物料衡算与能量衡算概论.ppt

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1、化工设计第三章物料衡算与能量衡算Chart3MaterielBalanceandEnergyBalance一、化工过程所谓化工过程，是指由原料经化学处理和物理处理加工成化学产品或中间产品的生产过程。它包括许多工序，每个工序又由若干个或若干组设备（如反应器、蒸馏塔、吸收塔、干燥塔，分离器、换热器及输送设备等等）组合而成。物料通过各设备时，完成某种化学或物理处理，最终成为合格的产品。应用守恒定律来研究化工过程的物料衡算和能量衡算问题。在不同的生产过程中，有一些具有共性的物理操作，它们不改变物料的化学性质，只改变物料的物理性质，这类操作被称为单元操作，如流体输送、传热、蒸馏、干燥、蒸发、

2、结晶、萃取、吸收、吸附、过滤及破碎等操作。化工过程中还包括一些改变物料的化学性质的反应过程，如氢与氮合成氨反应、乙烯氧化成环氧乙烷反应等等。化工过程就是由反应过程和若干个单元操作组合而成的一个系统。化工过程的类型根据其操作方式分间歇操作原料一次加入→过程→产品一次排出连续操作原料连续加入→过程→产品连续排出半连续操作原料一次加入→过程→产品连续排出或原料连续加入→过程→产品一次排出根据操作状态分稳定状态操作（定态操作）过程参数=f(x、y、z)不稳定状态操作（非定态操作）过程参数=f(x、y、z、t)化工过程基本参数过程参数：生产过程中影响过程运行和状态的物理量。一）温度表示物体冷

3、热程度的物理量。温标。1、摄氏温标，℃水的正常冰点：0℃水的正常沸点：100℃其间均分100等份其单位为℃2、开尔文温标，K（又叫热力学温度，热力学温标）单位是“开尔文”，英文是“Kelvin”简称“开”，国际代号“K”。开尔文是为了纪念英国物理学家LordKelvin而命名的。以绝对零度（0K）为最低温度，规定水的三相点的温度为273.16K，开定义为水三相点热力学温度的1/273.15。3华氏温标,℉水盐混合物的温度：0℉；健康人的血液温度：96℉水的正常冰点：32℉；水的正常沸点：212℉其间均分180等份其单位为℉4、兰金温标，°R与开氏温标相似，也是以最低理论温度为0度的

4、一种绝对温标。其0度为-459.67℉（-460℉）。四种温度的关系：二）压力(压强）三）流量四）组成3.1物料衡算3.2能量衡算3.3化工模拟软件在化工设计中的应用本章要求掌握非反应过程的物料衡算及反应过程的物料衡算；掌握装置的物料衡算；掌握以反应热效应为基础的计算方法，以及以生成热为基础的计算方法。本章重、难点：物料衡算及热量衡算。物料、能量衡算在化工技术中的作用物料、能量衡算是所有设计计算的基础，是反应器和设备设计的根据，也是过程、设备各系统经济核算和最优化的依据。一般来说，在设计一个生产系统，或者计算某个单元操作及设备时，首先必须作物料、能量衡算。物料、能量衡算的目的和内容

5、在于定量研究生产过程，为过程设计和操作最佳化提供依据。对过程中的各个设备和工序，逐个计算各物料的流量、组成及热流量和温度，定量地表示所研究的对象。物料、能量衡算的意义①计算生产过程的原材料消耗指标、能耗定额和产品产率等。②根据物料衡算和能量衡算数据和设备恰当的生产强度，可以设计或选择设备的类型、台数及尺寸。物料衡算和能量衡算是设备计算的依据。③作物料衡算可以检查各物料的计量、分析测定数据是否正确；检查生产运行是否正常。④作系统各设备及管路的物料衡算时，可以检查出生产上的薄弱环节或限制部位。从而找出相应的强化措施。⑤物料衡算和能量衡算是传统最优化和经济核算的基础。⑥物料衡算和能量衡算

6、的方程往往用于求取生产过程中的某些未知量或操作条件。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。通过物料衡算解决以下问题：计算原料消耗量、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、物料衡算依据1.理论依据——质量守恒定律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物料衡算的一般表达式为：输入量－输出量＋生成量－消耗量＝积累量对稳

7、定操作过程，积累量=0输入量-输出量+生成量-消耗量=0对无化学反应的过程：输入量－输出量＝积累量对无化学反应的稳定操作过程：输入量＝输出量对有化学反应的过程：总物料衡算+元素衡算式2.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：