【正文】 (α1+α2 ) 熱量衡算舉例 ? [例 35] 化工生產(chǎn)中常以煤或重油為燃料，在鍋爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生蒸汽。試計(jì)算鍋爐中： （ 1）燃煤鍋爐中，每噸煤燃燒產(chǎn)生的蒸汽量； （ 2）燃油鍋爐中，每噸重油燃燒產(chǎn)生的蒸汽量。 解：從鍋爐手冊(cè)中查到，我國(guó)國(guó)產(chǎn)煤的平均燃燒熱為： 23012KJ/kg。重油的平均燃燒熱 33472KJ/kg。 ? 由熱量平衡可知： Q煤 =n蒸汽 △ H蒸汽 即 n蒸汽 = Q煤 /△ H蒸汽 壓力為 KJ/kg，鍋爐效率按 60%計(jì)。 ? 每噸煤的產(chǎn)蒸汽量： n蒸汽 = Q煤 /△ H蒸汽=23012 60%/=? 每噸重油的產(chǎn)蒸汽量： n蒸汽 = Q重油 /△ H蒸汽 =33472 60%/197607= [例 36] ? 在 、 5000C下含苯蒸汽通過(guò)兩個(gè)換熱器（換熱器 換熱器 2）后被冷卻至 2023C。其中在換熱器 2中鍋爐給水由 750C、 5 MPa被加熱至飽和，由氣液分離器出來(lái)的飽和水在換熱器 1中被加熱至沸騰。該蒸汽混合物與換熱器 2出來(lái)的飽和水在混合器中混合，然后進(jìn)入氣液分離器分離出飽和蒸汽。如果通過(guò)換熱器 1的水量為通過(guò)換熱器 2的水量的 12倍，求換熱器 1所產(chǎn)生的蒸汽量和每摩爾工藝物流所產(chǎn)生的蒸汽量。 氣液分離器混 合 器F5, 飽 和 水 蒸 氣 5 M P acF2F3換 熱 器 2換 熱 器 1F4F6F7F8苯 蒸 氣 5 0 00C0 . 2 M P aF92 0 00C , 0 . 2 M P aF1鍋 爐 給 水7 50C , 5 M P a圖 3 1 0 [ 例 3 6 ] 流 程 框 圖圖 流程框圖 ? 解：這是一個(gè)無(wú)化學(xué)反應(yīng)的多單元系統(tǒng)，每股物流中僅含有一種物質(zhì)。因?yàn)楸降姆悬c(diǎn)為 800C，所以含苯工藝物流是以氣相通過(guò)。已知物流 2和 6是液相， 5是氣相， 3和 4是氣液混合物。 ? 根據(jù)對(duì)本過(guò)程分析，其計(jì)算順序?yàn)椋? 總過(guò)程 熱交換器 2 熱交換器 1 氣液分離器 能量衡算 能量衡算 能量衡算 物料、 能量衡算 （ 1） 物料衡算方程 ? 總平衡 F1 = F5 ? 分離器平衡 F3 = F5 + F6 ? 混合器平衡 F3 =F4+ F2 = F6+ F1 實(shí)際上總平衡式為分離器和混合器平衡式的總和。 ? 基準(zhǔn)，選物流 F7 為 100mol/h （ 2） 熱量衡算方程 ? a) 總平衡 F1 [hv(飽和 ,5MPa)hl(750C,5MPa)]= F7 [hv（ 5000C,） hv(2023C, )] CPV(苯 )= 102T + 103T2 106T3 + 109T4 MPa) C,(75 h MPa),(h MPa)] C,(20 0 hv MPa),C[hv (50 0 F0ll007飽和)(100 ?? dTC PV64???hKg /= = = = b) 換熱器 2的平衡 F1 [hv(飽和， 5MPa)hl(750C, 5MPa)] = F7 [hv（ 5000C， ） hv (2023C, )] = F7 ? dTC PV? dTC PV 100)( ?= = ? 先用值估計(jì) T, 即： PVC ?? dTC PV300 4?= )( ???T 即： T= 然后以此作為初值，用下式作迭代計(jì)算。 ? T= + )])(([ 1 2214 ???? ? T ))((41)()(31 44532 ??????? ?? TT))((51 568 ??? ? T 迭代計(jì)算結(jié)果 迭代 次數(shù) 0 1 2 3 4 5 T/K 8 5 1 因此得到換熱器 1和換熱器 2間（即 F8處） 苯物流的溫度為 （ ） c) 換熱器 1的平衡 F7 [hv(5000C,) hv(2023C, )] =12F1[h混 (飽和 ,5MPa) hl(飽和 ,5MPa)] H混 (飽和 ,5MPa)=hl(飽和 ,5MPa)+ ?? dTC PV=+100**=設(shè)水蒸氣質(zhì)量百分比為 w，則： =+(1w) 即： w= d)氣液分離器的物料平衡核算 ? F3=F6+F5=12F1+F1=13*=? F5hV(飽和 ,5MPa)+F6hL(飽和 ,5MPa)=F3h混 ,3 (飽和 ,5MPa) ? 13* h混 ,3 = hV(飽和 ,5MPa)+12* (飽和 ,5MPa) ? h混 ,3 =1/13hV+12/13hL=whV+(1w) hL w= ? F5中的蒸汽量為：w F3= =(mol工藝氣 ) 運(yùn)用計(jì)算軟件進(jìn)行化工工藝計(jì)算 概述 ? 計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展使原來(lái)復(fù)雜、繁瑣、費(fèi)時(shí)的化工工藝計(jì)算變得簡(jiǎn)便快捷，許多原來(lái)無(wú)法直接進(jìn)行，只能簡(jiǎn)化近似的計(jì)算變得可能和精確，通過(guò)對(duì)模擬計(jì)算中模塊的正確選擇，可同時(shí)完成物料衡算和能量衡算。 ? 計(jì)算機(jī)用于化工設(shè)計(jì)主要有：物性數(shù)據(jù)檢索、化工過(guò)程模擬設(shè)計(jì)（ CAPD）、計(jì)算機(jī)輔助繪圖設(shè)計(jì)（ CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工程（ CAE）等。 ? 目前，常用商業(yè)化化工模擬計(jì)算軟件有： ASPEN PLUS、 PRO/Ⅱ 、FLOWTRAN、 ESIGN和HYSYS。 （ 1） ASPEN PLUS ? ASPEN PLUS ( Advanced System for Process Engineering)模擬系統(tǒng)是 1976年美國(guó)麻省理工學(xué)院（ MIT）設(shè)計(jì)。它可用于計(jì)算穩(wěn)態(tài)過(guò)程的物料平衡、能量平衡和設(shè)備尺寸，并對(duì)過(guò)程投資進(jìn)行經(jīng)濟(jì)成本分析。 （ 2） PRO/Ⅱ 系列軟件 ? PRO/Ⅱ 系列軟件是美國(guó) Simulation 件。 ? 它具有很廣泛的功能：設(shè)計(jì)新工藝；估算新工廠的投資；舊廠挖潛改造；環(huán)境評(píng)估；工廠事故診斷；工廠收率與利潤(rùn)的優(yōu)化與提高等。 ? PRO/Ⅱ 采用最優(yōu)化方法自動(dòng)排序的序貫?zāi)K法，迭代過(guò)程選用 Wegstein加速和Broyden加速，整個(gè)過(guò)程收斂加快。 ? 含有豐富的單元操作模型，有前饋、反饋和多變量控制等多種控制方法。 ? 它的熱力學(xué)模型包括狀態(tài)方程、密度模型、氣液平衡常數(shù)和活度系數(shù)等。 ? 物性數(shù)據(jù)齊全，包括組分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)、混合數(shù)據(jù)、二元參數(shù)數(shù)據(jù)及系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備、確認(rèn)和回歸等。 ? 另外， PRO/Ⅱ 的輸入 /輸出系統(tǒng)清晰明確，操作簡(jiǎn)便。 （ 3） FLOWTRAN ? FLOWTRAN是由美國(guó)孟山都公司開(kāi)發(fā)的一套流程模擬軟件，它采用序貫?zāi)K法設(shè)計(jì)，含有設(shè)備規(guī)格及費(fèi)用設(shè)計(jì)子程序，實(shí)際應(yīng)用性強(qiáng)。 B．單元過(guò)程計(jì)算軟件 ? 由北京石油化工學(xué)院開(kāi)發(fā)的“化工過(guò)程計(jì)算軟件”、青島化工學(xué)院開(kāi)發(fā)的工程化學(xué)模擬系統(tǒng) —―化工之星”等 C．繪圖設(shè)計(jì)軟件 AutoCAD, PIPING, PDMS, AUTOPLANT等 ? 以 PRO/Ⅱ 軟件為例，說(shuō)明化工過(guò)程的模擬計(jì)算： 即物料衡算和熱量衡算的基本過(guò)程和步驟， 簡(jiǎn)要介紹一些單元過(guò)程的模擬計(jì)算。 A. 基本步驟 ? 確定過(guò)程計(jì)算所涉及的物質(zhì)，由物質(zhì)輸入窗口從數(shù)據(jù)庫(kù)中選取所需物質(zhì)或自定義庫(kù)中缺損物質(zhì) ? 如有自定義物質(zhì)，由物質(zhì)結(jié)構(gòu)窗口從數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇構(gòu)造自定義物質(zhì) ? 通過(guò)單位尺度窗口，確定用戶(hù)所需的物理量的單位 ? 選擇適當(dāng)?shù)臒崃W(xué)估算方法 ? 分析實(shí)際過(guò)程，選擇適當(dāng)?shù)哪M計(jì)算單元，連接各物流，構(gòu)造模擬計(jì)算流程。 ? 根據(jù)各單元模塊的特點(diǎn)，擬計(jì)算流程有時(shí)與實(shí)際流程不完全相同。對(duì)各輸入、輸出物流進(jìn)行命名，以方便對(duì)輸出結(jié)果的閱讀 A. 基本步驟 2 ? 輸入物流參數(shù) ? 輸入各單元操作參數(shù) ? 對(duì)復(fù)雜流程（帶回路的）確定合理的切斷流，給出初值 ? 進(jìn)行模擬計(jì)算，查看輸出結(jié)果 ? 查看輸出文件得到模擬計(jì)算結(jié)果。若計(jì)算不收斂，查找原因，進(jìn)行調(diào)整 計(jì)算實(shí)例 略 演講完畢，謝謝觀看！