化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算分享資料

1、1 CO 變換 CO2脫除 分流 混合 轉(zhuǎn)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 2321m3.h-1 例4-222例 甲苯催化加氫脫甲基制苯，主反應(yīng)和副反應(yīng)甲苯催化加氫脫甲基制苯，主反應(yīng)和副反應(yīng)主反應(yīng)：主反應(yīng)：副反應(yīng)：副反應(yīng)： 以純氫和純甲苯為原料，進入反應(yīng)器的氫與甲苯之比為以純氫和純甲苯為原料，進入反應(yīng)器的氫與甲苯之比為5:1（摩爾比）。甲苯的單程轉(zhuǎn)化率為（摩爾比）。甲苯的單程轉(zhuǎn)化率為80%，生成苯的選擇性為，生成苯的選擇性為98%，未反應(yīng)的甲苯和產(chǎn)物苯作為產(chǎn)品物流輸出體系，氫和，

2、未反應(yīng)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甲烷循環(huán)。要求混合原料中甲烷含量不大于10%，計算排放，計算排放比及各物流的組成。比及各物流的組成。4662356CHHCHCHHC423567CH10HCHHC3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(yīng)器 分離器 R R1 H2 R3 CH4 W

3、W1 ：H2 W3：CH4 4（1）流程中物料流股各物質(zhì)流量的下標(biāo)編號盡可能保持一致，下標(biāo)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(shè)其為基準后可先對反應(yīng)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(yīng)稍稍大于此值。5基準：進反應(yīng)器混合原料：基準：進反應(yīng)器混合原料：100衡算體系：反應(yīng)器衡算體系：反應(yīng)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：出料：C6H5CH3的剩余：的剩余： 1hmol113h10

4、mol10%h100molMF1121hmol100hmol10MFMF5MFMF2111h75molMF12hmol15MF1122hmol32 . 0hmol15%)801 ( MFRP6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： 124hmol76.11%98%80 MFRP113223hmol44.23hmol)1068. 176.11(7%)981 (%80%98%80MFMFMFRP112211hmol84.60hmol)4 . 276.1175(10%)981 (%80%98%80MFMFMFRP11hmol04.99hmol)76.114

5、4.23384.60(RP7反應(yīng)器出口物料的組成：反應(yīng)器出口物料的組成： 衡算體系：分離器衡算體系：分離器 6134. 004.9984.601RPx0303. 004.9932RPx2369. 004.9944.233RPx1187. 004.9976.114RPx-122 P =RP =3mol.h-144 P =RP =11.76 mol.h11hmol76.14h11.76)mol(3P8則：則： 則：則： 由分流器的特征，有：由分流器的特征，有： ，2033. 076.143x2P7967. 076.1476.11x4P111mol.h84.60RPS133mol.h44.23RPS

6、11hmol28.84hmol)44.2384.60(S7219. 028.8484.601sx2781. 028.8444.233sx11SRxx33SRxx9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）、（）、（5）、（）、（6）式解得：）式解得： 333RRxRMF22FFMF 111RRxFFMF1hmol96.35R12hmol15FF11hmol04.49FF11hmol04.64hmol)1504.49(FF10組分組分 H2 C6H5CH3 CH4 C6H6 合計合計 物質(zhì)的量（molh-1

7、） 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 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

8、 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(jié)果匯總列表如下表計算結(jié)果匯總列表如下表 115/3/2022單元1 數(shù)據(jù)處理第5節(jié) 物料衡算的計算機解題 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 12312312231425427xxxxxxxx11222,312,0.533322131213142540412120702.51.56.5 xxxxxx 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

9、行各元素依次減去第120.625321310412000.8755.25xxx 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解, ,從而得出從而得出 x3=6、x2=1、x1=9 返回返回125/3/2022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(qū)動相結(jié)合求解單元格驅(qū)動相結(jié)合求解 返回返回回代回代:x3=D16/C16 =6135/3/2022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

10、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):MdetermMinverseMmult145/3/2022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

11、”,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?；輸入：?？勺儐卧褫斎肟蛑?；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。 155/3/2022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”?？勺儐卧褫斎肟蛑校惠斎耄??？勺儐卧褫斎肟蛑校惠斎耄?A$33:$A$35。 165/3/2022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)