第二章物料衡算课件

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,*,第二章 物料衡算,学习要求：,、熟练掌握物料衡算的依据和基本方法。,重点,-,依据；选合适的计算基准。,、熟练掌握简单过程的衡算方法。,、熟练掌握有化学反应过程的物料衡算基本概,念和,直接法,、,元素衡算法,和用,联系组分,的衡算方法。,第二章 物料衡算,、掌握由,循环、排放、旁路,等过程的物料衡,算方法及解题技巧。,、了解根据,平衡常数与平衡转化率,计算平衡,组成。,、掌握由循环、排放、旁路等过程的物料衡,第一节 物料衡算的理论依据,物料衡算,指某一体系内,进出物料量及组成变化,的研究。,实际化工计算中,最基本、最重要的内容之一,，也是,能量衡算的基础,。,第一节 物料衡算的理论依据,物料衡算类型,有，两种衡算类型 设计型计算,操作型计算,-,本节内容,物料衡算的依据,质量守恒定律,，即在孤立物系中，不论物质发,生何种变化，它的质量始终不变。,物料衡算类型,、对无化学反应体系,稳定态过程,过程的,过程参数,(,如，,T,、,P,、物料量及组成,),不,随时间而变化的过程,。,对于稳态过程，,G,积,= 0,、对无化学反应体系,、对有化学反应体系,对于稳态过程，,G,积,= 0,式中，各项均为单位时间内的物料量表示，即,Kg/h,（或,mol/h,）。,、对有化学反应体系,注意,物料平衡指,质量平衡,，不是体积或物质的量,(,摩尔数,),平衡。故,用摩尔,/h,单位时，必须考虑反应,式中,化学计量数,。,注意,第二节 物料衡算的基本方法,进行物料衡算时，为了避免错误，必须掌握解,题技巧，按正确的解题方法和步骤进行。,物料衡算的一般步骤：（,P77,）,第二节 物料衡算的基本方法,1,、收集计算数据。,如，流量、温度、压力、浓度、密度等。这些,数据，在进行设计时，常常是给定值。如果从生产,现场收集，,应尽量准确,。,2,、画出物料流程简图。,在图中，,应注明所有已知和未知变量，并标出,每个流股编号,。使衡算思路更明朗。,1、收集计算数据。,3,、确定衡算体系。,对有多个设备的过程，必须,选择恰当的衡算体,系,，这对整个物料衡算，具有很重要的意义。,根据,已知条件及计算要求确定衡算体系,。,4,、写出化学反应方程式，包括主反应和副反应。,若无化学反应，此步骤免去。,3、确定衡算体系。,5,、选择合适的计算基准。,这对物料衡算具有很重要意义。因为,选择恰,当，使计算简化,，反之复杂，易出现错误。通常，,按如下原则选择：,、选择,已知变量数量最多的流股,为基准。,如、某一体系，若反应物组成只知主要成分，,而产物的组成已知，则应选产物的量为基准。,5、选择合适的计算基准。,、对液体或固体的体系，常选单位质量为基,准。而,气体常选单位摩尔数及单位体积,为基准。,对连续流动体系，用,单位时间,作计算基准较,方便。,如、,1h,、,1d,的投料量或产品量作基准。,、对液体或固体的体系，常选单位质量为基,6,、列出物料衡算式,(,总物料，各组分衡算式,),，并,用数学方法求解。,对组成复杂的物料，应列出,输入,-,输出物料表,，,这有助于列物料衡算式。,7,、最后，将计算结果列成,输入,-,输出物料表,。,6、列出物料衡算式(总物料，各组分衡算式)，并,例,1,（,P73,例,4-1,）,(,选基准的重要性,),丙烷,充分燃烧,时，要供入的空气量为理论量的,125%,，其反应式为：,C,3,H,8,+ 5O,2, 3CO,2,+ 4H,2,O,问：每,100,摩尔燃烧产物需要多少摩尔,空气,？,解：,(,据,基准,不同解法有三种，其中解法三,),例1 （P73, 例4-1） (选基准的重要性),元素,衡算法,不考虑具体化学反应式,，而是按元素种类，被,转化及重新组合的概念表示。即，,输入量（某种元素）,=,输出量（同种元素）,元素衡算法,基准：,100 mol,烟道气,烟道气总量：,P+Q+M+N=100 ,C,平衡：,3B=P,H,2,平衡：,4B=Q,O,2,平衡：,0.21A=M+P+Q/2,N,2,平衡：,0.79A=N,过剩氧量：,0.21A(0.25/1.25)=M,联立，可求得,A,、,B,、,P,、,Q,、,M,、,N,。,基准：100 mol烟道气,解法一、二是最后需换算，但是计算相对简单。,而解法三是，虽可避免换算，但计算相对复杂，特,别是若线性方程较复杂，计算工作量更大。,故，,解法一、二所选基准较恰当,。,解法一、二是最后需换算，但是计算相对简单。,第三节 无化学反应方程的物料衡算,一、简单过程的物料衡算,简单过程（,一,个设备过程,）,只有物理变化,不发生化学反应的单元操作,如,混合、蒸发、干燥、吸收、结晶、萃取等。,以下研究简单过程的物料衡算：,第三节 无化学反应方程的物料衡算,例,2,（,P77,）,在如下流程简图中，已知各股,(,三股、各股有,K,个组分,),物流量及组成：,试考察物料衡算式及,独立的物料衡算式,。,例2 （P77）,、对于总物料,F=P+W,总物料衡算式,、对于各组分,可见，对于,K,个组分,的简单过程,可列出,(,K,+,1,),个衡,算式,。但是，在,每一股物流中,存在归一性方程,，即：,、对于总物料 F=P+W 总物料衡算式,所以，在组分物料衡算式中,任意一个组分的,质量分数均可用其它组分的质量分数替换。即，,在,K,个组分衡算式中，只有,(K-1),个方程是独立的,。,所以，,对于简单过程，若有,K,个组分,的,(K+1),个,物料衡算式中，,K,个衡算式是独立的,。,所以，在组分物料衡算式中,任意一个组分的,例,3,（,P78,，例,4-2,，,说明,如何列衡算方程问题,）,一种,废酸,，组成为,23%(,质量,%,)HNO,3,，,57%H,2,SO,4,和,20%H,2,O,，加入,93%,的浓,H,2,SO,4,及,90%,的浓,HNO,3,，要求,混合成含,27%HNO,3,及,60%H,2,SO,4,的,混合酸,，计算所需废,酸及加入浓酸的数量。,例3 （P78，例4-2，说明如何列衡算方程问题）,解：,基准：,100,kg,废酸,(,每股物流的组成均已知，故每股物流的量均可作为基,准，而且其计算方便,),物料衡算式：,(,体系有三个组分，三个物料衡算式是独立的）,总物料：,100+Y+Z=W ,HNO,3,衡算式：,0.23100+0.9Y=0.27W ,H,2,S0,4,衡算式：,0.57100+0.93Z=0.6W ,解：,联立解、方程，得,Z=93.46(kg),；,Y=46.41(kg),；,W=239.87(kg),列出物料输入、输出表：,物 流,输入,X,输入,Y,输入,Z,输入,W,组分含量,(%),HNO,3,0.23,0.90,0.27,H,2,SO,4,0.57,0.93,0.60,H,2,O,0.20,0.10,0.07,0.13,总和,(Kg),100,46.41,93.46,239.87,联立解、方程，得物 流输入X输入Y输入Z输入W组分,如何选衡算体系,对物料衡算也具有重要意义，选,择恰当则计算简便，反之复杂、易出现错误。,例,4,（,P110,，习题,4-5,，,解决如何选衡算体系问题,）,一蒸馏塔分离戊烷,(C,5,H,12,),和己烷,(C,6,H,14,),混合物,进料组成：,50,(,质量,)C,5,H,12,50,C,6,H,14,，顶部流出,液含,C,5,H,12,95,塔底排出液含,C,6,H,14,96,。塔顶蒸出气,体经冷凝后,部分冷凝液回流,其余为产品,回流比,(,回,流量,/,馏出产物量,),为,0.6,。计算：,如何选衡算体系对物料衡算也具有重要意义，选,、每千克进料的馏出产物及塔底产物的量,(W,B),；,、进冷凝器物料量与原料量之比,(D/F),；,、若进料为,100kmol/h,，计算馏出产物、塔底产物,的质量流量,(kg/h),。,、每千克进料的馏出产物及塔底产物的量(W,B)；,解：,对于求问、,解法,1,：,（解法有二）,确定衡算体系,解：对于求问、,基准：,1kg,进料,列物料衡算方程：,(,两个组分,两个独立方程,),总物料,1=W+B,C,5,H,12,组分,10.5=0.95W+0.04B,解得，,W=0.51,（,kg,）；,B=0.49,（,kg,）,R/W=0.6,且,D=W+R, R=0.3060.31(kg),，,D=0.51+0.31=0.82(kg),D/F=0.82,基准：1kg进料,解法,2,：,确定衡算体系,基准：,1kg,进料,(,对于蒸馏塔,四个未知数,，应列,四个独立方程：总,1,、组分,1,、其他,2,),总物料：,1+R=B+D ,C,5,H,12,组分：,0.51+0.95R=0.04B+0.95D ,另外：,D=W+R ,R/W=0.6 ,解得：,W=,0.51,(kg),；,B=,0.49,(kg),；,R=0.31kg),；,D=0.82(kg),解法2：,结论：,体系，有,两个未知数,，只需两个独立方程，,较简单。,体系，有,四个未知数,，共需四个独立方程，,相对较复杂。,简单过程，尽量选为,一个体系,。,结论：,对于求问：,1kg,原料中，所含,C,5,H,12,、,C,6,H,14,的总摩尔数,100Kmol/h,进料，相当于,10010,3,/12.75=7.8410,3,kg/h,进料。,即，当,F=7.8410,3,kg/h,时, W=0.517.8410,3,=410,3,（,kg/h,）,B=0.497.8410=3.8410,3,（,kg/h,）,对于求问：,二、有多个设备过程,(,多个单元操作,),的物料衡算,有多个设备的过程进行物料衡算时,可以划分,多个衡算体系,。但是,此时必须恰当地划分衡算体,系,否则会使计算繁琐，甚至无法求解。,下面以两个设备的过程为例,说明多个设备过,程的,衡算体系划分,以及,独立方程数目,的确定。,二、有多个设备过程(多个单元操作)的物料衡算,可见，对于有两个设备的过程,可以划分,三个,衡算体系,A,、,B,、,C,。若每个设备的输入和输出物料,均含有,3,个分组,，那么每个体系各有,3,个独立方程。,每个体系的,3,个独立方程构成一组，共,3,组独立方程,。,可见，对于有两个设备的过程,可以划分三个, 3,组独立方程存在如下关系,方程组,A +,方程组,B =,方程组,C,只有两个体系，即：,2,组方程是独立的,。,即，对于含有,3,个组分,的,两个设备,的过程,独立,方程组数为,2,，而,每一组方程有,3,个独立方程,。故，,总独立方程数是,23=6,个,。,有多个设备的物化学反应过程，其,独立方程数,=,组分数,(C),设备数,(M) = CM, 3组独立方程存在如下关系,例,5,（,P82,，例,4-7,，,2,个设备过程,，,选衡算体系的重要性,）,有两个蒸馏塔的分离装置，将含,50,苯、,30,甲苯和,20%(mol),二甲苯的混合物分成较纯的三个馏,试份,其流程图及各,流股组成如下图,计,算蒸馏,1000mol/h,原,料所得各流股的量,及进塔,物料组成。,例5 （P82，例4-7，2个设备过程，选衡算体系的重要性）,解：,、解法,1,(,对整个系统作为衡算体系,则,1,个设备,过程，有,3,个未知数,/S,2,、,S,4,、,S,5,),物料衡算方程：,总物料,1000 = S,2,+ S,4,+ S,5,苯,0.51000=0.95 S,2,+0.03 S,4,+0.0045 S,5,二甲苯,0.31000=0.03 S,2,+0.95 S,4,+0.43 S,5,解得：,S,2,=520(mol/h),；,S,4,=150(mol/h,）；,S,5,=330(mol/h),解：、解法1,另外，对于蒸馏塔,，有,物料衡算方程：,S,1,=S,2,+S,3,即，,S,3,=,1000-520=480(mol/h),对于苯,10000.5=0.95S,2,+,X,3B,S,3,对于甲苯,10000.3=0.03S,2,X,3T,S,3,解得,X,3B,=0.0125,；,X,3T,=0.5925,；,X,3X,=1-X,3B,-X,3T,=0.395,另外，对于蒸馏塔，有,：解法,2,(,各精馏塔为一个设备，则有,2,个设备,、有,6,个独立方程,),物料衡算方程：,对于塔,：,总物料,1000=S,2,+S,3,对于苯,0.51000=0.95 S,2,+X,3B,S,3,对于甲苯,0.31000=0.03 S,2,+X,3T,S,3,：解法2,对于塔,：,总物料,S,3,=S,4,+S,5,对于苯,X,3B,S,3,=0.03 S,4,+0.0045 S,5,对于甲苯,X,3T,S,3,=0.95 S,4,+0.43 S,5,解得,S,2,=520(mol/h),；,S,3,=480(mol/h),；,S,4,=150(mol/h),；,S,5,=330(mol/h),；,X,3B,=0.0126(mol/h),；,X,3T,=0.5925(mol/h),；,X,3X,=0.395(mol/h),对于塔：,第四节 有化学反应过程的物料衡算,有化学反应物料衡算较复杂。,、要考虑化学反应中,生成或消耗的物料量,。,、各反应中的,实际用量，并不等于反应式的计,量系数,，如一般低廉的反应物用量过量，而昂贵,的反应物量较少。,、反应进行程度往往,不完全，,留下剩余反应物。,第四节 有化学反应过程的物料衡算,、存在各种,副反应,生成副产物。,、反应中，,有时存在不参加反应的组分,，如空,气中的氮气。,因此，对有化学反应过程的物料衡算时，有必,要掌握,基本的计算方法,和,技巧,。,、存在各种副反应生成副产物。,一、一般反应过程的物料衡算（,完全反应过程,）,衡算方法 直接法,元素法,联系组分法,1,、直接法,该法顾名思义，指根据化学反应式直接求解，,不需列出衡算式。,该法,适合于只含一个未知量,或,组成,的有化学反,应过程的物料衡算。,一、一般反应过程的物料衡算（完全反应过程）,例,6,（,P87,，例,4-10,）,1000kg,对硝基氯苯,ClC,6,H,4,NO,2,用含,20%,游离,SO,3,的,发烟硫酸磺化，规定反应终点时,废酸中含游离,SO,3,7%(,假定反应转化率为,100%),。反应式如下：,ClC,6,H,4,NO,2,+ SO,3,ClC,6,H,3,(SO,3,H)NO,2,试计算：,、含,20%,游离,SO,3,的发烟硫酸用量；,、废酸生成量；,、对硝基氯苯磺酸的生成量。,例6 （P87，例4-10）,解：,物料流程简图：,（题意清楚）,解：,基准：,1,K,mol(,或,57.5kg,),对硝基氯苯,反应式：,ClC,6,H,4,NO,2,+ SO,3, ClC,6,H,3,(SO,3,H)NO,2,157.5 80 237.5,设,157.5kg ClC,6,H,4,NO,2,完全反应时需要,20,的发,烟硫酸用量为,x(kg),，则,输入：,ClC,6,H,4,NO,2,：,157.5kg,发烟硫酸,(X),：,SO,3,0.2x(kg),；,H,2,SO,4,0.8x(kg),基准：1 Kmol(或57.5kg)对硝基氯苯,输出：,产物,P【ClC,6,H,3,(SO,3,H)NO,2,】,：,237.5 kg,废酸,(W),：,SO,3,= 0.2x-80(kg),；,H,2,SO,4,= 0.8x(kg),在,废酸,中,=7,x=572,（,kg,）,废酸生成量,w=(0.2572-80)+(0.8572)=,492,（,kg,）,输出：,对,1000kg,反应物而言：,、,20,SO,3,发烟硫酸,X= 572=3632,（,kg,）,、废酸,W= 492=3124,（,kg,）,、产物,P=,237.5=1508,（,kg,）,对1000kg反应物而言：,2,、元素衡算,是物料衡算的重要方法。特别对,化学反应复,杂，,无法用几个反应式表示的过程的物料衡算,，具,有特殊意义。,该法,不需考虑具体反应,，而是按照元素种类被,转化及重新组合的概念列衡算式。即，,输入（某中元素）,=,输出（同种元素）,在此，,物料量,(,元素,),可以是,mol,数,、也可以是,质量数。,2、元素衡算,例,7,（,P89,，例,4-12,）,一催化裂化过程，输入的原料,(,烷烃,),和催化裂,化后产物的,组成,为：,试计算：产物量与原料量的摩尔比。,例7 （P89，例4-12）,解：,、（解法,1,）,基准：,100,Kmol,原料（,同书上解法,）,解：,、（解法,2,）,基准：,100 Kmol,产物,（已知组成,mol,分数）,设,F Kmol,原料，则,组分 原料量,原料,H,量,产物量,产物中,H,量,(Kmol) (Kmol) (Kmol) (Kmol),C,6,H,14,0 0 5 514=70,C,7,H,16,0 0 15 1516=240,C,8,H,18,0.03F 0.03F18=0.54F 20 2018=360,C,11,H,24,0.07F 0.07F24=1.68F 25 2524=600,C,12,H,26,0.20F 0.20F26=5.20F 10 1026=260,C,15,H,32,0.35F 0.35F32=11.20F 10 1032=320,C,17,H,36,0.35F 0.35F36=12.60F 15 1536=540,、（解法2）,合计：,原料中,H,量：,31.22F,产物中,H,量：,2390,H,原子衡算：,31.22F=2390,F=76.55,（,Kmol,）,产物量与原料量之比：,100/76.55=1.306,合计：,3,、联系组分法,联系组分,指随物料输入于体系,但,完全不参加反应,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,。,有何好处？,根据联系组分的含量,在输入物料和输出物料,之间进行联系,所以用联系组分作衡算，尤其是,对,含未知量较多的物料衡算,可以,使计算简化,。,3、联系组分法,例,9,（,P93,，例,4-16,）,甲烷与氢混合气在炉子内,完全燃烧,，烟道气分,析为,N,2,72.22%,、,CO,2,8.13%,、,O,2,2.49%,、,H,2,O 17.16%,(mol%),，问：、燃料中氢与甲烷的比率是多少？,、燃料,(H,2,+CH,4,),对空气的比例多少？,解：,(,分析,),例9 （P93，例4-16）,因为,CH,4,、,H,2,燃烧反应,CH,4,+ 2O,2,CO,2,+ 2H,2,O ,H,2,+,1/2O,2, H,2,O ,基准：,100,mol,烟道气,联系组分：,N,2,烟道气中,N,2,为,72.22mol,输入空气中,O,2,量,=72.22 =19.20,（,mol,）, 烟道气中,CO,2,量,8.13mol,因为CH4、H2燃烧反应,由反应式,燃料中,CH,4,量,=8.13(mol),CH,4,燃烧所消耗,O,2,量,8.132=16.26,（,mol,）,H,2,燃烧,所消耗,O,2,量,19.20-16.26-2.49=0.45(mol),由反应式,燃料中,H,2,量,=0.452=0.9,（,mol,）,燃料中,H,2,/CH,4,=0.90/8.131/9,由反应式,二、有平衡反应过程的物料衡算,在,中,一般反应过程是完全反应过程的物,料衡算。故不涉及平衡及转化率、选择性的问题。,但是,在有平衡反应过程的物料衡算，因为反,应不完全,涉及,转化率,及,选择性,的问题,所以除了需,要建立物料或元素衡算式以外,常常还需要,利用平,衡关系来计算产物量及组成,。在此,平衡关系主要,指,平衡常数、平衡转化率,。,二、有平衡反应过程的物料衡算,平衡转化率，平衡产率为在一定条件下的,最高,转化率,，,最高,产率,。,平衡转化率，平衡产率为在一定条件下的最高,例,10,（,P95,，,4-18,）,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,OCO+3H,2,(,K,p1,=63.29,),；,CO+H,2,OCO,2,+H,2,(,K,p2,=1.202,),已知：水蒸气与甲烷之比为,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10 （P95，4-18）,解：,基准：,1mol CH,4,输入物料,物料衡算式,(,元素衡算,，,3,个方程,),：,H,2,平衡,2+2.5=W+2M+Z,C,平衡,1=M+X+Y,氧原子,O,平衡,2.5=W+X+2Y,解：,Z,=4.5-2M-W (1),Y,=1.5+M-W (2),X,=W-2M-0.5 (3),（产物总量：,X+Y+Z+M+W,=5.5-2M,）,以上是，,5,个未知数,(,改变为,2,个未知数,),，,3,个方程,。,平衡反应，剩余,2,个未知数由,2,个平衡反应,列,方程,，即,Z=4.5-2M-W (1),其中,其中,代入,(4)(5),，得：,式,(6)(7),为高次方程，可,借助于计算机程序,计算。,解得：,W=1.3264mol,；,M=0.1428mol,代入组分物料衡算方程组，并解方程组得：,X=2.866mol,；,y=0.2964mol,；,Z=0.560mol,代入(4)(5)，得：,三、具有循环排放及旁路过程的物料衡算,1,、循环过程的物料衡算,循环过程,在化工生产中,因为,反应本身转化率不高或为,了控制副反应,以提高选择性,所以多数情况是原料,每次经反应器后的转化率不高,即,单程转化率很低,。,如,乙烯直接水合制乙醇的过程,乙烯的单程转,化率是只有,4,5,由氢、氮合成氨的单位转化率,三、具有循环排放及旁路过程的物料衡算,只有,20,左右,乙烯氧化制环氧乙烷的过程,乙烯的,单程转化率约,30,左右。, 对这些过程,实际上,在反应器出口的产物中,把未反应的原料分离出来,然后把它循环返回反应,器,与新鲜原料一起再进行反应,，提高原料的利用,率。此过程即为,循环过程,如下图（,P98,）：,只有20左右,乙烯氧化制环氧乙烷的过程,乙烯的,可见,采用循环过程,可以,提高原料的转化率,，,使原料更充分地得到利用。,可见,采用循环过程,可以提高原料的转化率，,例,11 (P98,，例,4-19),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,有,C,3,H,8,、,C,3,H,6,及,H,2,，其,中,C,3,H,8,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11 (P98，例4-19),解：,第一步：,已知总转化率,总过程衡算体系,(),开始,求,P,1,、,P,2,、,P,3,基准：,100,Kmol/h,新鲜原料,C,3,H,8,P,1,=,5,（,Kmol/h,）,由反应式，,P,2,=10095%=,95,（,Kmol,）,P,3,=10095%=,95,（,Kmol,）,解：,第二步：,以分离器为衡算体系,(),。,、,Q,1,=P,1,+R,1,，而,P,1,=0.555%Q,1,=5, Q,1,=900(Kmol),，,R,1,=,895(Kmol),、,R,2,=5%P,2,=5%95=,4.75,（,Kmol,）,即，循环组成为,R,1,=895(Kmol),，,R,2,=4.75(Kmol),第二步：,第三步：,对于,结点,A(,物料结合点,),衡算,(), MF,1,=F+R,1,=100+895=995(Kmol/h)=N,1,第三步：,小结,有循环过程的物料衡算：,、若已知,总转化率,则可以,先做总物料衡算,； 、若已知,单程转化率,则可以,先做反应器物料,衡算。,小结,2,、具有循环与排放过程的物料衡算,在循环过程,常,常在原料中含有,不,参加反应的杂质或,惰性物质,。如在以,下图中,(P100,图,4-6),设单程转化率,50,反应器的进料,(,原,料,),流量,100kg/h,。,2、具有循环与排放过程的物料衡算,可见：在循环过程中，若原料中含有不参加反,应的杂质或惰性物质,则经长时间的多次循环,(,二次,循环,),将会使,循环原料中,杂质浓度,增高,(,由,10ppm,20ppm,),以致影响正常生产。因此为了排除积累,的杂质,必须,排放一部分循环物料,。如下图：,可见：在循环过程中，若原料中含有不参加反,在图中，循环比,R/W,（或,R/F,、,R/MF,，重要参数）,衡算体系：有,5,个,物料衡算式：（总物料）,对总过程而言：,F=P+W,对反应器而言：,MF=RP,对分离器而言：,RP=S+P,对,结点,A,而言：,F+R=MF,对,结点,B,而言：,S=W+R,从组成看：,S,、,R,、,W,组成相同,，而,F,与,R,的组成是不同的。,在图中，循环比R/W（或R/F、R/MF，重要参数）,例,12,（,P101,，,4-20,）,（据单、总转化率选择体系，结点衡算）,乙烯氧化制环氧乙烷，其生产流程图如下图。,、已知在新鲜原料中乙烯,:,空气,=1:10(mol),乙稀单程,转化率为,55%,，吸收塔出口气体总量的,65%,循环返回反应器。,计算总转化率、各流股物料量及排放物料,W,组成；,、如果,W,的分析数据为,:N,2,81.5%,O,2,l6.5%,C,2,H,4,2.0%,循环比,(R/W),为,3.0,计算新鲜原料中乙烯与空气的比例和单,程转化率。 （,非均相催化氧化,）,例12 （P101，4-20） （据单、总转化率选择体系，,解：、,反应式,C,2,H,4,+ 1/2O,2,C,2,H,4,O,基准：,10,mol C,2,H,4,，则,空气,100,mol,，其中,O,2,为,21 mol,，,N,2,为,79 mol,已知,C,2,H,4,单程转化率及循环比,先从,结点,A,作衡算,解：、,、,A,点物料衡算,F+R=MF,设,MF,中，,C,2,H,4,为,X,、,O,2,为,Y,、,N,2,为,Z,（,mol,）,MF,物料：,C,2,H,4,：,10+,(1-0.55)X,0.65,=X,；,X=14.15,（,mol,）,O,2,：,10021+,Y-(14.5*0.55)/2,0.65,=Y,Y=52.78(mol),N,2,：,10079+,0.65Z,= Z,， ,Z=225.7,（,mol,）,X+Y+Z=292.63,（,mol,）,即共,292.63mol,、A点物料衡算,、反应器为衡算体系,RP,：,共,288.74,（,mol,）,、反应器为衡算体系,、吸收塔为衡算体系,、吸收塔为衡算体系,、结点,B,为衡算体系,W,：,、结点B为衡算体系,R,：,R：,解：,W,组成已知, 基准：,100,mol,排放气体,、,B,点衡算,W,、,R,、,S,物流的组成相同、且,R/W=3.0,，故,W,（,mol,）,R,（,=3W mol,）,S,（,=W+R mol,）,N,2,81.5 244.5 326,O,2,16.5 49.5 66,C,2,H,4,2.0 6.0 8.0,解：,、,A,点衡算,F,：,(,新鲜,),、A点衡算,一、一般反,一、一般反,例,13 (P104,，例,4-21),合成氨生产过程,以生产,1000kg NH,3,计算。含,惰性气体,(,CH,4,等,)0.2%(,体积,%),的新鲜原料气消耗量,为,2800,米,3,。,循环气中惰性气体含量不超过,3%,。甲,烷在液氨中溶解量为每,1000kg,液氨,2.3,米,3,，计算排,放气体量。,例13 (P104，例4-21),解：,（整个为衡算体系）,基准：,1000kg NH,3,产品,根据题意，可,对,惰性组分,(CH,4,),列衡算方程,V,、,R,物流的组成相同,解：（整个为衡算体系）,3,、具有旁路过程的物料衡算,旁路过程,指,一部分物料饶过一个或多个设备,直接与另,一股物料相混合过程,如图,4-8(P104),中,B,路,为,旁路,。,此类过程的衡算,与循环过程的物料衡算类似,常用,结点体系,进行衡算。,3、具有旁路过程的物料衡算,例,14 (P104,，,4-22),用烃类气体转化制,合成气,，以生产甲醇。要求,合成气体量为,2321,标,米,3,/,时,CO:H,2,=1:2.4,(mol),。,转化气,中含,CO 43.12%(mol%),H,2,54.20%,不符合要,求,为此需将部分转化气送至,CO,变换反应器，,变换,气脱出,CO,2,后，含,CO 8.76%,H,2,89.75%(mol%),气体,体积减小,2%,用此变换气去调节转化气,求转化气及,变换气,各应多少,?,（,B=,？，,SF=,？）,例14 (P104，4-22),解：,据题意（已知：量、组成）,基准：合成气,2321 Hm,3,/h,设,合成气,中,CO,摩尔分数为,X,CO,，则,H,2,摩尔分数为,2.4X,CO,对于节点,b,（摩尔数衡算）,总物料,B + SP = 2321,组分,CO 0.4312 B + 0.0876 SP = 2321 X,CO,解：,解得：,解得：,、,、,