化工设计物料衡算和热量衡算

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化工原理物料衡算和热量衡算

化工原理物料衡算和热量衡算

化工原理物料衡算和热量衡算引言化工工程涉及许多物料的处理和转化过程,同时也需要考虑热量的平衡。

物料衡算和热量衡算是化工原理的重要内容,对于工程实践和过程优化具有重要的意义。

本文将介绍化工原理中的物料衡算和热量衡算的基本原理和计算方法。

物料衡算物料衡算是指对于化工工程中物料流动和转化过程的计算和分析。

在化工工程中,物料的流动和转化是实现各种反应和分离操作的基础,因此正确的物料衡算是保证工程设计和操作的关键。

在物料衡算中,我们通常需要考虑以下几个方面: 1. 物料的质量衡算:即对物料的质量输入和输出进行计算和分析。

对于物料的质量衡算,我们需要注意物料流动的平衡原则,即质量的输入必须等于输出。

2. 物料的能量衡算:即对物料的能量输入和输出进行计算和分析。

能量的输入和输出会影响物料的温度和相变过程,因此在能量衡算中需要考虑物料的热力学性质。

3. 物料的流动速度衡算:即对物料流动速度进行计算和分析。

物料的流动速度决定了反应和分离操作的效率,因此在物料衡算中需要合理地确定流量和速度的关系。

4. 物料的浓度衡算:即对物料中组分浓度的计算和分析。

物料的浓度会影响其反应和分离的速率和效果,因此在物料衡算中需要考虑不同组分浓度的变化规律。

物料衡算通常使用质量守恒和能量守恒等基本原理进行计算。

同时,还可以利用化学反应平衡的原理和质量流动的平衡原则进行衡算过程中的参数确定。

热量衡算热量衡算是化工工程中热力学过程的计算和分析。

在化工工程中,热量的平衡是保证反应和分离操作能够正常进行的基础。

热量衡算需要考虑以下几个方面: 1. 热量的输入和输出:即对于热量的输入和输出进行计算和分析。

在化工工程中,我们通常需要对热量的输入和输出进行平衡,以保证工程操作的稳定性。

2. 热量的传递和转化:即对于热量的传递和转化过程进行计算和分析。

热量的传递可以通过传导、对流和辐射等方式进行,因此在热量衡算中需要考虑传热方式的影响。

3. 热平衡的计算:即对于反应和分离过程中热量平衡的计算和分析。

化工过程设计 第三章 物料衡算与热量衡算(1)

化工过程设计  第三章 物料衡算与热量衡算(1)

各流股组份数一览表
HAC 24%
11 循环流 进料 HAC 30% H2O 69.8% H2SO4 0.2% 萃 取 塔 4
流股号 1 2 3
组份数 3 3 3 4 2 2 2 2
1
2
12
3
混合器1
4
5 6 7 8 9 10 11 12
E 7% HAC H2O H2SO4 混合器2
溶 剂 回 收 塔
7(2) E 99% H2O 1%
附加关系式数
自由度
9(4)
(2)溶剂提馏塔及整体的自由度分析
11(2) 循环流
HAC 24%
进料 HAC 30% 1(3) H2O 69.8% H2SO4 0.2% 混合器1 2(3)
萃 取 塔
3(3) 12(2) 溶 剂 回 收 塔 产品流 HAC 99% H2O 1% 产 品 精 馏 塔
独立MB方程数
已知流股变量数 已知其它关系式数 自由度 2、具体MB计算(略)
在开始下一节讲授之前,大家先考虑一个精馏塔的MB问题。 例题:有人提出了一个无反应的单精馏塔流程的方案,试做其MB计算:
100 C3 i-C4 i-C5 C5 kmol/h 0.20 0.30 0.20 0.30
2 1 精 馏 塔 3
MB与HB计算是化工工艺设计中最基本,也是最主要的计算内容。
一、化工流程(过程)中MB、HB、EB三者之间的关系 1、MB与HB之间的关系 MB有可能能单独(不依赖HB而独立)求解; HB一般不能单独求解; (间壁式换热器除外) 当MB不能独立求解时,它就必须与HB联合起来,求解CB。 2、EB与HB之间的关系 流程压力水平不高,而且压力变化也不大,系统能量只考虑其热 焓,而忽略其动能、势能等机械能,在这种情况下:

化工中物料衡算和热量衡算公式

化工中物料衡算和热量衡算公式

化工中物料衡算和热量衡算公式一、物料衡算公式1.物料总量计算公式物料总量计算公式可以根据物质的密度(ρ)和体积(V)来计算。

公式如下:物料总量=密度×体积2.物料质量计算公式物料质量计算公式可以根据物质的密度(ρ)、体积(V)和物质的质量(m)之间的关系得出。

公式如下:质量=密度×体积3.物料浓度计算公式物料浓度计算公式可以根据溶质的质量(m)和溶液的体积(V)来计算。

公式如下:浓度=质量/体积4.溶液的重量和体积之间的关系溶液的重量可以根据溶液的密度(ρ)和溶液的体积(V)相乘得到。

公式如下:重量=密度×体积1.热量传递计算公式热量传递计算公式可以用于计算传热功率(Q)和传热面积(A)之间的关系。

公式如下:Q=h×A×ΔT其中,h为传热系数,ΔT为温差。

2.物料的热量计算公式物料的热量计算公式可以根据物料的质量(m)、比热容(Cp)和温度变化(ΔT)来计算。

公式如下:热量=质量×比热容×温度变化3.水的蒸发热计算公式水的蒸发热计算公式可以根据水的质量(m)和蒸发热(ΔHvap)来计算。

热量=质量×蒸发热三、补充说明1. 密度(ρ)是物质单位体积的质量,常用的单位有千克/立方米(kg/m^3)或克/立方厘米(g/cm^3)。

2. 比热容(Cp)是物质单位质量的热容量,表示单位质量物质温度升高1℃所需的热量,常用的单位是千焦/千克·℃(kJ/kg·°C)或焦/克·℃(J/g·°C)。

3.传热系数(h)是衡量热传导性能的参数,表示单位面积上的热量流入或流出的速率,常用的单位是瓦特/平方米·℃(W/m^2·°C)。

4.温度变化(ΔT)是物质的温度差,常用的单位是摄氏度(℃)或开尔文(K)。

5. 蒸发热(ΔHvap)是物质从液态转变为气态所需的热量,常用的单位是焦耳/克(J/g)或千焦/千克(kJ/kg)。

2化工设计概论第三章_物料衡算与能量衡算

2化工设计概论第三章_物料衡算与能量衡算

2化工设计概论第三章_物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算是化工设计中非常重要的内容,本文将从物料衡算和能量衡算两个方面进行介绍。

一、物料衡算物料衡算是指在化工生产过程中,对各种原料、中间体和产品的质量、数量和成分进行准确计算的过程。

物料衡算的目的是确定生产过程中各种物料的需求量,确保生产过程稳定和产品质量符合要求。

物料衡算的方法主要有质量衡算和量衡衡算两种。

质量衡算是以物料的质量为基础进行计算,通过分析反应进入和离开反应器的质量,计算物料的损失和转化率等。

量衡衡算是以物料的容积或重量为基础进行计算,通过对物料流动的速度、压力、体积和化学反应速率等参数的测量,来计算物料的数量和流动性。

物料衡算的具体步骤包括:确定物料流程图,定义物料的属性和流动参数,编写物料表,进行物料平衡方程的建立,计算各物料的需求量和产量等。

二、能量衡算能量衡算是指在化工生产过程中,对能量的输入、输出和损失进行准确计算和分析的过程。

能量衡算的目的是确保生产过程中的能量平衡和能源利用效率的提高。

能量衡算的方法主要有热平衡法和能量流平衡法两种。

热平衡法是基于热力学原理,通过测量和计算热量的流入和流出来进行能量衡算。

能量流平衡法是基于能量守恒原理,通过对能量流动的速度、温度和压力等参数的测量,来计算能量的输入和输出。

能量衡算的具体步骤包括:确定能量流程图,定义能量的属性和流动参数,编写能量表,进行能量平衡方程的建立,计算各能量的输入量和输出量等。

三、物料衡算和能量衡算的关系在进行物料衡算和能量衡算时,需要考虑以下几个方面:1.反应进程的热力学和动力学特性对物料和能量衡算有重要影响。

在确定衡算方法和参数时,需考虑反应的热效应和速率等因素。

2.物料的组成和性质对衡算结果有重要影响。

不同物料具有不同的热容量、蒸发潜热和燃烧热等参数,这些参数直接影响到能量衡算的结果。

3.流程设计和设备选择对衡算结果也有影响。

不同的流程和设备对物料流动的速度、压力和温度等参数有不同的要求,这些参数直接影响到物料和能量衡算的结果。

化工设计概论物料衡算与能量衡算

化工设计概论物料衡算与能量衡算

CH3OH HCHO
H2O N2
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基准:1 mol CH3OH 根据反应方程式 O2(需要)= 0.5 mol;
O2(输入)= 1.5 × 0.5 = 0.75 mol; N2(输入)= N2(输出)= 0.75(79/21)= 2.82 mol CH3OH为限制反应物 反应的CH3OH = 0.75 × 1 = 0.75 mol 因此,HCHO(输出)= 0.75mol
17
二、能量衡算可以解决的问题
(4)为充分利用余热,必须采取有效措施,使过程的 总能耗降低到最低程度。为提高能量利用率,降 低能耗提供重要依据。
(5)最终确定总需求能量和能量的费用。
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三、能量平衡方程式
能量衡算平衡方程式
△E = Q - W △E:表示体系能量总变化; Q: 表示体系从环境吸收的热量; W: 表示环境对体系所做的功。
100.0
15
§3.2 能量衡算
一、能量衡算定义
根据能量守恒定律,利用能量传递和转化 的规则,用以确定能量比例和能量转变的定量 关系的过程称为能量衡算。
16
二、能量衡算可以解决的问题
(1)确定物料输送机械和其它操作机械所需要的功率; (2)确定各单元操作过程所需热量或冷量,及其传递
速率;计算换热设备的工艺尺寸;确定加热剂或 冷却剂的消耗量,为其他专业如供汽、供冷、供 水专业提供设条件; (3)化学反应常伴有热效应,导致体系的温度上升或 下降,为此需确定为保持一定反应温度所需的移 出或加入的热传递速率;
19
四、热量衡算
1、热量衡算有两种情况: 1)对单元设备做热量衡算; 2)整个过程的热量衡算。
(当各个工序或单元操作之间有热量交换时, 必须做全过程的热量衡算。)

物料衡算和热量衡算

物料衡算和热量衡算
三个物理过程中,各物料流的质量m守恒,物料流中各组分的质量mi守 恒, 物料流的物质的量n守恒,物料流中各组分的物质的量ni也守恒。
化学反应过程中,物质的量和组分的质量都发生变化,只有 各物料流的质量m守恒(衡算联系物的质量和摩尔数仍守 恒)。
反应过程的物料衡算式
m入 m出
m反 m产
水 %(质量)其它 水 乙苯 (0.0217) 苯乙烯 (0.04) 焦油 (60) ∑
热量衡算是利用能量守恒的原理,通过计算传入和 传出的热量以确定:加热(或冷却)剂用量、设备需要 传递的热量多少等,为工程设计、设备设计提供设 计依据,以保证热量利用方案的合理性,提高热量 的综合利用效果。热量衡算是能量计算的一种,全 面的能量计算应包化算括工。热生产能中、的动能能量和衡电算主能要等是。热量衡
(1) 计算范围 全装置。见图16-5。
(2) 主副反应 反应式见计算过程。甲醇发生五个反应的分 配率为主氧化51.2%,脱氢39.2%,加氢0.6%,深度氧化 0.8%,完全氧化8.2%。
(3) 计算任务 甲醇消耗量,干尾气摩尔组成。
(4) 基准 年工作时为7200 h。以1 h为基准。 8000×1000 kg÷7200 h = 1111.11 kg/h
旁路分流和混合并流都是物理过程。由于没有化学变化,因此可以对总物料及 其中某组分进行衡算。如图16-1所示。
结点A V0=V1+V2 结点B Vl+V3=V4
V2
V3
不合格产品
V0
V1
A
V4 合格产品 B
图 16.1.1 以结点做衡算的示意图
【例16.1.2】 某工厂用烃类气体制合成气生产甲醇。 合化符除H气2成 后 合 装 ,89气的要置以.75体气求,便%量 体 。置 达,为 摩 将换 到气尔 部2脱 工体32组 分艺C1体O成转要m积2后3为化求/减,:气。h小,气送C求2O摩体%去转4尔摩。C化3.O比尔1用气2变为组%此、换C成,变变O反为H换换:H应2:气气52器=4调C各.12和:O%2节为.C48,转。多O.7不62化转少脱%?,

化工设计概论第三章_物料衡算与能量衡算

化工设计概论第三章_物料衡算与能量衡算

化工设计概论第三章_物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算是化工设计中非常重要的环节,它们是进行化工过程的关键步骤,对化工产品的质量和产量有着直接的影响。

本章将介绍物料衡算与能量衡算的概念、原则和方法,并结合实际案例进行详细说明。

一、物料衡算物料衡算是指在化工过程中对物料的输入、输出量进行定量分析和计算,以确定每种物料的用量和流量。

物料衡算的目的是保证化工过程中物料的平衡,确保物料的流动和转化符合设计要求。

物料衡算的基本原则是质量守恒定律和能量守恒定律。

根据质量守恒定律,物理系统中的物质质量是不变的,即输入物质的总质量等于输出物质的总质量。

根据能量守恒定律,物理系统中的能量总量是不变的,即输入能量的总量等于输出能量的总量。

物料衡算的方法主要有两种:物质衡算和元素衡算。

物质衡算是根据物料的化学组成进行衡算,以化学方程式为基础,通过分子计数法和平衡方程法计算物料的输入和输出量。

元素衡算是根据物料中各元素的含量进行衡算,以确定每种元素的输入和输出量。

物料衡算的步骤一般包括以下几个方面:确定衡算参考物质,编写化学方程式,计算输入物质的总质量,计算输出物质的总质量,计算每种物质的输入和输出量。

在实际衡算过程中,还需要考虑补料和损耗等因素,对补料和损耗进行补偿。

二、能量衡算能量衡算是指在化工过程中对能量的输入、输出量进行定量分析和计算,以确定每种能量的用量和转化效率。

能量衡算的目的是保证化工过程中能量的平衡,以提高能量利用效率。

能量衡算的基本原则是能量守恒定律和能量转化效率的最大化。

根据能量守恒定律,物理系统中的能量总量是不变的,即输入能量的总量等于输出能量的总量。

能量转化效率是指能量输入与输出的比值,衡量能量转化过程的效果。

提高能量转化效率有助于降低能源消耗和环境污染。

能量衡算的方法主要有两种:热力衡算和焓能衡算。

热力衡算是根据化学反应的热效应进行衡算,以热平衡方程为基础,计算输入和输出热量的总量。

焓能衡算是根据物料的热焓变化进行衡算,以焓平衡方程为基础,计算输入和输出焓能的总量。

化工设计物料衡算与能量衡算

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_物料衡算和热量衡算

化工原理_物料衡算和热量衡算

(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 )
二、物料衡算
新鲜空气
L, t0 , H0
预热
1 产品 量
G1 , w1( X1 )湿物料
热空气
L, t1 , H1
产品
干燥
G2 , w2( X 2 )
废气
L, t2 , H 2
G2
1 1
w1 w2
G1
(5-30)
四、干燥过程在湿焓图上的表达
1 典型干燥过程
将热量衡算式各项除以W:
G l( I2 - I1 ) = QD - W ( I'2 -I'1 ) - QL
代入: l 1 H2 H1
ε
=
I2 H2
-
I1 H1
=
QD
G W
(
I'2 -I'1
) - QL
B
根据e 的值,把干燥器分成两大类: t2
2 水分气化 量
绝干物料量
W G1 G2 G( X1 X 2) G = G1(1- w1 ) = G2(1-w2 )
单位!
9、要学生做的事,教职员躬亲共做; 要学生 学的知 识,教 职员躬 亲共学 ;要学 生守的 规则, 教职员 躬亲共 守。21.7.2221.7.22T hursday, July 22, 2021
H0,t0,I0
预热
Qp
QL
L
H1,t1,I1
G1,w1, q1,I’1
干燥
L
H2,t2,I2
G2,w2, q2,I’2
QD
整个系统: 进入 离开
热空气 物料 加入 损失

化工设计第3、4章物料衡算和能量衡算和过程模拟

化工设计第3、4章物料衡算和能量衡算和过程模拟
= 2.82mol; 反应的CH3OH =0.75×1 = 0.75mol
输出: HCHO(输出)= 0.75mol; CH3OH(输出)= 1- 0.75 = 0.25mol; O2(输出)= 0.75- 0.75×0.5=0.375mol; H2O(输出)= 0.75mol
循环过程(两种解法)
1) 确定加热剂或冷却剂的消耗量; 2)为公用工程(热工、电、锅炉、给水、冷暖)提供设计条件; 3) 为提高能量利用率,降低能耗提供重要依据; 4)确定总需求能量和能量的费用。
热量衡算步骤
(1)以单位时间为基准的物料流程图,确定热量平衡范围; (2)在物料流程图上标明已知温度、压力、相态等已知条件; (3)选定计算基准温度; (4)列出热量衡算式,求解未知值; (5)整理并校核计算结果,列出热量平衡表。
F1=2000kg/h 75%液体 25%固体
过滤机
滤饼 90%固体 F3=?kg/h 10%液体
F2=?kg/h 1%固体 99%液体
滤液
精馏过程
F3
F1 料液 乙醇 40% 水 60%
馏出液
乙醇=1% 水 24% 苯 75%
F2 苯
乙醇产品 F4=1000kg/h
化学反应过程的物料衡算
1.直接计算法
化工工程设计中需要大量的时间查找、筛选和估算物性数据。 衡算时必须有足够而准确的原始数据。原始数据的来源根据计算 性质而不同。 对于设计一个新的工艺过程,有关数据可由实验室试验或中试提 供,对于生产过程,则由生产装置测定而得到。当某些数据不能精确 测定或缺少时,可在工程设计计算所允许的范围内推算或假设。
过程模拟简介
过程模拟类型 模拟型、设计型、优化型
过程模拟的三要素 系统模型、物性数据和热力学方法、算法

(完整word版)物料衡算和热量衡算

(完整word版)物料衡算和热量衡算

3 物料衡算依据原理:输入的物料量=输出的物料量+损失的物料量3.1 衡算基准年生产能力:2000吨/年年开工时间:7200小时产品含量:99%3。

2 物料衡算反应过程涉及一个氧化反应过程,每批生产的产品相同,虽然有原料对叔丁基甲苯和溶剂甲苯的循环,第一批以后循环的物料再次进入反应,但每批加料相同。

在此基础上,只要计算第一个批次的投料量,以后加料一样.反应釜内加热时间2h、正常的反应时间18h、冷却时间1h。

加上进料和出料各半个小时,这个生产周期一共2+18+1+1=22h。

所以在正常的生产后,每22小时可以生产出一批产品。

每年按300天生产来计算,共开工7200小时,可以生产327个批次.要求每年生产2000吨对叔丁基苯甲酸,则每批生产2000÷327=6.116吨。

产品纯度99 %(wt %)实际过程中为了达到高转化率和高反应速率,需要加入过量对叔丁基甲苯做溶剂,反应剩余的原料经分离后循环使用。

3。

2.1 各段物料(1)原料对叔丁基甲苯的投料量设投料中纯的对叔丁基甲苯为X kg,则由C11H16C11H14O2M 148。

24 178.23m x 6054.8得x=6054。

8×148。

24÷178.23=5036.0 kg折合成工业原料的对叔丁基甲苯质量为5036。

0÷0。

99=5086。

9kg实际在第一批生产过程加入的对叔丁基甲苯为6950。

3kg(2)氧气的通入量生产过程中连续通入氧气,维持釜内压力为表压0.01MPa,进行氧化反应.实际生产过程中,现场采集数据结果表明,通入的氧气量为1556.8 kg,设反应消耗的氧气量为x kg3/2O2C11H14O2M 31。

99 178.23m x 6054.8得x= 3/2×6054。

8×31.99÷178。

23=1630。

1kg此时采用的空气分离氧气纯度可达99%,因此折合成通入的氧气为1630.1÷0.99=1646。

物料衡算和热量衡算

物料衡算和热量衡算

物料衡算和热量衡算在化工生产过程中,原料、水、电、蒸汽消耗量、主副产品产量等,都是十分重要的工艺指标。

为了得到这些数值,衡量生产过程的先进性,需要进行生产过程中局部的或全过程的物料衡算和热量衡算。

第一节物料衡算一、物料衡算及其分类物料衡算是根据质量守恒定律,对化工过程中的各股物料进行分析和定量计算,以确定它们的数量、组成和相互比例关系,并确定它们在物理变化或化学变化过程中相互转移或转化的定量关系的过程。

通过物料衡算计算转化率、选择性,筛选催化剂、确定最佳工艺条件,对装置的生产情况做出分析,判断装置是否处于最佳运转状态,为强化生产过程提供依据和途径。

因此,物料衡算是化工科研、设计、生产及其它工艺计算、设备计算的基础。

物料衡算按其衡算范围,有单元操作(或单个设备)的物料衡算与全流程(即包括各个单元操作的全套装置)的物料衡算;按其操作方式,有连续操作的物料衡算与间歇操作的物料衡算;按有无反应过程,有无化学反应过程的物料衡算与有化学反应过程的物料衡算;此外,还有带循环的化工过程的物料衡算。

物料衡算的计算一般分为两种情况。

一种是在已有的装置上,对一个车间、一个工段、一个设备或几个设备,利用实际测定的数据(或理论计算数据),算出另外一些不能直接测定的物料量,由此,对这个装置的生产情况作出分析,找出问题,为改进生产提出措施。

另一种是对新车间、新工段、新设备作出设计,即利用本厂或别的工厂已有的生产实际数据(或理论计算数据),在已知生产任务下算出需要原料量,副产品生成量和三废的生成量,或在已知原料量的情况下算出产品,副产品和三废的量。

二、物料衡算的依据和衡算范围物料衡算的理论依据是质量守恒定律,即在一个孤立的系统中,不论物质发生任何变化,其质量始终不变。

质量守恒定律是对总质量而言的,它既不是一种组分的质量,也不是指体系的总摩尔数或某一组分的摩尔数。

在化学反应过程中,体系中组分的质量和摩尔数发生变化,而且在很多情况下总摩尔数也发生变化,只有总质量是不变的。

化工设计之物料衡算及热量衡算

化工设计之物料衡算及热量衡算

每小时需要的乙苯量: =530Kg/h 每小时需要的乙苯量: 530/0.98=540.8Kg/h 每小时需要的水蒸气的量: 540.8×2.6=1406.08Kg/h 其余为甲苯,则甲苯量为:540.8×0.02=10.8Kg/h (2)产物组成 苯乙烯的产率为90%,可知理论苯乙烯的量为: 208.3/0.9=231.4Kg/h
能量衡算
特殊过程能量衡算时的简化如下:
• • • •
绝热过程(Q = 0) △H =W 无做功过程(W = 0) △H =Q 无功、无热量传递过程(Q =0,W =0) △H =0 间歇过程△(PV) =0 △U =Q +W
化学反应过程的能量衡算
• 对于无化学反应的能量衡算问题,由于都是物理 过程,所以只要计算进出口流股相对于参考态的焓, 即可计算出焓值
- h 2.22
=25.81kJ/mol
- h 42.22
=42.9kJ/mol
则溶液稀释后能量的变化为 △H=(42.9-25.81)*3.125=53.41KJ 该能量使得水的温度升高
根据Q=Cm△T Q为总能量, C为水的比热容, m为水的质量, △T为温度变化量
查水的比热容为
4.2 103 kJ / kg ℃
每小时转化的乙苯量为: =235.9Kg/h=2.23Kmol/h 未反应的乙苯量为:540.8-235.9=304.9Kg/h 生成的甲苯量: 2.23×0.05×92+10.8=21.1Kg/h
生成的苯量:
2.23×0.03×78=5.22Kg/h
生成的焦炭量:
2.23×0.02×7×12=3.75Kg/h
第二种基准中的物质,是组成反应物和产物的、以自然 形态存在的原子。
18

化工设计之物料衡算和热量衡算

化工设计之物料衡算和热量衡算
在下列情况下上式可简化为: ①稳定操作过程( -)+(- )= W ②系统内无化学反应的间歇操作:- = W ③系统内无化学反应的稳态操作过程: - = 0 对于没有化学反应的过程,一般上列写各组分的衡算方程,只有涉及化学反应量,才列写出各元
素的衡算方程。
• 稳态过程(连续),体系内无物料积累。
Ns
体系内发生化学反应
输 物 入 料 的 量 ± 反 消 应 耗 生 的 成 物 或 料 量 = 输 物 出 料 的 量 + 积 物 累 料 的 量
列物料衡算式时应注意: 1.物料平衡是指质量平衡,不是体积或物质的量(摩尔数)平衡。 2.若体系内有化学反应,则平衡式中各项用摩尔/时为单位时,必须考虑反应式的化学反应系数。因为 反应前后物料中的分子数不守恒。
解:
1、画物料流程简图
设 X—废酸量,;
Y—浓H24量,;
Z—浓3量; 2、选择标准,可以选废酸或浓度的量为基准,也可以用混合酸的量为基准,因为四种酸的组成 均已知,选任何一种作基准计算都很方便。
3、列物料衡算式,该体系有3种组分,可以列出3个未知量。
基准:100混合酸 总物料衡算式 100
(1)
混合后的酸,含132O,所以计算结果正确。 以上物料衡算式,亦可以选总物料衡算式及H24与3两个衡算式,或H24、3和H2O三个组分进行 计算,均可以求得上述结果。
代数法求解时,列衡算式应注意下列几点: 1、无化学反应体系,能列出的独立物料衡算式数目,最多等于输入和输出物料中化学组分的数目。
2、首先列出含有未知量数目最少的物料衡算方程,以便于解题。
①时间基准 (单位时间可取1d、1h或1s等等)。 ②批量基准 ③质量基准 例如: 可取某一基准物流的质量为100为基准计算。 ④物质的量基准 ⑤标准体积基准

化工设计物料衡算和热量衡算

化工设计物料衡算和热量衡算

化工设计物料衡算和热量衡算化工设计物料衡算和热量衡算是化工工程设计中非常重要的内容。

物料衡算是指在化工工程中对物料的流动进行计算和衡量的过程,而热量衡算则是指对化工工程中的热量流动进行计算和衡量的过程。

下面将详细介绍这两个内容。

首先,物料衡算是化工工程设计中的一个必不可少的环节。

物料衡算要基于反应的化学反应原理或工艺流程,计算出物料的各项数据,如流量、摩尔质量、摩尔仓数等。

具体的衡算步骤包括:确定物料的基本特性,如摩尔质量、密度等;确定物料的流动量和流速;根据反应方程式和反应器的驱动力,计算出反应速率;进一步计算出反应器的物料应用时间(HRT),以衡量物料在反应器中的停留时间。

物料衡算的目的是为了选择合适的设备和工艺流程,以确保化工工程的安全运行。

通过物料衡算,可以计算出物料在不同设备中的流速和停留时间,从而判断是否需要增加搅拌装置或延长反应器的体积等改进措施。

此外,物料衡算还能帮助设计人员确定各种物料转移设备的大小和形式,以满足工艺流程的需求。

其次,热量衡算是物料衡算的重要组成部分,也是化工工程中的关键环节。

热量衡算要根据物料的热力学特性及其运动过程,计算出热量的流动和传递。

具体的衡算步骤包括:测定物料的初始和终止温度;计算物料的比热容和比焓;计算物料在设备中的热量传递和损失;计算过程中发生的温度变化和热量变化;计算设备的热损失和热水平;最终评估设备的热效率。

热量衡算的目的是为了保证化工工程的热平衡和能量效率。

通过热量衡算,可以计算出各个设备和工艺过程的热量损失和热交换,从而判断是否需要增加散热装置或回收热量等改进措施。

此外,热量衡算还能帮助设计人员确定各种热交换设备的大小和形式,以满足工艺流程的需求。

总结来说,物料衡算和热量衡算是化工工程设计中非常重要的内容。

物料衡算可以帮助设计人员选择合适的设备和工艺流程,确保化工工程的安全运行;热量衡算则可以保证化工工程的热平衡和能量效率。

通过物料衡算和热量衡算,设计人员可以更好地优化工艺流程,提高化工工程的效率和经济性。

化工中物料衡算和热量衡算公式

化工中物料衡算和热量衡算公式

化工中物料衡算和热量衡算公式物料衡算和热量衡算物料衡算根据质量守恒定律,以生产过程或生产单元设备为研究对象,对其进出口处进行定量计算,称为物料衡算。

通过物料衡算可以计算原料与产品间的定量转变关系,以及计算各种原料的消耗量,各种中间产品、副产品的产量、损耗量及组成。

物料衡算的基础物料衡算的基础是物质的质量守恒定律,即进入一个系统的全部物料量必等于离开系统的全部物料量,再加上过程中的损失量和在系统中的积累量。

∑G1=∑G2+∑G3+∑G4∑G2:--输人物料量总和;∑G3:--输出物料量总和;∑G4:--物料损失量总和;∑G5:--物料积累量总和。

当系统内物料积累量为零时,上式可以写成:∑G1=∑G2+∑G3物料衡算是所有工艺计算的基础,通过物料衡算可确定设备容积、台数、主要尺寸,同时可进行热量衡算、管路尺寸计算等。

物料衡算的基准(1)对于间歇式操作的过程,常采用一批原料为基准进行计算。

(2)对于连续式操作的过程,可以采用单位时间产品数量或原料量为基准进行计算。

物料衡算的结果应列成原材料消耗定额及消耗量表。

消耗定额是指每吨产品或以一定量的产品(如每千克针剂、每万片药片等)所消耗的原材料量;而消耗量是指以每年或每日等时间所消耗的原材料量。

制剂车间的消耗定额及消耗量计算时应把原料、辅料及主要包装材料一起算入。

热量衡算制药生产过程中包含有化学过程和物理过程,往往伴随着能量变化,因此必须进行能量衡算。

又因生产中一般无轴功存在或轴功相对来讲影响较小,因此能量衡算实质上是热量衡算。

生产过程中产生的热量或冷量会使物料温度上升或下降,为了保证生产过程在一定温度下进行,则外界须对生产系统有热量的加入或排除。

通过热量衡算,对需加热或冷却设备进行热量计算,可以确定加热或冷却介质的用量,以及设备所需传递的热量。

热量衡算的基础热量衡算按能量守恒定律\在无轴功条件下,进入系统的热量与离开热量应该平衡\,在实际中对传热设备的衡算可由下式表示Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6(1-1)式中:Q1-所处理的物料带入设备总的热量,KJ;Q2-加热剂或冷却剂与设备和物料传递的热量(符号规定加热剂加入热量为\,冷却剂吸收热量为\),KJ;Q3-过程的热效率,(符号规定过程放热为\;过程吸热为\)Q4-反应终了时物料的焓(输出反应器的物料的焓)Q5-设备部件所消耗的热量,KJ;Q6-设备向四周散失的热量,又称热损失,KJ;热量衡算的基准可与物料衡算相同,即对间歇生产可以以每日或每批处理物料基准。

化工设计之物料衡算及热量衡算

化工设计之物料衡算及热量衡算

化工设计之物料衡算及热量衡算化工设计中的物料衡算和热量衡算是非常重要的步骤,可以帮助工程师确定所需的原料数量和能源消耗。

本文将讨论物料衡算和热量衡算的原理、方法和应用。

一、物料衡算物料衡算是指根据化工过程的原理和条件,计算出所需原料的数量。

1.原料衡算的原理在化工过程中,根据反应式、反应的平衡常数、物料的摩尔平衡和原料的纯度等信息,可以得出原料的物质平衡方程。

2.原料衡算的方法(1)平衡更新法:根据反应式及其他物质平衡方程,利用线性方程组求解方法,逐步逼近平衡条件,得出原料数量的近似解。

(2)摩尔关系法:利用反应的摩尔比例来计算原料的摩尔数量。

根据反应的平衡常数和其他物质平衡方程,可以得到原料的摩尔数量。

3.原料衡算的应用物料衡算在化工过程中有广泛的应用。

例如,在合成反应中,根据反应需求,确定所需原料的摩尔数量;在萃取过程中,根据溶剂和溶质的摩尔比例,计算溶液中的溶质浓度。

二、热量衡算热量衡算是指根据化工过程的热力学原理和条件,计算出所需的能量消耗。

1.热量衡算的原理根据热力学定律,可以计算化学反应的焓变,并以此来确定反应所需的热量。

热量衡算也需要考虑其他因素,如物料的温度、压力变化等。

2.热量衡算的方法(1)焓变法:根据反应的焓变和反应的摩尔比例,计算出反应所需的热量。

焓变可以通过实验测量或热力学数据库来获取。

(2)能量平衡法:考虑物料流动和热交换等因素,通过能量平衡方程求解,计算出能量的输入和输出。

3.热量衡算的应用热量衡算在化工过程中的应用非常广泛。

例如,在高温燃烧反应中,需要计算反应所需的燃料气体的热量;在蒸汽发生器中,需要计算蒸汽的产生量和燃料的热量供应。

物料衡算和热量衡算是化工设计中不可或缺的两个步骤,可以帮助工程师确定原料的用量和能量消耗,从而优化过程设计、提高生产效率和节约能源。

在进行衡算时,需要准确地获取物料的性质数据,合理地选择计算方法,并考虑到实际操作条件的变化,以保证设计结果的可靠性和实用性。

化工设计第三章 物料衡算和能量衡算

化工设计第三章 物料衡算和能量衡算
【解】 ⑶ 方程与约束式
物料衡算
①物料平衡方程
C2H4 - F1x11 F2 x21 2r1 r2 0 O2 -- F1x12 F2 x22 r1 3r2 0 N2-- F1x13 F2 x23 0 C2H4O F2 x24 2r1 0 CO2 - F2 x25 2r2 0 H2O- F2 x26 2r2 0
������ (5)Handbook of Technology
������ (6)I.C.T (国际物理、化学和工艺数值手册)
������ (7)化工工艺设计手册
������ (8)材料与零部件手册

§3-2 物料衡算
对已有的生产设备或装置,利用实际测定的数 据,算出另一些不能直接测定的物料量。用此 计算结果,对生产情况进行分析、作出判断、 提出改进措施。
⑵ 计算简图,如图3-1所示
1
F1
x11,x12,x13
r1 r2
催化反应器
γφ
F2 x21 x22 x23 x24 x25 x26
⑶ 方程与约束式 ①物料平衡方程 根据
Ns
Nr
Fixij jmrm 0( j 1,2,..., Nc )
i1
m1
2

四、连续过程的物料衡算
由题意取 F1, x11, 1 , ,
为一组设计变量,其值分别为:
F1=1000 mol/h
x11 0.1
1 0.25 0.8
0.21 / 0.79 0.2658

四、连续过程的物料衡算
【解】 ⑸ 求解方程组
物料衡算
方程式(1)与式(3)中只含两个未知数 x11 , x13 可首先
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化工设计物料衡算和热量衡算
化工设计中的物料衡算和热量衡算是其重要组成部分,对于化工过程
的正常运行和优化具有重要意义。

物料衡算主要是指对于化工过程中的原料、中间产物和最终产物的质量和数量进行计算和控制的过程。

而热量衡
算则是指对于化工过程中的能量平衡的计算和分析。

化工设计中的物料衡算首先需要确定化工过程的原料组成和性质,包
括原料的化学成分、物理性质和纯度等。

根据原料的性质和化学反应方程,可以计算出原料的消耗量和产物的生成量。

同时,还需要考虑到原料的损
失和副反应的发生,以及可能的回收和再利用,从而对原料的总需求进行
准确的衡算。

此外,物料的运输和储存也需要考虑到,包括原料的装卸和
包装,以及仓库的容量和仓储条件等。

在化工过程中,热量的衡算是不可或缺的。

热量衡算主要包括热量输
入和输出的计算和分析。

热量输入一般是通过化学反应或物理过程得到的,主要包括燃烧、加热和蒸发等。

热量输出则是指化工过程中热量的损失和
传递,包括冷却、换热和放热等。

通过准确的热量衡算,可以确定化工过
程中的热能转化效率和能量消耗情况,从而对能源的利用进行优化和改进。

在物料衡算和热量衡算中,还需要考虑到化工过程中可能存在的变化
和调整。

化工过程中的原料组成和性质可能会随着时间的推移而发生变化,例如反应的进程或携带物等。

因此,在衡算过程中需要对变化因素进行考虑,并进行相应的调整。

例如,可以通过实验和模拟等手段对原料的性质
和反应条件进行测定和预测,从而对衡算结果进行修正和优化。

总之,物料衡算和热量衡算是化工设计中的重要内容,对于化工过程
的正常运行和优化具有重要的影响。

通过准确的物料衡算,可以确定化工
过程中的原料需求和产物生成量,并进行合理的储存和管理。

通过热量衡算,可以确定化工过程中的能量平衡和热能转化效率,从而对能源的利用进行优化。

这些衡算结果可以为化工过程的生产计划、产品质量控制和能源管理提供重要参考。

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