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时间:2020-09-26
《第4章石油化工单元-6-反应过程的物料及热量衡算与共性ppt课件.ppt》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、化学工艺学4.6化工工艺学的物料与热量衡算4.6.1化工过程的主要效率指标1.生产能力:一个设备、一套装置或一个工厂在单位时间内生产的产品量或处理的原料量。2.生产强度:设备的单位体积或单位面积的生产能力。用于比较不同设备。3.转化率:X=某一反应物的转化量/该反应物的起始量平衡转化率:对于可逆反应,存在最大转化率。循环反应:单程转化率(XA)=组合A在反应器中的转化量/反应器进口物料中组合A的量全程转化率(XA,tot)=组合A在反应器中的转化量/新鲜原料中组合A的量4.选择性:S=转化为目的产物的某反应物的量/该反应物的转化总量=产物的生成量/反应物计量应得理论
2、产物量5.收率:Y=转化为目的产物的某反应物的量/该反应物的起始量单程收率和全程收率,平衡收率Y=S·X例题:(P42)合成氨反应0.5N2+1.5H2=NH3,已知原料气中只有N2、H2,H2/N2的摩尔比为3/1,计算700K和30.4MPa时反应体系的平衡组成、平衡转化率和平衡产率。700K时,Kf=0.009048,700K和30.4MPa时各组分的逸度系数为:γ(H2)=1.10,γ(N2)=1.15,γ(NH3)=0.9。解:由Kf=KγKpKγ=γ(NH3)/[γ(H2)1.5×γ(N2)0.5]=0.9/[1.151.5×1.10.5]=0.72Kp
3、=Kf/Kγ=0.009048/0.72=0.01257以1molN2为计算基准,设达平衡时生成amol的NH3,则平衡时有:0.5N2+1.5H2=NH3130起始1-0.5a3-1.5aa平衡总mol数为:(4-a)molKp=y(NH3)/[y(H2)1.5×y(N2)0.5]×(p/p0)1-0.5-1.5y(NH3)=a/(4-a)y(H2)=(1-0.5a)/(4-a)y(N2)=(3-1.5a)、(4-a)解得:a=1.182moly(NH3)=41.95%,y(H2)=14.51%,y(N2)=43.54%平衡转化率X(H2)=0.5a/1=59.1
4、%X(N2)=1.5a/3=59.1%Y(NH3)=X(H2)=59.1%4.6.2反应过程的热量衡算和物料衡算化工工艺计算包括物料衡算、热量衡算和反应器计算。物料衡算是热量衡算及其它工艺、设备设计的基础。化学反应过程的物料衡算和热量衡算:除了物理变化时的计算外,还包括物料成分的改变和反应热效应的计算。这些计算不仅为设计流程和反应器提供基础数据,并能对改善工艺指标提出方向和要求。4.6.3复杂过程的物料衡算,可采用如下计算步骤画出简单的工艺流程图;画出物料平衡线路图,进入设备的物料以直线来描绘,所有的物料相聚于一点,从设备出来的产品及损失集中于另一点,然后由此点以直
5、线散开;写出化学反应方程式,包括主、副反应;说明计算任务,如年产多少吨、年工作日、产品纯度、产率等选定计算基准;选择操作工艺参数和计算所必需的数据;由已知数据进行物料衡算;将计算结果列表。例1:邻二甲苯氧化制苯酐,反应式为已知邻二甲苯的转化率为70%,氧的用量为理论用量的150%,以空气为氧源,每小时投料量为250kg邻二甲苯,试进行物料衡算。解:以每小时为计算基准进料邻二甲苯流量=250/106=2.358(kmol/h)氧流量=2.385×70%×3×150%=7.43(kmol/h)=237(kg/h)氮流量=7.43×0.79/0.21=27.95(kmol
6、/h)=782.63(kg/h)出料苯酐流量=2.358×70%×148=244.29(kg/h)水流量=2.358×70%×18×3=89.13(kg/h)氧流量=(7.43—2.358×70%×3)×32=79.36(kg/h)氮流量=782.63(kg/h)未反应的邻二甲苯流量=250(1—70%)=75(kg/h)例2试作生产任务为年产1200吨苯乙烯装置的物料衡算。已知全年时数为8760h,实际生产时间为7200h,原料乙苯纯度为98%,其中甲苯含量2%(质量),苯乙烯选择性为90%,苯选择性为3%,甲苯选择性为5%,焦炭选择性为2%,苯乙烯收率为40%,
7、乙苯:水蒸气=1:1.3(质量,以乙苯计)。解:(1)写出反应方程式。(2)画出物料平衡线路图,如图(3)确定计算基准。因是连续生产、以每小时生产的苯乙烯为基准(kmol/h)。每小时生产的苯乙烯为:(1200×1000)/(7200×104)=1.60(kmol/h)参加反应的乙苯1.60/0.9=1.78(kmol/h)=188.68(kg/h)需加入乙苯1.6/0.4=4.00(kmol/h)=424.0(kg/h)未参加反应的乙苯4.00一1.78=2.22(kmol/h)=235.32(kg/h)需加入的水蒸气424.00×1.3=551.2(kg/h
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