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Chapter4MaterialBalancesforSystemsofProcessUnitsAchemicalprocessconsistsofmanykindsofprocessunitsproperlyconnectedtoachievemassandenergychanges.Fluctuations(波动)offlowrate,composition,temperatureorpressureinanystreamswillaffecttheoveralloperationoftheplant.Theoverallbehavioroftheplantshouldbeanalyzedaswellaseachprocessunit.Assembleeqnsforeachprocessunitintoasinglesetofeqns,makeoverallanalysisandsolvetheeqns.
Thegeneralprocedures:NumberthecomponentsNumberthestreamsnodesdirectionlinesEqnsandconstraintsMBeqns.equipmentconstraintsMolefractionconstraintsVariableanalysisSolutionoftheeqns1A2B34StreamNo.Processunit1.FreshfeedA.Reactor2.Reactordischarge3.DistillateB.Distillationtower4.Residue
Ex.4.1Isomerizationofbutanewithoutrecyclingp292Theprocessconvertsafeedstreamofn-C4toi-C4inacatalytic(催化的)reactor.Theconversionisincomplete,andtheproductsfromthereactorareseparatedbydistillationintoi-C4andunreactedn-C4.UsetheCSTRmodelfortheisomerizationprocess,anddeterminealltheflowratesandcompositions.§4.1WithoutRecycleStreamsAfirstorderreversiblereactioninCSTR
5.Solutionoftheequations:Solveeqns(1,2,5,7,8)forF2,x21,x12,x32,x42.Thensolveeqn(6)forx22.Finally,twolinearequations(eqn(3,4))leftwithtwounknowns(F3andF4),whichcanbesolvedeasily.Theresultsarepresentedonp294.MaterialBalancesforSystemsofProcessUnits
ofoncethroughtype(withoutrecycling)Solution:1.i-C4:(1);n-C4:(2)3.Equationsandconstraintsa.MBeqnsandequipmentconstraints:1)ForCSTR:b.Molefractionconstraints:4.Variableanalysis:Nv=4(2+1)+2=14,Ne=8,Nd=6;Vd={F1,x11,x31,x41,K,nkr}2)Distillationtower:2.
§4.2RecycleStreamsTheflowpatternforachemicalprocessisseldomaonce-throughpathfromfeedtoproducts.B
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