化工设计概论与化工制图课件--第五章化工计算

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1、设计概论与化工制图2021/7/201化工设计课件工厂基本建设过程1、可行性研究2、初步设计3、施工图设计4、施工、试车、验收｛｝1、厂址选择2、总平面设计3、工艺设计1、工艺流程设计2、化工计算3、设备的选型与设计4、车间布置设计5、管道设计6、公用工程7、向有关专业提供条件8、工程概预算9、技术经济分析10、安全生产与环境保护2021/7/202化工设计课件第五章化工计算第一节化工过程一、化工过程分类1、化学反应:有新物质生成的变化类型。2、分离或提纯:利用相变如蒸馏,结晶,萃取。3、混合:利于加速传热传质,溶液,乳浊液,悬浮液。4、输送:液体输送,机械输送,风力输送。5、温度

2、、压力和相变:温度可使物质产生相变如冷凝,蒸发,熔化。温度可改变粘度,溶解度,表面张力。压力对气体在液体中的溶解度有很大影响。2021/7/203化工设计课件二、化工过程综合1、过程综合要求:提出几个方案。2、过程分析和优化:使设备费和操作费最低。3、过程选择:对比方案,选择最好方案。三、化工过程参数1、温度2、压力3、流量4、组成2021/7/204化工设计课件第二节物料衡算一、物料衡算的意义和作用物料衡算是化工计算中最基本、最重要的内容之一，是进行化工计算的基础。对工厂技术经济指标有举足轻重的影响。二、物料平衡方程式1、普遍应用的平衡式输入量+产生量-输出量-消耗量=累积量2、

3、连续稳定过程的平衡式输入量+产生量=输出量+消耗量3、间歇过程的平衡式初始输入量+产生量=最终输出量+消耗量2021/7/205化工设计课件三、物料衡算的方法和步骤1、收集计算数据:原料,辅料,中间产物,产品的规格。单位时间流量。消耗定额。转化率,选择性,收率。物理化学常数。2、画物料流程图:物料衡算方框图。3、确定衡算范围:假设一独立体系。4、选定计算基准:100kgkg/h。5、列出输入--输出物料平衡表：2021/7/206化工设计课件例5-1用恒沸蒸馏法,将含有95％的乙醇水溶液制成浓度达99.9％乙醇水溶液,以苯作溶剂。其流程及各物流的组成如图5-2所示。试计算每生产10

4、0吨99.9％乙醇水溶液,应向塔A加入的:(1)95％的乙醇水溶液量;(2)苯量。2021/7/207化工设计课件例5-12021/7/208化工设计课件设:x=苯的输入量;y=95％乙醇输入量;z=5％乙醇输出量。三个组分,三个未知数,可列出三个方程求解。1)苯的衡算x=02)乙醇的衡算0.95y=0.999(100)+0.05z3)总的物料衡算x+y=100+z上三式联立求解得:x=0y=105.44(吨)z=5.44(吨)答:应向塔A加入95％的乙醇水溶液105.44吨;苯为零。2021/7/209化工设计课件输入输出95﹪乙醇------------------------

5、------------合计2021/7/2010化工设计课件第三节能量衡算能量衡算应用在如下几方面1、确定功率:流体输送,搅拌,过滤,粉碎等单元操作所需功率。2、确定热量和冷量:如蒸发,蒸馏,冷凝,冷却所需热量和冷量。3、确定供热速率及放热速率:化学反应热效应。4、确定节能措施:充分利用余热,降低能耗。2021/7/2011化工设计课件一、能量的形式和概念1、动能（K）表示物体作相对于环境运动所具有的能量。2、势能（Z）表示物体在重力场中受重力作用而具有的能量。3、内能（U）表示物体内分子、原子能量的宏观尺度。4、热（Q）物体与环境之间由于温差而引起传递的能量。5、功（W）物体与

6、环境之间由于矢量位移而引起传递的能量。2021/7/2012化工设计课件二、能量平衡方程式1、能量衡算的基本方程式输入的能量-输出的能量=累积的能量2、间歇过程的能量平衡方程式△U=Q-W3、连续稳定流动过程的能量平衡方程式输入的总能量=输出的总能量△H=Q-W4、机械能平衡方程式伯努利方程式2021/7/2013化工设计课件三、热量衡算在能量衡算中,不讨论能量转换,只考虑热量变化的衡算称为热量衡算。1、热平衡方程式1)等压过程,只做膨胀功(如连续过程)热量衡算式为：△H=∑H出－∑H入＝∑Q2)非流动体系,忽略动能和势能(如间歇过程)：△U=∑U出－∑U入＝∑Q3)普遍应用的平衡

7、式：Q1(物料)+Q2(介质)+Q3(反应)=Q4(物料)+Q5(设备)+Q6(损失)2021/7/2014化工设计课件2、热量衡算的方法和步骤1)分析各股物料之间热平衡关系2)收集计算数据3)标绘热量衡算示意图4)确定衡算范围5)选定计算基准:100kgkg/h。6)列出输入--输出热平衡表2021/7/2015化工设计课件3、有关热数据的计算1)焓:恒压时2)真实热容与平均热容2021/7/2016化工设计课件3)热容的估算柯普法则:1mol化合物的总热容,近似地