化学反应过程的物料衡算

第一步:依次在单元格B33,B34,B35中输入3个方程的表达式,即: =2*A33-A34+3*A35;=4*A33+2*A34+5*A35;=A33+2*A34+0*A35 其中A33、A34、A35分别代表x1、x2、x3。
第二步:选中B33,点击“工具”,选择“规划求解”,调出“规划 求解参数对话框”,如图所示。选择值为（V）,输入第一个方程 的常数项值“1”。可变单元格输入框中；输入：$A$33:$A$35。
由分流器的特征，有： xR xS
， xR xS
3
3
第四节 化学反应过程的物料衡算
衡算体系：混合器
CH4平衡：
H2平衡：
MF3 R3 RxR3
（3）
（4） （5）
C6H5CH3平衡：
MF2 FF2
MF1 FF1 RxR1
联立（4）、（5）、（6）式解得：
R 35.96mol h 1
回代:将上三角形方程组自下而上逐步进行求解,从而得出
x3=－6、x2=－1、x1=9
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二、采用Excel求解线性方程组 （一） 方法一——Gauss消去法与Excel单元格驱动相结合求解
回代: x3=D16/C16 =－6
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二、采用Excel求解线性方程组
（三）方法三——采用Excel规划求解法求解线性方程组 第四步:求解计算,添加完约束条件后,在约束窗口就多了两个表 达式,即$B$34=4、$B$35=7,如图所示。按“求解”按钮,得结果 对话框，此时在A33∶A35位置出现方程组的解。
x RP4
衡算体系：分离器
P2 =RP2 =3mol.h-1 P4 =RP4 =11.76 mol.h-1
P (3 11.76)mol h1 14.76mol h1
第四节 化学反应过程的物料衡 算
则：
x P2 3 0.2033 14 .76
x P4
11 .76 0.7967 14 .76
解：由题意画出物料流程图
R R1 H2 R3 CH4 分流器 W W1 ：H2 W3：CH4
S S1：H2 S3：CH4 RP 分离器 RP1 H2 RP2 C6H5CH3 RP3 CH4 RP4 C6H6
FF1 FF2
FF H2 C6H5CH3
混合器
MF MF1 H2 MF2 C6H5CH3 MF3 CH4 10%
出料的总量：
RP (60.84 3 23.44 11.76)mol h 1 99.04mol h 1
第四节 化学反应过程的物料衡 算
反应器出口物料的组成：
x RP1 60.84 0.6134 99.04
x RP2 x RP3
3 0.0303 99.04 23.44 0.2369 99.04 11.76 0.1187 99.04
MF2 15mol h 1
出料：
RP MF2 (1 80%) 15mol h 1 0.2 3mol h 1 C6H5CH3的剩余： 2
第四节 化学反应过程的物料衡算
生成的C6H6： RP4 MF2 80% 98% 11.76mol h 1
CH4的量：
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二、采用Excel求解线性方程组
（三）方法三——采用Excel规划求解法求解线性方程组
第二步:选中B33,点击“工具”,选择“规划求解”,调出“规划求 解参数对话框”,如图所示。选择值为（V）,输入第一个方程的 常数项值“1”。可变单元格输入框中；输入：$A$33:$A$35。
FF2 15mol h 1
FF1 49.04mol h 1
FF (49.04 15)mol h 1 64.04mol h 1
计算结果汇总列表如下表
组分 FF MF RP P S R W 物质的量（mol·-1） h 摩尔分数% 物质的量（mol·-1） h 摩尔分数% 物质的量（mol·-1） h 摩尔分数% 物质的量（mol·-1） h 摩尔分数% 物质的量（mol·-1） h 摩尔分数% 物质的量（mol·-1） h 摩尔分数% 物质的量（mol·-1） h 摩尔分数% 60.84 72.19 25.96 72.19 34.88 72.19 H2 49.04 76.58 75 75 60.84 61.43 C6H5CH3 15 23.42 15 15 3 3.06 3 20.33 23.44 27.81 10.0 27.81 13.44 27.81 10 10 23.44 24.68 11.76 11.87 11.76 79.67 CH4 C6H6 合计 64.04 100 100 100 99.04 100 14.76 100 84.28 100 35.96 100 48.32 100
例4-22
CO2 CO 变换 转化气 F FF 分流 B CO 43.12% H2 54.20% 图 4-33 例 4-23 流程图 CO2 脱除 RP CO 8.76% H2 89.75% 混合
合成气 CO:H2=1:2.4 MP 3 -1 2321m .h
第四节 化学反应过程的物料衡算
例
甲苯催化加氢脱甲基制苯，主反应和副反应 C6 H5CH3 H 2 C6 H6 CH 4 主反应： C6 H5CH 3 10H2 7CH4 副反应： 以纯氢和纯甲苯为原料，进入反应器的氢与甲苯之比为5:1 （摩尔比）。甲苯的单程转化率为80%，生成苯的选择性 为98%，未反应的甲苯和产物苯作为产品物流输出体系， 氢和甲烷循环。要求混合原料中甲烷含量不大于10%，计 算排放比及各物流的组成。
基准：进反应器混合原料：100 mol h 1
衡算体系：反应器
进料：由已知，MF3 100mol h1 10% 10mol h1
MF 总物料： MF 10mol h
1 2 1
100mol h 1 （1）
MF1 5 MF2
（2）
解（1）、（2）式得： MF1 75mol h 1
S1 RP1 60.84mol.h1
S3 RP3 23.44mol.h1
S (60.84 23.44)mol h 1 84.28mol h 1
则：
x s1
60 .84 0.7219 84 .28 23.44 xs 3 0.2781 84.28
1 1
RP MF2 80% 98% MF2 80% (1 98%) 7 MF3 3 (11.76 1.68 10)mol h 1 23.44mol h 1
H2的量：
RP MF1 MF2 80% 98% MF2 80% (1 98%) 10 1 (75 11.76 2.4)mol h 1 60.84mol h 1
反应器
P P2 C6H5CH3 P4 C6H6
图 4-31 例 4-22 流程图
第四 化学反应过程的物料衡算
说明： （1）流程中物料流股各物质流量的下标编号尽 可能保持一致，下标相同表示同一种物质，这 样可以避免列衡算式时出差错。本题中只有混 合原料的组成有已知数据，设其为基准后可先 对反应器系统进行物料衡算。 （2）由题意要求混合原料中甲烷含量不大于 10%，取10%进行计算，这样计算得到的排放 量数据为最小值，实际排放时应稍稍大于此值。
采用Excel求解线性方程组 （二） 方法二——采用Excel自带函数求解线性方程组 函数:①Mdeterm②Minverse③Mmult 第一步:求系数行列式的 值,判断方程组有无解
二、、
返回
第二步:求矩阵的逆
第三步:求方程的解
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二、
采用Excel求解线性方程组 （三）方法三——采用Excel规划求解法求解线性方程组
第5节 物料衡算的计算机解题
2 x1 x2 3x3 1 4 x1 2 x2 5 x3 4 x1 2 x2 7
一、手工求解线性方程组 例 采用高斯消元法求解三阶方程组
3 x1 1 2 1 3 x1 1 2 1 4 2 5 x 4 0 4 第一次消元 1 x2 2 2 第2,3行各元素依次 减去第1行各元素2, 1 2 0 x3 7 0.5后得 0 2.5 1.5 x3 6.5 3 x1 1 2 1 第二次消元 0 4 1 x2 2 第3行各元素依次 减去第2 行各元素 0 0 0.875 x3 5.25 0.625后得