化工設(shè)計(jì)之物料衡算與能量衡算培訓(xùn)講義(已修改)
2025-01-07 01:51 本頁面
【正文】 化工設(shè)計(jì)電子課件 化工設(shè)計(jì) 第四章 物料衡算與能量衡算 Chart4 materiel balance and energy balance 化工設(shè)計(jì)電子課件 物料衡算 能量衡算 化工模擬軟件在化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 化工設(shè)計(jì)電子課件 物料衡算 物料衡算 — 運(yùn)用質(zhì)量守恒定律，對(duì)化工過程或設(shè)備進(jìn)行定量計(jì)算。 通過物料衡算解決以下問題： ? 計(jì)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)上做能量衡算，計(jì)算蒸汽、水、電、煤或其他燃料的消耗定額。 ? 計(jì)算產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 為生產(chǎn)設(shè)備和輔助設(shè)備的選型及設(shè)計(jì)、管路設(shè)施與公用工程的設(shè)計(jì)等方面提供依據(jù)。 化工設(shè)計(jì)電子課件 衡算計(jì)算范圍示意圖： 圖中方框表示一個(gè)體系，虛線表示體系邊界。 共有三個(gè) 流股 ，進(jìn)料 2及出料 3。 1 2 3 化工設(shè)計(jì)電子課件 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(jì)的前提 化工過程的物料衡算 —— 化工過程設(shè)計(jì)的前提 物料衡算的一般表達(dá)式為： 輸入量－輸出量＋生成量－消耗量＝積累量 對(duì)穩(wěn)定操作過程，積累量 =0 輸入量 輸出量 +生成量 消耗量 =0 對(duì)無化學(xué)反應(yīng)的過程： 輸入量－輸出量＝積累量 對(duì)無化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定操作過程： 輸入量＝輸出量 化工設(shè)計(jì)電子課件 對(duì)有化學(xué)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(shí)。 (2) 建設(shè)單位或研究單 位的要求 、設(shè)計(jì)參數(shù)、小試及中試數(shù)據(jù)： ? 化工單元過程的 化學(xué)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(xué)品的物性 ：沸點(diǎn)、熔點(diǎn)、飽和蒸汽壓、閃點(diǎn)等。 (3) 工藝流程示意圖。 二、物料衡算基準(zhǔn) ? 物料衡算時(shí)須 選擇計(jì)算基準(zhǔn) ，并在計(jì)算過程中 保持一致 。 ? 一般計(jì)算過程的基準(zhǔn)有以下幾種： 化工設(shè)計(jì)電子課件 (1) 時(shí)間基準(zhǔn) —— 對(duì)連續(xù)生產(chǎn)過程，常以單位時(shí)間 (如 d、 h、 s）的投料量或產(chǎn)品量為計(jì)算基準(zhǔn)。 (2) 批量基準(zhǔn) —— 以每批操作或一釜料的生產(chǎn)周期為基準(zhǔn)。 ㎏ /批 (3) 質(zhì)量基準(zhǔn) —— 當(dāng)系統(tǒng)介質(zhì)為液、固相時(shí)，選擇一定質(zhì)量的原料或產(chǎn)品作為計(jì)算基準(zhǔn)較適合。 (4) 物質(zhì)的量基準(zhǔn)： 對(duì)于有化學(xué)反應(yīng)的過程因化學(xué)反應(yīng)的按摩爾進(jìn)行的，用物質(zhì)的量基準(zhǔn)更方便。 (5) 標(biāo)準(zhǔn)體積基準(zhǔn)： 對(duì)氣體物料進(jìn)行衡算，可采用標(biāo)準(zhǔn)體積基準(zhǔn)，Nm3(STP)，既排除 T、 p的影響，又可直接換算為摩爾。 (6) 干濕基準(zhǔn)： 由于物料中均含有一定量的水分，選用基準(zhǔn)時(shí)就有算不算水分的問題。濕基計(jì)算水分，干基不計(jì)算水分。 實(shí)際計(jì)算時(shí)，必須根據(jù)具體情況選擇合適的基準(zhǔn)，過程的物料衡算及能量衡算應(yīng)在同一基準(zhǔn)上進(jìn)行。 化工設(shè)計(jì)電子課件 可建議： ?以 1t產(chǎn)品為基準(zhǔn) ?以 1mol某反應(yīng)物為基準(zhǔn) ?在 連續(xù)操作 中，以單位時(shí)間，即 ㎏ /h或 kmol/h作基準(zhǔn)；在 間歇操作 中，以 ㎏ /批 為基準(zhǔn) ?有化學(xué)變化 的過程，適宜采用 質(zhì)量 作基準(zhǔn)；無化學(xué)變化的過程，以質(zhì)量或 kmol/h為基準(zhǔn) ?對(duì)于液固系統(tǒng)常用單位質(zhì)量作基準(zhǔn)，而液相常用單位體積作基準(zhǔn) 化工設(shè)計(jì)電子課件 三、物料衡算的基本程序 (1) 確定 衡算對(duì)象和范圍 ，畫出計(jì)算對(duì)象的草圖。注意物料種類和走向，明確輸入和輸出。 (2) 確定 計(jì)算任務(wù) ，明確已知項(xiàng)、待求項(xiàng)，選擇數(shù)學(xué)公式，力求使計(jì)算方法簡(jiǎn)化。 (3) 確定過程所 涉及的組分 ，并對(duì)所有組分依次編號(hào)。 (4) 對(duì)物流的 流股進(jìn)行編號(hào) ，并標(biāo)注物流變量。 (5) 收集數(shù)據(jù)資料 （設(shè)計(jì)任務(wù)所規(guī)定已知條件，與過程有關(guān)物理化學(xué)參數(shù)）： ? 生產(chǎn)規(guī)模 （設(shè)計(jì)任務(wù)所規(guī)定， t/年）和 生產(chǎn)時(shí)間 （指全年有效生產(chǎn)天數(shù) 300~330天 /年，計(jì)約 8000h）。 ? 有關(guān)定額的技術(shù)指標(biāo) ，通常指產(chǎn)品單耗、配料比、循環(huán)比、固液比、氣液比、回流比、利用率、單程收率、回收率等等。 化工設(shè)計(jì)電子課件 ?原輔材料、產(chǎn)品、中間產(chǎn)品的規(guī)格； ?與過程有關(guān)有物理化學(xué)參數(shù)，如臨界參數(shù)、密度或比體積、狀態(tài)方程參數(shù)、蒸汽壓、氣液平衡常數(shù)或平衡關(guān)系等。 (6) 列出過程全部獨(dú)立物料平衡方程式及其相關(guān)約束式 ，對(duì)有化學(xué)反應(yīng)的還要寫出化學(xué)反應(yīng)方程式，指出其轉(zhuǎn)化率和選擇性。 約束式 分?jǐn)?shù)約束式 設(shè)備約束式 ① 進(jìn)料配比為一常數(shù)； ② 分流
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