[精选]物料衡算和能量衡算培训教材33734.pptx

化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering第三章第三章 物料衡算和能量衡算物料衡算和能量衡算掌握掌握:物料衡算和能量衡算步骤、非反应过程和反物料衡算和能量衡算步骤、非反应过程和反了解了解:物料衡算和能量衡算的重要意义物料衡算和能量衡算的重要意义理解理解:平衡方程；衡算基准；平衡方程；衡算基准；应过程的物料衡算和能量衡算应过程的物料衡算和能量衡算1 1化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineeringn n任务：任务：任务：任务：1 1 1 1、找出主副产品的生成量、废物的排出量、找出主副产品的生成量、废物的排出量、找出主副产品的生成量、废物的排出量、找出主副产品的生成量、废物的排出量;2 2 2 2、确定原材料消耗定额、确定原材料消耗定额、确定原材料消耗定额、确定原材料消耗定额;3 3 3 3、确定各物流的流量、组成和状态、确定各物流的流量、组成和状态、确定各物流的流量、组成和状态、确定各物流的流量、组成和状态;4 4 4 4、确定每一个设备内物质转换与能量传递速度。、确定每一个设备内物质转换与能量传递速度。、确定每一个设备内物质转换与能量传递速度。、确定每一个设备内物质转换与能量传递速度。n n目的：目的：目的：目的：为确定操作方式，设备选型以及设备尺寸、管路为确定操作方式，设备选型以及设备尺寸、管路为确定操作方式，设备选型以及设备尺寸、管路为确定操作方式，设备选型以及设备尺寸、管路设施与公用工程提供依据。设施与公用工程提供依据。设施与公用工程提供依据。设施与公用工程提供依据。本章任务与目的：2 2化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering3-1 3-1 设计计算前的准备工作设计计算前的准备工作设计计算前的准备工作设计计算前的准备工作 (4)(4)流体输送过程参数流体输送过程参数(、摩擦系数等、摩擦系数等)。1.1.工艺性资料的收集工艺性资料的收集(1)(1)物料衡算提纲物料衡算提纲生产步骤和化学反应（包括主、付反应）生产步骤和化学反应（包括主、付反应）;各步骤所需的原料，中间体规格和物理化学性质各步骤所需的原料，中间体规格和物理化学性质;成品的规格和物化性质成品的规格和物化性质;每批加料量或单位时间进料量每批加料量或单位时间进料量;各生产步骤的产率；各生产步骤的产率；(2)(2)工艺流程图及说明；工艺流程图及说明；(3)(3)热量计算参数和设备计算数据热量计算参数和设备计算数据(HH、CpCp、K K、等等)；3 3化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering（5 5 5 5）传质过程系数，相平衡数据）传质过程系数，相平衡数据）传质过程系数，相平衡数据）传质过程系数，相平衡数据;（6 6 6 6）冷冻过程的热力学参数）冷冻过程的热力学参数）冷冻过程的热力学参数）冷冻过程的热力学参数;（7 7 7 7）具体的工艺操作条件（温度）具体的工艺操作条件（温度）具体的工艺操作条件（温度）具体的工艺操作条件（温度T T T T、压力、压力、压力、压力P P P P、流量、流量、流量、流量G G G G）;（8 8 8 8）介质物性和材质性能，材质数据，腐蚀数据）介质物性和材质性能，材质数据，腐蚀数据）介质物性和材质性能，材质数据，腐蚀数据）介质物性和材质性能，材质数据，腐蚀数据;（9 9 9 9）车间平立面布置的参考资料）车间平立面布置的参考资料）车间平立面布置的参考资料）车间平立面布置的参考资料;（10101010）管道设计资料（管道配置、管道材质、架设方）管道设计资料（管道配置、管道材质、架设方）管道设计资料（管道配置、管道材质、架设方）管道设计资料（管道配置、管道材质、架设方 式、管件、阀件等）式、管件、阀件等）式、管件、阀件等）式、管件、阀件等）;（11111111）环境保护、安全保护等规范和资料。）环境保护、安全保护等规范和资料。）环境保护、安全保护等规范和资料。）环境保护、安全保护等规范和资料。3-1 3-1 3-1 3-1 设计计算前的准备工作设计计算前的准备工作设计计算前的准备工作设计计算前的准备工作 4 4化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering2.2.2.2.工程性资料的收集工程性资料的收集工程性资料的收集工程性资料的收集（1 1 1 1）气象、地质资料）气象、地质资料）气象、地质资料）气象、地质资料;（2 2 2 2）公用工程的消耗量，辅助设施能力）公用工程的消耗量，辅助设施能力）公用工程的消耗量，辅助设施能力）公用工程的消耗量，辅助设施能力;（3 3 3 3）总图运输、原料输送方式、储存方式）总图运输、原料输送方式、储存方式）总图运输、原料输送方式、储存方式）总图运输、原料输送方式、储存方式;（4 4 4 4）上、下水资料）上、下水资料）上、下水资料）上、下水资料;（5 5 5 5）配电工程资料）配电工程资料）配电工程资料）配电工程资料;（6 6 6 6）仪表自控资料等。）仪表自控资料等。）仪表自控资料等。）仪表自控资料等。3.3.资料的来源资料的来源（1 1）科研单位（研究报告）科研单位（研究报告）（2 2）设计单位（设计图纸、设计说明书）设计单位（设计图纸、设计说明书）（3 3）基建单位（厂址方案、基建工程资料和安装工程）基建单位（厂址方案、基建工程资料和安装工程资料）资料）3-1 3-1 设计计算前的准备工作设计计算前的准备工作设计计算前的准备工作设计计算前的准备工作 5 5化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering 车间原始资料、各种生产报表车间原始资料、各种生产报表 工艺操作规程工艺操作规程 设备岗位操作法设备岗位操作法 设备维护检修规程及设备维修纪录卡设备维护检修规程及设备维修纪录卡 劳动保护及安全技术规程劳动保护及安全技术规程 车间化验室的分析研究资料车间化验室的分析研究资料 车间实测数据车间实测数据 工厂科室掌握的技改资料工厂科室掌握的技改资料 供销科的产品目录和样本供销科的产品目录和样本 财务科的产品原料单耗及成本分析资料财务科的产品原料单耗及成本分析资料 全厂职工劳动福利的生活资料全厂职工劳动福利的生活资料(4)(4)生产单位生产单位(现场操作数据和实际的经济技术指标现场操作数据和实际的经济技术指标)（5 5）可行性研究报告、各国文摘和专利、各类工艺书籍、）可行性研究报告、各国文摘和专利、各类工艺书籍、各类调查报告、各种化工过程与设备计算等书籍。各类调查报告、各种化工过程与设备计算等书籍。3-1 3-1 3-1 3-1 设计计算前的准备工作设计计算前的准备工作设计计算前的准备工作设计计算前的准备工作 6 6化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering（1 1 1 1）Industrial ChemicalsIndustrial ChemicalsIndustrial ChemicalsIndustrial Chemicals（2 2 2 2）Encyclopedia of Chemical TechnologyEncyclopedia of Chemical TechnologyEncyclopedia of Chemical TechnologyEncyclopedia of Chemical Technology（3 3 3 3）Science and TechnologyScience and TechnologyScience and TechnologyScience and Technology（4 4 4 4）Chemical Abstracts Chemical Abstracts Chemical Abstracts Chemical Abstracts（C.AC.AC.AC.A）（5 5 5 5）Handbook of TechnologyHandbook of TechnologyHandbook of TechnologyHandbook of Technology（6 6 6 6）I.C.T I.C.T I.C.T I.C.T（物性手册）（物性手册）（物性手册）（物性手册）（7 7 7 7）化工工艺设计手册）化工工艺设计手册）化工工艺设计手册）化工工艺设计手册（8 8 8 8）材料与零部件手册）材料与零部件手册）材料与零部件手册）材料与零部件手册4.4.几本常用的化工设计资料和手册几本常用的化工设计资料和手册3-1 3-1 3-1 3-1 设计计算前的准备工作设计计算前的准备工作设计计算前的准备工作设计计算前的准备工作 7 7化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering3-2 3-2 3-2 3-2 物料衡算物料衡算物料衡算物料衡算（1 1）物料衡算能为化工设计提供的基础数据）物料衡算能为化工设计提供的基础数据(目的目的)1 1）物料消耗定额。）物料消耗定额。2 2）工艺设备的大小尺寸。）工艺设备的大小尺寸。3 3）管道的大小尺寸。）管道的大小尺寸。4 4）为能量衡算提供基础数据。）为能量衡算提供基础数据。设计任务书、生产量、工艺技术条件、反应转化率、设计任务书、生产量、工艺技术条件、反应转化率、相平衡数据等。相平衡数据等。（2 2）物料衡算的依据）物料衡算的依据1 物料衡算的目的、依据物料衡算的目的、依据8 8化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering稳定操作过程稳定操作过程:系统内无化学反应系统内无化学反应:系统内无化学反应的稳态操作过程系统内无化学反应的稳态操作过程:(F(Fi iF Fo o)（D Dp pD Dr r）0 0F Fi iF Fo oW WF Fi iF Fo o0 0（3 3）物料衡算式：）物料衡算式：（F Fi i）（F Fo o）（D Dr r）（WW）（D Dp p）进入过进入过进入过进入过程单元程单元程单元程单元的物料的物料的物料的物料衡算衡算衡算衡算流出过流出过流出过流出过程单元程单元程单元程单元的物料的物料的物料的物料量量量量在过程在过程在过程在过程单元内单元内单元内单元内生成的生成的生成的生成的物料量物料量物料量物料量在过程在过程在过程在过程单元内单元内单元内单元内消耗的消耗的消耗的消耗的物料量物料量物料量物料量过程单过程单过程单过程单元内累元内累元内累元内累积的物积的物积的物积的物料量料量料量料量 1 物料衡算的目的、依据物料衡算的目的、依据3-2 3-2 3-2 3-2 物料衡算物料衡算物料衡算物料衡算9 9化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering2 2、物料衡算的步骤、物料衡算的步骤、物料衡算的步骤、物料衡算的步骤 8 8 8 8）列出物料衡算式，及其他）列出物料衡算式，及其他）列出物料衡算式，及其他）列出物料衡算式，及其他相关约束式相关约束式相关约束式相关约束式，进行物料衡算；，进行物料衡算；，进行物料衡算；，进行物料衡算；1 1 1 1）化工过程分析；）化工过程分析；）化工过程分析；）化工过程分析；2 2 2 2）画出方框图（方框流程图）；）画出方框图（方框流程图）；）画出方框图（方框流程图）；）画出方框图（方框流程图）；3 3 3 3）分析化学反应过程，写出主、副反应化学反应方程式；分析化学反应过程，写出主、副反应化学反应方程式；分析化学反应过程，写出主、副反应化学反应方程式；分析化学反应过程，写出主、副反应化学反应方程式；4 4 4 4）确定衡算体系；）确定衡算体系；）确定衡算体系；）确定衡算体系；5 5 5 5）根据设计要求确定（写明年产量、年工作日或每昼夜的）根据设计要求确定（写明年产量、年工作日或每昼夜的）根据设计要求确定（写明年产量、年工作日或每昼夜的）根据设计要求确定（写明年产量、年工作日或每昼夜的）6 6 6 6）选定计算标准，并在图上注明所选的基准值；选定计算标准，并在图上注明所选的基准值；选定计算标准，并在图上注明所选的基准值；选定计算标准，并在图上注明所选的基准值；7 7 7 7）收集计算需要的数据；）收集计算需要的数据；）收集计算需要的数据；）收集计算需要的数据；9 9 9 9）将物料衡算结果列成物料平衡表，画出物料平衡图。）将物料衡算结果列成物料平衡表，画出物料平衡图。）将物料衡算结果列成物料平衡表，画出物料平衡图。）将物料衡算结果列成物料平衡表，画出物料平衡图。生产能力、产率、产品的纯度要求等；生产能力、产率、产品的纯度要求等；生产能力、产率、产品的纯度要求等；生产能力、产率、产品的纯度要求等；3-2 3-2 3-2 3-2 物料衡算物料衡算物料衡算物料衡算1010化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering例：乙苯反应器内的反应如下：例：乙苯反应器内的反应如下：例：乙苯反应器内的反应如下：例：乙苯反应器内的反应如下：乙烯乙烯乙烯乙烯+苯苯苯苯乙苯乙苯乙苯乙苯乙苯乙苯乙苯乙苯+乙烯乙烯乙烯乙烯二乙苯二乙苯二乙苯二乙苯二乙苯二乙苯二乙苯二乙苯+苯苯苯苯乙苯乙苯乙苯乙苯二乙苯二乙苯二乙苯二乙苯+乙烯乙烯乙烯乙烯三乙苯三乙苯三乙苯三乙苯三乙苯三乙苯三乙苯三乙苯+苯苯苯苯乙苯，二乙苯乙苯，二乙苯乙苯，二乙苯乙苯，二乙苯乙苯、二乙苯乙苯、二乙苯乙苯、二乙苯乙苯、二乙苯甲苯、二甲苯、正丁苯、异丙苯、甲苯、二甲苯、正丁苯、异丙苯、甲苯、二甲苯、正丁苯、异丙苯、甲苯、二甲苯、正丁苯、异丙苯、杂环化合物杂环化合物杂环化合物杂环化合物2 2、物料衡算的步骤、物料衡算的步骤、物料衡算的步骤、物料衡算的步骤 3-2 3-2 3-2 3-2 物料衡算物料衡算物料衡算物料衡算1111化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineeringn n(2)(2)(2)(2)批量基准批量基准批量基准批量基准 3、物料衡算的基准、物料衡算的基准运算中保持一致。若基准选得好，计算变得简单。运算中保持一致。若基准选得好，计算变得简单。运算中保持一致。若基准选得好，计算变得简单。运算中保持一致。若基准选得好，计算变得简单。进行物料衡算时，必须选择一计算基准，并在整个进行物料衡算时，必须选择一计算基准，并在整个进行物料衡算时，必须选择一计算基准，并在整个进行物料衡算时，必须选择一计算基准，并在整个n n(1)(1)(1)(1)时间基准时间基准时间基准时间基准 连续（小时，天连续（小时，天连续（小时，天连续（小时，天 ）间歇（釜，批）间歇（釜，批）间歇（釜，批）间歇（釜，批）n n(3)(3)(3)(3)或已知进料或已知进料或已知进料或已知进料/出料组成出料组成出料组成出料组成 n n(4)(4)(4)(4)物质的量基准物质的量基准物质的量基准物质的量基准n n(5)(5)(5)(5)标准体积基准标准体积基准标准体积基准标准体积基准3-2 3-2 3-2 3-2 物料衡算物料衡算物料衡算物料衡算1212化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering C C3 3H H8 8+5O+5O2 2=3CO=3CO2 2+4H+4H2 2O O每每100kmol100kmol燃烧产物需要多少摩尔空气？氧气过量燃烧产物需要多少摩尔空气？氧气过量25%25%（1 1）.基准：基准：1kmol1kmol原料气原料气C C3 3H H8 8燃烧用氧燃烧用氧 5kmol5kmol；实际供氧实际供氧 51.25=6.25kmol51.25=6.25kmol；供给空气量供给空气量 29.76kmol29.76kmol；其中氮气量其中氮气量 23.51kmol23.51kmol产生：产生：COCO2 2 3kmol 3kmol；H H2 2O 4kmolO 4kmol；O O2 2 1.25kmol 1.25kmol；N N2 2 23.51kmol 23.51kmol；合计合计 31.76kmol31.76kmol；x=93.7kmol例3-1：1313化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering（2）.基准：基准：1kmol空气空气实际供氧实际供氧0.21/1.25=0.168kmol；燃烧燃烧C3H80.21/（51.25）=0.0336kmol；供给空气量供给空气量1kmol；其中氮气量其中氮气量0.79kmol；产生：产生：CO20.101kmol；H2O0.135kmol；O20.042kmol；N20.79kmol；合计合计1.068kmol；x=93.7kmol1414化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering（3）基准：）基准：100kmol烟道气烟道气以元素平衡法：以元素平衡法：C3H8+5O2=3CO2+4H2OC平衡平衡B=3P；H2平衡平衡B=4Q；O2平衡平衡0.21A=M+Q/2+P；N2平衡平衡0.79A=N；烟道气总量烟道气总量N+M+P+Q=100；过剩氧气过剩氧气0.21A（0.25/1.25）=M解出：空气量解出：空气量A=93.7kmol；C3H8B=3.148kmol；N2N=74.02kmol；O2M=3.935kmol；CO2P=9.445kmol；H2OQ=12.59kmol。1515化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering（）分数约束式）分数约束式）分数约束式）分数约束式 4、约束式、约束式 可分为两类：可分为两类：式中式中式中式中x x x xijijijij第第第第j j j j组分在第组分在第组分在第组分在第i i i i股物流中的摩尔分数股物流中的摩尔分数股物流中的摩尔分数股物流中的摩尔分数(或质量分数或质量分数或质量分数或质量分数)；N N N Nssss物流的股数；物流的股数；物流的股数；物流的股数；N N N Ncccc物流组分数。物流组分数。物流组分数。物流组分数。(i=1,2,，Ns)(3-2)当一般物流的组成用摩尔分数或质量分数表示时，当一般物流的组成用摩尔分数或质量分数表示时，当一般物流的组成用摩尔分数或质量分数表示时，当一般物流的组成用摩尔分数或质量分数表示时，有下式成立：有下式成立：有下式成立：有下式成立：3-2 3-2 3-2 3-2 物料衡算物料衡算物料衡算物料衡算1616化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering 常见的设备约束式有：常见的设备约束式有：常见的设备约束式有：常见的设备约束式有：进料比进料比进料比进料比 (或任何两股物流的量之比或任何两股物流的量之比或任何两股物流的量之比或任何两股物流的量之比)为一常数；为一常数；为一常数；为一常数；两股物流具有相同的组成两股物流具有相同的组成两股物流具有相同的组成两股物流具有相同的组成 (如分流器如分流器如分流器如分流器)；相平衡常数；相平衡常数；相平衡常数；相平衡常数；化学平衡常数；化学平衡常数；化学平衡常数；化学平衡常数；化学反应过程中的转化率、选择性或其他限度。化学反应过程中的转化率、选择性或其他限度。化学反应过程中的转化率、选择性或其他限度。化学反应过程中的转化率、选择性或其他限度。()()()()设备约束式设备约束式设备约束式设备约束式3-2 3-2 3-2 3-2 物料衡算物料衡算物料衡算物料衡算1717化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering有有NsNs股物流，股物流，NcNc个组分数，个组分数，NpNp个设备参数个设备参数总变量数：总变量数：Nv=NsNv=Ns（Nc+1Nc+1）+Np+Np 设计变量：设计变量：（）变量变量3-2 3-2 3-2 3-2 物料衡算物料衡算物料衡算物料衡算1818化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering转化率转化率转化率转化率=xA=选择性选择性选择性选择性=3-2 3-2 3-2 3-2 物料衡算物料衡算物料衡算物料衡算1919化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering收率收率收率收率=转化率转化率选择性选择性=xA=限制反应物限制反应物过量反应物过量反应物第三章 物料衡算与能量衡算3-2 3-2 3-2 3-2 物料衡算物料衡算物料衡算物料衡算2020化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering稳态过程以各物流的总流量稳态过程以各物流的总流量F Fi i及组成及组成x xijij表示表示,则有：则有：（j=1,2,Nj=1,2,Nc c）(35)(35)式中式中 F Fi i第第i i股物流物质的量流量；股物流物质的量流量；x xijij第第j j组分在第组分在第i i股物流中的摩尔分数；股物流中的摩尔分数；v vjmjm第第j j组分在第组分在第m m个化学反应中的化学计量系数；个化学反应中的化学计量系数；r rm m第第m m个化学反应的反应速率；个化学反应的反应速率；N Nr r过程中所包含的化学反应个数。过程中所包含的化学反应个数。.3.3.3.3车间物料衡算车间物料衡算车间物料衡算车间物料衡算2121化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering物理吸收、结晶、提纯、脱水等物理吸收、结晶、提纯、脱水等物理吸收、结晶、提纯、脱水等物理吸收、结晶、提纯、脱水等3.3.1 3.3.1 无化学反应过程的物料衡算无化学反应过程的物料衡算 1.1.1.1.简单过程的物料衡算简单过程的物料衡算简单过程的物料衡算简单过程的物料衡算(无化学反应、单设备无化学反应、单设备无化学反应、单设备无化学反应、单设备)常见操作有常见操作有常见操作有常见操作有:混合、蒸馏、精馏、增湿、气体混合混合、蒸馏、精馏、增湿、气体混合混合、蒸馏、精馏、增湿、气体混合混合、蒸馏、精馏、增湿、气体混合物的部分冷凝、液体混合物的部分气化、闪蒸、物的部分冷凝、液体混合物的部分气化、闪蒸、物的部分冷凝、液体混合物的部分气化、闪蒸、物的部分冷凝、液体混合物的部分气化、闪蒸、对于非反应的连续稳态过程，式对于非反应的连续稳态过程，式(3-5)(3-5)可简化为：可简化为：(j=1,2,Nc）2222化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering 馏出液 F3 乙醇 水 24%F1 料液 苯 75%乙醇 40%水 60%F2 苯 乙醇产品 F4=1000kg/h三个未知数需三个方程：三个未知数需三个方程：总物料平衡式总物料平衡式 F F1 1+F+F2 2=F=F3 3+F+F4 4 组分物料平衡式组分物料平衡式苯平衡苯平衡 F F2 2=0.75 F=0.75 F3 3 水平衡水平衡 0.6F0.6F1 1=0.24F=0.24F3 3 醇平衡醇平衡 （1 10.60.6）F F1 1=F=F4 4例例例例3-23-23-23-2：3.3.1 3.3.1 无化学反应过程的物料衡算无化学反应过程的物料衡算 2323化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering.有多个设备过程的物料衡算有多个设备过程的物料衡算有多个设备过程的物料衡算有多个设备过程的物料衡算甚至无法求解。甚至无法求解。甚至无法求解。甚至无法求解。算体系，这是很重要的步骤。不然会使计算繁算体系，这是很重要的步骤。不然会使计算繁算体系，这是很重要的步骤。不然会使计算繁算体系，这是很重要的步骤。不然会使计算繁划分多个衡算体系。此时，必须选择恰当的衡划分多个衡算体系。此时，必须选择恰当的衡划分多个衡算体系。此时，必须选择恰当的衡划分多个衡算体系。此时，必须选择恰当的衡对有多个设备的过程，进行物料衡算时，可以对有多个设备的过程，进行物料衡算时，可以对有多个设备的过程，进行物料衡算时，可以对有多个设备的过程，进行物料衡算时，可以3.3.1 3.3.1 无化学反应过程的物料衡算无化学反应过程的物料衡算 2424化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering有两个蒸馏塔的分离装置，将含有两个蒸馏塔的分离装置，将含有两个蒸馏塔的分离装置，将含有两个蒸馏塔的分离装置，将含50%50%50%50%苯、苯、苯、苯、30%30%30%30%甲苯甲苯甲苯甲苯20%(mol%)20%(mol%)20%(mol%)20%(mol%)二甲苯的混合物分成较纯的三个馏分，其流程图及各流股二甲苯的混合物分成较纯的三个馏分，其流程图及各流股二甲苯的混合物分成较纯的三个馏分，其流程图及各流股二甲苯的混合物分成较纯的三个馏分，其流程图及各流股组成如图。计算蒸馏组成如图。计算蒸馏组成如图。计算蒸馏组成如图。计算蒸馏1000 mol/h1000 mol/h1000 mol/h1000 mol/h原料所得各流股的量及进塔原料所得各流股的量及进塔原料所得各流股的量及进塔原料所得各流股的量及进塔物料的组成。物料的组成。物料的组成。物料的组成。例例3-33-3：2525化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering乙烯部分氧化制取环氧乙烷，乙烯在过量空气存在条乙烯部分氧化制取环氧乙烷，乙烯在过量空气存在条件下通过银催化剂进行。件下通过银催化剂进行。主反应主反应:2C2C2 2H H4 4+O+O2 22C2C2 2H H4 4O O 副反应副反应:C C2 2H H4 4+3O+3O2 22CO2CO2 2+2H+2H2 2O O 进料物质的流量为进料物质的流量为1000mol/h1000mol/h，进料中含，进料中含 C C2 2H H4 4摩尔分摩尔分数数1010，乙烯的转化率为，乙烯的转化率为2525，生成产物的，生成产物的C C2 2H H4 4的选的选择性为择性为8080，计算反应器出口物流的流量与组成。，计算反应器出口物流的流量与组成。3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 有化学反应过程的物料衡算有化学反应过程的物料衡算有化学反应过程的物料衡算有化学反应过程的物料衡算例例3-43-42626化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering利用化学反应速度求解。(1)(1)组分编号组分编号 组分组分C C2 2H H4 4O O2 2N N2 2C C2 2H H4 4O OCOCO2 2H H2 2O O编号编号1 12 23 34 45 56 6 (2)(2)计算简图计算简图 (3)(3)方程与约束式：方程与约束式：物料平衡方程物料平衡方程;摩尔分数约束式摩尔分数约束式;设备约束式设备约束式;(4)(4)变量分析变量分析 (5)(5)求解方程组求解方程组F2F1X11,X12,X13X21,X22,X23,X24,X25,X26 1r1,r2催化反应器催化反应器2F1X11-F2X21-2r1-r2=0F1X12-F2X22-rl-3r2=0FlX13-F2X23=0 -F2X24+2r1=0 -F2X25+2r2=0 -F2X26+2r2=OXll+X12+X13=1X21+X22+X23+X24+X25+X26=l 转化率表达式转化率表达式:选择性表达式选择性表达式:空气中氧与氮具有固定的比例空气中氧与氮具有固定的比例:2C2C2 2H H4 4+O O2 22C2C2 2H H4 4O O C C2 2H H4 4+3O+3O2 22CO2CO2 2+2H+2H2 2O O()直接求解法直接求解法直接求解法直接求解法2727化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering输入输入输入输入(某种元素某种元素某种元素某种元素)输出输出输出输出(同种元素同种元素同种元素同种元素)()元素衡算法元素衡算法元素衡算法元素衡算法 用甲烷和氢的混合气完全燃烧来加热锅炉，反应方程式如下：CH4+2O2CO2+2H2OH2+1/2O2H2O烟道气的组成mol：N2，72.19%；CO2,8.12%;O2,2.44%;H2O,17.25%;计算:(1)燃料中甲烷与氢气的摩尔比;(2)空气与(CH4+H2)的摩尔比.例例3-5:3-5:2828化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering（）用联系组分作衡算（）用联系组分作衡算（）用联系组分作衡算（）用联系组分作衡算 “联系组分联系组分联系组分联系组分”是指随物料输入体系，但完全不参加是指随物料输入体系，但完全不参加是指随物料输入体系，但完全不参加是指随物料输入体系，但完全不参加反反反反 应，又随物料从体系输出的组分，在整个反应过程应，又随物料从体系输出的组分，在整个反应过程应，又随物料从体系输出的组分，在整个反应过程应，又随物料从体系输出的组分，在整个反应过程中，它的数量不变。中，它的数量不变。中，它的数量不变。中，它的数量不变。如果体系中存在联系组分，那么输入物料和输出物如果体系中存在联系组分，那么输入物料和输出物如果体系中存在联系组分，那么输入物料和输出物如果体系中存在联系组分，那么输入物料和输出物料之间就可以根据联系组分的含量进行关联。料之间就可以根据联系组分的含量进行关联。料之间就可以根据联系组分的含量进行关联。料之间就可以根据联系组分的含量进行关联。用联系组分作衡算，尤其是用联系组分作衡算，尤其是用联系组分作衡算，尤其是用联系组分作衡算，尤其是对含未知量较多对含未知量较多对含未知量较多对含未知量较多的物料的物料的物料的物料衡算，可以使计算简化。衡算，可以使计算简化。衡算，可以使计算简化。衡算，可以使计算简化。2929化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineeringn n例如，例如，例如，例如，F F F F、P P P P分别为输入、输出物料，分别为输入、输出物料，分别为输入、输出物料，分别为输入、输出物料，T T T T为联系组分。为联系组分。为联系组分。为联系组分。T T T T在在在在F F F F中的质量分数为中的质量分数为中的质量分数为中的质量分数为x x x xFTFTFTFT，在，在，在，在P P P P中的质量分数为中的质量分数为中的质量分数为中的质量分数为x x x xPTPTPTPT，则，则，则，则F F F F与与与与P P P P之间的关系为之间的关系为之间的关系为之间的关系为 ：n nF xF xF xF xFTFTFTFTP xP xP xP xPTPTPTPT ，即，即，即，即 ：3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 有化学反应过程的物料衡算有化学反应过程的物料衡算有化学反应过程的物料衡算有化学反应过程的物料衡算3030化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering采用以减小误差。但是，应该注意，采用以减小误差。但是，应该注意，采用以减小误差。但是，应该注意，采用以减小误差。但是，应该注意，当某个联系组当某个联系组当某个联系组当某个联系组n n选择联系组分时，如果体系中存在数种联系组分，选择联系组分时，如果体系中存在数种联系组分，选择联系组分时，如果体系中存在数种联系组分，选择联系组分时，如果体系中存在数种联系组分，那么，此时就要选择一个适宜的联系组分，或联合那么，此时就要选择一个适宜的联系组分，或联合那么，此时就要选择一个适宜的联系组分，或联合那么，此时就要选择一个适宜的联系组分，或联合分数量很小分数量很小分数量很小分数量很小，而且此组分的分析，而且此组分的分析，而且此组分的分析，而且此组分的分析相对误差又较大相对误差又较大相对误差又较大相对误差又较大时，则不宜选用。时，则不宜选用。时，则不宜选用。时，则不宜选用。3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 有化学反应过程的物料衡算有化学反应过程的物料衡算有化学反应过程的物料衡算有化学反应过程的物料衡算3131化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering（）具有循环、排放即旁路过程的物料衡算（）具有循环、排放即旁路过程的物料衡算（）具有循环、排放即旁路过程的物料衡算（）具有循环、排放即旁路过程的物料衡算先根据已知的条件及所求的未知量选择合适的衡算体先根据已知的条件及所求的未知量选择合适的衡算体先根据已知的条件及所求的未知量选择合适的衡算体先根据已知的条件及所求的未知量选择合适的衡算体系，列出物料衡算式再求解。系，列出物料衡算式再求解。系，列出物料衡算式再求解。系，列出物料衡算式再求解。如果存在联系组分，则可以利用联系组分计算。如果存在联系组分，则可以利用联系组分计算。如果存在联系组分，则可以利用联系组分计算。如果存在联系组分，则可以利用联系组分计算。n n有循环的过程，转化率常分为有循环的过程，转化率常分为有循环的过程，转化率常分为有循环的过程，转化率常分为单程转化率单程转化率与与与与总转总转化率化率：3232化工设计化工设计 Design of Chemical EngineeringDesign of Chemical Engineering总物料衡算：总物料衡算：F=P+WF=P+W反应器物料衡算：反应器物料衡算：MF=RPMF=RP分离器物料衡算：分离器物料衡算：RP=S+PRP=S+P结点结点A A物料衡算：物料衡算：F+R=MFF+R=MF结点结点B B的物料衡算：的物料衡算：S=R+WS=R+W（）具有循环、排放即旁路过程的物料衡算（）具有循环、排放即旁路过程的物料衡算（）具有循环、排放即旁路过程的物料衡算（）具有循环、排放即旁路过程的物料衡算3333化工设计化工设计 Design of C