化工設(shè)計-物料衡算

第四章物料衡算

MaterialBalance沈海670002)shm190726@浙江工業(yè)大學精細化工研究所化工設(shè)計（ChemicalDesign）概述1計算中用的基本量物理過程的物料衡算化學反應(yīng)的物料衡算234目錄概述

物料衡算是化工工藝設(shè)計中最基本的設(shè)計內(nèi)容，是工藝設(shè)計的基礎(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)生量物料的浪費生產(chǎn)過程的反?，F(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：進入一個裝置（或設(shè)備）的全部物料的量，必定等于離開這個裝置（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。輸入=輸出+累積∑F=∑D+W（1）基本式：輸入+生成=輸出+消耗+累積“生成”、“消耗”是指由于化學反應(yīng)而生成、消耗的質(zhì)量（2）對穩(wěn)態(tài)過程：累積項=0

輸入+生成=輸出+消耗*穩(wěn)態(tài)（定態(tài)）過程：系統(tǒng)內(nèi)任一部分的參數(shù)，不隨時間而變，只隨空間位置而改變，是存在于連續(xù)操作的一個過程，其特征為：累積項=0有化學反應(yīng)時的物料衡算無化學反應(yīng)的穩(wěn)態(tài)過程：輸入=輸出穩(wěn)態(tài)過程物料衡算式物料平衡形式無化學反應(yīng)有化學反應(yīng)總平衡式總質(zhì)量平衡式是是總摩爾平衡式是否組分平衡式組分質(zhì)量平衡式是否組分摩爾平衡式是否元素原子

平衡式元素原子質(zhì)量平衡式是是元素原子摩爾平衡式是是物

料

衡

算

的

基

本

步

驟1.畫出工藝流程示意圖2.列出化學方程式3.確定計劃任務(wù)4.收集數(shù)據(jù)物料的名稱，數(shù)量，組成及流向與計算有關(guān)的工藝條件如：P，T，配比等未知的，待求的未知項，用字母，符號標定清楚。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)時間（年生產(chǎn)時數(shù)）生產(chǎn)規(guī)模在設(shè)計任務(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。

大型化工廠一般8000小時/年

對要經(jīng)常維修或試驗性車間一般7200小時/年

很少的廠可達8400小時/年有關(guān)的定額，收率，轉(zhuǎn)化率的數(shù)據(jù)收集

要注意可靠性準確性，并了解其單位與基準原料，輔助材料，產(chǎn)品，中間產(chǎn)品的規(guī)格與計算有關(guān)的物理化學常數(shù)

如密度，蒸汽壓，相平衡常數(shù)5.選擇計算基準6.建立物料平衡方程，進行物料衡算7.整理并校核計算結(jié)果8.繪制物料流程圖，填寫物料平衡表。列出的數(shù)學關(guān)聯(lián)式的數(shù)目應(yīng)與所求未知項的數(shù)目相同，若數(shù)學式不夠，用試差法求解。時間基準質(zhì)量基準體積基準干濕基準對連續(xù)生產(chǎn)過程可用單位時間的物料量或單位時間的產(chǎn)品量作計算基準，如三十萬噸NH3廠，可以每小時產(chǎn)NH3量作物料衡算基準，年生產(chǎn)時間8000h（7200h），30×104/8000=37.5T/h

對間歇生產(chǎn)過程可以一套或一批料的生產(chǎn)周期作基準。

如一個反應(yīng)釜，每次投料800kg，完成一個操作周期為4h，則每小時處理物料200kg/h作計算基準。時間基準質(zhì)量基準當進行衡算的系統(tǒng)其物料緣于固相或液相時，可選擇一定質(zhì)量的原料或產(chǎn)品作為計算基準，如以煤，礦石，石油為原料的化工過程可選用1kg原料為計算基準。特別是原料或產(chǎn)品是單一化合物，或其組成是已知的，選此作計算基準更為方便。體積基準當物料是氣體時，可選用體積為基準，通常都換算成STP（標準狀態(tài)）下的體積，這樣可排除T，P變化帶來的影響，而且容易把體積換算成mol數(shù)（除以22.4）。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。

若進行衡算時，把水分去掉則稱干基，把水分一起算入稱為濕基，二者可互算。干濕基準*選作基準的物料，必須是已知條件最多，并與其它物料關(guān)系明確之物。物料平衡表輸入輸出名稱重量組成%單重名稱重量組成%單重混酸435HNO347H2SO449H2O4204.5213.117.4廢酸291HNO31H2SO473.2H2O25.82.9213.175氯苯混合料394C6H5Cl92NO2C6H4Cl8362.531.5硝基

物層538C6H5Cl0.65NO2C6H4Cl99.353.5

534.6共計829100100829共計829100100829基準：每小時單位：kg廢酸層165.3組分重量%HNO3H2SO4H2ONCB2.60118.641.32.851.5771.7424.981.72混合料210.7組分重量%NCBCB2.6201.351.2398.7萃取廢酸162.7組分重量%氯苯208.1組分重量%CB208.1100萃

取硝

化單位：kg/h物料流程圖-2.6+2.6概述1計算中用的基本量物理過程的物料衡算化學反應(yīng)的物料衡算234目錄1.摩爾分數(shù)、質(zhì)量分數(shù)、平均分子量摩爾分數(shù)對于流動物系質(zhì)量分數(shù)對于流動物系平均分子量摩爾流量質(zhì)量流量質(zhì)量流速2.流體的流量和流速體積流量：m3/h、m3/min、m3/s流體的線速度：流體單位時間內(nèi)在流動的方向上所流經(jīng)的距離,m/s質(zhì)量流量：單位時間內(nèi)流經(jīng)管道或設(shè)備的流體的質(zhì)量kg/h、kg/min、kg/s質(zhì)量流速：單位時間內(nèi)流經(jīng)管道或設(shè)備的單位橫截面積的流體的質(zhì)量kg/h、kg/min、kg/s摩爾流量：kmol/h、kmol/min、kmol/s體積流量質(zhì)量流量線速度W=Qρ=uAρ3.氣體的體積和密度1）一般壓力、溫度<1MPa按理想氣體對待PV=nRT或2）高壓下>1MPa按真實氣體對待PV=ZnRTZ為壓縮因子，為對比壓力pr、對比溫度Tr的函數(shù)臨界值H2、He和Ne根據(jù)pr和Tr查表得Z如為混合氣體3）真實氣體混合物假臨界值仍用壓縮因子法計算4）標準狀況用標準狀況下的體積表示氣體的量下標“0”表示標準狀況，下標“1”表示工作狀態(tài)4.液體的密度對比密度臨界密度由pr和Tr查表液體混合物密度與溫度、壓力和組成有關(guān)體積加合法5.物質(zhì)的飽和蒸汽壓飽和蒸汽壓：液體在一定溫度下相應(yīng)的蒸發(fā)-凝結(jié)的平衡狀態(tài)的蒸汽壓力6.溶液上方蒸汽中各組分的分壓1）理想溶液由化學結(jié)構(gòu)非常相似，相對分子質(zhì)量又相近的組分所形成的溶液拉烏爾定律2）非理想溶液活度系數(shù)，ri＝ai/xi由范拉爾方程或威爾遜方程求得7.氣液平衡常數(shù)1）完全理想系低壓下組分結(jié)構(gòu)十分相似的溶液2）理想系中壓(<1.5~2.0Mpa)的理想溶液7.轉(zhuǎn)化率x、收率Y和選擇性S起始量的選擇：連續(xù)反應(yīng)器反應(yīng)器進口處原料的狀態(tài)為起始狀態(tài)間歇反應(yīng)器反應(yīng)開始時的狀態(tài)為起始狀態(tài)串聯(lián)反應(yīng)器進入第一個反應(yīng)器的原料組成為計算基準限制反應(yīng)物過量反應(yīng)物Y=Sx概述1計算中用的基本量物理過程的物料衡算化學反應(yīng)的物料衡算234目錄物理過程的物料衡算無化學反應(yīng)發(fā)生屬于化工單元操作過程的衡算如過濾、混合、吸收、干燥、結(jié)晶、精餾等

例：在過濾機中把含有25%（質(zhì)量%）固體的漿料進行過濾，現(xiàn)在料漿的進料量為2000kg/h濾餅含有90%固體，濾液含1%固體。試計算濾液，濾餅的量（設(shè)過濾有一個穩(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料漿濾餅

濾液F3kg/h90%固

10%液F1=2000kg/h

75%液

25%固F2kg/h

1%固

99%液解：畫出過程示意圖，標上已知及要求的量。以小時（時間）為計算基準（二個未知數(shù)，列出二個方程即可）總物平衡F1=F2+F3液體量平衡0.75F1=0.1F3+0.99F2F1=2000kg代入聯(lián)解二方程可得F2=1460.7kg/hF3=539.3kg/h用固體量平衡式來校核計算結(jié)果0.25F1=0.9F3+0.01F2得500=500

過濾機料漿濾餅

濾液F3kg/h90%固

10%液F1=2000kg/h

75%液

25%固F2kg/h

1%固

99%液例：在蒸發(fā)器中把含NaOH10%、NaCl10%的水溶液濃縮為含NaOH50%、NaCl2%的溶液。若每批處理1000kg原料液。試求

（1）每一批操作中可得的母液量？

（2）蒸發(fā)水量？

（3）析出NaCl固體量2.蒸發(fā)：把溶質(zhì)不揮發(fā)的溶液加熱至沸騰，使溶劑氣化從而獲得濃縮液或析出固體的單元操作。水蒸汽F2kg蒸汽固體NaCl

F3kg原料液F1=1000kg

NaOH10%

NaCl10%

H2O80%母液F4kg

NaOH50%

NaCl2%

H2O48%解：計算基準：以每一批的原料液量三個未知數(shù)，列三個方程總量平衡F1=F2+F3+F4

F1=1000kgNaOH平衡0.1F1=0.5F4

F4=200kg

NaCl平衡0.1F1=0.02F4+F3

F3=96kg

F2=704kg可用H2O平衡式校核概述1計算中用的基本量物理過程的物料衡算化學反應(yīng)的物料衡算234目錄常用計算方法利用聯(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反應(yīng)的物料衡算1.常用計算方法由于化學反應(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。在化學反應(yīng)中常涉及轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)速率、收率、過量系數(shù)等，要注意其定義式。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，而不論真實反應(yīng)時限制反應(yīng)物是否完全反應(yīng)。直接計算法反應(yīng)速度法平衡常數(shù)法結(jié)點法1）直接計算法根據(jù)化學反應(yīng)方程式進行計算例1：用甲醇催化氧化制甲醛，反應(yīng)式為：CH3OH+0.5O2→HCHO+H2O氧由空氣中來，已知空氣過剩系數(shù)為1.5，甲醇轉(zhuǎn)化率為75%。計算反應(yīng)后氣體混合物的mol組成（反應(yīng)物與產(chǎn)物均為氣態(tài)）。氧化CH3OH空氣O221％N279％HCHO空氣O2N2H2OCH3OH解：計算基準：1mol的CH3OH由反應(yīng)式知反應(yīng)生成HCHO為0.75mol，H2O為0.75mol 未反應(yīng)CH3OH=1-0.75=0.25mol 由反應(yīng)式算出消耗O2量為0.5×0.75=0.375mol 由空氣過量系數(shù)可算出輸入系統(tǒng)的氧量為

1×0.5×1.5=0.75mol 折合空氣量為0.75/0.21=3.57mol其中N2=3.57×0.79=2.82mol 出反應(yīng)器的氧量為0.75-0.375=0.375mol

反應(yīng)后氣體混合物組成：組分molmol%CH3OH0.255HCHO0.7515.2H2O0.7515.2O20.3757.6N22.8257共計4.945100例2：試求生產(chǎn)1000m3（STP）煤氣，所需空氣、水蒸氣、褐煤各為多少公斤。

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，C70%空氣O221％N279％煤氣CO

4%H218%N242%H2O解：計算基準1000m3煤氣（1）空氣量計算：煤氣中的氮量V(N2)=1000×0.42=420m3

折算成空氣量為420/0.79=532m3

532/22.4×29=688.75kg（空氣平均分子量取29）

其中O2=532×0.21=112m3112/22.4=5kmol（2）水蒸氣量計算：從反應(yīng)式可知煤氣中H2由H2O來

煤氣中氫V(H2)=1000×0.18=180m3

即水蒸氣量為180m3

180/22.4×18=145kg

180/22.4=8.04kmol（3）褐煤量計算：由反應(yīng)式①與8.04kmolH2O反應(yīng)需C=8.04kmol

由反應(yīng)式②與5kmolO2反應(yīng)耗C=2×5=10kmol

故消耗碳量為(8.04+10)×12=216.5kg

褐煤中含C=70%需褐煤量為216.5/0.7=309.3kg例3：接觸法制H2SO4，反應(yīng)式S+O2→SO2

2SO2+O2→2SO3

SO3+H2O→H2SO4

S+1.5O2+H2O→H2SO4一個年產(chǎn)2000噸93.2%的H2SO4車間，年操作日為三百天試計算：（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93.2%H2SO4需水多少噸?解：（1）2000×0.932/300=6.2133t/d

6.2133×1000/98=63.4kmol/d（2）由反應(yīng)式知H2SO4中的氧來自空氣的為1.5O2，則63.4kmolH2SO4由空氣供O2量為1.5×63.4=95.1kmol/d折合95.1×32/1000=3.04t/d

折空氣量為95.1×22.4/0.21=10144m3。（3）H2SO4：H2O=1：1吸收SO3用水量為63.4kmol/d

63.4×18/1000=1014t/d

（4）6.2133（1-0.932）=0.4225t/d稀釋用水例4：工業(yè)上由乙烯水合生產(chǎn)乙醇，其反應(yīng)式如下：

主反應(yīng)C2H4+H2O→C2H5OH

AB

副反應(yīng)2C2H5OH→（C2H5）2O+H2O

二乙醚

反應(yīng)器進料組成為C2H4=53.7%H2O=36.7%余為惰性氣(V%)，

乙烯轉(zhuǎn)化率為80%以乙烯為基準的乙醇產(chǎn)率為90%。

試計算反應(yīng)器輸出物料的組成。乙烯水合C2H453.7%H2O36.7％惰性氣體C2H5OHEt2OH2O惰性氣體C2H4解:計算基準：100mol進料

進料中各組分量為：C2H4=100×0.537=53.7mol

H2O=100×0.367=36.7mol

惰氣=100×0.096=9.6mol

出料中各組分計算： （1）惰氣=9.6mol （2）C2H4：由轉(zhuǎn)化率知出系統(tǒng)中未反應(yīng)的

C2H4=53.7×0.20=10.74mol

參與化學反應(yīng)的C2H4=53.7×0.80=42.96mol其中轉(zhuǎn)化為乙醇的C2H4量即進行主反應(yīng)的乙烯量(即乙醇生成量)由產(chǎn)率計算為：

0.9×53.7×MA/MB=0.9×53.7×28/46=29.42mol進行副反應(yīng)的C2H4=42.96-29.42=13.54mol （3）(C2H5)2O與H2O計算 由副反應(yīng)生成：(C2H5)2O=13.54/2=6.77mol

H2O=13.54/2=6.77mol 出系統(tǒng)H2O=36.7+6.77-29.42=14.05mol 出系統(tǒng)物質(zhì)組成：V% C2H410.74mol15.22 C2H5OH29.42mol41.68 (C2H5)2O6.77mol9.6 H2O14.05mol19.9 惰氣9.6mol13.6 共計70.58mol1002.反應(yīng)速度法反應(yīng)速率的定義：某一組分進單位體積反應(yīng)器與出反應(yīng)器的mol流量之差稱為該組分的反應(yīng)速率。(mol·m-3/s)RS=FS′-FS

S—組分;RS—S組分的反應(yīng)速率（以單位時間表示） 則FS′=FS+RSFS—S組分的輸入流kmol/s FS’—S組分輸出流量kmol/s

當有化學反應(yīng)時，以組分建立的質(zhì)量平衡式和mol平衡式已不成立，這時利用反應(yīng)速率來建立衡算式。aA+bB→cC+dD表示反應(yīng)的速率有RA、RB、RC、RD，這四者之間的關(guān)系式為：

通式σi—i組分的化學計算系數(shù)，對反應(yīng)物取負值，生成物取正值由此得Ri=r×σi代入上面式子得Fi′=Fi+r×σi例：合成氨反應(yīng)：N2+3H2→2NH3若已知N2、H2、NH3的輸入反應(yīng)器流量分別為:FN2=12mol/s，F(xiàn)H2=40mol/s，F(xiàn)NH3=0mol/s

設(shè)N2的輸出流量為8mol/s計算其余組分的輸出流量解:按式Fi′=Fi+r×σi

FN2′=12+(-1)×r＝8；得r=4mol/s

FH2′=40+(-3)×4=28mol/s

FNH3′=0+2×4=8mol/s3.平衡常數(shù)法aA+bB→cC+dD

濃度單位采用mol/l平衡常數(shù)用符號Kc

濃度單位采用mol分數(shù)平衡常數(shù)用符號Kn

濃度單位采用分壓平衡常數(shù)用符號Kp

低壓下，平衡常數(shù)Kp僅是溫度之函數(shù)吸熱反應(yīng)△H＞0則T↑導致Kp↑放熱反應(yīng)△H＜0則T↑導致Kp↓

高壓下，Kp不僅是溫度也是壓力的函數(shù)，此時要用逸度代替分壓。利用化學平衡常數(shù)的計算式建立方程式以補充不足之方程數(shù)。例：某廠在轉(zhuǎn)化爐中用天然氣與蒸汽反應(yīng)制氫，該廠每小時耗天然氣量為4700m3，工藝條件：汽/氣=2.5（水蒸汽/天然氣）。

反應(yīng)式①CH4+H2O→CO②

CH4+CO2→2CO+2H2③CO+H2O→CO2+H2

已知天然氣組成為：CH498.6%，N21.4%（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呈平衡時的比率。轉(zhuǎn)化氣離開反應(yīng)器時溫度為700℃，在此溫度下各反應(yīng)式的平衡常數(shù)值為：

反應(yīng)①Kp=25②Kp=20③Kp=1.54 試計算轉(zhuǎn)化氣組成（干、濕基）。 計算基準：取100m3天然氣為計算基準 轉(zhuǎn)化氣的成分可由反應(yīng)式及工藝條件分析得出為：CH4、H2、CO、CO2、N2、水蒸氣，六個未知數(shù)要列出六個方程，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（即有兩個約束條件），故只要列出四個衡算式。

轉(zhuǎn)化爐天然氣CH498.6%100m3N21.4%水蒸氣轉(zhuǎn)化氣H2COCO2CH4N2H2O過程示意圖：H平衡4×98.6+2×250=2VH2+4×32.54+2V’H2O

整理后得32.12=VH2-VH2O—（3）

進轉(zhuǎn)化爐水蒸氣量為2.5×100=250m3

V’H2O=250-VH2OC平衡98.6=VCO+VCO2+32.54得

VCO2=66.06-VCO—（1）

O平衡250=2VCO2+VCO+（250-VH2O）得

2VCO2+VCO-VH2O=0—（2）

100m3天然氣中有CH4=98.6m3N2=1.4m3未反應(yīng)CH4量為98.6×（1-0.67）=32.54m3

利用反應(yīng)③的平衡常數(shù)式建立一個方程

由（1）（2）二式得VCO=132.12-VH2——（4）

由（1）（4）二式得VCO2=VH2O-66.06——（5）

把（3）（4）（5）代入Kp式后得VH2O-54.1VH2O-3436=0

解得VH2O=91.61m3 則出口轉(zhuǎn)化氣中各組分量為：VN2=1.4m3VCH4=32.54m3V’H2O=250-91.61=158.39m3由（3）式VH2=132.01+91.61=223.73m3由（4）式VCO=132.12-91.61=40.51m3由（5）式VCO2=91.61-66.06=25.55m3組成濕氣體干氣體m3V%m3V%CH4H2COCO2N2H2O32.54223.7340.5125.551.4158.396.7546.418.45.30.2932.8532.54223.7340.5125.551.410.0569.1112.517.890.43共計482.12100323.7399.994.結(jié)點法以流程中的匯集或分支處的交點（即結(jié)點）進行衡算，可以使計算簡化。ACB節(jié)點ACB節(jié)點例：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%xmolsmol100%異ymol100%正原料Pmol90%正10%異(Ⅱ)(Ⅰ)對結(jié)點(Ⅱ)建立衡算式：異C5H12平衡：(100-x)×0.2=0.1P正C5H12平衡：(100-x)×0.8+y=0.9Py=0.8x 100×0.8=0.9P解得：P=88.89molx=55.56moly=44.44molS=0.2x=11.11mol常用計算方法利用聯(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反應(yīng)的物料衡算利用聯(lián)系物做物料衡算惰性物料的數(shù)量在反應(yīng)器的進口、出口物料中沒有變化,計算時可以利用它在設(shè)備進、出口的數(shù)量(質(zhì)量或摩爾數(shù))不變的關(guān)系列物料衡算方程。稱這種惰性物料為聯(lián)系物。例：天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化法制造合成氨原料氣。計算天然氣的用量和空氣的用量。一段轉(zhuǎn)化爐二段轉(zhuǎn)化爐CO變換CO2脫除甲烷化天然氣xkmol蒸汽空氣ykmolCO2組分CH4C2H6C3H8C4H10(正)C4H10(異)C5H12(正)C5H12(異)N2CO2合計%mol83.2010.005.160.690.500.060.050.330.01100天然氣組成表組分H2N2ArCH4合計%mol73.9724.640.311.08100合成氨原料氣組成表一段轉(zhuǎn)化爐二段轉(zhuǎn)化爐CO變換CO2脫除甲烷化天然氣xkmol蒸汽空氣ykmolCO2解：以100

kmol合成氨原料氣為計算基準。

(1)以N2為聯(lián)系物作衡算，作系統(tǒng)N2平衡得

0.0033x＋0.79y＝24.64（kmol）（A)(2)作系統(tǒng)氫平衡

100kmol天然氣可提供的理論H2為：n個C，3n+1個H2組分含量/kmol可提供H2量/kmol組分含量/kmol可提供H2量/kmolCH483.204×83.20=372.80C5H12(正)0.0613×0.06=0.96C2H610.007×10.00=70.00C5H12(異)0.0513×0.05=0.80C3H85.1610×5.16=51.60N20.330C4H10(正)0.6913×0.69=8.97CO20.010C4H10(異)0.5013×0.50=6.50合計100471.63因此，xkmol天然氣進料可提供的理論H2為

聯(lián)立解(A)(B)，得制造100kmol合成氨原料氣需天然氣18.92kmol和31.11kmol空氣。

燃燒消耗的H2為作系統(tǒng)H2平衡得常用計算方法利用聯(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反應(yīng)的物料衡算對于復(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)作物料衡算例：丙烯氨氧化合成丙烯腈的反應(yīng)是除上述主反應(yīng)外，還有下列主要副反應(yīng)：試作年產(chǎn)5000t丙烯腈反應(yīng)器的物料衡算丙烯氨氧化C3H6

1NH3

1.05O2

2.3H2O3C3H8:C3H6=0.15:0.85C2H3CN60%HCN6.5%CH3CN7%C3H4O0.7%CO2

12%a.年產(chǎn)丙烯腈5300tb.年操作300天c.操作過程丙烯腈損耗3%解：先畫出流程圖收率O2H2OC3H6C3H81)丙烯腈的產(chǎn)量：5300×1.03＝5459t/a2)反應(yīng)器進料量：丙烯：氨：23.83×1.05＝25kmol/h=425kg/h丙烷：23.83÷0.85×0.15＝4.205kmol/h=185kg/h水：23.83×3＝71.49kmol/h=1287kg/h氧：23.83×2.3＝54.81kmol/h=1754kg/h3)反應(yīng)器出口混合氣的量：氫氰酸：23.83×3×0.065＝4.647kmol/h=125.5kg/h乙腈：23.83×1.5×0.07＝2.5kmol/h=102.5kg/h丙烯醛：23.83×0.007＝0.1668kmol/h=9.34kg/h二氧化碳：23.83×3×0.12＝8.58kmol/h=377.5kg/h

丙烯：氧：氨：25-(14.3+4.647+2.5)=3.553kmol/h=60.4kg/h水：71.49+(3×14.3+2×4.647+2×2.5+0.1668+8.58)

=137.4kmol/h=2473kg/h常用計算方法利用聯(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反應(yīng)的物料衡算新鮮原料FF反應(yīng)系統(tǒng)分離系統(tǒng)循環(huán)機械循環(huán)物流，RC產(chǎn)品，PF排放，EF（1）代數(shù)法：當原料、產(chǎn)品及再循環(huán)流的組成是已知的，采用此法。根據(jù)已知條件確定已知項和未知項后，列出方程組，求解。

（2）試差法：當未知數(shù)的數(shù)目多于方程式數(shù)目時（隱式），需要用試差法求解。即先給某個未知項假設(shè)一個初始值，代入方程組計算結(jié)果，檢驗假設(shè)初值是否合理，不合理要重新假設(shè)、計算?？山柚嬎銠C迭代。（3）循環(huán)系數(shù)法：是根據(jù)求取循環(huán)系數(shù)來確定循環(huán)的物料量循環(huán)系數(shù)與循環(huán)物料間的關(guān)系為：循環(huán)系數(shù)

β=G總/G新鮮=（FF+RC）/FF

FF—加入設(shè)備的新鮮物料量RC—返回設(shè)備的循環(huán)物料量新鮮物料量FF可由生產(chǎn)量求得，當循環(huán)系數(shù)已知或選定時，即可算出循環(huán)物料量。循環(huán)系數(shù)由下式求得

β=1/（1-α）

α——通過反應(yīng)設(shè)備時未反應(yīng)的物料的百分比。*使用上式的條件是生產(chǎn)必須達穩(wěn)定，循環(huán)量及其組成都趨于穩(wěn)定；其次是循環(huán)物料的組成和新鮮物料組成應(yīng)當相當接近。例氨合成系統(tǒng)物料衡算已知：(1)新鮮原料氣的組成如下

組分H2N2CH4Ar合計%mol73.72924.5581.4200.293100(2)氨合成塔人口氣體中含氨2.5%(摩爾分數(shù)，下同)；(3)氨合成塔出口氣體中含氨11%；(4)放空氣體中(CH4十Ar)的含量為19.926%；(5)忽略氣體在液氨中的溶解；(6)因水冷后氨的冷凝量很小，近似把塔出口氣體中的氨含量與放空氣中的氨含視為相等。

氨合成工藝流程圖

氨合成塔水冷器冷交換器水冷氨分循環(huán)機油分二級氨冷一級氨分一級氨冷新鮮氣V0NH32.5%，V2放空V1CH4+Ar=19.296NH311%V30~5℃-15~-20℃V4-2液氨V4-1液氨解：取1000m3(STP)新鮮原料氣為衡算基準。

(1)放空氣量V1及組成，作系統(tǒng)的惰性氣平衡得

新鮮氣帶入的惰性氣=放空氣帶出的惰性氣

放空氣組成的計算：已知NH3、(CH4+Ar)的摩爾分數(shù)分別為11%和19.296%，以及(H2/N2)為73.729/24.558=3

(N2+H2)的摩爾分數(shù)為1-(0.11+0.19296)=0.69704

H2：0.069704×3/(1+3)=0.5227

N2：0.069704×1/(1+3)=0.17426CH4：0.19296×1.42/(1.42+0.293)=0.1599Ar：0.19296×0.293/(1.42+0.293)=0.0332(2)總產(chǎn)氨量V4從反應(yīng)式N2+3H2=2NH3可看出每生成1體積氨，系統(tǒng)體積減小1，因反應(yīng)生成的氣氨等于(V4+0.11Vl)m3(STP)。

(3)氨合成塔出口氣量V3和入口氣量∵反應(yīng)減少的體積=V2-V3

∴V2-V3=(V4+0.11V1)

由系統(tǒng)的氨平衡有：合成反應(yīng)生成的氨=系統(tǒng)排出的氨(4)氨合成塔人口氣體組成對氨合成塔作系統(tǒng)H2平衡得：合成塔進口含H2-塔出口含H2=新鮮氣帶入H2-放空氣帶出H2

作系統(tǒng)N2平衡得：合成塔進口含N2-塔出口含N2=新鮮氣帶入N2-放空氣帶出N2合成塔進口含H2=0.73729V0-0.5227V1+0.5227V3=3593.89m3(STP)合成塔進口含N2=0.24558V0-0.17426V1+0.17426V3=3593.89m3(STP)作塔進、出口CH4平衡：塔進口含CH4=塔出口含CH4=0.15994V3=888.2m3(STP)

作塔進、出口Ar平衡：塔進口含Ar=塔出口含Ar=0.03303V3=183.36m3(STP)作系統(tǒng)NH3平衡得：塔出口含氨-塔進口含氨=系統(tǒng)排出的氨+放空氣帶出的氨塔進口含氨＝0.11V3-V4-0.11V1=150.34m3常用計算方法利用聯(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反應(yīng)的物料衡算

一個生產(chǎn)車間（或多個乃至全廠）有許多設(shè)備與工序，各工序之間又相互牽制，反應(yīng)組分很多，物料衡算比較復(fù)雜。一般可按下述步驟進行：①按生產(chǎn)工藝流程畫出示意圖，注上有關(guān)條件。②根據(jù)本車間的年產(chǎn)量及年工作時間及產(chǎn)品產(chǎn)率確定單位時間的投料量。③按物料流程的順序分別對各單元操作（工序）作物料衡算，列出各工序的衡算表。進行衡算時，計算基準選定后，整個車間各工序的衡算都要以此為計算基準，不能一個工序選一個基準。例：用乙烯為原料生產(chǎn)氯乙烯，乙烯通過A、B二個反應(yīng)器進行氯化與氧氯化反應(yīng)以獲得二氯乙烷（DCE），進入裂解反應(yīng)器（C）以獲得氯乙烯（VC）在裂解反應(yīng)器中DCE的轉(zhuǎn)化率為55%，未裂解的DCE分離后返回反應(yīng)器，而裂解反應(yīng)產(chǎn)物之一HCl分離后循環(huán)返回B反應(yīng)器。A反應(yīng)器中：C2H4+Cl2→C2H4Cl2（DCE）

（1）DCE產(chǎn)率：基于乙烯為98%B反應(yīng)器中：C2H4+2HCl+1/2O2→C2H4Cl2（DCE）+H2O（2）DCE產(chǎn)率：基于乙烯為95%、基于HCl為90%C反應(yīng)器中：C2H4Cl2（DCE）→C2H3Cl（VC）+HCl

（3）VC產(chǎn)率：基于DCE為99%HCl產(chǎn)率：基于DCE為99.5%

根據(jù)產(chǎn)率，忽略其它任何損失，試計算生產(chǎn)125kg/h的VC進入A、B反應(yīng)器的乙烯流量及進入C反應(yīng)器的DCE流量？ 分子量：MVC=62.5MDCE=99MHCl=36.5A反應(yīng)器

(氯化)①B反應(yīng)器

(氧氯化)②C反應(yīng)器

(裂解)③Cl2FAFBC2H4F1O2DCEF2循環(huán)HClR循環(huán)DEC

R’F4VC解：計算基準：每小時VC產(chǎn)量VC的mol小時產(chǎn)量：12500/62.5=2000mol/hDCE產(chǎn)量/h：F2=0.98FA+0.95FBR值計算：R=F2×0.995=0.995（0.98FA+0.95FB）

由B反應(yīng)器生成的DCE：

基于HCl產(chǎn)率為90%則DCE量為R/2×0.9=0.45R基于C2H4產(chǎn)率為95%則DCE量為0.95FB這二者表示的是同一個反應(yīng)的DCE生成量故相等。R=2.111FBF2=0.98FA+0.95FBR=F2×0.995=0.995（0.98FA+0.95FB）

R=2.111FBF4=0.99×F2=0.99×（0.98FA+0.95FB）F4=2000mol/hFA=1138mol/hFB=952mol/hR=2010mol/hF2=2020mol/h未裂解之DCE量R’=F2-F4=2020-2000=20mol/hF4為VC量也等于消耗的DCE總產(chǎn)率=F4/F1=2000/2090=0.957=95.7%謝謝觀看/歡迎下載BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH安全注射與職業(yè)防護PART01一、安全注射二、職業(yè)防護主要內(nèi)容安全注射阻斷院感注射傳播讓注射更安全！《健康報》

別讓輸液成為一個經(jīng)濟問題有數(shù)據(jù)顯示，是世界最大的“注射大國”。2009年我國平均每人輸液8瓶，遠遠高于國際上人均2.5—3.3瓶的平均水平。我國抗生素人均消費量是全球平均量的10倍。因此我國被稱為：

“輸液大國、抗生素大國和藥品濫用大國”。2016年國家十五部委重拳出擊

遏制細菌耐藥《阻斷院感注射傳播，讓注射更安全（2016-2018年）》專項工作指導方案量化指標醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu)安全注射環(huán)境、設(shè)施條件、器具配置等合格率100%醫(yī)務(wù)人員安全注射培訓覆蓋率100%規(guī)范使用一次性無菌注射器實施注射100%（硬膜外麻醉、腰麻除外）醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu)對注射后醫(yī)療廢物正確處理率100%醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu)內(nèi)部安全注射質(zhì)控覆蓋率100%醫(yī)務(wù)人員安全注射知識知曉率≧95%醫(yī)務(wù)人員安全注射操作依從性≧90%醫(yī)務(wù)人員注射相關(guān)銳器傷發(fā)生率較基線下降≧20%相關(guān)內(nèi)容基本概念安全注射現(xiàn)況不安全注射的危害如何實現(xiàn)安全注射意外針刺傷的處理

基本概念

注射

注射是指采用注射器、鋼針、留置針、導管等醫(yī)療器械將液體或氣體注入體內(nèi)，達到診斷、治療等目的的過程和方法。包括肌內(nèi)注射、皮內(nèi)注射、皮下注射、靜脈輸液或注射、牙科注射及使用以上醫(yī)療器械實施的采血和各類穿刺性操作。

基本概念

符合三個方面的要求：對接受注射者無危害；對實施者無危害；注射后的廢棄物不對環(huán)境和他人造成危害。不安全注射發(fā)生率東歐：15%中東：15%亞州：50%印度：50%中國：50%對我國某地3066個免疫接種點的調(diào)查表明:一人一針一管的接種點為33.5％一人一針的接種點為62.1％一人一針也做不到的接種點......

目前情況

不安全注射

沒有遵循上述要求的注射常見不安全注射-對接受注射者不必要的注射注射器具重復(fù)使用注射器或針頭污染或重復(fù)使用手衛(wèi)生欠佳注射藥品污染不當?shù)淖⑸浼夹g(shù)或注射部位醫(yī)用紗布或其他物品中潛藏的銳器常見不安全注射-對接受注射者減少不必要的注射是防止注射相關(guān)感染的最好方法據(jù)調(diào)查，從醫(yī)療的角度來說，有些國家高達70％的注射不是必須的應(yīng)優(yōu)先考慮那些同樣能達到有效治療的其他方法口服納肛不安全注射-對實施注射者采血技術(shù)欠佳雙手轉(zhuǎn)移血液不安全的血液運輸手衛(wèi)生欠佳廢棄銳器未分類放置不必要的注射雙手針頭復(fù)帽重復(fù)使用銳器銳器盒不能伸手可及患者體位不當不安全注射-對他人不必要的注射帶來過多醫(yī)療廢物醫(yī)療廢物處置不當廢棄銳器置于銳器盒外與醫(yī)用紗布混放放在不安全的處置地點—如走廊中容易拌倒廢物處理者未著防護用品（靴子，手套等）重復(fù)使用注射器或針頭最佳注射操作注射器材和藥物注射器材藥物注射準備注射管理銳器傷的預(yù)防廢物管理常規(guī)安全操作手衛(wèi)生手套其他一次性個人防護裝備備皮和消毒清理手術(shù)器械醫(yī)療廢物二次分揀2023/7/6Dr.HUBijie1012023/7/611/05/09101銳器盒擺放位置不合適，放在地上或治療車下層頭皮針入銳器盒時極易散落在盒外，醫(yī)廢收集人員或護士在整理過程中容易發(fā)生損傷不正確使用利器盒絕大部分醫(yī)務(wù)人員對安全注射的概念的理解普遍僅局限于“三查七對”，因此安全注射的依從率也非常低。安全注射現(xiàn)況濫用注射導致感染在口服給藥有效的情況下而注射給藥臨床表現(xiàn)、診斷不支持而使用注射治療

由于濫用注射，導致感染的發(fā)生幾率明顯增加。安全注射現(xiàn)況注射風險外部輸入風險：注射器具、藥品、材料等產(chǎn)品質(zhì)量；非正確使用信息，非正規(guī)或正規(guī)培訓傳遞錯誤信息，非合理用藥及操作習慣等。內(nèi)部衍生風險：注射的“過度”與“濫用”、非正確的注射、未達標的消毒滅菌、被相對忽略的職業(yè)暴露、不被關(guān)注的醫(yī)療廢物管理。

安全注射現(xiàn)況

當前院感注射途徑傳播的高風險因素使用同一溶媒注射器的重復(fù)使用操作臺面雜亂，注射器易污染注射后醫(yī)療廢物管理欠規(guī)范---注射器手工分離與二次分撿

對患者的危害-------傳播感染

是傳播血源性感染的主要途徑之一，也是不安全注射的最主要危害。注射是醫(yī)院感染傳播的主要途徑之一！不安全注射的危害導致多種細菌感染，如膿腫、敗血癥、心內(nèi)膜炎及破傷風等。敗血癥破傷風心內(nèi)膜炎膿腫不安全注射

不安全注射的危害

對醫(yī)務(wù)人員的影響

針刺傷：每年臨床約有80.6%-88.9%的醫(yī)務(wù)人員受到不同頻率的針刺傷！原因：防護意識薄弱、經(jīng)驗不足、操作不規(guī)范、防護知識缺乏。

不安全注射的危害

對社會的危害

拿撿來的注射器當“玩具”

不安全注射的危害

如何實現(xiàn)安全注射三防：人防、技防、器防四減少：減少非必須的注射操作減少非規(guī)范的注射操作減少注射操作中的職業(yè)暴露減少注射相關(guān)醫(yī)療廢物

如何實現(xiàn)安全注射

重視環(huán)境的準備警惕銳器傷正確物品管理嚴格無菌操作熟悉操作規(guī)程執(zhí)行手衛(wèi)生安全注射

如何實現(xiàn)安全注射

進行注射操作前半小時應(yīng)停止清掃地面等工作。避免不必要的人員活動。嚴禁在非清潔區(qū)域進行注射準備等工作。應(yīng)在指定的不會被血液和體液污染的干凈區(qū)域里，進行注射準備。當進行注射準備時，必須遵循以下三步驟：1.保持注射準備區(qū)整潔、不雜亂，這樣可以很容易清潔所有表面2.開始注射前，無論準備區(qū)表面是否有血液或體液污染，都應(yīng)清潔消毒。3.準備好注射所需的所有器材：-無菌一次性使用的針頭和注射器-無菌水或特定稀釋液等配制藥液-酒精棉簽或藥棉-銳器盒重視環(huán)境的準備手衛(wèi)生之前先做腦衛(wèi)生！觀念的改變非常重要！安全注射，“手”當其沖！認真執(zhí)行手衛(wèi)生工作人員注射前必須洗手、戴口罩，保持衣帽整潔；注射后應(yīng)洗手。操作前的準備注射前需確保注射器和藥物處于有效期內(nèi)且外包裝完整。操作前的準備給藥操作指導單劑量藥瓶——只要有可能，對每位患者都使用單劑量藥瓶，以減少患者間的交叉污染多劑量小瓶——如果別無選擇，才使用多劑量藥瓶-在對每個患者護理時，每次只打開一個藥瓶-如果可能，一個患者一個多劑量藥瓶，并在藥瓶上寫上患者姓名，分開存儲在治療室或藥房中-不要將多劑量藥瓶放在開放病房中，在那里藥品可能被不經(jīng)意的噴霧或飛濺物污染藥物準備給藥操作指導丟棄多劑量藥瓶：-如果已失去無菌狀態(tài)-如果已超過有效日期或時間（即使藥瓶含有抗菌防腐劑）-如果打開后沒有適當保存-如果不含防腐劑，打開超過24小時，或制造商建議的使用時間后-如果發(fā)現(xiàn)未注明有效日期、儲存不當，或藥品在不經(jīng)意間被污染或已知道被污染（無論是否過期）藥物準備給藥操作指導具有跳起打開裝置的安瓿瓶——只要有可能，就使用具有跳起打開裝置的安瓿瓶，而不是需要金屬銼刀才能打開的安瓿瓶如果是需要金屬銼刀才能打開的安瓿瓶，在打開安瓿瓶時，需使用干凈的保護墊（如一個小紗布墊）保護手指藥物準備準備好注射所需的所有器材：-無菌一次性使用的針頭和注射器-無菌水或特定稀釋液等配制藥液-酒精棉簽或藥棉-銳器盒注射準備對藥瓶隔膜的操作步驟在刺入藥瓶前用蘸有70%乙醇棉簽或棉球擦拭藥瓶隔膜（隔層），并在插入器材前使其晾干每次插入多劑量藥瓶都要使用一個無菌注射器和針頭不要把針頭留在多劑量藥瓶上注射器和針頭一旦從多劑量藥瓶中吸出藥品并拔出，應(yīng)盡快進行注射注射準備貼標簽多劑量藥瓶配制后，應(yīng)在藥瓶上貼上標簽：-配制日期和時間藥物的種類和劑量-配制濃度-失效日期和時間-配制者簽名對于不需要配制的多劑量藥品，貼上標簽：-開啟日期和時間-開啟者名字和簽名注射準備皮膚消毒劑在有效期內(nèi)使用。嚴格落實皮膚消毒的操作流程（以注射點作為中心，自內(nèi)向外，直徑5cm以上）。一人一針一管一用，禁止重復(fù)使用。熟悉操作規(guī)程，嚴格無菌操作使用同一溶媒配置不同藥液時，必須每次更換使用未啟封的一次性使用無菌注射器和針頭抽取溶媒。必須多劑量用藥時，必須做到一人一針一次使用。熟悉操作規(guī)程，嚴格無菌操作熟悉操作規(guī)程，嚴格無菌操作紅圈標注地方絕對不能碰觸！××熟悉操作規(guī)程，嚴格無菌操作皮膚消毒后不應(yīng)再用未消毒的手指觸摸穿刺點！皮膚消毒后應(yīng)完全待干后再進行注射！熟悉操作規(guī)程，嚴格無菌操作現(xiàn)配現(xiàn)用藥液抽出的藥液、開啟的靜脈輸入用無菌液體須注明開啟日期和時間，放置時間超過2小時后不得使用；啟封抽吸的各種溶媒超過24小時不得使用。藥品保存應(yīng)遵循廠家的建議，不得保存在與患者密切接觸的區(qū)域，疑有污染或保存不當時應(yīng)立即停止使用，并進行妥善處置。

熟悉操作規(guī)程，嚴格無菌操作

2小時內(nèi)：——輸注類藥品；

24小時內(nèi)：

——溶媒啟封抽吸后；

——滅菌物品啟封后（棉球、紗布等）提倡使用小包裝。每周更換2次：

——非一次性使用的碘酒、酒精等，容器應(yīng)滅菌。

7天內(nèi)：——啟封后一次性小包裝的瓶裝碘酒、酒精.藥品保存：——應(yīng)遵循廠家的建議（溫度、避光）——不得保存在與患者密切接觸的區(qū)域。——疑有污染禁用。應(yīng)注明開啟時間物品管理

禁止雙手回套針帽禁止用手傳遞利器禁止用手分離注射器針頭禁止手持銳器隨意走動禁止隨意丟棄銳器，隨時入銳器盒禁止用手直接抓取醫(yī)療廢物

操作時保證充足光線、空間寬敞

操作時從容不迫

操作時盡可能采用有安全保護裝置的銳器六禁止三操作警惕銳器傷耐用，防穿透，防滲漏。大小合適，銳器可以完整放入?？赡墚a(chǎn)生銳器