化工過程設(shè)計(jì)與開發(fā)第5章 物料衡算講述

1、版權(quán)所有第第5 5章章 物料衡算物料衡算化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 不同過程的物料衡算5.2化工過程的物料衡算5.3物料衡算的基本概念5.1第5章 物料衡算計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算方法在物料衡算中的應(yīng)用5.4化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.1 物料衡算的基本概念12物料衡算式物料衡算式物料衡算的基本步驟物料衡算的基本步驟化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.1.1 物料衡算式物料衡算是根據(jù)質(zhì)量守恒定律，利用某進(jìn)出化工過程中某些已知物流的流量和組成，通過建立有關(guān)物料的平衡式和約束式，求出其它未知物流的流量和組成的過程。系統(tǒng)中物料衡算的一般表達(dá)式為

2、系統(tǒng)中的積累系統(tǒng)中的積累= =輸入輸入- -輸出輸出+ +生成生成- -消耗消耗 （5-1）輸入輸入= =輸出輸出- -生成生成+ +消耗消耗 （5-2）輸入輸入= =輸出輸出 （5-3）化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.1.1 物料衡算式表表5-1 5-1 穩(wěn)態(tài)過程中物料衡算式的適用情況穩(wěn)態(tài)過程中物料衡算式的適用情況類別物料衡算形式無化學(xué)反應(yīng)有化學(xué)反應(yīng)總衡算式總質(zhì)量衡算式適用適用總物質(zhì)的量衡算式適用不適用組分衡算式組分質(zhì)量衡算式適用不適用組分物質(zhì)的量衡算式適用不適用元素原子衡算式元素原子質(zhì)量衡算式適用適用元素原子物質(zhì)的量衡算式適用適用化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.1.2

3、物料衡算的基本步驟（1）收集數(shù)據(jù)（2）畫出流程示意圖（3）確定衡算系統(tǒng)和計(jì)算方法（4）選擇合適的計(jì)算基準(zhǔn)（5）列出物料衡算式，用數(shù)學(xué)方法求解（6）將計(jì)算結(jié)果列成輸入輸出物料表（7）結(jié)論化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2 不同過程的物料衡算12物理過程的物料衡算物理過程的物料衡算反應(yīng)過程的物料衡算反應(yīng)過程的物料衡算化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.1 物理過程的物料衡算1 1混合混合混合過程即為若干股物料在同一容器（混合器）內(nèi)混合為一股物料而流出的過程。例例5.1 5.1 一種廢酸，組成（wt%）為HNO323%、H2SO457%、H2O20%，加入濃度為93%的濃H2SO

4、4和濃度為90%的濃HNO3，要求混合成含27%HNO3和60%H2SO4的混合酸，計(jì)算所需廢酸及加入濃酸的數(shù)量?；み^程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.1 物理過程的物料衡算解（1）畫物料流程簡圖5.1?；?合 器1 廢酸W1HNO3 23%H2SO4 57%H2O 20%4混合酸 HNO3 27%H2SO4 60%H2O 13%H2O 13%2 HNO3 90%H2O 10%3H2SO4 93%H2O 7%W4=100kg圖圖5.1 5.1 混合過程物料流程簡圖混合過程物料流程簡圖化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.1 物理過程的物料衡算（2）選擇基準(zhǔn)（3）列物料衡算式W1

5、=41.8kg （廢酸）W2=19.2kg （濃HNO3）W3=39kg （濃H2SO4）（4）列出物料平衡表5-2。化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.1 物理過程的物料衡算表表5-2 5-2 物料平衡表物料平衡表流股1234組分廢酸濃HNO3濃H2SO4混合酸kg%(wt)kg%(wt)kg%(wt)kg%(wt)H2SO423.835736.28936060HNO39.612317.28902727H2O8.36201.92102.7271313合計(jì)41.810019.210039100100100化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.1 物理過程的物料衡算2 2物理吸

6、收物理吸收吸收是指用適當(dāng)?shù)囊后w吸收劑處理氣體混合物，以除去其中一種或多種組分的操作。圖圖5.2 5.2 吸收塔示意圖吸收塔示意圖化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.1 物理過程的物料衡算全塔的物料衡算為： （5-4） （5-5）)()(2121XXLYYV2*21minXXYYVLmin)0 . 22 . 1 (LL 化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.1 物理過程的物料衡算3 3精餾精餾（1）連續(xù)蒸餾WDFWiDiFiWxDxFxD,DF, FW, xW W,W蒸餾塔圖圖5.4 5.4 連續(xù)蒸餾流程簡圖連續(xù)蒸餾流程簡圖化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.1 物理

7、過程的物料衡算例例5.3 5.3 連續(xù)常壓蒸餾塔進(jìn)料為含苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)（下同）38%和甲苯62%的混合溶液，要求餾出液中能回收原料中97%的苯，釜?dú)堃褐泻讲桓哂?%，進(jìn)料流量為20000kg/h，求餾出液和釜?dú)堃旱牧髁亢徒M成。解：F,B38780.419638627892xD,B94.5194.510.8752108xD化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.1 物理過程的物料衡算表表5-3 5-3 蒸餾塔物料平衡表蒸餾塔物料平衡表流股組分塔進(jìn)料塔頂餾出物釜?dú)堃簁g/h %(wt)kmol/h%(mol)kg/h %(wt)kmol/h%(mol)kg/h %(wt)kmol/h%(mol

8、)苯760003897.4341.967372.685.6094.5287.52227.82.02.922.35甲苯1240062134.858.041240.214.4013.4812.4811159.498.0121.397.65合計(jì)20000100232.21008612.810010810011387.2100124.2100化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.1 物理過程的物料衡算（2 2）常規(guī)精餾）常規(guī)精餾例例5.4 5.4 有一精餾塔，其進(jìn)料組成和塔頂餾出物組成如圖5.5所示。圖圖5.5 5.5 常規(guī)精餾流程簡圖常規(guī)精餾流程簡圖化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.

9、2.1 物理過程的物料衡算解：F2=38.8kmol/hF2=38.8kmol/h， F3=61.2kmol/hF3=61.2kmol/h1002 . 001. 05 . 032FF表表5-4 5-4 例例5.45.4的物料平衡表的物料平衡表流股123組分進(jìn)料塔頂餾出物塔釜排出液kmol/h%(mol)kmol/h%(mol)kmol/h%(mol)丙烷202019.40500.61異丁烷202016.68433.3165.4異戊烷20202.33617.6728.87正戊烷40400.388139.6164.72合計(jì)10010038.8010061.2100化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)

10、計(jì) 5.2.2 反應(yīng)過程的物料衡算1 1基本概念基本概念（1）限制反應(yīng)物（2）過量反應(yīng)物 （5-6）（3）轉(zhuǎn)化率 （5-7）%100molmol%）需要的物質(zhì)的量（與限制反應(yīng)物完全作用）過量的物質(zhì)的量（過量()()100%()sqSqSqS入，出，入，化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2 反應(yīng)過程的物料衡算（4）反應(yīng)速率 R R（S S）= =（S S）r r (5-8)q q（出，（出，S S）= q= q（入，（入，S S）+ +（S S）r s=1r s=1，22，s s (5-9)（5）收率 Y Y（P P，Q Q）= = (5-10)(P)(max,P)RR化工過程開發(fā)與

11、設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2 反應(yīng)過程的物料衡算例例5.5 5.5 鄰二甲苯氧化制取苯酐，反應(yīng)式為C3H10+3O2C8H4O3+3H2OC3H10+3O2C8H4O3+3H2O設(shè)鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率為60%，氧用量為實(shí)際反應(yīng)用量的150%，如果鄰二甲苯的投料量為100kg/h，作物料衡算。解進(jìn)料：鄰二甲苯C8H10 100/106=0.944kmol/h 氧O2 0.9440.63150%=2.55kmol/h化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2 反應(yīng)過程的物料衡算出料：苯酐C8H4O3 0.9440.6148=83.83kg/h 水H2O 0.9440.6318=30.6kg

12、/h 剩余鄰二甲苯 1000.4=40kg/h 剩余氧 (2.55-0.9440.63)32=27.22kg/h 氮N2 /hkg6 .26828217955. 2化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2 反應(yīng)過程的物料衡算表表5-5 5-5 例例5.55.5計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果進(jìn) 料出 料物料kmol/hkg/hkmol/hkg/h鄰二甲苯0.9441000.37740氧2.5581.60.85127.22氮9.59268.69.59268.6苯酐0.56683.83水1.7030.60合計(jì)13.084450.213.084450.25化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2 反

13、應(yīng)過程的物料衡算例例5.6 5.6 在間歇釜中，往苯中通入氯氣生產(chǎn)氯苯，所用工業(yè)苯純度為97.5%，氯氣純度為99.5%。為控制副產(chǎn)物的生成量，當(dāng)氯化液中氯苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)0.40時，停止通氯，此時氯化液中二氯苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02，三氯苯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.005。試作每釜生產(chǎn)1噸氯苯的物料衡算?；み^程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2 反應(yīng)過程的物料衡算表表5-6 5-6 物料衡算表物料衡算表輸入/kg輸出/kg工業(yè)苯2218.2未反應(yīng)苯1437.5 其中純苯2162.7氯苯1000 雜質(zhì)55.5二氯苯50 工業(yè)氯氣697.6三氯苯12.5其中純氯氣694.1氯化氫356.7雜質(zhì)3.5雜質(zhì)59

14、.0總計(jì)2915.8總計(jì)2915.7雜質(zhì)3.5雜質(zhì)59.0總計(jì)2915.8總計(jì)2915.7化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2 反應(yīng)過程的物料衡算例例5.7 5.7 在乙二醇生產(chǎn)中，所用的反應(yīng)物是由乙烯部分氧化法制得的環(huán)氧乙烷。制取環(huán)氧乙烷的方法是將乙烯在過量空氣存在下通過銀催化劑。解：圖圖5.6 5.6 乙烯部分氧化乙烯部分氧化化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2 反應(yīng)過程的物料衡算例例5.8 5.8 將苯氯化生成一種由一氯、二氯、三氯和四氯化苯組成的混合物，其反應(yīng)為：C6H6+Cl2C6H5Cl+HCl，其反應(yīng)速率為r1；C6H5Cl+Cl2C6H4Cl2+HCl，

15、其反應(yīng)速率為r2；C6H4Cl2+Cl2C6H3Cl3+HCl，其反應(yīng)速率為r3；C6H4Cl3+Cl2C6H2Cl4+HCl，其反應(yīng)速率為r4?；み^程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2 反應(yīng)過程的物料衡算氯化過程的主要產(chǎn)物是三氯化苯C6H3Cl3，它是固體，用做干燥清潔劑。假設(shè)氯和苯的進(jìn)料速率比為Cl2C6H6=3.61，其產(chǎn)物的組成（mol%）：C6H6 1，C6H5Cl 7，C6H4Cl2 12，C6H3Cl3 75，C6H2Cl4 5。如果反應(yīng)器負(fù)荷為1000mol/h苯，計(jì)算副產(chǎn)物HCl和主產(chǎn)品C6H3Cl3的產(chǎn)率mol/h?；み^程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2

16、反應(yīng)過程的物料衡算解：圖圖5.7 5.7 苯氯化流程圖苯氯化流程圖化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2 反應(yīng)過程的物料衡算4 4以結(jié)點(diǎn)作衡算以結(jié)點(diǎn)作衡算在生產(chǎn)中有些情況下，特別是對大型題目，可以分解為小分流，以便使計(jì)算簡化。圖圖5.8 5.8 結(jié)點(diǎn)示意圖結(jié)點(diǎn)示意圖化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2 反應(yīng)過程的物料衡算例例5.9 5.9 某工廠用烴類氣體轉(zhuǎn)化制取合成甲醇的原料氣。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，要求原料氣量為2321m3/h，其中一氧化碳與氫氣的量（mol）的比為124。轉(zhuǎn)化制成的氣體組成x（CO）為0.4312（摩爾百分?jǐn)?shù)，下同），x（H2）為0.542，此組成不符合合

17、成甲醇的要求。為此，需將部分轉(zhuǎn)化氣送至CO變換反應(yīng)器變換，變換后氣體組成x（CO）為0.0876，x（H2）為0.8975，氣體脫CO2后體積縮小2%，用此氣體去調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化氣，使之符合原料氣質(zhì)量要求，計(jì)算轉(zhuǎn)化氣、變換氣各需多少？要求原料氣中x（CO+H2）占0.98?；み^程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2 反應(yīng)過程的物料衡算解：圖圖5.9 5.9 甲醇原料氣配制圖甲醇原料氣配制圖化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2 反應(yīng)過程的物料衡算5 5利用聯(lián)系組分作物料衡算利用聯(lián)系組分作物料衡算所謂“聯(lián)系組分”，系指衡算過程中聯(lián)系衡算系統(tǒng)進(jìn)、出物流的特定組分。當(dāng)組分從一個物流進(jìn)到另一物

18、流時，如果它的形態(tài)和總量未發(fā)生變化，而在不同物流中所占的相對百分?jǐn)?shù)不同，我們利用它的這種特點(diǎn)計(jì)算其它組分的量和物流總量。用這種方法可使計(jì)算變得簡單易行?；み^程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2 反應(yīng)過程的物料衡算例例5.10 5.10 甲烷和氫的混合氣與空氣完全燃燒以加熱鍋爐。反應(yīng)方程式如下：CH4+2O22H2O+CO2 （1）H2+ O2H2O （2）產(chǎn)生的煙道氣經(jīng)分析其組成（摩爾分?jǐn)?shù)）：x（N2）為0.7219，x（CO2）為0.0812，x（O2）為0.0244，x（H2O）為0.1725。試求：（1）燃料中CH4與H2的摩爾比；（2）空氣與（CH4+H2）的摩爾比?；み^程開

19、發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2 反應(yīng)過程的物料衡算解：圖圖5.10 5.10 加熱鍋爐示意圖加熱鍋爐示意圖表表5-7 5-7 例例5.105.10計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果組分入出組分入出燃料/mol空氣/mol煙道氣/mol燃料/mol空氣/mol煙道氣/molH21.0200CO2008.12CH48.1200H2O0017.25O2019.192.44總計(jì)9.1491.38100N2072.1972.19化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2 反應(yīng)過程的物料衡算解： mol20.21O100 0 721919.190.79n（）.94. 919. 938.9196. 702. 1

20、12. 8化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2 反應(yīng)過程的物料衡算6 6利用化學(xué)平衡作物料衡算利用化學(xué)平衡作物料衡算平衡轉(zhuǎn)化率是化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡后反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的百分?jǐn)?shù)。100%反應(yīng)平衡后原料轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的摩爾數(shù)平衡轉(zhuǎn)化率投入原料的摩爾數(shù)100%平衡時主要產(chǎn)品的摩爾數(shù)平衡產(chǎn)率原料按反應(yīng)式全部變成主要產(chǎn)品得到的產(chǎn)品摩爾數(shù)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2 反應(yīng)過程的物料衡算例例5.11 5.11 已知C2H4（g）+H2O（g） C2H5OH（g）在400K時，平衡常數(shù)Kp=9.8710-4kPa。若原料是由1mol的C2H4和1mol的H2O組成，試求在該溫度和101.

21、325 kPa下C2H4的轉(zhuǎn)化率，并計(jì)算平衡體系中各物質(zhì)的濃度（氣體可當(dāng)作理想氣體）。解：設(shè)C2H4的轉(zhuǎn)化率為，那么反應(yīng)平衡時系統(tǒng)內(nèi)物料的組成為C2H4（g）+H2O（g） C2H5OH（g） 11化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2 反應(yīng)過程的物料衡算平衡后各物質(zhì)的摩爾分?jǐn)?shù)為2422511 0.2930.707(C H )0.414220.2931.7070.707(H O)0.4141.7070.293(C H OH)0.1721.707xxx化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2 反應(yīng)過程的物料衡算7 7利用元素原子平衡作物料衡算利用元素原子平衡作物料衡算化學(xué)反應(yīng)前

22、后各元素的原子數(shù)是相等的。例例5.12 5.12 作天燃?xì)庖欢无D(zhuǎn)化爐的物料衡算，天然氣的組成如下：組分CH4C2H6C3H8C4H10N2合計(jì)%（mol）97.80.50.20.11.4100化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2 反應(yīng)過程的物料衡算e=(97.8+0.52+0.23+0.14) (10.67)=32.9mola=33.1，b=33.8，c=232.6，d=100圖圖5.11 5.11 轉(zhuǎn)化爐示意圖轉(zhuǎn)化爐示意圖化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.2.2 反應(yīng)過程的物料衡算表表5-8 5-8 例例5.125.12計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果進(jìn) 料出 料組分molg組分molg

23、CH497.81564.8CH432.9526.4C2H60.515H2232.6465.2C3H80.28.8CO33.8946.4C4H100.15.8CO233.11456.4N21.439.2N21.439.2H2O2504500H2O1502700合計(jì)3506133.6合計(jì)483.86133.6化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.3 化工過程的物料衡算12串聯(lián)設(shè)備串聯(lián)設(shè)備弛放過程弛放過程3循環(huán)過程循環(huán)過程化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.3.1 串聯(lián)設(shè)備例例5.13 5.13 用雙塔流程分離三組分混合物，已知數(shù)據(jù)如圖5.12，進(jìn)料中的組分為A，B，C，進(jìn)料物流N1為10

24、0mol/h。計(jì)算N3、N4、N5的值及其組分A，B，C的摩爾分?jǐn)?shù)x3,1，x3,2，x3,3。化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.3.1 串聯(lián)設(shè)備解：圖圖5.12 5.12 雙塔流程分離混合物示意圖雙塔流程分離混合物示意圖化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.3.1 串聯(lián)設(shè)備基準(zhǔn)：選第一塔進(jìn)料流量100mol/h為基準(zhǔn)選塔為體系，則 100=N3+50故 N3=50mol/hN412.20mol/h，N5=34.80mol/h化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.3.2 弛放過程例例5.14 5.14 合成氨反應(yīng)式 3H2+N2 2NH3的流程如圖5.13。合成氨經(jīng)分離器分離后

25、，未反應(yīng)的合成氣循環(huán)使用，并部分弛放以防惰性氣體積累造成不良影響。新鮮合成氣中氫氣和氮?dú)怏w積比為3：1。即惰性氣體：1%，H2：74.25%，N2：24.75%。已知單程轉(zhuǎn)化率22%，總轉(zhuǎn)化率94%，弛放氣含氨3.75%，含惰性氣體12.5%。化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.3.2 弛放過程試通過物料衡算求出：（1）放空比F5/F1，循環(huán)比F2/F1；（2）在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，按100m3/h進(jìn)新鮮合成氣時，生成合成氨的量；（3）1000t/d合成氨裝置每小時所需原料量。圖圖5.13 5.13 合成氨反應(yīng)流程示意圖合成氨反應(yīng)流程示意圖化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.3.2 弛放過

26、程解：弛放氣和循環(huán)氣中，（氫氣氮?dú)猓┛傮w積百分比112.5%3.75%83.75%得生成合成氮?dú)獾牧浚篎42F124.75%94%46.53 m3/h(46.53/22.417)=35.31kg/h每小時需進(jìn)新鮮合成氣量為100/35.31（1/24）106=1.18105 m3/h化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.3.3 循環(huán)過程例例5.15 5.15 苯直接加H2轉(zhuǎn)化為環(huán)己烷，產(chǎn)量為100kmol/h。輸入系統(tǒng)中的苯99%反應(yīng)生成環(huán)己烷，進(jìn)入反應(yīng)器物流的組成為80% H2和20% C6 H6（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）。產(chǎn)物物流中含有3%的H2。流程如圖5.14。試計(jì)算：（1）產(chǎn)物物流的組成

27、；（2）H2和C6 H6的進(jìn)料速率；（3）H2的循環(huán)速率?；み^程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.3.3 循環(huán)過程解：H2的進(jìn)料速率為 kmol/h苯的進(jìn)料速率為 kmol/h設(shè)循環(huán)H2的量為R，則有 kmol/h100 33.12303.12 101.012 . 012.30301.10101.101R100.92R 化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.3.3 循環(huán)過程圖圖5.14 5.14 環(huán)己烷生產(chǎn)流程示意圖環(huán)己烷生產(chǎn)流程示意圖化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.4 計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算方法在物料衡算中的應(yīng)用12MatlabMatlab在物料衡算中的應(yīng)用在物料衡算中的應(yīng)用采用單元

28、過程計(jì)算軟件進(jìn)行物料衡算采用單元過程計(jì)算軟件進(jìn)行物料衡算3化工流程中的物料衡算化工流程中的物料衡算化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.4.1 Matlab在物料衡算中的應(yīng)用Matlab是一種功能強(qiáng)大的工程計(jì)算語言，具有簡單、快捷、準(zhǔn)確及結(jié)果可視化等優(yōu)點(diǎn)，在解決曲線擬合、線性/非線性方程、常/偏微分方程等方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢，下面通過煙道氣組成的求解，討論其在物料衡算中的應(yīng)用?；み^程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.4.2 采用單元過程計(jì)算軟件進(jìn)行物料衡算計(jì)算的基本步驟如下：（1）確定過程計(jì)算所涉及的物質(zhì)，由物質(zhì)輸入窗口從數(shù)據(jù)庫中選取所需物質(zhì)或自定義庫中缺損物質(zhì)。（2）如有自定義物質(zhì)，由物質(zhì)結(jié)構(gòu)窗口選擇構(gòu)造自定義物質(zhì)。化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì)化工過程開發(fā)與設(shè)計(jì) 5.4.2 采用單元過程計(jì)算軟件進(jìn)行物料衡算例例5.16 5.16 平衡閃蒸計(jì)算。合成氨過程中，反應(yīng)器出來的產(chǎn)品為氨、未反應(yīng)的N2和H2以及原料物流帶入的并通過反應(yīng)器的少量氬、甲烷等雜質(zhì)。反應(yīng)器出來的產(chǎn)品在33.3和13.3MP