第四章物料衡算第1頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三例4-1一種廢酸，組成為23%（質(zhì)量%）HNO3，57%H2SO4和20%H2O。加入93%的H2SO4及90%的HNO3，要求混合成27%HNO3及60%H2SO4的混合酸，計算所需廢酸及加入濃酸的數(shù)量?；旌掀鲝U酸F1濃硫酸F2濃硝酸F3x11=0.23x12=0.57x13=0.20x31=0.9x33=0.1x22=0.93x23=0.07混合酸F4X41=0.27X42=0.6X43=0.13解：（1）畫物料衡算簡圖，確定衡算體系。4.2.1混合過程的物料衡算

4.2物理單元操作過程的物料衡算第2頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三混合器廢酸F1濃硫酸F2濃硝酸F3x11=0.23x12=0.57x13=0.20x31=0.9x33=0.1x22=0.93x23=0.07混合酸F4X41=0.27X42=0.6X43=0.13（2）選擇計算基準(zhǔn)題中所給條件為質(zhì)量分率，以質(zhì)量作為計算基準(zhǔn)較好。選取產(chǎn)生100kg混合酸為計算基準(zhǔn)。（也可選擇廢酸作為計算基準(zhǔn)，因為組成都是已知的。）（3）列物料衡算式總物料衡算式H2SO4物料衡算式HNO3物料衡算式第3頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三混合器廢酸F1濃硫酸F2濃硝酸F3x11=0.23x12=0.57x13=0.20x31=0.9x33=0.1x22=0.93x23=0.07混合酸F4X41=0.27X42=0.6X43=0.13（4）求解求解上述三元一次方程得（5）驗算以H2O的衡算式來驗證輸入：輸出：故計算結(jié)果正確。第4頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三混合器廢酸F1濃硫酸F2濃硝酸F3x11=0.23x12=0.57x13=0.20x31=0.9x33=0.1x22=0.93x23=0.07混合酸F4X41=0.27X42=0.6X43=0.13列進(jìn)出物流表：組分輸入（kg）輸出（kg）流股1流股2流股3流股4HNO39.61017.2827H2SO423.8336.27060H2O8.362.731.9213合計41.83919.2100第5頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三例4-2有一個蒸餾塔，輸入和輸出物料量及組成如下圖。輸入物料1中A組分的98.7%自塔頂蒸出。求每千克輸入物料可得到塔頂餾出物2的量及其組成。4.2.2蒸餾過程的物料衡算

4.2物理單元操作過程的物料衡算第6頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三解：（1）劃定衡算體系，如圖所示。（2）選擇計算基準(zhǔn)以為計算基準(zhǔn)。（3）列物料衡算式總物料衡算式A組分物料衡算式B組分物料衡算式濃度限制式過程限制式第7頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三（4）求解聯(lián)立上面方程求解得：（5）驗算略列進(jìn)出物流表略。第8頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三例4-3氨解吸過程在30℃和101KPa條件下進(jìn)行，空氣和氨水的摩爾比為2，進(jìn)口空氣不含氨，氨水含氨0.1%（摩爾%）。用一塊塔板，塔板的莫弗里氣相效率為75%。在30℃時氨-水的亨利系數(shù)為129KPa，求出口液相和氣相組成。4.2.3吸收過程的物料衡算

4.2物理單元操作過程的物料衡算第9頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三解：（1）畫物料衡算簡圖，確定衡算體系。（2）選擇計算基準(zhǔn)以為計算基準(zhǔn)，則（3）列物料衡算式總物料衡算式水的物料衡算式氨物料衡算式濃度限制式第10頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三解：（3）列物料衡算式過程限制式聯(lián)立上面方程求解得：（4）求解驗算及列進(jìn)出口物流表略。第11頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三4.2物理單元操作過程的物料衡算物理單元操作過程的物料衡算，列衡算式及求解時應(yīng)注意：（1）列出的獨立衡算式數(shù)目等于輸入和輸出物料中化學(xué)組分的數(shù)目。為使方程個數(shù)和變量個數(shù)相等，需全面考慮已知條件，能列出的方程有濃度限制式、過程限制式等；（2）為避免求解方程組的繁瑣，首先列出含未知量數(shù)目最少的物料衡算方程，最好是能列出一個方程解一個未知數(shù)，然后一步步求解其他方程；（3）若體系內(nèi)有很多組分的物流，最好將每股物流編號，并表示出已知的量及組成。第12頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三計算關(guān)鍵：（1）獨立衡算體系的確定；（2）選擇計算的著手點。有多個設(shè)備的過程可劃分為多個衡算體系。4.2.4有多個設(shè)備過程的物料衡算

4.2物理單元操作過程的物料衡算第13頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三例4-5有兩個蒸餾塔的分離裝置，將含50%苯、30%甲苯、20%二甲苯（均為摩爾百分?jǐn)?shù)）的混合物分成較純的三個餾份，其流程圖及各流股組成如圖所示。計算蒸餾1000mol/h的原料所得各流股的量及進(jìn)塔Ⅱ物料的組成。4.2.4有多個設(shè)備過程的物料衡算

4.2物理單元操作過程的物料衡算第14頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三解：（1）畫物料衡算簡圖。（2）選擇計算基準(zhǔn)（3）列物料衡算式以為計算基準(zhǔn)。首先進(jìn)行自由度分析，以確定第一個衡算體系。塔Ⅰ塔Ⅱ總體系平衡式數(shù)333濃度限制式數(shù)110過程限制式數(shù)000變量數(shù)563設(shè)計變量數(shù)120第15頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三（3）列物料衡算式以總體系為第一個物料衡算體系?？偽锪虾馑闶剑罕降奈锪虾馑闶剑杭妆降奈锪虾馑闶剑郝?lián)立上面三個方程式解得：第16頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三（3）列物料衡算式再以塔Ⅰ為第二個物料衡算體系?？偽锪虾馑闶剑罕降奈锪虾馑闶剑杭妆降奈锪虾馑闶剑汗黍炈慵斑M(jìn)出物流表略。第17頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三說明：（1）對于有多設(shè)備的過程，可劃分為多個衡算體系，從哪一體系入手，可進(jìn)行自由度分析；（2）當(dāng)有大量多組分流股時，可列出許多方程，但獨立方程的數(shù)目應(yīng)等于設(shè)備數(shù)與物料組分?jǐn)?shù)的乘積；（3）多設(shè)備多組成體系，可有多個衡算體系，但獨立的衡算體系數(shù)目等于設(shè)備的數(shù)目。4.2.4有多個設(shè)備過程的物料衡算

4.2物理單元操作過程的物料衡算第18頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三4.2物理單元操作過程的物料衡算作業(yè)：1.現(xiàn)有1000kg混酸，組成為26%HNO3、56%H2SO4及18%H2O，今需調(diào)整至組成為30%HNO3、58%H2SO4及12%H2O，試計算需加下列兩種酸各多少kg？(1)含8%H2SO4、87%HNO3及5%H2O的含硫酸硝酸；(2)98%濃硫酸。第19頁，共20頁，2023年，2月20日，星期三4.2物理單元操作過程的物料衡算2.含輕烴較高的汽油，需經(jīng)精餾塔將大部分丙烷、丁烷、戊烷除去，以提高汽油的穩(wěn)定性?，F(xiàn)需處理的不穩(wěn)定汽油組成如下：計算：(1)若全部C3H8、C4H10在餾出液中，C6H14、C7H16、C8H18在塔底殘液中，C5H12的一半在餾出液中，另一半在塔底殘液中，求餾出液及塔底殘液的組成，及每100mol原料能得