[例3-1] 某药厂要求设计一套从气体中挥发丙酮的装置系统，并计算回收丙酮的费用。系统的流程框图见图3-9，要求由已知的数据，列出各物流的流率（Kg/h），以便能确定设备的大小，并计算蒸馏塔的进料组分。 解：本系统包括吸收塔、蒸馏塔和冷凝器三个单元操作。由于除空气进料的其余组成均是质量百分数表示的，所以将空气-丙酮混合气进料的摩尔百分数换算为质量百分数。基准：100kmol气体进料。 组成 kmol Kg 质量，（mol）%  丙酮 1.5 87 2.95  空气 98.5 2860 97.05  总计 100 2947 100.00    进入系统的物流为两个，离开系统的物流为三个，其中已知一个物流量，因此有四个物流是未知的。 可列出总物料平衡方程式： 1200+F2=F3+F4+F5 各组分平衡式： 丙酮 0.0295F2=0.99F4+0.05F5 水 1200=0.01F4+0.95F5 空气 0.9705F2=F3 以上4个方程式，实际上独立方程式数为3个，因此本方案求解尚缺少数据，其补充的数据可以是： （1）每小时进入系统的气体混合物，离开系统的产品或废液的物流量； （2）进入蒸馏塔的组分 此例子体现了物料平衡式中未知变量数与独立方程式数目不相等时，需补充数据才能进行衡算或与能量衡算联立解算才能求解。 [例3-2] 年产量700吨非那西丁烃化工段的物料衡算。设计基本条件：工作日：300天/年；收率：总收率为83.93%，其中烃化工段收率为93%，还原工段为95%，酰化工段精制收率为95%。设产品的纯度为99。5%。 已知生产原始投料量 投料物 对硝基氯苯 乙醇 碱液  投料量 含量 2000 95% 514.46 95% 4653 46%  解：日产纯品量=×99.5%=2321.67㎏ 每天所需纯对消投料量==2431.81 （其中：179.22为非那西丁的摩尔质量，157.56为对硝基氯苯的摩尔质量）  157.56 40.00 46.07 167.17 18.02 ⑴ 进料量： 95% 对硝基氯苯的量为：2431.81/95%=2559.80㎏ 其中杂质为：2559.80-2431.81=127.99㎏ 95%的乙醇的量为：2559.80/2000×514.56=658.59㎏ 其中纯品量为：658.59×95%=625.66㎏ 杂质的量为：658.59-625.66=32.93㎏ 46%的碱液的量为：2559.80×4653/2000=5955.37㎏ 纯品量为：5955.37×46%=2739.47㎏ 水的量为：5955.37-2739.47=3215.90㎏ 39.5%的催化剂的量为：2559.80×344.68/2000=441.16㎏ 纯催化剂的量为：441.16×39.5%=174.26㎏ 纯乙醇的量为：441.16×56.95%=251.3㎏ 杂质的量为：441.16-174.26-251.24=15.6㎏ （2）出料量 设转化率为99.3% 反应用的的量为：2431.81×99.3%=2414.79㎏ 剩余的量为：2431.81-2414.79=17.02㎏ 用去的NaOH的量为：×40.00=613.08㎏ 剩余的NaOH的量为：2739.47-613.08=2126.39㎏ 用去的乙醇的量为：×46.07=706.08㎏ 进料中的乙醇的量为：625.66+251.3=876.96㎏ 剩余的乙醇的量为：876.96-706.08=170.88㎏ 生成的水的量为：×18.02=276.18㎏ 总的水量：276.18+3215.90=3492.08㎏ 生成的NaCl的量：×55.84=895.66㎏ 生成的O2NC6H4OC2H5的量为：×167.17=2562.07㎏ 杂质总量为：15.6+32.93+127.99=176.52㎏ 衡算数据汇总表3-5。 表3-5 进出物料品平衡表 进料物名称 进料物质量（kg） 进料物含量（%） 出料物名称 出料物质量（kg） 出料物含量(%)  对硝基氯苯 2431.81 25.29 对硝基氯苯 17.02 0.18  乙醇 876.96 9.12 乙醇 170.88 1.78  氢氧化钠 2739.47 28.49 氢氧化钠 2126.39 22.12  催化剂 174.26 1.81 催化剂 174.26 1.81  水 3215.90 33.45 水 3492.08 36.31  杂质 176.58 1.84 氯化钠 895.70 9.32     对硝基苯乙醚 2562.07 26.64     杂质 176.58 1.84  总计 9614.98 100 总计 9614.98 100   [例3-3] 今拟用60％发烟硫酸来磺化硝基苯以生产间硝基苯磺酸。已知该厂的生产任务为每天投料1t硝基苯，试作物料衡算。已知收率为90%，而硝基苯100%转化。假定过程中除了主要反应外，还有5-硝基-1，3苯二磺酸生成，反应损失不计。硝基苯的纯度98%。查得硝基苯磺化时的∏值为82，物料密度ρ=1173Kg/m3，60%发烟硫酸ρ=2020 Kg/m3。 解：每天投入硝基苯的量=1000/123=8.13kmol  其中7.317kmol按反应(1)进行，0.813kmol按反应(2)进行。 所以，消耗SO3量=x1+y1=7.317×80+0.813×2×80=715.56Kg 生成一磺化物的量=x2=7.317×203=1485.4Kg 生成二磺化物的量=y2=0.813×283=230.1Kg 随硝基苯带入杂质的量=1000×2/98=20.4Kg，因此，共投入粗硝基苯的量=1000+20.4=1020.4Kg，则粗硝基苯的体积V=1020.4/1173=0.870m3。 依据下式：  式中 MS——磺化剂用量，Kg M c——被磺化物的用量，Kg， S——以SO3量表示的磺化剂浓度，％ ∏——以SO3含量表示的废酸浓度，％， M——被磺化物的分子量； n——引入磺酸基的个数。 磺化剂的用量：  其中60%发烟硫酸的S=60+40×80/98=92.7 MC`—— 一磺化物的量，Kg MC``——二磺化物的量，Kg 投入SO3量=1203.5× 0.927＝1115.6Kg 投入H20量＝1203.5×(1-0.927)＝87.9Kg 磺化剂的体积V=＝1230.5/2020=0.596m3： 在废酸中剩下的SO3量＝1115.6-715.5=400.1Kg 废酸量=1203.5-715.5=488Kg 废酸浓度＝400.1/488×100＝82(即∏值) [例3-4] 浓度20%的羟丙哌嗪酒石酸盐，以每小时10000Kg的流速进入一高效蒸发器，浓缩至50%后，放入结晶罐，上层的饱和溶液（37.8℃时，溶解度0.6Kg羟丙哌嗪酒石酸盐/Kg水）进行循环（如图3-18），求循环物料流速。  图3-18 羟丙哌嗪酒石酸盐浓缩-结晶流程 解： 按题意有4个未知数，即W、M、C和R，而对每一个单元设备均可列出两个组分物料衡算式，因此可得唯一解。 (1)R的质量分率 以lkg水为基准时，饱和循环物流含1.6kg溶液，故组成为 0.6／1.6＝0.375kg羟丙哌嗪酒石酸盐／(kg溶液)-1 R的质量分数为0.375kg羟丙哌嗪酒石酸盐和0.625H20 (2)以羟丙哌嗪酒石酸盐为联系组分，计算结晶的羟丙哌嗪酒石酸盐的量 基准：1h，l0000kg料液；加入的羟丙哌嗪酒石酸盐量=输出的羟丙哌嗪酒石酸盐量 即 10000×0.20/0.96＝2083kg/h。 (3)计算循环物流R 循环物流R可以来用：1)对蒸发器进行衡算；（2）对结晶罐衡算；但第二种方法比较容易。 总物料衡算 M＝C+R M＝2083+R 组分(羟丙哌嗪酒石酸盐)物料衡算 MxM=CxC+RxR 0.5M＝0.96C+0.375R＝2000+0.375R 解上面两个方程式，得 M=9751kg/h R=7668kg/h