【正文】 錄 概 述 物料衡算是化工工藝設(shè)計(jì)中最基本的設(shè)計(jì)內(nèi)容，是工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 主副產(chǎn)品的產(chǎn)量 原材料消耗定額 生產(chǎn)過程中的損耗 三廢產(chǎn)生量 物料的浪費(fèi) 生產(chǎn)過程的反常現(xiàn)象 物 料 衡 算 物料衡算的理論依據(jù) “ 質(zhì)量 守衡定律” 在化工過程中，物料平衡是指：進(jìn)入一個(gè)裝置（或設(shè)備）的全部物料的量，必定等于離開這個(gè)裝置（或設(shè)備）的全部物料的量（包括損失量）和系統(tǒng)內(nèi)累積起來的物料的量。 ?畫出與物料衡算有關(guān)的設(shè)備及管線 ?寫明反應(yīng)過程的熱效應(yīng) ?省略次要的副反應(yīng) ?分析未知 ?選擇公式 收集數(shù)據(jù) ? 生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)時(shí)間 （年生產(chǎn)時(shí)數(shù)） 生產(chǎn)規(guī)模在設(shè)計(jì)任務(wù)書中已有，若是中間車間應(yīng)根據(jù)消耗定額來確定生產(chǎn)規(guī)模，要考慮物料在 車間回流 的情況。 列出的數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)式的數(shù)目應(yīng)與 所求未知項(xiàng)的數(shù)目相同，若數(shù)學(xué) 式不夠，用試差法求解。 如一個(gè)反應(yīng)釜，每次投料 800kg，完成一個(gè)操作周期為 4h，則每小時(shí)處理物料 200kg/h作計(jì)算基準(zhǔn)。 特別是原料或產(chǎn)品是單一化合物，或其組成是已知的，選 此作計(jì)算基準(zhǔn)更為方便。 不論是固態(tài)，液態(tài)或氣態(tài)物質(zhì)往往都含有一定的水分，因此就出現(xiàn)干基，濕基的問題。 干濕基準(zhǔn) *選作基準(zhǔn)的物料，必須是已知條件最多，并與其它物料 關(guān)系明確之物。p r cpp?39。 ciic TT ?39。試計(jì)算濾液，濾餅的量（設(shè)過濾有一個(gè)穩(wěn)態(tài)連續(xù)過程） 1. 過濾： 用過濾設(shè)備把液固分開的操作 過濾機(jī) 料漿 濾餅 濾液 F3 kg/h 90%固 10%液 F1=2023kg/h 75%液 25%固 F2 kg/h 1%固 99%液 解：畫出過程示意圖，標(biāo)上已知及要求的量。若每批處理 1000kg原料液。 水蒸汽F2kg 蒸汽 固體 NaCl F3kg 原料液F1=1000kg NaOH 10% NaCl 10% H2O 80% 母液 F4kg NaOH 50% NaCl 2% H2O 48% 解： 計(jì)算基準(zhǔn)： 以每一批的原料液量 三個(gè)未知數(shù)，列三個(gè)方程 總量平衡 F1=F2+F3+F4 F1=1000kg NaOH平衡 = F4=200kg NaCl平衡 =+F3 F3=96 kg F2=704kg 可用 H2O平衡式校核 概述 1 計(jì)算中用的基本量 物理過程的物料衡算 化學(xué)反應(yīng)的物料衡算 2 3 4 目 錄 ?常用計(jì)算方法 ?利用聯(lián)系物做物料衡算 ?復(fù)雜反應(yīng)體系使用產(chǎn)物、副產(chǎn)物各自的收率數(shù)據(jù)作物料衡算 ?帶有物料循環(huán)的流程的物料衡算 ?多步串聯(lián)過程的物料衡算 化學(xué)反應(yīng)的物料衡算 ?由于化學(xué)反應(yīng)的存在，總摩爾平衡式，組分的質(zhì)量， 摩爾平衡式是不成立的。特別是 過量系數(shù)它 是基于限制反應(yīng)物 100%轉(zhuǎn)化下的值 ，而不論真實(shí)反 應(yīng)時(shí)限制反應(yīng)物是否完全反應(yīng)。計(jì)算反應(yīng)后氣體混合物的 mol組成（反應(yīng)物與產(chǎn)物均為氣態(tài)）。 已知：褐煤中含 C為 70%； 煤氣組成為： CO＝ 4%、 H2＝ 18%、 N2＝ 42% （ V%） 反應(yīng)式為 C+H2O→CO+H2 ① 2C+O2→2CO ② 合成氣生產(chǎn) 褐煤， C 70% 空氣 O2 21％ N279％ 煤氣 CO 4% H2 18% N2 42% H2O 解：計(jì)算基準(zhǔn) 1000m3煤氣 （ 1）空氣量計(jì)算： 煤氣中的氮量 V(N2)=1000 =420m3 折算成空氣量為 420/=532m3 532/ 29=（空氣平均分子量取 29） 其中 O2=532 =112m3 112/=5kmol （ 2）水蒸氣量計(jì)算： 從反應(yīng)式可知煤氣中 H2由 H2O來 煤氣中氫 V(H2)=1000 =180m3 即水蒸氣量為 180m3 180/ 18=145kg 180/= （ 3）褐煤量計(jì)算： 由反應(yīng)式①與 kmol H2O反應(yīng)需 C= kmol 由反應(yīng)式②與 5 kmol O2反應(yīng)耗 C=2 5=10 kmol 故消耗碳量為 (+10) 12= kg 褐煤中含 C=70% 需褐煤量為 例 3： 接觸法制 H2SO4，反應(yīng)式 S + O2 → SO2 2SO2 + O2 → 2SO3 SO3 + H2O → H2SO4 S + + H2O → H2SO4 一個(gè)年產(chǎn) 2023噸 %的 H2SO4車間，年操作日為 三百天 試計(jì)算： （ 1）每天生產(chǎn) 100%H2SO4多少噸 ? （ 2）每天需氧多少噸，折合空氣量多少 Nm3? （ 3）吸收 SO3每天需水多少噸 ? （ 4）將 100%H2SO4稀釋為 %H2SO4需水多少噸 ? 解： （ 1） 2023 1000/98=（ 2）由反應(yīng)式知 H2SO4中的氧來自空氣的為 ，則 O2量為 =折合 32/1000=折空氣量為 。 試計(jì)算反應(yīng)器輸出物料的組成。 ( mol RS— S組分的反應(yīng)速率（以單位時(shí)間表示） 則 FS′=FS+RS FS— S組分的輸入流 kmol/s FS ’ — S組分輸出流量 kmol/s 當(dāng)有化學(xué)反應(yīng)時(shí)，以組分建立的質(zhì)量平衡式和mol平衡式已不成立，這時(shí)利用反應(yīng)速率來建立衡算式。 利用化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算式建立方程式以補(bǔ)充不足之方程數(shù)。 反應(yīng)式 ① CH4+H2O→CO ② CH4+CO2→2CO+2H2 ③ CO +H2O→CO2+H2 已知天然氣組成為： CH4 %， N2 % （把其它烴組分都折算為 CH4）（ V%）， CH4的轉(zhuǎn)化率為67%， 在已轉(zhuǎn)化氣體中 CO對 CO2之比率可取氣體離開轉(zhuǎn)化器的溫度 700℃ 下反應(yīng)③呈平衡時(shí)的比率 。 計(jì)算基準(zhǔn)： 取 100m3天然氣為計(jì)算基準(zhǔn) 轉(zhuǎn)化氣的成分可由反應(yīng)式及工藝條件分析得出為：CH H CO、 CO N 水蒸氣 ， 六個(gè)未知數(shù)要列出六個(gè)方程 ， 由于 N2為惰性氣反應(yīng)前后量不變 ， CH4可通過轉(zhuǎn)化率算出 （ 即有兩個(gè)約束條件 ） ， 故只要列出四個(gè)衡算式 。 A C B 節(jié)點(diǎn) A C B 節(jié)點(diǎn) 例：某煉油廠，其原料制備流程及已知數(shù)據(jù)示于下圖，試計(jì)算流經(jīng)脫異戊烷塔不含丁烷的汽油量為多少？ 脫 丁 烷 塔 脫 異 戊 烷 塔 含丁烷汽油 100mol 正 80% 異 20% x mol s mol 100% 異 y mol 100% 正 原料 P mol 90% 正 10% 異 (Ⅱ ) (Ⅰ ) 對結(jié)點(diǎn) (Ⅱ )建立衡算式： 異 C5H12平衡： (100x) = 正 C5H12平衡： (100x) +y= y= 100 = 解得： P= mol x= mol