化工计算物料衡算课件.ppt
一、化工计算的分类,设计型计算(事前设计化工厂)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）,间歇操作一次性投料、出料，浓度随时间的变化而变化半连续操作一次性投料，连续出料连续性进料，一次性出料一组分一次性投料，其他连续进料，一次性出料连续操作连续性进料，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）,稳态操作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）不稳态操作操作条件随时间的变化而不断变化开车、停车、间歇操作，半连续操作,二、物料衡算的基本方程,基本依据质量守恒定律（不包括核反应）基本方程进入的Fi+生成的Dp=流出的Fo+反应的Dr+积累的W适用范围所有流程都适用总物料适用某一组分适用,具体过程的物料衡算,稳态过程 W=0无反应过程 Dp=Dr=0稳态无反应过程Fi=Fo稳态有反应过程Fi+Dp=Fo+Dr,三、基本计算过程,画简图标参数定基准和范围（体系）写化学反应方程式列衡算式列图表,四、无反应过程的物料衡算,单个单元的物料衡算n个组分，可以列n+1个方程但最多只能求解n个未知数M个单元的物料衡算n个组分，最多只有m*n个独立方程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,限制反应物过量反应物过量百分数转化率x选择性S收率YY=Sx,1.分类,完全反应(x=100%)Y=S(直接求解)非完全反应(x100%)反应不彻底(直接求解)有反应平衡(迭代求解),2.循环过程的物料衡算,单程转化率总转化率惰性组分的积累及驰放器输入惰性组分的量=输出惰性组分的量,无反应过程的基本公式,稳态无反应过程Fi=Fo,例题,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/hA 0.2B 0.3C 0.5,P kg/hA xB yC 1-x-y,W kg/hA 0.005B 0.055C 0.94,物料衡算方程,AF*0.2=P*x+W*0.05BF*0.3=P*y+W*0.055CF*0.5=P*(1-x-y)+W*0.94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,稳态有反应过程Fi+Dp=Fo+Dr非完全反应(x100%)反应不彻底(直接求解),例题,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4620 Hm3/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,邻二甲苯 210kg/h,物料衡算,输入氧气量210kg/h邻二甲苯完全氧化所需的氧气,输入氮气的量反应产物的总量,产物中 邻二甲苯 209.570.0003=0.06287kmol/h=6.664kg/h苯酐209.570.0654=1.370kmol/h=202.76kg/h顺酐209.570.00066=0.1383kmol/h=13.55kg/h,收率(mol)苯酐顺酐,苯酐的选择性,有反应平衡过程的物料衡算,物料衡算方程为非线性方程（迭代求解）,例题,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：CH4+H2O CO+3H2CO+H2O CO2+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,CH4 1mol,H2O 2.5mol,H2O W molCH4 M molCO x molCO2 y mol H2 z mol,物料平衡方程,元素衡算H:2+2.5=W+2M+zC:1=M+x+yO: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,单程转化率总转化率惰性组分的积累及驰放器输入惰性组分的量=输出惰性组分的量,例题,丙烷在催化反应器中脱氢生成丙烯，其反应式为：C3H8 C3H6+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,C3H8 100kmol/h,MF,C3H8 N1 kmol/hC3H6 N2 kmol/h,反应器,分离器,RP,C3H8 Q1 kmol/hC3H6 Q2 kmol/hH2 Q3 kmol/h,C3H8 P1 kmol/hC3H6 P2 kmol/hH2 P3 kmol/h,P,RC3H8 R1 kmol/hC3H6 R2 kmol/h,物料衡算,过程物料衡算P1=5 kmol/hP2=95 kmol/hP3=95 kmol/h,产品组成,分离器物料衡算C3H8：Q1=P1+R1 0.555%Q1=P1=5 kmol/h Q1=900 kmol/hR1=895 kmol/h,C3H6:Q2=P2+R2R2=(1-95%)P2=4.75 kmol/hQ2=99.75 kmol/h单程转化率,谢谢,骑封篙尊慈榷灶琴村店矣垦桂乖新压胚奠倘擅寞侥蚀丽鉴晰溶廷箩侣郎虫林森-消化系统疾病的症状体征与检查林森-消化系统疾病的症状体征与检查,骑封篙尊慈榷灶琴村店矣垦桂乖新压胚奠倘擅寞侥蚀丽鉴晰溶廷箩侣郎虫林森-消化系统疾病的症状体征与检查林森-消化系统疾病的症状体征与检查,
