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1、,4.2 物理单元操作过程的物料衡算,有物质交换的物理单元操作过程：,混合,分离,机械分离传质分离,相分离：萃取、吸附、吸收等,能量分离：蒸发、结晶、蒸馏等,例4-1 一种废酸，组成为23%（质量%）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，计算所需废酸及加入浓酸的数量。,解：（1）画物料衡算简图，确定衡算体系。,4.2.1 混合过程的物料衡算,4.2 物理单元操作过程的物料衡算,（2）选择计算基准,题中所给条件为质量分率，以质量作为计算基准较好。选取产生100kg混合酸为计算基准。（也可选择废酸作为
2、计算基准，因为组成都是已知的。）,（3）列物料衡算式,总物料衡算式,H2SO4物料衡算式,HNO3物料衡算式,（4）求解,求解上述三元一次方程得,（5）验算,以H2O的衡算式来验证,输入：,输出：,故计算结果正确。,列进出物流表：,例4-2 有一个蒸馏塔，输入和输出物料量及组成如下图。输入物料1中A组分的98.7%自塔顶蒸出。求每千克输入物料可得到塔顶馏出物2的量及其组成。,4.2.2 蒸馏过程的物料衡算,4.2 物理单元操作过程的物料衡算,解：（1）划定衡算体系，如图所示。,（2）选择计算基准,以 为计算基准。,（3）列物料衡算式,总物料衡算式,A组分物料衡算式,B组分物料衡算式,浓度限制式
3、,过程限制式,（4）求解,联立上面方程求解得：,（5）验算略,列进出物流表略。,例4-3 氨解吸过程在30和101KPa条件下进行，空气和氨水的摩尔比为2，进口空气不含氨，氨水含氨0.1%（摩尔%）。用一块塔板，塔板的莫弗里气相效率为75%。在30时氨-水的亨利系数为129KPa，求出口液相和气相组成。,4.2.3 吸收过程的物料衡算,4.2 物理单元操作过程的物料衡算,解：（1）画物料衡算简图，确定衡算体系。,（2）选择计算基准,以 为计算基准，则,（3）列物料衡算式,总物料衡算式,水的物料衡算式,氨物料衡算式,浓度限制式,解：,（3）列物料衡算式,过程限制式,联立上面方程求解得：,（4）求
4、解,验算及列进出口物流表略。,4.2 物理单元操作过程的物料衡算,物理单元操作过程的物料衡算，列衡算式及求解时应注意：,（1）列出的独立衡算式数目等于输入和输出物料中化学组分的数目。为使方程个数和变量个数相等，需全面考虑已知条件，能列出的方程有浓度限制式、过程限制式等；（2）为避免求解方程组的繁琐，首先列出含未知量数目最少的物料衡算方程，最好是能列出一个方程解一个未知数，然后一步步求解其他方程；（3）若体系内有很多组分的物流，最好将每股物流编号，并表示出已知的量及组成。,计算关键：（1）独立衡算体系的确定；（2）选择计算的着手点。,有多个设备的过程可划分为多个衡算体系。,4.2.4 有多个设备
5、过程的物料衡算,4.2 物理单元操作过程的物料衡算,例4-5 有两个蒸馏塔的分离装置，将含50%苯、30%甲苯、20%二甲苯（均为摩尔百分数）的混合物分成较纯的三个馏份，其流程图及各流股组成如图所示。计算蒸馏1000mol/h的原料所得各流股的量及进塔物料的组成。,4.2.4 有多个设备过程的物料衡算,4.2 物理单元操作过程的物料衡算,解：（1）画物料衡算简图。,（2）选择计算基准,（3）列物料衡算式,以 为计算基准。,首先进行自由度分析，以确定第一个衡算体系。,（3）列物料衡算式,以总体系为第一个物料衡算体系。,总物料衡算式：,苯的物料衡算式：,甲苯的物料衡算式：,联立上面三个方程式解得：
6、,（3）列物料衡算式,再以塔为第二个物料衡算体系。,总物料衡算式：,苯的物料衡算式：,甲苯的物料衡算式：,故,验算及进出物流表略。,说明：,（1）对于有多设备的过程，可划分为多个衡算体系，从哪一体系入手，可进行自由度分析；（2）当有大量多组分流股时，可列出许多方程，但独立方程的数目应等于设备数与物料组分数的乘积；（3）多设备多组成体系，可有多个衡算体系，但独立的衡算体系数目等于设备的数目。,4.2.4 有多个设备过程的物料衡算,4.2 物理单元操作过程的物料衡算,4.2 物理单元操作过程的物料衡算,作业：,1.现有1000kg混酸，组成为26%HNO3、56%H2SO4及18%H2O，今需调整
7、至组成为30%HNO3、58%H2SO4及12%H2O，试计算需加下列两种酸各多少kg？(1)含8%H2SO4、87%HNO3及5%H2O的含硫酸硝酸；(2)98%浓硫酸。,4.2 物理单元操作过程的物料衡算,2.含轻烃较高的汽油，需经精馏塔将大部分丙烷、丁烷、戊烷除去，以提高汽油的稳定性。现需处理的不稳定汽油组成如下：,计算：(1)若全部C3H8、C4H10在馏出液中，C6H14、C7H16、C8H18在塔底残液中，C5H12的一半在馏出液中，另一半在塔底残液中，求馏出液及塔底残液的组成，及每100mol原料能得到的馏出液及残液量。(2)若要求得到的稳定汽油(残液)含9%(mol%)C5H12，则100kg原料能生产稳定汽油多少kg？,
