化工设计概论 教学课件 作者 杨秀琴 徐绍红 主编第2章 工艺计算.ppt

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1、第二章工艺计算第一节物料衡算根据质量守恒定律，以生产过程或生产单元设备为研究对象，对其进出口处进行定量计算，称为物料衡算。通过物料衡算可以计算原料与产品间的定量转变关系，计算各种原料的消耗量，各种中间产品、副产品的产量、损耗量及组成。物料衡算的基础是物质的质量守恒定律，即进入一个系统的全部物料量必等于离开系统的全部物料量与过程中的损失量和系统中的累积量之和。∑G1=∑G2+∑G3+∑G4（2-1）∑G1——输入物料量总和；∑G2——输出物料量总和；∑G3——物料损失量总和；∑G4——物料累积量总和。当系统内物料累积量为零时，上式可以写成：∑G1=∑G2+∑G3（2-2）物料衡算是所

2、有工艺计算的基础，利用物料衡算的结果我们可以进一步确定设备容积、主要尺寸等性能参数，同时可进行热量衡算、管路尺寸计算等。一、物料衡算的方法和步骤物料衡算的内容和方法随工艺流程的变化而变化，常遵循如下步骤。1．选定衡算的范围，画出简图确定衡算的对象、体系与环境，并画出计算对象的草图。对于整个生产流程，要画出物料流程示意图（或流程框图）。绘制物料流程图时，要着重考虑物料的种类和走向，输入和输出要明确。2．写出反应单元的主要反应和次要反应，同时标明：各反应物料、产物的状态（反应物系的组成）。3．确定计算任务根据工艺流程示意图和化学反应方程式，分析物料经过每一过程、每一设备在数量、组成及物

3、流走向所发生的变化，并分析数据资料，进一步明确已知项和未知项，对于未知项，判断哪些是可查到的，哪些必须经过计算得到，从而弄清计算任务，并针对过程的特点，选择适当的数学公式，力求计算方法简便，以节省计算时间，减少工作量。4．搜集计算数据要收集的数据必须是准确可靠的原始数据，这些数据是整个计算的基本依据和基础。如果进行设计计算，则依据设定值；如果对生产过程进行测定性计算，则要严格依据现场实测数据。当某些数据不能精确测定或无法查到时，可在工程设计计算所允许的范围内借用、推算或假定。一般要搜集的数据和资料如下。(1)生产规模和生产时间生产规模即为生产能力或产量，一般在设计任务中已明确，如年

4、产多少吨的某产品，进行物料衡算时可按计算基准折算后代入使用。如果是中间产物，应根据消耗定额同时考虑该物料在车间的循环利用情况。生产时间即年工作时数，应根据检修、生产过程和设备特性考虑每年有效的生产时数，一般生产过程无特殊现象（如易堵、易波动等），设备能正常运转（没有严重的腐蚀现象）或者已在流程上设有必要的备用设备（运转的泵、风机都设有备用设备），且全厂的公用工程系统又能保障供应的装置，年工作时数可取8000h左右。如果生产难以控制波动较大，或有需要经常性的设备检修时，生产时数可相应减少。(2)转化率（Conversion）表示通过化学反应产生化学变化的程度，对某一组分A来说，A的消

5、耗量与A的投入量之比，称为A组分的转化率。一般以百分率表示。对于原料存在循环利用时有单程转化率和全程转化率之分。单程转化率XA=×100%全程转化率XA,tot=×100%(3)选择性（Selectivity）伴随化学反应的生产过程中，不仅有生成目标产物的主反应，还有生产副产物的副反应，原料中只有一部分生成目标产物。选择性的定义为：×100%(4)收率（Yield）通过判断选择性的高低可以知道副反应的多少，但若通过反应器的原料只有很少一部分，即转化率很低，反应器的生产能力仍然很低，只有综合考虑转化率和收率，才能制定合理的工艺指标。收率是判断生产能力的重要指标，收率的定义式为：×10

6、0%也可以折算成原料×100%(5)质量收率实际获得产品质量占其加入反应器原料质量的百分数。×100%(6)原辅材料、产品、中间产品的规格，包括原料的有效成分和杂质含量，气体或液体混合物的组成及与过程有关的物理化学参数。5．选择合适的计算基准，并在流程图上注明所选的基准值。(1)时间基准对于连续生产，以一段时间间隔作为计算基准，如1秒、1小时、1天等的投料量或产品量。这种基准可直接联系到生产规模和设备设计计算，如年产300万吨乙烯装置，年操作时间为8000h，折算成每小时的平均产量为37.5t。对间歇生产，一般可以一釜或一批物料的生产周期作为时间基准。(2)质量基准当系统介质为液、

7、固相时，选择一定质量的原料或产品作为计算基准是合适的。如以煤、石油、矿石为原料的化工过程采用一定量的原料，例如：1kg、1000kg等作基准。如果所用原料或产品系单一化合物，或者由已知组成百分数和组分分子量的多组分组成，那么用物质的量（摩尔）作基准更方便。(3)体积基准对气体物料进行衡算时多选用体积基准。这时应将实际情况下的体积换算为标准状态下的体积，即标准体积，用m3（STP）表示，这样不仅与温度、压力没有关系，而且可以直接换算成物质的量。(4)干湿基准生产中的物料