C6=? x3,C8=? 以混合器為衡算體系，對總物料列式 min/kmol300100200F 3 ???對 C6組分列式 666 C,33C,BC,AxFx100x200 ?? 6C,3????? 68 C,3C,3 ????? 例 4— 2 （ P 78）一種廢酸，組成為 23％ (w%) HNO3， 57％ H2SO4和 20％ H2O，加入 93％的 H2SO4及 90％的 HNO3，要求混合成 27％ HNO3， 60％H2SO4的混合酸，計算所需廢酸及加入濃酸的量。 分幾種情況討論： （ 一 ） 、 混合 例題 在石油分餾中，直餾得重石腦油 A與催裂化得的重石腦油 B混合后作為催化重整的原料，已知進混合器的 A的量為 200kmol/min,組成為 C6為 60％， C8為 40％， B的量為 100kmol/min,組成為 C6為 50％， C8為 50％（均為 mol%)。 第三節(jié) 無化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算qingyuan 對如下圖過程： 物理過程 F P W xfi xwi xpi 對總物料列式： F = P + W F xfi = P xpi+ W xwi 對組分 i列式： 當(dāng)體系中有 n個組分 時，總共可列出 n+1個方程式 但注意 至多有 n個 獨立的方程式 ， 由物料衡算式最多可求解 n個未知數(shù) 。 但對于較簡單的物料衡算問題 ， 有的步驟可 省略 。 要求 所列獨立方程式的數(shù)目 =未知數(shù)的數(shù)目 2）采用適當(dāng)方法求解方程 將計算結(jié)果列成輸入 —輸出物料表 由計算結(jié)果查核計算正確性，必要時說明誤差范圍。 列出物料衡算式，然后求解 1）列物料衡算式 無化學(xué)反應(yīng)體系 ， 按： （ 4— 1） 、 （ 4— 3） （ 連續(xù)穩(wěn)定過程 ） 式 。 寫出化學(xué)反應(yīng)方程式 包括 所有 主副反應(yīng) ， 且為配平后的 ， 將各反應(yīng)的選擇性 、 收率注明 。 流股多時要將其編號 。 獲取數(shù)據(jù)的途徑 手冊或?qū)I(yè)書籍查取 實驗、中試或生產(chǎn)裝置測定 估算 注意所得數(shù)據(jù)的單位