例4-22化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算

例甲苯催化加氫脫甲基制苯，主反應(yīng)和副反應(yīng)主反應(yīng)：副反應(yīng)：以純氫和純甲苯為原料，進(jìn)入反應(yīng)器的氫與甲苯之比為5:1（摩爾比）。甲苯的單程轉(zhuǎn)化率為80%，生成苯的選擇性為98%，未反應(yīng)的甲苯和產(chǎn)物苯作為產(chǎn)品物流輸出體系，氫和甲烷循環(huán)。要求混合原料中甲烷含量不大于10%，計(jì)算排放比及各物流的組成。第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算解：由題意畫出物料流程圖化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算第四化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算

說明：（1）流程中物料流股各物質(zhì)流量的下標(biāo)編號(hào)盡可能保持一致，下標(biāo)相同表示同一種物質(zhì)，這樣可以避免列衡算式時(shí)出差錯(cuò)。本題中只有混合原料的組成有已知數(shù)據(jù)，設(shè)其為基準(zhǔn)后可先對(duì)反應(yīng)器系統(tǒng)進(jìn)行物料衡算。（2）由題意要求混合原料中甲烷含量不大于10%，取10%進(jìn)行計(jì)算，這樣計(jì)算得到的排放量數(shù)據(jù)為最小值，實(shí)際排放時(shí)應(yīng)稍稍大于此值。化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算基準(zhǔn)：進(jìn)反應(yīng)器混合原料：100衡算體系：反應(yīng)器進(jìn)料：由已知，總物料：（1）（2）解（1）、（2）式得：出料：C6H5CH3的剩余：

化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算生成的C6H6：CH4的量：

H2的量：出料的總量：

化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算反應(yīng)器出口物料的組成：

衡算體系：分離器

化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算則：

則：由分流器的特征，有：，化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算衡算體系：混合器CH4平衡：（3）C6H5CH3平衡：（4）H2平衡：（5）聯(lián)立（4）、（5）、（6）式解得：

化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算計(jì)算結(jié)果匯總列表如下表

化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算2023/4/4單元1數(shù)據(jù)處理第5節(jié)物料衡算的計(jì)算機(jī)解題一、手工求解線性方程組

例

采用高斯消元法求解三階方程組

回代:將上三角形方程組自下而上逐步進(jìn)行求解,從而得出

x3=－6、x2=－1、x1=9

返回化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算2023/4/4單元1數(shù)據(jù)處理二、采用Excel求解線性方程組

（一）方法一——Gauss消去法與Excel單元格驅(qū)動(dòng)相結(jié)合求解返回回代:x3=D16/C16=－6化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算2023/4/4單元1數(shù)據(jù)處理二、、采用Excel求解線性方程組

（二）方法二——采用Excel自帶函數(shù)求解線性方程組返回第二步:求矩陣的逆

第三步:求方程的解

第一步:求系數(shù)行列式的值,判斷方程組有無解

函數(shù):①M(fèi)determ②Minverse③Mmult化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算2023/4/4單元1數(shù)據(jù)處理二、采用Excel求解線性方程組

（三）方法三——采用Excel規(guī)劃求解法求解線性方程組第二步:選中B33,點(diǎn)擊“工具”,選擇“規(guī)劃求解”,調(diào)出“規(guī)劃求解參數(shù)對(duì)話框”,如圖所示。選擇值為（V）,輸入第一個(gè)方程的常數(shù)項(xiàng)值“1”?？勺儐卧褫斎肟蛑?；輸入：$A$33:$A$35。第一步:依次在單元格B33,B34,B35中輸入3個(gè)方程的表達(dá)式,即:=2*A33-A34+3*A35;=4*A33+2*A34+5*A35;=A33+2*A34+0*A35其中A33、A34、A35分別代表x1、x2、x3?；瘜W(xué)反應(yīng)過程的物料衡算2023/4/4單元1數(shù)據(jù)處理二、采用Excel求解線性方程組

（三）方法三——采用Excel規(guī)劃求解法求解線性方程組第二步:選中B33,點(diǎn)擊“工具”,選擇“規(guī)劃求解”,調(diào)出“規(guī)劃求解參數(shù)對(duì)話框”,如圖所示。選擇值為（V）,輸入第一個(gè)方程的常數(shù)項(xiàng)值“1”。可變單元格輸入框中；輸入：$A$33:$A$35?；瘜W(xué)反應(yīng)過程的物料衡算2023/4/4單元1數(shù)據(jù)處理二、采用Excel求解線性方程組

（三）方法三——采用Excel規(guī)劃求解法求解線性方程組返回第四步:求解計(jì)算,添加完約束條件后,在約束