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《化工设计 第3章 物料衡算和热量衡算.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在PPT专区-天天文库。
1、第三章化工计算2005-09-261化工设计3.1物料衡算目的与意义了解原料与产品间的定量关系，确定物耗以及系统平衡状态是能量衡算、设备工艺设计与选型，管道设计及所有工艺计算的基础确定各单元设备的物流量及其组成、能量负荷对生产工艺方案起检查作用，消除不合理损耗，改进工艺路线3.1物料衡算基本方法物料平衡方程依据：质量守恒定律基本方程进入－流出＋反应生成－反应消耗＝累积Fi–Fo+Dp–Dr=W简化连续稳态操作过程Fi–Fo+Dp–Dr=0连续稳态无化学反应操作过程Fi–Fo=0间歇操作过程过程Dp–Dr=W半间歇过程Fi–Fo+Dp–Dr=W3.1物料衡算物料衡算基准时间
2、基准连续过程一段时间的投料量或生产产品量作为计算基准例：年产300kt乙烯装置，年操作时间为8000h，则每小时的平均产量为37.5t。年处理量为9000kt炼油厂，年操作时间为8000h，则每小时的平均产量为1125t。批量基准间歇过程一釜或一批料的生产周期作为基准质量基准（进料或出料量）当系统介质为液、固相时，选择一定质量的原料或产品作为计算基准例：以石油、煤、矿石为原料的化工厂，可采用一定量的原料为基准。1kg、1000kg、100t物质的量为基准（mol为基准）如果原料或产品是单一化合物，或由已知组成百分数和组分分子量的多组分组成，可用物质的量作为计算基准3.1物
3、料衡算基本步骤确定物料衡算对象与范围，画出物料衡算对象的流程示意图写出化学反应方程式确定计算任务选定计算基准收集数据资料，计算需要的数据列出平衡方程（组），计算整理并校核，根据需要列成原材料消耗表绘制物料流程图3.1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，流程框图如下，要求由已知资料，计算各物流的流率（kg/h），以便进行设备设计。3.1物料衡算解：由于除空气进料后的其余组成均是以质量百分数表示的，所以取基准：100kmol气体进料。因此，将空气——丙酮的摩尔分率转换成质量分率w3.1物料衡算解分析：进入系统物流为两个，流出为三个，其中有一个已知，所以
4、有四个物流未知因此要有四个方程求解总物料平衡式各组分平衡式3.1物料衡算解独立方程数为3，why可补充的数据（之一）气体混合物流量离开系统的产品流量离开系统的废液流量进入蒸馏塔的组成3.1物料衡算例3.2（有反应过程的物料衡算）作年产300t对-硝基乙苯工段的物料衡算，原料乙苯纯度为95%，硝化混酸组成为，HNO332%,H2SO456%,H2O12%。粗乙苯与混酸质量比1:1.885，对硝基乙苯收率50%，硝化产物为硝基乙苯的混合物，其比例卫对:邻:间=0.5:0.44:0.06。配置混酸所用的原料为:HNO396%,H2SO493%,及H2O，年工作日300天，假设转
5、化率为100%，间歇生产3.1物料衡算解：流程示意图H2O3.1物料衡算原料乙苯量基准：间歇生产，每天需生产的kg数为基准对-硝基乙苯量：乙苯量：原料乙苯量：杂质量：3.1物料衡算配酸酸量混酸量纯HNO3量96%HNO3量纯H2SO4量93%H2SO4量加H2O量3.1物料衡算硝化已知转化率100%.硝化物产量其中对邻间3.1物料衡算硝化废酸量：HNO3消耗量：H2O生成量：废酸中HNO3量：H2SO4量：H2O量：废酸总量：组成：HNO32.06%,H2SO471.52%,H2O26.42%3.1物料衡算例3.2（有反应过程的物料衡算）工业上，合成氨原料气中的CO通过变
6、换反应器而除去，如图所示。在反应器1中大部分转化，在反应器2中完全脱去。原料气是由发生炉煤气（78%N2，20%CO，2%CO2）和水煤气（50%H2，50%CO）混合而成的半水煤气。在反应器中与水蒸气发生反应：CO＋H2OCO2＋H2N278%,CO20%CO22%,F1H250%,CO50%,F2反应器1反应器2H2O,F3F4N2,H2，H2OCO，CO2F5N2,H2,H2O,CO2最后得到物流中H2与N2之比为3：1，假定水蒸气流率是原料气总量（干基）的两倍，同时反应器1中，CO的转化率为80%，试计算中间物流（4）的组成。解：基准：物流1为100mol/h；正
7、反应的速率为r（mol/h）（1）过程先由总单元过程摩尔衡算式进行计算，总衡算式为：N2平衡：F5,N2＝0.78×100＝78mol/hCO平衡：0＝0.2×100＋0.5F2－rH2O平衡：F5,H2O＝F3－rCO2平衡：F5,CO2＝0.02×100＋rH2平衡：F5,H2＝0.5F2＋r解：已知H2与N2之比为3：1F5,H2＝3F5,N2＝3×78＝234mol/h原料气（干基）与水蒸气之比1：2F3＝2（F1＋F2）将H2和CO平衡式相加，消去r，得：F2＝234-20＝214mol/h将F2值代入CO平衡式中，
