物料衡算与能量衡算经典课件

1、化工过程分析和开发材料平衡计算和能量平衡计算李光兴华中科技大学化学和化工学院2011-09，3.5材料平衡计算实例，3.5.1无反应过程材料平衡计算，例1某化工厂设计了从气体中回收丙酮的装置系统，并降低了回收丙酮的费用系统的流程框图如图所示，需要已知的资料，可以列出各物流的流量(kg/h )，确定设备的大小，计算蒸馏塔的供给成分。 3.5物料平衡计算实例，3.5.1没有反应过程的物料平衡计算、分析：本系统包括吸收塔、蒸馏塔和冷凝器三个单元。 因为除去混合气的体外用质量分数表示，所以它换算成质量分数。 进入系统的物流有两个，离开的有三个，已知项是一个，所以未知项有四个。 以100kmol为基准，

2、总材料平衡式： 1200 F2=F3 F4 F5丙酮： 0.0295F2=0.99F4 0.05F5水： 1200=0.01F4 0.95F5空气： 0.9705F2=F3，结论：独立方程式只有3个， 无法解决的补充数据：每1小时进入系统的气体混合物，远离系统的产品和废液的物流量进入蒸馏塔的成分，3.5材料平衡算例，3.5.1无反应过程的材料平衡算例2:种废酸，组成为23% (质量HNO 3，60 % h2so 4和23% ) 加入93%的浓度H2SO4和90%的浓度HNO3，混合在27%HNO3和60%H2SO4的混合酸中，计算加入必要废酸和浓酸的量。 解： x废酸量、作为kg的y浓度H2S

3、O4量、kg； z浓度HNO3量； 选择kg、(1)资材流程的概略图、3.5资材平衡的计算例、3.5.1无反应过程的资材平衡的计算、(2)基准，可以以废酸或浓酸的量为基准，也可以以混合酸的量为基准。 四种酸的组成都是已知的，以任何一种为基准计算都很方便。 (3)列的材料平衡式，这个体系有三个成分，因为可以举出三个独立方程式，所以未知量基准： 100kg混合酸，总材料平衡式x y z=100(1)H2SO4的平衡式0.57x 0.93y=1000.6=60(2) 可以求出HNO3平衡式0.23x 0.90z=1000.27=27(3)、3.5材料平衡式的例子3.5.1无反应过程的材料平衡计算，解

4、(1)、(2)、(3)方程式，x=41.8kg废酸y=39kg浓度h2so4z=19. 根据水平衡，添加的水量=41.80.2 390.07 19.20.10=13kg混合的酸，含有13%H2O，因此计算结果正确。 以上材料平衡式也可以选择总材料平衡式和H2O和HNO3两个平衡式、H2SO4、HNO3和H2O三个成分平衡式进行计算，均可求出上述结果. 3.5材料平衡的计算例，3.5.1无反应过程的材料平衡的计算例，3:中有两个精馏塔的分离装置，将含有50%苯、30%甲苯和20%二甲苯的混合物分为比较纯粹的三个馏分，其流程图和各流程的组成如图所示计算从精馏1000mol/h原料得到的流动株的量和

5、塔II材料的成分。 在3.5材料平衡的计算例、3.5.1无反应过程的材料平衡的计算中，中S2、S3、S4、S5表示各流动股的材料量，mol/hx3B、x3T表示流动股三种苯、甲苯的组成。 系统a (塔I ) :总材料1000=S2 S3(1)苯10000.5=0.95S2 x3BS3(2)甲苯10000.3=0.03S2 x3TS3(3)系统b (塔II ) :总材料S3=S4 S5(4)苯x3bs3=0. 甲苯x3TS3=0.95S4 0.43S5(6)系统c (全过程):总材料1000=S2 S4 S5(7)苯10000.5=0.95s2 0.03s4 0.0045s5(8)甲苯10000

6、.3=0. 03 s20.95 s4. 3.5.1无反应过程的材料平衡计算解：根据(7)、(8)、(9)三式求出S2=520 mol/hs4=150 mol/hs5=330 mol/h，若进一步选择体系a或b的平衡方程式，则S3=480 mol/h 3.5材料平衡计算，3.5.2反应过程的材料平衡计算反应转化率、选择率和收率：1，限制反应物：化学反应原料不是化学计量比原料时，其中以最小化学计量数存在的反应物称为限制反应物。 2、过剩反应物：化学计量上说在原料原料中，某些反应物的量超过了限制反应物完全反应的理论量，这种反应物称为过剩反应物。3、过剩百分比：过剩反应物超过限制反应物所需理论量的部分

7、占必要理论量的百分比。 由于表示过剩反应物摩尔数，所以Nt表示与限制反应物完全反应所需的摩尔数时，过剩百分比有3.5物质平衡计算例、3.5.2反应过程的物质平衡计算、反应转化率、选择率和收率等概念，4、转化率(用x表示):4 用NA1、NA2分别表示反应物a的输入输出体系的摩尔数时，反应物a的转化率可以用一个化学反应，从不同的反应物计算出不同的转化率。 因此，必须指定应用时反应物的转化率。 如果没有指定，通常意味着限制反应物的转化率。 3.5物质收支计算例，3.5.2有反应过程的物质收支计算、反应转化率、选择率和收率等概念，5、选择率(用s表示):反应物与目标物反应而消耗的量占反应物反应的量的

8、百分比。 设反应物为a，生成的目标物为d，ND为生成的目标物d的摩尔数，a、d分别为反应物a和目标物d的化学计量系数，选择性为式中NA1-NA2为反应物a反应的摩尔数。 转化率和选择性是反应过程的两个主要技术指标。 3.5材料平衡的计算例、3.5.2有反应过程的材料平衡的计算、反应转化率、选择率及收率等概念、6、收率(用y表示):目标物的量除以反应物(通常指限制反应物)的输入量，用百分比表示。 可以用物质的量(摩尔数)和质量计算。 用摩尔数计算，考虑化学计量系数，目标物d的收率为转化率，选择率和收率的关系为Y=Sx，example : calculaoninaclyticreaction :

9、c4h2o3(maleic anhydride ) issynthesizedbycatalyticoxidationofbenzene (c6h6 ) ina fixed-bed reactor.ifsingletubereacorused， volumeofcatalystwas 200 ml flowrateofairwas 2000 l/h (STP )、flowrateofliquidbenzenewas 79 ml/h (d=0.88 ).thesaseouscontentstattheout v )、coan dco2=1. 510-2 (v/v ) c4h2o3=1. 110-2 (v/v )、respectively andtheleftinthegasmixtureisair.calculation : theconcentrationaofc6h6 inmxturegasattheinletofreactor，空间垂直接触时间yieldandselectivityofC4H2O3，materialbalanceofcarbon，respectively .2，解决方案：(1)，(2)，(3)，(4) theamountofconsumedc6h6 fo themeanselection