第3章物料衡算和能量衡算讲解.ppt

【例3】某蒸发过程及已知条件如下图所示 求：⒈ 母液量； ⒉ 蒸发水分量； ⒊ 结晶出的NaCl量 解：反应器中发生了以下化学反应： C6H5C2H5 C6H5C2H3 +H2 （1） C6H5C2H5+H2 C6H5CH3 +CH4 （2） C6H5C2H5 C2H4+C6H6 （3） C6H5C2H5 7C +3H2+CH4 （4） 各物料的摩尔质量汇总列于表3-1。 进反应器纯乙苯量1000kg/h×98%=980kg/h，即为9.245kmol/h 原料中甲苯量1000 kg/h×2%=20kg/h，即为0.217kmol/h 水蒸气量980 kg/h×1.5=1470kg/h，即为81.667kmol/h 乙苯的转化率为0.4/0.9=0.4444 参加反应的总乙苯量980 kg/h×0.4444=435.11kg/h，即为4.109kmol/h 未反应的乙苯量（980-435.11）kg/h=544.89 kg/h，即为5.140kmol/h 由苯乙烯选择性，生成苯乙烯量4.109 kmol/h×90%=3.698 kmol/h， 即为384.60kg/h 由各物质的选择性，有 输出的甲苯量4.109 kmol/h×5%+0.217 kmol/h =0.423 kmol/h，即为38.92kg/h 生成的苯量4.109 kmol/h×3% =0.123 kmol/h，即为9.60kg/h 生成的乙烯量4.109 kmol/h×3% =0.123 kmol/h，即为3.44kg/h 生成的碳量4.109 kmol/h×2%×7 =0.575 kmol/h，即为6.9kg/h 生成的甲烷量4.109 kmol/h×（5%+2%） =0.288 kmol/h，即为4.61kg/h 输出的氢量4.109 kmol/h×（90%-5%+2%×3） =3.739 kmol/h，即为7.48kg/h 输出水量=输入水量（不参与反应）1470kg/h，即为81.667kmol/h 实际每小时要求苯乙烯的产量10000×1000kg/8000h=1250kg/h 比例系数1250/384.60=3.25 表3-2 乙苯脱氢反应器物料衡算表 列元素平衡式 Na平衡：0.000148F+0.001404F×2=（0.00575×2+0.2590）kmol C平衡： Ca平衡： 总物料平衡：F+W=100kg/mol 石灰总量等于各物质质量之和W=x+y+z 计算结果汇总列入表3-4 四、平衡常数法 对反应 aA+bB=cC+dD 平衡时，其平衡常数为： = 式中，为化学反应的平衡常数，其可以表示为（浓度以mol·L-1表示），（浓度以分压p表示），(N浓度以摩尔分率表示)。 反应中由于副反应生成的物质与苯乙烯质量之比：苯与甲苯为7%，胶状物质为2%，废气为7%。乙苯脱氢反应为吸热反应，为提供反应过程中的反应热，同时抑制副反应，在反应中直接加入过热蒸汽。反应后未反应的乙苯分离后循环返回乙苯脱氢装置。假定进料的乙烯量为100kmol，试计算： ① 从苯塔中回收循环至烷基化反应器的苯量（kmol）； ② 从乙苯塔中回收循环至乙苯脱氢装置的乙苯（kmol）； ③ 乙苯塔塔顶和塔底的馏出量（kg）； ④ 年产50000t苯乙烯，乙苯脱氢装置的物料衡算。 图3-3 苯乙烯制取过程 解 基准: 100kmol乙烯 ⒈烷基化反应 设苯的循环量为R1 R1=400kmol ⒉设乙苯的循环量为R2 (100+R2)×0.6=100 R2=