物料衡算和能量橫算ppt課件.ppt

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1、第三章物料衡算和能量衡算2021/7/271化工過(guò)程設(shè)計(jì)第三章物料衡算和能量衡算教學(xué)內(nèi)容：主要講物料衡算中基本衡算思路，掌握衡算方法。教學(xué)重點(diǎn)：物料衡算的基本方法與思路教學(xué)難點(diǎn)：化工流程的物料衡算與帶有循環(huán)流的物料衡算教學(xué)課時(shí)：8-10學(xué)時(shí)教學(xué)方法：課堂講授（多媒體、板書(shū)）2021/7/272化工過(guò)程設(shè)計(jì)化工過(guò)程的物料衡算和能量衡算，是利用物理與化學(xué)的基本定律，對(duì)化工過(guò)程單元系統(tǒng)的物料平衡與能量平衡進(jìn)行定量計(jì)算。通過(guò)計(jì)算解決以下問(wèn)題：1、找出主副產(chǎn)品的生成量、廢物的排出量。2、確定原材料消耗定額。3、確定各物流的流量、組成和狀態(tài)。4、確定流程

2、內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)換與能量傳遞情況。從而為，設(shè)備選型以及設(shè)備尺寸，管路設(shè)施與公用工程提供依據(jù)。2021/7/273化工過(guò)程設(shè)計(jì)化工過(guò)程有許多輸入流股和輸出流股，本章內(nèi)容是講授確定這些流股的策略與方法，物料衡算與熱量橫算是化工工程師接觸最頻繁的計(jì)算。2021/7/274化工過(guò)程設(shè)計(jì)物料衡算和能量衡算1.物料衡算的基本方法和程序2.簡(jiǎn)單的物料衡算3.帶有循環(huán)流的物料衡算4.熱量橫算(自學(xué))2021/7/275化工過(guò)程設(shè)計(jì)第一節(jié)物料衡算的基本方法和程序一、物料衡算的基本方法1、物料平衡方程理論依據(jù)：質(zhì)量守恒定律（Fi）進(jìn)入過(guò)程單元的物料量－流出過(guò)程單元的物料

3、量＋在過(guò)程單元內(nèi)生成的物料量－在過(guò)程單元內(nèi)消耗的物料量＝過(guò)程單元內(nèi)累積的物料量（Fo）（Dp）（Dr）（W）2021/7/276化工過(guò)程設(shè)計(jì)即：（Fi－Fo）＋（Dp－Dr）＝W上式：即可對(duì)總物料，也可以對(duì)其中任一組分或元素列出。在下列情況下上式可簡(jiǎn)化為：①穩(wěn)定操作過(guò)程（Fi－Fo）＋（Dp－Dr）＝0②系統(tǒng)內(nèi)無(wú)化學(xué)反應(yīng)：Fi－Fo＝W③系統(tǒng)內(nèi)無(wú)化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)態(tài)操作過(guò)程：Fi－Fo＝0對(duì)于沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，一般上列寫(xiě)各組分的衡算方程，只有涉及化學(xué)反應(yīng)量，才列寫(xiě)出各元素的衡算方程。2021/7/277化工過(guò)程設(shè)計(jì)2、物料衡算基準(zhǔn)1）化工過(guò)程的類(lèi)

4、型化工過(guò)程操作狀態(tài)不同，其物料或能量衡算的方程亦有差別。化工過(guò)程根據(jù)其操作方式可以分成間歇操作、連續(xù)操作以及半連續(xù)操作三類(lèi)?；蛘邔⑵浞譃榉€(wěn)定狀態(tài)操作和不穩(wěn)定狀態(tài)操作兩類(lèi)。在對(duì)某個(gè)化工過(guò)程作物料或能量衡算時(shí)，必須先了解生產(chǎn)過(guò)程的類(lèi)別。2021/7/278化工過(guò)程設(shè)計(jì)間歇操作過(guò)程：原料在生產(chǎn)操作開(kāi)始時(shí)一次加入，然后進(jìn)行反應(yīng)或其他操作，一直到操作完成后，物料一次排出，即為間歇操作過(guò)程。此過(guò)程的特點(diǎn)是在整個(gè)操作時(shí)間內(nèi)，再無(wú)物料進(jìn)出設(shè)備，設(shè)備中各部分的組成、條件隨時(shí)間而不斷變化（如：萃取過(guò)程、過(guò)濾過(guò)程）。連續(xù)操作過(guò)程：在整個(gè)操作期間，原料不斷穩(wěn)定地輸入

5、生產(chǎn)設(shè)備，同時(shí)不斷從設(shè)備排出同樣數(shù)量（總量）的物料。設(shè)備的進(jìn)料和出料是連續(xù)流動(dòng)的，即為連續(xù)操作過(guò)程。在整個(gè)操作期間，設(shè)備內(nèi)各部分組成與條件不隨時(shí)間而變化。2021/7/279化工過(guò)程設(shè)計(jì)半連續(xù)操作過(guò)程：操作時(shí)物料一次輸入或分批輸入，而出料是連續(xù)的，或連續(xù)輸入物料，而出料是一次或分批的。穩(wěn)定狀態(tài)操作就是整個(gè)化工過(guò)程的操作條件（如溫度、壓力、物料量及組成等）如果不隨時(shí)間而變化，只是設(shè)備內(nèi)不同點(diǎn)有差別，這種過(guò)程稱(chēng)為穩(wěn)定狀態(tài)操作過(guò)程，或稱(chēng)穩(wěn)定過(guò)程。如果操作條件隨時(shí)間而不斷變化的，則稱(chēng)為不穩(wěn)定狀態(tài)操作過(guò)程，或稱(chēng)不穩(wěn)定過(guò)程。間歇過(guò)程及半連續(xù)過(guò)程是不穩(wěn)定狀

6、態(tài)操作。連續(xù)過(guò)程在正常操作期間，操作條件比較穩(wěn)定，此時(shí)屬穩(wěn)定狀態(tài)操作多在開(kāi)、停工期間或操作條件變化和出現(xiàn)故障時(shí)，則屬不穩(wěn)定狀態(tài)操作。2021/7/2710化工過(guò)程設(shè)計(jì)2）物料衡算基準(zhǔn)的選擇物料衡算過(guò)程，必須選擇計(jì)算基準(zhǔn)，并在整個(gè)運(yùn)算中保持一致。若基準(zhǔn)選的好，可使計(jì)算變得簡(jiǎn)單。一般計(jì)算過(guò)程的基準(zhǔn)有以下幾種：①時(shí)間基準(zhǔn)對(duì)于連續(xù)操作過(guò)程，選用單位時(shí)間作為基準(zhǔn)是很自然的，單位時(shí)間可取1d、1h或1s等等。此時(shí)得到的物料流量可以直接與設(shè)備或管道尺寸相聯(lián)系。②批量基準(zhǔn)對(duì)于間歇操作，按投入物料的數(shù)量為基準(zhǔn)，最方便，即以一批/次作為基準(zhǔn)。2021/7/271

7、1化工過(guò)程設(shè)計(jì)③質(zhì)量基準(zhǔn)取已知變量最多（或未知變量最少）的物流作為基準(zhǔn)最為合適。例如：可取某一基準(zhǔn)物流的質(zhì)量為100Kg，然后計(jì)算其他物流的質(zhì)量。若已知進(jìn)料質(zhì)量百分比組成，則選100Kg進(jìn)料或者100g進(jìn)料為基準(zhǔn)，若已知出料質(zhì)量百分組成，則選100Kg進(jìn)料或者100g出料為基準(zhǔn)。④物質(zhì)的量基準(zhǔn)對(duì)于有化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，因化學(xué)反應(yīng)按摩爾進(jìn)行的，用物質(zhì)的量基準(zhǔn)更方便，或者已知進(jìn)料或者出料摩爾組成的情況。若已知進(jìn)料組成摩爾分?jǐn)?shù)，用100mol或者100kmol進(jìn)料，反之已知出料組成，用100mol或者100kmol出料做基準(zhǔn)。2021/7/2712化工

8、過(guò)程設(shè)計(jì)⑤標(biāo)準(zhǔn)體積基準(zhǔn)對(duì)于氣體物料，可采用標(biāo)準(zhǔn)體積基準(zhǔn)，因標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1moL氣體相當(dāng)于22.4×10－3m3標(biāo)準(zhǔn)體積的氣體。2021/7/2713化工過(guò)程設(shè)計(jì)在計(jì)算