化學反應過程的物料衡算PPT優(yōu)秀課件

1、1 CO 變換 CO2脫除 分流 混合 轉化氣 F FF B CO 43.12% H2 54.20% RP CO 8.76% H2 89.75% CO2 合成氣 CO:H2=1:2.4 MP 2321m 3.h-1 例4-22 2 例 甲苯催化加氫脫甲基制苯，主反應和副反應甲苯催化加氫脫甲基制苯，主反應和副反應 主反應：主反應： 副反應：副反應： 以純氫和純甲苯為原料，進入反應器的氫與甲苯之比為以純氫和純甲苯為原料，進入反應器的氫與甲苯之比為5:1 （摩爾比）。甲苯的單程轉化率為（摩爾比）。甲苯的單程轉化率為80%，生成苯的選擇性，生成苯的選擇性 為為98%，未反應的甲苯和產(chǎn)物苯作為產(chǎn)品物流輸

2、出體系，未反應的甲苯和產(chǎn)物苯作為產(chǎn)品物流輸出體系， 氫和甲烷循環(huán)。要求混合原料中甲烷含量不大于氫和甲烷循環(huán)。要求混合原料中甲烷含量不大于10%，計，計 算排放比及各物流的組成。算排放比及各物流的組成。 4662356 CHHCHCHHC 42356 7CH10HCHHC 3 解：由題意畫出物料流程圖 S S1：H2 S3：CH4 P P2 C6H5CH3 P4 C6H6 RP RP1 H2 RP2 C6H5CH3 RP3 CH4 RP4 C6H6 MF MF1 H2 MF2 C6H5CH3 MF3 CH4 10% FF FF1 H2 FF2 C6H5CH3 分流器 混合器 反應器 分離器 R

3、R1 H2 R3 CH4 W W1 ：H2 W3：CH4 4 （1）流程中物料流股各物質(zhì)流量的下標編號盡 可能保持一致，下標相同表示同一種物質(zhì)，這 樣可以避免列衡算式時出差錯。本題中只有混 合原料的組成有已知數(shù)據(jù)，設其為基準后可先 對反應器系統(tǒng)進行物料衡算。 （2）由題意要求混合原料中甲烷含量不大于 10%，取10%進行計算，這樣計算得到的排放 量數(shù)據(jù)為最小值，實際排放時應稍稍大于此值。 5 基準：進反應器混合原料：基準：進反應器混合原料：100 衡算體系：反應器衡算體系：反應器 進料：由已知，進料：由已知， 總物料：總物料： （1） （2） 解（解（1）、（）、（2）式得：）式得： 出料：出

4、料： C6H5CH3的剩余：的剩余： 1 hmol 11 3 h10mol10%h100molMF 11 21 hmol100hmol10MFMF 5 MF MF 2 1 1 1 h75molMF 1 2 hmol15MF 11 22 hmol32 . 0hmol15%)801 ( MFRP 6 生成的生成的C6H6： CH4的量：的量： H2的量：的量： 出料的總量：出料的總量： 1 24 hmol76.11%98%80 MFRP 11 3223 hmol44.23hmol)1068. 176.11( 7%)981 (%80%98%80 MFMFMFRP 11 2211 hmol84.60h

5、mol)4 . 276.1175( 10%)981 (%80%98%80 MFMFMFRP 11 hmol04.99hmol)76.1144.23384.60( RP 7 反應器出口物料的組成：反應器出口物料的組成： 衡算體系：分離器衡算體系：分離器 6134 . 0 04.99 84.60 1 RP x 0303. 0 04.99 3 2 RP x 2369. 0 04.99 44.23 3 RP x 1187. 0 04.99 76.11 4 RP x -1 22 P =RP =3mol.h -1 44 P =RP =11.76 mol.h 11 hmol76.14h11.76)mol(3

6、 P 8 則：則： 則：則： 由分流器的特征，有：由分流器的特征，有： ， 2033. 0 76.14 3 x 2 P 7967. 0 76.14 76.11 x 4 P 1 11 mol.h84.60RPS 1 33 mol.h44.23RPS 11 hmol28.84hmol)44.2384.60(S 7219. 0 28.84 84.60 1 s x 2781. 0 28.84 44.23 3 s x 11 SR xx 33 SR xx 9 衡算體系：混合器衡算體系：混合器 CH4平衡：平衡： （3） C6H5CH3平衡：平衡： （4） H2平衡：平衡： （5） 聯(lián)立（聯(lián)立（4）、（）、

7、（5）、（）、（6）式解得：）式解得： 3 33R RxRMF 22 FFMF 1 11R RxFFMF 1 hmol96.35 R 1 2 hmol15 FF 1 1 hmol04.49 FF 11 hmol04.64hmol)1504.49( FF 10 組分組分 H2 C6H5CH3 CH4 C6H6 合計合計 物質(zhì)的量（molh-1） 49.04 15 64.04 FF 摩爾分數(shù)% 76.58 23.42 100 物質(zhì)的量（molh-1） 75 15 10 100 MF 摩爾分數(shù)% 75 15 10 100 物質(zhì)的量（molh-1） 60.84 3 23.44 11.76 99.04

8、RP 摩爾分數(shù)% 61.43 3.06 24.68 11.87 100 物質(zhì)的量（molh-1） 3 11.76 14.76 P 摩爾分數(shù)% 20.33 79.67 100 物質(zhì)的量（molh-1） 60.84 23.44 84.28 S 摩爾分數(shù)% 72.19 27.81 100 物質(zhì)的量（molh-1） 25.96 10.0 35.96 R 摩爾分數(shù)% 72.19 27.81 100 物質(zhì)的量（molh-1） 34.88 13.44 48.32 W 摩爾分數(shù)% 72.19 27.81 100 計算結果匯總列表如下表計算結果匯總列表如下表 11 8/4/2021單元1 數(shù)據(jù)處理 第5節(jié) 物料

9、衡算的計算機解題 一、手工求解線性方程組一、手工求解線性方程組 例例 采用高斯消元法求解三階方程組采用高斯消元法求解三階方程組 123 123 12 231 4254 27 xxx xxx xx 11 22 2,3 12, 0.5 33 3 2 21312131 42540412 120702.51.56.5 xx xx xx 第一次消元 第行各元素依次 減去第 行各元素 后得 第二次消元 第 行各元素依次 減去第 1 2 0.625 3 2131 0412 000.8755.25 x x x 行各元素 后得 回代回代: :將上三角形方程組自下而上逐步進行求解將上三角形方程組自下而上逐步進行求

10、解, ,從而得出從而得出 x3=6、x2=1、x1=9 返回返回 12 8/4/2021單元1 數(shù)據(jù)處理 二、采用二、采用Excel求解線性方程組求解線性方程組 （一）（一） 方法一方法一Gauss消去法與消去法與Excel單元格驅動相結合求解單元格驅動相結合求解 返回返回 回代回代: x3=D16/C16 =6 13 8/4/2021單元1 數(shù)據(jù)處理 二、二、 采用采用Excel求解線性方程組求解線性方程組 （二）（二） 方法二方法二采用采用Excel自帶函數(shù)求解線性方程組自帶函數(shù)求解線性方程組 返回返回 第二步第二步: :求矩陣的逆求矩陣的逆 第三步第三步: :求方程的解求方程的解 第一步

11、第一步: :求系數(shù)行列式的求系數(shù)行列式的 值值, ,判斷方程組有無解判斷方程組有無解 函數(shù)函數(shù):MdetermMinverseMmult 14 8/4/2021單元1 數(shù)據(jù)處理 二二、 采用采用Excel求解線性方程組求解線性方程組 （三）方法三（三）方法三采用采用Excel規(guī)劃求解法求解線性方程組規(guī)劃求解法求解線性方程組 第二步第二步:選中選中B33,點擊點擊“工具工具”,選擇選擇“規(guī)劃求解規(guī)劃求解”,調(diào)出調(diào)出“規(guī)劃規(guī)劃 求解參數(shù)對話框求解參數(shù)對話框”,如圖所示。選擇值為（如圖所示。選擇值為（V）,輸入第一個方程輸入第一個方程 的常數(shù)項值的常數(shù)項值“1”?？勺儐卧褫斎肟蛑校惠斎耄??？勺儐卧?/p>

12、格輸入框中；輸入：$A$33:$A$35。 第一步第一步:依次在單元格依次在單元格B33,B34,B35中輸入中輸入3個方程的表達式個方程的表達式,即即: =2*A33-A34+3*A35;=4*A33+2*A34+5*A35;=A33+2*A34+0*A35 其中其中A33、A34、A35分別代表分別代表x1、x2、x3。 15 8/4/2021單元1 數(shù)據(jù)處理 二、二、采用采用Excel求解線性方程組求解線性方程組 （三）方法三（三）方法三采用采用Excel規(guī)劃求解法求解線性方程組規(guī)劃求解法求解線性方程組 第二步第二步:選中選中B33,點擊點擊“工具工具”,選擇選擇“規(guī)劃求解規(guī)劃求解”,調(diào)出調(diào)出“規(guī)劃求規(guī)劃求 解參數(shù)對話框解參數(shù)對話框”,如圖所示。選擇值為（如圖所示。選擇值為（V）,輸入第一個方程的輸入第一個方程的 常數(shù)項值常數(shù)項值“1”。可變單元格輸入框中；輸入：。可變單元格輸入框中；輸入：$A$33:$A$35。 16 8/4/2021單元1 數(shù)據(jù)處理 二二、采用采用Excel求解線性方程組求解線性方程組 （三）方法三（三）方法三采用采