化工原理-物料衡算和热量衡算ppt课件
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精选物料衡算与能量衡算培训课件PPT48页
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南京工业大学 包宗宏
Case Study - Acetone Recovery
Correct choice of physical property models and accurate physical property parameters are essential for obtaining accurate simulation results.
在模拟计算起始向软件输入组分时，一定要把化学反应中可能 新生成的组分添加进去。
对于非数据库组分，可按照1.3节介绍的方法，将运行模式改成 “Property Estimation”，对非数据库组分的物性进行估算后， 再将软件运行模式改成 “Flowsheet”进行物料衡算。
对于含电解质的过程，要考虑可能存在的离子反应，借助于软 件中的电解质向导，确认体系中的真实组分、表观组分、结晶 化合物。
简单化工操作单元的能量衡算可以手工进行，复杂化工流程的 能量衡算手工计算非常困难，而任何情况下使用模拟软件进行 化工过程的能量衡算都是很方便的。
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南京工业大学 包宗宏
2.1.2 衡算方程式 化工工艺计算中的物料平衡是指“在单位时间内进入衡算系 统的全部物料质量，必定等于离开该系统的全部物料质量、加 上损失掉与积累起来的物料质量。”
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南京工业大学 包宗宏
2.1.4 用每软个数件据进包文行件物对模料拟衡体系算的与组分能、量工艺衡条算件、的要点 (6)尽量使用软物 的件热性力方自学法带已基经础的确数过定据，，程尤部数其分是还据包包包含含了了。针动在对力该学软体数件系据。安装目录中，有 一个“GUI”文件夹，包含了多个软件模拟计算例题的子文件夹。
“App”文件夹：对对 子各于 组电分种解，化质各过级工程电过，离数过程据程完包的文反整件应模中方包程拟含式的了、体化文系学件中 反的 应；全 平部 衡分 常子 数组 与分 各与 离离 子
南京工业大学 包宗宏
Case Study - Acetone Recovery
Correct choice of physical property models and accurate physical property parameters are essential for obtaining accurate simulation results.
在模拟计算起始向软件输入组分时，一定要把化学反应中可能 新生成的组分添加进去。
对于非数据库组分，可按照1.3节介绍的方法，将运行模式改成 “Property Estimation”，对非数据库组分的物性进行估算后， 再将软件运行模式改成 “Flowsheet”进行物料衡算。
对于含电解质的过程，要考虑可能存在的离子反应，借助于软 件中的电解质向导，确认体系中的真实组分、表观组分、结晶 化合物。
简单化工操作单元的能量衡算可以手工进行，复杂化工流程的 能量衡算手工计算非常困难，而任何情况下使用模拟软件进行 化工过程的能量衡算都是很方便的。
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南京工业大学 包宗宏
2.1.2 衡算方程式 化工工艺计算中的物料平衡是指“在单位时间内进入衡算系 统的全部物料质量，必定等于离开该系统的全部物料质量、加 上损失掉与积累起来的物料质量。”
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南京工业大学 包宗宏
2.1.4 用每软个数件据进包文行件物对模料拟衡体系算的与组分能、量工艺衡条算件、的要点 (6)尽量使用软物 的件热性力方自学法带已基经础的确数过定据，，程尤部数其分是还据包包包含含了了。针动在对力该学软体数件系据。安装目录中，有 一个“GUI”文件夹，包含了多个软件模拟计算例题的子文件夹。
“App”文件夹：对对 子各于 组电分种解，化质各过级工程电过，离数过程据程完包的文反整件应模中方包程拟含式的了、体化文系学件中 反的 应；全 平部 衡分 常子 数组 与分 各与 离离 子
化工原理 PPT 第5章 干燥
式中：
k H rt w
( H s ,t w H )
：空气向湿棉布的对流传热系数，W/(m2 •℃)；
k H ：以湿度差为推动力的传质系数，kg/(m2 •s•H)；
rtw
H
：湿球温度下水的汽化潜热，kJ/kg水；
H s ,tw：湿球温度tw下空气的饱和湿度，kg水/kg绝干气；
：空气的湿度， kg水/kg绝干气。
30
（2）湿空气状态点的确定
31
（3）简单分析：
a.当H、p一定时， 。 t
因此，提高湿空气温度 t，不仅提高了湿 空气的焓值，使其作为载热体外，也降低了相
对湿度使其作为载湿体。
pv b.因pv py、ps f t 及 100% pS 故t一定时，p ，故加压对干燥不利。
H f ( p，pV )
当p为一定值时，
H f ( pV )
当空气达到饱和时，相应的湿度称为饱和湿度 Hs，此时湿空气中的水汽分压等于该空气温度下纯 水的饱和蒸气压 ps。
0.622pS HS p-pS
即：
H S f (t，p)
10
2.相对湿度百分数（简称相对湿度） 定义：在一定总压下，湿空气中水汽分压pV与同
20
影响湿球温度tw的三方面因素： ①物系性质：与α 、 kH有关的物性； ②空气状态：t、H； ③流动条件： α/kH 。 实验表明，α与 kH都与空气速度的 0.8次幂成正比，故α与kH之比值与流速 无关，只与物性有关。当物系已确定， 则物系性质就不再改变，此时，湿球温 度只与气相状态有关，即：
tas ：是由热量衡算与物料衡算导出的，属于静平衡。
• tw与tas 数值上的差异取决于α/kH与cH两者之间的差别。 （1）空气—水蒸气体系， c H ，r0 rt 得 t w t as w kH （2）空气—甲苯体系， k 1.8c H ，tw tas
k H rt w
( H s ,t w H )
：空气向湿棉布的对流传热系数，W/(m2 •℃)；
k H ：以湿度差为推动力的传质系数，kg/(m2 •s•H)；
rtw
H
：湿球温度下水的汽化潜热，kJ/kg水；
H s ,tw：湿球温度tw下空气的饱和湿度，kg水/kg绝干气；
：空气的湿度， kg水/kg绝干气。
30
（2）湿空气状态点的确定
31
（3）简单分析：
a.当H、p一定时， 。 t
因此，提高湿空气温度 t，不仅提高了湿 空气的焓值，使其作为载热体外，也降低了相
对湿度使其作为载湿体。
pv b.因pv py、ps f t 及 100% pS 故t一定时，p ，故加压对干燥不利。
H f ( p，pV )
当p为一定值时，
H f ( pV )
当空气达到饱和时，相应的湿度称为饱和湿度 Hs，此时湿空气中的水汽分压等于该空气温度下纯 水的饱和蒸气压 ps。
0.622pS HS p-pS
即：
H S f (t，p)
10
2.相对湿度百分数（简称相对湿度） 定义：在一定总压下，湿空气中水汽分压pV与同
20
影响湿球温度tw的三方面因素： ①物系性质：与α 、 kH有关的物性； ②空气状态：t、H； ③流动条件： α/kH 。 实验表明，α与 kH都与空气速度的 0.8次幂成正比，故α与kH之比值与流速 无关，只与物性有关。当物系已确定， 则物系性质就不再改变，此时，湿球温 度只与气相状态有关，即：
tas ：是由热量衡算与物料衡算导出的，属于静平衡。
• tw与tas 数值上的差异取决于α/kH与cH两者之间的差别。 （1）空气—水蒸气体系， c H ，r0 rt 得 t w t as w kH （2）空气—甲苯体系， k 1.8c H ，tw tas
化工中的物料衡算和能量衡算
化工中的物料衡算和能量衡算化72 王琪2007011897 在化工原理的绪论课上，戴老师曾强调过化工原理的核心内容是“三传一反”即传质、传动、传热和反应，而物理三大定律——质量守恒、动量守恒、能量守恒正是三传的核心与实质，因此这三大定律在化工中统一成一种核心的方法：衡算。
正是衡算，使原本复杂的物理定律的应用变得简单，实用性强，更符合工程学科的特点。
为此化工中的物料衡算和能量衡算很重要，本文将分别从物料衡算、能量衡算讨论化工中的衡算问题，然后将讨论二者结合的情况。
物料衡算在台湾的文献中称为“质量平衡”，它反映生产过程中各种物料之间量的关系，是分析生产过程与每个设备的操作情况和进行过程与设备设计的基础。
一般来说物料衡算按下列步骤进行，为表示直观，做成流程图。
绘制流程图时应注意：1.用简洁的长方形来表达一个单元，不必画蛇添足；2.每一条物质流线代表一个真实的流质流动情况；3.区别开放与封闭的物质流4.区别连续操作与分批操作（间歇生产）5.不必将太复杂的资料写在物质流线上确定体系也比较重要，对于不同体系，衡算基准和衡算关系会有不同。
合适的基准对于衡算问题的简化很重要，根据过程特点通常有如下几种：1.时间基准：连续生产，选取一段时间间隔如1s，1min，1h，1d；间歇生产以一釜或一批料的生产周期为基准，对于非稳态操作，通常以时间微元dt为基准。
2.质量基准，对于固相、液相体系，常采用此基准，如1kg，100kg，1t，1000lb等。
3.体积基准（质量基准衍生）：适用于气体，但要换成标准体积；适用于密度无变化的操作。
4.干湿基准：水分算在内和不算在内是有区别的，惯例如下：烟道气：即燃烧过程产生的所有气体，包括水蒸气，往往用湿基；奥氏分析：即利用不同的溶液来相继吸收气体试样中的不同组分从而得到气体组分，往往用干基。
化肥、农药常指湿基，而硝酸、盐酸等则指干基。
选取基准后，就要确定着眼物料了。
通常既可从所有物料出发，也可根据具体情况，从某组分或某元素着眼。
化工原理课程设计简介PPT(83张)
化工原理课程设计
绪论
四、设备设计
主体设备工艺条件图
主体设备工艺条件图是将设备的结构设计 和工艺尺寸的计算结果用一张总图表示出来。 内容如下：设备图形，技术特性，设备组 成一览表。
装配图
化工原理课程设计
一些物质性质参数
1.表面张力σ (Surface tension)
绪论
多相体系中相之间存在着界面，通常，处于界面的分子与 处于相本体内的分子所受力是不同的。在水内部的一个水分 子 受到周围水分子的作用力的合力为 0，但在表面的一个水 分子却不如此。因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部 液相分子对它的吸引力，所以该分子所受合力不等于零，其 合力方向垂直指向液体内部，结果导致液体表面具有自动缩 小的趋势，这种收缩力称为表面张力。 气液界面两边物质不同，则液体表面存在使其面积减小 的力（该力使液体呈球滴状），这个力就称为表面张力。 表面张力是物质的特性，其大小与温度和界面两相物质的 性质有关。
目录格式
举一例如下： 第一章 工艺计算 1.1 物料衡算 1.1.1. 全塔物料衡算 1.1.2. 精馏断物料衡算
参考文献格式
将你所参考的文献、资料、书籍的出处都 在参考文献中列出。格式如下： [1] （作者）.（书籍名称）.（出版地）： （出版社），出版年月
注意：我所用的几个不同的标点 符号。
下面就带控制点的工艺流程图的内容及其绘制加以介绍,详情 请参阅教材及其他参考文献。
化工原理课程设计
Hale Waihona Puke 绪论 带控制点的工艺流程图的内容
① 按工艺顺序排列的设备示意图； ② 设备流程号（位号）； ③ 物料及动力； ④ 管线上的主要阀门连接设备的管道及其管道 附件； ⑤ 必要的计量、控制仪表； ⑥ 简要的文字注释
化工原理课件(十一五)课件第六章第四节物料衡算和操作线方程
（5）过热蒸气进料
q Cm' p (Ts tF ) < 0 rm
总物料衡算
液相分率 q L' L
F
V ’ ＝L’－W
L’=V’+W ①
L' L
q
②
F
L，=L+qF
V'=V+(q－1)F
提馏段物料衡算
q的引入，使提馏段上升蒸汽及下降液体流量的计算容易了。
联想恒摩尔流假设中V与V’，L与L’不 一定相等，那么什么情况下相等？
IL≈IL'
代入②式并 与①联立
V,IV
L,IL
V’, IV’ L’, IL’
（V－V'） IV =F IF－(L'－L) IL
IV I F L' L
IV IL
F
=q
q L' L F
液相分率
热状况
q
IV IV
IF IL
将1kmol原料变成饱和蒸汽所需热量 1kmol原料的汽化潜热
参数
三、q 线方程（进料方程）
Vy=Lx+DxD ① V'y=L'x－WxW ②
进料板连接着精馏段与提 馏段，因此组成相同，下 标省略！
① － ②：
1.0
（V'－V）y=(L'－L)x－(DxD+WxW)
q=1 q>1
a
0<q<1
（q－1)F y=q F x－F xF
y q x xF q 1 q 1 ——q线方程
W V'
xW
y
1.0
因为 L’=V’+W
而L’、 V’受进料温度状 况的影响，所以在学习 下面内容之前，无法分
化工原理课程设计PPT课件
（2）溢流装置 采用单溢流 弓形降液管 平形受液盘及平形溢流堰 不设进口堰
ppt精选版
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化工原理课程设计——筛板精馏塔的设计
hOW
hW
HT
Hd
hW
h0
h1
ppt精选版
43
化工原理课程设计——筛板精馏塔的设计 WC
lW A f
R
t
Aa
WD
x
WS
Dppt精选版
44
化工原理课程设计——筛板精馏塔的设计
进行设备选型，并提出保证过程正常、安全运行
所需要的检测和计量参数。
准确而迅速地进行过程计算及主要设备的工
艺设计计算。
用精练的语言、简洁的文字、清晰的图表来
表达自己的设计思想和计算结果。
ppt精选版
5
化工原理课程设计——筛板精馏塔的设计
二、化工原理课程设计的内容
(1)设计方案简介 (2)主要设备的工艺设计计算 (3)典型辅助设备的选型和计算 (4)工艺流程简图 (5)主体设备工艺条件图
H T h L 0 .4 0 .0 6 0 .3m 4
提馏段
1
LS VS
Lvmm（（提提）） 2
史密斯关联图
C 20
D 4VS u
max C
L V V
C
C2
0
20
0.2
可取安全系数为（安全系数0.6—0.8）
u(0.6~0.8)umax
塔径圆整
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化工原理课程设计——筛板精馏塔的设计
ppt精选版
6
化工原理课程设计——筛板精馏塔的设计
化工原理课程设计需要准备的用具
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7
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化工原理课程设计——筛板精馏塔的设计
hOW
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化工原理课程设计——筛板精馏塔的设计 WC
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Dppt精选版
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化工原理课程设计——筛板精馏塔的设计
进行设备选型，并提出保证过程正常、安全运行
所需要的检测和计量参数。
准确而迅速地进行过程计算及主要设备的工
艺设计计算。
用精练的语言、简洁的文字、清晰的图表来
表达自己的设计思想和计算结果。
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化工原理课程设计——筛板精馏塔的设计
二、化工原理课程设计的内容
(1)设计方案简介 (2)主要设备的工艺设计计算 (3)典型辅助设备的选型和计算 (4)工艺流程简图 (5)主体设备工艺条件图
H T h L 0 .4 0 .0 6 0 .3m 4
提馏段
1
LS VS
Lvmm（（提提）） 2
史密斯关联图
C 20
D 4VS u
max C
L V V
C
C2
0
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0.2
可取安全系数为（安全系数0.6—0.8）
u(0.6~0.8)umax
塔径圆整
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化工原理课程设计——筛板精馏塔的设计
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化工原理课程设计——筛板精馏塔的设计
化工原理课程设计需要准备的用具
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7
化工原理下1-3精馏的物料衡算
补充：冷液回流时的精馏线
L内＝L外＋Φ V外＝V－Φ L外＝RD Φrm=L外Cpm(tb-tR) L外:塔外的液相回流量,kmol/h Φ:被冷凝下来的流量,kmol/h rm:回流液在泡点温度下的气化 潜热，kJ/kmol Cpm:回流液的平均比热，kJ/(kmol·K) tb:回流液的泡点温度，OC tR:冷回流液的温度，OC
y1 = xD= 0.95
解：
（3） V （质）= ( R + 1 ) D(质） = ( 2 + 1 )×50 kg / h = 150 kg / h M氯访= 119.35 kg / kmol M四氯化碳 = 153.8kg / kmol Mm= (0.95×119.35 + 0.05×153.8) kg / kmol =121.1 kg / kmol V = (150kg/h) /( 121.1kg/kmol) = 1.24 kmol / h L（质）= R﹒D = 2 ×50 kg / h = 100 kg / h L = 100 / 121.1 kmol / h = 0.826 kmol / h
V = L+D
精馏段轻组分物料衡算
V yn+1=Lxn + D xD V=L+D
2பைடு நூலகம்精馏段物料衡算及操作线方程
2
1
* 精馏段操作线方程的意义：
上升蒸汽组成y n+1之间的关系。
在一定的操作条件下，从任一塔板（n）向
下流的液体组成xn与相邻的下一块塔板（n+1）
L = R D V = L+ D =（R + 1）D
a
b
c
d
e
t
x(y)
L内＝L外＋Φ V外＝V－Φ L外＝RD Φrm=L外Cpm(tb-tR) L外:塔外的液相回流量,kmol/h Φ:被冷凝下来的流量,kmol/h rm:回流液在泡点温度下的气化 潜热，kJ/kmol Cpm:回流液的平均比热，kJ/(kmol·K) tb:回流液的泡点温度，OC tR:冷回流液的温度，OC
y1 = xD= 0.95
解：
（3） V （质）= ( R + 1 ) D(质） = ( 2 + 1 )×50 kg / h = 150 kg / h M氯访= 119.35 kg / kmol M四氯化碳 = 153.8kg / kmol Mm= (0.95×119.35 + 0.05×153.8) kg / kmol =121.1 kg / kmol V = (150kg/h) /( 121.1kg/kmol) = 1.24 kmol / h L（质）= R﹒D = 2 ×50 kg / h = 100 kg / h L = 100 / 121.1 kmol / h = 0.826 kmol / h
V = L+D
精馏段轻组分物料衡算
V yn+1=Lxn + D xD V=L+D
2பைடு நூலகம்精馏段物料衡算及操作线方程
2
1
* 精馏段操作线方程的意义：
上升蒸汽组成y n+1之间的关系。
在一定的操作条件下，从任一塔板（n）向
下流的液体组成xn与相邻的下一块塔板（n+1）
L = R D V = L+ D =（R + 1）D
a
b
c
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e
t
x(y)
化工原理第三版(讲课用)PPT课件
七、教学安排 1. 理论课 108学时+课程设计2周+实验 2. 理论课安排 3. 考核
八、 参考书
1. 王志魁.化工原理(第三版). 北京：化学工出版 社,2005
2. 陈敏恒.化工原理(上下册). 北京：化学工出版 社,2000
3. 何潮洪，窦梅，朱明乔，等.化工原理习题精解 (上册).北京：科学技术出版社,2003
2. 欧拉法 描述空间各点的状态及其与时间的关系 例如:速度的描述
ux＝fx(x，y，z，t)
uy＝fy(x，y，z，t) uz＝fz(x，y，z，t)
四、定态与稳定
1. 定态 指全部过程参数均不随时间而变 定态流动：流场中各点的流动参数只随位置变化而 与时间无关。 非定态流动：流场中各点的流动参数随位置与(或) 时间而变化。
二、流体质点与连续性假设 1. 质点的含义 质点：由大量分子构成的集团(微团)，是保持流 体宏观力学性的最小流体单元，从尺寸说是微观上充 分大，宏观上充分小的分子团。 微观上充分大 分子团的尺度>>分子的平均自由程 对分子运动作统计平均，以得到表征宏观现象的物理量
宏观上充分小 分子团的尺度<<所研究问题的特征尺寸 物理量都可看成是均匀分布的常量
三 、本课程研究方法
1 .实验研究方法(经验法)
2. 数学模型法(半经验半理论方法)
合理 分析 简化 过程 机理
数学
物理 描述 数学
模型
模型
求解
含模型参 数的结果
实验
求得模 型参数
四 、联系单元操作的两条主线 传递过程 研究工程问题的方法论
五、 化工过程计算的理论基础
化工过程计算的类型：设计型计算和操作型计算
天津大学版《化工原理》课件
化工原理 干燥 材料与化学工程学院 化学工程教研室
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
焓
kJ/kg
绝 干 气
=100% tas
水 气 分 压
kPa
H
kg水/kg绝干气
化工原理 干燥
材料与化学工程学院 化学工程教研室
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
焓
kJ/kg
绝 干 气
=100%
水 气 分 压
kPa
H
kg水/kg绝干气
化工原理 干燥
材料与化学工程学院 化学工程教研室
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
焓
kJ/kg
=100%
水 气 分 压
kPa
绝 干 气
H
化工原理 干燥
kg水/kg绝干气
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材料与化学工程学院 化学工程教研室
§8-2 干燥过程的物料衡算和热量衡图
对于空气-水系统：
p H 0.622 P p
Mw=18.02kg/kmol，Mg=28.96 kg/kmol 总压一定时，湿气体的湿度只与湿份蒸汽的分压有关。
化工原理 干燥 材料与化学工程学院 化学工程教研室
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
ps 饱和湿度 H s 0.622 P ps
H 0 H1 H 1 H 0 ( 1 ) H 1 0.05362kg( 苯 ) kg( 绝干氮气) H0
化工原理 干燥 材料与化学工程学院 化学工程教研室
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
ps|T 283 K Mv H 1 H s|T 283 K H 1 M g P ' ps|T 283 K 2788.51 ps|T 283 K exp( 20.7936 ) 6.05kPa 283 52.36 P ' 320.4kPa
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
焓
kJ/kg
绝 干 气
=100% tas
水 气 分 压
kPa
H
kg水/kg绝干气
化工原理 干燥
材料与化学工程学院 化学工程教研室
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
焓
kJ/kg
绝 干 气
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水 气 分 压
kPa
H
kg水/kg绝干气
化工原理 干燥
材料与化学工程学院 化学工程教研室
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
焓
kJ/kg
=100%
水 气 分 压
kPa
绝 干 气
H
化工原理 干燥
kg水/kg绝干气
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材料与化学工程学院 化学工程教研室
§8-2 干燥过程的物料衡算和热量衡图
对于空气-水系统：
p H 0.622 P p
Mw=18.02kg/kmol，Mg=28.96 kg/kmol 总压一定时，湿气体的湿度只与湿份蒸汽的分压有关。
化工原理 干燥 材料与化学工程学院 化学工程教研室
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
ps 饱和湿度 H s 0.622 P ps
H 0 H1 H 1 H 0 ( 1 ) H 1 0.05362kg( 苯 ) kg( 绝干氮气) H0
化工原理 干燥 材料与化学工程学院 化学工程教研室
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§8-1干燥介质的性质及湿焓图
ps|T 283 K Mv H 1 H s|T 283 K H 1 M g P ' ps|T 283 K 2788.51 ps|T 283 K exp( 20.7936 ) 6.05kPa 283 52.36 P ' 320.4kPa
陈敏恒化工原理上册绪论ppt课件
和水蒸气，其消耗量为0.095kg/s，蒸气冷凝成同温度的饱和
水排出。试计算此换热器的热损失占水蒸气所提供热量的百
分数。
解：根据题意画出流程图
120℃饱和水蒸气
0.095kg/s 25℃溶液 1.0kg/s
代入已知数据，得：
50 000 .12F1x1
解得：
500104.643F1
F1353 .6k 6g /h
x10.161 9.9 6 7% 7
2020/3/4
2． 热量衡算
依据：能量守恒定律 即任何时间内输入系统的总热量等于系统输出的总热量与 损失的热量之和。
或写成
Q IQ 0Q L
化学加工
反应生成新物 质 化学或生物化 学变化过程
各种后处理
精制、分离、 干燥等 物理变化过程
产品
中间 产品
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乙炔 提纯 氯化氢 提纯
单体合成 反应热
单体精制 压缩、冷凝
聚合
脱水 干燥
反应热
成品
单元操作：流体输送、沉降、过滤，传热、蒸发、结晶、等
2020/3/4
一、化工原理课程简介
3. 输入系统的物料质量等于从系统输出的物料质量和 系统
4. 中积累的物料质量。
GIG0GA
——物料衡算的通式
2020/3/4
衡算的系统
整个生产过程 某一设备
衡算的对象
系统中的所有物料 某一个组分
定态过程，积累为零。则：
GI G0
例
2020/3/4
例：在两个蒸发器中，每小时将5000kg的无机盐水溶液从 12％（质量％）浓缩到30%。第二蒸发器比第一蒸发器多蒸 出5%的水分。试求： （1）各蒸发器每小时蒸出水分的量； （2） 第一蒸发器送出的溶液浓度。
《化工原理》传热计算
若不计热损失，则：热流体的放热量 = 冷流体的吸热量
Q = W1·Cp1·（T1－T2 ）= W2·Cp2·（t2－ t1） + W2 ·r
若热损失为Q损，则：
Q = W1·Cp1·（T1－T2 ）= W2·Cp2·（t2－ t1） + W2 ·r +Q损
（4）冷热流体均有相变
热流体的放热量 = W1 ·Cp1·（T1－T2 ）+ W1R 冷流体的吸热量 = W2 ·Cp2 ·（t2 － t1） + W2 ·r
1 1 1
K
i
o
设 1 10;2 1000 则
K 1
1
10
1 1 1 1
1 2 10 1000
现提高 α2 10000
则
K
1 11
1 2
1
1
1
10 10000
10
若提高 α1 100
K
1
1
1
1
1
1
100
则
1 2 100 1000
若 i o 则 K o
管壁外侧对流传热控制
四、平均温度差的计算
1、恒温差传热
壁面两侧进行热交换的冷热流体，其温度不 随时间及位置而变化。
2、变温差传热
采用对数平均值计算平均温度差（传热平均推 动力）。
(1) 并流
冷热流体流动方向相同。
tm并
t1 t2 ln t1
T1
t1 T2 t2
ln T1 t1
t2
T2 t2
(2) 逆流
Q热
T
TW 1
α1 S1
Q壁
TW
b
tw
λ Sm
Q冷
Q = W1·Cp1·（T1－T2 ）= W2·Cp2·（t2－ t1） + W2 ·r
若热损失为Q损，则：
Q = W1·Cp1·（T1－T2 ）= W2·Cp2·（t2－ t1） + W2 ·r +Q损
（4）冷热流体均有相变
热流体的放热量 = W1 ·Cp1·（T1－T2 ）+ W1R 冷流体的吸热量 = W2 ·Cp2 ·（t2 － t1） + W2 ·r
1 1 1
K
i
o
设 1 10;2 1000 则
K 1
1
10
1 1 1 1
1 2 10 1000
现提高 α2 10000
则
K
1 11
1 2
1
1
1
10 10000
10
若提高 α1 100
K
1
1
1
1
1
1
100
则
1 2 100 1000
若 i o 则 K o
管壁外侧对流传热控制
四、平均温度差的计算
1、恒温差传热
壁面两侧进行热交换的冷热流体，其温度不 随时间及位置而变化。
2、变温差传热
采用对数平均值计算平均温度差（传热平均推 动力）。
(1) 并流
冷热流体流动方向相同。
tm并
t1 t2 ln t1
T1
t1 T2 t2
ln T1 t1
t2
T2 t2
(2) 逆流
Q热
T
TW 1
α1 S1
Q壁
TW
b
tw
λ Sm
Q冷
北京化工大学_《化工原理》_课件_第八章_干燥
4
返回
北京化工大学化工原理电子课件
本章主要讨论对流干燥，干燥介质是热 空气，除去的湿分是水分。
对流干燥是传热、传质同时进行的过程，
但传递方向不同，是热、质反向传递过程： 传热 方向 气 固 固 传质 气
推动力
温度差
水汽分压差
5
返回
北京化工大学化工原理电子课件
干燥过程进行的必要条件： * 物料表面水汽压力大于干燥介质中水汽分压；
空气—水体系，
kH 空气—甲苯体系，
cH
， t w t as
kH
c H ，tw tas
当空气为不饱和状态：t tw (tas) td； 当空气为饱和状态： t = tw (tas) = td。
30
返回
北京化工大学化工原理电子课件
8.1.2 空气的湿度图及其应用
11
pw pS
100%
即：
f ( pw，t )
返回
北京化工大学化工原理电子课件
当 φ =1时：
pw = ps，湿空气达饱和，不可作为干燥介质；
当 φ <1时：
pw < ps，湿空气未达饱和，可作为干燥介质。
φ越小，湿空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。
结论：
湿度 H 只能表示出水汽含量的绝对值，而
别被加热到50℃和120℃，求值 。
13
返回
北京化工大学化工原理电子课件
三、湿空气的比热与焓 1、湿比热（湿热）cH [kJ/kg干气•℃]
定义：在常压下，将1kg干空气和其所带有的Hkg水
汽升高温度1℃所需的热量。
cH cg cv H 1.01 1.88 H f ( H )
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本章主要讨论对流干燥，干燥介质是热 空气，除去的湿分是水分。
对流干燥是传热、传质同时进行的过程，
但传递方向不同，是热、质反向传递过程： 传热 方向 气 固 固 传质 气
推动力
温度差
水汽分压差
5
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干燥过程进行的必要条件： * 物料表面水汽压力大于干燥介质中水汽分压；
空气—水体系，
kH 空气—甲苯体系，
cH
， t w t as
kH
c H ，tw tas
当空气为不饱和状态：t tw (tas) td； 当空气为饱和状态： t = tw (tas) = td。
30
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8.1.2 空气的湿度图及其应用
11
pw pS
100%
即：
f ( pw，t )
返回
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当 φ =1时：
pw = ps，湿空气达饱和，不可作为干燥介质；
当 φ <1时：
pw < ps，湿空气未达饱和，可作为干燥介质。
φ越小，湿空气偏离饱和程度越远，干燥能力越大。
结论：
湿度 H 只能表示出水汽含量的绝对值，而
别被加热到50℃和120℃，求值 。
13
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三、湿空气的比热与焓 1、湿比热（湿热）cH [kJ/kg干气•℃]
定义：在常压下，将1kg干空气和其所带有的Hkg水
汽升高温度1℃所需的热量。
cH cg cv H 1.01 1.88 H f ( H )
化工设计物料衡算与能量衡算
• 1.求燃料气组成以C作联系组分，燃烧前后碳原子数不 变，所以CO2mol数等于CH4的mol数，即CH4＝ 8.12mol，
• 需要氧气量为2×8.12＝16.24mol。
• 计算进料的空气量，以N2作联系组分，由烟道气中的N2 可得进料中的总氧气量：72.28×20.92/79=19.14mol,
Φ=
×100%
限制组分的消耗量
（5） 收率
生成目的产物所消耗限制组分的量
η=
×100%
限制组分的输入量
η =xA· Φ
“独立”的含义
对有化学反应的过程，应写独立的反应方
程式或独立反应数。例如碳与氧的燃烧过
程 ：C O2 CO2 ①
C
1 2
O2
CO
② ③
CO
1 2
O2
CO2
CO2 C 2CO
湿纸浆 浆： 0.29 水： 0.71
干燥器
干燥纸浆 浆：？ 水：？
水分
• 例：每小时将20kmol含乙醇40％的酒精水溶液进 行精馏，要求馏出液中含乙醇89％，残液中含乙醇 不大于3％(以上均为摩尔分数)，试求每小时馏出 液量和残液量。
• 解：由全塔物料衡算式可得
•
20 = D + W
(1)
• 20×0.4 = 0.89D + 0.03W
化工设计物料衡算与能 量衡算
2021年7月13日星期二
化工基础数据
化工计算以及化工工艺和设备设计中，要 用到有关化合物的物性数据。例如，进行化 工过程物料与能量衡算时，需要用到密度或 比容、沸点、蒸汽压、焓、热容及生成热等 等的物性数据；设计一个反应器时，则需要 知道化学反应热的数据；计算传热过程时， 需要导热系数的数据等等。
化工原理内容总结(1)
化工原理内容总结绪论篇1.物料衡算、能量衡算步骤。
步骤：画出简单流程示意图，并用带箭头的简单线条表明物料的流入、流出关系，且标注已知流量和单位。
确定好衡算范围、衡算基准。
列出衡算式。
能量衡算的步骤：[1]列出已知条件，即物料衡算的量和选定的工艺参数[2]选定计算基准，一般以KJ/h 计[3]对输入、输出热量分项进行计算[4]列出热平衡方程式，求出传热介质的量[5]热量衡算式如下:Q1+Q2=Q3+Q4+Q5式中:Q1-所处理原料带入热量Q2-由加热剂(或制冷剂)传给设备(或物料)的热量Q3+-所处理的物料从设备中带走的热量Q4-消耗在设备上的热量Q5-设备向四周散发的热量(热损失)2.物料衡算式中，积累量等于0和积累量不等于0的情况判别？因为，输人物料的总和∑G i =输出物料的总和∑G0+累积的物料量∑G a积累量=0则：输人物料的总和=输出物料的总和属于稳态过程,一般连续不断的流水作业(即连续操作)为稳态过程,其特点是在设备的各个不同位置上,物料的流速、浓度、温度、压强等参数可各自不相同，但在同一位置上这些参数都不随时间而变。
积累量<>0,则属于非稳态过程,一般间歇操作(即分批操作)属于非稳态过程,在设备的同一位置上诸参数随时间而变。
3.国际单位制中的基本单位是哪七个？七个基本单位：长度（m）、质量（kg）、时间（s）、温度（k）、物质量（mol）、电流强度（A）、发光强度（烛光或坎德拉，cd）4.哪几个单元操作同时遵循传热和传质基本规律？哪几个遵循流体流动基本规律？各种单元操作依据不同的物理化学原理,采用相应的设备,达到各自的工艺目的。
对于单元操作,可从不同角度加以分类。
根据各单元操作所遵循的基本规律,将其划分为如下几种类型。
①遵循流体动力学基本规律的单元操作,包括流体输送、沉降、过滤、物料混合(搅拌)等。
②遵循热量传递基本规律的单元操作,包括加热、冷却、冷凝、蒸发等。
③遵循质量传递基本规律的单元操作,包括蒸馏、吸收、萃取、吸附、膜分离等。
化工原理完整(天大版)PPT课件
解：首先根据题意画出过程的物料流程图
.
返回 16 2020/5/23
F=1000 20%
W, 0.0%
蒸发器 422K
S 50%
冷却结晶器 311K
R, 37.5%
P 1-0.04
解题思路：题求三个量，如何列物料衡算式。
首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。
1．求KNO3结晶产品量P
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。
GI=GO+GA .
返回 17 2020/5/23
KNO3 组分的物料衡算： F20% = W 0% + P (100 － 4) % 1000 20% = 0 + P 96 % 则：P = 208.3 kg/h
2．水分蒸发量W (物衡范围同1.) 总物料衡算式： F = W + P 则：W = F－P = 1000－208.3 = 791.7 kg/h
.
返回 12 2020/5/23
0.3 物料衡算与能量衡算
☆ 稳定操作
以单位时间为基准， 如 ： h ， min ， s 。 参数=f(x,y,z)
非稳定操作
以每批生产周期所用 的时间为基准。参数 =f(x,y,z,)
=0
=
uA恒定
.
uB 返回 13
2020/5/23
dy
dz
三维
微分衡算(非稳态)
.
返回 15 2020/5/23
例1(清华版，P6)：稳态时的总物料衡算及组分物料衡算
生产KNO3的过程中，质量分率为0.2的KNO3水溶液， 以 F = 1000 kg/h 的流量送入蒸发器，在422K下蒸发 出部分水得到50%的浓KNO3溶液。然后送入冷却结晶器， 在311K下结晶，得到含水0.04 的KNO3结晶和含KNO3 0.375的饱和溶液。前者作为产品取出, 后者循环回到 蒸发器。过程为稳定操作，试计算KNO3结晶产品量P、 水分蒸发量W和循环的饱和溶液量R。
.
返回 16 2020/5/23
F=1000 20%
W, 0.0%
蒸发器 422K
S 50%
冷却结晶器 311K
R, 37.5%
P 1-0.04
解题思路：题求三个量，如何列物料衡算式。
首先考虑划定适宜的物衡范围以利于解题。
1．求KNO3结晶产品量P
按虚线框作为物料衡算范围，只涉及两个未知量。
GI=GO+GA .
返回 17 2020/5/23
KNO3 组分的物料衡算： F20% = W 0% + P (100 － 4) % 1000 20% = 0 + P 96 % 则：P = 208.3 kg/h
2．水分蒸发量W (物衡范围同1.) 总物料衡算式： F = W + P 则：W = F－P = 1000－208.3 = 791.7 kg/h
.
返回 12 2020/5/23
0.3 物料衡算与能量衡算
☆ 稳定操作
以单位时间为基准， 如 ： h ， min ， s 。 参数=f(x,y,z)
非稳定操作
以每批生产周期所用 的时间为基准。参数 =f(x,y,z,)
=0
=
uA恒定
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uB 返回 13
2020/5/23
dy
dz
三维
微分衡算(非稳态)
.
返回 15 2020/5/23
例1(清华版，P6)：稳态时的总物料衡算及组分物料衡算
生产KNO3的过程中，质量分率为0.2的KNO3水溶液， 以 F = 1000 kg/h 的流量送入蒸发器，在422K下蒸发 出部分水得到50%的浓KNO3溶液。然后送入冷却结晶器， 在311K下结晶，得到含水0.04 的KNO3结晶和含KNO3 0.375的饱和溶液。前者作为产品取出, 后者循环回到 蒸发器。过程为稳定操作，试计算KNO3结晶产品量P、 水分蒸发量W和循环的饱和溶液量R。
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(5-36)
qq
可见，向干燥系统输入的热量用于：加热空气、加热物 料、蒸发水分、热损失。
G 2
1 w 1 G 1 1 w 2
干燥系统的热效率
Q W 2490 1 . 88 t 4 . 187 q W? V 2 1
G 2 1 w 1 G 1 1 w 2
2 物料湿含量的表示方法（P254）
（1）湿基含水量w 定义：水分在湿物料中的质量百分数 （2）干基含水量X 定义：水分质量与绝干物料质量之比 X=w/(1-w) (5-23) w=X/(1+X) (5-22)
G 2 1 w 1 G 1 1 w 2
（3）湿物料的比热容 cm
cm = cs + X cw = cs + X·4.187 (5-24)
（4）湿物料的焓I’
包括：绝干物料的焓（0C为基准）和
物料中水分的焓（0C、液态水为基准 ）
G 2
1 w 1 G 1 1 w 2
二、物料衡算
G ,w (X 2 2 2)
新鲜空气 湿物料 热空气 废气
绝干物料量
1 w 1 G 1 1 w 2
3 干空气消耗量
由： 得： LH1+GX1=LH2+GX2
L ,t0, H 0
(5-28)
L 1 l W H l(1 H 0 0)
的初、终温度有关。
l 比空气用量：每蒸发1kg水所需干空气的量，与空气
预热
干燥
G ( X X ) W L 1 2 H H H H 2 1 2 1
L ,t1, H 1
L ,t2,H 2
产品
G ,w (X 1 1 1)
1 产品 量 2 水分气化 量
W G G G ( X X ) 1 2 1 2
c c Xc m= s+ w
G 2
(5-30) 单位!
G 2
1 w 1 G 1 1 w 2
条状：马铃薯切条、刀豆、香肠等； 膏糊状：如麦乳精、巧克力浆等；
粉末状：淀粉、奶粉等；
液态：包括各种溶液、悬浮液和乳浊液如牛奶、蛋液、 果汁等。 湿物料按其物理化学性质不同粗略分为如下两大类：
（1）含水分的液体
溶液：如葡萄糖、味精等的水溶液及食品的浸出液。 胶体溶液：如蛋白体溶液、果胶溶液等。
化工原理-物料 衡算和热量衡 算
G 2
1 w 1 G 1 1 w 2
一、湿物料的形态和含水量表示
1 湿物料的形态
湿物料按其外观形态的不同二分为下列几种：
散粒状：如谷物、各种油料种籽；
晶体：经过滤分离后的各种晶体，如葡萄糖、柠
檬酸、盐等； 块状：如马铃薯、胡萝卜、面包等； 片状：如果蔬、肉片、葱、蒜片、饼干等；
G 2 1 w 1 G 1 1 w 2
（2） 含水分的固体
结晶质的固体：如糖和食盐等。 胶质分散系：如明胶、淀粉质物料等。
其中，后一类是多见的。胶质固体又可分为三类。
弹性胶体是典型的胶质固体，如明胶、洋胶、洋菜、面团
等。当除去水分后，这种物体将收缩，但保持其弹性。脆
性胶体除去水分后变脆，干燥后可能变化为粉末，如木炭、 陶质物料。第三类是胶质毛细孔物料，如面包、谷物，其 毛细管壁具有弹性，干燥时收缩，干燥后变脆。
I c 2 m 2
G 2
q
2
1 w 1 G 1 1 w 2
湿物料进出干燥器的焓分别为:
L W H2 H 1
I I c q q 2 1 m 2 1
Q Q Q p D
L 1 . 01 t t 2490 1 . 88 t H H L I I G I I Q 2 0 21 L Gc q q Q
I I c t t I H H 2 0 g 2 0 V 2 2 0
I I c t t r c t H H 2 0 g 2 0 0 02 2 2 0
1 . 01 t t 2490 1 . 88 t H H 2 0 2 2 0
—— 连续干燥系统热量衡算的基本方程式
G 2 1 w 1 G 1 1 w 2
(5-34)
假设： a）新鲜干空气中水汽的焓等于离开干燥器废气中水汽的焓
c
m
b）湿物料进出干燥器时的比热取平均值 I0cgt0IV0H 0 湿空气进出干燥器时的焓分别为：
I c t I H 2 g 2 V 2 2
2 0 1 m 2 L
I c 1 m 1
G 2
q
2
2
0
1
1 w 1 G 1 1 w 2
W H 2 H0
W 1.01 Lt2t0 2490 1.88 t2H H 2 0 H H 20
Q
Gc Q m 2 1 L
1 . 01 L t t W 2490 1 . 88 t Gc q q Q 2 0 2 m 2 1 L
LI Q LI 0 p 1
G 2 1 w 1 G 1 1 w 2
G G1 G2
X w1 w2
L ,t0, H 0
G 2 1 w 1 G 1 1 w 2
三、热量衡算
QL
L
G1,w1, q1,I’1 干燥
L
H0,t0,I0 Qp
预热
L
H1,t1,I1
H2,t2,I2 QD
G2,w2, q2,I’2
kW
预热器： Qp=L(I1-I0)
对干燥器列焓衡算，以1s为基准
单位时间内向干燥器补充的热量为
Q L I I G I I Q D 2 1 2 1 L
Q Q Q p D
(5-33)
单位时间内干燥系统消耗的总热量为
L I I G I I Q V 0 I V 2 2 0 2 1 LI
离开 LI2 GI′2
整个系统： 进入 热空气 物料 加入 LI0 GI′1 Qp+QD
损失
QL
G 2 1 w 1 G 1 1 w 2
忽略预热器的热损失，以1s为基准，对预热器列焓衡算:
LI G I Q LI G I Q 1 1 D 2 2 L (5-31/32)
可见，向干燥系统输入的热量用于：加热空气、加热物 料、蒸发水分、热损失。
G 2
1 w 1 G 1 1 w 2
干燥系统的热效率
Q W 2490 1 . 88 t 4 . 187 q W? V 2 1
G 2 1 w 1 G 1 1 w 2
2 物料湿含量的表示方法（P254）
（1）湿基含水量w 定义：水分在湿物料中的质量百分数 （2）干基含水量X 定义：水分质量与绝干物料质量之比 X=w/(1-w) (5-23) w=X/(1+X) (5-22)
G 2 1 w 1 G 1 1 w 2
（3）湿物料的比热容 cm
cm = cs + X cw = cs + X·4.187 (5-24)
（4）湿物料的焓I’
包括：绝干物料的焓（0C为基准）和
物料中水分的焓（0C、液态水为基准 ）
G 2
1 w 1 G 1 1 w 2
二、物料衡算
G ,w (X 2 2 2)
新鲜空气 湿物料 热空气 废气
绝干物料量
1 w 1 G 1 1 w 2
3 干空气消耗量
由： 得： LH1+GX1=LH2+GX2
L ,t0, H 0
(5-28)
L 1 l W H l(1 H 0 0)
的初、终温度有关。
l 比空气用量：每蒸发1kg水所需干空气的量，与空气
预热
干燥
G ( X X ) W L 1 2 H H H H 2 1 2 1
L ,t1, H 1
L ,t2,H 2
产品
G ,w (X 1 1 1)
1 产品 量 2 水分气化 量
W G G G ( X X ) 1 2 1 2
c c Xc m= s+ w
G 2
(5-30) 单位!
G 2
1 w 1 G 1 1 w 2
条状：马铃薯切条、刀豆、香肠等； 膏糊状：如麦乳精、巧克力浆等；
粉末状：淀粉、奶粉等；
液态：包括各种溶液、悬浮液和乳浊液如牛奶、蛋液、 果汁等。 湿物料按其物理化学性质不同粗略分为如下两大类：
（1）含水分的液体
溶液：如葡萄糖、味精等的水溶液及食品的浸出液。 胶体溶液：如蛋白体溶液、果胶溶液等。
化工原理-物料 衡算和热量衡 算
G 2
1 w 1 G 1 1 w 2
一、湿物料的形态和含水量表示
1 湿物料的形态
湿物料按其外观形态的不同二分为下列几种：
散粒状：如谷物、各种油料种籽；
晶体：经过滤分离后的各种晶体，如葡萄糖、柠
檬酸、盐等； 块状：如马铃薯、胡萝卜、面包等； 片状：如果蔬、肉片、葱、蒜片、饼干等；
G 2 1 w 1 G 1 1 w 2
（2） 含水分的固体
结晶质的固体：如糖和食盐等。 胶质分散系：如明胶、淀粉质物料等。
其中，后一类是多见的。胶质固体又可分为三类。
弹性胶体是典型的胶质固体，如明胶、洋胶、洋菜、面团
等。当除去水分后，这种物体将收缩，但保持其弹性。脆
性胶体除去水分后变脆，干燥后可能变化为粉末，如木炭、 陶质物料。第三类是胶质毛细孔物料，如面包、谷物，其 毛细管壁具有弹性，干燥时收缩，干燥后变脆。
I c 2 m 2
G 2
q
2
1 w 1 G 1 1 w 2
湿物料进出干燥器的焓分别为:
L W H2 H 1
I I c q q 2 1 m 2 1
Q Q Q p D
L 1 . 01 t t 2490 1 . 88 t H H L I I G I I Q 2 0 21 L Gc q q Q
I I c t t I H H 2 0 g 2 0 V 2 2 0
I I c t t r c t H H 2 0 g 2 0 0 02 2 2 0
1 . 01 t t 2490 1 . 88 t H H 2 0 2 2 0
—— 连续干燥系统热量衡算的基本方程式
G 2 1 w 1 G 1 1 w 2
(5-34)
假设： a）新鲜干空气中水汽的焓等于离开干燥器废气中水汽的焓
c
m
b）湿物料进出干燥器时的比热取平均值 I0cgt0IV0H 0 湿空气进出干燥器时的焓分别为：
I c t I H 2 g 2 V 2 2
2 0 1 m 2 L
I c 1 m 1
G 2
q
2
2
0
1
1 w 1 G 1 1 w 2
W H 2 H0
W 1.01 Lt2t0 2490 1.88 t2H H 2 0 H H 20
Q
Gc Q m 2 1 L
1 . 01 L t t W 2490 1 . 88 t Gc q q Q 2 0 2 m 2 1 L
LI Q LI 0 p 1
G 2 1 w 1 G 1 1 w 2
G G1 G2
X w1 w2
L ,t0, H 0
G 2 1 w 1 G 1 1 w 2
三、热量衡算
QL
L
G1,w1, q1,I’1 干燥
L
H0,t0,I0 Qp
预热
L
H1,t1,I1
H2,t2,I2 QD
G2,w2, q2,I’2
kW
预热器： Qp=L(I1-I0)
对干燥器列焓衡算，以1s为基准
单位时间内向干燥器补充的热量为
Q L I I G I I Q D 2 1 2 1 L
Q Q Q p D
(5-33)
单位时间内干燥系统消耗的总热量为
L I I G I I Q V 0 I V 2 2 0 2 1 LI
离开 LI2 GI′2
整个系统： 进入 热空气 物料 加入 LI0 GI′1 Qp+QD
损失
QL
G 2 1 w 1 G 1 1 w 2
忽略预热器的热损失，以1s为基准，对预热器列焓衡算:
LI G I Q LI G I Q 1 1 D 2 2 L (5-31/32)