第五章物料衡算課件

15七月20231第五章物料衡算一、化工計(jì)算的分類設(shè)計(jì)型計(jì)算(事前設(shè)計(jì)化工廠)校核型計(jì)算(對(duì)工廠現(xiàn)有的消費(fèi)裝置停止計(jì)算，進(jìn)而抵消費(fèi)狀況停止剖析、整改)1.化工進(jìn)程的分類〔一〕間歇操作一次性投料、出料，濃度隨時(shí)間的變化而變化半延續(xù)操作一次性投料，延續(xù)出料延續(xù)性進(jìn)料，一次性出料一組分一次性投料，其他延續(xù)進(jìn)料，一次性出料延續(xù)操作延續(xù)性進(jìn)料，延續(xù)性出料，濃度不隨時(shí)間的變化而變化，只隨空間位置的變化而變化2.化工進(jìn)程的分類〔二〕穩(wěn)態(tài)操作操作條件不隨時(shí)間的變化而變化，只隨位置的變化而變化〔正常的延續(xù)操作進(jìn)程〕不穩(wěn)態(tài)操作操作條件隨時(shí)間的變化而不時(shí)變化開車、停車、間歇操作，半延續(xù)操作二、物料衡算的基本方程基本依據(jù)質(zhì)量守恒定律〔不包括核反響〕基本方程進(jìn)入的Fi+生成的Dp=流出的Fo+反響的Dr+積聚的W適用范圍一切流程都適用總物料適用某一組分適用詳細(xì)進(jìn)程的物料衡算穩(wěn)態(tài)進(jìn)程W=0無(wú)反響進(jìn)程Dp=Dr=0穩(wěn)態(tài)無(wú)反響進(jìn)程Fi=Fo穩(wěn)態(tài)有反響進(jìn)程Fi+Dp=Fo+Dr三、基本計(jì)算進(jìn)程畫簡(jiǎn)圖標(biāo)參數(shù)定基準(zhǔn)和范圍〔體系〕寫化學(xué)反響方程式列衡算式列圖表四、無(wú)反響進(jìn)程的物料衡算單個(gè)單元的物料衡算n個(gè)組分，可以列n+1個(gè)方程但最多只能求解n個(gè)未知數(shù)M個(gè)單元的物料衡算n個(gè)組分，最多只要m*n個(gè)獨(dú)立方程選擇恰當(dāng)?shù)暮馑泱w系可以簡(jiǎn)化計(jì)算進(jìn)程五、化學(xué)反響進(jìn)程的計(jì)算限制反響物過(guò)量反響物過(guò)量百分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化率x選擇性S收率YY=Sx1.分類完全反響(x=100%)Y=S(直接求解)非完全反響(x≠100%)反響不徹底(直接求解)有反響平衡(迭代求解)2.循環(huán)進(jìn)程的物料衡算單程轉(zhuǎn)化率總轉(zhuǎn)化率惰性組分的積聚及馳放器輸入惰性組分的量=輸入惰性組分的量無(wú)反響進(jìn)程的基本公式穩(wěn)態(tài)無(wú)反響進(jìn)程Fi=Fo例題有一個(gè)蒸餾塔，輸入輸入物料組成見以下圖，塔頂A組分的回收率為98.7%，請(qǐng)對(duì)此塔作物料衡算。蒸餾塔冷凝器F=100kg/hA0.2B0.3C0.5Pkg/hAxByC1-x-yWkg/hA0.005B0.055C0.94物料衡算方程AF*0.2=P*x+W*0.05BF*0.3=P*y+W*0.055CF*0.5=P*(1-x-y)+W*0.94另外的條件P*x=F*0.2*98.7%完全反響進(jìn)程的物料衡算穩(wěn)態(tài)有反響進(jìn)程Fi+Dp=Fo+Dr非完全反響(x≠100%)反響不徹底(直接求解)例題用鄰二甲苯氧化法消費(fèi)鄰苯二甲酸酐(苯酐)，輸入輸入物料組成見以下圖，計(jì)算鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)品的收率及選擇性。反響進(jìn)程鄰二甲苯210kg/h空氣4620Hm3/h氧氣0.21(mol/mol)氮?dú)?.79(mol/mol〕P苯酐0.654%〔mol〕順酐0.066%氧氣16.53%氮?dú)?7.5%寫化學(xué)反響方程式選基準(zhǔn)鄰二甲苯210kg/h鄰二甲苯苯酐順酐分子量10614898物料衡算輸入氧氣量210kg/h鄰二甲苯完全氧化所需的氧氣輸入氮?dú)獾牧糠错懏a(chǎn)物的總量產(chǎn)物中鄰二甲苯209.57×0.0003=0.06287kmol/h=6.664kg/h苯酐209.57×0.0654=1.370kmol/h=202.76kg/h順酐209.57×0.00066=0.1383kmol/h=13.55kg/h收率(mol)苯酐順酐苯酐的選擇性有反響平衡進(jìn)程的物料衡算物料衡算方程為非線性方程〔迭代求解〕例題甲烷與水蒸氣用鎳催化劑停止轉(zhuǎn)化反響消費(fèi)氫氣。轉(zhuǎn)化進(jìn)程的主要反響為甲烷轉(zhuǎn)化反響和一氧化碳變換反響，即：CH4+H2OCO+3H2CO+H2OCO2+H2水蒸汽與甲烷之比為2.5，溫度為760℃，壓力為5大氣壓。假定上述反響到達(dá)平衡．求產(chǎn)物的平衡組成。流程圖反應(yīng)過(guò)程CH41molH2O2.5molH2OWmolCH4

MmolCOxmolCO2

ymolH2

zmol物料平衡方程元素衡算H:2+2.5=W+2M+zC:1=M+x+yO:2.5=W+x+2y反響平衡方程各組分的分壓整理失掉循環(huán)進(jìn)程的物料衡算單程轉(zhuǎn)化率總轉(zhuǎn)化率惰性組分的積聚及馳放器輸入惰性組分的量=輸入惰性組分的量例題丙烷在催化反響器中脫氫生成丙烯，其反響式為：C3H8C3H6+H2丙烷的總轉(zhuǎn)化率為95％。反響生成物經(jīng)分別器分紅產(chǎn)物P和循環(huán)物料R。產(chǎn)物中含有C3H8、C3H6及H2，其中C3H8的量為未反響C3H8的0.555％。循環(huán)物料中含有C3H8和C3H6，其中C3H6量是產(chǎn)物中C3H6量的5％。試計(jì)算產(chǎn)品組成、循環(huán)物料組成和單程轉(zhuǎn)化率。流程圖C3H8100kmol/hMFC3H8N1kmol/hC3H6N2kmol/h反響器分別器RPC3H8Q1kmol/hC3H6Q2kmol/hH2Q3kmol/hC3H8P1kmol/hC3H6P2kmol/hH2P3kmol/hPRC3H8R1kmol/hC3H6R2kmol/h物料衡算進(jìn)程物料衡算P