11.76 xRP4 99.04 0.1187
衡算体系：分离器
P2 =RP2 =3mol.h-1
P4 =RP4 =11.76 mol.h-1
P (3 11.76)mol h1 14.76mol h1
第四节 化学反应过程的物料衡
则：
x P2
3 14.76
0.2033
算
11.76 xP4 14.76 0.7967
算排放比及各物流的组成。
解：由题意画出物料流程图
FF FF1 H2 FF2 C6H5CH3
混合器
MF MF1 H2 MF2 C6H5CH3 MF3 CH4 10%
R R1 H2 R3 CH4
分流器
W W1 ：H2
S S1：H2 W3：CH4
S3：CH4
反应器
RP RP1 H2 RP2 C6H5CH3 RP3 CH4
RP3 MF2 80% 98% MF2 80% (1 98%) 7 MF3 (11.76 1.68 10)mol h1 23.44mol h1
H2的量：
RP1 MF1 MF2 80% 98% MF2 80% (1 98%) 10 (75 11.76 2.4)mol h1 60.84mol h1
（2）由题意要求混合原料中甲烷含量不大于 10%，取10%进行计算，这样计算得到的 排放量数据为最小值，实际排放时应稍稍 大于此值。
基准：进反应器混合原料：100 mol h1 衡算体系：反应器
进料：由已知，MF3 100mol h1 10% 10mol h1
总物料：MF1 MF2 10mol h1 100 mol h（1 1）
例4-22
CO2
转化气 F
CO 变换
CO2 脱除
RP
混合
CO 8.76%
H2 89.75%
FF
分流
B CO 43.12% H2 54.20%
图 4-33 例 4-23 流程图
合成气 CO:H2=1:2.4
MP 2321m3.h-1
第四节 化学反应过程的物料衡算
例甲苯催化加氢脱甲基制苯，主反应和副反应
MF1 5 MF2
（2）
解（1）、（2）式得： MF1 75mol h1
MF2 15mol h1
出料： C6H5CH3的剩余： RP2 MF2 (1 80%) 15mol h1 0.2 3mol h1
第四节 化学反应过程的物料衡算
生成的C6H6： RP4 MF2 80% 98% 11.76mol h1 CH4的量：
S1 RP1 60.84mol.h 1 S3 RP3 23.44mol.h 1
S (60.84 23.44)mol h1 84.28mol h1
则.7219
xs3
23.44 84.28
0.2781
由分流器的特征，有：
xR1 xS1
， xR3 xS3
主反应：
C6H5CH 3 H 2 C6H6 CH 4
副反应：
C6H5CH 3 10H 2 7CH 4
以纯氢和纯甲苯为原料，进入反应器的氢与甲苯之比为5:1
（摩尔比）。甲苯的单程转化率为80%，生成苯的选择性
为98%，未反应的甲苯和产物苯作为产品物流输出体系，
氢和甲烷循环。要求混合原料中甲烷含量不大于10%，计
第四节 化学反应过程的物料衡算
衡算体系：混合器
CH4平衡：
MF3 R3 RxR3
（3）
C6H5CH3平衡： MF2 FF2
（4）
H2平衡：
MF1 FF1 RxR1
（5）
联立（4）、（5）、（6）式解得：
R 35.96mol h1
FF2 15mol h1
FF1 49.04mol h1 FF (49.04 15)mol h1 64.04mol h1
物质的量（mol·h-1） 25.96
R
摩尔分数%
72.19
物质的量（mol·h-1） 34.88
W
摩尔分数%
72.19
C6H5CH3 15
23.42 15 15 3 3.06 3
20.33
CH4
10 10 23.44 24.68
23.44 27.81 10.0 27.81 13.44 27.81
C6H6
出料的总量：
RP (60.84 3 23.44 11.76)mol h1 99.04mol h1
第四节 化学反应过程的物料衡
算
反应器出口物料的组成：
xRP1
60.84 99.04
0.6134
3 xRP2 99.04 0.0303
23.44 xRP3 99.04 0.2369
11.76 11.87 11.76 79.67
合计 64.04 100 100 100 99.04 100 14.76 100 84.28 100 35.96 100 48.32 100
第5节 物料衡算的计算机解2题x1 x2 3x3 1
一、手工求解线性方程组
4x1 2x2 5x3 4
分离器
P P2 C6H5CH3 P4 C6H6
RP4 C6H6
图 4-31 例 4-22 流程图
第四 化学反应过程的物料衡算
说明：
（1）流程中物料流股各物质流量的下标编号 尽可能保持一致，下标相同表示同一种物 质，这样可以避免列衡算式时出差错。本 题中只有混合原料的组成有已知数据，设 其为基准后可先对反应器系统进行物料衡 算。
计算结果汇总列表如下表
组分
H2
物质的量（mol·h-1） 49.04
FF
摩尔分数%
76.58
物质的量（mol·h-1） 75
MF 摩尔分数%
75
物质的量（mol·h-1） 60.84
RP
摩尔分数%
61.43
物质的量（mol·h-1） P
摩尔分数%
物质的量（mol·h-1） 60.84
S
摩尔分数%
72.19
0
4
1
x2
2
减去第2行各元素 0.625后得
0
0
0.875 x3
5.25
回代:将上三角形方程组自下而上逐步进行求解,从而得出
例 采用高斯消元法求解三阶方程组
x1 2x2 7
2 1 3 x1 1
2 1 3 x1 1
4 1
2 2
5 0
x2
x3
4 7
第2,3第行一各次元消素元依次 减去第1行各元素2, 0.5后得
0 0
4 2.5
1
x2
2
1.5 x3 6.5
2 1 3 x1 1
第3第行二各次元消素元依次