化工计算第三章物料衡算-2无化学反应.ppt

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1、化工计算,第三章2,第三节 无化学反应过程的物料衡算,无化学反应过程是指一些只有物理变化而没有化学反应的单元操作，例如混合、精馏、蒸发、干燥、吸收、结晶、萃取、过滤等，或是虽有化学反应，但以物理变化为主，这些过程的物料衡算都可以根据质量守恒定律，由物料衡算式（4-4），列出总物料和各组分的衡算式，再用代数法求解即可。一、简单过程的物料衡算 简单过程，是指仅有一个设备或一个单元操作，或整个过程虽有多个设备，但可简化成一个设备的过程。这种过程的物料衡算叫做简单过程的物料衡算，这种过程的物料衡算比较简单，在物料流程简图中，设备边界就是体系边界。,第三节 无化学反应过程的物料衡算,1、混合 当物料的浓

2、度不符合化工生产要求时，经常需要通过加入其它浓度的物质来进行调整，这就是混合，混合有气体和气体之间的混合，液体和液体之间的混合。,例4-2：现有800kg用过的稀电池溶液，内含H2SO412.43%（质量分数）。现在需将其配制成含有H2SO418.63%的溶液再重新利用，问需加入77.7%的H2SO4多少千克合适？可制得多少千克可利用的酸？,第三节 无化学反应过程的物料衡算,解：根据题意可画出如下图4-9所示的物料流程图分析：此题中有四个已知数据：一个质量数据，三个组成数据，要求的有两个未知变量，体系中有两种物质，可列出两个独立的物料衡算方程，问题可解。设F2为浓度77.7%H2SO4的质量，

3、F3为浓度18.63%的H2SO4质量。可以写出一个总物料平衡式和两个组成平衡式，其中任意两个方程组合都是独立方程，可以解出两个未知变量。,第三节 无化学反应过程的物料衡算,第三节 无化学反应过程的物料衡算,第三节 无化学反应过程的物料衡算,2.结晶 在化工生产中，为了精制固体物质，使溶解于液体中的固体溶质呈结晶状析出的操作称为结晶。它是获得纯净固体物质的重要方法之一，应用较广泛。在有关结晶的物料衡算中，溶解度和质量百分比浓度之间的换算是必需的，因为对于饱和溶液从手册上能查到的是溶解度数据而非质量百分比浓度数据。,第三节 无化学反应过程的物料衡算,例4-5：1000千克KCl饱和水溶液盛于结晶

4、槽中，温度为800C。将此溶液冷却到200C，若在冷却过程中，进料溶液中的水有7%蒸发掉，求从溶液中结晶出的KCl量。解：由手册查得KCl在水中的溶解度数据为：80：51.1克KCl/100克H2O 20：24.0克KCl/100克H2O。画物料流程示意图：如下页,第三节 无化学反应过程的物料衡算,80KCl饱和溶液,H2O,1000kg,KCl结晶 x kg,20KCl饱和溶液,第三节 无化学反应过程的物料衡算,第三节 无化学反应过程的物料衡算,3吸收 在石油化工生产中，常常需要分离气体混合物以获得纯净的原料气或气体产品，吸收操作就是分离气体混合物的一种有效方法。,例4-6：将含20%（质量

5、百分数）丙酮与80%空气的混合气输入吸收塔，塔顶用喷水吸收丙酮。吸收塔塔顶出口气体含丙酮3%，空气97%，吸收塔底得到50千克含10%丙酮的水溶液，计算输入吸收塔气体的量。解：详细过程如下所示,第三节 无化学反应过程的物料衡算,第三节 无化学反应过程的物料衡算,解：由题意画出物料流程示意图：如下所示,第三节 无化学反应过程的物料衡算,第三节 无化学反应过程的物料衡算,4干燥 在化工生产中，有些原料、半成品和成品常含有水分（或其他溶剂）。为了便于加工，运输、贮藏和使用，须将物料中的水分（其他溶剂）除去。这种从物料中去除水分（或其他溶剂）的操作称去湿，去湿的方法很多，可分三类：（1）化学去湿法；（

6、2）机械除湿法；（3）热能去湿法。热能去湿法也称干燥。,第三节 无化学反应过程的物料衡算,例4-7：现有湿纸浆含水71%（质量分数），需通过干燥去掉其初始水分的80%，试计算干燥后纸浆中的含水量和每千克湿纸浆去掉的水分量。解：由题意干燥过程的物料流程如下图所示。,第三节 无化学反应过程的物料衡算,第三节 无化学反应过程的物料衡算,5蒸馏 蒸馏是利用液体混合物中各组分的挥发度不同进行组分分离，多用于分离各种有机物的混合液，也有用于分离无机物混合液的，例如液体空气中氮与氧的分离。例4-8：有一个蒸馏塔，输入和输出物料量及组成如下图4-16。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

7、可得到塔顶馏出物2的量及其组成。,第三节 无化学反应过程的物料衡算,解：基准：100 kgh-1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。,第三节 无化学反应过程的物料衡算,将各物料的流量及组成列于下表,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的百分含量之和为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。,根据题意，已知输入物料中A组分的98.7%自塔顶蒸出

8、，即流股2中A组分量为:（1）总物料衡算式有P和W两个未知量。A、B、C三个组分的衡算式中，A组分的衡算式只含一个未知量W，所以先列A组分的衡算式。A组分衡算式：（2）总物料衡算式：（3）B组分衡算式：（4）由（2）式得：代入（3）式得：代入（4）式得：y=56.54%,第三节 无化学反应过程的物料衡算,第三节 无化学反应过程的物料衡算,由（1）式得：馏出物中C组成为：由C组分衡算式得：结果符合 由上例可以看出，因为第二个方程只有一个未知参数，解这样的方程，可以避免解方程组。,第三节 无化学反应过程的物料衡算,总结: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

9、：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。首先列出含未知量数目最少的物料衡算方程，最好是能列出一个方程解一个未知数，然后一步一步地列出其它的方程，避免了解方程组的繁琐。若体系内具有很多多组分的物料，则最好将每股物流编号，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，判断能否通过物料衡算式解决问题。,第三节 无化学反应过程的物料衡算,二、无化学反应过程多单元体系的物料衡算 无化学反应过程多单元体系是指由若干个设备（即单元操作）组合而成的体系，且不能作为一个整体来处理。在进行无化学反应过程多单元体系的物料衡算时，关键要解决两个问题：1独立衡算体系确定 2选择计算的着手点,