第4章物料衡算.ppt

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1、PharmaceuticalEngineering第第4章章 物料衡算物料衡算 4.1概述概述4.2物料衡算基本理物料衡算基本理论4.3物料衡算物料衡算举例例1PharmaceuticalEngineering4.1概述概述 物物料料衡衡算算是是最最先先进进行行的的一一个个计计算算项项目目，其其结结果果是是后后续续的的能能量量衡衡算算、设设备备选选型型或或工工艺艺设设计计、车车间间布布置置设设计计、管管道道设设计计等等各各单单项项设设计计的的依依据据，因因此此，物物料料衡衡算算结结果果的的正正确确与与否否直直接接关关系到整个工艺设计可靠程度。系到整个工艺设计可靠程度。2Pharmaceutic

2、alEngineering物物料料衡衡算算的的依依据据是是工工艺艺流流程程示示意意图图以以及及为为物物料料衡衡算算收收集集的的有有关关资资料料。虽虽然然工工艺艺流流程程示示意意图图只只是是定定性性地地给给出出了了物物料料的的来来龙龙去去脉脉，但但它它决决定定了了应应对对哪哪些些过过程程或或设设备备进进行行物物料料衡衡算算，以以及及这这些些过过程程或或设设备备所所涉涉及及的的物物料料。可可见见，工工艺艺流流程示意图对物料衡算起着重要的指导作用。程示意图对物料衡算起着重要的指导作用。4.1概述概述 3PharmaceuticalEngineering制制药药工工业业包包括括原原料料药药工工业业和和

3、制制剂剂工工业业,其其中中制制剂剂工工业业的的生生产产过过程程通通常常为为物物理理过过程程,其其物物料料衡衡算算比比较较简简单单。原原料料药药的的生生产产途途径径很很多多,如如化化学合成、生物发酵、中草药提取等。学合成、生物发酵、中草药提取等。本章主要讨论本章主要讨论化学过程的物料衡算化学过程的物料衡算。4.1概述概述 4PharmaceuticalEngineering4.2.1物料衡算平衡方程式物料衡算平衡方程式4.2.2衡算基准衡算基准4.2.3衡算范衡算范围4.2.4衡算方法和步衡算方法和步骤4.2物料衡算基本理物料衡算基本理论 5PharmaceuticalEngineering1.

4、物理过程物理过程根据质量守恒定律，根据质量守恒定律，(4-1)式中式中输入体系的总物料量；输入体系的总物料量；输出体系的总物料量；输出体系的总物料量；GA物料在体系中的总累积量。物料在体系中的总累积量。上式也适用于物理过程任一组分或元素的物料衡算。上式也适用于物理过程任一组分或元素的物料衡算。4.2.1物料衡算平衡方程式物料衡算平衡方程式6PharmaceuticalEngineering对对于于稳稳态态过过程程，物物料料在在体体系系内内没没有有累累积积，式式(4-1)可简化为可简化为(4-2)式式(4-2)表表明明，对对于于物物理理过过程程，若若物物料料在在体体系系内内没没有有累累积积，则则

5、输输入入体体系系的的物物料料量量等等于于离离开开体体系系的的物物料料量量，不不仅仅总总质质量量平平衡衡，而而且且对对其其中中的的任任一一组组分或元素也平衡。分或元素也平衡。4.2.1物料衡算平衡方程式物料衡算平衡方程式7PharmaceuticalEngineering2.化学过程化学过程对于有化学反应的体系，式对于有化学反应的体系，式(4-1)和和(4-2)仍仍可用于体系的可用于体系的总物料衡算总物料衡算或任一元素的物料衡或任一元素的物料衡算，但算，但不能用于组分的物料衡算不能用于组分的物料衡算。(4-3)4.2.1物料衡算平衡方程式物料衡算平衡方程式8PharmaceuticalEngin

6、eering同同样样，对对于于稳稳态态过过程程，组组分分在在体体系系内内没没有有累累积，则式积，则式(4-3)可简化为可简化为:4.2.1物料衡算平衡方程式物料衡算平衡方程式9PharmaceuticalEngineering在在进进行行物物料料衡衡算算或或热热量量衡衡算算时时，都都必必须须选择相应的衡算基准作为选择相应的衡算基准作为计算的基础计算的基础。(1)单位位时间 (2)单位位质量量 (3)单位体位体积 4.2.2衡算基准衡算基准10PharmaceuticalEngineering对对于于间间歇歇生生产产过过程程和和连连续续生生产产过过程程，均均可可以以单单位位时时间间间间隔隔内内的

7、的投投料料量量或或产产品品量量为为基基准准进进行行物物料料衡衡算算。根根据据计计算算的的方方便便，对对于于间间歇歇生生产产过过程程，单单位位时时间间间间隔隔常常取取一一批批操操作作的的生生产产周周期期；对对于于连连续续生生产产过过程程，单单位位时时间间间间隔隔可以是可以是1秒、秒、1小时、小时、1天或天或1年。年。(1)衡算基准衡算基准单位位时间11PharmaceuticalEngineering产产品品的的年年产产量量、日日产产量量和和年年生生产产日日之之间间的的关系为关系为(4-5)式式中中的的年年产产量量由由设设计计任任务务所所规规定定；年年生生产产日日要视具体的生产情况而定。要视具体

8、的生产情况而定。(1)衡算基准衡算基准单位位时间12PharmaceuticalEngineering对对于于间间歇歇生生产产过过程程和和连连续续生生产产过过程程，也也可可以以一一定定质质量量，如如1kg、1000kg(1吨吨)或或1mol、1kmol的的原原料料或或产产品品为为基基准准进进行行物料衡算。物料衡算。(2)衡算基准衡算基准单位位质量量13PharmaceuticalEngineering若若所所处处理理的的物物料料为为气气相相，则则可可以以单单位位体体积积的的原原料料或或产产品品为为基基准准进进行行物物料料衡衡算算。由由于于气气体体的的体体积积随随温温度度和和压压力力而而变变化化

9、,因因此此,应应将将操操作作状状态态下下的的气气体体体体积积全全部部换换算算成成标标准准状状态态下下的的体体积积,即即以以1m3(标标况况下下)的的原原料料或或产产品品为为基基准准进进行行物物料料衡衡算算。这这样样既既能能消消除除温温度度和和压压力力变变化化所所带带来来的的影响影响,又能方便地将气体体积换算成摩尔数。又能方便地将气体体积换算成摩尔数。(3)衡算基准衡算基准单位体位体积14PharmaceuticalEngineering在在进进行行物物料料衡衡算算时时,经经常常会会遇遇到到比比较较复复杂杂的的计计算算。为为计计算算方方便便,一一般般要要划划定定物物料料衡衡算算范范围围。根根据据

10、衡衡算算目目的的和和对对象象的的不不同同,衡衡算算范范围围可可以以是是一一台台设设备备、一一套套装装置置、一一个个工工段段、一一个个车车间间、一一个个工工厂厂等等。衡衡算算范范围围一一经经划划定定,即即可可视视为为一一个个独独立立的的体体系系。凡凡进进入入体体系系的的物物料料均均为为输输入入项项，离开体系的物料均为，离开体系的物料均为输出项输出项。4.2.3衡算范衡算范围15PharmaceuticalEngineering4.2.3 衡算范围衡算范围 16PharmaceuticalEngineering(1)明明确确衡衡算算目目的的，如如通通过过物物料料衡衡算算确确定定生生产能力、纯度、收

11、率等数据。产能力、纯度、收率等数据。(2)明明确确衡衡算算对对象象，划划定定衡衡算算范范围围，绘绘出出物物料料衡衡算算示示意意图图，并并在在图图上上标标注注与与物物料料衡衡算算有有关关的已知和未知的数据。的已知和未知的数据。(3)对对于于有有化化学学反反应应的的体体系系，应应写写出出化化学学反反应应方方程程式式(包包括括主主、副副反反应应)，以以确确定定反反应应前前后后的物料组成及各组分之间的摩尔比。的物料组成及各组分之间的摩尔比。4.2.4衡算方法和步衡算方法和步骤17PharmaceuticalEngineering(4)收收集集与与物物料料衡衡算算有有关关的的计计算算数数据据，包包括括生

12、生产产规规模模和和年年生生产产日日；原原辅辅材材料料、中中间间体体及及产产品品的的规规格格；有有关关的的定定额额和和消消耗耗指指标标，如如产产品品单单耗耗、配配料料比比、回回收收率率、转转化化率率、选选择择性性、收收率率等等；有有关关的的物物理理化化学学常数，如密度、蒸气压、相平衡常数等。常数，如密度、蒸气压、相平衡常数等。(5)选定衡算基准。选定衡算基准。(6)列出物料平衡方程式，进行物料衡算。列出物料平衡方程式，进行物料衡算。(7)编制物料平衡表。编制物料平衡表。4.2.4衡算方法和步衡算方法和步骤18PharmaceuticalEngineering4.3物料衡算物料衡算举例例4.3.1

13、物理过程的物料衡算物理过程的物料衡算4.3.2化学过程的物料衡算化学过程的物料衡算19PharmaceuticalEngineering例例4-1硝硝化化混混酸酸配配制制过过程程的的物物料料衡衡算算。已已知知混混酸酸组组成成为为H2SO446%(质质量量百百分分比比，下下同同)、HNO346%、H2O8%，配配制制混混酸酸用用的的原原料料为为92.5%的的工工业业硫硫酸酸、98%的的硝硝酸酸及及含含H2SO469%的的硝硝化化废废酸酸。试试通通过过物物料料衡衡算算确确定定配配制制1000kg混混酸酸时时各各原原料料的的用用量量。为为简简化化计计算算，设设原料中除水外的其它杂质可忽略不计。原料中

14、除水外的其它杂质可忽略不计。4.3.1物理过程的物料衡算物理过程的物料衡算20PharmaceuticalEngineering解解：混混酸酸配配制制过过程程可可在在搅搅拌拌釜釜中中进进行行。以以搅搅拌拌釜釜为为衡衡算算范范围围，绘绘出出混混酸酸配配制制过过程程的的物物料料衡衡算算示示意意图图。图图中中为为92.5%的的硫硫酸酸用用量量，为为98%的硝酸用量，的硝酸用量，为含为含69%硫酸的废酸用量。硫酸的废酸用量。硝化混酸硝化混酸1000kg混酸配制混酸配制搅搅拌拌釜釜图图4-1 4-1 混酸配制过程物料衡算示意图混酸配制过程物料衡算示意图4.3.1物理过程的物料衡算物理过程的物料衡算92.

15、5%98%69%46%46%8%21PharmaceuticalEngineering对对HNO3进行物料衡算得进行物料衡算得0.98=0.46 1000(a)对对H2SO4进行物料衡算得进行物料衡算得0.925+0.69=0.46 1000(b)对对H2O进行物料衡算得进行物料衡算得0.02+0.075+0.31=0.08 1000(c)4.3.1物理过程的物料衡算物理过程的物料衡算22v联解式联解式(a)、(b)和和(c)得得v =469.4kg，v =399.5kg，v =131.1kg23PharmaceuticalEngineering表表4-1 4-1 混酸配制过程的物料平衡表混酸

16、配制过程的物料平衡表 输输入入物料物料名称名称 工业品工业品量量/kg/kg 质量组质量组成成/%/%输输出出物料物料名称名称 工业品工业品量量/kg/kg 硝酸硝酸469.4469.4HNOHNO3 3：98 98 H H2 2O O：2 2 硝化硝化混酸混酸10001000H H2 2SOSO4 4：46 46 HNOHNO3 3：46 46 H H2 2O O：8 8 硫酸硫酸399.5 399.5 H H2 2SOSO4 4：92.5 92.5 H H2 2O O：7.5 7.5 废酸废酸131.1 131.1 H H2 2SOSO4 4：6969H H2 2O O：3131总计总计1

17、0001000总计总计10001000质量组质量组成成/%/%4.3.1物理过程的物料衡算物理过程的物料衡算24PharmaceuticalEngineering例例4-2拟拟用用连连续续精精馏馏塔塔分分离离苯苯和和甲甲苯苯混混合合液液。已已知知混混合合液液的的进进料料流流量量为为200kmol h-1，其其中中含含苯苯0.4(摩摩尔尔分分率率，下下同同)，其其余余为为甲甲苯苯。若若规规定定塔塔底底釜釜液液中中苯苯的的含含量量不不高高于于0.01，塔塔顶顶馏馏出出液液中中苯苯的的回回收收率率不不低低于于98.5%，试试通通过过物物料料衡衡算算确确定定塔塔顶顶馏馏出出液液、塔塔釜釜釜釜液液的的流

18、流量量及及组组成成，以摩尔流量和摩尔分率表示。以摩尔流量和摩尔分率表示。4.3.1物理过程的物料衡算物理过程的物料衡算25PharmaceuticalEngineering图图4-2 4-2 苯和甲苯混合液精苯和甲苯混合液精馏过程物料衡算馏过程物料衡算解解：以以连连续续精精馏馏塔塔为为衡衡算算范范围围,绘绘出出物物料料衡衡算算示示意意图图。图图中中F为为混混合合液液的的进进料料流流量量,D为为塔塔顶顶馏馏出出液液的的流流量量,W为为塔塔底底釜釜液液的的流流量量,x为苯的摩尔分率。为苯的摩尔分率。图中共有图中共有3股物料，股物料，3个个未知数，需列出未知数，需列出3个独立个独立方程。方程。F=2

19、00kmol.h-1xF=0.4D,xDW,xW=0.014.3.1物理过程的物料衡算物理过程的物料衡算26PharmaceuticalEngineering对全塔进行总物料衡算得对全塔进行总物料衡算得(a)对苯进行物料衡算得对苯进行物料衡算得(b)由塔顶馏出液中苯的回收率得由塔顶馏出液中苯的回收率得(c)联解式联解式(a)、(b)和和(c)得得=80kmol h-1，=120kmol h-1，=0.9854.3.1物理过程的物料衡算物理过程的物料衡算27PharmaceuticalEngineering表表4-2 4-2 苯和甲苯精馏过程的物料平衡表苯和甲苯精馏过程的物料平衡表 摩尔组摩尔组

20、成成/%/%苯：苯：0.985 0.985 甲苯：甲苯：0.0150.015 苯：苯：0.01 0.01 甲苯：甲苯：0.990.99 输输入入物料物料名称名称 流量流量/kmol/kmol h h-1摩尔组摩尔组成成/%/%输输出出物料物料名称名称 流量流量/kmol/kmol h h-1苯和苯和甲苯甲苯混合混合液液200200苯：苯：0.4 0.4 甲苯：甲苯：0.6 0.6 馏出液馏出液8080釜液釜液120120总计总计200200总计总计2002004.3.1物理过程的物料衡算物理过程的物料衡算28PharmaceuticalEngineering(1)化学化学过程的几个概念程的几个

21、概念(2)间歇操作歇操作过程的物料衡算程的物料衡算(3)连续操作操作过程的物料衡算程的物料衡算(4)含有化学平衡的物料衡算含有化学平衡的物料衡算 4.3.2化学过程的物料衡算化学过程的物料衡算29PharmaceuticalEngineering某某反反应应物物的的转转化化率率可可用用该该反反应应物物的的反反应应消消耗耗量量与与反反应物的原始投料量之比来表示，即应物的原始投料量之比来表示，即(4-6)式中式中xA反应物反应物A的转化率。的转化率。由由于于各各反反应应物物的的原原始始投投料料量量不不一一定定符符合合化化学学计计量量关关系系,因因此此以以不不同同反反应应物物为为基基准准进进行行计计

22、算算所所得得的的转转化化率率不一定相同不一定相同。(1)概念概念转化率化率30PharmaceuticalEngineering 某产物的某产物的收率收率可用转化为该产物的反应物可用转化为该产物的反应物A的量的量与反应物与反应物A的原始投料量之比来表示，即的原始投料量之比来表示，即 (4-7)式中式中 y目标产物的收率。目标产物的收率。某产物的收率也可用该产物的实际获得量与按投某产物的收率也可用该产物的实际获得量与按投料量计算应得到的理论量之比来表示，即料量计算应得到的理论量之比来表示，即 (4-8)(1)概念概念收率收率31PharmaceuticalEngineering若反应体系中存在副

23、反应，则在各种主、副产物中，若反应体系中存在副反应，则在各种主、副产物中，转化成目标产物的反应物转化成目标产物的反应物A的量与的量与反应物反应物A的反应消耗的反应消耗量量之比称为反应的选择性，即之比称为反应的选择性，即 (4-9)式中式中 反应的选择性。反应的选择性。由式由式(4-6)、(4-8)和和(4-9)得得 (4-10)(1)概念概念选择性性32PharmaceuticalEngineering例例4-3甲甲苯苯用用浓浓硫硫酸酸磺磺化化制制备备对对甲甲苯苯磺磺酸酸。已已知知甲甲苯苯的的投投料料量量为为1000kg，反反应应产产物物中中含含对对甲甲苯苯磺磺酸酸1460kg，未未反反应应的

24、的甲甲苯苯20kg。试试分分别别计计算算甲甲苯苯的的转转化化率率、对对甲甲苯苯磺磺酸酸的的收收率和选择性。率和选择性。(1)概念概念选择性性33PharmaceuticalEngineering解：化学反应方程式为解：化学反应方程式为分子量分子量929817218则甲苯的转化率为则甲苯的转化率为对甲苯磺酸的收率为对甲苯磺酸的收率为对甲苯磺酸的选择性为对甲苯磺酸的选择性为(1)概念概念选择性性34PharmaceuticalEngineering产产品品的的生生产产工工艺艺过过程程通通常常由由若若干干个个物物理理工工序序和和化化学学反反应应工工序序所所组组成成，各各工工序序都都有有一一定定的的收

25、收率率，各各工工序序的的收收率率之之积积即为即为总收率总收率。(1)概念概念总收率收率 35PharmaceuticalEngineering某某些些反反应应过过程程,主主要要反反应应物物经经一一次次反反应应的的转转化化率率不不高高,甚甚至至很很低低,但但未未反反应应主主要要反反应应物物经经分分离离回回收收后后可可循循环套用环套用,此时转化率有单程转化率和总转化率之分。此时转化率有单程转化率和总转化率之分。例例4-5用用苯苯氯氯化化制制备备一一氯氯苯苯时时，为为减减少少副副产产二二氯氯苯苯的的生生成成量量，应应控控制制氯氯的的消消耗耗量量。已已知知每每100mol苯苯与与40mol氯氯反反应应

26、，反反应应产产物物中中含含38mol氯氯苯苯、1mol二二氯氯苯苯以以及及61mol未未反反应应的的苯苯。反反应应产产物物经经分分离离后后可可回回收收60mol的的苯苯，损损失失1mol苯苯。试试计计算算苯苯的的单单程程转转化化率率和和总转化率。总转化率。(1)概念概念单程程转化率和化率和总转化率化率36解：苯的单程转化率为解：苯的单程转化率为设苯的总转化率为设苯的总转化率为xT，则，则可见，对于某些反应，主要反应物的单程转化率可见，对于某些反应，主要反应物的单程转化率可以很低，但总转化率却可以提高。可以很低，但总转化率却可以提高。37PharmaceuticalEngineering例例4-

27、6在在间间歇歇釜釜式式反反应应器器中中用用浓浓硫硫酸酸磺磺化化甲甲苯苯生生产产对对甲甲苯苯磺磺酸酸，其其工工艺艺流流程程如如图图3-11所所示示，试试对对该该过过程程进进行行物物料料衡衡算算。已已知知批批投投料料量量为为：甲甲苯苯1000kg，纯纯度度99.9%(wt%，下下同同)；浓浓硫硫酸酸1100kg，纯纯度度98%；甲甲苯苯的的转转化化率率为为98%，生生成成对对甲甲苯苯磺磺酸酸的的选选择择性性为为82%，生生成成邻邻甲甲苯苯磺磺酸酸的的选选择择性性为为9.2%，生生成成间间甲甲苯苯磺磺酸酸的的选选择择性性为为8.8%；物物料料中中的的水水约约90%经经连连续续脱脱水水器器排排出出。此

28、此外外，为为简简化化计计算算，假假设设原原料料中除纯品外都是水，且在磺化过程中无物料损失。中除纯品外都是水，且在磺化过程中无物料损失。(2)间歇操作歇操作过程的物料衡程的物料衡算算 38PharmaceuticalEngineering解解：以以间间歇歇釜釜式式反反应应器器为为衡衡算算范范围围，绘绘出出物物料料衡衡算算示示意图。意图。图图4-3 4-3 甲苯磺化过程物料衡算示意图甲苯磺化过程物料衡算示意图 原料甲苯：原料甲苯：1000kg纯度纯度99.9%浓硫酸：硫酸：1100kg纯度度98%磺化液磺化液脱水器脱水器 排排 水水甲甲 苯苯 磺化釜磺化釜(2)间歇操作歇操作过程的物料衡程的物料衡

29、算算 82%转化率为转化率为98%9.2%8.8%90%39PharmaceuticalEngineering投料量的计算：投料量的计算：原料甲苯中的甲苯量为：原料甲苯中的甲苯量为：1000 0.999=999kg原料甲苯中的水量为：原料甲苯中的水量为：1000-999=1kg浓硫酸中的硫酸量为：浓硫酸中的硫酸量为：1100 0.98=1078kg浓硫酸中的水量为：浓硫酸中的水量为：1100-1078=22kg进进料料总总量量为为：1000+1100=2100kg，其其中中含含甲甲苯苯999kg，硫酸，硫酸1078kg，水，水23kg。(2)间歇操作歇操作过程的物料衡程的物料衡算算 40Pha

30、rmaceuticalEngineering出料：反应消耗的甲苯量为：出料：反应消耗的甲苯量为：999 98%=979kg未反应的甲苯量为：未反应的甲苯量为：999-979=20kg主反应主反应副反应副反应I I 分子量分子量 92 98 172 1892 98 172 18副反应副反应IIII(2)间歇操作歇操作过程的物料衡程的物料衡算算 41PharmaceuticalEngineering反应生成的对甲苯磺酸量为：反应生成的对甲苯磺酸量为：反应生成的邻甲苯磺酸量为：反应生成的邻甲苯磺酸量为：反应生成的间甲苯磺酸量为：反应生成的间甲苯磺酸量为：反应生成的水量为：反应生成的水量为：kgkgk

31、gkg(2)间歇操作歇操作过程的物料衡程的物料衡算算 42PharmaceuticalEngineering经脱水器排出的水量为：经脱水器排出的水量为：(23+191.5)90%=193.1kg磺化液中剩余的水量为：磺化液中剩余的水量为：(23+191.5)-193.1=21.4kg反应消耗的硫酸量为：反应消耗的硫酸量为：kg未反应的硫酸量为：未反应的硫酸量为：1078-1042.8=35.2kg磺化液总量为：磺化液总量为：1500.8+168.4+161.1+20+35.2+21.4=1906.9kg(2)间歇操作歇操作过程的物料衡程的物料衡算算 43PharmaceuticalEngine

32、ering表表4-3 4-3 甲苯磺化过程的物料平衡表甲苯磺化过程的物料平衡表 输输 入入 物料名称物料名称 质量质量/kg/kg 质量组成质量组成/%/%纯品量纯品量/kg/kg 原料甲苯原料甲苯 10001000 甲苯甲苯 99.999.9 999999 水水 0.10.1 1 1 浓硫酸浓硫酸 11001100 硫酸硫酸 98.098.0 10781078 水水 2.02.0 2222 总计总计 21002100 21002100 输输 出出磺化液磺化液1906.91906.9 对甲苯磺酸对甲苯磺酸 78.778.7 1500.81500.8 邻甲苯磺酸邻甲苯磺酸 8.838.83 16

33、8.4168.4 间甲苯磺酸间甲苯磺酸8.458.45 161.1161.1甲苯甲苯 1.051.05 20.020.0 硫酸硫酸 1.851.85 35.235.2 水水 1.121.12 21.421.4 脱水器排水脱水器排水193.1193.1 水水 100100 193.1193.1 总计总计 21002100 21002100(2)间歇操作歇操作过程的物料衡程的物料衡算算 44PharmaceuticalEngineering例例4-7在在催催化化剂剂作作用用下下，乙乙醇醇脱脱氢氢可可制制备备乙乙醛醛，其反应方程式为其反应方程式为已已知知原原料料为为无无水水乙乙醇醇(纯纯度度以以10

34、0%计计)，流流量量为为1000kg h-1，其其转转化化率率为为95%，乙乙醛醛选选择择性性为为80%，试对该过程进行物料衡算。，试对该过程进行物料衡算。同时存在副反应同时存在副反应(3)连续操作操作过程的物料衡算程的物料衡算 45PharmaceuticalEngineering解：以反应器为衡算范围，绘出物料衡算示意图。解：以反应器为衡算范围，绘出物料衡算示意图。图图4-4 4-4 乙醇催化脱氢制乙醛过程物料衡算示意图乙醇催化脱氢制乙醛过程物料衡算示意图 乙醇：乙醇：1500kg纯度纯度100%产产物物乙醇催化乙醇催化脱脱氢氢制制乙乙醛醛反反应应器器(3)连续操作操作过程的物料衡算程的物

35、料衡算 转化率转化率为为95%80%46PharmaceuticalEngineering主反应方程式为主反应方程式为:副反副反应方程式方程式为:分子量分子量46442分子量分子量 2 2 46=92 88 246=92 88 2 2=4 2=4(3)连续操作操作过程的物料衡算程的物料衡算 47PharmaceuticalEngineering出料：乙醇流量为出料：乙醇流量为乙醛流量为乙醛流量为乙酸乙酯流量为乙酸乙酯流量为氢气流量为氢气流量为或或kg h-1 kg h-1kg h-1kg h-1kg h-1(3)连续操作操作过程的物料衡算程的物料衡算 48PharmaceuticalEngin

36、eering表表4-4 4-4 乙醇催化脱氢过程物料平衡表乙醇催化脱氢过程物料平衡表 输输入入物料物料名称名称 流量流量/kg/kg h h-1输输出出物料物料名称名称 流量流量/kg/kg h h-1质量组质量组成成/%/%乙醇乙醇 10001000 100100 乙醇乙醇 50.050.0 5.05.0 乙醛乙醛 727.0727.0 72.772.7 乙酸乙酸乙酯乙酯 181.7181.7 18.218.2 氢气氢气 41.341.3 4.14.1 总计总计 10001000 100100 总计总计 10001000 100.0100.0 质量组质量组 成成/%/%(3)连续操作操作过程

37、的物料衡算程的物料衡算 49PharmaceuticalEngineering例例4-8蒽蒽醌醌用用混混酸酸硝硝化化后后所所得得硝硝化化液液的的组组成成为为：硝硝基基蒽蒽醌醌5.6%(质质量量百百分分比比，下下同同)、H2SO434.5%、HNO36.7%、H2O53.2%。拟拟采采用用含含量量为为18%、密密度度为为932kg m-3的的氨氨水水将将硝硝化化液液中中和和至至pH=7。已已知知每每批批操操作作硝硝化化液液的的投投料料量量为为3000kg，硝硝化化液液的的密密度度为为1170kg m-3，试试对对硝硝化化液液中中和和过过程程进进行行物物料料衡衡算算。为为简简化化计计算算，假假设设

38、中中和和前前后后物料的总体积保持不变。物料的总体积保持不变。(4)含有化学平衡的物料衡算含有化学平衡的物料衡算50PharmaceuticalEngineering解解：以以中中和和反反应应器器为为衡衡算算范范围围，绘绘出出物物料料衡衡算算示示意意图图，如图如图4-5所示。所示。中和液中和液硝化液硝化液:3000kg 18%氨水氨水中中和和反反应应器器图图4-5 4-5 蒽醌硝化液中和过程物料衡算示意图蒽醌硝化液中和过程物料衡算示意图(4)含有化学平衡的物料衡算含有化学平衡的物料衡算51PharmaceuticalEngineering硝硝化化液液总总量量为为：3000kg，其其中中含含硝硝基

39、基蒽蒽醌醌的的量量为为：3000 5.6%=168kg硫酸的量为：硫酸的量为：3000 34.5%=1035kg硝酸的量为：硝酸的量为：3000 6.7%=201kg水的量：水的量：3000 53.2%=1596kg(4)含有化学平衡的物料衡算含有化学平衡的物料衡算52PharmaceuticalEngineeringH2SO4中和反中和反应方程式方程式为：分子量分子量982 17=34132反反应生成的硫酸生成的硫酸铵量量为：kgNH3的消耗量的消耗量为：kg(4)含有化学平衡的物料衡算含有化学平衡的物料衡算53PharmaceuticalEngineeringHNO3中和反应方程式为：中和

40、反应方程式为：分子量分子量631780反应生成的硝酸铵量为：反应生成的硝酸铵量为：NH3的消耗量为：的消耗量为：(4)含有化学平衡的物料衡算含有化学平衡的物料衡算54PharmaceuticalEngineering中和反应中中和反应中18%氨水的消耗量为：氨水的消耗量为：kg18%氨水的体积为：氨水的体积为：m3(4)含有化学平衡的物料衡算含有化学平衡的物料衡算55PharmaceuticalEngineeringpH=7时溶液中的氨量计算：时溶液中的氨量计算：平衡方程式为平衡方程式为式中式中H+=10-7硝化液的体积为硝化液的体积为则则mol L-1故故mol L-1(4)含有化学平衡的物

41、料衡算含有化学平衡的物料衡算56v 需过量需过量18%氨水的量为氨水的量为 v kgv其中含其中含NH3量为量为v13.0 18%=2.3kgv 因此，为达到中和要求，需加入因此，为达到中和要求，需加入18%氨水的总量为氨水的总量为v(2296+13)=2309kgv其中含其中含NH3量为量为v2309 18%=416kgv含水量为含水量为v kgv故溶液中水的总量为故溶液中水的总量为v(1596+1893)=3489kg57PharmaceuticalEngineering表表4-5 4-5 蒽醌硝化液中和过程的物料平衡表蒽醌硝化液中和过程的物料平衡表 输输入入物料名称物料名称质质量量/kg

42、质质量量组组成成/%纯纯品量品量/kg硝化液硝化液3000硝基蒽硝基蒽醌醌5.6168硫酸硫酸34.51035硝酸硝酸6.7201水水53.21596氨水氨水2309氨氨(NH3)18416水水821893总计总计53095309输输出出中和液中和液5309硝基蒽硝基蒽醌醌3.2168硫酸硫酸铵铵26.31394.1硝酸硝酸铵铵4.8255.2水水65.73489氨氨(NH3)0.02.3误误差差0.00.4总计总计53095309(4)含有化学平衡的物料衡算含有化学平衡的物料衡算58作业作业v名词解释：选择性。名词解释：选择性。v名词解释：总转化率。名词解释：总转化率。v 59作业作业v含苯含苯5%、甲苯、甲苯20%、二甲苯、二甲苯35%，其余为，其余为C9碳氢化合物碳氢化合物的炼油厂混合料液以的炼油厂混合料液以800mol/h的流量进入氢化还原反应的流量进入氢化还原反应器，同时发生器，同时发生4个反应个反应 v已知每已知每5molH2比比1mol进料，甲苯转化率进料，甲苯转化率0.8，二甲苯转，二甲苯转化率为化率为0.74，C9转化率为转化率为0.7，在反应器出口测得联苯含，在反应器出口测得联苯含量为量为0.1%。计算反应器出口各组分的含量（题中浓度均。计算反应器出口各组分的含量（题中浓度均为为mol%）60