第1章物料能量平衡.ppt

* 物料平衡 一、基本衡算关系（衡算体、衡算基准） 　　?1 总体质量衡算 　　?2 组分质量衡算 　　?3 元素质量衡算 * 二、物料衡算基本方法 　?1 直接计算法 　　根据体系特性直接衡算，多用于简单体系 如：变换过程物料衡算　CO+H2=CO2+H2O ?2 联系组分法 以总量不发生变化的物质/种（惰性组分）为“桥梁”进行衡算，简单和复杂体系均适用 如：变换过程　CO+H2=CO2+H2O　以N2为联系组分的物料衡算 　?3 联合代数法 处理多个未知变量或多个联系方程式的情况。适用于多过程的复杂化工体系 如：变化反应体系和水蒸汽平衡体系的联合物料衡算 * 三、衡算基准和衡算体的确定 　　衡算基准：间歇体系多以批量生产为基准；连续体系多以单位时间处理量为基准；相对概念体系多以方便计算为基准，如：100 kg，100 mol，100 Nm3等 　　衡算体的选取：以信息量最多、未知数最少的衡算单元为首选衡算体，再逐步扩展至未知数较多或信息量较少的衡算单元，直至问题完全解决 四、衡算步骤 　　（1）分析题设条件，画出物料衡算简图，确定衡算基准、分级及总体衡算体，标出已知信息 　　（2）写出相关的化学反应方程式 　　（3）详细列出物料衡算式，进行计算 　　（4）汇总列出计算结果（表或图） * 例1 以含盐量5.25%的浓盐水和含盐量0.65%的稀盐水配置含盐量3.2%的盐水。问，所需的浓、稀盐水量下述说法不正确的是哪些？（多选题） 　　（1）需浓盐水多；　（2）需稀盐水多 　　（3）浓稀盐水各半；（4）无法配置 解：属于相对概念衡算问题 　　设配置含盐量3.2%的盐水需要的浓稀盐水的量分别为x和y。则以盐为衡算组分的质量衡算式可写为： ? 答案（1）说法正确，依题设为错误答案 　　答案(2)、(3)和(4)说法不正确，依题设为正确答案 * 例2 将流量为20 000kg/h、苯和甲苯质量百分含量分别为38%和62％的混合液，采用连续精馏的方法进行分离，要求馏出物中苯的回收率达到97％，塔釜液中苯的残留量不高于2%。问，下列关于塔顶馏出物中苯的摩尔百分数说法不正确的答案是哪些？（多选题） (1) 98%；(2) 87.5%；(3) 85.72%；(4) 84.95% 解： 　 属于简单过程物料衡算 衡算体选取如右图 衡算基准为塔入口流量 联合代数法 * 三个方程，两个独立，任选两个联立求解得： 塔顶物流：D=8600kg/h, 其中苯85.72%, 甲苯14.28% 塔底物流：W=11400kg/h，其中苯2％，甲苯98％ ? 答案（4）说法正确，依题设为错误答案 　　答案(1)、(2)和(3) 说法不正确，依题设为正确答案 * 例3 精馏塔序列的计算（逐级衡算体扩展法） 　　求算下图所示的各流股的量及塔2的入料组成 * 解：属复杂过程物料衡算。选取两个衡算体：I为总体系衡算，II为精馏塔2衡算 衡算体I 衡算体II 结果：S2=520mol/h, S4=150mol/h, S5=330mol/h ；S3=480mol/h, X3B=0.0125, X3T=0.5925, X3X=0.395 * 例4 丙烷充分燃烧时要供入空气量为理论量的125%，反应式为C3H8+5O2=3CO2+4H2O，问下列每1 000mol燃烧产物空气摩尔数需求量错误的答案是哪些?（已知每mol空气中含O2 0.21mol，含N2 0.79mol） (1) 749.2 ；(2) 937.0 ；(3) 1686.6；(4) 1324.7 解法1 以1mol丙烷为基准 　　　直接计算： 需要氧气：1.25?5=6.25mol 需要空气：6.25/0.21=29.76mol 含氮量： 29.76?0.79=23.51mol 燃烧产物量计算(化学反应式): O2: 6.25-5=1.25mol; N2: 23.51mol; H2O: 4mol; CO2: 3mol * 解法2 以1 000mol燃烧产物为基准计算（联系组分法） （1）按上述方法计算每燃烧1mol丙烷得到的燃烧产物量为31.76mol，氮气含量为 23.51/31.76=74.02% （2）需要的空气量计算：x ?79%=1000 ?74.02% x = 937.0 mol。结果同上。双基准，麻烦！ 燃烧产物总mol数：1.25＋23.51＋4＋3＝31.76 mol 所以，每1 000mol燃烧产物需要的空气摩尔数为： 　　　1000 ?