物料衡算与能量衡算ppt课件.ppt

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1、第三章物料衡算与能量衡算第一节连续过程的物料衡算第二节车间（装置）的物料衡算第三节化学反应过程的能量衡算第四节计算机在物料衡算与能量衡算中的应用第三章物料衡算与能量衡算第一节连续过程的物料衡算教学内容：结合具体实例，理解利用化学反应速率进行反应过程的物料衡算的方法。重点和难点：重点掌握利用化学反应速率进行反应过程的物料衡算的方法。难点是衡算基准的选择，包括基准物流的名称和单位选择，以及物料平衡方程、摩尔分数约束式及设备约束式的内容和形式。第一节连续过程的物料衡算3.1物料衡算物料衡算—运用质量守恒定律，对化工过程或设备进行定量计算。通过物料

2、衡算解决以下问题：计算原料消耗量、主副产品量；输出过程物料的损耗量及三废的生成量；在物料衡算基础做能量衡算，计算蒸汽、水、电、煤或其他燃料的消耗定额。计算产品的技术经济指标。为生产设备和辅助设备的选型及设计、管路设施与公用工程的设计等方面提供依据。一般表示式系统中积累=输入–输出+生成–消耗稳态过程时输入=输出–生成+消耗无化学反应的稳态过程输入=输出连续过程的物料衡算物料衡算范围单元操作的物料衡算——化工设备设计的前提化工过程的物料衡算——化工过程设计的前提对有化学反应的过程：总物料衡算+元素衡算式第一节连续过程的物料衡算物料平衡形式总平

3、衡式总质量平衡式总摩尔平衡式组分平衡式组分质量平衡式组分摩尔平衡式元素原子平衡式元素原子质量平衡式元素原子摩尔平衡式第一节连续过程的物料衡算数据基础(1)技术方案、操作方法、生产能力、年工作时。(2)建设单位或研究单位的要求、设计参数、小试及中试数据：化工单元过程的化学反应式、原料配比、转化率、选择率、总收率，催化剂状态、用量、回收方法、安全性能等；原料及产品的分离方式，分离剂的用量，各步的回收率；特殊化学品的物性：沸点、熔点、饱和蒸汽压、闪点等。(3)工艺流程示意图。物料衡算基准物料衡算时须选择计算基准，并在计算过程中保持一致。一般计算过

4、程的基准有以下几种：(1)时间基准——对连续生产过程，常以单位时间(如d、h、s）的投料量或产品量为计算基准。(2)批量基准——以每批操作或一釜料的生产周期为基准。(3)质量基准——当系统介质为液、固相时，选择一定质量的原料或产品作为计算基准较适合。(4)物质的量基准：对于有化学反应的过程因化学反应的按摩尔进行的，用物质的量基准更方便。(5)标准体积基准：对气体物料进行衡算，可采用标准体积基准，Nm3(STP)，既排除T、p的影响，又可直接换算为摩尔。(6)干湿基准：由于物料中均含有一定量的水分，选用基准时就有算不算水分的问题。湿基计算水分

5、，干基不计算水分。实际计算时，必须根据具体情况选择合适的基准，过程的物料衡算及能量衡算应在同一基准上进行。例：100kg湿物料，其中含水10kg，按湿基：含水率为10%；若按干基：含水率为10/（100-10）×100%=11.11%物料衡算的基本程序(1)确定衡算对象和范围，画出计算对象的草图。注意物料种类和走向，明确输入和输出。(2)确定计算任务，明确已知项、待求项，选择数学公式，力求使计算方法简化。(3)确定过程所涉及的组分，并对所有组分依次编号。(4)对物流的流股进行编号，并标注物流变量。(5)收集数据资料（设计任务所规定已知条件，

6、与过程有关物理化学参数）：生产规模（设计任务所规定，t/年）和生产时间（指全年有效生产天数300~330天/年，计约8000h）。有关定额的技术指标，通常指产品单耗、配料比、循环比、固液比、气液比、回流比、利用率、单程收率、回收率等等。原辅材料、产品、中间产品的规格；与过程有关有物理化学参数，如临界参数、密度或比体积、状态方程参数、蒸汽压、气液平衡常数或平衡关系等。(6)列出过程全部独立物料平衡方程式及其相关约束式，对有化学反应的还要写出化学反应方程式，指出其转化率和选择性。约束式分数约束式设备约束式①进料配比为一常数；②分流器出口物流具有

7、相同的组成；③相平衡常数；④化学反应平衡常数；⑤化学反应的转化率、选择性或其他限度。(7)选择计算基准；(8)统计变量个数与方程个数，确定设计变量个数及全部设计变量。(9)整理并校核计算结果，并根据需要换算基准，最后列成表格即物流表。(10)绘制物料流程图，编写物流表作为设计文件成果编入正式设计文件。物料衡算的基本步骤⑴画出流程示意图⑵列出已知数据⑶列出由物料平衡所需求解的问题⑷决定系统的边界⑸写出主、副产品的化学反应方程式⑹约束条件⑺选择计算基准⑻进行物料平衡计算⑼列出物料和能量平衡表，并进行校核⑽结论第一节连续过程的物料衡算物料平衡计算

8、的条件１.方程式⑴物料平衡方程式⑵物流约束式构成物流各组分的分率之和等于1第一节连续过程的物料衡算2.变量有Ns股物流，Nc个组分数，Np个设备参数总变量数：Nv=Ns（Nc+1