4物料与能量衡算.ppt

一、物料衡算二、能量衡算三、过程的物料及能量衡算 自由度——相律 确定流程中所有未知流股的流率和组成。其中设计要求从塔2底出来的流股流率有50%回流到塔1。 自由度分析表 自由度分析表 一、物料衡算 （三）反应过程的物料衡算 1、直接计算法 在物料衡算中,根据化学反应式,运用化学计量系数进行计算的方法,称为直接计算法 甲醇氧化制甲醛,其反应过程为 CH3OH + 1/2O2 →HCHO + H2O 反应物及生成物均为气态．甲醇的转化率为75％，若使用50％的过量空气，试计算反应后气体混合物的摩尔组成． 一、物料衡算 （三）反应过程的物料衡算 1、直接计算法 解：画出流程示意图，如下图： 催化反应器 CH3OH 空气 CH3OH HCHO H2O O2 N2 （过量50%) 基准：1mol CH3OH 根据反应式，需氧＝0.5 氧入=0.5×1.5=0.75 氮入＝氮出＝0.75×(79/21)=2.82 一、物料衡算 （三）反应过程的物料衡算 反应的甲醇量＝0.75×1=0.75 甲醛的出量＝0.75 甲醇的出量＝1－0.75=0.25 氧的出量＝0.75－0.75×0.5=0.375 水的出量＝0.75 计算结果如下表： 　组分　　　CH3OH HCHO H2O O2 N2 　总计 　 　　mol 0.250 0.750 0.750 0.375 2.820 4.945 摩尔分数（％） 5.0 15.2 15.2 7.6 57.0 100.0 一、物料衡算 （三）反应过程的物料衡算 ２、元素衡算法 元素衡算是物料衡算的一种重要形式。在作这类衡算时，并不需要考虑具体的化学反应，而是按照元素种类被转化及重新组合的概念表示为 输入(某种元素)＝输出(同种元素) 对反应过程中化学反应很复杂，无法用一、两个反应式表示的物料衡算题，可以列出元素衡算式，用代数法求解。 一、物料衡算 （三）反应过程的物料衡算 ３、用联系组分作衡算 “联系组分”是指随物料输入体系，但完全不参加反应，又随物料从体系输出的组分，在整个反应过程中，它的数量不变． 如果体系中存在联系组分，那么输入物料和输出物料之间就可以根据联系组分的含量进行关联。例如，F、P分别为输入、输出物料，T为联系组分。T在F中的质量分数为XFT，在P中的质量分数为XPT，则F与P之间的关系为 FXFT =PXPT 一、物料衡算 （三）反应过程的物料衡算 ４、以节点进行计算 以流程中某一点的汇聚或分支处的交点，即节点来进行计算可使计算简化，如原料加入到循环系统中、物料的混合、溶液的配制以及精流塔塔顶回流和产品取出等，均需采用节点来进行计算 ⊙ 节点 分流B 分流C 分流A ⊙ 节点 A B C 节点示意图 一、物料衡算 （三）反应过程的物料衡算 ５、利用反应速率进行物料衡算 在以物质的量（摩尔）或质量进行衡算时，由于发生了化学反应，将输入与输出速率之差RC定义为物质C的量（摩尔）生成速率，即 RC=F C，输入- F C，输出 因此，化学反应过程的物料衡算式可写成 F C，输出 = F C，输入 - RC 一、物料衡算 （四）过程的物料衡算 1、循环过程 例如在生产 中一般将未反应的原料与产品先分离，后循环返回原料进口处，与新原料一起再进入反应器反应 例如苯直接加氢转化环己烷中的循环过程： 混合器 泠凝器 新鲜Ｈ2 纯C6H6 循环Ｈ2 80%Ｈ2 20%C6H6 产物 3%H2 反应器 一、物料衡算 在没有循环时，一系列单元步骤的物料衡算可按顺序依次进行，每次可取一个单元．但是，如果有循环的话，由于循环量并不知道，所以逐次计算并不能计算出循环量．其解法有二： 试差法：假定一个循环量估计值进行计算，将估计值与计算值比较，若不符，重新假定一个估计值，一直计算到估计值与计算值之差在一定的误差范围内． 代数解法：在循环存在时，列出物料平衡方程式，并求解．一般方程式中以循环量作为未知数，应用联立方程式的方法进行求解． （四）过程的物料衡算 1、循环过程 一、物料衡算 苯直接加氢转化环己烷中的循环过程的衡算 解：反应为：C6H6+3H2→C6H12 基准：100kmol/h环己烷 查苯的转化率为99% 则生产100kmol/h环己烷需苯 100／0.99=