天津大学工业化学基础化工基本计算省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、2 24 4 明确一组概念明确一组概念 l1、反应物摩尔比:、反应物摩尔比:l反反应应物物摩摩尔尔比比指指是是加加入入反反应应器器中中几几个个反反应应物物之之间间摩摩尔尔数数之之比比。理理论论上上这这个个摩摩尔尔比比能能够够和和化化学学反反应应式式摩摩尔尔数数相相同同,相相当当于于化化学学计计量量比比。实实际际上上对对于于大大多多数数有有机机反反应应来来说说,各各种种反反应应物物摩摩尔尔比比并并不不等等于于化化学学计计量量比比。(主主要要考考虑虑反应物转化率和原料成本等原因)反应物转化率和原料成本等原因)第1页2.2.限制反应物和过量反应物限制反应物和过量反应物 化化学学反反应应物物不不按按化
2、化学学计计量量比比投投料料时时,其其中中以以最最小小化化学学计计量量数数存存在在反反应应物物叫叫做做“限限制制反反应应物物”。而而某某种种反反应应物物量量超超出出限限制制物物反反应应完完全全反反应应理理论论量量,则则该该反应物称为反应物称为“过量反应物过量反应物”。l过过量量反反应应物物超超出出限限制制反反应应物物所所需需理理论论量量部部分分占占所所需理论量百分数叫做需理论量百分数叫做“过量百分数过量百分数”。lNe:过量反应物摩尔数;过量反应物摩尔数;lNt:限制反应物完全反应所消耗摩尔数限制反应物完全反应所消耗摩尔数;第2页3.转化率转化率l某某一一个个反反应应物物A反反应应掉掉量量NAR
3、占占向向反反应应器器中中输输入入量量NA,百分数称为反应物百分数称为反应物A转化率转化率XA:第3页4.4.选择性选择性 l一一个个反反应应物物A反反应应掉掉量量N某某占占向向反反应应器器中中输输入入量量NA,in百百分分数数称称为反应物为反应物A转化率转化率XA:l选选择择性性指指是是某某一一反反应应物物转转变变成成目目标标产产物物时时,理理论论消消耗耗摩摩尔尔数数占该反应物在反应中实际消耗总摩尔数百分数占该反应物在反应中实际消耗总摩尔数百分数。NP:表示生成目标产物摩尔数;表示生成目标产物摩尔数;A,pA,p分别表示为反应物分别表示为反应物A A和目标产物和目标产物P P化学计量系数化学计
4、量系数S S:为选择性;为选择性;第4页5.5.理论收率理论收率 l理论收率指是生成目标产物摩尔数占输理论收率指是生成目标产物摩尔数占输入反应物摩尔数百分数,用入反应物摩尔数百分数,用y y表示表示:l转转化化率率XA,选选择择性性S和和理理论论收收化化率率y三三者者之之间关系为:间关系为:第5页比如,比如,100mol100mol苯胺在用浓硫酸进行焙烘磺化时,反应产苯胺在用浓硫酸进行焙烘磺化时,反应产物中含物中含87mol87mol对胺基苯磺酸;对胺基苯磺酸;2mol2mol未反应苯胺,另外未反应苯胺,另外还有一定数量焦油物,还有一定数量焦油物,第6页 6.6.质量收率质量收率 y y质质
5、l反应过程生成目标产物质量占某一输入反应物质量百分数第7页7.原料消耗定额:(单耗)l原料消耗定额是指生产1吨(或千克)产品需要消耗多少吨(或千克)各种原料,对于主要反应物来说,它实际上是质量收率倒数。第8页8.单程转化率和总转化率 l有些生产过程,主要反应物每次经过反应器后转化率并不太高,不过未反应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。表示反应物A输入和输出反应器摩尔数表示反应物A输入和输出全过程摩尔数第9页衡算基准选择示例衡算基准选择示例 l计算基准选择是计算关键。基准选择恰计算基准选择是计算关键。基准选择恰当可使计算工作大为简化、计算过程清当
6、可使计算工作大为简化、计算过程清楚、计算结果误差降低。相反,基准选楚、计算结果误差降低。相反,基准选择不妥,不但使计算过程复杂、麻烦,择不妥,不但使计算过程复杂、麻烦,有时还会造成计算结果错误。有时还会造成计算结果错误。第10页l例1丙烷充分燃烧时要供入空气量125%,反应式为lC3H8+5O23CO2+4H2Ol问:每100摩尔燃烧产物需空气量多少摩尔?第11页l解题思绪:有三种不一样基准选取方法:l(1)选取1molC3H8气体作为基准。l(2)选取1mol空气作为基准。l(3)选取100mol烟道气作为基准。第12页l(1)选取1molC3H8气体作为基准,所需空气量为:l燃烧需理论氧5
7、moll总需加入氧量1.2556.25moll折算为空气 空气中氧占21%(体积)29.76moll氮=23.51摩第13页化合物化合物摩摩克克化合物化合物摩摩克克C3H8144CO23132空气空气29.76859.5H2O472O21.2540N223.51658.3总计总计30.76903.531.76902.3第14页l物料衡算结果物料衡算结果(以(以1mol C3H8 气体为基准)l每100摩尔烟道气所需空气量为:l100摩烟道气(6.25+23.51)mol空气/31.76摩烟道气=93.7mol空气第15页l(2)选取1mol空气作为基准。考虑到空气过剩量,C3H8摩尔为0.00
8、36l150.211.250.0036l由此计算得各物质量见下表所表示:l物料衡算结果如表所表示:第16页入入出出化合化合物物摩摩克克化合化合物物摩摩克克C3H80.03361.48CO20.1014.44空气空气1.028.84H2O0.1352.43O20.0421.34N20.7922.12总计总计1.033630.321.06830.33第17页l每100摩尔烟道气所需空气量为:l(100摩烟道气1.0摩空气)/1.068摩烟道气l=93.7mol空气第18页l(3)选取100mol烟道气作为基准。令lN=烟道气中N2摩尔数lM=烟道气中O2摩尔数lP=烟道气中CO2摩尔数lQ=烟道气
9、中H2O摩尔数lA=入口空气摩尔数lB=入口丙烷摩尔数l共有6个未知数,求解时必需有6个独立方程式第19页l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,可先检验上列9个线性方程式是否都是独立?假如不是,那些是多出?我们发觉:方程式(7,8,9)都与式(1-6)相关,所以,线性独立方程式只有(16)相关。6个方程,6个未知数,有确定解。l我们用矩阵解之。矩阵解法以下:第20页改写为矩阵式:第21页l即AX=Cl当方程组有唯一解时,应有:X=A-1Cl利用MATLAB软件进行计算,过程为:lA=0300-10;04000-1;0.2100-1-1-0.5;0
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