第三章物料衡算和能量衡算-1(物料).ppt

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物料衡算与能量衡算,Chart3 Materiel Balance and Energy Balance,一、化工过程,所谓,化工过程,，是指由,原料,经,化学处理和物理处理,加工成,化学产品或中间产品,的生产过程。,它包括许多工序，每个工序又由若干个或若干组设备（如反应器、蒸馏塔、吸收塔、干燥塔，分离器、换热器及输送设备等等）组合而成。,物料通过各设备时，完成某种化学或物理处理，最终成为合格的产品。,应用,守恒定律,来研究化工过程的物料衡算和能量衡算问题。,在不同的生产过程中，有一些具有共性的,物理操作,，它们不改变物料的化学性质，只改变物料的物理性质，这类操作被称为,单元操作,，如流体输送、传热、蒸馏、干燥、蒸发、结晶、萃取、吸收、吸附、过滤及破碎等操作。,化工过程中还包括一些改变物料的,化学性质的反应过程,，如氢与氮合成氨反应、乙烯氧化成环氧乙烷反应等等。,化工过程就是由,反应过程,和,若干个单元操作,组合而成的一个系统。,化工过程的类型,根据其操作方式分,间歇,操作 原料一次加入过程产品一次排出,连续,操作 原料连续加入过程产品连续排出,半连续,操作 原料一次加入过程产品连续排出,或原料连续加入过程产品一次排出,根据操作状态分,稳定,状态操作（定态操作）过程参数,=f(x,、,y,、,z),不稳定,状态操作（非定态操作）过程参数,=f(x,、,y,、,z,、,t),化工过程基本参数,过程参数：生产过程中影响,过程运行和状态的物理量,。,一）温度,表示物体冷热程度的物理量。温标。,1,、,摄氏温标,，,水的正常冰点：,0,水的正常沸点：,100,其间均分,100,等份 其单位为,2,、,开尔文温标,，,K,（又叫热力学温度，热力学温标）,单位是“开尔文”，英文是“,Kelvin”,简称“开”，国际代号“,K”,。开尔文是为了纪念英国物理学家,Lord Kelvin,而命名的。,以绝对零度（,0K,）为最低温度，规定水的三相点的温度为,273.16K,，,开定义为水三相点热力学温度的,1/273.15,。,3,华氏温标,水盐混合物的温度：,0,；健康人的血液温度：,96,水的正常冰点：,32,；水的正常沸点：,212,其间均分,180,等份 其单位为,4,、,兰金温标,，,R,与开氏温标相似，也是以最低理论温度为,0,度的一种绝对温标。其,0,度为,-459.67,（,-460,）。,四种温度的关系：,本 章,要求,掌握,非反应过程的物料衡算及反应过程的物料衡算；,掌握,装置的物料衡算；,掌握,以反应热效应为基础的计算方法，以及以生成热为基础的计算方法。,本章重、难点：物料衡算及热量衡算。,物料、能量衡算,在化工技术中的,作用,物料、能量衡算是所有设计计算的,基础，,是反应器和设备设计的,根据,，也是过程、设备各系统经济核算和最优化的依据。一般来说，在设计一个生产系统，或者计算某个单元操作及设备时，,首先必须作物料、能量衡算。,物料、能量衡算的,目的和内容,在于定量研究生产过程，,为过程设计和操作最佳化提供依据。,对过程中的各个设备和工序，逐个计算各物料的流量、组成及热流量和温度，,定量地表示所研究的对象。,物料、能量衡算的,意义,计算生产过程的,原材料消耗指标、能耗定额和产品产率等。,根据物料衡算和能量衡算数据和设备恰当的生产强度，可以,设计或选择设备的类型、台数及尺寸。,物料衡算和能量衡算是设备计算的依据。,作物料衡算可以,检查,各物料的计量、分析测定数据是否正确；,检查,生产运行是否正常。,作系统各设备及管路的物料衡算时，可以,检查,出生产上的薄弱环节或限制部位。从而找出相应的强化措施。,物料衡算和能量衡算是,传统最优化和经济核算的基础。,物料衡算和能量衡算的方程往往,用于求取生产过程中的某些未知量或操作条件。,3.1,物料衡算,物料衡算,运用质量,守恒定律，对化工过程或设备进行定量计算。,通过物料衡算解决以下问题：,计算原料消耗量、副产品量；,输出过程物料的损耗量及三废的生成量；,在物料衡算基础做能量衡算，计算蒸汽、水、电、煤或其他燃料的,消耗定额。,计算产品的技术经济指标。,为生产设备和辅助设备的选型及设计、管路设施与公用工程的设,计等方面提供依据。,一、物料衡算依据,1.,理论依据,质量守恒定律,物料衡,算范围,单元操作的物料衡算,化工设备设计的前提,化工过程的物料衡算,化工过程设计的前提,物料衡算的一般表达式为：,输入量输出量生成量消耗量积累量,对稳定操作过程，积累量,=0,输入量,-,输出量,+,生成量,-,消耗量,=0,对无化学反应的过程：,输入量输出量积累量,对无化学反应的稳定操作过程：,输入量输出量,对有化学反应的过程,：总物料衡算,+,元素衡算式,2.,数据基础,(1),技术方案、操作方法、生产能力、年工作时。,(2),建设单位或研究单,位的要求,、设计参数、小试及中试数据：,化工单元过程的,化学反应式,、原料配比、转化率、选择率、总收,率，催化剂状态、用量、回收方法、安全性能等；,原料及产品的分离方式,，分离剂的用量，各步的回收率；,特殊化学品的物性,：沸点、熔点、饱和蒸汽压、闪点等。,(3),工艺流程示意图。,二、物料衡算基准,物料衡算时须,选择计算基准,，并在计算过程中,保持一致,。,一般计算过程的基准有以下几种：,(1),时间基准,对连续生产过程，常以单位时间,(,如,d,、,h,、,s,）的投料,量或产品量为计算基准。,(2),批量基准,以每批操作或一釜,料的生产周期为基准。,(3),质量基准,当系统介质为液、,固相时，选择一定质量的原料或产,品作为计算基准较适合。,(4),物质的量基准：,对于有化学反应的过程因化学反应的按摩尔进行,的，用物质的量基准更方便。,(5),标准体积基准：,对气体物料进行衡算，可采用标准体积基准，,Nm,3,(STP),，既排除,T,、,p,的影响，又可直接换算为摩尔。,(6),干湿基准：,由于物料中均含有一定量的水分，选用基准时就有算不,算水分的问题。湿基计算水分，干基不计算水分。,实际计算时，必须根据具体情况选择合适的基准，过程的,物料衡,算及能量衡算应在同一基准上,进行。,三、物料衡算的基本程序,(1),确定,衡算对象和范围,，画出计算对象的草图。注意物料种类和走,向，明确输入和输出。,(2),确定,计算任务,，明确已知项、待求项，选择数学公式，力求使计算,方法简化。,(3),确定过程所,涉及的组分,，并对所有组分依次编号。,(4),对物流的,流股进行编号,，并标注物流变量。,(5),收集数据资料,（设计任务所规定已知条件，与过程有关物理化学参,数）：,生产规模,（设计任务所规定，,t/,年）和,生产时间,（指全年有效生,产天数,300330,天,/,年，计约,8000h,）。,有关定,额的技术指标,，通常指产品单耗、配料比、循环比、固液,比、气液比、回流比、利用率、单程收率、回收率等等。,原辅材料、产品、中间产品,的规格；,与过程有关有物理化学参数，如临界参数、密度或比体积、状态方,程参数、蒸汽压、气液平衡常数或平衡关系等。,(6),列出过程全部独立物料平衡方程式及其相关约束式,，对有化学反应的还要写出化学反应方程式，指出其转化率和选择性。,(7),选择计算基准；,(8),统计变量个数与方程个数，确定设计变量个数及全部设计变量。,(9),整理并校核计算结果，并根据需要换算基准，最后列成表格即,物流表。,(10),绘制物料流程图，编写物流表作为设计文件成果编入正式设计,文件。,识别问题的类型,绘制工艺过程示意图,选择计算基准,建立物料衡算方程式并进行未知量的求解,列出物料衡算表,。,化工过程的,主要效率指标,生产能力和生产强度,生产能力,指一个设备、一套装置或一个工厂在 单位时间内生产的产品量，或在单位时间内处理 的原料量。,设计能力,设备或装置在最佳条件下可以达到的最大生产能力。,即设备的,单位体积的生产能力,，或,单位面积的生产能力,。,生产强度,为设备的单位特征几何量的生产能力。,此指标主要用于,比较那些相同反应过程或物理加工过程的设备或装置的优劣,。,有效生产周期：,开工因子,通常在,0.9,左右,，开工因子大意味着停工检修带来的损失小，即设备先进可靠，催化剂寿命长。,（,1,）转化率,（,2-13,）,关键反应物,反应物中价值最高的组分，为使其尽可能转化，常使其他反应组分过量。,不可逆反应，关键组分的转化率最大为,100%,。,可逆反应，关键组分的转化率其平衡转化率,。,转化率、选择性和收率,对,循环过程,而言，有,单程转化率,和,全程转化率,。,新鲜原料,反应系统,分离系统,产品,循环物流,循环机械,图 带有物料循环的流程示意,图,排放,（,2,）选择性,是指体系中转化成目的产物的某反应物的量与参加所有反应而转化的该反应物总量之比。,在复杂反应体系中，,选择性表达了主、副反应进行程度的相对大小,，能确切,反映原料的利用是否合理,。,选择性,或,注意,：,式中的分母是按主反应式的化学计量关系来计算的，并假设转化了的所有反应物全部转变成目的产物。,（,3,）收率（产率）,对同一反应物,，,Y=S,X,。,无副反应的体系,，,S=1,，,Y=X,，收率,=,转化率,；,有副反应的体系,，,S100%,，则过量空气的含义是包括,理论需要空气量和超过部分的量的总和,。,例 丙烷充分燃烧时，要供入空气量,125%,，反应式为：,C,3,H,8,+5O,2,3CO,2,+4H,2,O,，问每产生,100,摩尔烟道气需空气量多少摩尔？,解：采用不同的计算基准计算。,解法,基准：,100 mol,丙烷,（关键组分）。,反应式：,C,3,H,8,+5O,2,3CO,2,+4H,2,O,转化量：,100 X Y Z,X=500mol Y=300mol Z=400mol,由于空气中氧气和氮气的摩尔比为：,O,2,N,2,=2179,理论空气量,=500/0.21=2380.9mol,则实际空气量,=,过量空气,%,理论空气量,=125%2380=2976 mol,反应前,：,反应后,：,氮气不参加反应，仍为,2351 mol,。,物料衡算结果一览表,1,从上表中可看出，,反应前后,，,各组分的摩尔数和质量数都不相等。,总摩尔数也不相等，物质的,总质量数未变,。,物料,分,子,量,输入,输出,mol,mol%,Kg,wt%,mol,mol%,Kg,wt%,C,3,H,8,44,100,3.25,4.4,4.88,O,2,32,625,20.32,20.0,22.17,125,3.94,4.0,4.43,N,2,26,2351,76.43,65.83,72.96,2351,74.02,65.83,72.96,CO,2,44,300,9.45,13.2,14.63,H,2,O,18,400,12.59,7.2,7.98,总计,3076,100,90.23,100.01,3176,100,90.23,100,从计算结果可以看出，当,空气加入量为,2976mol,时,，可,产生烟道气,3176mol,，所以，每,产生,100mol,烟道气需加入的空气量为：,1002976,3176,93.7,（,mol,）,解法,基准：,100 mol,空气,反应前：,所含,=,过量氧气量,由 过量氧气量,=,过量空气,%,需要氧气量（也称为理论需氧量）,理论氧气量,=,过量氧气量,/,过量空气,%,=21/125%=16.8 mol,则根据化学反应式,C,3,H,8,+5O,2,3CO,2,+4H,2,O,可以求得参加反应的丙烷用量：,15=M16.8 M=3.36 mol,反应后：,氮气不参加反应，仍为,79mol,。,物料衡算结果一览表,2,从上表中可看出，仍然可以得出与表,1,相同,的结论；比较表,1,和表,2,，可以看出，,虽然计算基准不同，但进出物料的组成是一致的。,物料,分,子,量,输入,输出,mol,mol%,Kg,wt%,mol,mol%,Kg,wt%,C,3,H,8,44,3.26,3.25,0.148,4.88,O,2,32,21,20.32,0.672,22.17,4.2,3.94,0.134,4.43,N,2,26,79,76.43,2.212,72.96,7.9,74.02,2.212,72.96,CO,2,44,10.08,9.45,0.444,14.63,H,2,O,18,13.44,12.59,0.242,7.98,总计,103.36,100,3.032,100.01,106.72,100,3.032,100,从计算结果知，每产生,106.72mol,的烟道气需加入,100mol,空气,，所以,产生,100mol,烟道气需要加入的空气量,是：,100100,106.72,93.7,（,mol,）,例：,在鼓泡反应器中进行苯的氯化反应生产氯苯，主反应为：,C,6,H,6,Cl,2,C,6,H,5,Cl,HCl,同时有副反应发生，生成二氯苯和三氯苯，反应如下：,C,6,H,6,2Cl,2,C,6,H,4,Cl,2,2HCl,C,6,H,6,3Cl,2,C,6,H,3,Cl,3,3HCl,已知鼓泡反应器的产品中，主、副反应产物和未反应的苯的重量比为,:,氯苯：二氯苯：三氯苯：苯,l:0.08:0.016:2,，求,(1),苯的转化率；,(2),氯苯的收率；,(3),反应的选择性；,(4),反应生成的氯化氢总量；,(5),反应消耗的氯气总量。,解：以,100kg,产物氯苯为计算基准。,苯、氯苯、二氯苯、三氯苯的分子量分别为,78,，,112.5,，,147,和,181.5,。,按照所取的计算基准，出口产品混合物中有苯,200kg,，氯苯,100kg,，二氯苯,8kg,，三氯苯,1.6kg,，需要加入反应器的苯,(100,),的量计算如下：,生成氯苯消耗苯：,生成二氯苯消耗苯：,生成三氯苯消耗苯：,未反应的苯,200kg,，因此需要加入的苯的总量为：,69.33,4.245,0.688,200,274.3kg,（,1,）苯的转化率,苯的转化量,69.33,十,4.245,十,0.688,74.3kg,苯的加入量,274.3kg,所以 苯的转化率,X,74.3,274.3,0.2709,（,2,）氯苯的收率,Y,（,3,）反应的选择性,S,（,4,）反应生成的氯化氢总量,生成氯苯时同时生成的氯化氢：,生成二氯苯时同时生成的氯化氢：,生成三氯苯时同时生成的氯化氢：,因此，生成的氯化氢总量为：,32.4,3.97,0.966,37.35kg,(5),反应消耗的氯气总量,生成氯苯消耗氯气：,生成二氯苯消耗氯气：,生成三氯苯消耗氯气：,因此，反应消耗的氯气总量为：,63.11,7.728,1.878,72.72kg,（,2,）元素平衡法（原子衡算法）,方法,：因为反应前后的物质虽然分子结构不同，但都是由相同元素组成的。所以,反应前后各元素原子的量是守衡的,，然后依每个分子结构通过相应元素的量（原子数的比值）计算出各个未知的具体量。,适用范围,：,反应过于复杂，即反应式明确但较多，包含有平行、连串等反应时；,反应式不太明确，无法写出时。,例 合成气组成为,0.4%CH,4,、,52.8%H,2,、,38.3%CO,、,5.5%CO,2,、,0.1%O,2,和,2.9%N,2,（体积百分数）。若用,10%,过量空气燃烧，设燃烧气中不含,CO,，试计算燃烧气组成。,解法,用原子衡算法求解,。画出示意图。,H,：,0.4%10004+52.8%10002,=1072 mol,2C,C,：,0.4%1000+38.3%1000+5.5%1000,=442 mol,B,O,：,38.3%1000+5.5%10002+0.1%,10002,0.21A2=2B,C,2D,N,：,2.9%10002,0.79A2=2E,对,O,2,作物料衡算，输入量,+,产生量,=,输出量,+,消耗量,0.21A+0.1%1000,D+0.1%1000+0.21A/1.1,解之得：,A,2422.4mol,，,B,442 mol,，,C=536 mol,，,D,46.3 mol,，,E,1943 mol,基准：,1000 mol,合成气。其中各原子的量为：,0.4%CH,4,、,52.8%H,2,、,38.3%CO,、,5.5%CO,2,、,0.1%O,2,、,2.9%N,2,物料,分,子,量,输入,输出,mol,mol%,Kg,wt%,mol,mol%,Kg,wt%,H,2,2,528,15.42,1.056,1.24,CH,4,16,4,0.12,0.064,0.08,CO,28,383,11.19,10.724,12.62,CO,2,44,55,1.61,2.420,2.85,442,14.9,19.448,22.88,O,2,32,508.8+1,14.89,16.314,19.20,46.2,1.56,1.482,1.74,N,2,28,29+1914,56.77,54.404,64.02,1943,65.48,54.404,64.02,H,2,O,18,536,18.06,9.648,11.35,总计,3422.8,100,84.982,100.01,2967.3,100,84.982,99.99,例：,丙烷充分燃烧时要使空气过量,25,燃烧反应方程式为：,C,3,H,8,5O,2,CO,2,4H,2,O,求每,100mol,燃烧产物,(,烟道气,),需要加入多少丙烷和空气。,解：以,l00mol,烟道气作基准进行物料衡算,作,C,原子,平衡得：,3B,P,作,H,原子,平衡得：,8B,2Q,作,O,原子,平衡得：,0.21 A2,2P,Q,2M,作,N,平衡得：,0.79A2,N2,由,以,l00mol,烟道气作基准,得：,P+Q+M+N,100,作,O,2,平衡得：,0.21 A,（,0.25,1.25,）,M,解上述方程组得：,A,93.76mol,，,B,3.148 mol,，,因此，,100mol,烟道气,需要加入,空气,93.76mol,，加入丙烷,3.148mol,。,（,3,）以化学平衡进行衡算,化学反应中，当,正反应与逆反应的反应速率相等,时，即达到化学平衡，在定,T,、定,P,，且反应物的浓度不变时，平衡将保持稳定，此时需借助,化学反应平衡常数与浓度之间的关系式,计算。,例 试计算合成甲醇过程中反应混合物的平衡组成。设原料气中,H,2,与,CO,摩尔比为,4.5,，惰性组分含量为,13.8%,，压力为,30MPa,，温度为,365,，平衡常数,Kp,=2.50510,-3,MPa,-2,。,解：分析：由,Kp,可看出，此题是当作理想气体混合物进行简化计算的。依题意求,y,i,，需求出反应后的,n,i,和,n,，因发生化学反应，应对每个组分进行物料衡算，方可确定。,化学反应式：,CO+2H,2,CH,3,OH,首先计算出原料气的摩尔组成：,含惰性组分,13.8%,，,(H,2,+CO),为,1,13.8%=86.2%,，需分别求出,H,2,和,CO,的组成含量。,原料气中,H,2,与,CO,摩尔比为,4.5,H,2,4.5/(1+4.5)86.2%=70.53%,；,CO (1/5.5)86.2%=15.67%,惰性气体,13.8%,；,基准：,1 mol,原料气，平衡转化率为,X,CO,。,CO +2H,2,CH,3,OH,平衡时,n/mol,：,0.1567(1-x,CO,)0.7053-20.1567x,CO,0.1567x,CO,开始,n/mol,：,0.1567 0.7053,转化量,n/mol,：,0.1567x,CO,20.1567x,CO,惰性气体：,0.138,试差得,X,CO,=0.4876,平衡时组成：,CO,：,0.1567(1-0.4876)=0.0803 mol,H,2,：,0.7053,20.15670.4876=0.5525 mol,CH,3,OH,：,0.15670.4876=0.0764 mol,惰性气体,0.138 mol,=1,0.31340.4876=0.8472 mol,摩尔组成：,若某产物,P,的收率已知，根据收率的定义式，便可求出一定产量下的加料量。,例如有一连串反应，其计量关系为,APQ,，已知,P,的摩尔收率,Y,p,0.8,，,P,的产量为,100kmol,h,，根据收率的定义式有：,因而，,A,的加料量,100/0.8,125(kmol/h),(4),根据收率数据作物料衡算,例：乙烯氧化制环氧乙烷的反应器中进行如下反应：,反应器进口混合气体的流量为,45000m,3,(STP)/h,，组成如下：,乙烯的转化率为,32,，反应选择性为,69,，求反应器出口气体的组成和流量。,转化率,收率,选择性,Y,S,X,解：环氧乙烷的收率,0.320.69,0.2208,CO,2,的收率,0.32(1,0.69),0.0992,因此，,反应器出口气体,各组分的流量为：,乙烯,环氧乙烷,CO,2,H,2,O,N,2,O,2,反应器的物料平衡表如下：,（,5,）具有循环和旁路过程的物料衡算,在化工生产中，由于受到化学平衡、相平衡以及反应速度等多种因素的限制，原料往往不能完全转比为产品，为了,提高原料利用率，增加产品的经济效益,，可采取,循环操作,。,循环操作,就是把反应后得到的产品，经,全部分离或部分分离后，将其剩余的物料重新返回系统，与新鲜原料混合继续进行加工,。,循环流程的优点：,能够显著地提高原料利用率，减少系统排放量，降低了原料消耗，也减少了对环境的污染。,循环流程的缺点,：,循环体系中,惰性物质和其他杂质会逐渐积累,，对反应速率和产品产率有影响，必需定期排出这些物质以避免积累。,另外，大量,循环物料的输送会消耗较多动力,，所以对于那些反应后绝大部分原料均转化为目的产物的过程，不必采用循环流程。,通常可采用下列两种算法：,试差法,（需多次计算）,估计循环流量，计算至循环回流的那一点。将估计值与计算值比较，重新假定估计值，一直计算到估计值与计算值之差在一定的误差范围内。,代数解法,列出物料平衡方程式，并求解。一般方程式中以循环量为未知数，用联立方程式的方法求解。,具体做法：,一般在衡算时，先进行总的过程衡算，再对循环系统列出方程式求解,。,在,没有循环时,，一系列单元步骤的物料平衡可按顺序依次进行。,但是若,有循环物料,时，由于循环流量尚未计算，采用逐次计算并不能计算出循环量。,例题：,在银催化剂作用下，乙烯可被空气氧化成环氧乙烷（,C,2,H,4,O,），副反应是乙烯完全氧化生成,CO,2,和,H,2,O,。已知离开氧化反应器的气体干基组成为：,C,2,H,4,3.22%,，,N,2,79.64%,，,O,2,10.81%,，,C,2,H,4,O 0.83%,，,CO,2,5.5%,（均为体积分数）。,该气体进入水吸收塔，其中的环氧乙烷和水蒸气全部溶解于水中，而其他气体不溶于水，由吸收塔顶逸出后排放少量至系统外，其余循环回氧化反应器。,计算（,1,）乙烯的单程转化率；（,2,）生成环氧乙烷的选择性；（,3,）循环比；（,4,）新鲜原料中乙烯和空气量之比。,解：对题目进行初步分析，分析与计算同步进行：,此题因有循环，采用代数解法。,由转化率和选择性的概念可知，需计算反应过程中的变化量，即需要进行物料衡算才能得知。,由题给条件,离开反应器的气体干基组成，可选定计算基准为反应器出口气中,100 mol,干气。,由题意画出流程方框图，选定各物料未知量符号，并根据题意标明各组分量。,因为有两个反应式，组分也较多，所以采用原子衡算法计算。,该过程的流程方框图如下：,计算基准：反应器出口气中,100 mol,干气。,令新鲜原料气（,FF,）中,C,2,H,4,量为,Xmol,，空气为,Ymol,（含,79%N,2,和,21%O,2,）；排放气为,Wmol,；乙烯完全氧化生成的水量为,Zmol,。,Fresh fluid,Mix fluid,product,Recycle feed,Reaction product,Separate product,waste,C,2,H,4,Xmol,O,2,N,2,空气,Ymol,Wmol,C,2,H,4,3.22%,N,2,79.64%,O,2,10.81%,C,2,H,4,O 0.83%,CO,2,5.5%,H,2,O,Zmol,H,2,O,Zmol,C,2,H,4,O 0.83mol,C,2,H,4,N,2,O,2,CO,2,C,2,H,4,N,2,O,2,CO,2,C,2,H,4,N,2,O,2,CO,2,C,2,H,4,N,2,O,2,CO,2,C,2,H,4,+0.5O,2,C,2,H,4,O,C,2,H,4,+3O,2,2CO,2,+2H,2,O,基准：,100 mol,干气,（,1,）确定反应产物经分离后的各部分的量。,分析：由流程方框图可知，物流,RP,分离成,P,和,SP,，,SP,分流为,RC,和,W,，该两过程均无化学反应，且,SP,、,RC,和,W,三者的组成相同。,则各部分的量：,SP=RP,P,；,RC=SP,W,又环氧乙烷和水蒸气全部溶解于水中，,则,P=1000.83%+Z,。,（,2,）确定进入反应器的混合物料量。,分析：进反应器的气体,MF,由新鲜原料气,FF,和循环气,RC,组成，混合过程无化学反应，则,MF=FF+RC,。,RP,、,P,、,SP,、,W,中各组分物质的量和组成表,物料,RP,（出反应器气）,P,（产物）,SP,（出吸收塔气）,W,（排放气）,mol,干基,mol%,mol,mol,mol%,mol,mol%,C,2,H,4,3.22,3.22,3.22,3.25,0.0325 W,3.25,O,2,10.81,10.81,10.81,10.90,0.109 W,10.90,N,2,79.64,79.64,79.64,80.30,0.803 W,80.30,C,2,H,4,O,0.83,0.83,0.83,CO,2,5.5,5.5,5.5,5.55,0.0555 W,5.55,H,2,O,Z,Z,总计,100+Z,100,0.83+Z,99.17,100,W,100,RC,、,FF,和,MF,中各组分物质的量和组成表,物料,RC,（循环气,=SP,-,W,）,FF,（新鲜原料气）,MF,（混合原料气）,mol,mol%,mol,mol%,mol%,C,2,H,4,3.22,-,0.0325,W,3.25,X,3.22,-,0.0325W+X,O,2,10.81,-,0.109,W,10.90,0.21Y,21,10.81,-,0.109W+0.21Y,N,2,79.64,-,0.803,W,80.30,0.79Y,79,79.64,-,0.803W+0.79Y,C,2,H,4,O,CO,2,5.5,-,0.0555,W,5.55,5.5,-,0.0555W,H,2,O,总计,99.17,-,W,100,X+Y,100,X+Y+99.17,-,W,（,3,）作总系统物料衡算，求出具体的量。,从新鲜原料气开始，到以产物和排放气的形式离开系统为止，因吸收剂（水）的输入和输出的量不变，可不考虑，则总系统衡算图为：,用原子衡算法计算：,FF,中某元素的原子总的物质的量（,mol,）,=P,中该元素的原子总的物质的量（,mol,）,+W,中该元素的原子总的物质的量（,mol,）,C,：,2X=,（,0.832,）,+,（,0.0325W2+0.0555W,）（,1,）,H,：,4X=,（,0.834+2Z,）,+,（,0.0325W4,）（,2,）,O,：,0.21Y2=,（,0.83+Z,）,+,（,0.109W 2,+0.0555W2,）（,3,）,N,：,0.21Y2=,（,0.83W2,）（,4,）,联立求解得：,X=2.008 mol,；,Y=19.87 mol,；,Z=1.085 mol,；,W=19.55 mol,。,（,4,）根据化学反应式进行计算，求出转化率和选择性。,分析：对稳定流动过程，系统中任何组分均无积累。且在正常操作时，,循环气中已经存在一定量的,CO,2,（控制不变），反应器中不断生成的,CO,2,就会打破这项指标，为此，需要将这部分生成的,CO,2,排放出去，才能实现稳定生产,。同理，反应器中不断生成的,C,2,H,4,O,等于产物,P,中,C,2,H,4,O,的量。,主反应：,C,2,H,4,+0.5O,2,C,2,H,4,O,转化量：,0