化工设计概论和化工制图课件--第五章-化工计算

一、能量的形式和概念 1、动能（K）
k 1 mv 2 2
表示物体作相对于环境运动所具有的能量。
2、势能（Z） z mgh
表示物体在重力场中受重力作用而具有的能 量。
3、内能（U）
表示物体内分子、原子能量的宏观尺度。
4、热（Q）
物体与环境之间由于温差而引起传递的能量。
5、功（W）
物体与环境之间由于矢量位移而引起传递的 能量。
2)真实热容与平均热容
CP abTcT2 dT3
CP
H T2 T1
T2 (abTcT2)dT
T1
T2 T1
3)热容的估算 柯普法则:1mol化合物的总热容,近似地等于
化合物里以原子形式存在的元素热容的总和。 4)潜热
克拉贝龙—可劳修斯公式:源自Lnp2 p1RHT11 T12
5)反应热
由标准生成热
14 .5 % 乙醇 84 .5 % 苯 1% 水
99 .9 %乙醇 0.1% 水 100 吨
53 % 乙醇 11 % 苯 36 % 水
40.5%乙醇 59.5%苯
5%乙醇 95 % 水
设:x=苯的输入量;y= 95％乙醇输入量;z= 5％ 乙醇输出量。 三个组分,三个未知数,可列出三个方程求解。 1)苯的衡算 x = 0 2)乙醇的衡算 0.95y = 0.999(100) + 0.05z 3)总的物料衡算 x + y = 100 + z 上三式联立求解得: x=0 y=105.44(吨) z=5.44(吨)
例5-1 用恒沸蒸馏法,将含有95％的乙醇水溶液 制成浓度达99.9％乙醇水溶液,以苯作溶剂。 其流程及各物流的组成如图5-2所示。试计算 每生产100吨99.9％乙醇水溶液,应向塔A加入 的:
(1)95％的乙醇水溶液量;(2)苯量。
例5-1
95 %乙醇 5%水
18 .5 % 乙醇 74 .1 % 苯 7.4% 水
设计概论与化工制图
工厂基本建设过程
｛｝ 1、可行性研究
2、初步设计 3、施工图设计 4、施工、试车、
1、厂址选择 2、总平面设计 3、工艺设计
验收
1、工艺流程设计 2、化工计算 3、设备的选型与设计 4、车间布置设计 5、管道设计 6、公用工程 7、向有关专业提供条件 8、工程概预算 9、技术经济分析 10、安全生产与环境保护
二、化工过程综合 1、过程综合要求:提出几个方案。 2、过程分析和优化:使设备费和操作费最低。 3、过程选择:对比方案,选择最好方案。
三、化工过程参数 1、温度 2、压力 3、流量 4、组成
第二节 物料衡算 一、物料衡算的意义和作用
物料衡算是化工计算中最基本、最重要 的内容之一，是进行化工计算的基础。对工厂 技术经济指标有举足轻重的影响。 二、物料平衡方程式
变化的衡算称为热量衡算。 1、热平衡方程式
1)等压过程,只做膨胀功(如连续过程)热量衡 算式为：
△H=∑H出－∑H入＝∑Q
2)非流动体系,忽略动能和势能(如间歇过程)：
△U=∑U出－∑U入＝∑Q
3)普遍应用的平衡式： Q1(物料)+Q2(介质)+Q3(反应)=Q4(物料)+Q5(设备)+Q6(损失)
*由键能估算反应热。
估计乙烷裂解制乙烯的反应热
1.列出反应式
C2H6→C2H4+H2
2.写成化学键形式
H﹨ ／H
H﹨ ／H
H－C－C－H → C＝C + H－H
H／ ﹨H
H／ ﹨H
3.归纳改组化学键
2、热量衡算的方法和步骤 1)分析各股物料之间热平衡关系 2)收集计算数据 3)标绘热量衡算示意图 4)确定衡算范围 5)选定计算基准:100kg kg/h。 6)列出输入--输出热平衡表
3、有关热数据的计算
1)焓:恒压时
H
T2 T1
C
P
dT
系统中物质相变时
H
H 潜
T2 T1
C
P
dT
第五章 化工计算 第一节 化工过程 一、化工过程分类 1、化学反应:有新物质生成的变化类型。 2、分离或提纯:利用相变如 蒸馏,结晶,萃取。 3、混合:利于加速传热传质,溶液,乳浊液,悬 浮液。 4、输送:液体输送,机械输送,风力输送。 5、温度、压力和相变:温度可使物质产生相变 如冷凝,蒸发,熔化。温度可改变粘度,溶解度, 表面张力。压力对气体在液体中的溶解度有 很大影响。
二、能量平衡方程式
1、能量衡算的基本方程式
输入的能量-输出的能量=累积的能量
H K ZQ W
2、间歇过程的能量平衡方程式
△U=Q-W
3、连续稳定流动过程的能量平衡方程式
输入的总能量=输出的总能量
△H=Q-W
4、机械能平衡方程式
伯努利方程式 12ub2pLw0
pgz12ub2 C
三、热量衡算 在能量衡算中,不讨论能量转换,只考虑热量
H
0 f
计算反应热
H
0 r
。
由 由键标能准估燃算烧反热应H热c0 。计算反应热
H
0 r
。
* 柯普法则:1mol化合物的总热容,近似地等于 化合物里以原子形式存在的元素热容的总和。 例:估算固体Ca(OH)2 的热容 (见表5-1) (Cp)Ca(OH)2 = (Cp)Ca +2(Cp)O +2(Cp)H (Cp)Ca(OH)2 = [26 +(2×17) +(2×9.6)] (Cp)Ca(OH)2 = 79.2 J/mol.℃
1、普遍应用的平衡式 输入量+产生量-输出量-消耗量=累积量
2、连续稳定过程的平衡式 输入量+产生量=输出量+消耗量
3、间歇过程的平衡式 初始输入量+产生量=最终输出量+消耗量
三、物料衡算的方法和步骤 1、收集计算数据: 原料,辅料,中间产物,产品的规格。单位时间 流量。消耗定额。转化率,选择性,收率。物 理化学常数。 2、画物料流程图:物料衡算方框图。 3、确定衡算范围:假设一独立体系。 4、选定计算基准:100kg kg/h。 5、列出输入--输出物料平衡表：
答:应向塔A加入95％的乙醇水溶液105.44吨;苯 为零。
95﹪乙醇 ----------------------------------
合计
输入
输出
第三节 能量衡算
能量衡算应用在如下几方面 1、确定功率: 流体输送,搅拌,过滤,粉碎等单元操作所需 功率。 2、确定热量和冷量: 如蒸发,蒸馏,冷凝,冷却所需热量和冷量。 3、确定供热速率及放热速率: 化学反应热效应。 4、确定节能措施: 充分利用余热,降低能耗。