现代化工计算单元3化工过程物料衡算教材

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1、*单元3化工过程物料衡算1单元三化工过程物料衡算任务1理解物料衡算基础知识一、物料衡算的两大类型二、化工生产过程的类型三、物料衡算的理论依据及物料衡算式四、物料衡算计算基准及其选择五、物料衡算的一般步骤任务2物理过程的物料衡算一、混合过程物料衡算二、蒸发与结晶过程物料衡算三、吸收过程物料衡算四、精馏过程物料衡算任务3反应过程物料衡算一、反应物配比二、转化率、选择性、收率、三、单一反应过程物料衡算四、复杂反应过程物料衡算(一)直接求解法(二)元素衡算法(三)利用联系组分衡算(四)利用化学平衡衡算*单元3化工过程物料衡算2任务1理解物料衡算基础知识知识

2、目标：掌握物料衡算的类型、化工过程的类型、物料衡算的理论依据，熟悉物料衡算时计算基准的选择方法，熟悉物料衡算的一般步骤。能力目标：能针对不同类型的化工过程和衡算对象，选择合适的计算基准和比较正确的衡算步骤。一、物料衡算的两大类型(1)核算型对已有的生产设备或装置,利用实际测定的数据,计算出另一些不能直接测定的物理量。用此计算结果,对生产情况进行分析、作出判断、提出改进措施。(2)设计型根据设计任务,先作物料衡算,求出进出各设备的物料量,然后再作能量衡算,求出设备或过程的热负荷,从而确定设备尺寸及整个工艺流程。返回*单元3化工过程物料衡算3任务1理解物

3、料衡算基础知识二、化工生产过程的类型(1)间歇操作(2)连续操作①稳态；②非稳态(3)半连续操作三、物料衡算的理论依据及物料衡算式(1)物料衡算的理论依据质量守恒定律(2)物料衡算式总物料（若元素）：m入=m出+m积累(3-1)（注意单位：kg，若用kmol则无化学反应时适用）组分：mi入±mi生成或消耗=mi出+mi积累(3-2)返回*单元3化工过程物料衡算4任务1理解物料衡算基础知识四、物料衡算计算基准及其选择(1)稳定流动过程①单位时间，如：1小时、1分钟、1秒钟②单位数量或某一整量的原料或产品，如：A)气体原料，有100mol或kmol或10

4、0Nm3等，理由是气体物料通常用mol%组成或体积%；B)液体原料，有100kg，理由是液体物料通常用质量%。(2)间歇过程不采用单位时间为计算基准。*单元3化工过程物料衡算5计算基准选择举例,例3-1戊烷充分燃烧,空气用量为理论量的120%,反应式为:C5H12+8O2→5CO2+6H2O,问每100mol燃烧产物需要多少mol空气？解：由题意画出示意流程图方法一：基准——1molC5H12则：理论O2量：n理论氧=8n戊烷=8mol实际O2量:n实际氧=1.20n理论氧=9.60mol实际air用量:n实际空气=9.60/0.21=45.71

5、molN2量：n实际氮=45.710.79=36.11mol计算结果列表如下：输入项输出项组分摩尔数克数组分摩尔数mol%克数C5H12172CO2510.26220O29.60307.2H2O612.32108N236.111101.20O21.603.2851.2N236.1174.131011.2046.711390.4048.71100.001390.40每100mol燃烧产物（烟气）所需空气量为：45.7148.71100=93.84mol或由N2平衡方程得：10073.13%79%=93.84mol(实际计算过程建议用Exc

6、el处理)*单元3化工过程物料衡算6计算基准选择举例,戊烷充分燃烧，空气用量为理论量的120%，反应式为：C5H12+8O2→5CO2+6H2O,问每100mol燃烧产物需要多少mol空气？解：由题意画出示意流程图方法二：基准——1mol空气则其中O2量：n实际氧=0.21mol反应的O2量：n反应氧=0.21/1.20=0.175mol燃烧的C3H8量：n丙烷=0.175/8=0.0219mol计算结果列表如下：每100mol燃烧产物（烟气）所需空气量为：100/1.0656=93.84mol或由N2平衡方程得：10074.13%79%=93

7、.84mol输入项输出项组分摩尔数克数组分摩尔数mol%克数C5H120.02191.575CO20.109410.264.8125O20.216.72H2O0.131312.322.3625N20.7922.12O20.0353.281.12N20.7974.1322.121.021930.4151.0656100.0030.415(实际计算过程建议用Excel处理)*单元3化工过程物料衡算7C平衡：5B=P（1）H2平衡：6B=Q（2）O2平衡：0.21A=M+P+Q/2（3）N2平衡：0.79A=N（4）总物料：M+N+P+Q=100（5

8、）过剩O2：(0.21AM)1.20=0.21A0.035A=M（6）以上6个线性方程采用Excel