天津大学工业化学基础课件第一章-化工基本计算

间的关系为：
y＝S•X
例如，100mol苯胺在用浓硫酸进行焙烘磺化时，反应产 物中含87mol对胺基苯磺酸；2mol未反应的苯胺，另外 还有一定数量的焦油物，
苯胺X 的 ＝ 10 转 2 0 1化 ％ 0 0 9率 .0 8% 0 100
8 71 苯胺的 S＝ 选择 11性 0 ％ 0 8.8 7% 8
903.5
化合物
CO2 H2O O2
N2
摩 3 4 1.25
23.51
31.76
克 132 72 40
658.3
902.3
物料衡算结果（以1mol C3H8 气体为基准）
每100摩尔烟道气所需空气量为:
100摩烟道气 ×(6.25+23.51) mol空气/ 31.76摩烟道气 = 93.7mol空气
B = 入口丙烷摩尔数
共有6个未知数，求解时必需有6个独立方程式
以上共列出9个线性方程式，含6个未知数（A, B, N, M, P, Q）, 解此6个未知数时，可先检查 上列9个线性方程式是否都是独立的？如果不 是，那些是多余的？我们发现：方程式（7，8， 9）都与式（1-6）相关，因此，线性独立方程 式只有（1—6）相关。6个方程，6个未知数， 有确定解。
S＝
Np
a p
100％
N N A,in
A,out
NP: 表示生成目的产物的摩尔数； A,p分别表示为反应物A和目的产物P的化学计量系数
S： 为选择性；
5. 理论收率
理论收率指的是生成目的产物的摩尔数
占输入的反应物摩尔数的百分数，用y表
示：
N
y＝
p
a p
100％
N A,in
转化率XA,选择性S和理论收化率y三者之
化学反应物不按化学计量比投料时，其中以最 小化学计量数存在的反应物叫做“限制反应物”。 而某种反应物的量超过限制物反应完全反应的理论 量，则该反应物称为“过量反应物”。 过量反应物超过限制反应物所需理论量部分占所 需理论量的百分数叫做“过量百分数”。
过量％＝ Ne－Nt 100％
Nt
Ne： 过量反应物的摩尔数； Nt： 限制反应物完全反应所消耗的摩尔数；
Nk A ,in
Nk A,out
表示反应物A输入和输出反应器的摩尔数
NS A , in
NS A,out
表示反应物A输入和输出全过程的摩尔数
衡算基准的选择示例
计算基准的选择是计算的关键。基准选 择恰当可使计算工作大为简化、计算过 程清晰、计算结果误差减少。相反，基 准选择不当，不仅使计算过程复杂、麻 烦，有时还会造成计算结果错误。
O2
0.042 1.34
Leabharlann Baidu
N2
0.79 22.12
总计 1.0336 30.32
1.068 30.33
每100摩尔烟道气所需空气量为:
(100摩烟道气×1.0摩空气) / 1.068摩烟道 气
= 93.7mol空气
(3) 选取100 mol 烟道气作为基准。令
N = 烟道气中N2摩尔数 M = 烟道气中O2摩尔数 P = 烟道气中CO2摩尔数 Q = 烟道气中H2O摩尔数 A = 入口空气摩尔数
8. 单程转化率和总转化率
有些生产过程，主要反应物每次经过反应器后的转化
率并不太高，但是未反应的主要反应物大部分可经过
分离回收循环套用。这时要将转化率分为单程转化率
和总转化率两项。
K K
N N 单程转 X＝ 化A,i率 n k A,out10％ 0 NA,in
S S
N N 总转X 化 ＝率 A,in S A,out10％ 0 NA,in
100 2
苯胺的 y＝ 理 S•X论 9% 8 收 8.7 8率 % 88.0 7% 0
6. 质量收率 y质
反应过程生成目的产物的质量占某一输 入反应物质量的百分数
y质＝某 所输 得入 目反 的应 产物 物的 的质 质10量 量％ 0
7. 原料消耗定额：（单耗）
原料消耗定额是指生产1吨（或公斤）产 品需要消耗多少吨（或公斤）各种原料， 对于主要反应物来说，它实际上是质量 收率的倒数。
3. 转化率
某入量一N种A反，应百物分A数反称应为掉反的应量物NAA的R转占化向率反X应A器: 中输
N N N ＝ AR XA
N N A
A,in
A,ou t10％ 0
A,in
4. 选择性
一种反应物A反应掉的量N某占向反应器中输入量NA，in百分 数称为反应物A的转化率XA:
选择性指的是某一反应物转变成目的产物时，理论消耗的摩 尔数占该反应物在反应中实际消耗的总摩尔数的百分数。
2．4 明确一组概念
1、反应物的摩尔比：
反应物的摩尔比指的是加入反应器中的几种 反应物之间的摩尔数之比。理论上这个摩尔 比可以和化学反应式的摩尔数相同，相当于 化学计量比。实际上对于大多数有机反应来 说，各种反应物的摩尔比并不等于化学计量 比。（主要考虑反应物的转化率和原料成本 等因素）
2. 限制反应物和过量反应物
(2) 选取1mol 空气作为基准。考虑到空 气过剩量，C3H8的摩尔为0.0036
1÷5 × 0.21÷1.25＝0.0036
由此计算得各物质量见下表所示：
物料衡算结果如表所示：
入
出
化合
化合
摩
克
摩
克
物
物
C3H8 0.0336 1.48
CO2 0.101 4.44
空气
1.0
28.84 H2O 0.135 2.43
我们用矩阵解之。矩阵解法如下：
：
0 3 0 0 1 0 A 0
改写为矩阵式：
0 4 0 0 0 1 B 0
0.21
0
0
1
1
0.5
N
0
例1 丙烷充分燃烧时要供入空气量125%， 反应式为
C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O 问：每100摩尔燃烧产物需空气量多少摩
尔？
解题思路：有三种不同的基准选取方法：
（1） 选取1mol C3H8 气体作为基准。 （2） 选取1mol 空气作为基准。 (3) 选取100 mol 烟道气作为基准。
（1） 选取1mol C3H8 气体作为基准， 所需空气量为：
燃烧需理论氧5mol 总需加入氧量＝1.25×5＝6.25mol 折 算 为 空 气 [ 空 气 中 氧 占 21% （ 体
积)]29.76mol 氮=23.51摩
化合物
C3H8 空气
摩
1 29.76
总计
30.76
克 44 859.5