化工設(shè)計(jì) 之 物料衡算和熱量衡算.ppt

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1、第三章物料衡算和能量衡算物料衡算指根據(jù)各種物料之間的定量轉(zhuǎn)化關(guān)系對(duì)進(jìn)出整個(gè)生產(chǎn)裝置、生產(chǎn)工序或單臺(tái)設(shè)備的各股物料的數(shù)量及組成進(jìn)行平衡計(jì)算。它是在工藝流程確定后最先進(jìn)行的工藝計(jì)算。能量衡算是根據(jù)能量守恒定律，利用能量傳遞和轉(zhuǎn)化的規(guī)則，用以確定能量比例和能量轉(zhuǎn)變的定量關(guān)系的過(guò)程稱(chēng)為能量衡算。利用物理與化學(xué)的基本定律，對(duì)化工過(guò)程單元系統(tǒng)的物料與能量平衡進(jìn)行定量計(jì)算?；すに囋O(shè)計(jì)過(guò)程評(píng)價(jià)節(jié)能分析過(guò)程最優(yōu)化基礎(chǔ)1、找出主、副產(chǎn)品的生成量、廢物的排出量。2、確定原材料消耗定額。3、確定各物流的流量、組成和狀態(tài)。4、確定每一個(gè)設(shè)備內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)換與能量傳遞速度。物料衡算和能量衡算解決確定操作

2、方式，設(shè)備選型以及設(shè)備尺寸，管路設(shè)施與公用工程。提供依據(jù)一、物料衡算的目的(1)確定原材料消耗定額，判斷是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。(2)確定各設(shè)備的輸入及輸出的物流量，摩爾分率組成及其他組成的表示方法，并列表，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)備的選型及設(shè)計(jì)，并確定三廢排放位置、數(shù)量及組成，有利于進(jìn)一步提出三廢治理的方法。(3)作為熱量計(jì)算的依據(jù)。(4)根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪出物流圖，可進(jìn)行管路設(shè)計(jì)及材質(zhì)選擇，儀表及自控設(shè)計(jì)等。第一節(jié)物料衡算二、物料衡算的類(lèi)型1.對(duì)已有的生產(chǎn)設(shè)備或裝置的物料衡算（一般的作業(yè)）2.對(duì)新的設(shè)備或裝置的物料衡算（設(shè)計(jì)）利用實(shí)際測(cè)定的數(shù)據(jù)，算出另一些不能直接測(cè)定的物料量。用此結(jié)果

3、，對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行分析、作出判斷、提出改進(jìn)措施。設(shè)計(jì)任務(wù)物料衡算各設(shè)備的物料量能量衡算設(shè)備或過(guò)程熱負(fù)荷確定設(shè)備尺寸及整個(gè)工藝流程。三、物料衡算的依據(jù)(1)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中確定的技術(shù)方案、產(chǎn)品生產(chǎn)能力、年工作時(shí)及操作方法。(2)建設(shè)單位或研究單位所提供的要求、設(shè)計(jì)參數(shù)及實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)或中試等數(shù)據(jù)，主要有：a)化工單元過(guò)程的主要化學(xué)反應(yīng)方程式、反應(yīng)物配比、轉(zhuǎn)化率、選擇性、總收率、催化劑狀態(tài)及加入配比量、催化劑是否回收使用、安全性能(爆炸上下限)等。b)原料及產(chǎn)品的分離方式，各步的回收率，采用物料分離劑時(shí)，加入分離劑的配比。c)特殊化學(xué)品的物性，如沸點(diǎn)、熔點(diǎn)、飽和蒸汽壓、閃點(diǎn)等。(3)工

4、藝流程示意圖四、物料衡算的基本方法（一）.化工過(guò)程的類(lèi)型化工過(guò)程操作狀態(tài)不同，其物料或能量衡算的方程亦有差別其操作方式：間歇操作、連續(xù)操作、半連續(xù)操作。（二）、物料平衡方程理論依據(jù)：質(zhì)量守恒定律（Fi）進(jìn)入過(guò)程單元的物料量－流出過(guò)程單元的物料量＋在過(guò)程單元內(nèi)生成的物料量－在過(guò)程單元內(nèi)消耗的物料量＝過(guò)程單元內(nèi)累積的物料量（Fo）（Dp）（Dr）（W）即：上式：即可對(duì)總物料，也可以對(duì)其中任一組分或元素列出。在下列情況下上式可簡(jiǎn)化為：①穩(wěn)定操作過(guò)程（Fi－Fo）＋（Dp－Dr）＝W②系統(tǒng)內(nèi)無(wú)化學(xué)反應(yīng)的間歇操作：Fi－Fo＝W③系統(tǒng)內(nèi)無(wú)化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)態(tài)操作過(guò)程：Fi－Fo＝0對(duì)于沒(méi)

5、有化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，一般上列寫(xiě)各組分的衡算方程，只有涉及化學(xué)反應(yīng)量，才列寫(xiě)出各元素的衡算方程。穩(wěn)態(tài)過(guò)程（連續(xù)），體系內(nèi)無(wú)物料積累。Fi—第i股物流物質(zhì)的量流量；xij—第j組分在第i股物流中的摩爾分?jǐn)?shù)；vjm—第j組分在第m個(gè)化學(xué)反應(yīng)中的化學(xué)計(jì)量系數(shù);rm—第m個(gè)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率；Nr—過(guò)程中所包含的化學(xué)反應(yīng)個(gè)數(shù)。（三）、物料衡算基準(zhǔn)物料衡算過(guò)程，必須選擇計(jì)算基準(zhǔn)，并在整個(gè)運(yùn)算中保持一致。若基準(zhǔn)選的好，可使計(jì)算變得簡(jiǎn)單。①時(shí)間基準(zhǔn)（單位時(shí)間可取1d、1h或1s等等）。②批量基準(zhǔn)③質(zhì)量基準(zhǔn)例如:可取某一基準(zhǔn)物流的質(zhì)量為100Kg為基準(zhǔn)計(jì)算。④物質(zhì)的量基準(zhǔn)⑤標(biāo)準(zhǔn)體積基準(zhǔn)（四）

6、、物料衡算的基本程序1.收集計(jì)算需要的數(shù)據(jù)。(1)原料、輔料、中間產(chǎn)物及產(chǎn)品的規(guī)格。(2)過(guò)程中單位時(shí)間內(nèi)的物流量。(3)有關(guān)消耗定額。(4)有關(guān)轉(zhuǎn)化率、選擇性、單程收率。(5)有關(guān)物理化學(xué)常數(shù)。消耗定額是反映生產(chǎn)技術(shù)水平的一項(xiàng)重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，是進(jìn)行物料衡算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一。消耗定額是招生產(chǎn)每噸合格產(chǎn)品需要的原料、輔料及試劑等的消耗量。2.畫(huà)物料流程簡(jiǎn)圖先應(yīng)該根據(jù)給定的條件畫(huà)出流程簡(jiǎn)圖。圖中用簡(jiǎn)單的方框表示過(guò)程中的設(shè)備，用線條和箭頭表示每個(gè)流股的途徑和流向。表示每個(gè)流股的已知變量（如流量、組成）及單位。對(duì)一些未知的變量，可用符號(hào)表示。料漿濾餅90%固體F1=2000kg/h過(guò)

7、濾機(jī)F3=？kg/h10%液體75%液體25%固體濾液F2=？kg/h1%固體99%液體過(guò)濾過(guò)程對(duì)某反應(yīng)系統(tǒng)，可畫(huà)出物料衡算方框圖如下：3.確定衡算體系（衡算范圍）。物料衡算是研究某一個(gè)體系進(jìn)、出物料量及組成的變化。進(jìn)行物料衡算時(shí)，必須首先確定衡算的體系。體系：物料衡算的范圍。它可以根據(jù)實(shí)際需要人為地選定。體系一個(gè)設(shè)備或幾個(gè)設(shè)備，一個(gè)單元操作一套裝置或一個(gè)系統(tǒng)整個(gè)化工過(guò)程。單元單元單元衡算計(jì)算范圍示意圖：邊界線（BoundaryLine）圍起來(lái)的區(qū)域構(gòu)成衡算范圍。1、流程中某一個(gè)單元設(shè)備；2、流程中某幾個(gè)單元設(shè)備組合的子流程；