一、化工計算的分類設計型計算(事前設計化工廠)校核型計算(對工廠現有的生產裝置進行計算，進而對生產情況進行分析、整改)一、化工計算的分類設計型計算(事前設計化工廠)11.化工過程的分類（一）間歇操作一次性投料、出料，濃度隨時間的變化而變化半連續操作一次性投料，連續出料連續性進料，一次性出料一組分一次性投料，其他連續進料，一次性出料連續操作連續性進料，連續性出料，濃度不隨時間的變化而變化，只隨空間位置的變化而變化1.化工過程的分類（一）間歇操作22.化工過程的分類（二）穩態操作操作條件不隨時間的變化而變化，只隨位置的變化而變化（正常的連續操作過程）不穩態操作操作條件隨時間的變化而不斷變化開車、停車、間歇操作，半連續操作2.化工過程的分類（二）穩態操作3二、物料衡算的基本方程基本依據質量守恒定律（不包括核反應）基本方程進入的Fi+生成的Dp=流出的Fo+反應的Dr+積累的W適用范圍所有流程都適用總物料適用某一組分適用二、物料衡算的基本方程基本依據4具體過程的物料衡算穩態過程W=0無反應過程Dp=Dr=0穩態無反應過程Fi=Fo穩態有反應過程Fi+Dp=Fo+Dr具體過程的物料衡算穩態過程W=05三、基本計算過程畫簡圖標參數定基準和范圍（體系）寫化學反應方程式列衡算式列圖表三、基本計算過程畫簡圖6四、無反應過程的物料衡算單個單元的物料衡算n個組分，可以列n+1個方程但最多只能求解n個未知數M個單元的物料衡算n個組分，最多只有m*n個獨立方程選擇恰當的衡算體系可以簡化計算過程四、無反應過程的物料衡算單個單元的物料衡算7五、化學反應過程的計算限制反應物過量反應物過量百分數轉化率x選擇性S收率YY=Sx五、化學反應過程的計算限制反應物81.分類完全反應(x=100%)Y=S(直接求解)非完全反應(x≠100%)反應不徹底(直接求解)有反應平衡(迭代求解)1.分類完全反應(x=100%)92.循環過程的物料衡算單程轉化率總轉化率惰性組分的積累及馳放器輸入惰性組分的量=輸出惰性組分的量2.循環過程的物料衡算單程轉化率10無反應過程的基本公式穩態無反應過程Fi=Fo無反應過程的基本公式穩態無反應過程11例題有一個蒸餾塔，輸入輸出物料組成見下圖，塔頂A組分的回收率為98.7%，請對此塔作物料衡算。蒸餾塔冷凝器F=100kg/hA0.2B0.3C0.5Pkg/hAxByC1-x-yWkg/hA0.005B0.055C0.94例題有一個蒸餾塔，輸入輸出物料組成見下圖，塔頂A組分的回收率12物料衡算方程AF*0.2=P*x+W*0.05BF*0.3=P*y+W*0.055CF*0.5=P*(1-x-y)+W*0.94另外的已知條件P*x=F*0.2*98.7%物料衡算方程A13完全反應過程的物料衡算穩態有反應過程Fi+Dp=Fo+Dr非完全反應(x≠100%)反應不徹底(直接求解)完全反應過程的物料衡算穩態有反應過程14例題用鄰二甲苯氧化法生產鄰苯二甲酸酐(苯酐)，輸入輸出物料組成見下圖，計算鄰二甲苯的轉化率、產品的收率及選擇性。反應過程鄰二甲苯210kg/h空氣4620Hm3/h氧氣0.21(mol/mol)氮氣0.79(mol/mol）P苯酐0.654%（mol）順酐0.066%氧氣16.53%氮氣77.5%例題用鄰二甲苯氧化法生產鄰苯二甲酸酐(苯酐)，輸入輸出物料組15寫化學反應方程式寫化學反應方程式16選基準鄰二甲苯210kg/h鄰二甲苯苯酐順酐分子量10614898選基準鄰二甲苯210kg/h鄰二甲苯苯酐順酐分子量106117物料衡算輸入氧氣量210kg/h鄰二甲苯完全氧化所需的氧氣物料衡算輸入氧氣量18輸入氮氣的量反應產物的總量輸入氮氣的量19產物中鄰二甲苯209.57×0.0003=0.06287kmol/h=6.664kg/h苯酐209.57×0.0654=1.370kmol/h=202.76kg/h順酐209.57×0.00066=0.1383kmol/h=13.55kg/h產物中20收率(mol)苯酐順酐收率(mol)21苯酐的選擇性苯酐的選擇性22有反應平衡過程的物料衡算物料衡算方程為非線性方程（迭代求解）有反應平衡過程的物料衡算物料衡算方程為非線性方程（迭代求解）23例題甲烷與水蒸氣用鎳催化劑進行轉化反應生產氫氣。轉化過程的主要反應為甲烷轉化反應和一氧化碳變換反應，即：CH4+H2OCO+3H2CO+H2OCO2+H2已知水蒸汽與甲烷之比為2.5，溫度為760℃，壓力為5大氣壓。假定上述反應達到平衡．求產物的平衡組成。例題甲烷與水蒸氣用鎳催化劑進行轉化反應生產氫氣。轉化過程的主24流程圖反應過程CH41molH2O2.5molH2OWmolCH4

MmolCOxmolCO2

ymolH2

zmol流程圖反應過程CH41molH2O2.5mol25物料平衡方程元素衡算H:2+2.5=W+2M+zC:1=M+x+yO:2.5=W+x+2y物料平衡方程元素衡算26反應平衡方程反應平衡方程27各組分的分壓各組分的分壓28整理得到整理得到29循環過程的物料衡算單程轉化率總轉化率惰性組分的積累及馳放器輸入惰性組分的量=輸出惰性組分的量循環過程的物料衡算單程轉化率30例題丙烷在催化反應器中脫氫生成丙烯，其反應式為：C3H8C3H6+H2丙烷的總轉化率為95％。反應生成物經分離器分成產物P和循環物料R。產物中含有C3H8、C3H6及H2，其中C3H8的量為未反應C3H8的0.555％。循環物料中含有C3H8和C3H6，其中C3H6量是產物中C3H6量的5％。試計算產品組成、循環物料組成和單程轉化率。例題丙烷在催化反應器中脫氫生成丙烯，其反應式為：31流程圖C3H8100kmol/hMFC3H8N1kmol/hC3H6N2kmol/h反應器分離器RPC3H8Q1kmol/hC3H6Q2kmol/hH2Q3kmol/hC3H8P1kmol/hC3H6P2kmol/hH2P3kmol/hPRC3H8R1kmol/hC3H6R2kmol/h流程圖C3H8100kmol/hMFC3H8N1k32物料衡算過程物料衡算P1=5kmol/hP2=95kmol/hP3=95kmol/h物料衡算過程物料衡算33產品組成產品組成34分離器物料衡算C3H8：Q1=P1+R1

0.555%Q1=P1=5kmol/h∴Q1=900kmol/hR1=895kmol/h分離器物料衡算35

C3H6:Q2=P2+R2R2=(1-95%)×P2=4.75kmol/hQ2=99.75kmol/h單程轉化率C3H6:Q2=P2+R236謝謝騎封篙尊慈榷灶琴村店矣墾桂乖新壓胚奠倘擅寞僥蝕麗鑒晰溶