物料衡算和能量衡算ppt课件.ppt

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1、第三章物料衡算与能量衡算1第一节一般过程的物料衡算教学内容：结合具体实例，理解一般过程中各种物料衡算的方法。重点和难点：重点掌握各种方法的应用。难点是衡算基准的选择，包括基准物流的名称和单位选择，以及物料平衡方程、摩尔分数约束式及设备约束式的内容和形式。2一、连续过程的物料衡算一般表示式为：(输入–输出)+(生成–消耗)=系统中积累稳态过程时(输入–输出)+(生成–消耗)=0无化学反应的稳态过程输入=输出第三章物料衡算与能量衡算3物料平衡形式总平衡式*总质量平衡式总摩尔平衡式组分平衡式组分质量平衡式组分摩尔平衡式元

2、素原子平衡式*元素原子质量平衡式*元素原子摩尔平衡式第三章物料衡算与能量衡算4物料衡算的基本步骤⑴画出流程示意图⑵列出已知数据⑶列出由物料平衡所需求解的问题。⑷决定系统的边界⑸写出主、副产品的化学反应方程式。第三章物料衡算与能量衡算5⑹约束条件⑺选择计算基准⑻进行物料平衡计算⑼列出物料和能量平衡表，并进行校核⑽结论第三章物料衡算与能量衡算6关于基准⑴时间基准连续（小时，天……）间歇（釜，批……）⑵质量基准kg，吨……⑶摩尔基准mol，kmol……⑷体积基准m3……（5）干湿基准干基（不含水），湿基（含水）第三章物料

3、衡算与能量衡算7物料平衡计算的条件１.方程式⑴物料平衡方程式⑵物流约束式构成物流各组分的分率之和等于1=1第三章物料衡算与能量衡算82.变量物流股数，组分数，反应速率，设备参数设计变量第三章物料衡算与能量衡算9⑴转化率转化率=⑵选择性选择性=xA=β=第三章物料衡算与能量衡算10⑶收率收率=转化率×选择性=ψ=βxA=⑷限制反应物⑸过量反应物第三章物料衡算与能量衡算11一、直接求算法例1邻二甲苯空气氧化制苯酐，乙知邻二甲苯的转化率为70%，氧的用量为理论用量的150%，每小时投入反应器的邻二甲苯为250kg，试进行

4、物料衡算。解：取每小时为计算基准。反应式C8H10+3O2→C8H4O3+3H2O进料：邻二甲苯=250kg/h=2.358kmol/h(邻二甲苯的分子量M=106)；氧气=2.358×70%×3×150%=7.43kmol/h=237.76kg/h；氮气=7.43×0.79/0.21=27.95kmol/h=782.63kg/h；出料：苯酐=2.358×70%×148=244.29kg/h；水=2.358×70%×18×3=89.13kg/h；氧气=(7.43－2.358×70%×3)×32=79.36kg/h；

5、氮气=782.63kg/h；未反应的邻二甲苯=250×（1－70%）=75kg/h。12例1计算结果13一、直接求算法例2利用乙烯部分氧化法制取环氧乙烷，将乙烯在过量空气条件下通过银催化剂进行如下反应，进料物质流量为1000mol/h，进料中含乙烯10%（mol），乙烯转化率为25%，生成产物环氧乙烷的选择性为80%，计算反应器出口物料量及质量组成。主反应：2C2H4+O2→2C2H4O副反应：C2H4+3O2→2CO2+2H2O解：以每小时为计算基准。进料：乙烯=1000×10%=100（mol/h）；空气=10

6、00×90%=900（mol/h）；其中：氮气=900×0.79=711（mol/h）；氧气=900×0.21=189（mol/h）；转化掉乙烯=100×25%=25（mol/h）；生成环氧乙烷所消耗乙烯=25×80%=20（mol/h）；生成二氧化碳所消耗乙烯=25×20%=5（mol/h）。14则产物中：未反应的乙烯=75（mol/h）；生成环氧乙烷=20（mol/h）；生成二氧化碳=5×2=10（mol/h）；生成水=5×2=10（mol/h）；消耗氧气=20×0.5+5×3=25（mol/h）；剩余氧气=1

7、89－25=164（mol/h）；氮气=711（mol/h）。则反应器出口物料量及质量组成如下表所示。1516一、直接求算法例3试作乙醛氧化生产醋酸的物料衡算。已知：1、原料乙醛量为2600kg/h，其组成（质量%）为：CH3CHOCH3COOH(CH3CHO)3H2O99.50.10.10.32、氧化过程中乙醛总转化率为99.3%；3、氧化过程中主副反应转化率分配为：CH3CHO+0.5O2→CH3COOH96%3CH3CHO+3O2→HCOOH+2CH3COOH+H2O+CO21.4%3CH3CHO+O2→CH

8、3CH(OCOCH3)2+H2O0.25%2CH3CHO+1.5O2→CH3COOCH3+H2O+CO20.95%2CH3CHO+5O2→4CO2+4H2O1.4%4、转化过程中氧的利用率为98.4%；5、工业氧的含氧量为95%（质量%），N25%（质量%）。17解：以1h为计算基准消耗总CH3CHO量：2600×0.995×0.993=2568.9(kg/