化工设计 第三章 2015 简版

1、化化 工工 设设 计计汪广恒汪广恒第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算 本章主要内容本章主要内容3.1 物料衡算的基本方法物料衡算的基本方法 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算 3.3 反应过程的能量衡算反应过程的能量衡算 3.4 应用应用Aspen Plus 进行衡算进行衡算 本章重点难点：本章重点难点：物料衡算基准和物料衡算的基本步骤物料衡算基准和物料衡算的基本步骤反应过程的能量衡算方法反应过程的能量衡算方法 化工设计化工设计第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计 教学内容

2、：教学内容： 了解物料衡算和能量衡算的意义和基本概念。了解物料衡算和能量衡算的意义和基本概念。 重点和难点：重点和难点： 重点：重点：掌握物料衡算基准和物料衡算的基本步掌握物料衡算基准和物料衡算的基本步骤。骤。 难点：难点：衡算基准的选择，包括基准物流的名称衡算基准的选择，包括基准物流的名称和单位选择。和单位选择。3.1 物料衡算的基本方法物料衡算的基本方法 第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计3 3. .1 1物料衡算的基本方法物料衡算的基本方法 进入过程单元进入过程单元的物料量的物料量Fi流出过

3、程单元流出过程单元的物料量的物料量F0在过程单元内生在过程单元内生成的物料量成的物料量Dp在过程单元内消在过程单元内消耗的物料量耗的物料量Dr过程单元内积过程单元内积累的物料量累的物料量W（Fi - Fo）（）（Dp - Dr） W(1) 稳定有反应操作过程：稳定有反应操作过程： （Fi - F0）（）（Dp - Dr） 0 (2) 不稳定无反应操作过程：不稳定无反应操作过程： （Fi - F0） W(3) 稳定无反应操作过程：稳定无反应操作过程：（Fi - F0） 03.1 物料衡算的基本方法物料衡算的基本方法 （一）物料衡算的质量守恒（一）物料衡算的质量守恒第三章第三章 物料衡算与能量衡算

4、物料衡算与能量衡算化工设计化工设计3 3. .1 1物料衡算的基本方法物料衡算的基本方法 3.1 物料衡算的基本方法物料衡算的基本方法 （二）物料衡算基准（二）物料衡算基准 物料衡算过程，必须选择计算基准，并在整个运算中保物料衡算过程，必须选择计算基准，并在整个运算中保持一致。若基准选的好，可使计算变得简单。一般计算过程持一致。若基准选的好，可使计算变得简单。一般计算过程的基准有以下几种：的基准有以下几种：（1）时间基准）时间基准（2）质量基准（物质的量基准）质量基准（物质的量基准 ）（3）标准体积基准）标准体积基准 第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计3 3.

5、.1 1物料衡算的基本方法物料衡算的基本方法 3.1 物料衡算的基本方法物料衡算的基本方法 （三）物料衡算的基本步骤（三）物料衡算的基本步骤（1 1） 确定衡算对象和范围确定衡算对象和范围（2 2） 确定计算任务确定计算任务（3 3） 确定过程所涉及的组分，并对所有组分依次编号。确定过程所涉及的组分，并对所有组分依次编号。（4 4） 对物流的流股进行编号，并标注物流变量。对物流的流股进行编号，并标注物流变量。（5 5） 收集数据资料，数据资料包括两类：即设计任务所收集数据资料，数据资料包括两类：即设计任务所 规定的已知条件，与过程有关的物理化学参数，具体包括规定的已知条件，与过程有关的物理化学

6、参数，具体包括以下内容：以下内容：第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计（5 5）收集数据资料，数据资料包括两类：）收集数据资料，数据资料包括两类： 生产规模和生产时间；生产规模和生产时间； 有关定额的技术指标；有关定额的技术指标； 原辅材料厂、产品、中间产品的规格，包括原料的原辅材料厂、产品、中间产品的规格，包括原料的有效成分和杂质含量，气体或液体混合物的组成。有效成分和杂质含量，气体或液体混合物的组成。 与过程有关有物理化学参数，如临界参数、密度或与过程有关有物理化学参数，如临界参数、密度或比体积、状态方程参数、蒸汽压、气液平衡常数或平比体积、状态方程参数、蒸汽

7、压、气液平衡常数或平衡关系，粘度、扩散参数等衡关系，粘度、扩散参数等3 3. .1 1物料衡算的基本方法物料衡算的基本方法 3.1 物料衡算的基本方法物料衡算的基本方法 （三）物料衡算的基本步骤（三）物料衡算的基本步骤第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计（6 6）列出过程的全部独立物料平衡方程式及其相关约束式，）列出过程的全部独立物料平衡方程式及其相关约束式，对有化学反应的还要写出化学反应方程式，明确反应前后对有化学反应的还要写出化学反应方程式，明确反应前后的物料组成和各组分之间的定量关系，必要时还应指出其的物料组成和各组分之间的定量关系，必要时还应指出其转化率和

8、选择性，为计算作准备。转化率和选择性，为计算作准备。3 3. .1 1物料衡算的基本方法物料衡算的基本方法 3.1 物料衡算的基本方法物料衡算的基本方法 （三）物料衡算的基本步骤（三）物料衡算的基本步骤第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计整理成整理成原材料消耗表原材料消耗表和和物料衡算表物料衡算表3 3. .1 1物料衡算的基本方法物料衡算的基本方法 第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计整理成整理成原材料消耗表原材料消耗表和和物料衡算表物料衡算表3 3. .1 1物料衡算的基本方法物料衡算的基本方法 第三章第三章 物料衡算与能量衡算物

9、料衡算与能量衡算化工设计化工设计3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算 教学内容：教学内容： 结合具体实例，理解根据不同反应类型及工艺结合具体实例，理解根据不同反应类型及工艺过程选择合适的物料平衡方法进行物料衡算。过程选择合适的物料平衡方法进行物料衡算。 重点和难点：重点和难点： 重点：重点：掌握不同反应过程的物料衡算思路。掌握不同反应过程的物料衡算思路。 难点：难点：对一个化工过程的物料衡算应选择什么对一个化工过程的物料衡算应选择什么物流作衡算基准，如何列出平衡表达式。物流作衡算基准，如何列出平衡表达式。第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计3.2 3.2

10、反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算 转化率转化率转化率转化率 x = 100 反应物的进料量反应物的反应量 选择性选择性选择性选择性 =（一）基本概念（一）基本概念反应消耗掉的原料量量主产物生成量折成原料第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算（一）基本概念（一）基本概念 收率收率 =x = 转化率选择性转化率选择性 =反应物的进料量反应物量生成目的产物所消耗的 限制反应物限制反应物 过量反应物过量反应物3.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章第三章 物料衡算与

11、能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计3.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算（二）化学反应过程物料衡算的方法（二）化学反应过程物料衡算的方法（1 1）直接计算法）直接计算法( (总物料衡算法和组分衡算法相结合总物料衡算法和组分衡算法相结合) )（2 2）利用反应速率进行物料衡算；）利用反应速率进行物料衡算；（3 3）原子平衡法；）原子平衡法；（4 4）平衡常数法（以化学平衡进行衡算）平衡常数法（以化学平衡进行衡算） ；（5 5）带有循环、放空及旁路的物料衡算；）带有循环、放空及旁路的物料衡算；（6 6）利用联系组分进行衡算。）利用联系组分进行衡算。第三章第三章 物料衡算与能量

12、衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计例例3-1 苯乙烯的反应器，年生产能力为苯乙烯的反应器，年生产能力为10000t，年工作时间为，年工作时间为8000h，苯乙烯收率为，苯乙烯收率为40%，以反应物乙苯计的苯乙烯选择性为，以反应物乙苯计的苯乙烯选择性为90%，苯选择性为，苯选择性为3%，甲苯选择性为，甲苯选择性为5%，焦油选择性为，焦油选择性为2%。原料。原料乙苯中含甲苯乙苯中含甲苯2%（质量分数），反应时通入水蒸气提供部分热量（质量分数），反应时通入水蒸气提供部分热量并降低乙苯分压，乙苯原料和水蒸气比为并降低乙苯分压，乙苯原料和水蒸气比为1:1.5（质量比），要求（质量比），要求对该反应器

13、进行物料衡算，即计算进出反应器各物料的流量。对该反应器进行物料衡算，即计算进出反应器各物料的流量。3.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算（二）化学反应过程物料衡算的方法（二）化学反应过程物料衡算的方法（1 1）直接计算法）直接计算法第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计 解：反应器中发生了以下化学反应：解：反应器中发生了以下化学反应： C6H5C2H5 C6H5C2H3 +H2 （1） C6H5C2H5+H2 C6H5CH3 +CH4 （2） C6H5C2H5 C2H4+C6H6 （3） C6H5C2H5 7C +3H2+CH4 （4） 各物料的摩尔质

14、量汇总列于表各物料的摩尔质量汇总列于表3-1。3.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计物料C6H5C2H5C6H5C2H3C6H6C6H5CH3H2OCH4C2H4CH2摩尔质量/(g/mol)1061047892181628122表表3-1 各物料的摩尔质量（基准：各物料的摩尔质量（基准：1000kg/h乙苯原料）乙苯原料）基准：基准：选选1000kg/h乙苯原料为计算基准乙苯原料为计算基准3.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计 进反应

15、器纯乙苯量进反应器纯乙苯量1000kg/h98%=980kg/h，即为，即为9.245kmol/h 原料中甲苯量原料中甲苯量1000 kg/h2%=20kg/h，即为，即为0.217kmol/h 水蒸气量水蒸气量980 kg/h1.5=1470kg/h，即为，即为81.667kmol/h 乙苯的转化率为乙苯的转化率为0.4/0.9=0.4444 参加反应的总乙苯量参加反应的总乙苯量980 kg/h0.4444=435.11kg/h，即为，即为4.109kmol/h3.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计产物中各组分情

16、况如下：产物中各组分情况如下：未反应的乙苯量（未反应的乙苯量（980-435.11）kg/h=544.89 kg/h，即为，即为5.140kmol/h由苯乙烯选择性，生成苯乙烯量由苯乙烯选择性，生成苯乙烯量4.109 kmol/h90%=3.698 kmol/h，即为即为384.60kg/h由各物质的选择性，有由各物质的选择性，有输出的甲苯量输出的甲苯量4.109 kmol/h5%+0.217 kmol/h =0.423 kmol/h，即为，即为38.92kg/h生成的苯量生成的苯量4.109 kmol/h3% =0.123 kmol/h，即为，即为9.60kg/h生成的乙烯量生成的乙烯量4.

17、109 kmol/h3% =0.123 kmol/h，即为，即为3.44kg/h生成的碳量生成的碳量4.109 kmol/h2%7 =0.575 kmol/h，即为，即为6.9kg/h生成的甲烷量生成的甲烷量4.109 kmol/h（5%+2%） =0.288 kmol/h，即为，即为4.61kg/h输出的氢量输出的氢量4.109 kmol/h（90%-5%+2%3） =3.739 kmol/h，即为，即为7.48kg/h输出水量输出水量=输入水量（不参与反应）输入水量（不参与反应）1470kg/h，即为，即为81.667kmol/h实际每小时要求苯乙烯的产量实际每小时要求苯乙烯的产量1000

18、01000kg/8000h=1250kg/h比例系数比例系数1250/384.60=3.253.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计表表3-2 乙苯脱氢反应器物料衡算表乙苯脱氢反应器物料衡算表组分输 入输 出摩尔流量/(kmol/h)质量流量/(kg/h)摩尔流量/(kmol/h)质量流量/(kg/h)C6H5C2H530.046318516.7051770.89C6H5CH30.705651.375126.49H2O265.4184777.5265.4184777.5C6H5C2H312.0191249.95C6H

19、60.00431.20C2H40.00411.18CH40.93614.98C1.86922.43H212.15224.31合计296.1698027.5310.4828028.933.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计三、原子平衡法三、原子平衡法例例3-2 将碳酸钠溶液加入石灰进行苛化，已知碳酸钠溶液组成为将碳酸钠溶液加入石灰进行苛化，已知碳酸钠溶液组成为NaOH 0.59% （质量分数），（质量分数），Na2CO3 14.88%，H2O 84.53%，反应后，反应后的苛化液含的苛化液含CaCO3 13.48%，

20、 Ca(OH)2 0.28%，Na2CO3 0.61%，NaOH 10.36%，H2O 75.27%。计算：。计算：1）每）每100kg苛化液需加石灰的苛化液需加石灰的质量及石灰的组成；质量及石灰的组成；2）每）每100kg苛化液需用碳酸钠溶液的质量。苛化液需用碳酸钠溶液的质量。苛化反苛化反应器应器FNaOH 0.59%N a2C O3 14.88%H2O 84.53%CaCO3 13.48%Ca(OH)2 0.28%Na2CO3 0.61%NaOH 10.36%H2O 75.27%CaCO3 x/WCaO y/WCa(OH)2 z/W3.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章

21、第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计解解 :设碳酸钠溶液的质量为设碳酸钠溶液的质量为F（kg） 石灰的质量为石灰的质量为W（kg）石灰中石灰中CaCO3 、CaCO3及及Ca(OH)2的质量分的质量分别设为别设为x、y和和z，则石灰中各物质的组成可表示为：，则石灰中各物质的组成可表示为：x/W，y/W， z/W基准：基准：100kg苛化液苛化液3.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计表表3-3 各种物料质量和物质的量计算结果各种物料质量和物质的量计算结果Na2CO3溶液中苛化钠溶液中物料摩尔质

22、量（g/mol）质量（kg）物质的量（kmol）物料摩尔质量（g/mol）质量（kg） 物质的量（kmol）NaOH400.59%F0.000148FNaOH4010.360.2590Na2CO310614.88%F0.001404FNa2CO31060.610.00575H2O1884.53%F0.04696FH2O1875.274.18Ca(OH)2740.280.00377CaCO310013.480.13473.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计 列元素平衡式列元素平衡式 Na平衡：平衡：0.000148F

23、+0.001404F2=（0.005752+0.2590）kmol C平衡：平衡： Ca平衡：平衡： 总物料平衡：总物料平衡：F+W=100kg/mol 石灰总量等于各物质质量之和石灰总量等于各物质质量之和W=x+y+z 计算结果汇总列入表计算结果汇总列入表3-4x100g/mol0.001404F+= (0.1348+0.00575)kmolx100g/mol56g/mol74g/mol+= (0.1348+0.00378)kmolyz3.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计表表3-4 计算结果汇总计算结果汇总组分

24、输 入输 出物质的量/kmol质量/kg物质的量/kmol质量/kgNaOH0.01350.540.259010.35Na2CO30.128513.620.005750.61H2O4.297377.354.18275.27CaCO30.0121.20.13713.48CaO0.0156.44Ca(OH)20.01160.860.003770.28合计296.1691004.58751003.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计 四、平衡常数法四、平衡常数法对反应对反应 aA+bB=cC+dD平衡时，其平衡常数为：平衡

25、时，其平衡常数为： = 式中，为化学反应的平衡常数，其可以表示为（浓度以式中，为化学反应的平衡常数，其可以表示为（浓度以molL-1表表示），（浓度以分压示），（浓度以分压p表示），表示），(N浓度以摩尔分率表示浓度以摩尔分率表示)。K cdabCDAB3.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计例例3-3 试计算合成甲醇过程中反应混合物的平衡组成。设原试计算合成甲醇过程中反应混合物的平衡组成。设原料气中料气中H2与与CO摩尔比为摩尔比为4.5，惰性组分，惰性组分(I)含量为含量为13.8%，压，压力为力为30MPa，温

26、度为，温度为365，平衡常数，平衡常数=2.50510-3MPa-2。写出化学反应平衡方程式：写出化学反应平衡方程式： CO+2H2 CH3OH设进料为设进料为1mol，其组成为：，其组成为：I=0.138mol;H2=(1-0.138)4.5/5.5=0.7053;CO=(1-0.138)/5.5=0.1567基准：基准：1mol原料气原料气3.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计设转化率为，则出口气体组成为：设转化率为，则出口气体组成为： CO：0.1567（1-x）；）； H2：0.7053-20.1567x；

27、 CH3OH： 0.1567x； I：0.138； 1-0.3134x3.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计 计算出口气体各组分的分压：计算出口气体各组分的分压：30.15671 0.313430CH OHxxp0.1567(1)1 0.313430COxxp20.7053 2 0.15671 0.313430 xHxp 将上式代入平衡平常表达式：将上式代入平衡平常表达式：32220.1567301 0.31340.1567(1)0.7053 2 0.156730301 0.31341 0.313432.50510

28、CH OHCOHxpxppxxxxKp 平衡时出口气体中各组成的摩尔分率为：平衡时出口气体中各组成的摩尔分率为：CO 0.0948，H2 0.6521，CH3OH 0.0902，I 0.1629； 3.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计五、带有循环、放空及旁路的物料平衡五、带有循环、放空及旁路的物料平衡（1 1）试差法）试差法 估计循环流量，并继续计算至循环回流的那一点。将估计循环流量，并继续计算至循环回流的那一点。将估计值与计算值进行比较，并重新假定一个估计值，一估计值与计算值进行比较，并重新假定一个估计值，一直

29、计算到估计值与计算值之差在一定的误差范围内。直计算到估计值与计算值之差在一定的误差范围内。（2 2）代数法）代数法 列出物料平衡方程式，并求解。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，应用联立方程的一般方程式中以循环量作为未知数，应用联立方程的方法进行求解。方法进行求解。3.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计例例3-4 苯乙烯制取过程如图苯乙烯制取过程如图3-3所示，先由乙烯与苯反应生所示，先由乙烯与苯反应生成乙苯成乙苯C2H4+C6H6 C6H5C2H5C6H5C2H5 C6H5C2H3+H

30、2乙苯是在乙苯是在560K、600kPa，在催化剂作用下，乙烯与苯的，在催化剂作用下，乙烯与苯的摩尔比为摩尔比为1:5进行气相合成的。副反应生成的多乙基苯在进行气相合成的。副反应生成的多乙基苯在乙苯精馏塔中分离出来。乙烯的转化率为乙苯精馏塔中分离出来。乙烯的转化率为100%。乙苯脱氢反应在乙苯脱氢反应在850K，乙苯的单程转化率为，乙苯的单程转化率为60%，苯乙，苯乙烯的选择性为烯的选择性为90%。3.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计 反应中由于副反应生成的物质与苯乙烯质量之比：苯与甲反应中由于副反应生成的物质与

31、苯乙烯质量之比：苯与甲苯为苯为7%，胶状物质为，胶状物质为2%，废气为，废气为7%。乙苯脱氢反应为吸。乙苯脱氢反应为吸热反应，为提供反应过程中的反应热，同时抑制副反应，热反应，为提供反应过程中的反应热，同时抑制副反应，在反应中直接加入过热蒸汽。反应后未反应的乙苯分离后在反应中直接加入过热蒸汽。反应后未反应的乙苯分离后循环返回乙苯脱氢装置。假定进料的乙烯量为循环返回乙苯脱氢装置。假定进料的乙烯量为100kmol，试计算：试计算： 从苯塔中回收循环至烷基化反应器的苯量（从苯塔中回收循环至烷基化反应器的苯量（kmol）；）； 从乙苯塔中回收循环至乙苯脱氢装置的乙苯（从乙苯塔中回收循环至乙苯脱氢装置的

32、乙苯（kmol）；）； 乙苯塔塔顶和塔底的馏出量（乙苯塔塔顶和塔底的馏出量（kg）；）； 年产年产50000t苯乙烯，乙苯脱氢装置的物料衡算。苯乙烯，乙苯脱氢装置的物料衡算。 3.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计图图3-3 例例3-4附图苯乙烯制取过程附图苯乙烯制取过程烷基烷基化化苯，甲苯塔苯，甲苯塔苯苯 塔塔乙乙 苯苯 塔塔乙乙 苯苯 塔塔苯苯 乙乙 烯烯乙苯乙苯脱氢脱氢乙烯乙烯多烷基苯多烷基苯苯苯,甲苯甲苯苯乙烯苯乙烯苯苯重物质重物质R1R23.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章第三章 物

33、料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计解解 基准基准: 100kmol乙烯乙烯烷基化反应烷基化反应设苯的循环量为设苯的循环量为R1 乙苯乙苯/笨笨=100/(100+R)=1/5 R1=400kmol设乙苯的循环量为设乙苯的循环量为R2 (100+R2)0.6=100 R2=66.67kmol生成苯乙烯（生成苯乙烯（S） S=(100+66.67)0.60.9=90kmol=9378kg 苯，甲苯为苯，甲苯为93780.07=656.5kg 废气为废气为93780.07=656.5kg 胶状物质为胶状物质为93780.02=187.6kg 未反应的乙苯为未反应的乙苯为(100+66

34、.67)（1-0.6）=66.67kmol=7080.4kg 馏出液（乙苯）为馏出液（乙苯）为7080.4kg 釜底液（苯乙烯釜底液（苯乙烯+胶状物质）为胶状物质）为9378.0+187.6=9565.6kg3.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计进料乙苯为进料乙苯为50000100106.2/9378.0=56621t 未反应的乙苯未反应的乙苯=循环乙苯为循环乙苯为50000（7080.4/9378.0）=37750t 苯，甲苯为苯，甲苯为50000（656.5/9378.0）=3500t 废气为废气为3500t

35、胶状物质为胶状物质为50000（187.6/9378.0）=1000t 反应器应供给的过热水蒸气反应器应供给的过热水蒸气 =50000+37750+3500+3500+1000-56621-37750=1379t 计算结果列于表计算结果列于表3-5中。中。3.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计输输 入入输输 出出原料原料t生成物生成物t乙苯乙苯56621苯乙烯苯乙烯50000循环乙苯循环乙苯37750未反应乙苯未反应乙苯37750过热水蒸气过热水蒸气1379苯，甲苯苯，甲苯3500废气废气3500胶状物质胶状物质1

36、0009575095750表表3-5 乙苯脱氢装置的物料衡算（苯乙烯乙苯脱氢装置的物料衡算（苯乙烯50000t） 3.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计六、联系组分法六、联系组分法 联系物联系物是指系统中的特定组分，如生产过程中是指系统中的特定组分，如生产过程中不参加反应的惰性物质不参加反应的惰性物质。3.2 3.2 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计3.3 反应过程的能量衡算反应过程的能量衡算 教学内容：教学内容： 结合具体实例，理解根据不同反应

37、类型及工艺过程结合具体实例，理解根据不同反应类型及工艺过程选择合适的物料平衡方法进行物料衡算。选择合适的物料平衡方法进行物料衡算。 重点和难点：重点和难点： 重点：重点：掌握两种衡算方法的衡算基准和计算方法。掌握两种衡算方法的衡算基准和计算方法。 难点：难点：热量衡算的基准，包括温度、压力和相态，热量衡算的基准，包括温度、压力和相态，以及有相变时其热量的正负符号的取向。以及有相变时其热量的正负符号的取向。3.3 3.3 反应过程的能量料衡算反应过程的能量料衡算第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计能量衡算的基本概念能量衡算的基本概念 一、能量守恒定律一、能量守恒定律

38、 输入能量输入能量+ +生成能量生成能量= =消耗能量消耗能量+ +积累能量积累能量+ +输出能量输出能量 二、能量衡算方程二、能量衡算方程 E = Q + W 式中，式中，E体系总能量的变化：体系总能量的变化：E=Ek +Ep+U Q体系从环境中吸收的能量；体系从环境中吸收的能量； W环境对体系所作的功。环境对体系所作的功。3.3 3.3 反应过程的能量料衡算反应过程的能量料衡算第三章第三章 物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算化工设计化工设计（一）以标准反应热为基础进行衡算（一）以标准反应热为基础进行衡算一、反应热一、反应热 在化学反应中放出的热量取决于反应条件。在标准条在化学反应中放出的热量取决于反应条件。在标准条件下，纯组分、压力为件下，纯组分、压力为0.1MPa0.1MPa、温度为、温度为2525（并非一定需（并非一定需要），反应进行时放出的热量称为标准反应热。要），反应进行时放出的热量称为标准反应热。01,2982rKHHHH 对于简单反应过程，假定位能与动能忽略不计则：对于简单反应过程，