天津大学化工设计

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1、3.5化工流程MB和HB的联立计算（CB）CB计算与仅做（单独做）MB计算时，有下面几点区别：1、流程中所有流股的流股变量加上温度（T）；2、流程中所有单元的单元变量加上描述传热的单元变量（dQ/dt或Q）；3、流程中一个单元牵涉N种组份，就可以列出N个独立的MB方程（分流器除外），但一个单元无论其牵涉到多少种组份，都只能列出一个HB方程。4、因为流股的焓值与流股的相态有关，做CB时还要注意流股的相态；5、一个流股焓值的计算，大多数情况下可以考虑各组份的分摩尔焓按其在流股中的摩尔分率进行加和计算（即按理想状态，各分组份焓简单加和），少数情况下，要考虑采用

2、偏摩尔焓加和；6、dQ/dt或Q，有两种表示方式：①、dQ/dt或Q＝∑焓（进）－∑焓（出）dQ/dt或Q﹥0，则意味系统（或单元）向外散热，反之逆然。②、dQ/dt或Q＝∑焓（出）－∑焓（进）dQ/dt或Q﹥0，则意味系统（或单元）需要向外界获取热量，反之逆然。dQ/dt或Q＝0，表明系统（或单元）绝热。7、焓是状态函数，流股焓的计算必须有基准态（参考态）：焓值计算时参考态标准态（25℃）任意温度流程中某个流股的温度注意：在一个计算过程中，参考态一经选定，就不能再变更。优点：数据来源方便可能简化计算8、MB和HB联立计算后，计算复杂程度加大，主要是因为

3、焓值与温度的非线性关系，导致HB方程通常是非线性方程。9、在考虑CB问题时（不是仅做MB计算时），看一个流程设计条件是否给得正确，不能只看其过程的MB计算自由度，而必须看其过程的CB自由度。例题：有一个常压绝热猝冷过程（过程中无化学反应），所有组份含量均为摩尔分率，其流程示意图如下所示：3T2＝400℃1000mol/hC6H60.40C6H5CH30.30CH40.10H20.20（Allingas）12T1＝20℃C6H6（L）1.00T3＝200℃C6H6C6H5CH3CH4H2（Allingas）绝热猝冷过程示意图试作该流程的自由度分析，完成其物

4、料衡算和热量衡算计算。3T2＝400℃1000mol/hC6H60.40C6H5CH30.30CH40.10H20.2012T1＝20℃C6H61.00T3＝200℃C6H6C6H5CH3CH4H2解：流程自由度分析表1004409MB猝冷器CB0自由度0已知其它关系式数1已知单元变量数7(4+3)已知流股变量数5(4+1)衡算方程数1单元变量数12(9+3)流股变量数流股变量加T多了描述传热的单元变量dQ/dt多了一个HB方程dQ/dt=0猝冷器MBCB流股变量数912(9+3)单元变量数01衡算方程数45(4+1)已知流股变量数47(4+3)已知单元

5、变量数01已知其它关系式数00自由度10流程自由度分析表这个流程仅仅看MB计算自由度分析，不能就说它的设计条件给得不正确，而应该看器CB计算的自由度分析结果。这种情况说明，该流程的MB不能单独求解，而必须与其HB方程联立起来，进行CB计算。具体计算：F3＝1000＋F1X3,C6H5CH3F3＝300X3,CH4F3＝100X3,H2F3＝2004个MB方程其中：5个未知变量，只有4个方程。在列其HB方程之前，先考虑其参考态选什么温度？如果热容数据好查！最简化计算的参考态温度应该选为3号流股的温度。3T2＝400℃1000mol/hC6H60.40C6H

6、5CH30.30CH40.10H20.2012T1＝20℃C6H61.00T3＝200℃C6H6C6H5CH3CH4H2因为其未知的流量组成变量最多流程（单元）的HB方程（选200℃为参考态温度）：F2〔H2（400℃）－H2（200℃）〕＝F1〔H1（200℃）－H1（20℃）〕3T2＝400℃1000mol/hC6H60.40C6H5CH30.30CH40.10H20.2012T1＝20℃C6H61.00T3＝200℃C6H6C6H5CH3CH4H2列出详细HB方程如下：苯在1atm，80.11℃沸点时的摩尔汽化热注意Cp的量纲问题，及其适用温度范围

7、。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。NH3N2H2-50℃425℃进料150℃N20.25H20.75反应器2反应器1混合器换热器分离器2837425℃6N20.25H20.7550℃4dQ/dt5535℃解：首先，根据流程特点，判断各流股的组份数。NH3N2H2-50℃425℃进料150℃N20.25H2

8、0.75反应器2反应器1混合器换热器分离器2837425℃6N20.25H20.