第三章物料衡算和能量衡算上課課件

第三章物料衡算和能量衡算上課2023/6/6第三章物料衡算和能量衡算上課主要內容物料衡算能量衡算化工模擬軟件在化工設計中的應用132第三章物料衡算和能量衡算上課物料衡算的目的和意義1、確定主、副產品的產量，原材料的消耗量，生產過程的物料損耗，各單元設備的流體流量及其組成以及“三廢”的生成量判斷是否達到設計要求（產品的技術經濟指標）。2、作為能量衡算的基礎。3、根據(jù)物料及能量衡算結果對生產設備和生產輔助設備進行設計和選型，對過程所需設備的投資及其可行性進行評價。第三章物料衡算和能量衡算上課3.1物料衡算物料衡算—運用質量守恒定律，對化工過程或設備進行定量計算。一、物料衡算依據(jù)

1.理論依據(jù)——質量守恒定律物料衡算范圍單元操作的物料衡算——化工設備設計的前提化工過程的物料衡算——化工過程設計的前提第三章物料衡算和能量衡算上課物料衡算的一般表達式為：

輸入量－輸出量＋生成量－消耗量＝積累量

對穩(wěn)定操作過程，積累量=0輸入量-輸出量+生成量-消耗量=0對無化學反應的過程：輸入量－輸出量＝積累量

對無化學反應的穩(wěn)定操作過程：輸入量＝輸出量

第三章物料衡算和能量衡算上課2.數(shù)據(jù)基礎

(1)技術方案、操作方法、生產能力、年工作時。(2)建設單位或研究單位的要求、設計參數(shù)、小試及中試數(shù)據(jù)：化工單元過程的化學反應式、原料配比、轉化率、選擇率、總收率，催化劑狀態(tài)、用量、回收方法、安全性能等；原料及產品的分離方式，分離劑的用量，各步的回收率；特殊化學品的物性：沸點、熔點、飽和蒸汽壓、閃點等。(3)工藝流程示意圖。第三章物料衡算和能量衡算上課二、物料衡算基準

物料衡算時須選擇計算基準，并在計算過程中保持一致。一般計算過程的基準有以下幾種：⑴時間基準：連續(xù)（小時，天……）間歇（釜，批……）⑵質量基準kg，mol，kmol……⑶體積基準m3（STP）⑷干濕基準干基（不含水），濕基（含水）例：100kg濕物料，其中含水10kg，按濕基：含水率為10%；若按干基：含水率為10/（100-10）×100%=11.11%實際計算時，必須根據(jù)具體情況選擇合適的基準，過程的物料衡算及能量衡算應在同一基準上進行。第三章物料衡算和能量衡算上課三、物料衡算的基本程序

(1)確定衡算對象和范圍，畫出計算對象的草圖。注意物料種類和走向，明確輸入和輸出。(2)確定計算任務，明確已知項、待求項，選擇數(shù)學公式，力求使計算方法簡化。(3)確定過程所涉及的組分，并對所有組分依次編號。(4)對物流的流股進行編號，并標注物流變量。(5)收集數(shù)據(jù)資料（設計任務所規(guī)定已知條件，與過程有關物理化學參數(shù)）：

生產規(guī)模（設計任務所規(guī)定，t/年）和生產時間（指全年有效生產天數(shù)300~330天/年，計約8000h）。有關定額的技術指標，通常指產品單耗、配料比、循環(huán)比、固液比、氣液比、回流比、利用率、單程收率、回收率等等。第三章物料衡算和能量衡算上課原輔材料、產品、中間產品的規(guī)格；與過程有關有物理化學參數(shù)，如臨界參數(shù)、密度或比體積、狀態(tài)方程參數(shù)、蒸汽壓、氣液平衡常數(shù)或平衡關系等。(6)列出過程全部獨立物料平衡方程式及其相關約束式，對有化學反應的還要寫出化學反應方程式，指出其轉化率和選擇性。約束式分數(shù)約束式設備約束式①進料配比為一常數(shù)；②分流器出口物流具有相同的組成；③相平衡常數(shù)；④化學反應平衡常數(shù)；⑤化學反應的轉化率、選擇性或其他限度。第三章物料衡算和能量衡算上課①畫出流程示意圖。②列出已知數(shù)據(jù)。③列出由物料平衡所需求解的問題。④決定系統(tǒng)的邊界。⑤寫出主、副產品的化學反應方程式。⑥約束條件確定。⑦選擇計算基準。⑧進行物料平衡計算。⑨列出物料平衡表，并進行校核。⑩寫出結論。

物料衡算的方法和步驟

第三章物料衡算和能量衡算上課一種廢酸，組成為23％(質量％)HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的濃H2SO4及90％的濃HNO3

，要求混合成27％HNO3及60％H2SO4的混合酸，計算所需廢酸及加入濃酸的數(shù)量?；旌掀鲝U酸濃硝酸濃硫酸混合酸第三章物料衡算和能量衡算上課①畫出流程示意圖。②列出已知數(shù)據(jù)。③列出由物料平衡所需求解的問題。④決定系統(tǒng)的邊界。⑤寫出主、副產品的化學反應方程式。⑥約束條件確定。⑦選擇計算基準。⑧進行物料平衡計算。⑨列出物料平衡表，并進行校核。⑩寫出結論。

物料衡算的方法和步驟

第三章物料衡算和能量衡算上課一種廢酸，組成為23％(質量％)HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的濃H2SO4及90％的濃HNO3

，要求混合成27％HNO3及60％H2SO4的混合酸，計算所需廢酸及加入濃酸的數(shù)量。混合器廢酸濃硝酸HNO3H2O濃硫酸H2SO4H2OHNO3

0.23H2SO4

0.57H2O0.20混合酸HNO3H2SO4H2O0.900.100.930.070.270.600.13第三章物料衡算和能量衡算上課①畫出流程示意圖。②列出已知數(shù)據(jù)。③列出由物料平衡所需求解的問題。④決定系統(tǒng)的邊界。⑤寫出主、副產品的化學反應方程式。⑥約束條件確定。⑦選擇計算基準。⑧進行物料平衡計算。⑨列出物料平衡表，并進行校核。⑩寫出結論。

物料衡算的方法和步驟

第三章物料衡算和能量衡算上課混合器廢酸HNO3

0.23H2SO4

0.57H2O0.20混合酸HNO3H2SO4H2Oykgzkgxkg0.900.100.930.070.270.600.13一種廢酸，組成為23％(質量％)HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的濃H2SO4及90％的濃HNO3

，要求混合成27％HNO3及60％H2SO4的混合酸，計算所需廢酸及加入濃酸的數(shù)量。濃硝酸HNO3H2O濃硫酸H2SO4H2O第三章物料衡算和能量衡算上課①畫出流程示意圖。②列出已知數(shù)據(jù)。③列出由物料平衡所需求解的問題。④決定系統(tǒng)的邊界。⑤寫出主、副產品的化學反應方程式。⑥約束條件確定。⑦選擇計算基準。⑧進行物料平衡計算。⑨列出物料平衡表，并進行校核。⑩寫出結論。

物料衡算的方法和步驟

第三章物料衡算和能量衡算上課一種廢酸，組成為23％(質量％)HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的濃H2SO4及90％的濃HNO3

，要求混合成27％HNO3及60％H2SO4的混合酸，計算所需廢酸及加入濃酸的數(shù)量?；旌掀鲝U酸HNO3

0.23H2SO4

0.57H2O0.20混合酸HNO3H2SO4H2Oykgzkgxkg0.900.100.930.070.270.600.13濃硝酸HNO3H2O濃硫酸H2SO4H2O第三章物料衡算和能量衡算上課①畫出流程示意圖。②列出已知數(shù)據(jù)。③列出由物料平衡所需求解的問題。④決定系統(tǒng)的邊界。⑤寫出主、副產品的化學反應方程式。⑥約束條件確定。⑦選擇計算基準。⑧進行物料平衡計算。⑨列出物料平衡表，并進行校核。⑩寫出結論。

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第三章物料衡算和能量衡算上課基準：100kg混合酸混合器廢酸HNO3

0.23H2SO4

0.57H2O0.20混合酸HNO3H2SO4H2Oykgzkgxkg0.900.100.930.070.270.600.13濃硝酸HNO3H2O濃硫酸H2SO4H2O第三章物料衡算和能量衡算上課①畫出流程示意圖。②列出已知數(shù)據(jù)。③列出由物料平衡所需求解的問題。④決定系統(tǒng)的邊界。⑤寫出主、副產品的化學反應方程式。⑥約束條件確定。⑦選擇計算基準。⑧進行物料平衡計算。⑨列出物料平衡表，并進行校核。⑩寫出結論。

物料衡算的方法和步驟

第三章物料衡算和能量衡算上課總物料衡算式：

x+y+z=100組分衡算式：H2SO4

0.57x+0.93z=100*0.6=60HNO3

0.23x+0.90y=100*0.27=27解得：x=41.8kg；y=19.2kg；z=39kg混合器廢酸HNO3

0.23H2SO4

0.57H2O0.20混合酸HNO3H2SO4H2Oykgzkgxkg0.900.100.930.070.270.600.13濃硝酸HNO3H2O濃硫酸H2SO4H2O第三章物料衡算和能量衡算上課①畫出流程示意圖。②列出已知數(shù)據(jù)。③列出由物料平衡所需求解的問題。④決定系統(tǒng)的邊界。⑤寫出主、副產品的化學反應方程式。⑥約束條件確定。⑦選擇計算基準。⑧進行物料平衡計算。⑨列出物料平衡表，并進行校核。⑩寫出結論。

物料衡算的方法和步驟

第三章物料衡算和能量衡算上課物料平衡表輸入輸出組分質量/kg組分質量/kg廢酸廢酸中的硝酸廢酸中的硫酸廢酸中的水濃硝酸濃硝酸中的硝酸濃硝酸中的水濃硫酸濃硫酸中的硫酸濃硫酸中的水總計41.89.623.88.419.217.281.923936.272.73100混合酸混合酸中的濃硝酸混合酸中的濃硫酸混合酸中的H2O總計100602713100第三章物料衡算和能量衡算上課校核結果：依據(jù)水平衡混合器廢酸HNO3

0.23H2SO4

0.57H2O0.20混合酸HNO3H2SO4H2Oykgzkgxkg0.900.100.930.070.270.600.13濃硝酸HNO3H2O濃硫酸H2SO4H2O第三章物料衡算和能量衡算上課①畫出流程示意圖。②列出已知數(shù)據(jù)。③列出由物料平衡所需求解的問題。④決定系統(tǒng)的邊界。⑤寫出主、副產品的化學反應方程式。⑥約束條件確定。⑦選擇計算基準。⑧進行物料平衡計算。⑨列出物料平衡表，并進行校核。⑩寫出結論。

物料衡算的方法和步驟

第三章物料衡算和能量衡算上課

二、無化學反應的物料衡算一個設備簡單過程整個過程（可簡化為一個設備單元）多單元系統(tǒng)：對有數(shù)個單元設備的系統(tǒng)中的每一個設備都要計算其流量及組成。第三章物料衡算和能量衡算上課精餾例1：以苯為溶劑，用共沸精餾法分離乙醇－水混合物，制取純乙醇。假定料液混合物含水60%，乙醇40%，在精餾塔餾出液中含苯75%，水24%，其余為醇（組成均為質量分數(shù)）。若要求乙醇生產量為1000kg／h，試計算精餾中所需的苯量。簡單過程第三章物料衡算和能量衡算上課解：畫出流程示意圖。總物料平衡式：

F1＋F2=F3＋F4組分物料平衡式：苯平衡：

F2=0.75F3水平衡：

0.6F1=0.24F3解得

F1=2667kg／h,F2=5000kg／h,F3=6667kg／h校核：依據(jù)醇平衡：0.4F1=0.01F3+F4

左右兩邊相等，結果準確。F1？料液F2？苯

F3？餾出液

F4=1000kg/h乙醇產品乙醇40%水60%乙醇1%水24%苯75%第三章物料衡算和能量衡算上課對系統(tǒng)中的每一個設備都要計算其流量及組成，這種系統(tǒng)就稱為多單元系統(tǒng)。如下圖即為多單元系統(tǒng)12435單元Ⅰ單元Ⅱ多單元系統(tǒng)Fx1，x1’D1xD1，xD1’D2xD2，xD2’W1

xW1xW1’W2xW2，xW2’第三章物料衡算和能量衡算上課結論：兩單元過程可處理為：單元Ⅰ、單元Ⅱ和總過程單元可列平衡方程：兩組單元平衡方程式和一組總平衡方程式。其中每一組方程均由S個獨立的物料平衡方程式所構成。第三章物料衡算和能量衡算上課多單元系統(tǒng)例2：造紙廠的堿回收工段有一個四效蒸發(fā)器，將造紙廢液（簡稱黑液）濃縮，供料方式為Ⅲ→Ⅳ→Ⅱ→Ⅰ，蒸發(fā)器的總處理能力為80000kg／h,從含15%（質量分數(shù)，下同）固形物濃縮到含60%固形物，第Ⅲ效后含17.8%固形物，第Ⅳ效后含22.6%固形物，第Ⅱ效后含31.5%固形物。按以上要求計算總蒸發(fā)水量和每一效蒸發(fā)器的蒸發(fā)水量。解題思路：畫出流程示意圖→列出已知數(shù)據(jù)→列出待求解數(shù)據(jù)→確定系統(tǒng)的邊界→列衡算式→結論。第三章物料衡算和能量衡算上課解：畫出流程示意圖，如圖所示。

80000kg/h15%ⅢⅣⅡⅠ蒸汽60%31.5%22.6%17.8%第三章物料衡算和能量衡算上課F進X進=（F進－W）X出式中

F進——進口料液的流量，kg／h；

X進——進口料液的質量分數(shù)，%；

X出——出口料液的質量分數(shù)，%；

W——當效的蒸發(fā)水量，kg／h.由上式可以得到

W=F進（1－X進／X出）則總的蒸發(fā)水量為

W總=80000×（1－15／60）=60000kg／h第三章物料衡算和能量衡算上課第Ⅲ效的蒸發(fā)水量

WⅢ=80000×（1－15／17.8）=12600kg／h第Ⅳ效的蒸發(fā)水量為WⅣ=67400×（1－17.8／22.6）=14300kg／h第Ⅱ效的蒸發(fā)水量為

WⅡ=53100×（1－22.6／31.5）=15000kg／h第Ⅰ效的蒸發(fā)水量為

WⅠ=53100×（1－22.6／31.5）=15000kg／h校核：W總=WⅠ+

WⅡ+

WⅢ+WⅣ結論：W總=60000kg／h；WⅢ=12600kg／h；WⅣ=14300kg／h；WⅡ=15000kg／h；WⅠ=18100kg／h。第三章物料衡算和能量衡算上課1:在過濾機中將含有20%（質量分數(shù)）的固體料漿進行過濾，固體料漿的進料流量為1000kg∕h，過濾后濾餅含有90%（質量分數(shù)）的固體，而濾液含有1%（質量分數(shù)）的固體，試計算濾液和濾餅的流量。

練習：簡單過程第三章物料衡算和能量衡算上課解：畫出流程示意圖，如圖所示。

過濾機料漿

F1=1000kg∕h20%固體80%液體濾液

F2=？kg∕h1%固體99%液體

濾餅

F3=？kg∕h90%固體10%液體

第三章物料衡算和能量衡算上課總平衡式輸入的料漿=輸出的濾液+輸出的濾餅F1=F2＋F3液體平衡式料漿中的液體=濾液中的液體＋濾餅中的液體F1X11=F2X21＋F3X31代入已知數(shù)據(jù)，得方程式

1000=

F2＋F3

0.8×1000=0.99F2＋0.10F3解方程式得：F2=786.5kg／hF3=213.5kg／h固體平衡式校核：0.2×1000=0.01×786.5＋0.9×213.5平衡式兩邊相等，故答案正確。第三章物料衡算和能量衡算上課

三、反應過程的物料衡算理論消耗量：只和化學反應有關原材料的消耗定額實際消耗量：極少等于理論量衡量實際消耗量和理論消耗量差別的指標：轉化率、選擇性、收率、限制反應物、過量反應物。第三章物料衡算和能量衡算上課

1、轉化率（x）

轉化率：原料中某一反應物轉化掉的量（摩爾）與初始反應物的量（摩爾）的比值，它是化學反應進程的一個標志。單程轉化率=×100％總轉化率=×100％可簡寫成

轉化率=×100％

數(shù)學表達式為:=

第三章物料衡算和能量衡算上課

2、選擇性（β）選擇性：當同一種原料可以轉化為幾種產物，即同時存在主反應和副反應時，選擇性表示實際轉化為目的產物的原料的量（摩爾）與被轉化掉的原料的量（摩爾）的比值。選擇性=×100％數(shù)學表達式為:β=

第三章物料衡算和能量衡算上課

3、收率（Ψ）收率：原料轉化為目的產物的量（摩爾）與進反應系統(tǒng)的初始量（摩爾）的比值。

收率=

數(shù)學表達式為:Ψ=

收率=轉化率×選擇性

Ψ=β第三章物料衡算和能量衡算上課

4、限制反應物與過量反應物限制反應物：在參與反應的反應物中，以最小化學計量存在的反應物為限制反應物。過量反應物：在參與反應的反應物中，超過化學計量的反應物為過量反應物。反應物的過量程度，通常以過量百分數(shù)來表示，即

過量程度=×100％第三章物料衡算和能量衡算上課

練習（轉化率、選擇性、收率的計算）

例：已知丙烯氧化法生產丙烯醛的一段反應器，原料丙烯投料量為600kg/h，出料中有丙烯醛640kg/h，另有未反應的丙烯25kg/h，試計算原料丙烯的轉化率、選擇性及丙烯醛的收率。一段反應器丙烯600kg/h丙烯25kg/h丙烯醛640kg/h解：丙烯氧化生成丙烯醛的化學反應方程式：第三章物料衡算和能量衡算上課丙烯的轉化率：丙烯醛的收率：丙烯的選擇性：第三章物料衡算和能量衡算上課①直接計算法。有些化學反應過程的物料衡算，有時只含一個未知量或組成，這類問題比較簡單，通?？筛鶕?jù)化學反應式直接求解，不必列出衡算式。②元素平衡。

③利用反應速率進行物料衡算。④以節(jié)點進行衡算。

反應過程的物料衡算計算方法第三章物料衡算和能量衡算上課例3-1：甲醇氧化制甲醛，其反應過程為

CH3OH+1/2O2HCHO+H2O反應物及生成物均為氣態(tài)。甲醇的轉化率為75%，若使用50%的過量空氣，試計算反應后氣體混合物的摩爾組成。

催化反應器CH3OH

空氣（過量50%）HCHOH2OCH3OH

O2

N2解：畫出流程示意圖，如圖所示。

一、直接推算法第三章物料衡算和能量衡算上課基準：1molCH3OH

O2的量（需要）=0.5molO2的量（輸入）=1.5x0.5=0.75molN2的量（輸入）=N2的量（輸出）=0.75x(79/21)=2.82molCH3OH為限制反應物，反應的CH3OH量=0.75x1=0.75mol因此，HCHO的量（輸出）=0.75molCH3OH的量（輸出）=1-0.75=0.25molO2的量（輸出）=0.75-0.75x0.5=0.375molH2O的量（輸出）=0.75mol

CH3OH+1/2O2HCHO+H2O第三章物料衡算和能量衡算上課計算結果如表所示：組分物質的量/mol摩爾分數(shù)/%CH3OHHCHOH2OO2N2總計0.2500.7500.7500.3752.8204.9455.015.215.27.657.0100.0第三章物料衡算和能量衡算上課第三章物料衡算與能量衡算反應器C6H5C2H5C6H5CH3、H2OC6H5C2H5、C6H6、C6H5CH3、C6H5C2H3H2O、CH4、C2H4、C、H2例3-2苯乙烯的反應器，年生產能力為10000t，年工作時間為8000h，苯乙烯收率為40%，以反應物乙苯計的苯乙烯選擇性為90%，苯選擇性為3%，甲苯選擇性為5%，焦油選擇性為2%。原料乙苯中含甲苯2%（質量分數(shù)），反應時通入水蒸氣提供部分熱量并降低乙苯分壓，乙苯原料和水蒸氣比為1:1.5（質量比），要求對該反應器進行物料衡算，即計算進出反應器各物料的流量。第三章物料衡算和能量衡算上課解：反應器中發(fā)生了以下化學反應：C6H5C2H5C6H5C2H3+H2（1）C6H5C2H5+H2C6H5CH3+CH4（2）

C6H5C2H5C2H4+C6H6（3）

C6H5C2H57C+3H2+CH4（4）各物料的摩爾質量匯總列于表3-1。第三章物料衡算和能量衡算上課物料C6H5C2H5C6H5C2H3C6H6C6H5CH3H2OCH4C2H4CH2摩爾質量/(g/mol)1061047892181628122表3-1各物料的摩爾質量（基準：1000kg/h乙苯原料）基準：選1000kg/h乙苯原料為計算基準第三章物料衡算和能量衡算上課進反應器純乙苯量1000kg/h×98%=980kg/h，即為9.245kmol/h原料中甲苯量1000kg/h×2%=20kg/h，即為0.217kmol/h水蒸氣量980kg/h×1.5=1470kg/h，即為81.667kmol/h乙苯的轉化率為0.4/0.9=0.4444參加反應的總乙苯量980kg/h×0.4444=435.11kg/h，即為4.109kmol/h第三章物料衡算和能量衡算上課產物中各組分情況如下：未反應的乙苯量（980-435.11）kg/h=544.89kg/h，即為5.140kmol/h由苯乙烯選擇性，生成苯乙烯量4.109kmol/h×90%=3.698kmol/h，即為384.60kg/h由各物質的選擇性，有輸出的甲苯量4.109kmol/h×5%+0.217kmol/h=0.423kmol/h，即為38.92kg/h生成的苯量4.109kmol/h×3%=0.123kmol/h，即為9.60kg/h生成的乙烯量4.109kmol/h×3%=0.123kmol/h，即為3.44kg/h生成的碳量4.109kmol/h×2%×7=0.575kmol/h，即為6.9kg/h生成的甲烷量4.109kmol/h×（5%+2%）=0.288kmol/h，即為4.61kg/h輸出的氫量4.109kmol/h×（90%-5%+2%×3）=3.739kmol/h，即為7.48kg/h輸出水量=輸入水量（不參與反應）1470kg/h，即為81.667kmol/h實際每小時要求苯乙烯的產量10000×1000kg/8000h=1250kg/h比例系數(shù)1250/384.60=3.25第三章物料衡算和能量衡算上課表3-2乙苯脫氫反應器物料衡算表組分輸入輸出摩爾流量/(kmol/h)質量流量/(kg/h)摩爾流量/(kmol/h)質量流量/(kg/h)C6H5C2H530.046318516.7051770.89C6H5CH30.705651.375126.49H2O265.4184777.5265.4184777.5C6H5C2H312.0191249.95C6H60.00431.20C2H40.00411.18CH40.93614.98C1.86922.43H212.15224.31合計296.1698027.5310.4828028.93第三章物料衡算和能量衡算上課第三章物料衡算與能量衡算二、原子平衡法例3-3將碳酸鈉溶液加入石灰進行苛化，已知碳酸鈉溶液組成為NaOH0.59%（質量分數(shù)），Na2CO314.88%，H2O84.53%，反應后的苛化液含CaCO313.48%，Ca(OH)20.28%，Na2CO30.61%，NaOH10.36%，H2O75.27%。計算：1）每100kg苛化液需加石灰的質量及石灰的組成；2）每100kg苛化液需用碳酸鈉溶液的質量?？粱磻鱂NaOH0.59%Na2CO314.88%H2O84.53%CaCO313.48%Ca(OH)20.28%Na2CO30.61%NaOH10.36%H2O75.27%CaCO3x/WCaOy/WCa(OH)2z/W第三章物料衡算和能量衡算上課第三章物料衡算與能量衡算解:設碳酸鈉溶液的質量為F（kg）

石灰的質量為W（kg）石灰中CaCO3、CaO及Ca(OH)2的質量分別設為x、y和z，則石灰中各物質的組成可表示為：x/W，y/W，z/W基準：100kg苛化液畫出物料流程示意圖（圖3-2）第三章物料衡算和能量衡算上課表3-3各種物料質量和物質的量計算結果Na2CO3溶液中苛化鈉溶液中物料摩爾質量（g/mol）質量（kg）物質的量（kmol）物料摩爾質量（g/mol）質量（kg）物質的量（kmol）NaOH400.59%F0.000148FNaOH4010.360.2590Na2CO310614.88%F0.001404FNa2CO31060.610.00575H2O1884.53%F0.04696FH2O1875.274.18Ca(OH)2740.280.00377CaCO310013.480.1347第三章物料衡算和能量衡算上課列元素平衡式Na平衡：0.000148F+0.001404F×2=（0.00575×2+0.2590）kmolC平衡：

Ca平衡：

總物料平衡：F+W=100kg/mol石灰總量等于各物質質量之和W=x+y+z計算結果匯總列入表3-4第三章物料衡算和能量衡算上課表3-4計算結果匯總組分輸入輸出物質的量/kmol質量/kg物質的量/kmol質量/kgNaOH0.01350.540.259010.35Na2CO30.128513.620.005750.61H2O4.297377.354.18275.27CaCO30.0121.20.13713.48CaO0.0156.44Ca(OH)20.01160.860.003770.28合計296.1691004.5875100第三章物料衡算和能量衡算上課試計算合成甲醇過程中反應混合物的平衡組成。設原料氣中H2與CO摩爾比為4.5：1.0，惰性組分含量為13.8%，壓力為30MPa，溫度為365攝氏度，平衡常數(shù)Kp=2.505*10-3MPa-2

三、平衡常數(shù)法第三章物料衡算和能量衡算上課物質C的質量（摩爾）生成速率:在以物質的量（摩爾）或質量進行衡算時，由于發(fā)生了化學反應，將輸入與輸出速率之差Rc

稱為物質C的質量（摩爾）生成速率.即Rc=Fc輸出—Fc輸入物料衡算式：Fc輸出=Fc輸入+Rc

⑴

aA+bB==cC+dD

反應速率r可定義為：r=Rc/σcc=1.2...,n（σc表示物質C的化學計量系數(shù)）任一物質C的生成速率：Rc=σcrc=1,2......n

⑵因此，物質的摩爾平衡方程式可寫成：Fc輸出=Fc輸入+σcr

三、利用反應速率進行物料衡算第三章物料衡算和能量衡算上課例4-6：合成氨原料氣中的CO通過變換反應器而除去，如圖4-6所示。在反應器1中CO大部分轉化，在反應器2中完全脫去。原料氣由發(fā)生爐煤氣（78%N2，20%CO,2%CO2),均為體積分數(shù)，下同）和水煤氣（50%H2，50%CO）混合而成，在反應器中與水蒸氣流速發(fā)生反應：CO+H2OCO2+H2，最后得到的物流中H2與N2之比為3:1，假定水蒸氣流率是原料氣總量（干基）的2倍，同時反應器1中CO的轉化率為80%，試計算中間物流4的組成。

第三章物料衡算和能量衡算上課解：畫出流程示意圖反應器1

F1N278%CO20%CO22%

反應器2F2H250%CO50%F3

H2O

F4

N2H2COCO2H2OF5

N2H2CO2H2O第三章物料衡算和能量衡算上課節(jié)點：在工藝流程的計算中，以流程中某一點的匯集或分支出的交合。

④以節(jié)點進行計算●分流A分流C分流B●分流A分流C分流B節(jié)點節(jié)點第三章物料衡算和能量衡算上課【例4—8】某廠用烴類氣體轉化制合成氣生產甲醇，合成氣體體積為2321m3（STP)/h，CO與H2的物質的量比為1;2:4。但是由于轉化后的氣體體積組成為CO43.12%、H54.2%,不符合要求，為此需將部分轉化氣送去變換反應器，變換后氣體體積分數(shù)為CO8.76%、H289.75%,此氣體經脫CO2后體積減少2%。用此變換氣去調節(jié)轉化氣，使其達到合成甲醇原料氣的要求，其原料氣中CO與H2的含量為98%，試計算轉化氣、變換氣各為多少。第三章物料衡算和能量衡算上課解：畫出流程示意圖如圖所示。CO變換CO2脫除●●V0V2V1V3V4轉化氣CO43.12%H254.2%CO8.76%變換氣H289.75%CO2

轉化氣CO8.99%H291.11%AB第三章物料衡算和能量衡算上課