物料衡算与能量衡算.ppt

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1、3.物料衡算与能量衡算本章主要内容物料衡算热量衡算运用计算软件进行化工工艺计算物料衡算的定义运用能量守恒定律，对生产过程或设备进行研究，计算输入或输出的物流量及组分等。3.1物料衡算3.1.1基本原理A.物料衡算的目的B.物料衡算的依据C.物料衡算基准D.物料衡算程序A.物料衡算的目的（1）原材料消耗定额，判断是否达到设计要求。（2）各设备的输入及输出的物流量，摩尔分率组成及其他组成，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，可进行管路设计及材质、仪表及自控设

2、计的选取等。B.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、年工作时间及操作方法。（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C.物料衡算基准时间基准质量基准体积基准干湿基准（1）时间基准对于连续生产，以一段时间间隔作为计算基准，如

3、1秒、1小时、1天等的投料量或产品量。这种基准可直接联系到生产规模和设备设计计算，如年产300万吨乙烯装置，年操作时间为8000h，每小时的平均产量为37.5t。对间歇生产，一般可以一釜或一批料的生产周期作为基准。（2）质量基准当系统介质为液、固相时，选择一定质量的原料或产品作为计算基准是合适的。如以煤、石油、矿石为原料的化工过程采用一定量的原料，例如：1kg、1000kg等作基准。如果所用原料或产品系单一化合物，或者由已知组成百分数和组分分子量的多组分组成，那么用物质的量（摩尔）作基准更方便。（3）体积基准对气体物料进行衡算时选用体积基准。这时应将实际情况下的体积换算为标准

4、状态下的体积，即标准体积，用m3（STP）表示。（4）干湿基准生产中的物料，不论是气态、液态和固态，均含有一定的水分，因而在选用基准时就有算不算水分在内的问题。不计算水分在内的称为干基，否则为湿基。物料衡算的程序1（1）确定衡算的对象、体系与环境，并画出计算对象的草图。对于整个生产流程，要画出物料流程示意图（或流程框图）。绘制物料流程图时，要着重考虑物料的种类和走向，输入和输出要明确（2）确定计算任务，明确哪些是已知项，那些是待求项，选择适当的数学公式，力求计算方法简便（3）确定过程所涉及的组分（4）对物流流股进行编号，并标注物流变量物料衡算的程序2（5）收集数据资料（6）列

5、出物料衡算方程（7）列出过程的全部独立物料平衡方程式及其他相关约束式（8）选择计算基准（9）统计变量个数与方程个数，确定设计变量的个数及全部设计变量（10）整理计算结果（11）绘制物料流程图(5)收集数据资料a）生产规模和生产时间。生产规模为设计任务中所规定，生产时间指全年的有效生产天数b）有关的定额和技术指标。这类数据通常指产品单耗、配料比、循环比、固液比、汽液比、回流比、利用率、转化率、选择性、单程收率、总收率等。有些数据由经验确定。c）原辅材料、产品、中间产品的规格，包括原料的有效成分和杂质含量，气体或液体混合物的组成等。d）与过程有关的物理化学参数。列出物料衡算方程即

6、：（Fi-F0）+（Dp-Dr）＝W（3-1）进入过程单元的物料量Fi流出过程单元的物料量Fo在过程单元内生成的物料量Dp在过程单元内消耗的物料量Dr过程单元内积累的物料量W物料衡算方程的简化形式稳定操作过程（Fi-F0）+（Dp-Dr）＝0系统内无化学反应（Fi-F0）＝W系统内无化学反应的稳定操作过程（Fi-F0）＝0原材料消耗一览表序号原料名称单位规格成品消耗定额（单耗2）每小时消耗量每年消耗量备注1尿素t含氨量≥46.3％2.31.75108002液氨t99.5％0.20.14710703催化剂t0.01604道生1kg工业级0.2251.355氮气m3(STP)99

7、.5％3630m3/h21.6×104≥0.4Mpa6熔盐kg工业级0.321.97燃料油t0.8150.6649108包装袋套450×8004033.3240×103物料衡算举例A．无化学反应过程的物料衡算B．有化学反应的物料衡算C．带循环和旁路过程的物料衡算A．无反应过程的物料衡算在系统中，物料没有发生化学反应的过程，称为无反应过程。这类过程通常又称为化工单元操作，诸如流体输送、粉碎、换热、混合、分离（吸收、精馏、萃取、结晶、过滤、干燥）等。例题3-1设计一套从气体中回收丙酮的装置系统，并计算回收丙