物料衡算与能量衡算经典课件(.ppt

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1、化工过程分析与开发物料衡算与能量衡算李光兴华中科技大学化学与化工学院2011－09§3.5物料衡算举例§3.5.1无反应过程的物料衡算[例1]某化工厂要求设计一套从气体中回收丙酮的装置系统，并计算回收丙酮的费用。系统的流程框图如图所示，要求有已知的资料，列出各物流的流量（kg/h），以便能确定设备的大小，并计算蒸馏塔的进料组分。吸收塔蒸馏塔冷凝器水F11200kg/h混合气体F21.5(mol)%丙酮空气F3产品F4丙酮99%,水1%废料F5：丙酮5%，水95%§3.5物料衡算举例§3.5.1无反应过程的物料衡算

2、分析：本系统包括三个单元：吸收塔、蒸馏塔和冷凝器。除混合气体外均以质量分数表示，所以及其换算成质量分数。进入系统的物流为两个，离开的为三个，已知项为一个，因此未知项有四个。组成kmolkg质量,(mol)%丙酮1.5872.95空气98.5286097.05总计1002947100.00以100kmol为基准总物料平衡式：1200＋F2＝F3＋F4＋F5丙酮：0.0295F2＝0.99F4＋0.05F5水：1200＝0.01F4＋0.95F5空气：0.9705F2＝F3结论：只有3个独立方程，不能求解，应补充数据

3、：每小时进入系统的气体混合物、离开系统的产品或废液的物流量进入蒸馏塔的组分§3.5物料衡算举例§3.5.1无反应过程的物料衡算例2:一种废酸，组成为23％(质量％)HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的浓H2SO4及90％的浓HNO3，要求混合成27％HNO3及60％H2SO4的混合酸，计算所需废酸及加入浓酸的数量。解：设x——废酸量，kg；y——浓H2SO4量，kg；z——浓HNO3量；kg(1)画物料流程简图§3.5物料衡算举例§3.5.1无反应过程的物料衡算(2)选择基准，可以选废酸或浓酸的

4、量为基准，也可以用混合酸的量为基准，因为四种酸的组成均已知，选任何一种作基准计算都很方便。(3)列物料衡算式，该体系有3种组分，可以列出3个独立方程，所以能求出3个未知量基准：100kg混合酸总物料衡算式x+y+z=100                        (1)H2SO4的衡算式0.57x+0.93y=100×0.6=60            (2)HNO3的衡算式0.23x+0.90z=100×0.27=27          (3)§3.5物料衡算举例§3.5.1无反应过程的物料衡算解(1)，

5、(2)，(3)方程，得x=41.8kg废酸y=39kg浓H2SO4z=19.2kg浓HNO3即由41.8kg废酸、39kg浓H2SO4和19.2kg浓HNO3可以混合成100kg混合酸。根据水平衡，可以核对以上结果：加入的水量=41.8×0.2+39×0.07+19.2×0.10=13kg混合后的酸，含13％H2O，所以计算结果正确。以上物料衡算式，亦可以选总物料衡算式及H2O与HNO3二个衡算式或H2SO4、HNO3和H2O三个组分衡算式进行计算，均可以求得上述结果。§3.5物料衡算举例§3.5.1无反应过程的

6、物料衡算例3:有两个精馏塔的分离装置，将含50%苯、30%甲苯和20%（mol%）二甲苯的混合物分成较纯的三个馏分，其流程图及各流股组成如图。计算精馏1000mol/h原料所得个流股的量及进塔II物料的组分。§3.5物料衡算举例§3.5.1无反应过程的物料衡算解:设S2、S3、S4、S5表示各流股物料量，mol/hx3B、x3T表示流股3种苯、甲苯的组成。体系A（塔I）：总物料1000＝S2＋S3(1)苯1000×0.5＝0.95S2＋x3BS3(2)甲苯1000×0.3＝0.03S2＋x3TS3(3)体系B（塔

7、II）：总物料S3＝S4＋S5(4)苯x3BS3＝0.03S4＋0.0045S5(5)甲苯x3TS3＝0.95S4＋0.43S5(6)体系C（整个过程）：总物料1000＝S2＋S4＋S5(7)苯1000×0.5＝0.95S2＋0.03S4＋0.0045S5(8)甲苯1000×0.3＝0.03S2＋0.95S4＋0.43S5(9)§3.5物料衡算举例§3.5.1无反应过程的物料衡算解:由(7)、(8)、(9)三式解得S2＝520mol/hS4＝150mol/hS5＝330mol/h再任选一组体系A或B的衡算方程，可

8、解得：S3＝480mol/hx3B＝0.0125x3T＝0.5925x3x＝0.395§3.5物料衡算举例§3.5.2反应过程的物料衡算反应转化率、选择性及收率：1、限制反应物：化学反应原料不按化学计量比配料时，其中以最小化学计量数存在的反应物称为限制反应物。2、过量反应物：不按化学计量比配料的原料中，某种反应物的量超过限制反应物完全反应所需的理论量，该反应物称为过量反应