物料衡算与能量衡算概论((000001).ppt

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1、第三章物料衡算与能量衡算0化工过程及过程参数化工工艺流程物料衡算热量衡算主要内容§3.1工艺过程及过程参数主要内容包括：化工过程；化工工艺流程；化工过程开发；化工过程基本参数—温度、压力、流量、化学组成等基本概念。化工计算主要是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。在进行计算时，必须熟悉有关化工过程的一些术语及基础知识。§3.1工艺过程及过程参数§3.1.1化工过程化工过程：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）

2、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。化工过程单元操作反应过程§3.1工艺过程及过程参数§3.1.1化工过程化工过程单元操作：不改变物料的化学性质，只改变物理性质。如流体输送、传热、蒸馏、干燥、蒸发、结晶、萃取、吸收、吸附、过滤和破碎等反应过程：改变物料的化学性质。如氢和氮合成氨的反应；乙烯氧化成环氧乙烷的反应。§3.1工艺过程及过程参数§3.1.1化工过程化工设备所进行的主要操作混合化学反应是整个化工过程的核心。平衡收率反应速度控制或减少副反应分离或提纯蒸馏结晶萃取改变温度改变压力§3.1工艺过程及过程参数§3.1.1化工过程发

3、现一种新的化学反应使之实施于生产或开发一个新的化工过程，从技术角度来考察，主要决定于下述三类因素：（3）机械设备、仪表及控制手段：（1）化学工艺因素：（2）化学工程因素：反应体系本性、温度、压力、组成、催化剂等操作条件以及体系的反应速度、转化率、循环比等。体系的物性、相态、热性质、传递性质、传热传质方式、物料（流体及固体）输送、反应技术、分离技术等。设备材料、制造、贮运、安装、维修、检测、备品备件、正常操作及事故处理等。§3.1工艺过程及过程参数§3.1.2化工过程化工过程常用流程图来表示。所谓流程图，就是把生产过程中物料经过的设备按其形状画出示意图，并画出各设备

4、之间的主要物料管线及其流向。简化的流程图可以用方框来表示设备或设备组，称方框流程图。在工艺流程设计中，还有其他类型的流程图，如表明物料量的物料流程图、以装置为单元的装置流程图、以管线为主的管线流程图以及带测量仪表控制点的流程图等。§3.1工艺过程及过程参数§3.1.2化工过程§3.1工艺过程及过程参数§3.1.3化工过程的开发化工过程开发是指一个化学反应从实验室过渡到第一套生产装置的全部过程。化工过程开发，首先是决定于化学反应的可能性、转化率及反应速度是否具有工业价值，产物分离的难易程度以及机械、设备、材料是否可行。当然，最终取决于是否有经济效益。化工过程开发的第

5、一步就是要设计一个流程图。由于化学反应或产物的分离可用不同的方法来完成，因此，设计流程时，必须选择一个安全、可靠、经济效益高的最佳方案。§3.1工艺过程及过程参数§3.1.3化工过程的开发实例：3H2＋N22NH3Fe高温、高压基本工艺步骤气体的压缩气体的预热和合成氨的分离未反应氢、氮气体的循环惰性气体的排放§3.2工艺基础数据§3.2.1化工基础数据种类在化工计算以及化工工艺和设备设计中，必不可少地要用到有关化合物的物性数据。(1)基本物性数据—如临界常数（临界压力、临界温度、临界体积）、密度或比容、状态方程参数、压缩系数、蒸气压、气一液平衡关系等。(2)热力学

6、物性数据—如内能、焓、熵、热容、相变热、自由能、自由焓等。(3)化学反应和热化学数据—如反应热、生成热、燃烧热、反应速度常数、活化能，化学平衡常数等。(4)传递参数—如粘度、扩散系数、导热系数等。§3.2工艺基础数据§3.2.2化工基础数据来源1、查手册或文献资料有关常用物质的物性数据，前人已系统地进行归纳总结，从表格或图的形式表示。这些致据可从有关的化学化工类手册或专业性的化工手册中查到。2、估算。可以应用物理和化学的一些基本定律计算各种物质的性质参数。3、用实验直接测定。§3.2工艺基础数据§3.2.2化工基础数据来源外文中文§3.3化工过程类型§3.3.1间

7、歇操作、连续操作以及半连续操作闻歇操作过程：原料在生产操作开始时一次加入，然后进行反应或其他操作，一直到操作完成后，物料一次排出，即为间歇操作过程。此过程的特点是在整个操作时间内，再无物料进出设备，设备中各部分的组成、条件随时间而不断变化。连续操作过程：在整个操作期间，原料不断稳定地输入生产设备，同时不断从设备排出同样数量（总量）的物料。设备的进料和出料是连续流动的，即为连续操作过程。在整个操作期间，设备内各部分组成与条件不随时间而变化。半连续操作过程：操作时物料一次输入或分批输入，而出料是连续的，或连续输入物料，而出料是一次或分批的。§3.3化工过程类型§3.3

8、.2稳定状