单元化工过程物料衡算.pdf

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1、单元三化工过程物料衡算任务1理解物料衡算基础知识一、物料衡算的两大类型二、化工生产过程的类型三、物料衡算的理论依据及物料衡算式四、物料衡算计算基准及其选择五、物料衡算的一般步骤任务2物理过程的物料衡算一、混合过程物料衡算二、蒸发与结晶过程物料衡算三、吸收过程物料衡算四、精馏过程物料衡算任务3反应过程物料衡算一、反应物配比(一)直接求解法二、转化率、选择性、收率、(二)元素衡算法三、单一反应过程物料衡算(三)利用联系组分衡算四、复杂反应过程物料衡算(四)利用化学平衡衡算09:431单元3化工过程物料衡算任务1理解物料衡算基础知识知识目标：掌握物料衡算的类型、化工过程的类型、物料

2、衡算的理论依据，熟悉物料衡算时计算基准的选择方法，熟悉物料衡算的一般步骤。能力目标：能针对不同类型的化工过程和衡算对象，选择合适的计算基准和比较正确的衡算步骤。一、物料衡算的两大类型(1)核算型对已有的生产设备或装置,利用实际测定的数据,计算出另一些不能直接测定的物理量。用此计算结果,对生产情况进行分析、作出判断、提出改进措施。(2)设计型根据设计任务,先作物料衡算,求出进出各设备的物料量,然后再作能量衡算,求出设备或过程的热负荷,从而确定设备尺寸及整个工艺流程。09:44单元3化工过程物料衡算返回2任务1理解物料衡算基础知识二、化工生产过程的类型(1)间歇操作如:釜式反应器,

3、小批量生产,不适合大规模(2)连续操作①稳态(正常操作均可作为稳态)②非稳态(开停车,事故时)☆稳态适合大规模操作,具有规模经济性☆规模经济性:是指在一定的市场需求范围内,随着生产规模的扩大,企业的产品与服务的每一单位的平均成本出现持续下降的现象。09:44单元3化工过程物料衡算3任务1理解物料衡算基础知识二、化工生产过程的类型(2)连续操作C2☆化工生产装置的特点之一:25生产能力(C)与容积(V)成正20比即与设备的线性尺寸(L)成3次方关系,而设备投资(I)通15常与其面积成正比,即与其线10性尺寸成2次方关系,综合的结果,装置的投资费与生产能5力的0.6次方成正比,即所

4、谓的00.6次方法则,可表示为:11121314151617181911011111211311410.6ICC23C16C110C115C130C150C1100C122ICI21.932.933.985.087.7010.4615.851109:44单元3化工过程物料衡算4任务1理解物料衡算基础知识二、化工生产过程的类型(1)间歇操作(2)连续操作(3)半连续操作(如部分物料一次性加入,部分连续加入)三、物料衡算的理论依据及物料衡算式(1)物料衡算的理论依据——质量守恒定律(2)物料衡算式①总物料（若元素）：m=m+m(3-1)入出积累☆注意：◇单位kg;

5、◇若用kmol则无化学反应时适用②组分：m±m=m+m(3-2)i入i生成或消耗i出i积累09:45单元3化工过程物料衡算返回5任务1理解物料衡算基础知识四、物料衡算计算基准及其选择(1)稳定流动过程①单位时间，如：1小时、1分钟、1秒钟②单位数量或某一整量的原料或产品，如：A)气体原料，有100mol或kmol或100Nm3等，理由是气体物料通常用mol%组成或体积%；B)液体原料，有100kg，理由是液体物料通常用质量%。(2)间歇过程不采用单位时间为计算基准。09:45单元3化工过程物料衡算6计算基准选择举例,例3-1戊烷充分燃烧,空气用量为理论量的120%,反应式为:C

6、H+8O→5CO+6HO,问每100mol燃烧产物需要多少mol空气？512222解：由题意画出示意流程图方法一：基准——1molCH512则：理论O量：n=8n=8mol2理论氧戊烷实际O量:n=1.20n=9.60mol2实际氧理论氧实际air用量:n=9.60/0.21=45.71mol实际空气(实际计算过程建议用Excel处理)N量：n=45.710.79=36.11mol2实际氮计算结果列表如下：输入项输出项组分摩尔数克数组分摩尔数mol%克数CH172CO510.262205122O9.60307.2HO612.3210822N36.111101.20O1.60

7、3.2851.222N36.1174.131011.20246.711390.4048.71100.001390.40每100mol燃烧产物（烟气）所需空气量为：45.7148.71100=93.84mol或由N平衡方程得：10074.13%79%=93.84mol209:46单元3化工过程物料衡算7计算基准选择举例,戊烷充分燃烧，空气用量为理论量的120%，反应式为：CH+8O→5CO+6HO,问每100mol燃烧产物需要多少mol空气？512222解：由题意画出示意流程图方法