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1、第三章物料衡算與能量衡算1第一節(jié)一般過程的物料衡算教學內(nèi)容：結(jié)合具體實例，理解一般過程中各種物料衡算的方法。重點和難點：重點掌握各種方法的應用。難點是衡算基準的選擇，包括基準物流的名稱和單位選擇，以及物料平衡方程、摩爾分數(shù)約束式及設備約束式的內(nèi)容和形式。2一、連續(xù)過程的物料衡算一般表示式為：(輸入–輸出)+(生成–消耗)=系統(tǒng)中積累穩(wěn)態(tài)過程時(輸入–輸出)+(生成–消耗)=0無化學反應的穩(wěn)態(tài)過程輸入=輸出第三章物料衡算與能量衡算3物料平衡形式總平衡式*總質(zhì)量平衡式總摩爾平衡式組分平衡式組分質(zhì)量平衡式組分摩爾平衡式元
2、素原子平衡式*元素原子質(zhì)量平衡式*元素原子摩爾平衡式第三章物料衡算與能量衡算4物料衡算的基本步驟⑴畫出流程示意圖⑵列出已知數(shù)據(jù)⑶列出由物料平衡所需求解的問題。⑷決定系統(tǒng)的邊界⑸寫出主、副產(chǎn)品的化學反應方程式。第三章物料衡算與能量衡算5⑹約束條件⑺選擇計算基準⑻進行物料平衡計算⑼列出物料和能量平衡表，并進行校核⑽結(jié)論第三章物料衡算與能量衡算6關于基準⑴時間基準連續(xù)（小時，天……）間歇（釜，批……）⑵質(zhì)量基準kg，噸……⑶摩爾基準mol，kmol……⑷體積基準m3……（5）干濕基準干基（不含水），濕基（含水）第三章物料
3、衡算與能量衡算7物料平衡計算的條件１.方程式⑴物料平衡方程式⑵物流約束式構(gòu)成物流各組分的分率之和等于1=1第三章物料衡算與能量衡算82.變量物流股數(shù)，組分數(shù)，反應速率，設備參數(shù)設計變量第三章物料衡算與能量衡算9⑴轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率=⑵選擇性選擇性=xA=β=第三章物料衡算與能量衡算10⑶收率收率=轉(zhuǎn)化率×選擇性=ψ=βxA=⑷限制反應物⑸過量反應物第三章物料衡算與能量衡算11一、直接求算法例1鄰二甲苯空氣氧化制苯酐，乙知鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率為70%，氧的用量為理論用量的150%，每小時投入反應器的鄰二甲苯為250kg，試進行
4、物料衡算。解：取每小時為計算基準。反應式C8H10+3O2→C8H4O3+3H2O進料：鄰二甲苯=250kg/h=2.358kmol/h(鄰二甲苯的分子量M=106)；氧氣=2.358×70%×3×150%=7.43kmol/h=237.76kg/h；氮氣=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；氧氣=(7.43－2.358×70%×3)×32=79.36kg/h；
5、氮氣=782.63kg/h；未反應的鄰二甲苯=250×（1－70%）=75kg/h。12例1計算結(jié)果13一、直接求算法例2利用乙烯部分氧化法制取環(huán)氧乙烷，將乙烯在過量空氣條件下通過銀催化劑進行如下反應，進料物質(zhì)流量為1000mol/h，進料中含乙烯10%（mol），乙烯轉(zhuǎn)化率為25%，生成產(chǎn)物環(huán)氧乙烷的選擇性為80%，計算反應器出口物料量及質(zhì)量組成。主反應：2C2H4+O2→2C2H4O副反應：C2H4+3O2→2CO2+2H2O解：以每小時為計算基準。進料：乙烯=1000×10%=100（mol/h）；空氣=10
6、00×90%=900（mol/h）；其中：氮氣=900×0.79=711（mol/h）；氧氣=900×0.21=189（mol/h）；轉(zhuǎn)化掉乙烯=100×25%=25（mol/h）；生成環(huán)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則產(chǎn)物中：未反應的乙烯=75（mol/h）；生成環(huán)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）；消耗氧氣=20×0.5+5×3=25（mol/h）；剩余氧氣=1
7、89－25=164（mol/h）；氮氣=711（mol/h）。則反應器出口物料量及質(zhì)量組成如下表所示。1516一、直接求算法例3試作乙醛氧化生產(chǎn)醋酸的物料衡算。已知：1、原料乙醛量為2600kg/h，其組成（質(zhì)量%）為：CH3CHOCH3COOH(CH3CHO)3H2O99.50.10.10.32、氧化過程中乙醛總轉(zhuǎn)化率為99.3%；3、氧化過程中主副反應轉(zhuǎn)化率分配為：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、轉(zhuǎn)化過程中氧的利用率為98.4%；5、工業(yè)氧的含氧量為95%（質(zhì)量%），N25%（質(zhì)量%）。17解：以1h為計算基準消耗總CH3CHO量：2600×0.995×0.993=2568.9(kg/
