物料衡算與能量衡算概論.ppt

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1、化工設(shè)計第三章物料衡算與能量衡算Chart3MaterielBalanceandEnergyBalance一、化工過程所謂化工過程，是指由原料經(jīng)化學處理和物理處理加工成化學產(chǎn)品或中間產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。它包括許多工序，每個工序又由若干個或若干組設(shè)備（如反應(yīng)器、蒸餾塔、吸收塔、干燥塔，分離器、換熱器及輸送設(shè)備等等）組合而成。物料通過各設(shè)備時，完成某種化學或物理處理，最終成為合格的產(chǎn)品。應(yīng)用守恒定律來研究化工過程的物料衡算和能量衡算問題。在不同的生產(chǎn)過程中，有一些具有共性的物理操作，它們不改變物料的化學性質(zhì)，只改變物料的物理性質(zhì)，這類操作被稱為單元操作，如流體輸送、傳熱、蒸餾、干燥、蒸發(fā)、

2、結(jié)晶、萃取、吸收、吸附、過濾及破碎等操作。化工過程中還包括一些改變物料的化學性質(zhì)的反應(yīng)過程，如氫與氮合成氨反應(yīng)、乙烯氧化成環(huán)氧乙烷反應(yīng)等等?；み^程就是由反應(yīng)過程和若干個單元操作組合而成的一個系統(tǒng)?；み^程的類型根據(jù)其操作方式分間歇操作原料一次加入→過程→產(chǎn)品一次排出連續(xù)操作原料連續(xù)加入→過程→產(chǎn)品連續(xù)排出半連續(xù)操作原料一次加入→過程→產(chǎn)品連續(xù)排出或原料連續(xù)加入→過程→產(chǎn)品一次排出根據(jù)操作狀態(tài)分穩(wěn)定狀態(tài)操作（定態(tài)操作）過程參數(shù)=f(x、y、z)不穩(wěn)定狀態(tài)操作（非定態(tài)操作）過程參數(shù)=f(x、y、z、t)化工過程基本參數(shù)過程參數(shù)：生產(chǎn)過程中影響過程運行和狀態(tài)的物理量。一）溫度表示物體冷

3、熱程度的物理量。溫標。1、攝氏溫標，℃水的正常冰點：0℃水的正常沸點：100℃其間均分100等份其單位為℃2、開爾文溫標，K（又叫熱力學溫度，熱力學溫標）單位是“開爾文”，英文是“Kelvin”簡稱“開”，國際代號“K”。開爾文是為了紀念英國物理學家LordKelvin而命名的。以絕對零度（0K）為最低溫度，規(guī)定水的三相點的溫度為273.16K，開定義為水三相點熱力學溫度的1/273.15。3華氏溫標,℉水鹽混合物的溫度：0℉；健康人的血液溫度：96℉水的正常冰點：32℉；水的正常沸點：212℉其間均分180等份其單位為℉4、蘭金溫標，°R與開氏溫標相似，也是以最低理論溫度為0度的

4、一種絕對溫標。其0度為-459.67℉（-460℉）。四種溫度的關(guān)系：二）壓力(壓強）三）流量四）組成3.1物料衡算3.2能量衡算3.3化工模擬軟件在化工設(shè)計中的應(yīng)用本章要求掌握非反應(yīng)過程的物料衡算及反應(yīng)過程的物料衡算；掌握裝置的物料衡算；掌握以反應(yīng)熱效應(yīng)為基礎(chǔ)的計算方法，以及以生成熱為基礎(chǔ)的計算方法。本章重、難點：物料衡算及熱量衡算。物料、能量衡算在化工技術(shù)中的作用物料、能量衡算是所有設(shè)計計算的基礎(chǔ)，是反應(yīng)器和設(shè)備設(shè)計的根據(jù)，也是過程、設(shè)備各系統(tǒng)經(jīng)濟核算和最優(yōu)化的依據(jù)。一般來說，在設(shè)計一個生產(chǎn)系統(tǒng)，或者計算某個單元操作及設(shè)備時，首先必須作物料、能量衡算。物料、能量衡算的目的和內(nèi)容

5、在于定量研究生產(chǎn)過程，為過程設(shè)計和操作最佳化提供依據(jù)。對過程中的各個設(shè)備和工序，逐個計算各物料的流量、組成及熱流量和溫度，定量地表示所研究的對象。物料、能量衡算的意義①計算生產(chǎn)過程的原材料消耗指標、能耗定額和產(chǎn)品產(chǎn)率等。②根據(jù)物料衡算和能量衡算數(shù)據(jù)和設(shè)備恰當?shù)纳a(chǎn)強度，可以設(shè)計或選擇設(shè)備的類型、臺數(shù)及尺寸。物料衡算和能量衡算是設(shè)備計算的依據(jù)。③作物料衡算可以檢查各物料的計量、分析測定數(shù)據(jù)是否正確；檢查生產(chǎn)運行是否正常。④作系統(tǒng)各設(shè)備及管路的物料衡算時，可以檢查出生產(chǎn)上的薄弱環(huán)節(jié)或限制部位。從而找出相應(yīng)的強化措施。⑤物料衡算和能量衡算是傳統(tǒng)最優(yōu)化和經(jīng)濟核算的基礎(chǔ)。⑥物料衡算和能量衡算

6、的方程往往用于求取生產(chǎn)過程中的某些未知量或操作條件。3.1物料衡算物料衡算—運用質(zhì)量守恒定律，對化工過程或設(shè)備進行定量計算。通過物料衡算解決以下問題：?計算原料消耗量、副產(chǎn)品量；?輸出過程物料的損耗量及三廢的生成量；?在物料衡算基礎(chǔ)做能量衡算，計算蒸汽、水、電、煤或其他燃料的消耗定額。?計算產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟指標。為生產(chǎn)設(shè)備和輔助設(shè)備的選型及設(shè)計、管路設(shè)施與公用工程的設(shè)計等方面提供依據(jù)。一、物料衡算依據(jù)1.理論依據(jù)——質(zhì)量守恒定律物料衡算范圍單元操作的物料衡算——化工設(shè)備設(shè)計的前提化工過程的物料衡算——化工過程設(shè)計的前提物料衡算的一般表達式為：輸入量－輸出量＋生成量－消耗量＝積累量對穩(wěn)

7、定操作過程，積累量=0輸入量-輸出量+生成量-消耗量=0對無化學反應(yīng)的過程：輸入量－輸出量＝積累量對無化學反應(yīng)的穩(wěn)定操作過程：輸入量＝輸出量對有化學反應(yīng)的過程：總物料衡算+元素衡算式2.數(shù)據(jù)基礎(chǔ)(1)技術(shù)方案、操作方法、生產(chǎn)能力、年工作時。(2)建設(shè)單位或研究單位的要求、設(shè)計參數(shù)、小試及中試數(shù)據(jù)：?化工單元過程的化學反應(yīng)式、原料配比、轉(zhuǎn)化率、選擇率、總收率，催化劑狀態(tài)、用量、回收方法、安全性能等；?原料及產(chǎn)品的分離方式，分離劑的用量，各步的回收率；?特殊化學品的物性：