化工計(jì)算物料衡算

1、化工計(jì)算物料衡算第1頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二一、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)有的生產(chǎn)裝置進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行分析、整改)第2頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二1. 化工過(guò)程的分類（一）間歇操作一次性投料、出料，濃度隨時(shí)間的變化而變化半連續(xù)操作一次性投料，連續(xù)出料連續(xù)性進(jìn)料，一次性出料一組分一次性投料，其他連續(xù)進(jìn)料，一次性出料連續(xù)操作連續(xù)性進(jìn)料，連續(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第3頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二2. 化工過(guò)程的分類（二）穩(wěn)態(tài)操作操

2、作條件不隨時(shí)間的變化而變化，只隨位置的變化而變化（正常的連續(xù)操作過(guò)程）不穩(wěn)態(tài)操作操作條件隨時(shí)間的變化而不斷變化開車、停車、間歇操作，半連續(xù)操作第4頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二二、物料衡算的基本方程基本依據(jù)質(zhì)量守恒定律（不包括核反應(yīng)）基本方程進(jìn)入的Fi+生成的Dp=流出的Fo+反應(yīng)的Dr+積累的W適用范圍所有流程都適用總物料適用某一組分適用第5頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二具體過(guò)程的物料衡算穩(wěn)態(tài)過(guò)程 W=0無(wú)反應(yīng)過(guò)程 Dp=Dr=0穩(wěn)態(tài)無(wú)反應(yīng)過(guò)程Fi=Fo穩(wěn)態(tài)有反應(yīng)過(guò)程Fi+Dp=Fo+Dr第6頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分

3、，星期二三、基本計(jì)算過(guò)程畫簡(jiǎn)圖標(biāo)參數(shù)定基準(zhǔn)和范圍（體系）寫化學(xué)反應(yīng)方程式列衡算式列圖表第7頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二四、無(wú)反應(yīng)過(guò)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，最多只有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)算過(guò)程第8頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二五、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的計(jì)算限制反應(yīng)物過(guò)量反應(yīng)物過(guò)量百分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化率x選擇性S收率YY=Sx第9頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二1. 分類完全反應(yīng)(x=100%)Y=S(直接求解)非完全反應(yīng)(x100

4、%)反應(yīng)不徹底(直接求解)有反應(yīng)平衡(迭代求解)第10頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二2. 循環(huán)過(guò)程的物料衡算單程轉(zhuǎn)化率總轉(zhuǎn)化率惰性組分的積累及馳放器輸入惰性組分的量=輸出惰性組分的量第11頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二無(wú)反應(yīng)過(guò)程的基本公式穩(wěn)態(tài)無(wú)反應(yīng)過(guò)程Fi=Fo第12頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二例題有一個(gè)蒸餾塔，輸入輸出物料組成見下圖，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/hA 0.2B 0.3C 0.5P kg/hA xB yC 1-x-yW kg/hA 0.005B 0

5、.055C 0.94第13頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二物料衡算方程AF*0.2=P*x+W*0.05BF*0.3=P*y+W*0.055CF*0.5=P*(1-x-y)+W*0.94另外的已知條件P*x=F*0.2*98.7%第14頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二完全反應(yīng)過(guò)程的物料衡算穩(wěn)態(tài)有反應(yīng)過(guò)程Fi+Dp=Fo+Dr非完全反應(yīng)(x100%)反應(yīng)不徹底(直接求解)第15頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二例題用鄰二甲苯氧化法生產(chǎn)鄰苯二甲酸酐(苯酐)，輸入輸出物料組成見下圖，計(jì)算鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)品的收率及選擇性。反應(yīng)過(guò)

6、程鄰二甲苯 210kg/h空氣4620 Hm3/h氧氣 0.21(mol/mol)氮?dú)?0.79(mol/mol）P苯酐 0.654%（mol）順酐 0.066%氧氣 16.53%氮?dú)?77.5%第16頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二寫化學(xué)反應(yīng)方程式第17頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二選基準(zhǔn)鄰二甲苯 210kg/h鄰二甲苯苯酐順酐分子量10614898第18頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二物料衡算輸入氧氣量210kg/h鄰二甲苯完全氧化所需的氧氣第19頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二輸入氮?dú)獾牧糠?/p>

7、應(yīng)產(chǎn)物的總量第20頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二產(chǎn)物中 鄰二甲苯 209.570.0003=0.06287kmol/h=6.664kg/h苯酐209.570.0654=1.370kmol/h=202.76kg/h順酐209.570.00066=0.1383kmol/h=13.55kg/h第21頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二收率(mol)苯酐順酐第22頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二苯酐的選擇性第23頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二有反應(yīng)平衡過(guò)程的物料衡算物料衡算方程為非線性方程（迭代求解）第24

8、頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二例題甲烷與水蒸氣用鎳催化劑進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)生產(chǎn)氫氣。轉(zhuǎn)化過(guò)程的主要反應(yīng)為甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)和一氧化碳變換反應(yīng)，即：CH4+H2O CO+3H2CO+H2O CO2+H2 已知水蒸汽與甲烷之比為2.5，溫度為760，壓力為5大氣壓。假定上述反應(yīng)達(dá)到平衡求產(chǎn)物的平衡組成。第25頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二流程圖反 應(yīng) 過(guò) 程CH4 1molH2O 2.5molH2O W molCH4 M molCO x molCO2 y mol H2 z mol第26頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二物料平衡方程元素衡

9、算H: 2+2.5=W+2M+zC: 1=M+x+yO: 2.5=W+x+2y第27頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二反應(yīng)平衡方程第28頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二各組分的分壓第29頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二整理得到第30頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二循環(huán)過(guò)程的物料衡算單程轉(zhuǎn)化率總轉(zhuǎn)化率惰性組分的積累及馳放器輸入惰性組分的量=輸出惰性組分的量第31頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二例題丙烷在催化反應(yīng)器中脫氫生成丙烯，其反應(yīng)式為：C3H8 C3H6+H2 丙烷的總轉(zhuǎn)化率

10、為95。反應(yīng)生成物經(jīng)分離器分成產(chǎn)物P和循環(huán)物料R。產(chǎn)物中含有C3H8 、C3H6及H2，其中C3H8的量為未反應(yīng)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。第32頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二流程圖C3H8 100kmol/hMFC3H8 N1 kmol/hC3H6 N2 kmol/h反應(yīng)器分離器RPC3H8 Q1 kmol/hC3H6 Q2 kmol/hH2 Q3 kmol/hC3H8 P1 kmol/hC3H6 P2 kmol/hH2 P3 kmol/hPRC3H8 R1 kmol/hC3H6 R2 kmol/h第33頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二物料衡算過(guò)程物料衡算P1=5 kmol/hP2=95 kmol/hP3=95 kmol/h第34頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二產(chǎn)品組成第35頁(yè)，共37頁(yè)，2022年，5月20日，1點(diǎn)12分，星期二分離器物料衡算C3H8： Q1=P1+R1 0