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《c三章物料衡算與熱量衡算(3)_化工設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、3.5化工流程MB和HB的聯(lián)立計(jì)算(CB)CB計(jì)算與僅做(單獨(dú)做)MB計(jì)算時(shí),有下面幾點(diǎn)區(qū)別:1、流程中所有流股的流股變量加上溫度(T);2、流程中所有單元的單元變量加上描述傳熱的單元變量(dQ/dt或Q);3、流程中一個(gè)單元牽涉N種組份,就可以列出N個(gè)獨(dú)立的MB方程(分流器除外),但一個(gè)單元無論其牽涉到多少種組份,都只能列出一個(gè)HB方程。4、因?yàn)榱鞴傻撵手蹬c流股的相態(tài)有關(guān),做CB時(shí)還要注意流股的相態(tài);5、一個(gè)流股焓值的計(jì)算,大多數(shù)情況下可以考慮各組份的分摩爾焓按其在流股中的摩爾分率進(jìn)行加和計(jì)算(即按理想狀態(tài),各分組份焓簡單加和),少數(shù)情況下,要考慮采用偏摩爾焓加和;6、d
2、Q/dt或Q,有兩種表示方式:①、dQ/dt或Q=∑焓(進(jìn))-∑焓(出)dQ/dt或Q﹥0,則意味系統(tǒng)(或單元)向外散熱,反之逆然。②、dQ/dt或Q=∑焓(出)-∑焓(進(jìn))dQ/dt或Q﹥0,則意味系統(tǒng)(或單元)需要向外界獲取熱量,反之逆然。dQ/dt或Q=0,表明系統(tǒng)(或單元)絕熱。7、焓是狀態(tài)函數(shù),流股焓的計(jì)算必須有基準(zhǔn)態(tài)(參考態(tài)):焓值計(jì)算時(shí)參考態(tài)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)(25℃)任意溫度流程中某個(gè)流股的溫度注意:在一個(gè)計(jì)算過程中,參考態(tài)一經(jīng)選定,就不能再變更。優(yōu)點(diǎn):數(shù)據(jù)來源方便可能簡化計(jì)算8、MB和HB聯(lián)立計(jì)算后,計(jì)算復(fù)雜程度加大,主要是因?yàn)殪手蹬c溫度的非線性關(guān)系,導(dǎo)致HB方程通常
3、是非線性方程。9、在考慮CB問題時(shí)(不是僅做MB計(jì)算時(shí)),看一個(gè)流程設(shè)計(jì)條件是否給得正確,不能只看其過程的MB計(jì)算自由度,而必須看其過程的CB自由度。例題:有一個(gè)常壓絕熱猝冷過程(過程中無化學(xué)反應(yīng)),所有組份含量均為摩爾分率,其流程示意圖如下所示:3T2=400℃1000mol/hC6H60.40C6H5CH30.30CH40.10H20.20(Allingas)12T1=20℃C6H6(L)1.00T3=200℃C6H6C6H5CH3CH4H2(Allingas)絕熱猝冷過程示意圖試作該流程的自由度分析,完成其物料衡算和熱量衡算計(jì)算。3T2=400℃1000mol/hC6
4、H60.40C6H5CH30.30CH40.10H20.2012T1=20℃C6H61.00T3=200℃C6H6C6H5CH3CH4H2解:流程自由度分析表1004409MB猝冷器CB0自由度0已知其它關(guān)系式數(shù)1已知單元變量數(shù)7(4+3)已知流股變量數(shù)5(4+1)衡算方程數(shù)1單元變量數(shù)12(9+3)流股變量數(shù)流股變量加T多了描述傳熱的單元變量dQ/dt多了一個(gè)HB方程dQ/dt=0猝冷器MBCB流股變量數(shù)912(9+3)單元變量數(shù)01衡算方程數(shù)45(4+1)已知流股變量數(shù)47(4+3)已知單元變量數(shù)01已知其它關(guān)系式數(shù)00自由度10流程自由度分析表這個(gè)流程僅僅看MB計(jì)算自
5、由度分析,不能就說它的設(shè)計(jì)條件給得不正確,而應(yīng)該看器CB計(jì)算的自由度分析結(jié)果。這種情況說明,該流程的MB不能單獨(dú)求解,而必須與其HB方程聯(lián)立起來,進(jìn)行CB計(jì)算。具體計(jì)算:F3=1000+F1X3,C6H5CH3F3=300X3,CH4F3=100X3,H2F3=2004個(gè)MB方程其中:5個(gè)未知變量,只有4個(gè)方程。在列其HB方程之前,先考慮其參考態(tài)選什么溫度?如果熱容數(shù)據(jù)好查!最簡化計(jì)算的參考態(tài)溫度應(yīng)該選為3號(hào)流股的溫度。3T2=400℃1000mol/hC6H60.40C6H5CH30.30CH40.10H20.2012T1=20℃C6H61.00T3=200℃C6H6C6
6、H5CH3CH4H2因?yàn)槠湮粗牧髁拷M成變量最多流程(單元)的HB方程(選200℃為參考態(tài)溫度):F2〔H2(400℃)-H2(200℃)〕=F1〔H1(200℃)-H1(20℃)〕3T2=400℃1000mol/hC6H60.40C6H5CH30.30CH40.10H20.2012T1=20℃C6H61.00T3=200℃C6H6C6H5CH3CH4H2列出詳細(xì)HB方程如下:苯在1atm,80.11℃沸點(diǎn)時(shí)的摩爾汽化熱注意Cp的量綱問題,及其適用溫度范圍。例題:一個(gè)合成氨生產(chǎn)工藝流程圖如下所示:已知?.反應(yīng)器1中N2的轉(zhuǎn)化率為10%;圖中組成均為摩爾分率;5號(hào)流股為液相外
7、,其余均為氣相流股;?.除分離器外,其它單元均為絕熱操作;?.兩反應(yīng)器中均只有一個(gè)反應(yīng):N2+3H2?2NH3要求:?.做過程的自由度分析;?.指出衡算計(jì)算的計(jì)算順序。NH3N2H2-50℃425℃進(jìn)料150℃N20.25H20.75反應(yīng)器2反應(yīng)器1混合器換熱器分離器2837425℃6N20.25H20.7550℃4dQ/dt5535℃解:首先,根據(jù)流程特點(diǎn),判斷各流股的組份數(shù)。NH3N2H2-50℃425℃進(jìn)料150℃N20.25H20.75反應(yīng)器2反應(yīng)器1混合器換熱器分離器2837425℃6N20.25H20.