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物料衡算與能量衡算概論-文庫(kù)吧資料

2025-03-14 22:23本頁(yè)面
  

【正文】 而具有的能量。 能量衡算 167。 62/106 167。 能量衡算有兩種類型的問(wèn)題 , 一種是先對(duì)使用中的裝置或設(shè)備 , 實(shí)際測(cè)定一些能量 , 通過(guò)衡算計(jì)算出另外一些難以直接測(cè)定的能量 , 由此作出能量方面的評(píng)價(jià) , 即由裝置或設(shè)備進(jìn)出口物料的量和溫度 , 以及其它各項(xiàng)能量 , 求出裝置或設(shè)備的能量利用情況;另一類是在設(shè)計(jì)新裝置或設(shè)備時(shí) , 根據(jù)已知的或可設(shè)定的物料量求得未知的物料量或溫度 , 和需要加入或移出的熱量 。 能量衡算 167。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 K2CrO4的分子量為 195。 從蒸發(fā)器放出的濃縮料液含 %(mol) K2CrO4進(jìn)入結(jié)晶槽 , 在結(jié)晶槽被冷卻至 40℃ , 用冷卻水冷卻 ( 冷卻水進(jìn)出口溫差 5℃ )。 物料衡算舉例 167。 一般方程式中以循環(huán)流量作為未知數(shù) , 應(yīng)用聯(lián)立方程的方法進(jìn)行求解 。 帶循環(huán)和旁路過(guò)程的物料衡算 在不知道循環(huán)量的情況下,可采用以下兩種計(jì)算 : ( 1) 試差法: 估計(jì)循環(huán)流量 , 并繼續(xù)計(jì)算至循環(huán)回流的那一點(diǎn) , 將估計(jì)值與計(jì)算值進(jìn)行比較 , 并重新假設(shè)一個(gè)估計(jì)值 , 一直計(jì)算到估計(jì)值與計(jì)算值之差在一定的誤差范圍內(nèi) 。 具有循環(huán)及排放過(guò)程的物料衡算 具有循環(huán)及排放過(guò)程的物料流程圖: W— 排放物料 S— 分離產(chǎn)物 R/W— 循環(huán)比 每個(gè)平衡體系各物料之間關(guān)系: 總物料 F= P+ W 反應(yīng)器 MF = RP 分離器 RP= P+ S 節(jié)點(diǎn) A MF= F+ R 節(jié)點(diǎn) B S= R+ W 55/106 167。 帶循環(huán)和旁路過(guò)程的物料衡算 有循環(huán)的過(guò)程,轉(zhuǎn)化率常分為單程轉(zhuǎn)化率與總轉(zhuǎn)化率: %100??? MFARPAMFANNN單程轉(zhuǎn)化率%100?? FASAFANNN總轉(zhuǎn)化率=RPAMFA NN 、 SAFA N、—— 反應(yīng)物 A輸入、輸出反應(yīng)器的摩爾數(shù) —— 反應(yīng)物 A輸入、輸出過(guò)程的摩爾數(shù) 反應(yīng)器 整個(gè)過(guò)程 54/106 167。 MF= F+ R RP = P + R 反應(yīng)器 分離器 新鮮原料 F MF RP 產(chǎn)品 P 循環(huán)物料 R 有循環(huán)過(guò)程的物料流程圖 53/106 167。 帶循環(huán)和旁路過(guò)程的物料衡算 在化工過(guò)程中 , 有一些具有循環(huán) 、 排放及旁路的過(guò)程 , 這類過(guò)程的物料衡算與以上介紹的方法相類似 , 只是需要先根據(jù)已知的條件及所求的未知量選擇合適的衡算體系 , 列出物料衡算式再求解 。 已知反應(yīng)器 1中 CO轉(zhuǎn)化率為 ,由此得反應(yīng)器 1的反應(yīng)速率: r 1= Fi, 輸入 xi =( 100+ 214) = mol/h 物流 4中每一物質(zhì)分別為: N2平衡 F4,N2 = 100 = 78 mol/h CO平衡 F4,CO = 127 r 1 = mol/h H2O平衡 F4,H2O = 628 r 1 = mol/h CO2平衡 F4,CO2 = 2 + r 1 = mol/h H2平衡 F4,H2 = 107 + r 1 = mol/h 物流 4的組成(摩爾分率) N2 CO H2O CO2 H2 52/106 167。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。在反應(yīng)器中與水蒸氣發(fā)生反應(yīng): CO+ H2O CO2+ H2 N2 78%, CO 20% CO2 2%, F1 H2 50%, CO 50%, F2 反應(yīng)器 1 反應(yīng)器 2 H2O, F3 F4 N2, H2, H2O CO, CO2 F5 N2, H2, H2O, CO2 最后得到物流中 H2與 N2之比為 3: 1,假定水蒸氣流率是原料氣總量(干基)的兩倍,同時(shí)反應(yīng)器 1中 CO的轉(zhuǎn)化率為 80%,試計(jì)算中間物流( 4)的組成。在反應(yīng)器 1中大部分轉(zhuǎn)化,在反應(yīng)器 2中完全脫去。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 解:( 1)畫(huà)出流程示意圖,確定計(jì)算范圍。 對(duì)硝基乙苯收率 50%, 硝化產(chǎn)物為硝基乙苯的混合物 , 其比例:對(duì):鄰:間= ::。 有反應(yīng)過(guò)程的物料衡算 [例 32] 作年產(chǎn) 300t對(duì) 硝基乙苯工段物料衡算 , 原料乙苯純度 95%, 硝化混酸為: HNO332%, H2SO456%, H2O12%。x 41/106 167。它可以用物質(zhì)的量(摩爾數(shù))或質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算。 物料衡算舉例 167。 轉(zhuǎn)化率與選擇性是反應(yīng)過(guò)程的兩個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)。 有反應(yīng)過(guò)程的物料衡算 反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、選擇性及收率等概念 選擇性 ( 以 S表示 ) :反應(yīng)物反應(yīng)成目的產(chǎn)物所消耗的量占反應(yīng)物反應(yīng)掉的量的百分?jǐn)?shù) 。 39/106 167。因此,應(yīng)用時(shí)必須指明某個(gè)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率 。 有反應(yīng)過(guò)程的物料衡算 反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、選擇性及收率等概念 %100121 ???AAAA NNNx轉(zhuǎn)化率(以 x表示):某一反應(yīng)物反應(yīng)掉的量占其輸入量的百分?jǐn)?shù)。 若以從表示過(guò)量反應(yīng)物的摩爾數(shù) , Nt表示與限制反應(yīng)物完全反應(yīng)所需的摩爾數(shù) , 則過(guò)量百分?jǐn)?shù)即為 38/106 167。 過(guò)量反應(yīng)物:不按化學(xué)計(jì)量比配料的原料中 , 某種反應(yīng)物的量超過(guò)限制反應(yīng)物完全反應(yīng)所需的理論量 , 該反應(yīng)物稱為過(guò)量反應(yīng)物 。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 無(wú)反應(yīng)過(guò)程的物料衡算 解 : 設(shè) S S S S5表示各流股物料量, mol/h x3B、 x3T表示流股 3種苯、甲苯的組成。 34/106 167。 無(wú)反應(yīng)過(guò)程的物料衡算 例 : 有兩個(gè)蒸餾塔的分離裝置,將含 50%苯、 30%甲苯和 20%( mol%)二甲苯的混合物分成較純的三個(gè)餾分,其流程圖及各流股組成如圖。 33/106 167。 根據(jù)水平衡 , 可以核對(duì)以上結(jié)果: 加入的水量 = + 39 + = 13kg 混合后的酸 , 含 13% H2O, 所以計(jì)算結(jié)果正確 。 物料衡算舉例 167。 無(wú)反應(yīng)過(guò)程的物料衡算 (2) 選擇基準(zhǔn),可以選廢酸或濃酸的量為基準(zhǔn),也可以用混 合酸的量為基準(zhǔn),因?yàn)樗姆N酸的組成均已知,選任何一種作基準(zhǔn)計(jì)算都很方便。 解: 設(shè) x—— 廢酸量, kg; y—— 濃 H2SO4量, kg; z—— 濃 HNO3量; kg z kgy kg混合過(guò)程廢酸 x kg 混合酸3ONHOS2HH 24OH N O 322HHOOS 4H S2 4OOH 23ONH2H O(1) 畫(huà)物料流程簡(jiǎn)圖 31/106 167。 物料衡算舉例 167。 進(jìn)入系統(tǒng)物流兩個(gè) , 離開(kāi)三個(gè) , 已知項(xiàng)一個(gè) , 因此未知項(xiàng)有四個(gè) 。 無(wú)反應(yīng)過(guò)程的物料衡算 分析: 本系統(tǒng)包括三個(gè)單元:吸收塔 、 蒸餾塔和冷凝器 。 吸收塔 蒸餾塔 冷凝器 水 F1 1200kg/h 混合氣體 F2 (mol)%丙酮 空氣 F3 產(chǎn)品 F4 丙酮 99%,水 1% 廢料 F5:丙酮 5%,水 95% 29/106 167。 無(wú)反應(yīng)過(guò)程的物料衡算 [例 31] 某化工廠要求設(shè)計(jì)一套從氣體中回收丙酮的裝置系統(tǒng) , 并計(jì)算回收丙酮的費(fèi)用 。 基本原理 D. 物料衡算的程序 10. 整理計(jì)算結(jié)果,并根據(jù)需要列成原材料消耗表 11. 繪制物料流程圖 序號(hào) 原料名稱 單位 規(guī)格 成品消耗定額 (單耗) 每小時(shí)消耗量 每年消耗量 1 尿素 t 含氨量 ≥% 10800 2 液氨 t % 1070 3 催化劑 t 60 4 道生 kg 工業(yè)級(jí) 5 氮?dú)? m3(STP) % 36 30 m3/h 104 6 熔鹽 kg 工業(yè)級(jí) 7 燃料油 t 4910 8 包裝袋 套 450 800 40 240 103 原材料消耗一覽表(三聚氰氨) 28/106 167。 基本原理 D. 物料衡算的程序 7. 列出過(guò)程的全部獨(dú)立的物料衡算方程式及其他相關(guān)約束式,化學(xué)反應(yīng)方程式,明確反應(yīng)前后物料組成和各個(gè)組分之間的定量關(guān)系、轉(zhuǎn)化率、選擇性 8. 選擇計(jì)算基準(zhǔn) 9. 統(tǒng)計(jì)變量個(gè)數(shù)與方程個(gè)數(shù),確定設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)及全部設(shè)計(jì)變量 Nv = Ns (Nc+ 1) + Np Nv-系統(tǒng)的總變量; Ns -物流中的組分?jǐn)?shù); Nc -物流的股數(shù); Np -設(shè)備參數(shù) Nd = Nv - Ne Nd-設(shè)計(jì)變量數(shù); Ne -獨(dú)立方程數(shù); 27/106 167。 基本原理 D. 物料衡算的程序 6. 列出物料衡算方程:依據(jù)是質(zhì)量守恒定律 進(jìn)入過(guò)程單元 的物料量 Fi 流出過(guò)程單元 的物料量 F0 在過(guò)程單元內(nèi)生 成的物料量 Dp 在過(guò)程單元內(nèi)消 耗的物料量 Dr — — + 過(guò)程單元內(nèi)積 累的物料量 W = ( Fi F0)+( Dp Dr)= W a) 穩(wěn)定有反應(yīng)操作過(guò)程: ( Fi F0)+( Dp Dr)= 0 b) 不穩(wěn)定無(wú)反應(yīng)操作過(guò)程: ( Fi F0)= W c) 穩(wěn)定無(wú)反應(yīng)操作過(guò)程: ( Fi F0)= 0 26/106 167。 4. 對(duì)物流流股進(jìn)行編號(hào),并注明物料變量 5. 收集數(shù)據(jù)資料:設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中已知條件;物理化學(xué)參數(shù) a) 生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)時(shí)間 b) 有關(guān)定額和技術(shù)指標(biāo) c) 原輔材料、產(chǎn)品、中間產(chǎn)品的規(guī)格 d) 與過(guò)程有關(guān)的物理化學(xué)參數(shù) 25/106 167。 基本原理 D. 物料衡算的程序 2. 確定計(jì)算任務(wù),明確哪些是已知項(xiàng),哪些是待求項(xiàng),選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)公式,力求計(jì)算方法簡(jiǎn)便。 基本原理 D. 物料衡算的程序 1. 確定衡算的對(duì)象、體系與環(huán)境,并畫(huà)出計(jì)算對(duì)象的草圖 體系 輸入物料 輸出物料 整個(gè)生產(chǎn)流程 操作單元 過(guò)程中的部分 工段或工序 某一設(shè)備 24/106 167。 干基:硝酸 ?0 23/106 167。 例: 通常水空氣中含氧 21%, 含氮 79%, 這是以干基計(jì)算的 如果把水蒸氣計(jì)算在內(nèi) , 氧和氮的百分比就變了 。 物料衡算 167。 物料衡算 167。 1kg、 1000kg、 100t 以氮和氫為原料合成氨的工藝過(guò)程,可采用物質(zhì)的量為基準(zhǔn)。 物料衡算 167。 年處理量為 9000kt煉油廠,年操作時(shí)間為 8000h,則每小時(shí)的平均產(chǎn)量為1125t。 物料衡算 167。 ② 原料及產(chǎn)品的分離方式 , 各步的回收率 , 采用物料分離劑時(shí) ,加入分離劑的配比 。 基本原理 B. 物料衡算的依據(jù) 1. 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中確定的技術(shù)方案 、 產(chǎn)品生產(chǎn)能力 、 年工作時(shí)間及操作方法 。 4. 根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪出物流圖,可進(jìn)行管路設(shè)計(jì)及材料選擇,儀表及自動(dòng)控制等 ?0 18/106 167。 2. 確定各設(shè)備的輸入及輸出的物流量,摩爾分率組成及其他組成表示方法。 物料衡算 167。 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 。 如果操作條件隨時(shí)間而不斷變化的 , 則稱為不穩(wěn)定狀態(tài)操作過(guò)程 , 或稱不穩(wěn)定過(guò)程 。 化工過(guò)程類型 167。 3. 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 。 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 。 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 。 化工過(guò)程類型 167。 工藝基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 167。 用實(shí)驗(yàn)直接測(cè)定。
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