第三章物料衡算和能量衡算-1(物料)课件.ppt

试差得 XCO =0.4876 ③平衡时组成： CO： 0.1567×(1-0.4876)=0.0803 mol H2： 0.7053－2×0.1567×0.4876=0.5525 mol CH3OH： 0.1567×0.4876 =0.0764 mol 惰性气体0.138 mol =1－0.3134×0.4876=0.8472 mol 摩尔组成： 若某产物P的收率已知，根据收率的定义式，便可求出一定产量下的加料量。 例如有一连串反应，其计量关系为A→P→Q，已知P的摩尔收率Yp＝0.8，P的产量为100kmol／h，根据收率的定义式有： 因而，A的加料量＝100/0.8＝125(kmol/h) (4) 根据收率数据作物料衡算 例：乙烯氧化制环氧乙烷的反应器中进行如下反应： 反应器进口混合气体的流量为45000m3(STP)/h，组成如下： 乙烯的转化率为32％，反应选择性为69％，求反应器出口气体的组成和流量。 转化率 收率 选择性 Y＝S·X 解：环氧乙烷的收率＝0.32×0.69＝0.2208 CO2的收率＝0.32(1－0.69)＝0.0992 因此，反应器出口气体各组分的流量为： 乙烯 环氧乙烷 CO2 H2O N2 O2 反应器的物料平衡表如下： （5）具有循环和旁路过程的物料衡算 在化工生产中，由于受到化学平衡、相平衡以及反应速度等多种因素的限制，原料往往不能完全转比为产品，为了提高原料利用率，增加产品的经济效益，可采取循环操作。 循环操作就是把反应后得到的产品，经全部分离或部分分离后，将其剩余的物料重新返回系统，与新鲜原料混合继续进行加工。 循环流程的优点： 能够显著地提高原料利用率，减少系统排放量，降低了原料消耗，也减少了对环境的污染。 循环流程的缺点： 循环体系中惰性物质和其他杂质会逐渐积累，对反应速率和产品产率有影响，必需定期排出这些物质以避免积累。 另外，大量循环物料的输送会消耗较多动力，所以对于那些反应后绝大部分原料均转化为目的产物的过程，不必采用循环流程。 通常可采用下列两种算法： ①试差法（需多次计算） 估计循环流量，计算至循环回流的那一点。将估计值与计算值比较，重新假定估计值，一直计算到估计值与计算值之差在一定的误差范围内。 ②代数解法 列出物料平衡方程式，并求解。一般方程式中以循环量为未知数，用联立方程式的方法求解。 具体做法：一般在衡算时，先进行总的过程衡算，再对循环系统列出方程式求解。 在没有循环时，一系列单元步骤的物料平衡可按顺序依次进行。 但是若有循环物料时，由于循环流量尚未计算，采用逐次计算并不能计算出循环量。 例题：在银催化剂作用下，乙烯可被空气氧化成环氧乙烷（C2H4O），副反应是乙烯完全氧化生成CO2和H2O。已知离开氧化反应器的气体干基组成为： C2H4 3.22%，N2 79.64%，O2 10.81%， C2H4O 0.83%，CO2 5.5%（均为体积分数）。 该气体进入水吸收塔，其中的环氧乙烷和水蒸气全部溶解于水中，而其他气体不溶于水，由吸收塔顶逸出后排放少量至系统外，其余循环回氧化反应器。 计算（1）乙烯的单程转化率；（2）生成环氧乙烷的选择性；（3）循环比；（4）新鲜原料中乙烯和空气量之比。 解：对题目进行初步分析，分析与计算同步进行： ①此题因有循环，采用代数解法。 ②由转化率和选择性的概念可知，需计算反应过程中的变化量，即需要进行物料衡算才能得知。 ③由题给条件——离开反应器的气体干基组成，可选定计算基准为反应器出口气中100 mol干气。 ④由题意画出流程方框图，选定各物料未知量符号，并根据题意标明各组分量。 ⑤因为有两个反应式，组分也较多，所以采用原子衡算法计算。 该过程的流程方框图如下： 计算基准：反应器出口气中100 mol干气。 令新鲜原料气（FF）中C2H4量为Xmol，空气为Ymol（含79% N2和21%O2）；排放气为Wmol；乙烯完全氧化生成的水量为Zmol。 Fresh fluid Mix fluid product Recycle feed Reaction product Separate product waste C2H4 Xmol O2 N2 空