天津大学工业化学基础课件第一章-化工基本计算2

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1、2．4明确一组概念1、反应物的摩尔比：反应物的摩尔比指的是加入反应器中的几种反应物之间的摩尔数之比。理论上这个摩尔比可以和化学反应式的摩尔数相同，相当于化学计量比。实际上对于大多数有机反应来说，各种反应物的摩尔比并不等于化学计量比。（主要考虑反应物的转化率和原料成本等因素）2.限制反应物和过量反应物化学反应物不按化学计量比投料时，其中以最小化学计量数存在的反应物叫做“限制反应物”。而某种反应物的量超过限制物反应完全反应的理论量，则该反应物称为“过量反应物”。过量反应物超过限制反应物所需理论量部分占所需理论量的百分数叫做“过量百分数”。N

2、e：过量反应物的摩尔数；Nt：限制反应物完全反应所消耗的摩尔数；3.转化率某一种反应物A反应掉的量NAR占向反应器中输入量NA，百分数称为反应物A的转化率XA:4.选择性一种反应物A反应掉的量N某占向反应器中输入量NA，in百分数称为反应物A的转化率XA:选择性指的是某一反应物转变成目的产物时，理论消耗的摩尔数占该反应物在反应中实际消耗的总摩尔数的百分数。NP:表示生成目的产物的摩尔数；A,p分别表示为反应物A和目的产物P的化学计量系数S：为选择性；5.理论收率理论收率指的是生成目的产物的摩尔数占输入的反应物摩尔数的百分数，用y表示：转

3、化率XA,选择性S和理论收化率y三者之间的关系为：例如，100mol苯胺在用浓硫酸进行焙烘磺化时，反应产物中含87mol对胺基苯磺酸；2mol未反应的苯胺，另外还有一定数量的焦油物，6.质量收率y质反应过程生成目的产物的质量占某一输入反应物质量的百分数7.原料消耗定额：（单耗）原料消耗定额是指生产1吨（或公斤）产品需要消耗多少吨（或公斤）各种原料，对于主要反应物来说，它实际上是质量收率的倒数。8.单程转化率和总转化率有些生产过程，主要反应物每次经过反应器后的转化率并不太高，但是未反应的主要反应物大部分可经过分离回收循环套用。这时要将转化

4、率分为单程转化率和总转化率两项。表示反应物A输入和输出反应器的摩尔数表示反应物A输入和输出全过程的摩尔数衡算基准的选择示例计算基准的选择是计算的关键。基准选择恰当可使计算工作大为简化、计算过程清晰、计算结果误差减少。相反，基准选择不当，不仅使计算过程复杂、麻烦，有时还会造成计算结果错误。例1丙烷充分燃烧时要供入空气量125%，反应式为C3H8+5O2→3CO2+4H2O问：每100摩尔燃烧产物需空气量多少摩尔？解题思路：有三种不同的基准选取方法：（1）   选取1molC3H8气体作为基准。（2）   选取1mol空气作为基准。(3)选

5、取100mol烟道气作为基准。（1）   选取1molC3H8气体作为基准，所需空气量为：燃烧需理论氧5mol总需加入氧量＝1.25×5＝6.25mol折算为空气[空气中氧占21%（体积)]29.76mol氮=23.51摩化合物摩克化合物摩克C3H8144CO23132空气29.76859.5H2O472O21.2540N223.51658.3总计30.76903.531.76902.3物料衡算结果（以1molC3H8气体为基准）每100摩尔烟道气所需空气量为:100摩烟道气×(6.25+23.51)mol空气/31.76摩烟道气=93

6、.7mol空气(2)选取1mol空气作为基准。考虑到空气过剩量，C3H8的摩尔为0.00361÷5×0.21÷1.25＝0.0036由此计算得各物质量见下表所示：物料衡算结果如表所示：入出化合物摩克化合物摩克C3H80.03361.48CO20.1014.44空气1.028.84H2O0.1352.43O20.0421.34N20.7922.12总计1.033630.321.06830.33每100摩尔烟道气所需空气量为:(100摩烟道气×1.0摩空气)/1.068摩烟道气=93.7mol空气(3)选取100mol烟道气作为基准。令N=

7、烟道气中N2摩尔数M=烟道气中O2摩尔数P=烟道气中CO2摩尔数Q=烟道气中H2O摩尔数A=入口空气摩尔数B=入口丙烷摩尔数共有6个未知数，求解时必需有6个独立方程式以上共列出9个线性方程式，含6个未知数（A,B,N,M,P,Q）,解此6个未知数时，可先检查上列9个线性方程式是否都是独立的？如果不是，那些是多余的？我们发现：方程式（7，8，9）都与式（1-6）相关，因此，线性独立方程式只有（1—6）相关。6个方程，6个未知数，有确定解。我们用矩阵解之。矩阵解法如下：：改写为矩阵式：即AX=C当方程组有唯一解时，应有：X=A-1C利用MA

8、TLAB软件进行计算，过程为：A=[0300-10;04000-1;0.2100-1-1-0.5;0.790-1000;001111;0.04200-100]C=[0;0;0;0;100;0]X=inv(A