第二章 物料衡算.ppt

1、第二章 物料衡算 學(xué)習(xí)要求： 、熟練掌握物料衡算的依據(jù)和基本方法。 重點(diǎn)-依據(jù)；選合適的計(jì)算基準(zhǔn)。 、熟練掌握簡單過程的衡算方法。 、熟練掌握有化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算基本概 念和直接法、元素衡算法和用聯(lián)系組分的衡算方法。,、掌握由循環(huán)、排放、旁路等過程的物料衡 算方法及解題技巧。 、了解根據(jù)平衡常數(shù)與平衡轉(zhuǎn)化率計(jì)算平衡 組成。,第一節(jié) 物料衡算的理論依據(jù) 物料衡算 指某一體系內(nèi)進(jìn)出物料量及組成變化的研究。 實(shí)際化工計(jì)算中最基本、最重要的內(nèi)容之一，也是 能量衡算的基礎(chǔ)。,物料衡算類型 有，兩種衡算類型 設(shè)計(jì)型計(jì)算 操作型計(jì)算-本節(jié)內(nèi)容 物料衡算的依據(jù) 質(zhì)量守恒定律，即在孤立物系中，不論物質(zhì)發(fā) 生

2、何種變化，它的質(zhì)量始終不變。,、對無化學(xué)反應(yīng)體系 穩(wěn)定態(tài)過程 過程的過程參數(shù)(如，T、P、物料量及組成)不 隨時(shí)間而變化的過程。 對于穩(wěn)態(tài)過程，G積 = 0,、對有化學(xué)反應(yīng)體系 對于穩(wěn)態(tài)過程，G積 = 0 式中，各項(xiàng)均為單位時(shí)間內(nèi)的物料量表示，即 Kg/h（或mol/h）。,注意 物料平衡指質(zhì)量平衡，不是體積或物質(zhì)的量 (摩爾數(shù))平衡。故用摩爾/h單位時(shí)，必須考慮反應(yīng) 式中化學(xué)計(jì)量數(shù)。,第二節(jié) 物料衡算的基本方法 進(jìn)行物料衡算時(shí)，為了避免錯(cuò)誤，必須掌握解 題技巧，按正確的解題方法和步驟進(jìn)行。 物料衡算的一般步驟：（P77）,1、收集計(jì)算數(shù)據(jù)。 如，流量、溫度、壓力、濃度、密度等。這些 數(shù)據(jù)，在

3、進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，常常是給定值。如果從生產(chǎn) 現(xiàn)場收集，應(yīng)盡量準(zhǔn)確。 2、畫出物料流程簡圖。 在圖中，應(yīng)注明所有已知和未知變量，并標(biāo)出 每個(gè)流股編號。使衡算思路更明朗。,3、確定衡算體系。 對有多個(gè)設(shè)備的過程，必須選擇恰當(dāng)?shù)暮馑泱w 系，這對整個(gè)物料衡算，具有很重要的意義。根據(jù) 已知條件及計(jì)算要求確定衡算體系。 4、寫出化學(xué)反應(yīng)方程式，包括主反應(yīng)和副反應(yīng)。 若無化學(xué)反應(yīng)，此步驟免去。,5、選擇合適的計(jì)算基準(zhǔn)。 這對物料衡算具有很重要意義。因?yàn)檫x擇恰 當(dāng)，使計(jì)算簡化，反之復(fù)雜，易出現(xiàn)錯(cuò)誤。通常， 按如下原則選擇： 、選擇已知變量數(shù)量最多的流股為基準(zhǔn)。 如、某一體系，若反應(yīng)物組成只知主要成分， 而產(chǎn)物的組成

4、已知，則應(yīng)選產(chǎn)物的量為基準(zhǔn)。,、對液體或固體的體系，常選單位質(zhì)量為基 準(zhǔn)。而氣體常選單位摩爾數(shù)及單位體積為基準(zhǔn)。 對連續(xù)流動體系，用單位時(shí)間作計(jì)算基準(zhǔn)較 方便。 如、1h、1d的投料量或產(chǎn)品量作基準(zhǔn)。,6、列出物料衡算式(總物料，各組分衡算式)，并 用數(shù)學(xué)方法求解。 對組成復(fù)雜的物料，應(yīng)列出輸入-輸出物料表， 這有助于列物料衡算式。 7、最后，將計(jì)算結(jié)果列成輸入-輸出物料表。,例1 （P73, 例4-1） (選基準(zhǔn)的重要性) 丙烷充分燃燒時(shí)，要供入的空氣量為理論量的 125%，其反應(yīng)式為： C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O 問：每100摩爾燃燒產(chǎn)物需要多少摩爾空氣？ 解：(據(jù)基準(zhǔn)不

5、同解法有三種，其中解法三),元素衡算法 不考慮具體化學(xué)反應(yīng)式，而是按元素種類，被 轉(zhuǎn)化及重新組合的概念表示。即， 輸入量（某種元素）=輸出量（同種元素）,基準(zhǔn)：100 mol煙道氣 煙道氣總量：P+Q+M+N=100 C平衡： 3B=P H2平衡： 4B=Q O2平衡： 0.21A=M+P+Q/2 N2平衡： 0.79A=N 過剩氧量： 0.21A(0.25/1.25)=M 聯(lián)立，可求得 A、B、P、Q、M、N。,解法一、二是最后需換算，但是計(jì)算相對簡單。 而解法三是，雖可避免換算，但計(jì)算相對復(fù)雜，特 別是若線性方程較復(fù)雜，計(jì)算工作量更大。 故，解法一、二所選基準(zhǔn)較恰當(dāng)。,第三節(jié) 無化學(xué)反應(yīng)方

6、程的物料衡算 一、簡單過程的物料衡算 簡單過程（一個(gè)設(shè)備過程） 只有物理變化,不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的單元操作,如 混合、蒸發(fā)、干燥、吸收、結(jié)晶、萃取等。 以下研究簡單過程的物料衡算：,例2 （P77） 在如下流程簡圖中，已知各股(三股、各股有K個(gè)組分) 物流量及組成： 試考察物料衡算式及獨(dú)立的物料衡算式。,、對于總物料 F=P+W 總物料衡算式 、對于各組分 可見，對于K個(gè)組分的簡單過程,可列出(K+1)個(gè)衡 算式。但是，在每一股物流中,存在歸一性方程，即：,所以，在組分物料衡算式中,任意一個(gè)組分的 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均可用其它組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)替換。即， 在K個(gè)組分衡算式中，只有(K-1)個(gè)方程是獨(dú)立的。 所以

7、，對于簡單過程，若有K個(gè)組分的(K+1)個(gè) 物料衡算式中，K個(gè)衡算式是獨(dú)立的。,例3 （P78，例4-2，說明如何列衡算方程問題） 一種廢酸，組成為23%(質(zhì)量%)HNO3，57%H2SO4 和20%H2O，加入93%的濃H2SO4及90%的濃HNO3，要求 混合成含27%HNO3及60%H2SO4的混合酸，計(jì)算所需廢 酸及加入濃酸的數(shù)量。,解： 基準(zhǔn)：100kg廢酸 (每股物流的組成均已知，故每股物流的量均可作為基 準(zhǔn)，而且其計(jì)算方便) 物料衡算式： (體系有三個(gè)組分，三個(gè)物料衡算式是獨(dú)立的） 總物料：100+Y+Z=W HNO3衡算式：0.23100+0.9Y=0.27W H2S04衡算式

8、：0.57100+0.93Z=0.6W ,聯(lián)立解、方程，得 Z=93.46(kg)；Y=46.41(kg)；W=239.87(kg) 列出物料輸入、輸出表：,如何選衡算體系對物料衡算也具有重要意義，選 擇恰當(dāng)則計(jì)算簡便，反之復(fù)雜、易出現(xiàn)錯(cuò)誤。 例4 （P110，習(xí)題4-5，解決如何選衡算體系問題） 一蒸餾塔分離戊烷(C5H12)和己烷(C6H14)混合物, 進(jìn)料組成：50(質(zhì)量)C5H12,50C6H14，頂部流出 液含C5H1295,塔底排出液含C6H1496。塔頂蒸出氣 體經(jīng)冷凝后,部分冷凝液回流,其余為產(chǎn)品,回流比(回 流量/餾出產(chǎn)物量)為0.6。計(jì)算：,、每千克進(jìn)料的餾出產(chǎn)物及塔底產(chǎn)物

9、的量(W,B)； 、進(jìn)冷凝器物料量與原料量之比(D/F)； 、若進(jìn)料為100kmol/h，計(jì)算餾出產(chǎn)物、塔底產(chǎn)物 的質(zhì)量流量(kg/h)。,解：對于求問、 解法1：（解法有二） 確定衡算體系,基準(zhǔn)：1kg進(jìn)料 列物料衡算方程： (兩個(gè)組分,兩個(gè)獨(dú)立方程) 總物料 1=W+B C5H12組分 10.5=0.95W+0.04B 解得，W=0.51（kg）；B=0.49（kg） R/W=0.6 且 D=W+R R=0.3060.31(kg)，D=0.51+0.31=0.82(kg) D/F=0.82,解法2： 確定衡算體系 基準(zhǔn)：1kg進(jìn)料 (對于蒸餾塔四個(gè)未知數(shù)，應(yīng)列四個(gè)獨(dú)立方程：總1、組分1、其

10、他2) 總物料：1+R=B+D C5H12組分：0.51+0.95R=0.04B+0.95D 另外： D=W+R R/W=0.6 解得： W=0.51(kg)；B=0.49(kg)；R=0.31kg)；D=0.82(kg),結(jié)論： 體系，有兩個(gè)未知數(shù)，只需兩個(gè)獨(dú)立方程， 較簡單。 體系，有四個(gè)未知數(shù)，共需四個(gè)獨(dú)立方程， 相對較復(fù)雜。 簡單過程，盡量選為一個(gè)體系。,對于求問： 1kg原料中，所含C5H12、C6H14的總摩爾數(shù) 100Kmol/h進(jìn)料，相當(dāng)于 100103/12.75=7.84103kg/h 進(jìn)料。 即，當(dāng)F=7.84103kg/h 時(shí) W=0.517.84103=4103（kg

11、/h） B=0.497.8410=3.84103（kg/h）,二、有多個(gè)設(shè)備過程(多個(gè)單元操作)的物料衡算 有多個(gè)設(shè)備的過程進(jìn)行物料衡算時(shí),可以劃分 多個(gè)衡算體系。但是,此時(shí)必須恰當(dāng)?shù)貏澐趾馑泱w 系,否則會使計(jì)算繁瑣，甚至無法求解。 下面以兩個(gè)設(shè)備的過程為例,說明多個(gè)設(shè)備過 程的衡算體系劃分,以及獨(dú)立方程數(shù)目的確定。,可見，對于有兩個(gè)設(shè)備的過程,可以劃分三個(gè) 衡算體系A(chǔ)、B、C。若每個(gè)設(shè)備的輸入和輸出物料 均含有3個(gè)分組，那么每個(gè)體系各有3個(gè)獨(dú)立方程。 每個(gè)體系的3個(gè)獨(dú)立方程構(gòu)成一組，共3組獨(dú)立方程。, 3組獨(dú)立方程存在如下關(guān)系 方程組A + 方程組B = 方程組C 只有兩個(gè)體系，即：2組方程

12、是獨(dú)立的。 即，對于含有3個(gè)組分的兩個(gè)設(shè)備的過程,獨(dú)立 方程組數(shù)為2，而每一組方程有3個(gè)獨(dú)立方程。故， 總獨(dú)立方程數(shù)是23=6個(gè)。 有多個(gè)設(shè)備的物化學(xué)反應(yīng)過程，其 獨(dú)立方程數(shù) = 組分?jǐn)?shù)(C)設(shè)備數(shù)(M) = CM,例5 （P82，例4-7，2個(gè)設(shè)備過程，選衡算體系的重要性） 有兩個(gè)蒸餾塔的分離裝置，將含50苯、30 甲苯和20%(mol)二甲苯的混合物分成較純的三個(gè)餾 試份,其流程圖及各 流股組成如下圖,計(jì) 算蒸餾1000mol/h原 料所得各流股的量 及進(jìn)塔物料組成。,解：、解法1 (對整個(gè)系統(tǒng)作為衡算體系,則1個(gè)設(shè)備 過程，有3個(gè)未知數(shù)/S2、S4、S5) 物料衡算方程： 總物料 100

13、0 = S2 + S4 + S5 苯 0.51000=0.95 S2+0.03 S4+0.0045 S5 二甲苯 0.31000=0.03 S2+0.95 S4+0.43 S5 解得： S2 =520(mol/h)；S4=150(mol/h）；S5=330(mol/h),另外，對于蒸餾塔，有 物料衡算方程：S1=S2+S3 即，S3=1000-520=480(mol/h) 對于苯 10000.5=0.95S2+X3BS3 對于甲苯 10000.3=0.03S2X3TS3 解得 X3B=0.0125；X3T=0.5925；X3X=1-X3B-X3T=0.395,：解法2 (各精餾塔為一個(gè)設(shè)備，則

14、有 2個(gè)設(shè)備、有6個(gè)獨(dú)立方程) 物料衡算方程： 對于塔： 總物料 1000=S2+S3 對于苯 0.51000=0.95 S2+X3BS3 對于甲苯 0.31000=0.03 S2+X3TS3 ,對于塔： 總物料 S3=S4+S5 對于苯 X3BS3=0.03 S4+0.0045 S5 對于甲苯 X3TS3=0.95 S4+0.43 S5 解得 S2=520(mol/h)；S3=480(mol/h)；S4=150(mol/h)； S5=330(mol/h)；X3B=0.0126(mol/h)；X3T=0.5925(mol/h)；X3X=0.395(mol/h),第四節(jié) 有化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算

15、 有化學(xué)反應(yīng)物料衡算較復(fù)雜。 、要考慮化學(xué)反應(yīng)中生成或消耗的物料量。 、各反應(yīng)中的實(shí)際用量，并不等于反應(yīng)式的計(jì) 量系數(shù)，如一般低廉的反應(yīng)物用量過量，而昂貴 的反應(yīng)物量較少。 、反應(yīng)進(jìn)行程度往往不完全，留下剩余反應(yīng)物。,、存在各種副反應(yīng)生成副產(chǎn)物。 、反應(yīng)中，有時(shí)存在不參加反應(yīng)的組分，如空 氣中的氮?dú)狻?因此，對有化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算時(shí)，有必 要掌握基本的計(jì)算方法和技巧。,一、一般反應(yīng)過程的物料衡算（完全反應(yīng)過程） 衡算方法 直接法 元素法 聯(lián)系組分法 1、直接法 該法顧名思義，指根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式直接求解， 不需列出衡算式。 該法適合于只含一個(gè)未知量或組成的有化學(xué)反 應(yīng)過程的物料衡算。,例6 （

16、P87，例4-10） 1000kg對硝基氯苯ClC6H4NO2用含20%游離SO3的 發(fā)煙硫酸磺化，規(guī)定反應(yīng)終點(diǎn)時(shí),廢酸中含游離SO3 7%(假定反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為100%)。反應(yīng)式如下： ClC6H4NO2 + SO3 ClC6H3(SO3H)NO2 試計(jì)算： 、含20%游離SO3的發(fā)煙硫酸用量； 、廢酸生成量； 、對硝基氯苯磺酸的生成量。,解： 物料流程簡圖：（題意清楚）,基準(zhǔn)：1 Kmol(或57.5kg)對硝基氯苯 反應(yīng)式：ClC6H4NO2 + SO3 ClC6H3(SO3H)NO2 157.5 80 237.5 設(shè)157.5kg ClC6H4NO2完全反應(yīng)時(shí)需要20的發(fā) 煙硫酸用量為x(

17、kg)，則 輸入： ClC6H4NO2：157.5kg 發(fā)煙硫酸(X)：SO3 0.2x(kg)； H2SO4 0.8x(kg),輸出： 產(chǎn)物P【ClC6H3(SO3H)NO2】：237.5 kg 廢酸(W) ：SO3 = 0.2x-80(kg)； H2SO4 = 0.8x(kg) 在廢酸中 =7 x=572（kg） 廢酸生成量w=(0.2572-80)+(0.8572)=492（kg）,對1000kg反應(yīng)物而言： 、20SO3發(fā)煙硫酸X= 572=3632（kg） 、廢酸W= 492=3124（kg） 、產(chǎn)物P= 237.5=1508（kg）,2、元素衡算 是物料衡算的重要方法。特別對化學(xué)反

18、應(yīng)復(fù) 雜，無法用幾個(gè)反應(yīng)式表示的過程的物料衡算，具 有特殊意義。 該法不需考慮具體反應(yīng)，而是按照元素種類被 轉(zhuǎn)化及重新組合的概念列衡算式。即， 輸入（某中元素）=輸出（同種元素） 在此，物料量(元素)可以是mol數(shù)、也可以是 質(zhì)量數(shù)。,例7 （P89，例4-12） 一催化裂化過程，輸入的原料(烷烴)和催化裂 化后產(chǎn)物的組成為： 試計(jì)算：產(chǎn)物量與原料量的摩爾比。,解： 、（解法1） 基準(zhǔn)：100 Kmol原料（同書上解法）,、（解法2） 基準(zhǔn)：100 Kmol產(chǎn)物（已知組成mol分?jǐn)?shù)） 設(shè) F Kmol原料，則 組分 原料量 原料H量 產(chǎn)物量 產(chǎn)物中H量 (Kmol) (Kmol) (Kmol)

19、 (Kmol) C6H14 0 0 5 514=70 C7H16 0 0 15 1516=240 C8H18 0.03F 0.03F18=0.54F 20 2018=360 C11H24 0.07F 0.07F24=1.68F 25 2524=600 C12H26 0.20F 0.20F26=5.20F 10 1026=260 C15H32 0.35F 0.35F32=11.20F 10 1032=320 C17H36 0.35F 0.35F36=12.60F 15 1536=540,合計(jì)： 原料中H量：31.22F 產(chǎn)物中H量：2390 H原子衡算：31.22F=2390 F=76.55（K

20、mol） 產(chǎn)物量與原料量之比： 100/76.55=1.306,3、聯(lián)系組分法 聯(lián)系組分 指隨物料輸入于體系,但完全不參加反應(yīng),又隨 物料從體系輸出的組分。在整個(gè)反應(yīng)過程中,它的 數(shù)量不變。 有何好處？ 根據(jù)聯(lián)系組分的含量,在輸入物料和輸出物料 之間進(jìn)行聯(lián)系,所以用聯(lián)系組分作衡算，尤其是對 含未知量較多的物料衡算,可以使計(jì)算簡化。,例9 （P93，例4-16） 甲烷與氫混合氣在爐子內(nèi)完全燃燒，煙道氣分 析為N2 72.22%、CO2 8.13%、O2 2.49%、H2O 17.16% (mol%)，問：、燃料中氫與甲烷的比率是多少？ 、燃料(H2+CH4)對空氣的比例多少？ 解：(分析),因?yàn)?/p>

21、CH4、H2燃燒反應(yīng) CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O H2 + 1/2O2 H2O 基準(zhǔn)：100mol煙道氣 聯(lián)系組分：N2 煙道氣中N2為72.22mol 輸入空氣中O2量=72.22 =19.20（mol） 煙道氣中CO2量8.13mol,由反應(yīng)式 燃料中CH4量=8.13(mol) CH4燃燒所消耗O2量 8.132=16.26（mol） H2燃燒所消耗O2量19.20-16.26-2.49=0.45(mol) 由反應(yīng)式 燃料中H2量=0.452=0.9（mol） 燃料中H2/CH4=0.90/8.131/9,二、有平衡反應(yīng)過程的物料衡算 在中,一般反應(yīng)過程是完全反應(yīng)過程的物

22、料衡算。故不涉及平衡及轉(zhuǎn)化率、選擇性的問題。 但是,在有平衡反應(yīng)過程的物料衡算，因?yàn)榉?應(yīng)不完全,涉及轉(zhuǎn)化率及選擇性的問題,所以除了需 要建立物料或元素衡算式以外,常常還需要利用平 衡關(guān)系來計(jì)算產(chǎn)物量及組成。在此,平衡關(guān)系主要 指平衡常數(shù)、平衡轉(zhuǎn)化率。,平衡轉(zhuǎn)化率，平衡產(chǎn)率為在一定條件下的最高 轉(zhuǎn)化率，最高產(chǎn)率。,例10 （P95，4-18） 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+H2OCO+3H2 (Kp1=63.29)； CO+H2OCO2+H2 (Kp2=1.202) 已知：水蒸氣與甲烷之比為2.5,溫度為760

23、,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。,解： 基準(zhǔn)：1mol CH4輸入物料 物料衡算式(元素衡算，3個(gè)方程)： H2平衡 2+2.5=W+2M+Z C平衡 1=M+X+Y 氧原子O平衡 2.5=W+X+2Y,Z=4.5-2M-W (1) Y=1.5+M-W (2) X=W-2M-0.5 (3) （產(chǎn)物總量：X+Y+Z+M+W=5.5-2M） 以上是，5個(gè)未知數(shù)(改變?yōu)?個(gè)未知數(shù))，3個(gè)方程。 平衡反應(yīng)，剩余2個(gè)未知數(shù)由2個(gè)平衡反應(yīng)列 方程，即,其中,代入(4)(5)，得： 式(6)(7)為高次方程，可借助于計(jì)算機(jī)程序計(jì)算。 解得： W=1.3264mol； M=0.1

24、428mol 代入組分物料衡算方程組，并解方程組得： X=2.866mol； y=0.2964mol； Z=0.560mol,三、具有循環(huán)排放及旁路過程的物料衡算 1、循環(huán)過程的物料衡算 循環(huán)過程 在化工生產(chǎn)中,因?yàn)榉磻?yīng)本身轉(zhuǎn)化率不高或?yàn)?了控制副反應(yīng),以提高選擇性,所以多數(shù)情況是原料 每次經(jīng)反應(yīng)器后的轉(zhuǎn)化率不高,即單程轉(zhuǎn)化率很低。 如,乙烯直接水合制乙醇的過程,乙烯的單程轉(zhuǎn) 化率是只有45,由氫、氮合成氨的單位轉(zhuǎn)化率,只有20左右,乙烯氧化制環(huán)氧乙烷的過程,乙烯的 單程轉(zhuǎn)化率約30左右。 對這些過程,實(shí)際上在反應(yīng)器出口的產(chǎn)物中 把未反應(yīng)的原料分離出來,然后把它循環(huán)返回反應(yīng) 器,與新鮮原料一起

25、再進(jìn)行反應(yīng)，提高原料的利用 率。此過程即為循環(huán)過程,如下圖（P98）：,可見,采用循環(huán)過程,可以提高原料的轉(zhuǎn)化率， 使原料更充分地得到利用。,例11 (P98，例4-19) 丙烷在催化反應(yīng)器中脫氫生成丙烯,其反應(yīng)式為: C3H8C3H6+H2 丙烷的總轉(zhuǎn)化率為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)物中有C3H8、C3H6及H2，其 中C3H8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。,解： 第一步： 已知總轉(zhuǎn)化率 總過程衡算體系()開始,求P1、P2、P3 基準(zhǔn)：10

26、0 Kmol/h 新鮮原料C3H8 P1=5（Kmol/h） 由反應(yīng)式，P2=10095%=95（Kmol） P3=10095%=95（Kmol）,第二步： 以分離器為衡算體系()。 、Q1=P1+R1，而P1=0.555%Q1=5 Q1=900(Kmol)，R1=895(Kmol) 、R2=5%P2=5%95=4.75（Kmol） 即，循環(huán)組成為R1=895(Kmol)，R2=4.75(Kmol),第三步： 對于結(jié)點(diǎn)A(物料結(jié)合點(diǎn))衡算() MF1=F+R1=100+895=995(Kmol/h)=N1,小結(jié) 有循環(huán)過程的物料衡算： 、若已知總轉(zhuǎn)化率,則可以先做總物料衡算； 、若已知單程轉(zhuǎn)化

27、率,則可以先做反應(yīng)器物料 衡算。,2、具有循環(huán)與排放過程的物料衡算 在循環(huán)過程,常 常在原料中含有不 參加反應(yīng)的雜質(zhì)或 惰性物質(zhì)。如在以 下圖中(P100,圖4-6), 設(shè)單程轉(zhuǎn)化率50, 反應(yīng)器的進(jìn)料(原 料)流量100kg/h。,可見：在循環(huán)過程中，若原料中含有不參加反 應(yīng)的雜質(zhì)或惰性物質(zhì),則經(jīng)長時(shí)間的多次循環(huán)(二次 循環(huán)),將會使循環(huán)原料中雜質(zhì)濃度增高(由10ppm 20ppm),以致影響正常生產(chǎn)。因此為了排除積累 的雜質(zhì),必須排放一部分循環(huán)物料。如下圖：,在圖中，循環(huán)比R/W（或R/F、R/MF，重要參數(shù)） 衡算體系：有5個(gè) 物料衡算式：（總物料） 對總過程而言：F=P+W 對反應(yīng)器而

28、言：MF=RP 對分離器而言：RP=S+P 對結(jié)點(diǎn)A而言：F+R=MF 對結(jié)點(diǎn)B而言：S=W+R 從組成看： S、R、W組成相同，而 F 與 R 的組成是不同的。,例12 （P101，4-20） （據(jù)單、總轉(zhuǎn)化率選擇體系，結(jié)點(diǎn)衡算） 乙烯氧化制環(huán)氧乙烷，其生產(chǎn)流程圖如下圖。 、已知在新鮮原料中乙烯:空氣=1:10(mol),乙稀單程 轉(zhuǎn)化率為55%，吸收塔出口氣體總量的65%循環(huán)返回反應(yīng)器。 計(jì)算總轉(zhuǎn)化率、各流股物料量及排放物料W組成； 、如果W的分析數(shù)據(jù)為:N2 81.5%,O2 l6.5%,C2H4 2.0%, 循環(huán)比(R/W)為3.0,計(jì)算新鮮原料中乙烯與空氣的比例和單 程轉(zhuǎn)化率。 （非均相催化氧化）,解：、 反應(yīng)式 C2H4 + 1/2O2 C2H4O 基準(zhǔn)：10mol C2H4 ，則 空氣100mol，其中O2為21 mol，N2為79 mol 已知C2H4單程轉(zhuǎn)化率及循環(huán)比 先從結(jié)點(diǎn)A作衡算,、A點(diǎn)物料衡算 F+R=MF 設(shè)MF中，C2H4為X、O2為Y、N2為Z（mol） MF物料： C2H4：10+(1-0.55)X0.65=X ；X=14.15（mol） O2： 10021+