物料衡算和能量横算ppt课件.ppt

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1、第三章物料衡算和能量衡算2021/7/271化工过程设计第三章物料衡算和能量衡算教学内容：主要讲物料衡算中基本衡算思路，掌握衡算方法。教学重点：物料衡算的基本方法与思路教学难点：化工流程的物料衡算与带有循环流的物料衡算教学课时：8-10学时教学方法：课堂讲授（多媒体、板书）2021/7/272化工过程设计化工过程的物料衡算和能量衡算，是利用物理与化学的基本定律，对化工过程单元系统的物料平衡与能量平衡进行定量计算。通过计算解决以下问题：1、找出主副产品的生成量、废物的排出量。2、确定原材料消耗定额。3、确定各物流的流量、组成和状态。4、确定流程

2、内物质转换与能量传递情况。从而为，设备选型以及设备尺寸，管路设施与公用工程提供依据。2021/7/273化工过程设计化工过程有许多输入流股和输出流股，本章内容是讲授确定这些流股的策略与方法，物料衡算与热量横算是化工工程师接触最频繁的计算。2021/7/274化工过程设计物料衡算和能量衡算1.物料衡算的基本方法和程序2.简单的物料衡算3.带有循环流的物料衡算4.热量横算(自学)2021/7/275化工过程设计第一节物料衡算的基本方法和程序一、物料衡算的基本方法1、物料平衡方程理论依据：质量守恒定律（Fi）进入过程单元的物料量－流出过程单元的物料

3、量＋在过程单元内生成的物料量－在过程单元内消耗的物料量＝过程单元内累积的物料量（Fo）（Dp）（Dr）（W）2021/7/276化工过程设计即：（Fi－Fo）＋（Dp－Dr）＝W上式：即可对总物料，也可以对其中任一组分或元素列出。在下列情况下上式可简化为：①稳定操作过程（Fi－Fo）＋（Dp－Dr）＝0②系统内无化学反应：Fi－Fo＝W③系统内无化学反应的稳态操作过程：Fi－Fo＝0对于没有化学反应的过程，一般上列写各组分的衡算方程，只有涉及化学反应量，才列写出各元素的衡算方程。2021/7/277化工过程设计2、物料衡算基准1）化工过程的类

4、型化工过程操作状态不同，其物料或能量衡算的方程亦有差别。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。2021/7/278化工过程设计间歇操作过程：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（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

5、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。2021/7/279化工过程设计半连续操作过程：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

6、态操作。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多在开、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。2021/7/2710化工过程设计2）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。2021/7/271

7、1化工过程设计③质量基准取已知变量最多（或未知变量最少）的物流作为基准最为合适。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100mol或者100kmol出料做基准。2021/7/2712化工

8、过程设计⑤标准体积基准对于气体物料，可采用标准体积基准，因标准状态下1moL气体相当于22.4×10－3m3标准体积的气体。2021/7/2713化工过程设计在计算