【正文】 苯 1000 ＝ ＋ ＋ S5 (8) 甲苯 1000 ＝ ＋ ＋ S5 (9) 35/106 167。 無反應(yīng)過程的物料衡算 解 : 由 (7)、 (8)、 (9)三式解得 S2＝ 520 mol/h S4＝ 150 mol/h S5＝ 330 mol/h 再任選一組體系 A或 B的衡算方程，可解得： S3＝ 480 mol/h x3B ＝ x3T ＝ x3x ＝ 36/106 167。 有反應(yīng)過程的物料衡算 有化學(xué)反應(yīng)的過程，物料中的組分比較復(fù)雜 ，物料衡算比無化學(xué)反應(yīng)過程的計算復(fù)雜， 化學(xué)反應(yīng)過程物料衡算的方法有： 1. 直接計算法 2. 利用反應(yīng)速率進行物料衡算 3. 元素平衡 4. 以化學(xué)平衡進行衡算 5. 以結(jié)點進行衡算 6. 利用聯(lián)系組分進行衡算 37/106 167。 有反應(yīng)過程的物料衡算 反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、選擇性及收率等概念 ％過量％＝ 100??tteNNN 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 ， 其中以最小化學(xué)計量數(shù)存在的反應(yīng)物稱為限制反應(yīng)物 。 過量百分?jǐn)?shù)：過量反應(yīng)物超過限制反應(yīng)物所需理論量的部分占所需理論量的百分?jǐn)?shù) 。 物料衡算舉例 167。若以NA NA2分別表示反應(yīng)物 A輸入及輸出體系的摩爾數(shù)，則反應(yīng)物 A的轉(zhuǎn)化率 一個化學(xué)反應(yīng)，由不同反應(yīng)物可計算得到不同的轉(zhuǎn)化率。若沒有指明時，則往往是指 限制反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率 。 物料衡算舉例 167。 若反應(yīng)物為 A， 生成的目的產(chǎn)物為 D， ND表示生成的目的產(chǎn)物 D的摩爾數(shù) ， a、 d分別為反應(yīng)物 A與目的產(chǎn)物 D的化學(xué)計量系數(shù) ， 則選擇性為 %10021????AADNNdaNS式中 NA1－ NA2為反應(yīng)物 A反應(yīng)掉的摩爾數(shù) 。 40/106 167。 有反應(yīng)過程的物料衡算 反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、選擇性及收率等概念 收率（以 Y表示）：目的產(chǎn)物的量除以反應(yīng)物（通常指限制反應(yīng)物）輸入量，以百分?jǐn)?shù)表示。若以摩爾數(shù)計算，考慮化學(xué)計量系數(shù)，則目的產(chǎn)物 D的收率為 %1001???ADD NdaNY轉(zhuǎn)化率、選擇性與收率三者之間的關(guān)系為 Y = S 物料衡算舉例 167。 粗乙苯與混酸質(zhì)量比1:。 配制混酸所用的原料： H2SO4 93%， HNO3 96% 及 H2O， 年工作日 300天 ， 假設(shè)轉(zhuǎn)化率為 100%， 間歇生產(chǎn) 。 配酸 硝化 分離 H2SO4, 93% HNO3, 96% H2O 乙苯 ,95% 廢酸 硝化物 42/106 167。 有反應(yīng)過程的物料衡算 解： （ 2）原料乙苯量 基準(zhǔn)：間歇生產(chǎn)，以每天生產(chǎn)的 kg數(shù)為基準(zhǔn) C2H5 ＋ HNO3 H2SO4, H2O C2H5 C2H5 C2H5 ＋ H2O NO2 NO2 NO2 G1 G2 G3 G4 G5 M: 63 43/106 167。 有反應(yīng)過程的物料衡算 解： （ 2）原料乙苯量 對 硝基乙苯： G3＝ 300 1000/300 ＝ 1000kg 乙苯量： G1＝ 1000 ( ) ＝ 原料乙苯量： ＝ 雜質(zhì)量： ＝ 74 kg 44/106 167。 有反應(yīng)過程的物料衡算 解： （ 3）配酸量及水量 混酸量： ＝ kg 純 HNO3量： ＝ kg 96% HNO3量： / ＝ kg 純 H2SO4量： ＝ kg 93% H2SO4量： / ＝ kg 加水量： ＝ kg 45/106 167。 有反應(yīng)過程的物料衡算 解： （ 4）硝化 已知轉(zhuǎn)化率為 100%， G3： G4： G5 ＝ ： ： 硝化物產(chǎn)量： ＝ kg 其中硝基乙苯： 對位： ＝ kg 鄰位： ＝ kg 間位： ＝ kg 46/106 167。 有反應(yīng)過程的物料衡算 解： （ 5）廢酸量 HNO3消耗量： 63/ ＝ kg 水生成量： ＝ kg 廢酸中 HNO3量： ＝ kg H2SO4量： kg H2O量： ＋ ＝ kg 廢酸總量： ＋ 1536 ＋ ＝ kg 廢酸組成： HNO3 %， H2SO4 %， H2O % 47/106 167。 有反應(yīng)過程的物料衡算 解： 物料衡算表 輸入 輸出 組分 質(zhì)量， kg/d 組分 質(zhì)量， kg/d HNO3 HNO3 H2SO4 1536 H2SO4 1536 H2O H2O C6H5C2H5 C6H5C2H5 對 硝基乙苯 鄰 硝基乙苯 間 硝基乙苯 1000 880 120 雜質(zhì) 74 雜質(zhì) 74 合計 合計 48/106 167。 有反應(yīng)過程的物料衡算 [例 33] 工業(yè)上，合成氨原料氣中的 CO通過變換反應(yīng)器而除去，如圖所示。原料氣是由發(fā)生爐煤氣（ 78%N2， 20%CO， 2%CO2）和水煤氣（ 50%H2， 50%CO）混合而成的半水煤氣。 49/106 167。 有反應(yīng)過程的物料衡算 解： 基準(zhǔn)：物流 1為 100mol/h；正反應(yīng)的速率為 r（ mol/h） （ 1）過程先由總單元過程摩爾衡算式進行計算，總衡算式為： N2平衡： F5,N2 ＝ 100 ＝ 78 mol/h CO平衡： F5,CO＝ 100 ＋ － r H2O平衡： F5,H2O ＝ F3－ r CO2平衡： F5,CO2 ＝ 100 ＋ r H2平衡： F5,H2 ＝ ＋ r 50/106 167。 有反應(yīng)過程的物料衡算 解： 已知 H2與 N2之比為 3： 1 F5,H2 ＝ 3F5,N2 ＝ 3 78 ＝ 234 mol/h 原料氣（干基）與水蒸氣之比 1： 2 F3 ＝ 2（ F1＋ F2 ） 將 H2和 CO平衡式相加，消去 r，得： F2 ＝ 234 － 20 ＝ 214 mol/h 將 F2值代入 CO平衡式中，得： r總 ＝ 20 ＋ 107＝ 127 mol/h F3 ＝ 2 （ 100+214）＝ 628 mol/h 最后，由 CO2和 H2O平衡式得： F5,CO2 ＝ 100＋ 127 ＝ 129 mol/h F5,H2O ＝ 628127 ＝ 501 mol/h 51/106 167。 有反應(yīng)過程的物料衡算 解： （ 2）計算反應(yīng)器 1的反應(yīng)速率，然后計算物流 4的組成，： r 1＝ Fi, 輸入 xi 式中 xi為 i物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率。 物料衡算舉例 167。 如果存在聯(lián)系組分 ， 則可以利用聯(lián)系組分計算 。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 （ 2） 代數(shù)解法 在循環(huán)存在時 ， 列出物料平衡方程式 ， 并求解 。 56/106 167。 帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算 [例 34] K2CrO4從水溶液重結(jié)晶處理工藝是將每小時 4500mol含 %(mol)的 K2CrO4新鮮溶液和另一股含 % (mol)K2CrO4的循環(huán)液合并加入至一臺蒸發(fā)器中 ， 蒸發(fā)溫度為 120℃ ， 用 。 然后過濾 ， 獲得含 K2CrO4結(jié)晶的濾餅和 %(mol)K2CrO4的濾液 (這部分濾液即為循環(huán)液 )， 濾餅中的K2CrO4占濾餅總物質(zhì)的量的 95%。 試計算： （ 1） 蒸發(fā)器中蒸發(fā)出水的量 （ 2） K2CrO4結(jié)晶的產(chǎn)率 （ 3） 循環(huán)液 (mol)/新鮮液 (mol)的比率 （ 4） 蒸發(fā)器和結(jié)晶器的投料比 (mol) 57/106 167。 帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算 解： （ 1）先畫出流程框圖，并將流股編號 蒸發(fā)過程 蒸發(fā)過程 F1 F2 F3 F4 F5 F6 系統(tǒng) 1 系統(tǒng) 2 系統(tǒng) 3 F1 — 進入蒸發(fā)器的新鮮物料量（ mol/h） F2 — 進入蒸發(fā)器的循環(huán)物料量即濾液量（ mol/h） F3 — 新鮮液和循環(huán)液混合后的物料量（ mol/h） F4 — 進入蒸發(fā)器的新鮮物料量（ mol/h） F5 — 出蒸發(fā)器的物料量（ mol/h） F6 — 蒸發(fā)器蒸發(fā)出的水量（ mol/h） PC — 結(jié)晶過濾后濾餅中 K2CrO4的物質(zhì)量（ mol/h） PS — 進入蒸發(fā)器的新鮮物料量（ mol/h） x3 — 新鮮液和循環(huán)液混合后的 K2CrO4組成（ mol/h） 58/106 167。 帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算 解：（ 2）基準(zhǔn)： 4500mol/h新鮮原料 濾餅中溶液和結(jié)晶固體之間存在如下關(guān)系： Ps＝ （ Ps＋ Pc） Ps＝ Pc （ 1） 對系統(tǒng) 1中的平衡： F1 ＝ Pc＋ （ 2） （ 1）、（ 2）聯(lián)立得： Pc ＝ 1472 mol K2CrO4 /h Ps ＝ mol溶液 /h 59/106 167。 帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算 解： 對系統(tǒng) 1中 H2O物料平衡： F1（ 1－ ）＝ F6＋ F5 （ ） 4500 ＝ F6＋ （ Pc＋ Ps） 3000 ＝ F6＋ ＝ F6＋ F6 ＝ mol/h 系統(tǒng) 2（結(jié)晶過濾）的總物料平衡： F4 ＝ F2＋ Pc＋ Ps F4 ＝ F2＋ 結(jié)晶器中水平衡： F4 (1 － )＝ (F2＋ ) (1 － ) F2 ＝ mol/h F4 ＝ 7184 mol/h 60/106 167。 帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算 解： 循環(huán)液 /新鮮料液： ＝ 最后，對系統(tǒng) 3或蒸發(fā)器進行物料衡算求 F3： F3 ＝ F2＋ F2 ＝ 4500 ＋ ＝ mol/h 由蒸發(fā)器的物料平衡可校核 F3 ： 設(shè)計的蒸發(fā)器與結(jié)晶槽的投料比為： F3 /F4 ＝ ＝ 61/106 167。 能量衡算 在化工生產(chǎn)中 ， 能量的消耗是一項重要的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo) ， 它是衡量工藝過程 、設(shè)備設(shè)計 、 操作制度是否先進合理的主要指標(biāo)之一 。 能量衡算的基礎(chǔ)