第五章物料衡算PPT推荐.ppt
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第五章物料衡算郭宁一、化工计算的分类o设计型计算(事前设计化工厂)o校核型计算(对工厂现有的生产装置进行计算,进而对生产情况进行分析、整改)1.化工过程的分类
(一)o间歇操作n一次性投料、出料,浓度随时间的变化而变化o半连续操作n一次性投料,连续出料n连续性进料,一次性出料n一组分一次性投料,其他连续进料,一次性出料o连续操作n连续性进料,连续性出料,浓度不随时间的变化而变化,只随空间位置的变化而变化2.化工过程的分类
(二)o稳态操作n操作条件不随时间的变化而变化,只随位置的变化而变化(正常的连续操作过程)o不稳态操作n操作条件随时间的变化而不断变化n开车、停车、间歇操作,半连续操作二、物料衡算的基本方程o基本依据n质量守恒定律(不包括核反应)o基本方程n进入的Fi+生成的Dp=流出的Fo+反应的Dr+积累的Wo适用范围n所有流程都适用n总物料适用n某一组分适用具体过程的物料衡算o稳态过程W=0o无反应过程Dp=Dr=0o稳态无反应过程Fi=Foo稳态有反应过程Fi+Dp=Fo+Dr三、基本计算过程1.画简图2.标参数3.定基准和范围(体系)4.写化学反应方程式5.列衡算式6.列图表四、无反应过程的物料衡算o单个单元的物料衡算nn个组分,可以列n+1个方程但最多只能求解n个未知数oM个单元的物料衡算nn个组分,最多只有m*n个独立方程n选择恰当的衡算体系可以简化计算过程五、化学反应过程的计算o限制反应物o过量反应物o过量百分数o转化率xo选择性So收率YnY=Sx1.分类o完全反应(x=100%)nY=S(直接求解)o非完全反应(x100%)n反应不彻底(直接求解)n有反应平衡(迭代求解)2.循环过程的物料衡算o单程转化率o总转化率o惰性组分的积累及驰放器n输入惰性组分的量=输出惰性组分的量无反应过程的基本公式o稳态无反应过程Fi=Fo例题o有一个蒸馏塔,输入输出物料组成见下图,塔顶A组分的回收率为98.7%,请对此塔作物料衡算。
@#@蒸馏塔冷凝器F=100kg/hA0.2B0.3C0.5Pkg/hAxByC1-x-yWkg/hA0.005B0.055C0.94物料衡算方程oAF*0.2=P*x+W*0.05oBF*0.3=P*y+W*0.055oCF*0.5=P*(1-x-y)+W*0.94o另外的已知条件P*x=F*0.2*98.7%完全反应过程的物料衡算o稳态有反应过程Fi+Dp=Fo+Dro非完全反应(x100%)n反应不彻底(直接求解)例题o用邻二甲苯氧化法生产邻苯二甲酸酐(苯酐),输入输出物料组成见下图,计算邻二甲苯的转化率、产品的收率及选择性。
@#@反应过程邻二甲苯210kg/h空气4620Hm3/h氧气0.21(mol/mol)氮气0.79(mol/mol)P苯酐0.654%(mol)顺酐0.066%氧气16.53%氮气77.5%写化学反应方程式选基准o邻二甲苯210kg/h邻二甲苯苯酐顺酐分子量10614898物料衡算o输入氧气量o210kg/h邻二甲苯完全氧化所需的氧气o输入氮气的量o反应产物的总量o产物中n邻二甲苯209.570.0003=0.06287kmol/h=6.664kg/hn苯酐209.570.0654=1.370kmol/h=202.76kg/hn顺酐209.570.00066=0.1383kmol/h=13.55kg/ho收率(mol)n苯酐n顺酐o苯酐的选择性有反应平衡过程的物料衡算o物料衡算方程为非线性方程(迭代求解)例题o甲烷与水蒸气用镍催化剂进行转化反应生产氢气。
@#@转化过程的主要反应为甲烷转化反应和一氧化碳变换反应,即:
@#@1.CH4+H2OCO+3H22.CO+H2OCO2+H2已知水蒸汽与甲烷之比为2.5,温度为760,压力为5大气压。
@#@假定上述反应达到平衡求产物的平衡组成。
@#@流程图反应过程CH41molH2O2.5molH2OWmolCH4MmolCOxmolCO2ymolH2zmol物料平衡方程o元素衡算nH:
@#@2+2.5=W+2M+znC:
@#@1=M+x+ynO:
@#@2.5=W+x+2y反应平衡方程各组分的分压整理得到循环过程的物料衡算o单程转化率o总转化率o惰性组分的积累及驰放器n输入惰性组分的量=输出惰性组分的量例题o丙烷在催化反应器中脱氢生成丙烯,其反应式为:
@#@C3H8C3H6+H2丙烷的总转化率为95。
@#@反应生成物经分离器分成产物P和循环物料R。
@#@产物中含有C3H8、C3H6及H2,其中C3H8的量为未反应C3H8的0.555。
@#@循环物料中含有C3H8和C3H6,其中C3H6量是产物中C3H6量的5。
@#@试计算产品组成、循环物料组成和单程转化率。
@#@流程图C3H8100kmol/hMFC3H8N1kmol/hC3H6N2kmol/h反应器分离器RPC3H8Q1kmol/hC3H6Q2kmol/hH2Q3kmol/hC3H8P1kmol/hC3H6P2kmol/hH2P3kmol/hPRC3H8R1kmol/hC3H6R2kmol/h物料衡算o过程物料衡算P1=5kmol/hP2=95kmol/hP3=95kmol/ho产品组成o分离器物料衡算C3H8:
@#@Q1=P1+R10.555%Q1=P1=5kmol/hQ1=900kmol/hR1=895kmol/hC3H6:
@#@Q2=P2+R2R2=(1-95%)P2=4.75kmol/hQ2=99.75kmol/h单程转化率
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