【正文】 F MF RP S W R P A B 水 C2H4 空氣 環(huán)氧乙烷水溶液 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。（ 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 。 利用結點 A衡算 W量及組成的計算 解：反應式 （ 1） 求總轉化率 ，取新鮮原料中乙烯 10kmol為計算基準，設混合原料 MF中乙烯為 x kmol。 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。產(chǎn)物中環(huán)己烷為 100kmol/h，產(chǎn)物中含 3％的氫。 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,%。循環(huán)物流中惰氣為 ％， NH3為 ％。 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。已知反應器中 CO的單程轉化率 xCO＝ 18％，反應器出口物料在分離器中冷凝出全部甲醇，未反應的原料氣循環(huán)使用，為維持循環(huán)氣中 CH4含量不大于 3％，在分離器后要排放一部分氣體。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。 kmolyynynn2,52,112,225?????n2=n1+n5=100+= 解得： y2,2=%, y2,1=%, y2,3=%, n4=n5+n6=+= 當循環(huán)氣中 CH4含量降為 1％，計算得：np=,n6=20kmol,n5=. kmoln p ? kmoln ? kmoln ?比較： 三、具有旁路過程的物料衡算 在工藝過程中的旁路調(diào)節(jié)物流，出現(xiàn)物流的分支點和匯集點（即結點）。 例 4— 22某工廠用烴類氣體轉化合成氣生產(chǎn)甲醇。轉化氣中含 %（ mol%）， H2 %，不符合要求，為此需將部分轉化氣送至CO變換反應器，變換后氣體含 %， H2 %（ mol%） ，氣體體積減小 2%，用此變換氣去調(diào)節(jié)轉化氣，求轉化氣和變換氣各應多少？ 解： 畫出物料流程示意圖 F在 a點分流， SP與 B在 b點合并，在結點無化學反應及體積變化。 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 。 體系、環(huán)境、邊界的定義，物料衡算的依據(jù)，有幾種物料衡算式，內(nèi)容及使用條件、注意問題。 物料衡算的步驟及注意問題。 計算基準一般有幾種，基準選取中應注意的問 題，怎樣選取一個合適的計算基準。 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。 了解元素衡算法和有平衡反應過程的物料衡算。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。 則新鮮其中 A的量 FA＝ 100 120％ 2／ 5＝ 48mol 對 B列式 molFWWFF BBBBB %90 ?????對 A列式 molWWFFAABA52%90?????????則 R與為的組成為： yA= yB= (2)以節(jié)點為衡算體系 對 B列式 molFMFRMFRFBBBBBB50100%60%90100????????51050 ???BBWRWR（ 3） 4810011011011050???????MFRmolyRRBRB習題 下圖為 NaCO3生產(chǎn)工藝簡圖，反應式為 Na2S＋ CaCO3 → Na2CO3+CaS 反應器 分離 結晶 蒸發(fā) F 1000kg/h Na2S45% H2O55% N 1960kg/h CaCO330% H2O 70% H CaCO330% H2O 70% M CaCO36kg／ h R純 Na2S CaCO3溶液 S CaS20％ H2O80％ W H2O P Na2CO380％ H2O20% NaS通過反應器的轉化率為 90％，進入反應器的 CaCO3較理論需要量過量 50％，計算： （ 1）純 Na2S循環(huán)量（ kg/h)。 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。 解：取 100kg天然氣為計算基準，則： ? ?空氣天然氣相應混合氣量乙烷量甲烷量kmolkmolhkmolhkmolhkmol%830%1510016100%85?????????習題二 乙烯與空氣氧化生產(chǎn)環(huán)氧乙烷，離開反應器的氣體組成如下（干基 mol%）： C2H4 ％； N2 ％； O2 ％； C2H4O ％； CO2 ％。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。（ 1） 87％ HNO3， 8％ H2SO4及 5％ H2O； （ 2） 98％H2SO4及 2％ H2O。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 。經(jīng)蒸發(fā)后，溶液中水分蒸出，并有 NaCl結晶析出，離開蒸發(fā)器的溶液濃度為： 2％ NaCl， 50％NaOH及 48％（ w%)H2O。 解：畫出流程簡圖。 4－ （ C5H12）和己烷（ C6H14)的混合物，進料組成兩組分均為 50％（ w%)。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。 ,須經(jīng)精餾塔將大部分丙烷、丁烷、戊烷除去，以提高汽油的穩(wěn)定性，現(xiàn)需處理的不穩(wěn)定汽油組成如下： 計算：（ 1）若全部 C0 C04在流出液中， C0C0 C08在殘液中， C05的一半在 D中，量一半在W中，求 D、 W的組成及每 100kmol原料能得到的 D和 W的量。 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。 4－ H2和 CO混合氣和空氣燃燒，燃燒后廢氣分析結果如下： ％（ mol%),%，%(為干基）計算：（ 1） H2和 CO混合燃料的組成；（ 2）混合燃料和空氣的比率。求進過程的每摩爾空氣生成氯苯的摩爾數(shù)。 反應吸收系統(tǒng) F 苯、 HCl A 空氣 W ％ O2 ％ 洗滌液 以 N2為聯(lián)系物 79％ A＝ ％ W W= mol 反應耗氧＝輸入氧－輸出氧 ＝ 1 21%－ ％＝ mol 生成氯苯量＝ 2＝ 4－ H2和鉑存在下能裂解為低分子量的飽和烴，某加氫裂解爐的進料