Y

转化为目的产物 R所消耗的反应物 反应物 A的起始量
A的量
单程收率 :分母为(新鲜＋循环该原料之和) 总收率：分母为（新鲜该物料）
➢ 转化率(X)，收率(Y)和选择性(S)三者关系：
X

某一反应物的转化量 , m某 ol一反应物的转化量 该反应物的起始量，X mo该l 反应物的起始量，
, mol mol
, m
（2）单程转化率和全程转化率
为了提高原料的利用率，采用循环反应系统。
新鲜原料
循环物料
混合
反应
驰放物料 分离 产品
单程转化率——反应器
X
A

组分A在反应器中的转化量 新鲜原料中组分 A的量＋循环物料中组分
A的量
全程转化率——反应系统
X A,tot

组分A在反应器中的转化量 新鲜原料中组分 A的量
输入物料的总质量＝输出物料的总质量＋系统内积累的物料质量
注:间歇操作（非稳态） 积累≠0 连续操作（稳态） 积累＝0
P (Kg)
F (Kg) XF1 XF2
蒸馏
XP1 XP2 W (Kg)
XW1 XW2
无化学反应过程物料流程示意图
总质量衡算：F=P+W 组分衡算：F XF1 = PXP1 +WXW1
第七章 化工工艺计算
§7.1 概述 §7.2 物料衡算 §7.3 热量衡算
§7.1 概述
化工生产过程：主副产品量、原材料消耗、能量消耗、三废指标
化工工艺计算 物料衡算、热量衡算 进行化工设计、过程经济评价、节能分析和过程优化的基础
1、物料衡算和热量衡算的主要步骤
(1)收集计算数据：化工装置的生产操作数据，如输入和输出物料 的流量、温度、压力、浓度等，涉及物质物化常数，如密度、热 容等。 (2)写出相关反应方程式（包括主副反应）并配平，标明相对分子量。
转化为目的产物所消耗 的某反应物的量
S
该反应物的转化总量
Y= S X
Y

转化为目的产物 R所消耗的反应物 反应物 A的起始量
A的量
转化率(X)，收率(Y)和选择性(S)三者关系： Y= S X
3 1 1
4
3
3
5
4
5
2020/3/2
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§7.2 物料衡算
1. 一般反应过程的物料衡算 理论依据：质量守恒定律
F XF2 = PXP2 +WXW2
F (mol)
反应
P (mol)
催化裂化过程物料流程示意图
组成
C6H14 C7H16 C8H18 C11H24
原料油 （摩尔分数）
0 0 0.3 0.7
产品油 （摩尔分数）
0.05 0.15 0.30 0.50
C原子衡算：F ×0.3×8＋ F ×0.7×11 = P ×0.05×6 + P ×0.15×7 + P ×0.3×8 + P×0.5×11
X乙炔,tot＝
5000－4450 600100％＝91.67％
总结：一般要根据各自反应的特点，由实际经验来控制单程转化率。
➢反应选择性
（1）定义：转化成目的产物的某反应物量与参加所有反应而转化 的该反应物总量之比。
转化为目的产物所消耗 的某反应物的量
S
该反应物的转化总量
➢收率（产率）
（1）定义：生成的目的产物占某反应物初始量的百分率。
组分 原料油 产品油
C11H23SH 5% 0.1%
C11H24 70% 96.8%
C10H20 =CH2 25% 3.1%
求（1）消耗的氢气总量； （2）分离后气体的摩尔分数。
① 画出衡算系统方框图如下。
H2
C11H23SH
原料油 C11H24
5% 70%
C10H20 =CH2 25%
催化
分
气体
加氢
离
产品油
C11H23SH
0.1%
C11H24
96.8%
C10H20 =CH2 3.1%
② 写出反应方程式。
C11H23SH + H2
C10H20 =CH2 + H2
③ 选择衡算基准为1h。
C11H24 + H2S C11H24
H2
2kg/kmol C11H24
156kg/kmol
H2S
34kg/kmol C10H20 =CH2 152kg/kmol
例：以乙炔与醋酸合成醋酸乙烯酯为例。如图所示，再连续生产中，假 设每小时流经各物料线的物料中含乙炔的量为mA=600Kg ， mB=5000Kg， mc=4450Kg，计算过程的单程转化率和全程转化率。
解：
原料 A
循环 D
B 反应器
C
分离器
放空 粗产品
X乙炔＝
5000－4450 5000
100％＝11％
(3)绘出流程的方框图，标明相关参数。
(4)选定衡算基准 通常计算产率：选一定量的原料或产品为基准（1Kg或100Kg、
1mol、1m3等）； 计算原料的消耗指标和设备生产能力：选单位时间为基准（1h、
1mim、1s等）。
(5)设未知数，列方程式，求解。 （物料平衡、约束式－归一方程、气液平衡方程等。
物料衡算的步骤 (1)绘出流程的方框图 (2)写出反应方程式，并配平之。 (3)选定衡算基准 (4)设未知数，列方程式，求解。 （物料平衡、约束式－归一方程、气液平衡方程等。 (5)计算和核对。 (6)报告计算结果。
例1： 拟将原料油中的有机硫通过催化加氢转变成H2S，进而脱出之， 油中不饱和烃也加氢饱和。若原料油的进料速率为160m3/h，密度为 0.9g/ml，氢气（标准状态）的进料速率为10800m3/h。原料油和产 品油的摩尔分数组成如下。
C11H23SH 188kg/kmol
原料油平均摩尔质量=188×0.05+156×0.7+154×0.25=157.1kg/kmol
➢对进料原料油衡算/1h
1h原料油进料物质的量=160×900 / 157.1=916.6kmol C11H23SH：n=916.6×0.05=45.83 Kmol; m=8616 Kg C11H24 : n=916.6 × 70%=641.62 Kmol; m=100093 Kg C10H20 =CH2 : n=916.6 × 25%=229.15 Kmol; m=35289 Kg
(6)计算和核对。
(7)报告计算结果。
2、化工工艺学中基本概念
转化率、选择性和收率
➢ 反应转化率-----反映原料产生化学反应的程度 （1）定义：指某一反应物参加反应，转化的数量占该反应物起 始量的分率或百分数。（针对反应物而言）
X

某一反应物的转化量 , m某 ol一反应物的转化量 该反应物的起始量，X mo该l 反应物的起始量，