物料衡算和热量衡算ppt课件.ppt

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1、化工生产技术第十六章物料衡算和热量衡算第一节物料衡算一、物料衡算及其分类物料衡算是根据质量守恒定律，对化工过程中的各股物料进行分析和定量计算，以确定它们的数量、组成和相互比例关系，并确定它们在物理变化或化学变化过程中相互转移或转化的定量关系的过程。按其衡算范围单元操作、全流程操作方式间歇操作、连续操作有无反应过程有化学反应过程、无化学反应过程二、物料衡算的依据和衡算范围物料衡算的理论依据是质量守恒定律，即在一个孤立的系统中，不论物质发生任何变化，其质量始终不变。在化学反应过程中，体系中组分的质量和摩尔数发生变化，而且在很多情况下总摩尔数也发生变

2、化，只有总质量是不变的。对于化工过程中的物理过程，总质量、总摩尔数、组分质量和组分摩尔数都是守恒的。三、物料衡算式输入的物料量－输出的物料量－反应消耗的物料量＋反应生成的物料量＝积累的物料量“积累的物料量”是表示体系内物料随时间而变化时所增加或减少的量，物料量增加时积累项为正值；物料量减少时，积累项为负值；如果体系是一个没有化学反应的物理过程，则反应消耗和生成的物料量均为零。当积累项等于零时，表示进出体系的物料量维持平衡，即达到稳定状态。四、物料衡算基本步骤确定衡算范围收集、整理计算数据列出化学反应方程式选择合适的计算基准列出物料衡算式、求解校

3、核、整理计算结果五、物料衡算方法（一）无反应过程的物料衡算（二）反应过程的物料衡算直接求算法利用联系物做衡算若F和P分别表示输入系统物料量和从系统输出的物料量，衡算联系物T在F和P中的质量分数分别为和，则F和P的关系为【例16.1.1】甲烷和氢的混合气用空气完全燃烧来加热锅炉，生成的水蒸气全部进入烟道气。生成烟道气100mol。烟道气摩尔组成为：氮72.18％、二氧化碳8.11％，氧2.44％、水蒸气17.27％，做物料衡算。燃料气中甲烷与氧的比例如何？空气与燃料气的比例如何？解：基准100mol烟道气烟道气中氮量=72.18mol氧量=2.4

4、4mol以氮为衡算联系物，根据F·χt，f=P·χt，p可以求出空气加入量=72.18÷79％=91.37mol空气中氧量=91.37×21％=19.187mol氧总反应量=19.187—2.44=16.747mol烟道气中二氧化碳量=8.11molCH4+2O2===CO2+2H2O计量系数l2l2生成量／mol8.1116.22反应量／mol8.1116.22氢燃烧消耗氧量：16.747—16.22=0.527molH2+½O2===2H2O计量系数10.51反应量／mol1.0540.527生成量／mol1.054生成水蒸气总量=16.2

5、2+1.054=17.274mol表16-1物料衡算表3．以结点做衡算在生产中有些中间产品的组成不符合生产要求，需要采用旁路调节才能达到合格。在这种情况下，以旁路联结点作物料衡算较方便。两股物料汇合（混合）称为并流，一股物料成为两股物料（旁路）称为分流。分流的联结点与并流的联结点均称为结点。旁路分流和混合并流都是物理过程。由于没有化学变化，因此可以对总物料及其中某组分进行衡算。如图16-1所示。结点AV0=V1+V2结点BVl+V3=V4【例16.1.2】某工厂用烃类气体制合成气生产甲醇。合成气体量为2321m3／h，摩尔比为CO:H2=1:2

6、.4。转化后的气体摩尔组成为：CO43.12％，H254.2％，不符合要求。将部分转化气送去CO变换反应器和CO2脱除装置，置换脱CO2后，气体摩尔组成为：CO8.76％，H289.75％，气体体积减小2％。用此变换气调节转化气，以便达到工艺要求。求转化气、变换气各为多少？（三）循环过程的物料衡算方法1．循环过程为了提高原料的利用率，必须循环利用以提高总转化率。因此，包括反应器在内的循环过程典型流程如图16-2所示图16-2中，从反应器出来的产物RP经分离器分成产品P和循环物料R，进入反应器的物料MF由新鲜原料FF和循环物料R混合而成。带有排放

7、过程的循环过程，其典型流程如图16-3所示。由图16-3看出，与循环过程相比，排放过程中增加了一个分流器，其作用是将分离器回收的待循环物料S分出一部分作为排放物W，其余部分为循环物料R。经过分流器的物料组成不发生变化，因此S、W、R的组成是相同的。假设惰性物质和副产物全部进入循环物流，则整个过程可划分为1个总系统和包括三个物理过程（混合、分离、放空分流）以及一个反应过程的4个子系统。总系统的物料衡算提供新鲜原料和产品之间的关系。子系统的物料衡算提供包括循环物料在内的进出各设备的流量和组成三个物理过程中，各物料流的质量m守恒，物料流中各组分的质量

8、mi守恒,物料流的物质的量n守恒，物料流中各组分的物质的量ni也守恒。化学反应过程中，物质的量和组分的质量都发生变化，只有各物料流的质量m守恒（衡算联