化工计算物料衡算课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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),一、化工计算的分类设计型计算(事前设计化工厂),1,1. 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,1. 化工过程的分类（一）间歇操作,2,2. 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,2. 化工过程的分类（二）稳态操作,3,二、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F,i,+生成的D,p,=流出的F,o,+反应的D,r,+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,二、物料衡算的基本方程基本依据,4,具体过程的物料衡算,稳态过程 W=0,无反应过程 D,p,=D,r,=0,稳态无反应过程,F,i,=F,o,稳态有反应过程,F,i,+D,p=,F,o,+D,r,具体过程的物料衡算稳态过程 W=0,5,三、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,三、基本计算过程画简图,6,四、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,四、无反应过程的物料衡算单个单元的物料衡算,7,五、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Y,Y=Sx,五、化学反应过程的计算限制反应物,8,1. 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),1. 分类完全反应(x=100%),9,2. 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,2. 循环过程的物料衡算单程转化率,10,无反应过程的基本公式,稳态无反应过程,F,i,=F,o,无反应过程的基本公式稳态无反应过程,11,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/h,A 0.2,B 0.3,C 0.5,P kg/h,A,x,B,y,C,1,-x-y,W kg/h,A 0.005,B 0.055,C 0.94,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,12,物料衡算方程,A,F*0.2=P*x+W*0.05,B,F*0.3=P*y+W*0.055,C,F*0.5=P*(1-x-y)+W*0.94,另外的已知条件,P*x=F*0.2*98.7%,物料衡算方程A,13,完全反应过程的物料衡算,稳态有反应过程,F,i,+D,p=,F,o,+D,r,非完全反应(x100%),反应不彻底(直接求解),完全反应过程的物料衡算稳态有反应过程,14,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 Hm,3,/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%,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,15,写化学反应方程式,写化学反应方程式,16,选基准,邻二甲苯 210kg/h,邻二甲苯,苯酐,顺酐,分子量,106,148,98,选基准邻二甲苯 210kg/h邻二甲苯苯酐顺酐分子量1061,17,物料衡算,输入氧气量,210kg/h邻二甲苯完全氧化所需的氧气,物料衡算输入氧气量,18,输入氮气的量,反应产物的总量,输入氮气的量,19,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,产物中,20,收率(mol),苯酐,顺酐,收率(mol),21,苯酐的选择性,苯酐的选择性,22,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）,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）,23,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：,CH,4,+H,2,O CO+3H,2,CO+H,2,O CO,2,+H,2,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。,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,24,流程图,反 应 过 程,CH,4,1mol,H,2,O 2.5mol,H,2,O,W,mol,CH,4,M,mol,CO,x,mol,CO,2,y,mol,H,2,z,mol,流程图反 应 过 程CH4 1molH2O 2.5mol,25,物料平衡方程,元素衡算,H: 2+2.5=W+2M+z,C: 1=M+x+y,O: 2.5=W+x+2y,物料平衡方程元素衡算,26,反应平衡方程,反应平衡方程,27,各组分的分压,各组分的分压,28,整理得到,整理得到,29,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,循环过程的物料衡算单程转化率,30,例题,丙烷在催化反应器中脱氢生成丙烯，其反应式为：,C,3,H,8,C,3,H,6,+H,2,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C,3,H,8,、C,3,H,6,及H,2,，其中C,3,H,8,的量为未反应C,3,H,8,的0.555。循环物料中含有C,3,H,8,和C,3,H,6,，其中C,3,H,6,量是产物中C,3,H,6,量的5。试计算产品组成、循环物料组成和单程转化率。,例题丙烷在催化反应器中脱氢生成丙烯，其反应式为：,31,流程图,C,3,H,8,100kmol/h,MF,C,3,H,8,N,1,kmol/h,C,3,H,6,N,2,kmol/h,反应器,分离器,RP,C,3,H,8,Q,1,kmol/h,C,3,H,6,Q,2,kmol/h,H,2,Q,3,kmol/h,C,3,H,8,P,1,kmol/h,C,3,H,6,P,2,kmol/h,H,2,P,3,kmol/h,P,R,C,3,H,8,R,1,kmol/h,C,3,H,6,R,2,kmol/h,流程图C3H8 100kmol/hMFC3H8 N1 k,32,物料衡算,过程物料衡算,P,1,=5 kmol/h,P,2,=95 kmol/h,P,3,=95 kmol/h,物料衡算过程物料衡算,33,产品组成,产品组成,34,分离器物料衡算,C,3,H,8,： Q,1,=P,1,+R,1,0.555%Q,1,=P,1,=5 kmol/h, Q,1,=900 kmol/h,R,1,=895 kmol/h,分离器物料衡算,35,C,3,H,6,: Q,2,=P,2,+R,2,R,2,=(1-95%),P,2,=4.75 kmol/h,Q,2,=99.75 kmol/h,单程转化率,C3H6: Q2=P2+R2,36,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,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,37,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,38,