物料衡算与能量衡算概论((000002).ppt

《物料衡算与能量衡算概论((000002).ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在PPT专区-天天文库。

1、第四章物料衡算物料衡算的定义计算输入或输出的物流量及组分等。是工艺设计的基础！物料衡算的理论依据是质量守恒定律，即在一个孤立物系中，不论物质发生任何变化，它的质量始终不变（不包括核反应，因为核反应能量变化非常大，此定律不适用）。设计一种新的设备或装置，必须根据设计任务，先作物料衡算，求出进出各设备的物料量，然后再作能量衡算，求出设备或过程的热负荷，从而确定设备尺寸及整个工艺流程。物料衡算与热量衡算计算是化工工艺设计中最基本，也是最主要的计算内容。物料衡算是热量衡算的基础。4.1物料衡算的基本方法4.1.1物料衡算进行的主要步骤（1）确定衡算的范围（对象、体系与环境），并画出物料衡算方框图。

2、对于整个生产流程，要画出物料流程示意图（或流程方框图）。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）写出化学反应方程式，包括主反应和副反应。（计算分子量）（3）确定计算任务，确定过程所涉及的组分，明确哪些是已知项，哪些是待求项，如年产量、生产能力、年工作日、产率、产品纯度要求等。要进行衡算计算，就要确定衡算的范围。化工流程设计衡算的范围可能有如下几种情况：a、流程中某一个单元设备；b、流程中某几个单元设备组合的子流程；c、整个流程。衡算计算范围示意图：边界线（BoundaryLine）围起来的区域构成衡算范围。（2）写出化学反应方程式，包括主反应和副反应。（计算分

3、子量）（3）确定计算任务，确定过程所涉及的组分，明确哪些是已知项，哪些是待求项，如年产量、生产能力、年工作日、产率、产品纯度要求等。（4）选择计算基准（5）收集计算需要数据资料（6）列出物料衡算方程式,进行物料衡算列出过程的全部独立物料平衡方程式及其他相关约束式,当未知变量数等于独立方程个数，可以用代数法求解。当未知变量数多于独立方程个数，只能采用试差法或计算机来解题。（7）将物料衡算结果列成输入－输出物料表(物料平衡表)，画出物料平衡图。校核计算结果。4.1.2物料衡算式进行物料衡算时，根据质量守恒定律，对某一个衡算体系，物料衡算的基本关系式应该表示为：进行物料、能量衡算时，必须选择一个

4、计算基准。从原则上说选择任何一种计算基准，都能得到正确的解答。但是，计算基准选择得恰当，可以使计算简化，避免错误。根据过程特点，计算基准一般可以从以下几个方面考虑：4.1.3物料衡算的基准当已知进料（出料）时，则用100Kmol或100Kg进料（出料）作基准4.2物料计算中用到的基本量4.2.1流体的流量和流速4.2.2摩尔分数和质量分数4.2.3混合物的平均分子量4.2.4气体的体积4.2.5气体的密度4.2.6液体的密度4.2.7物质的饱和蒸汽压4.2.8溶液上方蒸汽中各组分的分压4.2.9转化率、收率和选择性4.2.10汽液平衡常数化工基础数据(1)基本物性数据—如临界常数（临界压力

5、、临界温度、临界体积）、密度或比容、状态方程参数、压缩系数、蒸气压、气一液平衡关系等。(2)热力学物性数据—如内能、焓、熵、热容、相变热、自由能、自由焓等。(3)化学反应和热化学数据—如反应热、生成热、燃烧热、反应速度常数、活化能，化学平衡常数等。(4)传递参数—如粘度、扩散系数、导热系数等。通常这些数据可用下列方法得到：1、查手册或文献资料2、计算。可以应用物理和化学的一些基本定律计算各种物质的性质参数（如经验公式）。3、用实验直接测定。4.3物理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

6、、精馏、萃取、结晶、过滤、干燥）等。这种过程的物料衡算比较简单，在物料流程简图中，设备边界就是衡算体系边界。对有多个设备的过程，进行物料衡算时，可以划分多个衡算体系。此时，必须选择恰当的衡算体系，这是很重要的步骤。不然会使计算繁琐，甚至无法求解。4.3.1混合过程例1一种废酸，组成为23％(质量％)HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的浓H2SO4及90％的浓HNO3，要求混合成27％HNO3及60％H2SO4的混合酸，计算所需废酸及加入浓酸的质量。总式x+y+z=100(1)硫酸衡算式0.57x+0.93y=60(2)4.3.2连续蒸馏过程例14.3.3增湿4.3.4气体

7、混合物的部分冷凝4.3.5液体混合物的部分气化4.3.6闪蒸4.3.7物理吸收*/4.3.8提浓4.3.9脱水4.4用元素的原子平衡的方法作物料衡算元素衡算是物料衡算的一种重要形式。在作这类衡算时，并不需要考虑具体的化学反应，而是按照元素种类被转化及重新组合的概念表示为：输入(某种元素)＝输出(同种元素)对反应过程中化学反应很复杂，无法用一、两个反应式表示（无法写出）的物料衡算题，可以列出元素衡算式，用代数法求解。丙烷A