吴指南《基本有机化工工艺学》课件-第八章..ppt

第八章反应过程的物料及热量衡算（4学时）基本要求：物料衡算（直接法、元素平衡法、联系物料法、循环物流），热量衡算（主要方法和步骤、物理变化过程焓变的计算举例、气相连续反应过程的热衡）重点：联系物料法、循环物流难点：热量衡算第八章反应过程的物料及热量衡算物料衡算和热量衡算是化学工艺的基础之一，通过物料、热量衡算，计算生产过程的原料消耗指标、热负荷和产品产率等，为设计和选择反应器和其他设备的尺寸、类型及台数提供定量依据；可以核查生产过程中各物料量及有关数据是否正常，有否泄漏，热量回收、利用水平和热损失的大小，从而查出生产上的薄弱环节和限制部位，为改善操作和进行系统的最优化提供依据。第八章反应过程的物料及热量衡算在化工原理课程中已学过除反应过程以外的化工单元操作过程的物料、热量衡算，所以本章只涉及反应过程的物料、热量衡算。第八章反应过程的物料及热量衡算第一节物料衡算第二节热量衡算

第一节物料衡算物料衡算基本方程式物料衡算总是围绕一个特定范围来进行的，可称此范围为衡算系统。衡算系统可以是一个总厂，一个分厂或车间，一套袋置，一个设备，甚至一个节点等等。物料衡算的理论依据是质量守恒定律，按此定律写出衡算系统的物料衡算通式为：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。第一节物料衡算一、一般反应过程的物料衡算二、具有循环过程的物料衡算出料苯酐流量＝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％，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)＝30.62(kmol/h)需加入98％的乙苯4.00／0.98＝4.08(kmol/h)＝432.65(kg／h)原料乙苯中含甲苯432.65—424.00＝8.65(kg／h)＝0.094(kmol/h)在参加反应的1.78(kmol/h)乙苯中，转化为苯乙烯:1.78×0.9＝1.60(kmol/h)转化为甲苯1.78×0.05＝0.089(kmol/h)转化为苯1.78×0.03＝0.053(kmol/h)转化为焦炭1.78×0.02＝0.036(kmol/h)即反应生成的苯乙烯1.60×104＝166．4(kg/h)反应生成的甲苯0.089×92＝8.19(kg/h)反应生成的苯0.053×78＝4.13(kg/h)反应生成的焦炭0.036×(7×12)＝3.02(kg/h)反应生成的乙烯0.053×28＝1.48(kg/h)反应生成的甲烷(0.036十0.089)×16＝2.0(kg/h)反应生成的氢气(1.6十3×0.036—0.089)×2＝4.86(kg/h)原料中甲苯和反应生成的甲苯总量0.094十0.089＝0.183(kmol/h)＝16.84(kg/h)例3某氧化过程排出的尾气体积组成为O210％、N285％，CO25％，计算空气用量、氧耗量和过剩空气系数β解：以N2为联系物，计算基准选100mol。尾气中N2量100×0.85＝85(mol)空气耗量85/0.79＝l07.6(mol)进料空气中含氧量107.6×0.21