物料衡算与能量衡算培训课件 二

化工设计第三章物料衡算与能量衡算Chart3materielbalanceandenergybalance主要内容

物料衡算能量衡算化工模拟软件在化工设计中的应用132物料衡算的目的和意义1、确定主、副产品的产量，原材料的消耗量，生产过程的物料损耗，各单元设备的流体流量及其组成以及“三废”的生成量判断是否达到设计要求（产品的技术经济指标）。2、作为能量衡算的基础。3、根据物料及能量衡算结果对生产设备和生产辅助设备进行设计和选型，对过程所需设备的投资及其可行性进行评价。3.1物料衡算物料衡算—运用质量守恒定律，对化工过程或设备进行定量计算。一、物料衡算依据

1.理论依据——质量守恒定律物料衡算范围单元操作的物料衡算——化工设备设计的前提化工过程的物料衡算——化工过程设计的前提物料衡算的一般表达式为：

输入量－输出量＋生成量－消耗量＝积累量

对稳定操作过程，积累量=0输入量-输出量+生成量-消耗量=0对无化学反应的过程：输入量－输出量＝积累量

对无化学反应的稳定操作过程：输入量＝输出量

2.数据基础

(1)技术方案、操作方法、生产能力、年工作时。(2)建设单位或研究单位的要求、设计参数、小试及中试数据：化工单元过程的化学反应式、原料配比、转化率、选择率、总收率，催化剂状态、用量、回收方法、安全性能等；原料及产品的分离方式，分离剂的用量，各步的回收率；特殊化学品的物性：沸点、熔点、饱和蒸汽压、闪点等。(3)工艺流程示意图。二、物料衡算基准

物料衡算时须选择计算基准，并在计算过程中保持一致。一般计算过程的基准有以下几种：⑴时间基准：连续（小时，天……）间歇（釜，批……）⑵质量基准kg，mol，kmol……⑶体积基准m3（STP）⑷干湿基准干基（不含水），湿基（含水）例：100kg湿物料，其中含水10kg，按湿基：含水率为10%；若按干基：含水率为10/（100-10）×100%=11.11%

实际计算时，必须根据具体情况选择合适的基准，过程的物料衡算及能量衡算应在同一基准上进行。三、物料衡算的基本程序

(1)确定衡算对象和范围，画出计算对象的草图。注意物料种类和走向，明确输入和输出。(2)确定计算任务，明确已知项、待求项，选择数学公式，力求使计算方法简化。(3)确定过程所涉及的组分，并对所有组分依次编号。(4)对物流的流股进行编号，并标注物流变量。(5)收集数据资料（设计任务所规定已知条件，与过程有关物理化学参数）：

生产规模（设计任务所规定，t/年）和生产时间（指全年有效生产天数300~330天/年，计约8000h）。有关定额的技术指标，通常指产品单耗、配料比、循环比、固液比、气液比、回流比、利用率、单程收率、回收率等等。原辅材料、产品、中间产品的规格；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、气液平衡常数或平衡关系等。(6)列出过程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，指出其转化率和选择性。约束式分数约束式设备约束式①进料配比为一常数；②分流器出口物流具有相同的组成；③相平衡常数；④化学反应平衡常数；⑤化学反应的转化率、选择性或其他限度。①画出流程示示意图。②列出已知知数据。③列出由物料料平衡所需需求解的问问题。④决定系统的的边界。⑤写出主、、副产品的的化学反应应方程式。。⑥约束条件件确定。⑦选择计算算基准。⑧进行物料料平衡计算算。⑨列出物料料平衡表，，并进行校校核。⑩写出结论论。物料衡算的的方法和步步骤一种废酸，，组成为23％(质量％)HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的浓H2SO4及90％的浓HNO3，要求混合合成27％HNO3及60％H2SO4的混合酸，，计算所需需废酸及加加入浓酸的的数量。混合器废酸浓硝酸浓硫酸混合酸①画出流程示示意图。②列出已知知数据。③列出由物料料平衡所需需求解的问问题。④决定系统的的边界。⑤写出主、、副产品的的化学反应应方程式。。⑥约束条件件确定。⑦选择计算算基准。⑧进行物料料平衡计算算。⑨列出物料料平衡表，，并进行校校核。⑩写出结论论。物料衡算的的方法和步步骤一种废酸，，组成为23％(质量％)HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的浓H2SO4及90％的浓HNO3，要求混合合成27％HNO3及60％H2SO4的混合酸，，计算所需需废酸及加加入浓酸的的数量。混合器废酸浓硝酸HNO3H2O浓硫酸H2SO4H2OHNO30.23H2SO40.57H2O0.20混合酸HNO3H2SO4H2O0.900.100.930.070.270.600.13①画出流程示示意图。②列出已知知数据。③列出由物料料平衡所需需求解的问问题。④决定系统的的边界。⑤写出主、、副产品的的化学反应应方程式。。⑥约束条件件确定。⑦选择计算算基准。⑧进行物料料平衡计算算。⑨列出物料料平衡表，，并进行校校核。⑩写出结论论。物料衡算的的方法和步步骤混合器废酸HNO30.23H2SO40.57H2O0.20混合酸HNO3H2SO4H2Oykgzkgxkg0.900.100.930.070.270.600.13一种废酸，，组成为23％(质量％)HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的浓H2SO4及90％的浓HNO3，要求混合合成27％HNO3及60％H2SO4的混合酸，，计算所需需废酸及加加入浓酸的的数量。浓硝酸HNO3H2O浓硫酸H2SO4H2O①画出流程示示意图。②列出已知知数据。③列出由物料料平衡所需需求解的问问题。④决定系统的的边界。⑤写出主、、副产品的的化学反应应方程式。。⑥约束条件件确定。⑦选择计算算基准。⑧进行物料料平衡计算算。⑨列出物料料平衡表，，并进行校校核。⑩写出结论论。物料衡算的的方法和步步骤一种废酸，，组成为23％(质量％)HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的浓H2SO4及90％的浓HNO3，要求混合合成27％HNO3及60％H2SO4的混合酸，，计算所需需废酸及加加入浓酸的的数量。混合器废酸HNO30.23H2SO40.57H2O0.20混合酸HNO3H2SO4H2Oykgzkgxkg0.900.100.930.070.270.600.13浓硝酸HNO3H2O浓硫酸H2SO4H2O①画出流程示示意图。②列出已知知数据。③列出由物料料平衡所需需求解的问问题。④决定系统的的边界。⑤写出主、、副产品的的化学反应应方程式。。⑥约束条件件确定。⑦选择计算算基准。⑧进行物料料平衡计算算。⑨列出物料料平衡表，，并进行校校核。⑩写出结论论。物料衡算的的方法和步步骤基准：100kg混合酸混合器废酸HNO30.23H2SO40.57H2O0.20混合酸HNO3H2SO4H2Oykgzkgxkg0.900.100.930.070.270.600.13浓硝酸HNO3H2O浓硫酸H2SO4H2O①画出流程示示意图。②列出已知知数据。③列出由物料料平衡所需需求解的问问题。④决定系统的的边界。⑤写出主、、副产品的的化学反应应方程式。。⑥约束条件件确定。⑦选择计算算基准。⑧进行物料料平衡计算算。⑨列出物料料平衡表，，并进行校校核。⑩写出结论论。物料衡算的的方法和步步骤总物料衡算算式：x+y+z=100组分衡算式式：H2SO40.57x+0.93z=100*0.6=60HNO30.23x+0.90y=100*0.27=27解得：x=41.8kg；y=19.2kg；z=39kg混合器废酸HNO30.23H2SO40.57H2O0.20混合酸HNO3H2SO4H2Oykgzkgxkg0.900.100.930.070.270.600.13浓硝酸HNO3H2O浓硫酸H2SO4H2O①画出流程示示意图。②列出已知知数据。③列出由物料料平衡所需需求解的问问题。④决定系统的的边界。⑤写出主、、副产品的的化学反应应方程式。。⑥约束条件件确定。⑦选择计算算基准。⑧进行物料料平衡计算算。⑨列出物料料平衡表，，并进行校校核。⑩写出结论论。物料衡算的的方法和步步骤物料平衡表表输入输出组分质量/kg组分质量/kg废酸废酸中的硝酸废酸中的硫酸废酸中的水浓硝酸浓硝酸中的硝酸浓硝酸中的水浓硫酸浓硫酸中的硫酸浓硫酸中的水总计41.89.623.88.419.217.281.923936.272.73100混合酸混合酸中的浓硝酸混合酸中的浓硫酸混合酸中的H2O总计100602713100校核结果：：依据水平平衡混合器废酸HNO30.23H2SO40.57H2O0.20混合酸HNO3H2SO4H2Oykgzkgxkg0.900.100.930.070.270.600.13浓硝酸HNO3H2O浓硫酸H2SO4H2O①画出流程程示意图图。②列出已已知数据据。③列出由物物料平衡衡所需求求解的问问题。④决定系统统的边界界。⑤写出主主、副产产品的化化学反应应方程式式。⑥约束条条件确定定。⑦选择计计算基准准。⑧进行物物料平衡衡计算。。⑨列出物物料平衡衡表，并并进行校校核。⑩写出结结论。物料衡算算的方法法和步骤骤二、无化学反反应的物料衡衡算一个设备简单过程整个过程（可可简化为一个个设备单元））多单元系统：：对有数个个单元设备的的系统中的每每一个设备都都要计算其流流量及组成。。精馏例1：以苯为溶剂，，用共沸精馏馏法分离乙醇醇－水混合物物，制取纯乙乙醇。假定料料液混合物含含水60%，乙醇40%，在精馏塔馏馏出液中含苯苯75%，水24%，其余为醇（（组成均为质质量分数）。。若要求乙醇醇生产量为1000kg／h，试计算精馏馏中所需的苯苯量。简单过程解：画出流程程示意图。总物料平衡式式：F1＋F2=F3＋F4组分物料平衡衡式：苯平衡：F2=0.75F3水平衡：0.6F1=0.24F3解得F1=2667kg／h,F2=5000kg／h,F3=6667kg／h校核：依据醇平衡：：0.4F1=0.01F3+F4左右两边相等等，结果准确确。F1？料液F2？苯F3？馏出液F4=1000kg/h乙醇产品乙醇40%水60%乙醇1%水24%苯75%对系统中的每每一个设备都都要计算其流流量及组成，，这种系统就就称为多单元元系统。如下图即为多多单元系统12435单元Ⅰ单元Ⅱ多单元系统Fx1，x1’D1xD1，xD1’D2xD2，xD2’W1xW1xW1’W2xW2，xW2’结论：两单元过程可可处理为：单单元Ⅰ、单元Ⅱ和总过程单元元可列平衡方程程：两组单元元平衡方程式式和一组总平平衡方程式。。其中每一组组方程均由S个独立的物料料平衡方程式式所构成。多单元系统例2：造纸厂的碱回回收工段有一一个四效蒸发发器，将造纸纸废液（简称称黑液）浓缩缩，供料方式式为Ⅲ→Ⅳ→Ⅱ→→Ⅰ，蒸发器的总总处理能力为为80000kg／h,从含15%（质量分数，，下同）固形形物浓缩到含含60%固形物，第Ⅲ效后含17.8%固形物，第Ⅳ效后含22.6%固形物，第Ⅱ效后含31.5%固形物。按以以上要求计算算总蒸发水量量和每一效蒸蒸发器的蒸发发水量。解题思路：画出流程示意意图→列出已已知数据→列列出待求解数数据→确定系系统的边界→→列衡算式→→结论。解：画出流程程示意图，如如图所示。80000kg/h15%ⅢⅣⅡⅠ蒸汽60%31.5%22.6%17.8%F进X进=（F进－W）X出式中F进——进口料液的流流量，kg／h；X进——进口料液的质质量分数，%；X出——出口料液的质质量分数，%；W——当效的蒸发水水量，kg／h.由上式可以得得到W=F进（1－X进／X出）则总的蒸发水水量为W总=80000×（1－15／60）=60000kg／h第Ⅲ效的蒸发水量量WⅢ=80000×（1－15／17.8）=12600kg／h第Ⅳ效的蒸发水量量为WⅣ=67400×（1－17.8／22.6）=14300kg／h第Ⅱ效的蒸发水量量为WⅡ=53100×（1－22.6／31.5）=15000kg／h第Ⅰ效的蒸发水量量为WⅠ=53100×（1－22.6／31.5）=15000kg／h校核：W总=WⅠ+WⅡ+WⅢ+WⅣ结论：W总=60000kg／h；WⅢ=12600kg／h；WⅣ=14300kg／h；WⅡ=15000kg／h；WⅠ=18100kg／h。1:在过滤机中中将含有20%（质量分数数）的固体体料浆进行行过滤，固固体料浆的的进料流量量为1000kg∕h，过滤后滤滤饼含有90%（质量分数数）的固体体，而滤液液含有1%（质量分数数）的固体体，试计算算滤液和滤滤饼的流量量。练习：简单单过程解：画出流流程示意图图，如图所所示。过滤机料浆F1=1000kg∕h20%固体80%液体滤液F2=？kg∕h1%固体99%液体滤饼F3=？kg∕h90%固体10%液体总平衡式输输入的的料浆=输出的滤液液+输出的滤饼饼F1=F2＋F3液体平衡式式料浆浆中的液体体=滤液中的液液体＋滤滤饼中的液液体F1X11=F2X21＋F3X31代入已知数数据，得方方程式1000=F2＋F30.8×1000=0.99F2＋0.10F3解方程式得得：F2=786.5kg／hF3=213.5kg／h固体平衡式式校核：0.2×1000=0.01×786.5＋0.9×213.5平衡式两边边相等，故故答案正确确。三、反应过过程的物料料衡算理论消耗量量：只和化化学反应有有关原材料的消消耗定额实际消耗量量：极少等等于理论量量衡量实际消消耗量和理理论消耗量量差别的指指标：转化率、选选择性、收收率、限制制反应物、、过量反应应物。1、转化率（x）转化率：原料中某一一反应物转转化掉的量量（摩尔））与初始反反应物物的的量（摩尔尔）的比值值，它是化化学反应进进程的一个个标志。单程转化率率=××100％总转化率=××100％可简写成转化率=××100％数学表达式式为:=2、选择性（β）选择性：当同一种原原料可以转转化为几种种产物，即即同时存在在主反应和和副反应时时，选择性性表示实际际转化为目目的产物的的原料的量量（摩尔））与被转化化掉的原料料的量（摩摩尔）的比比值。选择性=×100％数学表达式式为:β=3、收率（Ψ）收率：原料转化为为目的产物物的量（摩摩尔）与进进反应系统统的初始量量（摩尔））的比值。。收率=数学表达式式为:Ψ=收率=转化率×选择性Ψ=β4、限制反应物物与过量反反应物限制反应物物：在参与反应应的反应物物中，以最最小化学计计量存在的的反应物为为限制反应应物。过量反应物物：在参与反应应的反应物物中，超过过化学计量量的反应物物为过量反反应物。反应物的过过量程度，，通常以过过量百分数数来表示，，即过量程度=×100％练习（转化率、、选择性、、收率的计计算）例：已知丙丙烯氧化法法生产丙烯烯醛的一段段反应器，，原料丙烯烯投料量为为600kg/h，出料中有有丙烯醛640kg/h，另有未反反应的丙烯烯25kg/h，试计算原原料丙烯的的转化率、、选择性及及丙烯醛的的收率。一段反应器丙烯600kg/h丙烯25kg/h丙烯醛640kg/h解：丙烯氧氧化生成丙丙烯醛的化化学反应方方程式：丙烯的转化化率：丙烯醛的收收率：丙烯的选择择性：①直接计算法法。有些化学反反应过程的的物料衡算算，有时只只含一个未未知量或组组成，这类类问题比较较简单，通常可根据据化学反应应式直接求求解，不必必列出衡算算式。②元素平衡衡。③利用反应速速率进行物物料衡算。。④以节点进行行衡算。反应过程的的物料衡算算计算方法法例3-1：甲醇氧化制制甲醛，其其反应过程程为CH3OH+1/2O2HCHO+H2O反应物及生生成物均为为气态。甲甲醇的转化化率为75%，若使用50%的过量空气气，试计算算反应后气气体混合物物的摩尔组组成。催化反应器器CH3OH空气（过量量50%）HCHOH2OCH3OHO2N2解：画出流流程示意图图，如图所所示。一、直接推推算法基准：1molCH3OHO2的量（需要要）=0.5molO2的量（输入入）=1.5x0.5=0.75molN2的量（输入入）=N2的量（输出出）=0.75x(79/21)=2.82molCH3OH为限制反应应物，反应应的CH3OH量=0.75x1=0.75mol因此，HCHO的量（输出出）=0.75molCH3OH的量（输出出）=1-0.75=0.25molO2的量（输出出）=0.75-0.75x0.5=0.375molH2O的量（输出出）=0.75molCH3OH+1/2O2HCHO+H2O计算结果如如表所示：：组分物质的量/mol摩尔分数/%CH3OHHCHOH2OO2N2总计0.2500.7500.7500.3752.8204.9455.015.215.27.657.0100.0第三章物物料衡算算与能量衡衡算反应器C6H5C2H5C6H5CH3、H2OC6H5C2H5、C6H6、C6H5CH3、C6H5C2H3H2O、CH4、C2H4、C、H2例3-2苯乙烯的反反应器，年年生产能力力为10000t，年工作时时间为8000h，苯乙烯收收率为40%，以反应物物乙苯计的的苯乙烯选选择性为90%，苯选择性性为3%，甲苯选择择性为5%，焦油选择择性为2%。原料乙苯苯中含甲苯苯2%（质量分数数），反应应时通入水水蒸气提供供部分热量量并降低乙乙苯分压，，乙苯原料料和水蒸气气比为1:1.5（质量比）），要求对对该反应器器进行物料料衡算，即即计算进出出反应器各各物料的流流量。解：反应器器中发生了了以下化学学反应：C6H5C2H5C6H5C2H3+H2（1）C6H5C2H5+H2C6H5CH3+CH4（2）C6H5C2H5C2H4+C6H6（3）C6H5C2H57C+3H2+CH4（4）各物料的摩摩尔质量汇汇总列于表表3-1。物料C6H5C2H5C6H5C2H3C6H6C6H5CH3H2OCH4C2H4CH2摩尔质量/(g/mol)1061047892181628122表3-1各物料的摩摩尔质量（（基准：1000kg/h乙苯原料））基准：选1000kg/h乙苯原料为为计算基准准进反应器纯纯乙苯量1000kg/h××98%=980kg/h，即为9.245kmol/h原料中甲苯苯量1000kg/h×2%=20kg/h，即为0.217kmol/h水蒸气量980kg/h××1.5=1470kg/h，即为81.667kmol/h乙苯的转化化率为0.4/0.9=0.4444参加反应的的总乙苯量量980kg/h××0.4444=435.11kg/h，即为4.109kmol/h产物中各组组分情况如如下：未反应的乙乙苯量（980-435.11）kg/h=544.89kg/h，即为5.140kmol/h由苯乙烯选选择性，生生成苯乙烯烯量4.109kmol/h××90%=3.698kmol/h，即为384.60kg/h由各物质的的选择性，，有输出的甲苯苯量4.109kmol/h××5%+0.217kmol/h=0.423kmol/h，即为38.92kg/h生成的苯量量4.109kmol/h××3%=0.123kmol/h，即为9.60kg/h生成的乙烯烯量4.109kmol/h××3%=0.123kmol/h，即为3.44kg/h生成的碳量量4.109kmol/h××2%×7=0.575kmol/h，即为6.9kg/h生成的甲烷烷量4.109kmol/h××（5%+2%）=0.288kmol/h，即为4.61kg/h输出的氢量量4.109kmol/h××（90%-5%+2%×3）=3.739kmol/h，即为7.48kg/h输出水量=输入水量（（不参与反反应）1470kg/h，即为81.667kmol/h实际每小时时要求苯乙乙烯的产量量10000×1000kg/8000h=1250kg/h比例系数1250/384.60=3.25表3-2乙苯脱氢反反应器物料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)C6H5C2H530.046318516.7051770.89C6H5CH30.705651.375126.49H2O265.4184777.5265.4184777.5C6H5C2H312.0191249.95C6H60.00431.20C2H40.00411.18CH40.93614.98C1.86922.43H212.15224.31合计296.1698027.5310.4828028.93第三章物物料衡算算与能量衡衡算二、原子平平衡法例3-3将碳酸钠溶溶液加入石石灰进行苛苛化，已知知碳酸钠溶溶液组成为为NaOH0.59%（质量分数数），Na2CO314.88%，H2O84.53%，反应后的的苛化液含含CaCO313.48%，Ca(OH)20.28%，Na2CO30.61%，NaOH10.36%，H2O75.27%。计算：1）每100kg苛化液需加加石灰的质质量及石灰灰的组成；；2）每每100kg苛化化液液需需用用碳碳酸酸钠钠溶溶液液的的质质量量。。苛化化反反应应器器FNaOH0.59%Na2CO314.88%H2O84.53%CaCO313.48%Ca(OH)20.28%Na2CO30.61%NaOH10.36%H2O75.27%CaCO3x/WCaOy/WCa(OH)2z/W第三三章章物物料料衡衡算算与与能能量量衡衡算算解:设碳碳酸酸钠钠溶溶液液的的质质量量为为F（kg）石灰灰的的质质量量为为W（kg）石灰灰中中CaCO3、CaO及Ca(OH)2的质质量量分分别设设为为x、y和z，则则石石灰灰中中各各物物质质的的组组成成可可表表示示为为：：x/W，y/W，z/W基准准：：100kg苛化化液液画出出物物料料流流程程示示意意图图（（图图3-2）表3-3各种种物物料料质质量量和和物物质质的的量量计计算算结结果果Na2CO3溶液中苛化钠溶液中物料摩尔质量（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)2740.280.00377CaCO310013.480.1347列元元素素平平衡衡式式Na平衡衡：：0.000148F+0.001404F××2=（0.00575××2+0.2590）kmolC平衡衡：：Ca平衡衡：：总物物料料平平衡衡：：F+W=100kg/mol石灰灰总总量量等等于于各各物物质质质质量量之之和和W=x+y+z计算算结结果果汇汇总总列列入入表表3-4表3-4计算算结结果果汇汇总总组分输入输出物质的量/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296.1691004.5875100试计计算算合合成成甲甲醇醇过过程程中中反反应应混混合合物物的的平平衡衡组组成成。。设设原原料料气气中中H2与CO摩尔尔比比为为4.5：1.0，惰惰性性组组分分含含量量为为13.8%，压压力力为为30MPa，温温度度为为365摄氏氏度度，，平平衡衡常常数数Kp=2.505*10-3MPa-2三、、平平衡衡常常数数法法物质质C的质质量量（（摩摩尔尔））生生成成速速率率:在以以物物质质的的量量（（摩摩尔尔））或或质质量量进进行行衡衡算算时时，，由由于于发发生生了了化化学学反反应应，，将将输输入入与与输输出出速速率率之之差差Rc称为物物质C的质量量（摩摩尔））生成成速率率.即Rc=Fc输出—Fc输入物料衡衡算式式：Fc输出=Fc输入+Rc⑴aA+bB==cC+dD反应速速率r可定义义为：：r=Rc/σcc=1.2...,n（σc表示物物质C的化学学计量量系数数））任一物物质C的生成成速率率：Rc=σcrc=1,2......n⑵因此，，物质质的摩摩尔平平衡方方程式式可写写成：：Fc输出=Fc输入+σcr三、利利用反反应速速率进进行物物料衡衡算例4-6：合成氨氨原料料气中中的CO通过变变换反反应器器而除除去，，如图图4-6所示。。在反反应器器1中CO大部分分转化化，在在反应应器2中完全全脱去去。原原料气气由发发生炉炉煤气气（78%N2，20%CO,2%CO2),均为体体积分分数，，下同同）和和水煤煤气（（50%H2，50%CO）混合合而成成，在在反应应器中中与水水蒸气气流速速发生生反应应：CO+H2OCO2+H2，最后后得到到的物物流中中H2与N2之比为为3:1，假定定水蒸蒸气流流率是是原料料气总总量（（干基基）的的2倍，同同时反反应器器1中CO的转化化率为为80%，试计计算中中间物物流4的组成成。解：画画出流流程示示意图图反应器器1F1N278%CO20%CO22%反应器器2F2H250%CO50%F3H2OF4N2H2COCO2H2OF5N2H2CO2H2O节点：：在工工艺流流程的的计算算中，，以流流程中中某一一点的的汇集集或分分支出出的交交合。。④以节点点进行行计算算●分流A分流C分流B●分流A分流C分流B节点节点【例4—8】某厂用用烃类类气体体转化化制合合成气气生产产甲醇醇，合合成气气体体体积为为2321m3（STP)/h，CO与H2的物质质的量量比为为1;2:4。但是是由于于转化化后的的气体体体积积组成成为CO43.12%、H54.2%,不符合合要求求，为为此需需将部部分转转化气气送去去变换换反应应器，，变换换后气气体体体积分分数为为CO8.76%、H289.75%,此气体体经脱脱CO2后体积积减少少2%。用此此变换换气去去调节节转化化气，，使其其达到到合成成甲醇醇原料料气的的要求求，其其原料料气中中CO与H2的含量量为98%，试计计算转转化气气、变变换气气各为为多少少。。解：画画出流流程示示意图图如图图所示示。。CO变换CO2脱除●●V0V2V1V3V4转化气气CO43.12%H254.2%CO8.76%变换气气H289.75%CO2转化气气CO8.99%H291.11%AB四、过程的的物料料衡算算（一））循环环过程程：流体返返回（（循环环）到到前一一级【例4-9】丙烷在在催化化反应应器中中脱氢氢声成成丙烯烯，丙丙烷的的总转转化率率为95％，反反应生生成物物经分分离器器分成成产品品和循循环物物料，，产品品中含含有C3H8,C3H6,H2,其中C3H8的量为为反应应器混混合物物中未未反应应C3H8的0.5％，循循环物物料中中含有有C3H8,C3H6，其中中C3H6的量是是产品品物料料中C3H6的5％。试试计算算产品品组成成、循循环物物料和和单程程转化化率。。反应器器冷凝器器C3H8C3H6产物C3H8C3H6H2化学反反应式式为C3H8→C3H6+H2混合器器【例4-10】】苯直接接加H2转化为为环己己烷，，产量量为100kmol/h。输入入系统统中的的苯有有99%反应生生成环环己烷烷，进进入反反应器器物流流的组组成为为80%H2和20%C6H6（摩尔尔分数数,下同）），产产物物物流中中含有有3%的H2.流程示示意图见见图图4-10。试计计算：：①产产物物物流的的组成成；②②H2和C6H6的进料料速率率；③③H2的循环环速率率。反应器器冷凝器器新鲜H2纯C6H680%H220%C6H6产物3%H2化学反反应式式为C6H6+3H2→C6H12苯转化了了99%（二））驰放放过程程在工业业上，，为了了使循循环系系统中中的惰惰性气气保持持在一一定