【化工课件】湖南化院化工计算教案下学期1.doc

湖南化工职业技术学院化工计算教案第一章 绪论一、教学内容化工计算的目的、内容；化工过程特征；本课的学习方法要求。二、教学方法设计1、自我情况介绍，个人的工作背景及可以和同学们分享的企业生产经营知识、经验，拉近师生距离。2、化工过程案例：某厂间苯二甲腈氯化生产四氯间苯二甲腈已知工艺条件：温度、压力、日产量、原料纯度、产品纯度求解内容：原料消耗量，反应热和能源消耗量，有兴趣的同学可以作产品技术经济效益评估和分析，提出合理化建议。思考：（1）计算内容的现实意义、方法（2）化工企业对高素质专门人才的现实需求：技能素质、人文素质与综合素质（人力资源冰山模型与素质元素结构论）3、结合上述案例阐明观点，指出化工计算的目的、内容，概括化工过程特征，提出本课程的学习要求及对同学们的期望。化工计算的作用归纳（更具现实性的有别于教科书的表述方式）：管理控制的需求；设计开发的需求；过程控制与改进的需求。化工计算中的现代化手段运用的案例（某化工企业基于成本管理控制的产品生产原材料、能源预算计算软件开发的实践与启迪）三、教学过程准备知识：过程概念：将一组输入转化为输出的活动过程特征：黑箱状态重点内容：化工过程特征：1、具有过程特征2、具有自身特点：三个基本环节构成第二章 化工常用基础数据一、教学内容常用基本物性数据：临界常数、密度、蒸气压、粘度及热导率二、教学方法设计1、抛砖引玉思考题：某产品生产原料气化器的设计计算各基本物性数据的物理意义物理单位及计算估算方法2、指点迷津物性数据和热力学数据是化工计算的基础数据。获得准确、可靠的数据是进行物料衡算、能量衡算以及化工过程计算必须的准备工作。三、教学过程准备知识：气体的压力-体积-温度关系：理想气体、真实气体、真实气体混合物、获得基础物性数据的能力。重点内容：第1节 化工常用基本物性数据一、理想气体状态方程：方程：PV=nRT分析各参数单位：提问适用的条件：提问二、临界常数：1、概念：临界温度（Tc）：气体可以液化的最高温度临界压力 (Pc)：临界温度下气体液化所需的最低压力临界体积（Vc）:临界温度及临界压力下1mol气体所占的体积2、用途：在缺少物性数据时，通常使用临界常数估算常用物性数据（如密度、蒸气压、粘度、热导率等）和一些经验公式的参数。例：利用临界常数计算范德华常数（P+）(Vm-b)=RTa= b= R=（P30习题1）用理想气体状态方程和范德华方程式分别计算320K、4.052Mpa下,CO2的摩尔体积,并和实测值5.4×10-4m3.mol-1比较.分析过程:Vm=6.5710-4m3.mol-1范德华方程:PV-(bp+RT)V + aVm ab = 0将各已知参数代入公式，用牛顿迭代法计算出结果。说明:用代数计算程序(互联网下载)可以解方程。比较计算的误差。三、密度1、定义:单位物质所具有的质量。2、方法：理想气体状态方程：r= ×10-3 适合理想气体的密度的计算。非理想气体：可用范德华方程。液体密度的计算：用定义式和经验式注意：混合气体和混合液体的密度计算用以下公式。混合液体： 混合气体：四、蒸气压 饱和蒸气压的概念 两个计算蒸气压的经验式：安托尼蒸气压方程克拉贝龙蒸气压方程 例：见P/16-17页第2节 常用热力学数据一、教学内容常用热力学数据：热容、相变热、焓二、教学方法设计1、 复习热容的概念；2、 掌握标准反应热的两种计算方法，区分不同点，比较计算结果；3、 相变热的正负代表了什么？4、 焓的内涵。三、教学过程热容：定义：指一定量的物质升高1K所吸收的热量分类：质量热容 J.kg-1.k-1 摩尔热容 J.mol-1.k-1恒压热容: Cp,m恒容热容：Cv,m理想气体：Cp,m=a+bT+cT2+dT3 Cv,m= Cp,m-RA b c d查手册例：计算 醚蒸气在323.2K时的理想气体恒压热容和恒容热容要求:用两种方法计算,分析两种方法之间的偏差.相变热：相变过程：蒸发、冷凝、结晶、升华蒸发热（或冷凝热）：液体 气体 Hv熔融热（或凝固热）：液体 固体 Hm升华热（或凝华热）：气体 固体 Hs数据来源：热力学图表或经验公式，例如：特鲁顿法则里德尔法则克-克方程沃森公式欣达法则各种经验公式见课本。例：丙酮的正常沸点为329.5K,估算丙酮在正常沸点下的蒸发热.实验值为30167J.mol-1,计算所得值的误差.焓：定义：一个状态函数，H=U+PV注意：各符号的意义，单位焓的容量性；对理想气体：焓与压力、体积变化无关，仅是温度的函数。第3节 化学反应和热化学数据一、教学内容标准摩尔生成热、标准摩尔燃烧热、反应热二、教学方法设计1、通过案例引出标准摩尔生成热、标准摩尔燃烧热、反应热的概念；2、掌握标准反应热的两种计算方法，区分不同点，比较计算结果；3、相变热的正负代表了什么？三、教学过程反应热：定义：随着化学反应的进行而产生或吸收的热量称为反应热，它反映了化学反应体系中焓值的变化，以Hr表示注意：反应热的计算一定要注意反应条件，物质的量和反应温度和压力等。标准反应热：在250C，101.3kPa时的反应热，用H表示。计算：由标准生成热（H）计算H：H=i（H）i-i（H）i例：计算正戊烷燃烧的标准反应热。方法：查各物质的标准生成热进行计算。由标准燃烧热H计算H燃烧物的组成与状态规定为：C的燃烧产物为CO2（g）,H的燃烧产物为H2O（l），N的燃烧产物为N2（g），S的燃烧产物为SO2（g），Cl的燃烧产物为HCl（稀的水溶液）。注意：并非所有的文献规定的燃烧产物都相同，如有的规定H和Cl的燃烧产物分别是H2O（g）和Cl2(g),所以查表时应注意配套使用。燃烧的基准：以1mol化合物与正好足够的氧气反应，生成指定的燃烧产物。计算公式：H=i（H）i-i（H）i例：计算乙烷脱氢的标准反应热。方法：查得各物质的燃烧热进行计算。化学平衡常数：概念：对于可逆反应，当正反应速率和逆反应速率相等时，反应达到平衡，在一定的温度和压力下，反应物的浓度不变时平衡将保持稳定。化学平衡常数可以用来表示反应达到平衡时的状态。公式：对于反应aA+b B cC+Dd 平衡常数的计算公式如下：Kc=两种情况：理想气体反应：Kp= 各组分分压表示对于理想溶液反应体系：Kn= 以摩尔分率表示的化学平衡常数由标准吉氏函数变化计算化学平衡常数： i（G）i-i（G）I由标准吉氏函数计算平衡常数：-RTlnKp=例：计算反应 CH4+2H2O CO2+4H2计算方法：查得各物质的标准生成吉氏函数，再代入公式即可。温度对化学平衡常数的影响：平衡常数是温度的函数，不同温度下化学平衡常数可用以下方程式积分求得。简化式如下：Tii+例：略。第4节 传递参数一、教学内容黏度和热导率二、教学方法设计通过案例（某产品气化器的设计开发）引出热导率的概念三、教学过程1、粘度 概念：衡量液体粘性大小的物理量 运动粘度：粘度与密度的比值来表示2、热导率概念：也称导热系数，是衡量物质导热能力的物理量，以表示。单位：W.m-1.K-1注意：都是由实验测得，需要时可查手册，另外金属的导热系数最大，非金属的固体次之，液体的较小，气体的最小。有两个估算公式，其所得误差都小于10%。第三章 化工过程参数第1节 评价化工生产效果的常用指标一、教学内容生产能力、转化率、产率和选择性二、教学方法设计1、抛砖引玉思考题：不同反应物的转化率是否相同，什么情况下相同，什么情况下不同？如何判断反应物中哪一种是限制反应物？收率大小和转化率大小各代表什么含义？2、指点迷津单程转化率和总转化率的区别，收率和转化率、选择性的联系。三、教学过程准备知识：化学反应方程式的正确书写重点内容：1、生产能力和生产强度 生产能力的三种表达式：设计能力、查定能力、现有能力。2、转化率对于一个系统，转化率是原料中某一反应物参加化学反应的量占其通入系统总量的百分数，它表示了化学反应进行的程度。 对反应物A而言，其转化率XA的数学表达式为： 式中 通入系统的反应物A的量，mol； 反应后离开系统的反应物A的量，mol。工业生产中有单程转化率和总转化率，它们的区别在于系统划分的不同，单程转化率是以生产过程中的反应器为系统，其表达式为：单程转化率=总转化率是以整个生产过程为系统，其表达式为：对于可逆反应，当反应达到平衡时的转化率为平衡转化率： 平衡转化率与温度、压力和反应物组成等平衡条件有关，它是可逆反应单程转化率的上限值。3、限制性反应物与过量反应物过量%=过量反应物的转化率总是小于限制反应物的转化率，一般没有特别说明的情况下转化率是指限制反应物的转化率，它可以用作衡量反应完全程度标准。例2-1 用磨碎的矾土矿与硫酸反应制得硫酸铝：矾土矿中含55.4%（质量分数），硫酸溶液中含77.7%。用了1080kg矾土矿和2510kg硫酸溶液，生产出1798kg纯的硫酸铝。求（1）过量反应物为哪一种？（2）过量反应物的过量百分数？（3）过量反应物的转化率？（4）反应完全程度为多少？解：的量 的量 的量 假设是限制反应物，需硫酸的量为：，这些硫酸是存在的，因此硫酸是过量反应物。（2）的化学计量数 5.87的化学计量数 ；的过量百分数 （3）生产5.26kmol需用硫酸的量为，则硫酸的转化率为：（4）反应完全程度用限制反应物的转化率表示4、产率和选择性选择性=目的产品实际产量/以输入反应器的原料计的目的产品理论产量*100% =反应为目的产品的某种原料量/输入反应器的该种原料量*100%5、收率收率=实际获得的目的产品量/输入反应器的原料量*100%举例：见P39例3-36、前述五种常用指标在企业生产实际工作中的作用比较。 第2节 工艺技术经济指标一、教学内容工艺技术经济指标:原料消耗定额、公用工程消耗定额、质量指标、排放指标等。二、教学方法设计掌握各概念的现实意义三、教学过程重点内容：原料消耗、排放指标1、原料消耗 化工产品生产中原料成本往往占到50%以上，原料消耗是成本控制的优先考虑方向。原料消耗定额的现实意义，实际消耗与理论消耗的比较案例：邯钢的成本控制经验倒推法简要介绍2、公用工程消耗 水、电、气、冷、煤、油等。3、质量指标 质量是产品竞争力的基础，是品牌效应的基石。质量指标的分类简介：企标、行业标准、国家标准。ISO9000系列质量管理体系国际标准简要介绍。 4、排放指标 三废排放与三废治理的现实意义。节能减排，各级政府经济工作的重要任务，纳入政府政绩考核体系，纳入企业绩效指标考核体系。节能减排是保护生态环境的需要，是新兴循环经济、可持续发展经济的需要。京都议定书，减排工作上的国际经济技术投资合作机制，减排指标的国际招标转让概念介绍。第四章 物料衡算一、教学内容物料衡算的基本原理和方法物料衡算式物料衡算的基本方法二、教学方法设计1、抛砖引玉思考题：物料衡算的原理是什么？物理单位及计算估算方法2、指点迷津物性数据和热力学数据是化工计算的基础数据。获得准确、可靠的数据是进行物料衡算、能量衡算以及化工过程计算必须的准备工作。三、教学过程准备知识：物料衡算的原理重点内容：物料衡算的基本原理、物料衡算式、物料衡算的基本方法1、定义： 利用质量守恒定律，对化工过程的物料进行平衡计算。2用途：A设计新的装置和设备时；B对已有的生产装置或设备，技改的基础第一节 物料衡算的基本原理和方法衡算式：理论依据：质量守恒定律衡算体系：设备或过程（封闭体系、敞开体系）衡算式：输入的物料量-输出的物料量-反应消耗的物料量+反应生成的物料量=积累的物料量稳定态时：积累的物料量为0没有化学反应时：反应消耗和生成的物料量均为0稳态物理过程：输入的物料-输出的物料=0NOTE：A。物料衡算分总物料衡算，组分物料衡算，元素原子平衡，每一种平衡又有质量平衡和物质的量的平衡。B。对稳态过程C间歇过程D独立衡算式第二节 物料衡算的基本方法1、物料衡算的基本步骤：画出简单的物料流程图搜集和整理数据（物性数据、工艺参数）确定衡算体系列出化学反应方程式选基准列物料衡算式整理结果并校核2、物料流程图设备：方框物料：带箭头的物料线（注明数值和单位）举例：略3、计算基准及其选择：基准的选择目的注意：基准为整，1或100对液体或固体的物料体系，以质量作基准对气体，以体积作基准连续流动体系，时间基准选每天或每小时选已知变量最多的流股作计算基准例：计算基准的选取丙烷充分燃烧时，要供给的空气量为理论量的125%，反应：C3H8+5O2 3CO2+4H2O问每100mol燃烧产物，需多少mol的空气？燃烧 CO2 H2O O2 N2丙烷 空气（O2 N2）根据化学反应式：1mol丙烷燃烧需空气5mol,折算成：实际O2：5×1.25=6.25mol折合空气：6.25/0.21=29.76mol其中氮量：29.76×0.79=23.51mol燃烧产生的烟道气量：CO2：3molH2O:4molO2:6.25-5=1.25molN2:23.51mol 合计：31.76mol100mol燃烧产量需空气量：100/31.76×29.76=93.7mol法二：1mol空气：含氧：1*21%=0.21mol用于燃烧氧：0.21/1.25=0.168mol可燃烧丙烷：0.168/5=0.0336molN2:0.79*1=0.79mol输出：CO2：0.0336*3=0.1008mol H2O:0.0336*4=0.1344mol O2:0.21-0.168=0.042mol N2:0.79mol合计：1.0672mol1:1.0672=x:100 x=100/1.067=93.7mol法三：1mol烟道气：设：N-N2的mol Q-H2O,mol M-O2的mol A-空气 mol P-CO2的mol B-输入丙烷，mol 列平衡式：C平衡：P=3B H2平衡：Q=4B O2平衡：0.21A=M+P+1/2Q 烟道气总量:N+M+P+Q=100 过剩氧气(A-A/1.25)*0.21=M 求解即可简单过程的物料衡算一、教学内容无化学反应过程的物料衡算：简单过程的物料衡算二、教学方法设计1、抛砖引玉思考题：学过的化工单元操作有哪些？2、指点迷津对典型的化工单元操作进行物料衡算。三、教学过程准备知识：复习物料衡算的衡算式和物料衡算步骤重点内容：简单过程的物料衡算一、概念：指体系内的物料只有物理变化而没有化学变化的过程，称为化工单元操作：流体输送、粉碎、换热、混合、吸收、精馏、结晶、萃取、过滤、干燥二、衡算式：稳态：输入的物料量-输出的物料量=0简单过程的物料衡算：1、定义：仅有一个设备或整个过程简化成一个设备的过程2、举例：例一：混合（调节原料配比的基本方法）解：第一步：画出物料流程示意图第二步：列衡算式：H2SO4的平衡：F1×12.43%+F2×77.7%=F3×18.63%总物料平衡：F3=F1+F2求解：F2=83.97kg F3=883.97kg校验： 输入 800×0.8757+83.997×0.223 =719.285(kg) 输出 883.97×0.8137=719.286(kg)例二 过滤过滤机F1=2400kg.h-1 F2 X21 92% X11 30% X22 8%X12 70% F3 X31 1.5% X32 98.5%固体平衡:F1×30%=F2×X21+F3×X31液体平衡F1×70%=F2×X22+F3×X32F1=F2+F3注意：前两个方程不独立解得：F2=755.8Kg.h-1 F3=1644.2kg.h-1例三：结晶结晶 600C 饱和 t0C饱和溶液 溶液（1000kgNaHCO3溶液） 解：查NaHCO3的溶液度：600C 16.4g/100g水,换算: NaHCO3的浓度=16.4/116.4×100%=14.09% 析出50kg NaHCO3后的浓度:9.57% 折算成溶解度:10.58g/100g水 根据溶解度表查得:T=26.50C简单过程的物料衡算一、教学内容进一步举例说明化工单元操作中的物料计算：以干燥、蒸馏、吸收为例二、教学方法设计1、抛砖引玉思考题：学过的化工单元操作有哪些？2、指点迷津对典型的化工单元操作进行物料衡算。三、教学过程准备知识：复习物料衡算的衡算式和物料衡算步骤重点内容：简单过程的物料衡算一、概念：指体系内的物料只有物理变化而没有化学变化的过程，称为化工单元操作：流体输送、粉碎、换热、混合、吸收、精馏、结晶、萃取、过滤、干燥二、衡算式：稳态：输入的物料量-输出的物料量=0简单过程的物料衡算：1、定义：仅有一个设备或整个过程简化成一个设备的过程2、举例：干燥器例一：干燥 纸浆1-X 湿纸浆 水：71% 水 X 水 ：80% Y 解：计算基准为1Kg湿纸浆 设干燥后纸浆含水量为X%，去掉的水质量为Ykg 去掉：Y=1×0.71×0.8 干纸中含水=0.71-0.568=0.142kg 干纸浆=1-0.568=0.432kg 干纸浆的含水量=0.142/0.432×100%=32.9%例三：蒸馏 85%蒸馏塔 乙醇 35% Y 1000kg.h-1 X 5%乙醇平衡：1000×0.35=0.85×Y+0.05X X+Y=1000 X=625kg Y=375kg例三:吸收丙酮 3% 水Zkg空气 97%吸收塔Ykg丙酮20%空气 丙酮10%(50kg)(80%)丙酮平衡:X×0.2=50×0.1+Y×0.03 X+Z=50+Y 0.8X=0.97Y解得：X=28.53kg Y=23.53kg Z=45kg 求解即可以上几例为无化学反应过程的物料衡算，当利用代数法求解时，列衡算式应注意下列几点：1无化学反应体系，能列出的独立物料衡算式数目，最多等于输入和输出物料中化学组分的数目。如例3-2中，有H2SO4、HNO3和H2O三个组分，所以只有三个独立方程，若未知量超过三个，则必须搜集另外数据或找出其它关系，不然就无法求解。见下例3-6。2首先列出含未知量数目最少的物料衡算方程，以便于解题。3若体系内具有很多多组分的物料，则最好将每个流股编号，并列表表示出已知的量和组成，检查能列出的衡算方程数目是否等于未知量的数目。例 有一个蒸馏塔，输入和输出物料量及组成如下图。输入物料1中A组分的98.7%自塔顶蒸出。求每千克输入物料可得到塔顶馏出物2的量及其组成。冷凝器1蒸馏塔进料100kg/h 2A 0.20 馏出物 Pkg/hB 0.30 A ? C 0.50 3 B ? 塔底产物 Wkg/h C 1-A-B A 0.005 C 0.94 B 0.055 图3-8 例3-6 附图解：基准：100kg/h输入物料令x=馏出物中A的百分含量，y=馏出物中B的百分含量。将各物料的流量及组成列于下表流股号流量kg/h组 分 mol%ABC123100PW20x0.530y5.5501-x-y94.0由上表可以看出，共有5个未知量，即P、W及流股2的组成A、B、C，由于组成A+B+C=1，所以只需求得任意两个组成，如A、B（或B、C或C、A），第三个组成就可求出。因此实际上是4个未知量，需要4个方程。但是输入和输出物料中共有3个组分，因而只能写出3个独立物料衡算式。第四个方程必须从另外给定的条件列出。解题过程略反应器的物料衡算一、教学内容重点：直接衡算法难点：元素衡算法二、教学方法设计1、抛砖引玉思考题：联系组分的概念？当有不止一个联系组分时如何选好计算点？2、指点迷津比较各种衡算方法的优缺点，在什么情况下选择什么方法？三、教学过程准备知识：转化率和收率的有关计算方法和概念重点内容：化学反应过程的物料衡算反应器的物料衡算：化学反应过程的物料衡算比无化学反应的计算要复杂，这是由于化学反应使体系的物质分子发生了变化，使得参加反应的每一物质输入和输出体系的质量或摩尔流量不能平衡。在进行化学反应过程的物料衡算时必然会涉及到原料的配比，反应的转化率、收率等许多因素。一反应器的物料衡算反应器是进行化学反应的设备，所以对反应过程的物料衡算可以以反应器为衡算对象。根据反应过程的不同特点，可以采用不同的计算方法，主要计算方法有：直接计算法、元素衡算法、利用联系组分法、利用化学平衡常数进行衡算、利用反应速率进行衡算二各种方法举例1直接计算法适用条件：当反应过程有明确的化学反应方程式，已知条件比较充分时，可以根据化学反应方程式，运用化学计量系数进行直接计算求解。例一：已知化学反应方程如下：CH3OH+O2 HCHO+H2O物料流程图如下：过量（40%）反应器 空气 CH3OH HCHO H2O N2 O2CH3OH基准：100molCH3OH根据反应方程式理论需O2量100×0.5=50mol=1.6kg实际输入O2量 50×1.4=70mo=l2.24kg带入的N2量：mol=7.37kg反应的CH3OH量 100×70%=70mol=2.24kg反应后各组分的输出量：CH3OH 100-70=30mol=0.96kgHCHO 70mol=2.1kgH2O 70mol=1.26kgO2 70-70×0.5=35mol=1.12kgN2 263,33mol=7.37kg将结果汇总（列表）例二：一台年生产能力为10000t苯乙烯的反应器，年工作时间为8000h，苯乙烯收率为40%，以反应乙苯计的苯乙烯选择性为90%，苯选择性为3%，甲苯选择性为5%，焦油选择性为2%，原料乙苯中含甲苯2%（质量分数），反应时通入水蒸汽提供部分热量并降低乙苯分压，乙苯和水蒸气比为1：1.5（质量），试对该反应器进行物料衡算。分析：本题用的计算方法还是直接计算法，只是多了几个副反应，分清楚收率、转化率、选择性的概念，计算是不难的，计算过程见教材。总结：以上两例都是连续过程的稳态体系，对于间歇过程的非稳态过程我们可以采用等价的办法进行计算。2元素计算法元素计算法是以反应过程中各种元素为对象列出平衡方程式而进行的物料衡算，当反应过程比较复杂，过程中存在多种反应而又无法确切知道各步反应所占的比例，采用直接计算法将难以解题，这时可以采用元素平衡的方法进行平衡的方法进行物料衡算。例三：见教材（P/87页）计算过程略3联系组分法（利用联系组分进行计算）联系组分是指随物料进出系统，但完全不参加反应的组分，它是反应过程中的惰性物质，因此其数量可以保持恒定，如在燃烧过程中N2就是一种惰性物质，利用联系组分与其他物料的比例关系变化，可以算出其他物料的数量。关系式： F×Xt,f=P×Xt,p如果在系统中存在不止一种联系组分，这时可选择其总量为联系组分，也可选择其中含量较大的单独使用，因为联系组分的量越大，计算误差就越小。利用联系组分进行物料衡算可可使计算简化，尤其在未知变量较多的过程中。例四（P95）：略具有循环过程的物料衡算一、教学内容重点：典型流程示意图难点：计算方法二、教学方法设计1、抛砖引玉思考题：化工生产中为什么要设置循环过程，循环的设置对哪项参数有好处？2、指点迷津有循环过程的典型流程一定要熟练掌握。三、教学过程准备知识：循环如何影响转化率？影响什么转化率？相应会提高哪些成本？重点内容：一循环原理：用分离设备进行回收，返回系统重新利用。目的：提高原料的利用率，降低原料的消耗定额。物料流程图： 循环物料R混 合 器反 应 器分 离 器FF MF RP新鲜 混合原料 反应产物 P原料产品 有循环的过程，转化率常分为单程转化率与总转化率。 单程转化率= 总转化率=循环体系有两个过程限制参数，它们是循环比和混合比。循环比=混合比=在对分离器和混合器进行物料衡算时这两个参数很重要，有时可以作为解题的线索。二、举例例：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，产品中含有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的量是产品中C3H6的5%，试计算产品组成、循环物料组成和单程转化率。解：第一步：先画出物料流程图 C3H8 R1 kmol/h C3H6 R2 kmol/hC3H8 反应器分离器F:100 MF RP PC3H8: MF1 RP1: C3H8: P1: C3H8 C3H6 MF2 RP2: C3H6 P2: C3H6 RP3:H2 P3: H2 第二步：基准：100kmol.h-1的新鲜原料C3H8求解：由丙烷总转化率95%，则：未转化的丙烷为P1=100-100×95%=5kmol.h-1生成的丙烯和氢气为:P2=P3=95 kmol.h-1对分离进行衡算列平衡方程式:RP1=P1+R1已知求反应C3H8的0.555%进入产品所以：0.555%RP1=P1=5RP1=900mol R1=895molC3H6：Q2=P2+R2=95+R2已知产物中C3H6量的5%进入循环物料。5%P2=R2R2=Q2=计算循环物料的组成： kmol/h mol%C3H8 895 99.47C3H6 4.75 0.53 899.75 100.00单程转化率为：具有排放过程的物料衡算一、教学内容重点：典型流程示意图难点：计算方法二、教学方法设计1、抛砖引玉思考题：化工生产中为什么要设置排放过程及排放的目的是什么？2、指点迷津有循环及排放过程的典型流程一定要熟练掌握。三、教学过程准备知识：排放的依据是什么？如何才能达到排放的目的？重点内容：一、排放过程的物料衡算1、排放设置的目的：循环过程在稳态条件下各物流的流量和组成是恒定的，因些循环体系的进料和出料应保持平衡，但在实际操作过程中，如果进料中含有惰性物质，而该惰性物质在分离过程中没有随产物排出，而是进入循环物流中，这样惰性物质就会随着循环次数的增加而在循环过程中逐渐积累，以至影响正常生产。另外反应副产物也可能在循环过程中积累，为了防止这些物质和副产物在系统中的不断增加，就必须排放一部分循环物料，使惰性物质的输出时能与进料中的输入量平衡，或是副产物的输出时能与反应产生的量平衡，从而维持整个系统的稳定运转。2、带有排放的循环系统其典型流程如下： R 循环物料分流器 W S待循环物料分离器混合器反应器FF MF RP 新鲜原料 混合料 反应 产物 P 产品注意：与循环过程相比，增加了一个分流器，其作用是将分离器回收的待循环物料S分出一部分作为排放物W，其余部分为循环R，经过分流器的物料组成不发生变化，因此S、W、R的组成是相同的。根据稳态流动过程的物料平衡，为了使惰性物质和副产物不在系统中积累，排放物流流量应调节到能平衡惰性物质的输入量和副产物的产生量，则：FF.XFF,惰性物料=W.XW,惰性物料排放比=排放物流流量/新鲜原料流量=W/FF例：甲苯催化加氢脱甲基制苯，主反应和副反应分别为：主反应：C6H5CH3+H2 C6H6+CH4副反应：C6H5CH3+10H2 7CH4以纯氢和纯甲苯为原料，进入反应器的氢与甲苯之比为5：1（摩尔比）。甲苯的单程转化率为80%，生成苯的选择性为98%，未反应的甲苯和产物苯作为产物物流输出体系，氢和甲烷循环，要求混合原料中甲烷含量不大于10%，计算排放比及各物流的组成。解：第一步：画出物料流程图第二步：确定基准：以混合原料为计算基准第三步：以反应器为衡算体系列物料衡算式第四步：以分离器为衡算体系列物料衡算式第五步：对混合器进行衡算第六步：对分流器进行衡算第七步：将计算结果汇总列表3、旁路过程的物料衡算：具有旁路的过程，就是指物流的一部分绕过一个或几个设备而直接分流至后续工序中去的过程。旁路过程主要用于调节物料的组成或温度。流程图如下： TF F RP MP分 流反应器混 合 旁路B分析：整个过程可以划分成一个总系统和3个子系统，与循环过程有些类似，总原料TF经过分流器后分成反应器进料F和旁路B，3股物料的组成是相同的，因此旁路过程的物料衡算比循环过程还要容易一些。例：见P/111页，分析过程略。习 题 课一、教学内容物料衡算的有关知识总结。二、教学方法设计1、抛砖引玉思考题：物料衡算的原理和方法总结2、指点迷津物料衡算是能量衡算的基础三、教学过程准备知识：复习总结本章节重点内容重点：物料衡算总结：1 物料衡算的