物料衡算培訓(xùn)課件

1、 物料衡算是物料衡算是化工計(jì)算中最基本也是最重要的內(nèi)容化工計(jì)算中最基本也是最重要的內(nèi)容。 （1）是進(jìn)行能量衡算和其他工藝設(shè)計(jì)，經(jīng)濟(jì)）是進(jìn)行能量衡算和其他工藝設(shè)計(jì)，經(jīng)濟(jì) 評價(jià)，節(jié)能分析及過程最優(yōu)化的基礎(chǔ)；評價(jià)，節(jié)能分析及過程最優(yōu)化的基礎(chǔ)； （2） 其與能量衡算存在共性，都滿足守衡定其與能量衡算存在共性，都滿足守衡定 律，其衡算步驟、數(shù)學(xué)表達(dá)式、解題方法律，其衡算步驟、數(shù)學(xué)表達(dá)式、解題方法 和技巧也有許多共同之處。和技巧也有許多共同之處。物料衡算兩種情況物料衡算兩種情況 對已有設(shè)備或裝置進(jìn)行衡算對已有設(shè)備或裝置進(jìn)行衡算 設(shè)計(jì)新的設(shè)備或裝置設(shè)計(jì)新的設(shè)備或裝置第一節(jié)第一節(jié) 物料衡算式物料衡算式 41

2、化工過程的類型化工過程的類型 操作方式操作方式 間歇操作 半連續(xù)操作 連續(xù)操作 半連續(xù)操作：半連續(xù)操作： 間歇操作：間歇操作： 原料一次加入，然后操作，最后一次出料。進(jìn)料分批，出料連續(xù)；或進(jìn)料連續(xù)，出料分批或一次。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 間歇操作中，無物料進(jìn)出設(shè)備，且設(shè)備內(nèi)各 部分的組成和條件隨時(shí)間而變。 半連續(xù)操作中，設(shè)備內(nèi)各點(diǎn)的參數(shù)（組成、條 件）隨時(shí)間而變。 不穩(wěn)定操作不穩(wěn)定操作過程中參數(shù)隨時(shí)間而變。 上述兩種操作物料衡算以一個(gè)操作周期作基準(zhǔn)。 連續(xù)操作連續(xù)操作 ：原料不斷地穩(wěn)定地輸入生產(chǎn)設(shè)備,同時(shí)不斷地從設(shè)備排出同樣數(shù)量的物料。特點(diǎn)：特點(diǎn)：設(shè)備內(nèi)各部分參數(shù)不隨時(shí)間而變。 （穩(wěn)定狀 態(tài)操作） 衡

3、算中以單位時(shí)間作基準(zhǔn) 。42 物料衡算式物料衡算式 依據(jù)質(zhì)量守恒定律。物料衡算首先要?jiǎng)澏w系 。 體系體系 為討論一個(gè)過程，人為地人為地圈定這個(gè)過程的全部或一部分作為一個(gè)完整的研究對象，這個(gè)圈定的部分叫體系。 環(huán)境環(huán)境 體系以外的部分叫環(huán)境。 邊界邊界 體系與環(huán)境的分界線（人為地圈定）。 衡算中只涉及通過（進(jìn)出）邊界通過（進(jìn)出）邊界的物料流股。其余可不考慮。無化學(xué)反應(yīng)的體系的物料衡算式：無化學(xué)反應(yīng)的體系的物料衡算式：輸入體輸入體系的物系的物料量料量 =輸出體輸出體系的物系的物料量料量 +體系內(nèi)體系內(nèi)積累的積累的物料量物料量 （41）化學(xué)反應(yīng)時(shí)，對任一組分或元素的物料衡算式為： 輸入體輸入體系的

4、物系的物料的量料的量 +反應(yīng)生反應(yīng)生成的物成的物料的量料的量 -反應(yīng)消反應(yīng)消耗的物耗的物料的量料的量 =輸出體輸出體系的物系的物料的量料的量 +體系內(nèi)體系內(nèi)積累的積累的物料量物料量 （42）式可作為 總物料衡算式組分物料衡算式元素物料衡算式(4-2)對穩(wěn)定操作狀態(tài)，積累量=0。 無化學(xué)反應(yīng)體系： 輸入體系的物料量 =輸出體系的物料量 （43）對有化學(xué)反應(yīng)的體系： 輸入體系的物料的量 +反應(yīng)生成的物料的量 -反應(yīng)消耗的物料的量 =輸出體系的物料的量 （44） 守恒是指質(zhì)量守恒，其體積和摩爾數(shù)不一定守恒。守恒是指質(zhì)量守恒，其體積和摩爾數(shù)不一定守恒。 使用上述各式時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：使用上述各式時(shí)要注

5、意以下幾點(diǎn)： 1）當(dāng)無化學(xué)反應(yīng)時(shí)，各式對總物料、各組分或）當(dāng)無化學(xué)反應(yīng)時(shí)，各式對總物料、各組分或元素均成元素均成 立，物料單位可用千克，也可用摩爾。立，物料單位可用千克，也可用摩爾。 2）當(dāng)有化學(xué)反應(yīng)時(shí)，（）當(dāng)有化學(xué)反應(yīng)時(shí)，（41）和（）和（43）式可）式可 對總物料列衡算式，單位用千克，不能用摩爾；對總物料列衡算式，單位用千克，不能用摩爾；（42）和（）和（44）式可對總物料、各個(gè)組分列）式可對總物料、各個(gè)組分列 衡算式，單位既可用千克，也可用摩爾。衡算式，單位既可用千克，也可用摩爾。 3）無論有無化學(xué)反應(yīng)，各式對各元素均可）無論有無化學(xué)反應(yīng)，各式對各元素均可使用。單位可用千克或摩爾。使用。

6、單位可用千克或摩爾。物料平衡形式（穩(wěn)態(tài)過程）物料平衡形式無化學(xué)反應(yīng)有化學(xué)反應(yīng)總平衡式總質(zhì)量平衡式總摩爾平衡式是是是非組分平衡式總質(zhì)量平衡式總摩爾平衡式是是非非元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是是是是對圖對圖41所示過程列物料衡算式：所示過程列物料衡算式： 衡算僅討論通過體系邊界的各物料流股間的關(guān)系。 總物料衡算式：總物料衡算式： F = P + W對組分對組分1列式：列式： F xF1 = P xp1+ W xw1對組分對組分2列式：列式： F xF2 = P xp2 + W xw2上面寫出的方程式是否全是獨(dú)立的 ？ 3過過 程程1FxF1xF2P2xP1xP2WXw1xW2

7、D 對連續(xù)不穩(wěn)定的過程，參數(shù)隨時(shí)間變化，物料衡算式以微分方程式表示，時(shí)間t為自變量。 dm = Fdt Pdt Wdt 對間歇過程，無物料積累（dm =0）。在時(shí)間t0tf對微分方程式積分得衡算式 。fffttttttWdtPdtFdt000第二節(jié)第二節(jié) 物料衡算的基本方法物料衡算的基本方法43 畫物料流程簡圖的方法畫物料流程簡圖的方法 畫出流程簡圖，可將整個(gè)過程和各個(gè)設(shè)備的進(jìn)出物流進(jìn)出物流、已知變量已知變量和待求變量待求變量清晰地在圖上表示出來。有助于體系體系的劃定及的劃定及衡算衡算方法的選擇方法的選擇 。畫流程簡圖步驟及要點(diǎn)步驟及要點(diǎn)如下： （1） 流程簡圖中的設(shè)備可用流程簡圖中的設(shè)備可用

8、方框方框表示表示;（2）用）用線條線條和和箭頭箭頭表示物料流股的途徑和流向；表示物料流股的途徑和流向；（3）標(biāo)出標(biāo)出流股的已知變量（流量、組成等）和單位；流股的已知變量（流量、組成等）和單位； （4）未知量用）未知量用符號(hào)符號(hào)表示。表示。44 計(jì)算基準(zhǔn)的選擇計(jì)算基準(zhǔn)的選擇計(jì)算基準(zhǔn)有以下幾種：1、時(shí)間基準(zhǔn)、時(shí)間基準(zhǔn) 對連續(xù)穩(wěn)定連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)體系，以單位時(shí)間單位時(shí)間作基準(zhǔn)。該基準(zhǔn)可與生產(chǎn)規(guī)模直接聯(lián)系。對間歇過程，以處理一批一批物料的生產(chǎn)周期作基準(zhǔn)。 2、質(zhì)量基準(zhǔn)、質(zhì)量基準(zhǔn) 對于液、固液、固系統(tǒng) ，因其多為復(fù)雜混合物選擇一定質(zhì)量質(zhì)量的原料或產(chǎn)品作為計(jì)算基準(zhǔn) 。3、體積基準(zhǔn)、體積基準(zhǔn) 對氣體選用體積作基

9、準(zhǔn)。通常取標(biāo)況下體積Nm3。 4、干濕基準(zhǔn)干濕基準(zhǔn) 干基不計(jì)所含水量，濕基考慮所含水量。 若原料產(chǎn)品為單一化合物或組成已知，取物質(zhì)量（mol）作基準(zhǔn)更方便。 恰當(dāng)?shù)倪x取計(jì)算基準(zhǔn)可簡化計(jì)算。例題 丙烷充分燃燒時(shí)，通入的空氣量為理論量的125，反應(yīng)式為C3H8+5O23CO2+4H2O問100mol 燃燒產(chǎn)物需要多少摩爾空氣？3燃燒過程燃燒過程C3H8 1空氣空氣 O221, 2 N279CO2H2OO2N2解：畫出物料流程示意圖（一）取（一）取1mol C3H8 為計(jì)算基準(zhǔn)為計(jì)算基準(zhǔn)完全燃燒所需氧的理論量 5mol實(shí)際供氧量 1.2556.25mol供空氣量 6.250.2129.76mol氣中

10、N2量 29.760.7923.51mol生成水量 4mol生成CO2量 3mol剩余氧量 6.2551.25mol產(chǎn)生煙道氣的量3+4+1.25+23.51 31.76mol100mol煙道氣所需空氣的量10029.7631.7693.7mol（二）取（二）取1mol 空氣為計(jì)算基準(zhǔn)空氣為計(jì)算基準(zhǔn)1mol 空氣為計(jì)算基準(zhǔn)中氧量為0.21mol燃燒丙烷耗氧量 68 mol燃燒丙烷的量 0.16850.0336mol 輸 入 輸 出組 分摩 爾克組 分摩 爾 克C3H80.033644CO20.101132O20.21200H2O0.13572N20.79658O20.04

11、240N20.79658總計(jì)1.0336902總計(jì)1.068902衡算結(jié)果列于下表：100mol煙道氣所需空氣的量: 1001.068 93.6mol（三）?。ㄈ┤?00mol煙道氣為計(jì)算煙道氣為計(jì)算基準(zhǔn)基準(zhǔn) 煙道氣組成未知，氣中各組分量及所需丙烷和空氣量均未知。設(shè)：N為煙道氣中N2的量，mol;M為煙道氣中O2的量，mol;P為煙道氣中CO2的量，mol;A入口空氣的量，mol;Q為煙道氣中H2O的量，mol;B入口C3H8的量，mol。6個(gè)未知量，需列6個(gè)獨(dú)立方程。對元素列對元素列平衡式平衡式：C元素平衡 3BPH元素平衡 8B2QN元素平衡 20.79A2NO元素平衡 20.21A2M

12、+2P+Q 煙道氣總量 M+N+P+Q100 過剩氧量 0.21A0.251.25M解上述6個(gè)方程的要求的結(jié)果。（過程略） 由上例可知計(jì)算基準(zhǔn)選取恰當(dāng)與否，對計(jì)算難易影響。所以要重視計(jì)算基準(zhǔn)選取?；鶞?zhǔn)選取中幾點(diǎn)說明幾點(diǎn)說明： （1）上面幾種基準(zhǔn)具體選哪種（有時(shí)幾種共）上面幾種基準(zhǔn)具體選哪種（有時(shí)幾種共 用）視具體條件而定，難以硬性規(guī)定。用）視具體條件而定，難以硬性規(guī)定。（2）通常選擇已知變量數(shù)）通常選擇已知變量數(shù)最多最多的物料流股的物料流股 作作 基準(zhǔn)較方便?；鶞?zhǔn)較方便。 （3）取一定物料量作基準(zhǔn)，相當(dāng)于）取一定物料量作基準(zhǔn)，相當(dāng)于增加增加了了 一個(gè)已知條件（當(dāng)產(chǎn)物的原料的量均一個(gè)已知條件（當(dāng)

13、產(chǎn)物的原料的量均 未知時(shí)，使隱條件明朗化）。未知時(shí)，使隱條件明朗化）。 （4）選取相對量）選取相對量較大較大的物流作基準(zhǔn)，可減的物流作基準(zhǔn)，可減 少計(jì)算誤差。少計(jì)算誤差。45 物料衡算的步驟物料衡算的步驟 物料衡算的步驟為：物料衡算的步驟為： 1、搜集計(jì)算數(shù)據(jù)、搜集計(jì)算數(shù)據(jù) 如流量（G）、溫度（T）、壓力（P）、濃度（C）、密度（）、飽和蒸汽壓（Ps）等。獲取數(shù)據(jù)的途徑 手冊或?qū)I(yè)書籍查取實(shí)驗(yàn)、中試或生產(chǎn)裝置測定 估算注意所得數(shù)據(jù)的單位要統(tǒng)一。 2、畫出物料流程圖、畫出物料流程圖 用方框表示過程中設(shè)備，用線條箭頭表示出每股物流的途徑和流向注明所有已知和未知變量（未知變量用符號(hào)表示）。流股多時(shí)要

14、將其編號(hào)。3、確定衡算體系、確定衡算體系 根據(jù)已知量和未知量劃定體系劃定體系，應(yīng)特別注意盡量利用已知條件已知條件，要求的未知量未知量要通過體系邊界邊界，且應(yīng)使通過邊界的物料流股的未知項(xiàng)盡量少盡量少。 4、 寫出化學(xué)反應(yīng)方程式寫出化學(xué)反應(yīng)方程式 包括所有所有主副反應(yīng)，且為配平后的，將各反應(yīng)的選擇性、收率注明。5、選擇合適的計(jì)算基準(zhǔn)，并在流程圖上注明基準(zhǔn)值、選擇合適的計(jì)算基準(zhǔn)，并在流程圖上注明基準(zhǔn)值 計(jì)算中要將基準(zhǔn)交代清楚，過程中基準(zhǔn)變換時(shí)，要加以說明。6、列出物料衡算式，然后求解、列出物料衡算式，然后求解 1）列物料衡算式）列物料衡算式 無化學(xué)反應(yīng)體系，按：（41）、（43）（連續(xù)穩(wěn)定過程）式。

15、 有化學(xué)反應(yīng)體系，按：（42）、（44）（穩(wěn)定過程）式。要求 所列獨(dú)立方程式的數(shù)目=未知數(shù)的數(shù)目2）采用適當(dāng)方法求解方程）采用適當(dāng)方法求解方程 7、將計(jì)算結(jié)果列成輸入、將計(jì)算結(jié)果列成輸入輸出物料表輸出物料表組分 輸入 輸出 kg/h w% kmol/h y% kg/h w% kmol/h y% ABC總計(jì)由計(jì)算結(jié)果查核計(jì)算正確性，必要時(shí)說明誤差范圍。 8、必要時(shí)畫出物料衡算圖、必要時(shí)畫出物料衡算圖（過程復(fù)雜時(shí)） 對于復(fù)雜過程的物料衡算，上述各步均不可少。但對于較簡單的物料衡算問題，有的步驟可省略。但（2）、（3）、（4）、（5）、（6）、（7）是必有的。 第三節(jié)第三節(jié) 無化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算

16、無化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算qingyuan對如下圖過程：物理過程物理過程FPWxfixwixpi對總物料列式： F = P + WF xfi = P xpi+ W xwi 對組分i列式： 當(dāng)體系中有n個(gè)組分時(shí)，總共可列出n+1個(gè)方程式 但注意至多有n個(gè)獨(dú)立的方程式，由物料衡算式最多可求解n個(gè)未知數(shù)。46 簡單過程的物料衡算簡單過程的物料衡算 簡單過程簡單過程 只包括一種單元操作或整個(gè)過程可簡化成一個(gè)設(shè)備的過程。分幾種情況討論： （一）、混合（一）、混合混合是使兩種或兩種以上物料產(chǎn)生均勻的分布。這混合是使兩種或兩種以上物料產(chǎn)生均勻的分布。這是一種能自發(fā)進(jìn)行的過程，與分離過程恰好相反。是一種能自發(fā)進(jìn)

17、行的過程，與分離過程恰好相反。例 42 （P 78）一種廢酸，組成為23(w%)HNO3，57H2SO4和20H2O，加入93的H2SO4及90的HNO3，要求混合成 27HNO3，60H2SO4的混合酸，計(jì)算所需廢酸及加入濃酸的量。解：1、畫出流程簡圖混合過程混合過程廢酸 xkgHNO3 0.23H2SO4 0.57H2O 0.20 z kgHNO3 0.90H2O 0.10混合酸 HNO3 0.27H2SO4 0.60H2O 0.13y kgH2SO4 0.93H2O 0.072、選擇計(jì)算基準(zhǔn) 4個(gè)物流均可選，選取100kg混酸為基準(zhǔn)。3、列物料衡算式總物料衡算式 x+y+z=100H2S

18、O4的衡算式 0.57x+0.93y=1000.6=60HNO3的衡算式 0.23x+0.90z=1000.27=27解方程得： x=41.8kg; y=39kg; z=19.2kg。例題 在石油分餾中，直餾得重石腦油A與催裂化得的重石腦油B混合后作為催化重整的原料，已知進(jìn)混合器的A的量為200kmol/min,組成為C6為60，C8為40，B的量為100kmol/min,組成為C6為50，C8為50（均為mol%)。求混合物的組成？解：畫出物料流程簡圖，取一分鐘為計(jì)算基準(zhǔn)?；旌掀骰旌掀?00kmol xA,C6=0.6xA,C8=0.4100kmol xB,C6=0.5xB,C8=0.5F3

19、 x3,C6=? x3,C8=?以混合器為衡算體系，對總物料列式min/kmol300100200F3對C6組分列式666C,33C,BC,AxFx100 x2005667.03005.01006.0200 x6C,34333. 05667. 01x1x68C, 3C, 3 例例4-3 用空氣、純氧和水通入蒸發(fā)室制備富氧濕空氣。水在蒸發(fā)用空氣、純氧和水通入蒸發(fā)室制備富氧濕空氣。水在蒸發(fā)室內(nèi)全部汽化室內(nèi)全部汽化,其流量為其流量為0.0012m3/h,使?jié)窨諝庵泻疄槭節(jié)窨諝庵泻疄?.5%（mol%）,純氧摩爾流量為空氣流量的純氧摩爾流量為空氣流量的1/5,計(jì)算所有的未知量計(jì)算所有的未知量及組成

20、。及組成。 解解:設(shè)設(shè)Q空氣流量空氣流量,kmol/h;0.2Q純氧流量純氧流量,kmol/h; F富氧濕空氣流量富氧濕空氣流量,kmol/h; x富氧濕空氣中含氧量富氧濕空氣中含氧量,mol分率分率計(jì)算基準(zhǔn)計(jì)算基準(zhǔn):1小時(shí)小時(shí),畫出物料流程簡圖如下畫出物料流程簡圖如下:將水的體積流量換算為將水的體積流量換算為mol流量流量:W=0.0012 1000/18 =0.06666kmol/hH2O衡算式衡算式 W=F 0.015=0.06666 （1）總物料衡算式總物料衡算式 0.2Q+Q+W=F （2）N2衡算式衡算式 0.79 Q=F（10.015x） （3）解上述方程組得解上述方程組得: F

21、 =4.444 kmol/h Q =3.648 kmol/h x =0.377例 43 P7879 1、該題利用了進(jìn)料W中水與F中水相等，進(jìn)料Q 中N2與F中N2相等的關(guān)系求解。而進(jìn)料中氧也全 部轉(zhuǎn)入F中，是否存在F中氧等于0.2Q關(guān)系。 2、如果題目未給出F中水的含量而給出了F值，可 否對水衡算直接求出F中水的含量？ (2)(2)過濾過濾過濾是機(jī)械分離方法之一。應(yīng)用過濾設(shè)備，將液體與固體進(jìn)行分離的單元操作。例：在過濾機(jī)中將含有25%（質(zhì)量）的固體料漿進(jìn)行過濾，料漿的進(jìn)料流量為2000kg/h。濾餅含有90%的固體，而濾液含有1%的固體，試計(jì)算濾液和濾餅的重量。例題 一蒸發(fā)器連續(xù)操作,處理量為

22、25噸h溶液，原液含10NaCl,10%NaOH及80（W%)H2O,經(jīng)蒸發(fā)后溶液中部分水分蒸出，并有NaCl結(jié)晶析出，離開蒸發(fā)器溶液濃度為NaOH 50，NaCl, 2%，H2O,48。計(jì)算：（1）每小時(shí)蒸發(fā)出的水量（kg/h);（2）每小時(shí)析出NaCl的量；（3）每小時(shí)離開蒸發(fā)器的濃溶液的量。解：畫出流程示意圖，劃定衡算體系。(3)(3)蒸發(fā)蒸發(fā)在化工生產(chǎn)中，蒸發(fā)一般指把不揮發(fā)物料的溶液加熱到沸騰，使溶劑氣化而獲得濃縮或析出固體的單元操作。例如燒堿稀溶液的濃縮和蔗糖溶液的濃縮。W H2O蒸發(fā)器結(jié)晶器F10NaCl10NaOH80H2OG NaCl50NaOH 2 NaCl48 H2OP取1

23、小時(shí)進(jìn)料量為計(jì)算基準(zhǔn)總物料 P+W+G=F=25對水 48PW=80%F=20對NaOH 10F=50P聯(lián)立上述方程求解得W17.6噸hG2.4噸hP5噸h（4）干燥 在化工生產(chǎn)中，有些原料、半成品和成品常含有水分（或其他溶劑）。為了便于加工，運(yùn)輸、貯藏和使用，須將物料中的水分（其他溶劑）除去。這種從物料中去除水分（或其他溶劑）的操作稱去濕，去濕的方法很多，可分三類：（1）化學(xué)去濕法；（2）機(jī)械除濕法；（3）熱能去濕法。熱能去濕法也稱干燥。 例：現(xiàn)有濕紙漿含水71%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），需通過干燥去掉其初始水分的80%，試計(jì)算干燥后紙漿中的含水量和每千克濕紙漿去掉的水分量。 解：由題意干燥過程的物料流

24、程如下圖所示。干燥器 濕紙漿 紙漿 0.29 H2O 0.71 干紙漿 紙漿 1x H2O x 干燥去掉的 H2O=初始量的 80% (5)(5)傳質(zhì)分離過程在化學(xué)工程中，分離過程是將混合物分離為單一或近似單一組成物的過程。除機(jī)械分離過程（如過濾）外，應(yīng)用能量及物質(zhì)分離劑進(jìn)行的傳質(zhì)分離過程有吸收、蒸餾、萃取、結(jié)晶等。結(jié)晶 在化工生產(chǎn)中，為了精制固體物質(zhì)，使溶解于液體中的固體溶質(zhì)呈結(jié)晶狀析出的操作稱為結(jié)晶。它是獲得純凈固體物質(zhì)的重要方法之一，應(yīng)用較廣泛。 在有關(guān)結(jié)晶的物料衡算中，溶解度和質(zhì)量百分比濃度之間的換算是必需的，因?yàn)閷τ陲柡腿芤簭氖謨陨夏懿榈降氖侨芙舛葦?shù)據(jù)而非質(zhì)量百分比濃度數(shù)據(jù)。（1）溶

25、解度的定義（）溶解度的定義（C）在一定溫度下）在一定溫度下,某物質(zhì)某物質(zhì)（此處僅指固體物質(zhì)）在（此處僅指固體物質(zhì)）在100g溶劑中達(dá)到飽溶劑中達(dá)到飽和時(shí)所溶解的克數(shù)。對于固體物質(zhì)的溶解度和時(shí)所溶解的克數(shù)。對于固體物質(zhì)的溶解度,通常僅是溫度的函數(shù)通常僅是溫度的函數(shù),即即:C=f（T）（2）溶解度的計(jì)算公式）溶解度的計(jì)算公式100 /100Cgg溶質(zhì)的質(zhì)量溶質(zhì)溶劑溶劑的質(zhì)量)()(100ba溶劑的質(zhì)量溶質(zhì)的質(zhì)量溶劑溶質(zhì)的溶解度dccbaadcba配制配制100噸噸90飽和食鹽水，需水、飽和食鹽水，需水、NaCl各為多少？已知各為多少？已知90時(shí)時(shí)NaCl的溶解度為的溶解度為38.5g。解：解：38

26、.5/（38.5+100）=x/100 x=27.8噸噸NaCl、水、水:100 27.8=72.2噸噸 例4-4：1000千克KCl飽和水溶液盛于結(jié)晶槽中，溫度為800C。將此溶液冷卻到200C，若在冷卻過程中，進(jìn)料溶液中的水有7%蒸發(fā)掉，求從溶液中結(jié)晶出的KCl量。 解：由手冊查得KCl在水中的溶解度數(shù)據(jù)為： 80：51.1克KCl/100克H2O 20：24.0克KCl/100克H2O。 畫物料流程示意圖：如下頁 結(jié)晶過程 80KCl飽和溶液 H2O 1000kg KCl結(jié)晶 x kg 20KCl飽和溶液 溫度溫度溶解度溶解度C溫度溫度溶解度溶解度C溫度溫度溶解度溶解度C6016.440

27、12.7209.65014.453011.1108.15解：基準(zhǔn)解：基準(zhǔn)1000kg60飽和飽和NaHCO3（aq）由由t1=60查得：查得：C1=16.4 g/100gH2O（l）x1=C1/（100+C1）=16.4/116.4=0.1409總物料平衡：總物料平衡：m1=m2+m3（1）NaHCO3(s)平衡：平衡：m1 x1=m2+m3 x3（2）代入數(shù)據(jù)得：代入數(shù)據(jù)得：1000=50+m3（3）1000 0.1409=50+m3 x3（4）解之得：解之得：m3=950kg、x3=0.09568C3=100 x3/（1 x3）=100 0.09568/（1 0.09568） =10.58

28、 g/100gH2O（l）由溶解度數(shù)據(jù)線性由溶解度數(shù)據(jù)線性內(nèi)插內(nèi)插得：得：t3=20+10/（11.1 9.60） （10.58 9.60）=26.53內(nèi)插法講解內(nèi)插法講解:211121()CCCCtttt211121()ttttCCCC返回返回 在石油化工生產(chǎn)中，常常需要分離氣體混合物以獲得純凈的原料氣或氣體產(chǎn)品，吸收操作就是分離氣體混合物的一種有效方法。 吸 收 塔 吸收劑 精制氣體 原料氣體 溶液 圖 4-13 氣體吸收過程示意圖 例4-5：將含20%（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）丙酮與80%空氣的混合氣輸入吸收塔，塔頂用噴水吸收丙酮。吸收塔塔頂出口氣體含丙酮3%，空氣97%，吸收塔底得到50千克含10

29、%丙酮的水溶液，計(jì)算輸入吸收塔氣體的量。解：詳細(xì)過程如下所示 由 題 意 畫 出 物 料 流 程 示 意 圖 （ 見 圖 4-14） 基 準(zhǔn) ： 50kg 10%丙 酮 水 溶 液 設(shè) 塔 底 輸 入 的 混 合 氣 為 水 ：50kg 10%丙 酮 水 溶 液 吸 收 過 程 H2O y kg 丙 酮 3% 空 氣 97% x kg 丙 酮 20% 空 氣 80% 解：由題意畫出物料流程示意圖解：由題意畫出物料流程示意圖 ：如下所示：如下所示蒸餾 蒸餾是利用液體混合物中各組分的揮發(fā)度不同進(jìn)行組分分離，多用于分離各種有機(jī)物的混合液，也有用于分離無機(jī)物混合液的，例如液體空氣中氮與氧的分離。 例4

30、-6：有一個(gè)蒸餾塔，輸入和輸出物料量及組成如下圖4-16。輸入物料1中A組分的98.7%自塔頂蒸出。求每千克輸入物料可得到塔頂餾出物2的量及其組成。 解：基準(zhǔn)：100 kgh -1輸入物料 令x = 餾出物中A的百分含量，y = 餾出物中B的百分含量。1 進(jìn)料 100kgh1 A 0.20 B 0.30 C 0.50 蒸 餾 塔 冷凝器 2 餾出物 P kgh1 A x B y C 1-x-y 3 塔底產(chǎn)物 W kgh1 A 0.005 B 0.055 C 0.94 將各物料的流量及組成列于下表組 分 mol% 流股號(hào) 流量kgh -1 A B C 1 2 3 100 P W 20 x 0.5

31、 30 y 5.5 50 1-x-y 94.0 由上表可以看出，共有5個(gè)未知量，即P、W及流股2的組成A、B、C，由于組成A、B、C的百分含量之和為1，所以只需求得任意兩個(gè)組成，如A、B（或B、C或C、A），第三個(gè)組成就可求出。因此實(shí)際上是4個(gè)未知量，需要4個(gè)方程。但是輸入和輸出物料中共有3個(gè)組分，因而只能寫出3個(gè)獨(dú)立物料衡算式。第四個(gè)方程必須從另外給定的條件列出。根據(jù)題意，已知輸入物料中A組分的98.7%自塔頂蒸出，即流股2中A組分量為: （1）總物料衡算式有P和W兩個(gè)未知量。A、B、C三個(gè)組分的衡算式中，A組分的衡算式只含一個(gè)未知量W，所以先列A組分的衡算式。A組分衡算式： （2）總物料衡

32、算式： （3）B組分衡算式： （4）由（2）式得：代入（3）式得： 代入（4）式得：y = 56.54%1-1hkg4 .19%7 .9820%h100kgP.x52wkg11h19.74kg0.5%w20%hkg100WP100yPW5.5%30%10052kgw 1h52)kg(100p 由（由（1）式得：）式得： 餾出物中餾出物中C組成為：組成為： 由由C組分衡算式得：組分衡算式得： 結(jié)果符合結(jié)果符合 由上例可以看出，因?yàn)榈诙€(gè)方程只有一個(gè)未知由上例可以看出，因?yàn)榈诙€(gè)方程只有一個(gè)未知參數(shù)，參數(shù)， 解這樣的方程，可以避免解方程組。解這樣的方程，可以避免解方程組。111h48kgh19.7

33、4kgPh19.74kgx2.83%56.54%41.13%1yx1y)x(1h48kg94%h52kg50%h100kg1112.83%yx1例：以苯為溶劑，用共沸精餾法分離乙醇水混合物制取純乙醇。假定料液混合物中含水60%，乙醇40%，在精餾塔餾出液中含苯75%，水24%，其余為醇。若需要生產(chǎn)乙醇量為1000kg/h,試計(jì)算精餾中所需的苯量為多少？組成均勻?yàn)橘|(zhì)量分率。共沸精餾萃取 應(yīng)用液態(tài)SO2為溶劑，從煉廠廢液，即由鏈烷烴和環(huán)烷烴所組成的混合物（含有70%的苯）中萃取分離回收苯，每千克料液所用SO2溶劑量為3kg，萃余液中含有1/6SO2，其余為苯。萃取液中含有SO2，非苯物質(zhì)及少量苯，

34、其中每千克非苯烴約有0.25kg苯。試計(jì)算苯回收的百分?jǐn)?shù)為多少。 以上幾例為無化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算，當(dāng)利用代數(shù)法求解時(shí)，列衡算式應(yīng)注意下列幾點(diǎn)： 無化學(xué)反應(yīng)體系，能列出的獨(dú)立物料衡算式數(shù)目，最多等于輸入和輸出物料中化學(xué)組分的數(shù)目。 首先列出含未知量數(shù)目最少的物料衡算方程，最好是能列出一個(gè)方程解一個(gè)未知數(shù)，然后一步一步地列出其它的方程，避免了解方程組的繁瑣。 若體系內(nèi)具有很多多組分的物料，則最好將每股物流編號(hào)，并列表表示出已知的量和組成，檢查能列出的衡算方程數(shù)目是否等于未知量的數(shù)目，判斷能否通過物料衡算式解決問題。47 有多個(gè)設(shè)備過程的物料衡算有多個(gè)設(shè)備過程的物料衡算 多個(gè)設(shè)備過程的物料衡算，

35、可以分成多個(gè)衡算體系。 如圖 在體系畫定中應(yīng)注意要想法利用已知已知條件，盡量減少所定體系的未知未知數(shù)的數(shù)目。做到由簡到繁由簡到繁，由易到難由易到難。G設(shè)備設(shè)備1設(shè)備設(shè)備2Fxf1xf2xf3Pxp1xp2xp3xg1xg2xg3Qxq1xq2xq3Wxw1xw2xw3（1）對多個(gè)設(shè)備過程，）對多個(gè)設(shè)備過程，并非并非每個(gè)體系寫出的所每個(gè)體系寫出的所 有方程式有方程式都是獨(dú)立的都是獨(dú)立的； （2）對各個(gè)體系獨(dú)立物料衡算式數(shù)目之和）對各個(gè)體系獨(dú)立物料衡算式數(shù)目之和對對總過程獨(dú)立的物料衡算式數(shù)目?？傔^程獨(dú)立的物料衡算式數(shù)目。 過程獨(dú)立方程式數(shù)目最多過程獨(dú)立方程式數(shù)目最多=組分?jǐn)?shù)設(shè)備數(shù)組分?jǐn)?shù)設(shè)備數(shù) 過程

36、由MM個(gè)個(gè)設(shè)備組成，有C C個(gè)個(gè)組分時(shí)則最多可能列出的獨(dú)立物料衡算式的數(shù)目 = MCMC個(gè)個(gè)。可劃分為三個(gè)體系，進(jìn)出物流均含3個(gè)組分，則每個(gè)體系可寫出3+1個(gè)衡算方程，其中3個(gè)是獨(dú)立的，3個(gè)體系方程式的數(shù)目為33個(gè)，但其中獨(dú)立的方程式為32個(gè)。要注意：要注意： 最多可能 當(dāng)有的體系組分?jǐn)?shù)C時(shí)，數(shù)目減少； 當(dāng)未對每個(gè)設(shè)備列物料衡算式時(shí)，數(shù)目減少 例例 47（P8283） 通過例題進(jìn)一步分析為什么獨(dú)立物料衡算式數(shù)目各個(gè)體系獨(dú)立物料衡算式數(shù)目之和 衡算體系選定原則：未知量盡量少。 一連續(xù)穩(wěn)定的精餾系統(tǒng)如圖所示,每個(gè)物流含有兩個(gè)組分A和B,.試計(jì)算F3 、F5 、F7的流率和組成。精餾精餾塔塔I精餾精

37、餾塔塔IIF630kmol/hx6,A=0.6x6,B=0.4F240kmol/hx2,A=0.9x2,B=0.1F430kmol/hx4,A=0.3x4,B=0.7F1100kmol/hx1,A=0.5x1,B=0.5F3F5F7E以精餾以精餾塔塔I作為衡算體系：作為衡算體系：對總物料列衡算式 F1F2+F3F3F1F21004060mol/h對組分A列式 F1x1,AF2x2,A+F3x3,A2333.0FxFxFx3A,22A, 11A,3X3,B=0.7667以節(jié)點(diǎn)以節(jié)點(diǎn)E作作為衡算體系：為衡算體系：對總物料列衡算式 F5F3F4604090mol/h對組分A列式 F5x5,AF3x3

38、,A+F4x4,AX5,B=0.74442556.0FxFxFx5A,44A,33A,5以精餾以精餾塔塔II作作為衡算體系：為衡算體系：對總物料列衡算式 F5F6+F7F7F5-F6903060mol/h對組分A列式 F5x5,AF6x6,A+F7x7,AX7,B=0.91670833.0FxFxFx7A,66A,55A,7可否不利用結(jié)點(diǎn)E作衡算體系完成此計(jì)算，同學(xué)們自己完成?？煞窳谐鏊蟹匠倘缓笄蠼庵?，相比前面做法各有何利弊？第四節(jié)第四節(jié) 有化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算有化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算 48 反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、選擇性及收率反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、選擇性及收率 當(dāng)配比不等于化學(xué)計(jì)量比時(shí)引入以下概念： 1、限制

39、反應(yīng)物、限制反應(yīng)物 化學(xué)反應(yīng)原料不按化學(xué)計(jì)量比配料時(shí)，以 最小化學(xué)計(jì)量數(shù)最小化學(xué)計(jì)量數(shù)存在的反應(yīng)物。 2、過量反應(yīng)物、過量反應(yīng)物 反應(yīng)物的量超過超過限制反應(yīng)物完全反應(yīng)完全反應(yīng)所需的理論量理論量的，該反應(yīng)物叫過量反應(yīng)物。注意： （1）按化學(xué)計(jì)量數(shù)最小化學(xué)計(jì)量數(shù)最小而非絕對量最??； （2）當(dāng)體系有幾個(gè)反應(yīng)時(shí)，按主反應(yīng)計(jì)量關(guān)系考慮； （3）計(jì)算過量反應(yīng)物的理論量理論量時(shí)，限制反應(yīng)物必須完全反應(yīng)完全反應(yīng)（無論實(shí)際情況如何，按轉(zhuǎn)化率100%計(jì)。)3、過量百分?jǐn)?shù)、過量百分?jǐn)?shù) 過量反應(yīng)物超過超過限制反應(yīng)物完全反應(yīng)所需理論量理論量Nt的部分占所需理論量的百分?jǐn)?shù)理論量的百分?jǐn)?shù)。4、轉(zhuǎn)化率、轉(zhuǎn)化率x %100tt

40、eNNN 過量百分?jǐn)?shù)過量百分?jǐn)?shù)= （45）某反應(yīng)物反應(yīng)掉反應(yīng)掉的量占其輸入量輸入量的百分?jǐn)?shù)。反應(yīng)：反應(yīng)：aA+bB cC +dD %100121AAAANNNX反應(yīng)體系反應(yīng)體系NA1NA2對B的x怎樣求之？注意：注意： 1）要注明是指）要注明是指那種那種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率 ；2）反應(yīng)掉的量反應(yīng)掉的量應(yīng)包括主副反應(yīng)消耗的原料應(yīng)包括主副反應(yīng)消耗的原料之和之和； 3）若未指明是那種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，則常指限）若未指明是那種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，則常指限制反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。制反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。限制反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率也叫反應(yīng)完全程度。限制反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率也叫反應(yīng)完全程度。 5、選擇性、選擇性S生成目的產(chǎn)物所消耗

41、的某原料量占該原料生成目的產(chǎn)物所消耗的某原料量占該原料 反應(yīng)量的百分?jǐn)?shù)。反應(yīng)量的百分?jǐn)?shù)。 若有反應(yīng)若有反應(yīng) ：aA dD %10021AADNNdaNS該原料的反應(yīng)量量生成目的產(chǎn)物所耗原料反應(yīng)完全程度反應(yīng)完全程度= 限制反應(yīng)物的反應(yīng)量限制反應(yīng)物的反應(yīng)量限制反應(yīng)物的輸入量限制反應(yīng)物的輸入量6、收率、收率Y 生成目的產(chǎn)物所消耗的某原料量占該原料通入量的百分?jǐn)?shù)。%100%1001ADDNdaNY該原料的通入量料的量生成目的產(chǎn)物所耗某原%100通入的某原料的質(zhì)量目的產(chǎn)物的質(zhì)量WY 質(zhì)量收率：質(zhì)量收率： 例題 苯與丙烯反應(yīng)生產(chǎn)異丙苯，丙烯轉(zhuǎn)化率為84，溫度為523K、壓力1.722MPa、苯與丙烯的摩爾

42、比為5。原料苯中含有5的甲苯，假定不考慮甲苯的反應(yīng)，計(jì)算產(chǎn)物的組成。 反應(yīng)反應(yīng)系統(tǒng)系統(tǒng)F2x2,2x2,3F3F4x4,2x4，3x4,4F1解：畫出流程簡圖下標(biāo)1，2，3，4分別表示丙烯、苯、甲苯和異丙苯選定體系如圖，基準(zhǔn)為原料苯F2=100kmol/h，由題意知：原料丙烯F1=20kmol/h。過程中化學(xué)反應(yīng)式過程中化學(xué)反應(yīng)式73566366HCHCHCHC對丙烯列衡算式：F1反應(yīng)的丙烯F3衡算式：輸入的反應(yīng)掉的+生成的輸出的F3=F1(184）200.163.2kmol/h對苯列衡算式：F2x2,2反應(yīng)的苯F4x4,2F4x4,2=F2x2,284F1100958420 78.2kmol

43、/h 對異丙苯列衡算式：F2x2,4+生成的異丙苯F4x4,4對甲苯列衡算式：F4x4,3 F2x2,21005 5kmol/hF4x4,4 F2x2,4+ 84F10+16.816.8kmol/h濃度限制關(guān)系 x4.2+x4.3+x4.4=1前已求得：F4x4,278.2kmol/h , F4 78.2kmol/h +16.8kmol+5kmol/h100kmol/hF4x4,4 16.8kmol/h,F4x4,35kmol/h x4,278.2% , x4,35% 。x4,4 16.8%，此題還有無更簡便的方法？例48（P85） 思考題： 1、為何取鄰二甲苯投料量作計(jì)算基準(zhǔn)，可否取一 定量

44、產(chǎn)物混合物作基準(zhǔn)？ 2、O2的理論量是按投入的鄰二甲苯量還是按反應(yīng)的鄰二甲苯量計(jì)算的？ 3、為什么可由投料中N2的量及產(chǎn)物氣中N2 的量來求算產(chǎn)物的量？ 4、注意在苯酐、順酐的收率及選擇性的求取中各數(shù)據(jù)的意義。 例49 自己看。49 一般反應(yīng)過程的物料衡算一般反應(yīng)過程的物料衡算 一、直接求算法一、直接求算法 (利用化學(xué)計(jì)量關(guān)系計(jì)算物流組成利用化學(xué)計(jì)量關(guān)系計(jì)算物流組成) 已知化學(xué)計(jì)量式,若已給出反應(yīng)進(jìn)程變量,可直接由初始反應(yīng)物組成計(jì)算反應(yīng)產(chǎn)物組成,或由產(chǎn)物組成去反算所要求的原料組成,從而完成物料衡算。例題 乙烷與氧氣混合得到含80乙烷和20氧的混合物，然后再在200的空氣過量分?jǐn)?shù)下燃燒，結(jié)果有8

45、0的乙烷變?yōu)镃O2，10變?yōu)镃O，10未燃燒，計(jì)算廢氣組成（以濕基表示）。解：據(jù)題意，送入的氧應(yīng)為C2H6完全燃燒所需氧量的3倍，畫出過程示意圖取80kmol進(jìn)料乙烷為計(jì)算基準(zhǔn)過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：燃燒系統(tǒng)燃燒系統(tǒng)nC2H6=80kmolnO2=20kmoln空氣空氣,O2,N2廢氣廢氣nnCO2nCOnH2OnC2H6nO2nN2OHCOOHCOHCOOHC22622226232253227C2H6的理論需氧量 nt=803.5=280kmol實(shí)際用氧量3280840kmol應(yīng)由空氣供入的氧量84020820kmol由空氣帶入的氮量82079213085kmol廢氣中CO2的量nCO2=8

46、00.82=128kmol廢氣中CO的量nCO=800.12=16kmol廢氣中H2O的量nH2O=800.93=216kmol廢氣中C2H6的量nC2H6=800.1=8kmol廢氣中N2的量nN2=3085kmol廢氣中O2的量nO2=840800.83.5 800.12.5=596kmol廢氣n=nCO2+nCO+nH2O+nC2H6+nO2+nN2=128+16+216+8+596+3085=4049kmol衡算式：輸入的反應(yīng)掉的+生成的輸出的由上數(shù)據(jù)求濕基廢氣組成lCO2 3.16，CO 0.40，H2O 5.33，lO2 14.72，N2 76.19，C2H6 0.20。分析：（1

47、）由于輸出方的組分摩爾分?jǐn)?shù)均未知，使用組分摩爾數(shù)作為未知變量計(jì)算要比使用組分摩爾分?jǐn)?shù)更為簡便。（2）反應(yīng)物中C2H6是限制反應(yīng)物，故進(jìn)入的氧應(yīng)該是C2H6完全燃燒所需理論氧量的3倍。（3）在產(chǎn)物中有O2和C2H6(未轉(zhuǎn)化的)存在，這是空氣過量分?jǐn)?shù)過大的結(jié)果例410（P8788） 思考題： 為什么選取1kmol對硝基氯苯作基準(zhǔn)？例411（P88）思考題： 為什么選取一定量的原料氣作計(jì)算基準(zhǔn)？ 二、元素衡算二、元素衡算l 反應(yīng)過程物料衡算，如知化學(xué)計(jì)量式，使用物流中各個(gè)組分衡算比較方便，但反應(yīng)前后的摩爾衡算和總摩爾衡算一般不滿足守恒關(guān)系?？傎|(zhì)量衡算在反應(yīng)前后雖可保持守恒，但不同組分的質(zhì)量在反應(yīng)前后

48、又是變化的。進(jìn)行元素衡算時(shí)，由于元素在反應(yīng)過程中具有不變性，用元素的摩爾數(shù)或質(zhì)量進(jìn)行衡算都能保持守恒關(guān)系，且計(jì)算形式比較簡單，校核較方便，尤其對反應(yīng)過程比較復(fù)雜，組分間計(jì)量關(guān)系難以確定的情況，多用此法。 輸入某元素的量輸入某元素的量=輸出同元素量輸出同元素量例題：三氯苯可作干洗劑，由苯氯化制取，由于連串反應(yīng)會(huì)同時(shí)生成各種取代物：C6H6Cl2 C6H5Cl+HCl （a）C6H5ClCl2 C6H4Cl2+HCl （b）C6H4Cl2Cl2 C6H3Cl3+HCl （c）C6H3Cl3Cl2 C6H2Cl4+HCl （d）進(jìn)料氯氣與苯的摩爾比為3.6：1，反應(yīng)后的Cl2和HCl呈氣相逸出，得到

49、液相組成為C6H61， C6H5Cl 7， C6H4Cl212， C6H4Cl375， C6H2Cl45,苯的投料量為1000mol/h。求液相產(chǎn)物與氣相產(chǎn)物的排出量，mol/h。解：過程示意圖及物流標(biāo)注如圖取單位時(shí)間為計(jì)算基準(zhǔn)系統(tǒng)有C、H、Cl三個(gè)元素，可列三個(gè)元素衡算式nC6H6=1000mol/hnCl2=3600mol/h氣相氣相n nCl2, nHCl,液相液相n1xC6H6=0.01xC6H5Cl=0.07 xC6H4Cl2=0.12 xC6H3Cl3=0.75 xC6H2Cl4=0.05氯化反應(yīng)器氯化反應(yīng)器lC衡算 6nC6H6=n1(6x1，C6H6+6x1，C6H5Cl +6

50、x1，C6H4Cl2+6x1， C6H3Cl3+6x1，C6H2Cl4)所以 n1=nC6H6=1000mol/hH衡算 6nC6H6=nHCl+n1(6x1，C6H6+5x1，C6H5Cl +4x1，C6H4Cl2+3x1 ，C6H3Cl3+2x1，C6H2Cl4) 6000=nHCl+3240所以 nHCl=2760mol/hlCl 衡算 2 nCl2=nHCl+2nCl2+n1(x1，C6H5Cl +2x1，C6H4Cl2+3x1 C6H3Cl3+4x1，C6H2Cl4) 7200=2760+2nCl2+10002.76所以 nCl2=3600-1380-1380=840mol/h例41

51、2（P89） 思考題思考題： 1、該題目有何特點(diǎn)，為什么用元素衡算方便？ 2、可否對C元素作衡算求解該問題？ 例413（P8990） 思考題思考題： 為什么選取一定量的干產(chǎn)物氣作計(jì)算基準(zhǔn)？ 利用元素衡算和利用組分衡算方法選擇的原則： （1）組分組分衡算式的各項(xiàng)與衡算式的各項(xiàng)與反應(yīng)進(jìn)度反應(yīng)進(jìn)度有關(guān)，若有關(guān)，若已知已知獨(dú)立反應(yīng)的反應(yīng)進(jìn)度或轉(zhuǎn)化率等獨(dú)立反應(yīng)的反應(yīng)進(jìn)度或轉(zhuǎn)化率等進(jìn)程變量進(jìn)程變量,使用組分衡算比較方便。使用組分衡算比較方便。 （2）元素元素衡算式各項(xiàng)均與衡算式各項(xiàng)均與組分變化量組分變化量有關(guān)，如有關(guān)，如 組分在反應(yīng)前后的組分在反應(yīng)前后的變化量已知變化量已知，則用元素衡算，則用元素衡算 求

52、未知物流量較方便。求未知物流量較方便。 （3）若只知進(jìn)出物料的）若只知進(jìn)出物料的組成或量組成或量，而發(fā)生的，而發(fā)生的具體具體 反應(yīng)不知反應(yīng)不知，這時(shí)用元素衡算方便，該法僅與組這時(shí)用元素衡算方便，該法僅與組 分有關(guān)，與具體反應(yīng)無關(guān)。分有關(guān)，與具體反應(yīng)無關(guān)。（4）對）對多單元多單元系統(tǒng)，逐個(gè)系統(tǒng)，逐個(gè)單元單元進(jìn)行元素衡算反進(jìn)行元素衡算反 而煩瑣，常采用而煩瑣，常采用組分衡算組分衡算，但對，但對總系統(tǒng)總系統(tǒng)使用使用 元素衡算元素衡算可以不考慮系統(tǒng)內(nèi)部組分的種種變可以不考慮系統(tǒng)內(nèi)部組分的種種變 化，卻有方便之處。靈活地將元素衡算和組化，卻有方便之處。靈活地將元素衡算和組 分衡算結(jié)合起來，?？珊喕?jì)算分

53、衡算結(jié)合起來，常可簡化計(jì)算 （5）燃料）燃料燃燒燃燒過程中，若給出燃料的元素分過程中，若給出燃料的元素分析和產(chǎn)物的組成分析，使用析和產(chǎn)物的組成分析，使用元素元素衡算較宜。衡算較宜。三、利用聯(lián)系物作衡算 聯(lián)系物聯(lián)系物隨物料輸入體系，但完全不參加隨物料輸入體系，但完全不參加反應(yīng)反應(yīng),又隨物料從體系輸出的組分，在整個(gè)反應(yīng)又隨物料從體系輸出的組分，在整個(gè)反應(yīng)過程過程中，它的中，它的數(shù)量不變數(shù)量不變。寫出形式簡單，只包括兩個(gè)物料的物料平衡 式：PTFTPxFx或或FTPTxxPF上式中參數(shù)適用單位 ？ 選擇聯(lián)系物，先分析：什么組分以固定的量和形態(tài)未經(jīng)變化的由一個(gè)物料到另一個(gè)物料中去。未經(jīng)變化，反應(yīng)不行，

54、固定的量，有損失不可。某個(gè)某個(gè)元素元素 或某個(gè)不變的或某個(gè)不變的基團(tuán)基團(tuán)也可作聯(lián)系組分。也可作聯(lián)系組分。 選擇聯(lián)系物時(shí)應(yīng)注意：選擇聯(lián)系物時(shí)應(yīng)注意：（1）當(dāng)體系中有）當(dāng)體系中有多個(gè)多個(gè)惰性組分時(shí)，可用其惰性組分時(shí)，可用其總量總量作聯(lián)系物；作聯(lián)系物；（2）當(dāng)惰性組分）當(dāng)惰性組分量很少量很少時(shí)，且分析時(shí)，且分析誤差大誤差大時(shí)，該時(shí)，該組分組分不宜不宜作聯(lián)系物。此時(shí)將引入大的計(jì)算誤差。作聯(lián)系物。此時(shí)將引入大的計(jì)算誤差。例415 P92 思考題：為什么選取N2作聯(lián)系物？ 例416 P9394 思考題： 1、為什么選取100mol煙道氣作計(jì)算基準(zhǔn)？ 2、為什么選取N2作聯(lián)系物？例題例題.乙烷與空氣在爐子里

55、完全燃燒，反應(yīng)式乙烷與空氣在爐子里完全燃燒，反應(yīng)式 C2H6 +3.5 O2 2CO2 + 3H2O經(jīng)分析知煙道氣的干基組成（經(jīng)分析知煙道氣的干基組成（mol%）為：）為：N2，85%；CO2，10.1%；O2，4.9% 。 試求進(jìn)料中空試求進(jìn)料中空氣與乙烷的摩爾比。氣與乙烷的摩爾比。解：畫出物料流程圖解：畫出物料流程圖燃燃 燒燒 爐爐F乙烷乙烷A空氣空氣N2 79 O2 21P煙道氣煙道氣N2 85CO2 10.1 O2 4.9取取100kmol/h煙道氣為計(jì)算基準(zhǔn)（可否取其它基準(zhǔn)？）煙道氣為計(jì)算基準(zhǔn)（可否取其它基準(zhǔn)？）l利用N2為聯(lián)系物，l79%A85%P A107.595kmol/hl對

56、碳元素作衡算: 10.1%P=2Fl所以 F5.05kmol/hlA/F=107.595/5.05=21.3能否用其它方法求之？能否用其它方法求之？補(bǔ)充例題：補(bǔ)充例題： 進(jìn)行某種燃料完全燃燒實(shí)驗(yàn)以確定適宜的空氣過量百分進(jìn)行某種燃料完全燃燒實(shí)驗(yàn)以確定適宜的空氣過量百分?jǐn)?shù)和生成的煙道氣體積。燃料分析含數(shù)和生成的煙道氣體積。燃料分析含C 88%，H 12%（質(zhì)量（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)），由于缺少流量測量裝置，只知煙道氣分析結(jié)果為百分?jǐn)?shù)），由于缺少流量測量裝置，只知煙道氣分析結(jié)果為：CO2 13.4%；O23.6%；N283%（干基體積百分?jǐn)?shù)）。（干基體積百分?jǐn)?shù)）。解：解：1、分析題意并畫出過程示意圖、分析題意

57、并畫出過程示意圖燃燒過程燃燒過程原料原料G %12%88HCWW%83%6.3%4.13222NOCOyyy 水汽水汽Wkmol 空氣空氣Akmol干干煙道煙道氣氣F (2) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果為完全燃燒，故煙道氣中必含水蒸實(shí)驗(yàn)結(jié)果為完全燃燒，故煙道氣中必含水蒸汽，其完全由燃料轉(zhuǎn)化而來；已知煙道氣干基組成，汽，其完全由燃料轉(zhuǎn)化而來；已知煙道氣干基組成，將水蒸氣和煙道氣分成兩股物流計(jì)算將水蒸氣和煙道氣分成兩股物流計(jì)算 更方便。更方便。 (3) N2是由空氣帶入的不變組分，可作為聯(lián)系組分。是由空氣帶入的不變組分，可作為聯(lián)系組分。 (4) 原料結(jié)構(gòu)不明，應(yīng)使用元素衡算，因原料結(jié)構(gòu)不明，應(yīng)使用元素衡算，因C和和

58、H元素各自完整地轉(zhuǎn)移到煙道氣和水蒸氣中，它們元素各自完整地轉(zhuǎn)移到煙道氣和水蒸氣中，它們也可作為聯(lián)系組分也可作為聯(lián)系組分 （5）元素衡算可用質(zhì)量單位，但本例物流多為氣相）元素衡算可用質(zhì)量單位，但本例物流多為氣相，給出的是摩爾組成，故采用摩爾計(jì)算略為簡便。，給出的是摩爾組成，故采用摩爾計(jì)算略為簡便。 （1）各物）各物流量均未知流量均未知，但組成分析已知。，但組成分析已知。 2、計(jì)算 基準(zhǔn)F=100kmol干煙道氣為基準(zhǔn)。（可否取可取100kg燃料或100kmol 空氣為基準(zhǔn)） 查得C和H千摩爾質(zhì)量分別為12.01kg/kmol和1.008kg/kmol。由聯(lián)系物N2求空氣量A83.079.0FAk

59、molA1 .105 由聯(lián)系物C衡算求燃料量G 134. 001.1288. 0FG G=182.9kg 由氧衡算求水量W 反應(yīng)：C+O2 CO2； 2H+O2 H2O 空氣中氧的量=干煙道氣中的氧的量+CO2中氧量 +水汽中氧的量 利用聯(lián)系物H衡算水汽量更簡便 kmolWWFA14.102)036.0134.0(21.0解得；kmolGW89.10008. 12%12兩W間誤差達(dá)7%，顯然非舍入誤差。 計(jì)算空氣過量百分?jǐn)?shù) 先計(jì)算理論空氣量At 本例中空氣過量百分?jǐn)?shù)也可由干基煙道氣實(shí)測O2%計(jì)算 %5 .19%100%6 . 3100%211 .105%6 . 3100%100222的量剩余的

60、量進(jìn)入的量剩余OOO%1 .17%10074.8974.891 .105%10074.8921. 014008. 112. 09 .18201.1288. 09 .182tttAAAkmolA空氣過量百分?jǐn)?shù)3、計(jì)算結(jié)果分析 （1） 利用聯(lián)系物常可立即求得某些物流量或組成，從而簡化計(jì)算。 （2） 校核結(jié)果有較大誤差，主要是物料組成的分析誤差所致。因此，利用聯(lián)系組分衡算，從組成求物流量時(shí)，組成分析數(shù)據(jù)必須力求準(zhǔn)確。 （3）通常因元素分析結(jié)果要比目前工業(yè)煙道氣組成分析（使用奧氏氣體分析儀）準(zhǔn)確。因此，采用H衡算得水汽量要比由O2衡算的結(jié)果更可靠（O2衡算時(shí)還涉及兩個(gè)大數(shù)相減，會(huì)進(jìn)一步增加誤差）。所以