化工设计课件--化工流程的物料衡算和热量衡算联立计算(带反应).pptxVIP

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2023-01-14 发布于天津
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化工设计课件--化工流程的物料衡算和热量衡算联立计算(带反应).pptx

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化工设计第三章物料衡算与热量衡算本学时讲授内容第五节化工流程物料衡算与热量衡算的联立计算本章总结及习题例题：一个合成氨生产工艺流程图如下所示：已知 ?. 反应器1中N2的转化率为10％；图中组成均为摩尔分率； 5号流股为液相外，其余均为气相流股； ?. 除分离器外，其它单元均为绝热操作； ?. 两反应器中均只有一个反应： N2 ＋ 3H2 ? 2NH3要求： ?. 做过程的自由度分析； ?. 指出衡算计算的计算顺序。NH3 N2H2-50℃425℃进料150℃N2 0.25H2 0.75反应器2反应器1混合器换热器分离器 283 7425℃6N2 0.25H2 0.7550℃4dQ/dt5535℃ 解：首先，根据流程特点，判断各流股的组份数。NH3 N2H2-50℃425℃进料150℃N2 0.25H2 0.75反应器2反应器1混合器换热器分离器 283 7425℃6N2 0.25H2 0.7550℃4dQ/dt5535℃(3)(3)(3)(3)(3)(2)(2)(2) 流程整体（OB）的特点：一个带一种反应的非绝热的虚拟反应器。反应器1反应器2MBCBMBCB流股变量单元变量MB方程数HB方程已知流股变量数已知单元变量数已知附加式数自由度反应器1和反应器2自由度分析表 5 1 3 1 1 0＋15＋2 2 3 11＋1 2 0＋1 6 1 3 0 0 0 ＋4 8 2 3 0 1 2 1 ＋3 N2 0.25H2 0.7550℃NH3 N2H2-50℃425℃进料150℃N2 0.25H2 0.75反应器2反应器1混合器换热器分离器 283 7425℃64dQ/dt5535℃(3)(3)(3)(3)(3)(2)(2)(2)混合器和换热器自由度分析表＋4＋4＋4自由度000已知附加式数110已知单元变量数431已知流股变量数11HB方程33MB方程数110单元变量5＋4118流股变量CBCBMB换热器混合器 +2＋2＋5＋4自由度0000已知附加式数0000已知单元变量数3131已知流股变量数11HB方程3333MB方程数2110单元变量75118流股变量CBMBCBMB整体OB分离器分离器和整体（OB）自由度分析表自由度表N2 0.25H2 0.7550℃NH3 N2H2-50℃425℃进料150℃N2 0.25H2 0.75反应器2反应器1混合器换热器分离器 283 7425℃64dQ/dt5535℃(3)(3)(3)(3)(3)(2)(2)(2) 流程自由度分析结果一览表000000000000已知附加式数005001101021已知单元变量数+2+2＋1+5+4+4+4+4+3+4+1+1自由度318314412021已知流股变量数1511111HB方程数331233333333MB方程数217101102121单元变量数752411891188675流股变量数CBMBCBCBMBCBCBMBCBMBCBMB整体OB过程分离器换热器混合器反应器2反应器1回流程图显然是一个弹性设计，必须挑选一个流股的流量作为计算基准。最好选F7＝1000mol/h为计算基准。计算基准－1－1－1-1-1-1自由度00＋3+3+40 从自由度分析结果看，应该先解反应器1的MB，再解其CB（HB），而且完全求解。 N2 0.25H2 0.7550℃NH3 N2H2-50℃425℃进料150℃N2 0.25H2 0.75反应器2反应器1混合器换热器分离器 283 7425℃64dQ/dt5535℃(3)(3)(3)(3)(3)(2)(2)(2)混合器换热器MBCBCB流股变量8119单元变量011MB方程数33HB方程11已知流股变量数已知单元变量数011已知附加式数000自由度解完反应器1后，应该接着解哪个单元？完全求解反应器1的MB和HB意味着什么？混合器和换热器的更新自由度分析表4+1705+3 分析结果：接着解混合器的CB，完全求解。反应器2整体OBMBCBMBCB流股变量6857单元变量1212MB方程数3333HB方程11已知流股变量数已知单元变量数0100已知附加式数0000自由度N2 0.25H2 0.7550℃NH3 N2H2-50℃425℃进料150℃N2 0.25H2 0.75反应器2反应