第三章物料衡算和能量衡算chap[1][1][1]710

每一个单元列出一组平衡方程式，再列出整个系统 的平衡方程式。
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化学反应过程的物料衡算
第三章 物料衡算与能量衡算
1.直接计算法
甲醇氧化制甲醛： CH3OH + 1/2 O2
HCHO + H2O
CH3OH
空气 （过量50%）
催化反应器
CH3OH HCHO
H2O O2 N2
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第三章 物料衡算与能量衡算
100%
β = (nC nC 0 ) / c (nA0 nA ) / a
第三章 物料衡算与能量衡算
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⑶ 收率 收率 = 转化率×选择性
生成目的产物所消耗的反应物量
=
反应物的进料量
ψ=βxA =
(nC nC 0 ) / c nA0 / a
⑷ 限制反应物 ⑸ 过量反应物
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第三章 物料衡算与能量衡算
关于基准
⑴ 时间基准
连续（小时，天……）
间歇（釜，批……） ⑵ 质量基准
kg，mol， kmol …… ⑶ 体积基准
m3（STP） ⑷ 干湿基准
干基（不含水），湿基（含水） 例：100kg湿物料，其中含水10kg，
按 湿基：含水率为10%； 若按 干基：含水率为
10/（100-10）×100%=11.11%
其中氮气量
产生：CO2 H2O O2 N2
合计
1kmol； 0.79kmol； 0.101kmol； 0.135kmol； 0.042kmol； 0.79kmol； 1.068kmol；
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100
x=
= 93.7kmol
1.068
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（3）基准：100kmol烟道气 以元素平衡法：C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O
A = 93.7kmol； B = 3.148kmol； N = 74.02kmol； M = 3.935 kmol； P = 9.445 kmol ； Q = 12.59 kmol。
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第三章 物料衡算与能量衡算
物料平衡计算的条件
１.方程式 ⑴ 物料平衡方程式 ⑵ 物流约束式 构成物流各组分的分率之和等于1
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C平衡 H2平衡 O2平衡 N2平衡 烟道气总量 过剩氧气
3B = P； 4B = Q； 0.21A = M + Q/2 + P； 0.79A = N； N + M + P + Q = 100； 0.21A（0.25/1.25）= M
解出：空气量
C3H8 N2 O2 CO2 H2O
合计
3kmol； 4kmol； 1.25kmol； 23.51kmol； 31.76kmol；
100 29.76
x = 31.76 = 93.7kmol
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2.基准：1kmol空气
实际供氧
0.21/1.25=0.168kmol；
燃烧C3H3
0.21/（5×1.25） =0.0336kmol；
供给空气量
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第三章 物料衡算与能量衡算
物料衡算的基本步骤
⑴ 画出流程示意图 ⑵ 列出已知数据 ⑶ 列出由物料平衡所需求解的问题。 ⑷ 决定系统的边界 ⑸ 写出主、副产品的化学反应方程式。
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第三章 物料衡算与能量衡算
⑹ 约束条件 ⑺ 选择计算基准 ⑻ 进行物料平衡计算 ⑼ 列出物料和能量平衡表，并进行校核 ⑽ 结论
x j =1
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2.变量 有Ns股物流， Nc个组分数，Np个设备参数 总变量数：
Nv= Ns（Nc +1）+ Np 设计变量
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⑴ 转化率
转化率 =
反应物的反应量 反应物的进料量
xA =
nA0 nA nA0
⑵ 选择性
选择性 =
生成目的产物所消耗的反应物量
原料的反应量
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无化学反应的物料衡算
第三章 物料衡算与能量衡算
过滤过程
料浆
F1=2000kg/h 75%液体 25%固体
过滤机
滤饼 90%固体 F3=？kg/h 10%液体
F2=？kg/h 1%固体 99%液体
滤液
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总平衡式 液体平衡式
输入的料浆=输出的滤液+输出的滤饼 F1= F2+F3
F1x11= F2x21+F3x31
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第三章 物料衡算与能量衡算
二、多单元系统Fra Baidu bibliotek
F1=1000mol/h x1B=0.2 x1C=0.3 x1D
F2 x2B x2C
单 元 Ⅰ单
元 Ⅱ
F3 x3B=0.025 x3C=0.35 x3D
F4 x4B=0.08 x4C=0.72
F5 x5C x5D
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第三章 物料衡算与能量衡算
第三章 物料衡算与能量衡算
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精馏过程 三个未知数需三个方程
总物料平衡式
F1+ F2= F3+ F4 组分物料平衡式 苯平衡 F2=0.75 F3 水平衡 0.6F1= 0.24F3 醇平衡 （1－0.6）F1
F3
F1 料液 乙醇 40% 水 60%
馏出液
乙醇 水 24% 苯 75%
F2 苯
乙醇产品 F4=1000kg/h
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C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O 每100kmol燃烧产物需要多少摩尔空气？
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1.基准：1kmol原料气C3H8
燃烧用氧
5kmol；
实际供氧
5×1.25 = 6.25kmol；
供给空气量
29.76kmol；
其中氮气量
23.51kmol
产生：CO2 H2O O2 N2
输入： O2（需要）= 0.5mol；
O2（输入）= 1.5×0.5 = 0.75mol； N2（输入）= N2（输出）= 0.75×（79/21）
= 2.82mol； 反应的CH3OH =0.75×1 = 0.75mol
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第一节连续过程的物料衡算
教学内容： 结合具体实例，理解利用化学反应速率进行反
应过程的物料衡算的方法。 重点和难点： 重点掌握利用化学反应速率进行反应过程的物
料衡算的方法。 难点是衡算基准的选择，包括基准物流的名称
和单位选择，以及物料平衡方程、摩尔分数约 束式及设备约束式的内容和形式。
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第三章 物料衡算与能量衡算
一、连续过程的物料衡算
一般表示式为： 系统中积累 = 输入 – 输出 + 生成 – 消耗
稳态过程时 输入 = 输出 – 生成 + 消耗
无化学反应的稳态过程 输入 = 输出
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第三章 物料衡算与能量衡算
物料平衡形式 总平衡式 *总质量平衡式 总摩尔平衡式 组分平衡式 组分质量平衡式 组分摩尔平衡式 元素原子平衡式 *元素原子质量平衡式 *元素原子摩尔平衡式