第3章 物料衡算與能量衡算

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1、化學(xué)工程與工藝專業(yè)課程1化工廠設(shè)計(jì)的內(nèi)容與程序化工設(shè)計(jì)2工藝流程設(shè)計(jì)3物料衡算和能量衡算4設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)及化工設(shè)備圖任課教師：張建5車間布置設(shè)計(jì)內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院6管道布置設(shè)計(jì)內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院7非工藝專業(yè)基本知識(shí)第三章8工程設(shè)計(jì)概算物料衡算與能量衡算9畢業(yè)設(shè)計(jì)化工過程的物料衡算和能量衡算，是利用物理和化學(xué)的基本定律，對化工過程單元及化工過程單元系統(tǒng)的物料平衡與能量平衡進(jìn)行定量的計(jì)算。通過計(jì)算，從中找出主副產(chǎn)品的生成量，廢物的排出量，確定原材料的消耗和定額，確定各物流的流量、組成和狀態(tài)，確定每一設(shè)備內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)換與能量傳

2、遞的速度。從而為確定操作方式、設(shè)備選型以及設(shè)備尺寸的確定、管路設(shè)施與公用工程的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡算第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡算第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡算第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡算物料平衡形式一、連續(xù)過程的物料衡算總平衡式一般表示式為：*總質(zhì)量平衡式總摩爾平衡式系統(tǒng)中積累=輸入–輸出+生成–消耗組分平衡式穩(wěn)態(tài)過程時(shí)組分質(zhì)量平衡式輸入=輸出–生成+消耗組分摩爾平衡式無化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)態(tài)過程元素原子平衡式輸入=輸出*元素原子質(zhì)量平衡式*元素原子摩爾平衡式內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院

3、內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡算第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡算第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡算第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡算物料衡算的基本步驟關(guān)于基準(zhǔn)⑴畫出流程示意圖⑴時(shí)間基準(zhǔn)⑵列出已知數(shù)據(jù)連續(xù)（小時(shí)，天……）⑶列出由物料平衡所需求解的問題。間歇（釜，批……）⑷決定系統(tǒng)的邊界⑵質(zhì)量基準(zhǔn)⑸寫出主、副產(chǎn)品的化學(xué)反應(yīng)方程式。kg，mol，kmol……⑹約束條件⑶體積基準(zhǔn)m3（STP）⑺選擇計(jì)算基準(zhǔn)⑷干濕基準(zhǔn)⑻進(jìn)行物料平衡計(jì)算干基（不含水），濕基（含水）⑼列出物料和能量平衡表，并進(jìn)行校核例：100kg濕物料，其中含水10kg，⑽結(jié)論按濕基：含水

4、率為10%；若按干基：含水率為10/（100-10）×100%=11.11%內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡算第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡算第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡算第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡算C3H8+5O2=3CO2+4H2O（2）基準(zhǔn)：1kmol空氣每100kmol燃燒產(chǎn)物需要多少摩爾空氣？實(shí)際供氧0.21/1.25=0.168kmol；燃燒C3H30.21/（5×1.25）=0.0336kmol；（1）基準(zhǔn)：1kmol原料氣C3H8燃燒用氧5kmol；供給空氣量1kmol；實(shí)際供氧5×1.25=

5、6.25kmol；其中氮?dú)饬?.79kmol；供給空氣量29.76kmol；產(chǎn)生：CO0.101kmol；2其中氮?dú)饬?3.51kmolHO0.135kmol；2產(chǎn)生：CO23kmol；O0.042kmol；2H2O4kmol；N0.79kmol；2O21.25kmol；合計(jì)：1.068kmol；N223.51kmol；合計(jì)：31.76kmol；100100×29.76x==93.7kmolx==93.7kmol1.06831.76內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡算第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡算第

6、一節(jié)連續(xù)過程的物料衡算第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡算（3）基準(zhǔn)：100kmol煙道氣物料平衡計(jì)算的條件以元素平衡法：C3H8+5O2=3CO2+4H2O1.方程式C平衡3B=P；⑴物料平衡方程式H2平衡4B=Q；⑵物流約束式O2平衡0.21A=M+Q/2+P；構(gòu)成物流各組分的分率之和等于1N2平衡0.79A=N；∑x=1j煙道氣總量N+M+P+Q=100；過剩氧氣0.21A（0.25/1.25）=M2.變量解出：空氣量A=93.7kmol；有Ns股物流，Nc個(gè)組分?jǐn)?shù)，Np個(gè)設(shè)備參數(shù)C3H8B=3.148kmol；N2N=74.02kmol；總

7、變量數(shù)：Nv=Ns（Nc+1）+NpO2M=3.935kmol；設(shè)計(jì)變量CO2P=9.445kmol；H2OQ=12.59kmol。內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡算第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡算第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡算第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡算⑴轉(zhuǎn)化率⑶收率反應(yīng)物的反應(yīng)量收率=轉(zhuǎn)化率×選擇性轉(zhuǎn)化率=反應(yīng)物的進(jìn)料量生成目的產(chǎn)物所消耗的反應(yīng)物量=nA0?nA反應(yīng)物的進(jìn)料量x=AnA0(n?n)/cψ=βx=CC0An/a⑵選擇性A0⑷限制反應(yīng)物生成目的產(chǎn)物所消耗的反應(yīng)物量選擇性=×100%原料的反應(yīng)量

8、⑸過量反應(yīng)物(n?n)/cβ=CC0(n?n)/aA0A內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院內(nèi)蒙古科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡算第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡算第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡第一節(jié)連續(xù)過程的物料衡無