化工设计第三章
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：
第三章 能量衡算
O2 200 0 75 635.25 H2O (气)
150 1435.5
已知氨的消耗量为100mol/h，反应的标准反应热
H
0 r
=-904.6kJ/mol，则反应放出的热量：
nAR
H
0 r
100 (904.6)
22615kJ
/h
A
4
H
H
0 r
输出ni Hi
输入 niHi 22615 （635.25 845.3 1435.5） 0
19700kJ / h
化工设计电子课件
（四）以标准生成热为基础进行衡算
一、生成热
在标准状态下，由构成组成的元素生成1mol组分
时的焓差。任何反应的标准反应热可以由反应物和生
成物的生成热计算得到。反之，组分的生成热也可以
其中,
niHi
nn
n
ni
H
0 f
,298
K
T2
298 niCP,idT
n
H
/ i ,298
K
i 1
i 1
n i 是组分i的量（kmol/h）；
H
0 f
,298K
是组分i的标准生成热(kJ/mol)；
C P,i 是组分i的等压热容(kJ/mol.K)；
H i,298K 是进料组分i在基准温度下从进料相态变为基准相态时
热锅炉冷却，废热锅炉产生4.5atm的饱和蒸汽。已知
进水温度为20℃，压力为4.5atm，进料水与甲醇的
摩尔比为0.2。假如锅炉是绝热操作，求甲醇的出口温
第 三
度。
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。
化工设计流程课件
未反应物循环利用（返回反应过程或加工成 副产物） 副产物处理（设计制备、包装、贮运等）
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Design of Chemical Engineering 化工设计
三废处理：
三废： 废气 废液 废渣 所含有害物质在排放前应该达到排放标准； 尽量综合利用，变废为宝；污染问题不解决， 不允许投产。 相关政策法规
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Design of Chemical Engineering 化工设计
原料预处理：
预热（冷） 汽化 干燥 粉碎筛分 提纯精制 混合 配制 压缩等
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Design of Chemical Engineering 化工设计
产物后处理：
产物处理（分离净化） 产品处理（作为下一工序原料、筛选、包装、
7
Design of ChemicBiblioteka l Engineering 化工设计
二、生产方法和工艺流程确定的步骤
1．搜集资料，调查研究 （技术路线特点、工艺参数、原材料和公用工程 单耗、产品质量、三废治理以及各种技术路线的 发展情况与动向等 ） 2．落实设备 （分为三种类型：国内已有定型产品；需要进口； 国内需重新设计制造） 3. 全面对比
16
Design of Chemical Engineering 化工设计
其他相关措施及设计：
确定公用工程的配套措施 确定操作条件和控制方案 制定切实可靠的安全生产措施 保温、防腐的设计
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Design of Chemical Engineering 化工设计
例2-1用混酸硝化氯苯制备混合硝基氯苯。 已知原始数据：混酸的组成（摩尔分数，下同）为HNO347%、 H2SO449%、H2O4%；氯苯与混酸中HNO3的摩尔配比为1：1： 1；硝化温度80℃；硝化时间3h；硝化废酸中含硝酸＜1.6%，含 混合硝基氯苯为获得混合硝基氯苯量的1%。 试用“方案比较”的方法，确定最适宜的硝化及其后处理工艺流程。
化工设计教案(全面)
化工设计教案(全面)第一章：化工设计基本概念1.1 化工设计的定义和意义1.2 化工设计的内容和流程1.3 化工设计的任务和目标1.4 化工设计的依据和标准1.5 化工设计的注意事项第二章：化工工艺流程设计2.1 工艺流程设计的原则和步骤2.2 工艺流程图的绘制和符号表示2.3 物料平衡计算和设备选型2.4 工艺参数的确定和优化2.5 工艺流程的评析和改进第三章：化工设备设计3.1 常用化工设备类型和结构特点3.2 设备设计的基本原则和计算方法3.3 设备材料的选择和规格确定3.4 设备强度计算和应力分析3.5 设备的制造和验收要求第四章：化工布局设计4.1 布局设计的原则和步骤4.2 平面布局图的绘制和优化4.3 空间布局设计和设备排列4.4 管道布置设计和常用符号表示4.5 布局设计的评析和改进第五章：化工安全与环境设计5.1 安全设计的原则和内容5.2 危险分析和风险评估5.3 安全设施和防护措施的设计5.4 环境保护的原则和措施5.5 化工事故应急预案和处理措施第六章：化工经济性评估6.1 投资估算和成本分析6.2 经济效益评价指标和方法6.3 现金流量分析和财务评价6.4 成本控制和降低措施第七章：化工设备Piping 和Instrumentation 设计7.1 管道系统设计和常用管件7.2 管道材料选择和压力等级7.3 管道布置和走向优化7.4 仪表选型和控制系统设计7.5 设备接口和管道连接方式第八章：化工控制系统设计8.1 控制系统的类型和原理8.2 控制器选型和参数整定8.3 控制系统设备和元件的选择8.4 控制系统的安装和调试第九章：化工工艺模拟和优化9.1 工艺模拟软件的选择和应用9.2 工艺参数的模拟和优化9.3 工艺过程的模拟和结果分析9.4 工艺优化方法和案例分析10.1 设计文件的整理和归档10.2 设计成果的汇报和讲解10.3 设计中存在的问题和改进措施10.4 设计成果的评价和反馈10.5 答辩准备和注意事项重点和难点解析重点环节一：工艺流程设计的原则和步骤补充和说明：工艺流程设计是化工设计的核心，其合理性和科学性直接影响到整个化工生产过程的效率和安全性。
化工设计——第三章物料衡算和能量衡算
第一节 连续过程的物料衡算
二、物料衡算的基本程序 确定衡算的对象和范围。 (1) 确定衡算的对象和范围。 确定计算任务。 (2) 确定计算任务。 确定过程所涉及的组分， (3) 确定过程所涉及的组分 ， 并对所有组分依 次编号。 次编号。 对物流流股进行编号，并标注物流变量。 (4) 对物流流股进行编号，并标注物流变量。 收集数据资料。 (5) 收集数据资料。
2C2 H 4 + O2 → 2C2 H 4O
同时存在副反应： 同时存在副反应： C
2
H 4 + 3O2 → 2CO2 + 2 H 2O
如果进料物质的流量为1000mol/h，进料中含C 如果进料物质的流量为1000mol/h，进料中含C2H4 1000mol/h 摩尔分数为10% 乙烯的转化率为25% 10%， 25%， 摩尔分数为10%，乙烯的转化率为25%，生成产物的 的选择性为80% 80%， C2H4的选择性为80%，计算反应器出口物流的流量与 组成。 组成。
第一节 连续过程的物料衡算
四、反应过程的物料衡算
Ns Nr
∑ F x + ∑V
i =1 i ij m =1
jm m
r = 0( j = 1, 2, ⋅⋅⋅, N c )
第一节 连续过程的物料衡算
[例3-1]在化学反应器中，利用乙烯部分氧化制 1]在化学反应器中， 在化学反应器中 取环氧乙烷， 取环氧乙烷，是将乙烯在过量空气存在条件下通 过银催化剂进行。主反应： 过银催化剂进行。主反应：
第一节 连续过程的物料衡算
2、 选择基准 ， 可以选废酸或浓酸的量为 、 选择基准， 基准，也可以用混合酸的量为基准， 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， 四种酸的组成均已知，选任何一种作基准 计算都很方便。 计算都很方便。 3、列物料衡算式，该体系有 种组分，可 种组分， 、列物料衡算式，该体系有3种组分 以列出3个独立方程 所以能求出3个未知 个独立方程， 以列出 个独立方程，所以能求出 个未知 量。 基准： 基准：100kg混合酸 混合酸
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。
化工设计知识题及解答第三章
第三章物料衡算与热量衡算习题1连续常压蒸馏塔进料为含苯质量分数(下同)38％(wt)和甲苯62％的混合溶液，要求馏出液中能回收原料中97％的苯，釜残液中含苯不低于2％。
进料流量为20000kg ／h ，求馏出液和釜残液的流量和组成。
解：苯的相对分子质量为78，甲苯的相对分子质量为92。
以下标B 代表苯。
进料中苯的摩尔分数 38780.419638627892FB x ==+釜残液中苯的摩尔分数 2780.023*********WB x ==+进料平均相对分子质量 0.419678(10.4196)9286.13M =⨯+-⨯= 进塔原料的摩尔流量 2000232.2/86.13F kmol h == 依题意，馏出液中能回收原料中97%的苯，所以97.430.9794.51/DB Dx kmol h =⨯=作全塔苯的质量衡算得 FB DB WB Fx Dx Wx =+作全塔总质量衡算得 F W D =+ 将已知数据代人上述质量衡算方程得 232.20.419694.510.02351⨯=+ 232.2W D =+解得 124.2/,108/W kmol h D kmol h == 所以，94.5194.510.8752DB x ===习题2 采用蒸发方法将浓度为10%NaOH （质量浓度）及10%NaCl 的水溶液进行浓缩。
蒸发时只有部分水分汽化成为水蒸气而逸出，部分NaCl 结晶成晶粒而留在母液中。
操作停止后，分析母液的成分为：50%NaOH ，2%NaCl 及48%H 2O 。
若每批处理1000kg 原料液，试求每批操作中：1）获得的母液量，2）蒸发出的水分量，3）结晶出的NaCl 量。
解：所选择的基准为：每批处理量，1000kg 原料液总物料衡算F1 = F2 + F3 + F4组分物料衡算NaOH 平衡 1000×0.1=0.5F4 NaCl 平衡 1000×0.1=0.02F4+F3H 2O 平衡 1000（1-0.1-0.1）=F2+0.48F4 解得： F2=704kg ，F3=96kg ，F4=200kg 习题3 丙烷充分燃烧时要使空气过量25％，燃烧反应方程式为： 38222534C H O CO H O +→+试计算得到100摩尔燃烧产物（又称烟道气）需要加入的空气的摩尔量。
化工设计 教案(全面)
化工设计教案(全面)第一章：化工设计概述1.1 化工设计的定义与目的解释化工设计的概念阐述化工设计的目的和意义1.2 化工设计的分类与流程介绍化工设计的分类详细讲解化工设计的流程1.3 化工设计的原则与要求阐述化工设计的原则列举化工设计的要求第二章：化工原料选择与工艺路线设计2.1 化工原料的选择介绍化工原料选择的重要性讲解化工原料选择的依据和方法2.2 工艺路线设计解释工艺路线设计的概念详细讲解工艺路线设计的方法和步骤2.3 工艺参数的确定与优化介绍工艺参数的概念讲解工艺参数的确定和优化方法第三章：设备选型与布局设计3.1 设备选型的依据与方法解释设备选型的依据讲解设备选型的方法和步骤3.2 常用化工设备介绍介绍常用化工设备的类型和特点讲解设备选型的注意事项3.3 布局设计的原则与方法阐述布局设计的原则讲解布局设计的方法和步骤第四章：管道与仪表设计4.1 管道设计的基本原则与方法解释管道设计的基本原则讲解管道设计的方法和步骤4.2 仪表设计的基本原则与方法解释仪表设计的基本原则讲解仪表设计的方法和步骤4.3 管道与仪表的安装与调试介绍管道与仪表的安装方法讲解管道与仪表的调试方法第五章：安全与环保设计5.1 安全设计的基本原则与方法解释安全设计的基本原则讲解安全设计的方法和步骤5.2 环保设计的基本原则与方法解释环保设计的基本原则讲解环保设计的方法和步骤5.3 安全与环保的评估与改进介绍安全与环保的评估方法讲解安全与环保改进的方法和步骤第六章：化工过程控制系统设计6.1 过程控制的基本概念介绍过程控制的重要性阐述过程控制的基本概念和原理6.2 控制系统的组成与设计解释控制系统的基本组成讲解控制系统的设计方法和步骤6.3 常用控制仪表与设备介绍常用控制仪表和设备的类型与功能讲解控制系统的安装与调试方法第七章：化工工厂布置与结构设计7.1 工厂布置的原则与方法阐述工厂布置的原则讲解工厂布置的方法和步骤7.2 结构设计的基本原则与方法解释结构设计的基本原则讲解结构设计的方法和步骤7.3 工厂布置与结构设计的综合考虑介绍工厂布置与结构设计的相互关系讲解综合考虑因素的方法和步骤第八章：化工项目经济评估8.1 经济评估的基本方法介绍经济评估的概念和目的讲解经济评估的基本方法和步骤8.2 成本分析与计算解释成本分析的重要性讲解成本分析的方法和步骤8.3 收益预测与投资回报分析介绍收益预测的概念讲解收益预测和投资回报分析的方法和步骤第九章：化工项目施工与验收9.1 施工准备与组织阐述施工准备的重要性讲解施工准备的方法和步骤9.2 施工过程的管理与控制解释施工过程管理的重要性讲解施工过程的管理和控制方法9.3 项目验收的标准与程序介绍项目验收的标准和程序讲解项目验收的方法和步骤第十章：化工设计的改进与更新10.1 化工设计改进的依据与方法解释化工设计改进的依据讲解化工设计改进的方法和步骤10.2 化工设计更新的原则与程序阐述化工设计更新的原则讲解化工设计更新的方法和步骤10.3 化工设计改进与更新的实施与监督介绍化工设计改进与更新的实施方法讲解化工设计改进与更新的监督方法重点和难点解析重点环节1：化工设计的定义与目的解析：化工设计的概念和目的对于理解整个化工设计过程至关重要。
化工设计 第三章 2015 Aspen 物性估算 3-2
Aspen Plus 中的物性估算系统可以估算物性模型中的
许多参数。物性估算以基团贡献法和对比状态相关性为基
础，可以估算纯组分的物性常数，与温度相关的模型参数， Wilson、NRTL以及UNIQUAC方法的二元交互作用参数
以及UNIFAC方法的基团参数
例 估算二聚物“草酸二甲酯”的物性。
物性估算文件的保存和调用(II)
也可以打开****.bkp，dataSetupSpecificationGlobal Run type:Flowsheet
物性估算举例
物性估算举例
输入组分
物性估算举例
输入分子结构
物性估算举例
输入分子结构
物性估算举例
输入分子结构
物性估算举例
输入分子官能团信息
基团贡献法的基础，需将所用热力学方法相对应 的官能团按编号逐个输入，否则估算会警告。
物性估算举例
（1）通过Help查找官能团按编号逐个输入
物性估算举例
物性估算举例
（2）在官能 团按编号输 入时逐个查 看
物性估算举例
定义物性估算
估算所有参数
物性估算举例
输入已知物性参数
TB 沸点；TC 临界温度； PC 临界压力； VC 临界体积； ZC 临界压缩因子 DHFORM生成热； DGFORM生成自由能；OMEGA 偏心因子；DELTA 溶解度 参数； UNIQUAC 方程参数；PARC 等张比容； DHSFRM 固体生成热。。。
已知： 草酸二甲酯的分子式 正常沸点 密度 COOCH3 COOCH3 TB=163.5 ℃ 1.148 g/mL at 25 °C(lit.)
物性估算举例
， （ C4
H6 O4 ）
第三章 化工厂设计和操作安全
②加热炉设置在侧面风区域，并与其他危险设备的适度分 离。
③压缩机剧烈运转，应该注意与其他危险设备适当隔离。 压缩机容易泄漏气体，应该置于单元的下风区域。
④对于反应器，主要考虑的是提供充分的空间、反应器内 件安全操作的设施。有些高热运转的反应器，可以作为 火源来处理。
⑤电力线路必须从地下进入加工单元，适当安排入口点， 避免在整个单元的电力系统设置人孔。消防火栓或监控 器必须与危险点足够近，从而能有效发挥作用。
罐区应设在地势比工艺装置区略低的区域，决不能设在 高坡上。
通路问题。每一罐体至少可以在一边由通路到达，最好 是可以在相反的两边由通路到达。
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3.公用设施区
公用设施区应该远离工艺装置区、罐区和其他危险区，
以便遇到紧急情况时仍能保证水、电、汽等的正常供应。
锅炉设备和配电设备可能会成为引火源，应该设置在易 燃液体设备的上风区域。 锅炉房、变电所、泵站等应设置在高地。
管路一定不能穿过围堰区， 围堰区的火灾有可能毁坏管 路。 冷却塔释放出的烟雾会影响人的视线，冷却塔不易靠近 铁路、公路或其它公用设施。
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4.运输装卸区
良好的工厂布局不允许铁路支线通过厂区，可以把铁路 支线规划在工厂边缘地区解决这个问题。对于罐车和罐 车的装卸设施常做类似的考虑。
在装卸台上可能会发生毒性或易燃物的溅洒，装卸设施 应该设置在工厂的下风区域，最好是在边缘地区。
32
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二、单元区域的管线配置
1.管线配置的防泄漏设计
工厂化学品的主要泄漏与以下各项成比例： (1)管线的长度； (2)排放口的数量； (3)管线的复杂性。
管线的复杂性，一般反映在连接的泵的数量以及再循环物 流的数量两个方面。
34
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内容，对于化工流程的合理设计和优化具有重要意义。
物料衡算主要是指通过对原料、中间体和产物等物质在化工过程中的流动情况进行定量分析和计算，以达到合理使用和节约能源的目的。
能量衡算则是指化工过程中的能量流动情况的定量分析和计算。
物料衡算从物质的守恒原理出发，根据质量守恒定律和组分守恒定律，通过对物料在化工过程中的流动情况进行分析和计算，掌握物料流动的方式、速度和量，以及各个组分的分布情况。
物料衡算可以帮助化工工程师确定化工过程中原料的用量、中间体的产率、产品的纯度等重要参数，以及评估流程的合理性和可行性。
此外，物料衡算还可以帮助化工工程师预测和解决流程中可能遇到的问题，如混合不均、反应转化率低等，从而优化化工过程。
能量衡算在化工设计中同样非常重要。
能量衡算通过对化工过程中能量的流动和转换情况进行分析和计算，掌握能量的源头、消耗和转化等关键信息。
在能量衡算中，化工工程师需要对化工过程中的各个单位操作和设备进行能量平衡分析，如反应器、蒸发器、冷凝器等，以此来评估和优化能量利用的效率。
同时，能量衡算还可以帮助化工工程师检查和解决可能存在的能量损失和能量不平衡问题，从而提高化工过程的能量利用效率。
物料衡算和能量衡算在化工设计中有很多应用。
例如，在新工艺的设计和改进中，通过物料衡算可以确定合理的原料用量和物料流动方式，从而达到降低生产成本和提高产品质量的目的。
在设备的设计和选型中，通过能量衡算可以评估不同设备的能量消耗和效益，选择最适合的设备。
在工艺的优化和节能改造中，通过物料衡算和能量衡算可以找出能量损失的原因和途径，提出相应的改进方案，从而降低能耗和生产成本。
总之，物料衡算和能量衡算是化工设计中非常重要的内容。
通过物料衡算和能量衡算，化工工程师可以更好地理解和掌握化工过程中物质和能量的流动情况，从而进行合理的设计和优化，以实现降低成本、提高效益和节约资源的目标。
化工设计第3章(化工工艺流程图)
这些条件包括整个流程中各个单元设备的物料流量（投料
量）、组成、温度压力等，并且提出控制方案（与仪表控 制专业密切配合）以确保能稳定地生产出合格产品来。
化工工艺设计(Chemical Process Design)
西南科技大学
§3-5工艺流程设计方法与步骤
（一）工艺流程设计的方法
(9) 制定切实可靠的安全生产措施 在工艺设计中要考虑到开停车、长期运转和检修过程中可能 存在各种不安全因素，根据生产过程中物料性质和生产特点， 在工艺流程和装臵中，除设备材质和结构的安全措施外，在 流程中应在适宜部位上设臵事故槽、安全阀、放空管、安全
至于生产用电、上下水、空调、采暖通气都是应与其他
专业密切配合的.
化工工艺设计(Chemical Process Design)
西南科技大学
§3-5工艺流程设计方法与步骤 （一）工艺流程设计的方法
(8) 确定操作条件和控制方案
一个完善的工艺设计除了工艺流程等以外，还应把投产后
的操作条件确定下来，这也是设计要求。
况决定管道和设备是否需要保温和防腐。
化工工艺设计(Chemical Process Design)
西南科技大学
§3-5工艺流程设计方法与步骤 （一）工艺流程设计的方法
2.以方案比较作决定
一个优秀的工程设计只有在多种方案的比较中才能产生。
进行方案比较首先要明确判据，工程上常用的判据有产物 收率、原材料单耗、能量单耗、产品成本、工程投资等。 此外，也要考虑环保、安全、占地面积等因素。
化工工艺设计(Chemical Process Design)
西南科技大学
§3-5工艺流程设计方法与步骤
第五节 工艺流程设计方法与步骤
化工设计第三章 物料衡算和能量衡算
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
化工设计 教案(全面)
化工设计教案(全面)第一章：化工设计基本概念1.1 化工设计的定义解释化工设计的含义和目的强调化工设计在化工行业中的重要性1.2 化工设计的内容介绍化工设计的主要内容，包括工艺流程设计、设备选型、物料计算、热力学计算、传质和传递过程计算等1.3 化工设计的阶段说明化工设计的各个阶段，包括前期研究、基础设计、详细设计和施工图设计等第二章：工艺流程设计2.1 工艺流程设计的原则介绍工艺流程设计的基本原则，包括合理性、可靠性、安全性、环保性和经济性等2.2 工艺流程设计的方法讲解工艺流程设计的方法和步骤，包括流程图绘制、物料和能量平衡计算、设备选型和参数计算等2.3 工艺流程设计的案例分析提供一些工艺流程设计的案例，让学生通过分析和讨论来加深对工艺流程设计的理解第三章：设备选型与参数计算3.1 常用化工设备简介介绍常用化工设备的基本工作原理和结构特点，如反应器、塔、釜、泵、压缩机等3.2 设备选型的原则讲解设备选型的基本原则，包括设备性能要求、可靠性、安全性、经济性和维修方便等3.3 设备参数计算的方法介绍设备参数计算的方法，如流量计算、压力计算、温度计算等，并给出一些计算公式和案例分析第四章：物料计算与热量平衡4.1 物料计算的基本方法讲解物料计算的基本方法，包括质量守恒定律、反应物和物的摩尔比例关系等4.2 热量平衡计算的基本方法介绍热量平衡计算的基本方法，包括热量守恒定律、热量传递方程等，并讲解热量平衡表的编制方法4.3 物料和热量平衡计算的案例分析提供一些物料和热量平衡计算的案例，让学生通过分析和计算来加深对物料和热量平衡计算的理解第五章：安全性和环保性考虑5.1 化工设计中的安全性考虑强调化工设计中安全性考虑的重要性，讲解安全设计的原则和措施，如防爆、防泄漏、防腐蚀等5.2 化工设计中的环保性考虑讲解化工设计中环保性考虑的重要性，介绍环保法规和标准，讲解环保措施的设计和实施方法5.3 安全性和环保性案例分析提供一些安全性和环保性的案例，让学生通过分析和讨论来加深对化工设计中安全性和环保性的理解和认识。
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横向管道的管道代号注写在管道线的上方;
竖向管道则注写在管道线左侧，字头向左。
管段序号 工段号 物料代号 管道尺寸一般 管路外径 标注公称通径 壁厚 以mm为单位， 管道材料代号 注数字，不注 单位
VE 04 01—32 x 3.5 B
管段序号采用两 位数字，从01开 始，至99为止， 相同类别的物料 在同一主项内以 流向先后为序， 顺序编号
施工流程图一般采用一号图幅，横幅绘制， 特别简单的用二号图幅，不宜加宽和加长。
附注的内容是对流程图上所采用的，除设备外的 所有图例、符号、代号作出的说明。
工艺流程图
(6)
施工流程图的阅读
一、看标题栏和图例中的说明
工艺流程图
(6)
施工流程图的阅读
二、掌握系统中设备的数量、名称及位号
工艺流程图
(6)
管道流程线上应用箭头表示物料的流向。 图中的管道与其它图纸有关时，应将其端点绘制在图的左 方或右方，并用空心箭头标出物料的流向（进或出），在空 心箭头内注明与其相关图纸的图号或序号，在其上方注明来 或去的设备位号或管道号或仪表位号。
进 出
工艺流程图
(4) 带控制点工艺流程图（施工流程图）
施工流程图中的每条管道都要标注管道代号。
例：
PI 121
就地安装压力指示仪表 第一工段第21号仪表
TRC 131
集中仪表盘安装的温度 记录控制仪表 第一工段第31号仪表
工艺流程图
(4) 带控制点工艺流程图（施工流程图）
仪表安装位置的图形符号 安装 位置 图形符 号 备注 安装位 置 图形符 号 备 注
就地仪 表盘面 就地 安装 仪表
安装仪 表 嵌在 管道 内 集中仪 表盘面 后安装 仪表 就地仪 表盘面 后安装 仪表
管道等级 管径 隔热(声) 管道分段顺序号 主项代号 物料代号 管道号
PG 08 10—50 A1A—H
3)阀门、管件按规定图例画 (P81)
HG20519.32-92
4)绘出并标注全部检测仪表，调节控制系统， 分析取样系统（控制点）
这些控制点在流程图上是用一个Φ10mm的圆 圈加上字母符号，数字编号表示。用细实线绘制 在安装位置上。
使管道交叉。不能避免时，应将其中一根管道断开一段， 断开处的间隙应为线粗的5倍左右。管道要尽量画成水平和 垂直，不用斜线。若斜线不可避免时，应只画出一小段， 以保持图面整齐。
a)管道相连
(b)管道交叉
2）画出全部管道及阀门
管道的表示方法 (3)放气、排液及液封：管道上的取样口、放气口，排液管、 液封等应全部画出。放气口应在画在管道的上边，排液管 则绘于管道下侧，U型液封管尽可能按实际比例长度表示。
集中 仪表 盘面 安装 仪表
工艺流程图
(4) 带控制点工艺流程图（施工流程图）
仪表位号 被测变量字母代号 功能字母代号
P RC—3 01
序号 工段代号
仪表位号的组成
PRC 301
PI 60
集中仪表盘面安装的 就地安装的 压力指示仪表 压力记录控制仪表 仪表位号的标注方式
工艺流程图
(5)
图幅和附注
为了使设计出来的工艺流程实现优质、高 产、低消耗和安全生产，应注意以下问题： （1）确定整个流程的组成 （2）确定每个过程或工序的组成
（3）确定操作条件：
（4）确定控制方案 （5）合理利用原料及能量 （6）制定三废的治理方法
（7）制定安全生产措施
3 3.2 2 工艺流程图
工艺流程图：把各个生产单元按照一定的目的要
电动信号线 气动信号线 翅片管
柔性管 管线宽度与其相接 同心异 的新管线宽度相同 径管
喷淋管
工艺流程图
(4) 带控制点工艺流程图（施工流程图）
管道流程线要用水平和垂直线表示，注意避免穿过设备或 使管道交叉，在不可避免时，则将其中一管道断开一段，管 道转弯处一般画成直角。
a)管道相连
(b)管道交叉
（4）来向和去向：当流程图中的管道与其它图纸有关 时，要把其端点绘在图纸的左方或右方，并以空心箭 头标出物流方向，在空心注上所要去的图纸编号。在 细实线上注明要连接的管道编号或设备编号。
管道进图纸： 5mm
5mm
管道出图纸：
0210-3
20mm
来自E106
去E207
0210-5
0210-3、0210-5——图纸编号；E106、E207——设 备编号
冷交来液氨
L14Φ32X3.5 L13Φ32X3.5
去净氨塔 氨分来液氨
管道出界区：
管道进界区：
φ10mm
5mm m
XX-XXX 外管来 接图图号XX-XX
至 XX装置 接图图号XX-XX
2、管道的标注 每段管道上都要有相应的标注，横向管线标注在管线 上方，竖向标注在管线左方，若标注位置不够时，可将 部分内容移至管线下方或右上方。 内容包括四个组成部分：即管道号、管径和管道等级 和隔热或隔声等级。前两部分为一组，其间用一短横线 隔开，后两部分为另一组，其间用一短横线隔开，两组 间应留适当的空隙。（物料代号见P82）
施工流程图的阅读
三、了解主要物料的工艺施工流程线
工艺流程图
(6)
施工流程图的阅读
四、了解其它物料的工艺施工流程线
工艺流程图
带控制点工艺流程图（施工流程图）
物料名称
高压过热蒸 汽
P
物料代号
代 号 PA PG PG L PG S PL 物料名称 代号 工艺空气 HUS 工艺气体 LS
气液两相流 工艺物料 气固两相流 工艺物料
求，有机的组合在一起，形成一个完整的生产工 艺过程，并用图形描绘出来。它是设计和施工的
依据，也是操作运行及抢修的指南。
工艺流程图一般有如下几种： ◆全厂总工艺流程图或物料平衡图 ◆物料流程图 ◆工艺管道及仪表流程图
工艺流程图
(4) 带控制点工艺流程图（施工流程图）
管道代号
管道流程线
仪表
阀门 设备示意图
设备位号
工艺流程图
(4) 带控制点工艺流程图（施工流程图）
3.2.4.1 设备的画法与标注
在施工流程图中，设备的画法与方案流程图处基本相同。 与方案流程图处不同的是：对于两个或两个以上的相同设 备一般应全部画出。 施工流程图中每个工艺设备都应编写设备位号并注写设备 名称。与方案流程图中的设备位号应该保持一致。 当一个系统中包括两个或两个以上完全相同的局部系统 时，可以只画出一个系统的流程，其它系统用双点划线的 方框表示，在框内注明系统名称及其编号。
化，产物分离流程简化。（以可靠性为前提）
尽量使公用工程和能源动力消耗归一和简化
以CH3Cl生产为例：产品分离净化中的水洗， 碱洗，浓H2SO4干燥，硅胶，分子筛干燥等很繁杂。 如果采用冷冻方式除去水分同时除去微量HCl则流 程可大大简化。
工艺流程设计工艺的任务包括两个方面：
1、确定生产流程中各个生产过程的具体内容、顺序和 组合方式，由原料制成产品； 2、绘制工艺流程图，以图解的形式表示生产过程，当 原料经过各个单元操作过程制得产品时物料和能量发生 的变化及其流向，以及采用哪些化工过程和设备，再进 一步通过图解形式表示出化工管道流程和计量控制流程。
法兰、盲板等。这些管件可以使管道改换方向、变化口径，可以连通和 分流以及调节和切换管道中的流体。
截止阀
闸阀
球阀
直流截止阀
螺纹管帽
管端盲板
管帽
法兰连接
管端法兰((盖) 鹤管
三通截止阀
三通球阀
四通球阀
四通旋塞阀
工艺流程图
(4) 带控制点工艺流程图（施工流程图）
阀门等管件的画法与标注
3.2.4.3
在施工流程图中，管道附件用细实线按规定的符号在相应 处画出。阀门图形符号尺寸一般为长为6mm，宽为3mm或长为 8mm，宽为 为4mm。 为了安装和检修等目的所加的法兰、螺纹连接件等也应在 施工流程图中画出。 管道上的阀门、管件要按需要进行标注。当它们的公称直 径同所在管道通径不同时，要注出它们的尺寸。 当阀门两端的管道等级不同时，应标出管道等级的分界线， 阀门的等级应满足高等级管的要求。 对于异径管标注大端公称通径乘小端公称通径。
测量点
仪表的图形符号
2）画出全部管道及阀门
管道的表示方法 图上要画出所有工艺物料和辅助物料（如蒸汽、冷却 水、冷冻盐水等）的管道。
1、管道的画法 (1)线型规定：主物料管线用粗实线，辅助物料管线用中实
线，仪表管线、夹套管线等用细实线。
2）画出全部管道及阀门
管道的表示方法
(2)交叉与转弯：绘制管道时，应尽量注意避免穿过设备或
一般在充实完善工艺流程时要从下列几方面去考虑
（1）完善充实物料的输送装置（容易被忽视） （2）从提高原材料的转化率和利用率方面去考虑 （3）充分利用溶剂和未转化的物料 （4）尽量节省能量，热量回收 （5）产品的净化过程力求完善，尽量满足各种要求
（质量指标，使用性能，加工性能等多方面要求）
（6）考虑设备之间的衔接和配套，并使操作富有弹性 （7）考虑“三废”的综合利用
字母 首位字母
被测变量 A C D F G H I L M P Q R S T 修饰词Fra bibliotek后继字母
分析 电导率 密度 流量 长度 手动(人工触发) 差 比(分数) 电流 物位（液位） 积分积算 水分或湿度 安全 压力或真空 数量或件数 放射性 速率或频率 温度
报警 控制 玻璃 指示 信号(指示灯) 试验点(接头) 积分积算 记录或打印 开关或联锁 传递
BW
CS
锅炉给水
化学污水
FS固体燃料
DR NG天然气VT
排液、导淋
放空
PW 工艺水
(2)初步设计（扩初设计）流程图 ──把初步设计流程用图解方式表示出来 工艺物料流程图 带控制点工艺流程图