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

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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