天津大学 化工设计概论 第3章 物料衡算与热量衡算.pptVIP

例题：一个合成氨生产工艺流程图如下所示：已知?.反应器1中N2的转化率为10％；图中组成均为摩尔分率；5号流股为液相外，其余均为气相流股；?.除分离器外，其它单元均为绝热操作；?.两反应器中均只有一个反应：N2＋3H2?2NH3要求：?.做过程的自由度分析；?.指出衡算计算的计算顺序。NH3N2H2-50℃425℃进料150℃N20.25H20.75反应器2反应器1混合器换热器分离器2837425℃6N20.25H20.7550℃4dQ/dt5535℃由于流程原设计条件中，只有一个流股的流量已知，流程过程自由度为0。提示：可不可以，将原流程设计先变成弹性设计，再通过弹性设计计算基准的选择，从而达到简化MB计算的目的呢？如果一个流程中只有一个流股的流量已知，而且流程过程自由度为0，那么，可以将这个唯一已知的流股流量先假设为未知，使整个设计条件变成弹性设计，再通过选择弹性设计MB的计算基准，假设另外一个流股的流量已知，而达到简化MB计算的目的。流程图“变量置换”的概念：在本例题中，将F1＝1000mol/h拿掉，假设它未知。那么，这个流程自由度分析表会发生变化，变成如下：问题：该例题有没有可简化计算的方法？2011312自由度0110000已知附加方程数91122247已知流股变量数41312334MB方程数1525558813总流股变量数整体过程分流器塔4塔3塔2塔1变量置换后流程的自由度分析表（结果）从变量置换后自由度分析结果可以看出：该流程设计是弹性设计了。638310＋1根据弹性设计计算基准的选择原则，最好选F5＝100mol/h为计算基准。那么很明显，MB计算时，先求解塔2和分流器，而且二者都能完全求解。将F1＝1000mol/h假设为未知后完全求解塔2和分流器后，应该求解那个单元？更新自由度分析表10自由度00已知附加式109已知变量数44MB方程数1513变量数OB塔1结论：应该接着求解塔1，而且是完全求解。4111098(3)7653(3)2(3)塔1塔2分流器塔3塔4C10.20C20.25C30.40C40.15C30.03C10.995C20.005C10.01C20.89C30.10C30.70C40.30C40.002C30.98C40.02C41.001变量置换后，MB计算变成了一个每步都能完全求解顺序序列，大大简化了计算。这也是变量置换的目的。注意：1、变量置换前后，计算结果对流股变量中的组成不会产生影响；2、变量置换前后，计算结果对流股变量中的流量会产生影响，但可以从变量置换后的流量变回变量置换前原设计要求的流量值。变量置换前后，本例题MB计算结果（物料衡算一览表）142.366…85.96200.57756.45286.531000变量置换前总流率（mol/h）…xC4（摩尔分率）…xC3（摩尔分率）…xC2（摩尔分率）…xC1（摩尔分率）…C4分流率（mol/h）…C3分流率（mol/h）…C2分流率（mol/h）…C1分流率（mol/h）165.62…100233.33880.00333.331163.33变量置换后总流率（mol/h）11…54321流股号流率及组成本例题小结。流程图

3.4化工流程的物料衡算（带反应）

本节主要目的：1、带反应化工流程的自由度分析时，描述反应程度的单元变量是如何引入的。2、带反应流程MB的具体计算问题。对有化学反应存在的化工流程进行物料衡算时，与不带化