现代化工计算 单元3 化工过程物料衡算（教材）.pptVIP

* 单元3化工过程物料衡算 * 任务3 化学反应过程的物料衡算 三率计算:补例 用邻二甲苯气相催化氧化制苯酐。邻二甲苯投料量210kg/h,air量4620Nm3/h。反应器出口物料组成(mol%)为:苯酐0.654%,顺酐0.066%,邻二甲苯0.030%,O216.53%,N277.75%,其它还有H2O、CO2、CO等。试计算邻二甲苯转化率及苯酐和顺酐的收率及选择性。 解：由题意画出过程示意图 计算基准：1小时;反应式： C6H4(CH3)2+3O2→C8H4O3+3H2O（1） 2C6H4(CH3)2+9O2→4C4H2O3+6H2O（2） n氧气=4620/22.4?0.21=43.31kmol/h 210kg/h邻二甲苯所需理论氧气量：4.5?210/106=8.915kmol/h?43.31kmol/h 所以空气为过量反应物，邻二甲苯为限制反应物。 输入反应器的N2量：n氮气=4620/22.4?0.79=162.94kmol/h 由氮平衡得产物总量PT：PT=162.94/0.7775=209.57 kmol/h 产物中各物质量为： 邻二甲苯：209.57?0.0003=0.6287kmol/h=6.664kg/h 苯酐：209.57?0.00654=1.3706kmol/h=202.84kg/h 顺酐：209.57?0.00066=0.1383kmol/h=13.55kg/h 邻二甲苯单程转化率：(210?6.664)/210=96.83% * 单元3化工过程物料衡算 * 任务3 化学反应过程的物料衡算 三率计算:补例 苯酐选择性: (邻二甲苯与苯酐的摩尔比为1?1) 顺酐选择性： (邻二甲苯与顺酐的摩尔比为1?2) 苯酐单程收率：Y苯酐单=x单?S苯酐=96.83%?0.7145=69.19% 顺酐单程收率：Y顺酐单=x单?S顺酐=96.83%?0.03605=3.49% * 单元3化工过程物料衡算 * 任务3 化学反应过程的物料衡算 三率计算:例3-6 如:乙烯氧化制环氧乙烷的反应CH2=CH2+1/2O2 ==CH2-CH2O (主反应)CH2=CH2+3O2→2CO2+2H2O (副反应)已知:nA2=100kg, nA3=20kg, nA1=81.63kg mD=100kg, xA单=(nA2－nA3)/nA2=(100-20)/100=80% xA总=(nA2－nA3)/nA1=(100-20)/81.63=98.0% mD=100kg→nD=100/44=2.273kmol →nDA反= 2.273×28=63.64kg S=63.64/80=79.55% Y单=nDA反/nA2=63.64/100= 63.64% 或mid=(nA2/28)×44=157.14kg → Y单=mD/mid=100/157.14= 63.64% 或Y单=xA单S=80%×79.55% = 63.64% Y总=nDA反/nA1=63.64/81.63=77.96% 或m?id=(nA1/28)?44=(81.63/28)?44=128.28kg→Y总=mD/m?id=100/128.28= 77.96% 或Y总=xA总S=98%×79.55% = 77.96% Y单质= mD/nA2=100/100= 100% Y总质= mD/nA1=100/81.63=122.5% 返回 * 单元3化工过程物料衡算 * 任务3 化学反应过程的物料衡算 三、简单反应系统的物料衡算 （一）直接求解法 (1)条件 ①写出明确的化学反应方程式; ②已知三率等。 (2)衡算式 ①根据化学反应方程式的化学计量系数之间的关系; ②三率、过量百分数等表达式。 (3)计算基准 通常采用某种原料（往往是限制反应物）为基准。 (4)计算举例,例3-3-2 1000kg对硝基氯苯ClC6H4NO2用含20%游离SO3的发烟硫酸磺化，规定反应终点时，废酸中含游离SO37%（假定反应转化率为100%）。反应式如下： ClC6H4NO2+SO3→ClC6H3(SO3H)NO2 试计算：（1）20%SO3的发烟硫酸用量；（2）废酸生成量；（3）对硝基氯苯磺酸生成量。 解：以1kmol对硝基氯苯为计算基准，所需20%游离SO3量为xkg * 单元3化工过程物料衡算 * 任务3 化学反应过程的物料衡算 一、简单反应系统的物料衡算 5（一）直接求解法 (4)计算举例,例3-7 组分 ClC6H4NO2 SO3 H2SO4 ClC6H3(SO3H)NO2 分子量 157.5 80 98 237.5 输入量:对硝基氯苯1kmol=157.5kg;发烟硫酸 其中SO3 0.2