化工設計物料和能量衡算(編輯修改稿)
2025-01-19 14:55 本頁面
【文章內容簡介】 料及產品規(guī)格，有關物理化學常數） 選定計算基準 （時間，質量，體積） 建立物料平衡方程，展開計算 整理并校核計算結果 繪制物料流程圖、填寫物流表 列物料平衡式時應注意的事項 (1)物料平衡是指質量平衡，不是體積或物質的量 (摩爾數 )平衡。若體系內有化學反應，則衡算式中各項用摩爾／時為單位時，必須考慮反應式中的化學計量系數 。 列物料平衡式時應注意的事項 (2)對于無化學反應體系 ， 能列出獨立物料平衡式的最多數目等于輸入和輸出的物流里的組分數 。 (3)在寫平衡方程式時 ， 要盡量使方程式中所包含的未知數最少 。 ? 衡算對象 參加過程的全部物料。 對無化學反應：可選任一物料 對有化學反應：未發(fā)生變化的物質 ? 3 、計算基準及其選擇 ? 原則上計算基準是任意選擇。 但是，計算基準選擇得恰當，可以使計算簡化，避免錯誤。對于不同化工過程，采用什么基準適宜，需視具體情況而定，不能作硬性規(guī)定。 ? 根據不同過程的特點，選擇計算基準時注意以下幾點： ( l ）應選擇已知變量數最多的流股作為計算基準。 ( 2 ）對液體或固體的體系，常選取單位質量作基準。 ( 3 ）對連續(xù)流動體系，用單位時間作計算基準有時較方便。 ( 4 ）對于氣體物料，如果環(huán)境條件（如溫度、壓力）已定，則可選取體積作基準。 具體：⑴ 時間基準 連續(xù)（小時，天 …… ） 間歇（釜，批 …… ） ⑵ 質量基準 kg， mol， kmol …… ⑶ 體積基準 m3（ STP）， Nm3 ⑷ 干濕基準 干基（不含水），濕基（含水） ? 4 、物料衡算的程序（步驟） ( l ）搜集計算數據。 ( 2 ）畫出物料流程簡圖。 ( 3 ）確定衡算體系。 ( 4 ）寫出化學反應方程式，包括主反應 和副反應，標出有用的分子量。 ( 5 ）選擇計算基準，并在流程圖上注明所選的基準值。 ( 6 ）列出物料衡算式，然后用數學方法求解。 (7）校核計算結果。 (數據歸一） ( 8 ）將計算結果列成輸入一輸出物料表（物料平衡表 ）。（三線表、表頭名稱、基準） 四、 無化學反應過程的物料衡算 ? 在化工過程中，只有物理變化不發(fā)生化學反應的單元操作如混合、蒸餾、蒸發(fā)、干燥、吸收、結晶、萃取等，這些過程都可以根據物料衡算式， 直接列出總物料和各組分的衡算式，再用代數法求解。 一）、簡單過程的物料衡算 ? 簡單過程是指僅有一個設備或一個單元操作的過程。設備邊界就是體系邊界。 ( 1 ）畫出物料流程簡圖。 ( 2）選擇基準。 ( 3）列物料衡算式，求解。 ( 4）校核計算結果。 ( 5）將計算結果列成輸入一輸出物料表（物料平衡 表）。 （要求：畫出物料流程簡圖、列出物料平衡表并進行核算） 二）、有多個設備過程的物料衡算 五、有化學反應過程的物料衡算 ? 有化學反應的過程，物料中的組分變化比較復雜。 ? 工業(yè)上的化學反應， 各反應物的實示用量，并不等于化學反應式中的理論量。為了使所需的反應順利進行，或使其中較昂貴的又應物全部轉化，常常使價格較低廉的一些反應物用量過量。 一）、反應轉化率、選擇性及收率等概念 ? l 、限制反應物 化學反應原料不按化學計量比配料時，其中以最小化學計量數存在的反應物稱為限制反應物。 ? 2 、過量反應物 不按化學計量比配料的原料中，某種反應物的量超過限制反應物完全反應所需的理論量，該反應物稱為過量反應物。 3 、過量百分數 過量反應物超過限制反應物所需理論量的部分占所需理論量的百分數。 ? 4 、轉化率（ x ） 某一反應物反應掉的量占其輸入量的百分數。 ? 5 、選擇性（ S ） 反應物反應成目的產物所消耗的量占反應物反應掉的量的百分數 轉化率與選擇性是反應過程的兩個主要技術指標。 ? 6 、收率（ Y ） 目的產物的量除以反應物（通常指限制反應物）輸入量，以百分數表示。它可以用物質的量（摩爾數）或質量進行計算。 轉化率、選擇性與收率三者之間的關系 : Y = S x 順酐的選擇性： S=Y/x＝ (%)/(%) =% % 二）、一般反應過程的物料衡算 ? 對有化學反應過程的物料衡算，由于各組分在過程中發(fā)生了化學反應，因此就不能簡單地列組分的衡算式，必須考慮化學反應中生成或消耗的量， 應該根據化學反應式，列衡算方程。 ? 對一般的反應過程，可用下列幾種方法求解。 直接求解法 ? 有些化學反應過程的物料衡算，有時只含一個未知量或組成，這類問題比較簡單，通?？筛鶕瘜W反應式直接求解，不必列出衡算式。 ? 直接求解法也稱化學計量法 元素衡算法 ? 元素衡算是物料衡算的一種重要形式。在作這類衡算時，并不需要考慮具體的化學反應，而是按照元素種類被轉化及重新組合的概念表示為： 輸入（某種元素） =輸出（同種元素） ? 對反應過程中化學反應很復雜，無法用一、兩個反應式表示的物料衡算題，可以列出元素衡算式，用代數法求解。 “ 聯系組分 ” 法
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