物料衡算与能量衡算 云南大学2014版 课件.ppt

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1、教学重点：（1）物料衡算的基本步骤（2）能量平衡方程（3）热量衡算教学难点：化工流程的物料衡算第三章物料衡算与能量衡算物料衡算和能量衡算的意义一切化学工程的设计与经济技术评价都是以物料衡算和能量衡算为基础的。通过衡算可以确定设备容量、数量及主要尺寸、能源消耗、三废排放量等。在工艺计算中物料恒算是先导，接着才能进行能量衡算，在此基础上再进行设备的工艺的计算。第一节物料衡算一、物料衡算的概念物料衡算是运用质量守恒定律，对化工过程或设备进行定量计算。在化工过程中，物料平衡是指“在单位时间内进入系统（体系）的全部物料质量必定等于离开该系统（体系）的全部物料质量再加上损失掉的与积累起来的物料质量。”对

2、物料平衡进行计算称为物料衡算。物料平衡的理论依据是质量守恒定律，即在一个孤立体系中不论物质发生任何变化(不包括核反应)它的质量始终保持不变。系统（体系）就是物料衡算的范围，它可以根据需要选定。体系可以是一个设备或几个设备，也可以是一个单元操作或整个化工过程。进行物料衡算时，必须首先确定衡算的体系。二、物料衡算的目的(1)确定原材料消耗定额，判断是否达到设计要求。(2)确定各设备的输入及输出的物流量，摩尔分率组成及其他组成的表示方法，并列表，在此基础上进行设备的选型及设计，并确定三废排放位置、数量及组成，有利于进一步提出三废治理的方法。(3)作为热量计算的依据。(4)根据计算结果绘出物流图，可

3、进行管路设计及材质选择，仪表及自控设计等。三、物料衡算的类型1.对已有的生产设备或装置的物料衡算（生产查定）2.对新的设备或装置的物料衡算（设计）利用实际测定的数据，算出另一些不能直接测定的物料量。用此结果，对生产情况进行分析、作出判断、提出改进措施。设计任务物料衡算各设备的物料量能量衡算设备或过程热负荷确定设备尺寸及整个工艺流程四、物料衡算的依据（1）设计任务书中确定的技术方案、产品生产能力、年工作时及操作方法。（2）建设单位或研究单位所提供的要求、设计参数及实验室试验或中试等数据，主要有：a)化工单元过程的主要化学反应方程式、反应物配比、转化率、选择性、总收率、催化剂状态及加入配比量、催

4、化剂是否回收使用、安全性能(爆炸上下限)等。b)原料及产品的分离方式，各步的回收率，采用物料分离剂时，加入分离剂的配比。c)特殊化学品的物性，如沸点、熔点、饱和蒸汽压、闪点等。(3)工艺流程示意图五、物料衡算的类别化工过程根据其操作方式可以分成间歇操作、连续操作以及半连续操作三类。或者将其分为稳定状态操作和不稳定状态操作两类。在对某个化工过程作物料或能量衡算时，必须先了解生产过程的类别。间歇操作过程：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

5、（如：萃取过程、过滤过程）。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。稳定状态操作就是整个化工过程的操作条件（如温度、压力、物料量及组成等）如果不随时间而变化，只是设备内不同点有差别，这种过程称为稳定状态操作过程，或称稳定过程。如果操作条件随时间而不断变化的，则称为不稳定状态操作过程，或称不稳定过程。间歇过程及半连续过程是不稳定状态操作

6、。连续过程在正常操作期间，操作条件比较稳定，此时属稳定状态操作；在开、停工期间或操作条件变化和出现故障时，则属不稳定状态操作。六、物料衡算基准的选择物料衡算过程，必须选择计算基准，并在整个运算中保持一致。若基准选的好，可使计算变得简单。一般计算过程的基准有以下几种：①时间基准对于连续操作过程，选用单位时间作为基准是很自然的，单位时间可取1d、1h或1s等等。此时得到的物料流量可以直接与设备或管道尺寸相联系。②批量基准对于间歇操作，按投入物料的数量为基准，最方便，即以一批/次作为基准。③质量基准当系统同介质为固体或液体时，取已知变量最多（或未知变量最少）的物流（一般为原料或产品）作为基准最为合

7、适。例如：可取某一基准物流的质量为100Kg，然后计算其他物流的质量。若已知进料质量百分比组成，则选100Kg进料或者100g进料为基准，若已知出料质量百分组成，则选100Kg进料或者100g出料为基准。④物质的量基准对于有化学反应的过程，因化学反应按摩尔进行的，用物质的量基准更方便，或者已知进料或者出料摩尔组成的情况。若已知进料组成摩尔分数，用100mol或者100kmol进料，反之已知出料组成，用100m