第三章 化工设计
化工设计概论与化工制图--第三章 化工设备的焊接及焊缝结构的表达-精选
设计概论化工制图
2019/11/6
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化工设计课件
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设计概论化工制图
第三章 化工设备的焊接及焊缝结构的表达
第一节 常见焊缝的规定画法及标注 一、焊缝的规定画法
对接接头，搭接接头，角接接头，T形接头 二、焊缝的标注
1、焊缝的基本符号:断面形状符号,用粗实线绘制 2、焊缝的指引线:用细实线绘制 3、焊缝的辅助符号:表面特征符号,用粗实线绘制 4、补充符号:焊缝的某些特征符号 5、焊接方法的数字代号及其标注:电弧焊,电阻焊等 6、焊缝的尺寸符号:间隙,坡口,钝边等
点图表示 二、焊接图画法举例
支坐的焊接图
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化工设计课件
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设计概论化工制图
课堂作业 画(图3-13)耳式支坐（至少找出1个错误）
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设计概论化工制图
课堂作业 1.画(图3-13)耳式支坐（至少找出1个错误） 2.技术要求的内容 3.尺寸种类及基准
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化工设计课件?5源自2019/11/6*
化工设计课件
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设计概论化工制图
第二节 化工设备中焊缝的画法及标注 一、化工设备的焊缝画法及标注 1、对于第一类压力容器及其它常、底压设备
直接在剖视图焊接处画出焊缝横剖面并涂黑 2、对于第二类压力容器及其它中、高压设备
重要焊缝用局部放大的剖视图表达。 3、图样上的焊接接头型式可用标注代号或节
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、
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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
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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》 第三章物料衡算和热量衡算
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。
F
x f1
P
xp1
W
xw1
F
x f2
P xp2
W
xw2
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。
物料衡算表
组分
输入
质量，kg/d
组分
输出
质量，kg/d
杂质 合计
杂质 合计
8.校核计算结果（结论）。
五、无化学反应的物料衡算
• 在系统中，物料没有发生化学反应的过程， 称为无反应过程。
（三）、物料衡算基准 物料衡算过程，必须选择计算基准，并在整个运算
中保持一致。若基准选的好，可使计算变得简单。
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100Kg
为基准计算。 ④物质的量基准； ⑤标准体积基准；
（四）、物料衡算的基本程序
100.00
解：
水F1 1200kg/h
吸 收 塔
混合气体F2，1.5 （mol）%丙酮
空气F3
蒸 馏 塔
冷凝器
废料F5:丙酮5%，
95% 水
产品F4 丙酮99%，水1%
本系统包括三个单元．即吸收塔、蒸馏塔和冷凝器。由于 除空气进料外的其余组成均是以质量百分数表示的，所以 将空气-丙酮混合气进料的摩尔百分数换算为质量百分数。 基准：100kmol气体进进料。
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：化工设计基础1.1 教案概述：本章节主要介绍化工设计的概念、目的、任务和基本原则。
使学生了解化工设计的基本要求和流程，掌握化工设计的基本方法。
1.2 教学目标：了解化工设计的概念和任务。
掌握化工设计的基本原则和流程。
掌握化工设计的基本方法。
1.3 教学内容：1.3.1 化工设计的概念和目的1.3.2 化工设计的任务和分类1.3.3 化工设计的基本原则1.3.4 化工设计的流程1.3.5 化工设计的方法1.4 教学方法：讲授：讲解化工设计的概念、目的、任务和基本原则。
案例分析：分析实际化工设计案例，让学生了解化工设计的流程和方法。
1.5 教学评估：课堂问答：检查学生对化工设计概念、目的、任务和基本原则的理解。
案例分析：评估学生对化工设计流程和方法的应用能力。
第二章：化工过程设计2.1 教案概述：本章节主要介绍化工过程设计的基本原理和方法。
使学生了解化工过程设计的重要性和基本步骤，掌握化工过程设计的方法。
2.2 教学目标：了解化工过程设计的重要性和任务。
掌握化工过程设计的基本步骤和原理。
掌握化工过程设计的方法。
2.3 教学内容：2.3.1 化工过程设计的重要性2.3.2 化工过程设计的基本步骤2.3.3 化工过程设计的原理2.3.4 化工过程设计的方法2.4 教学方法：讲授：讲解化工过程设计的重要性、基本步骤和原理。
案例分析：分析实际化工过程设计案例，让学生了解化工过程设计的方法。
2.5 教学评估：课堂问答：检查学生对化工过程设计重要性、基本步骤和原理的理解。
案例分析：评估学生对化工过程设计方法的运用能力。
第三章：化工设备设计3.1 教案概述：本章节主要介绍化工设备设计的基本原理和方法。
使学生了解化工设备设计的重要性和基本步骤，掌握化工设备设计的方法。
3.2 教学目标：了解化工设备设计的重要性和任务。
掌握化工设备设计的基本步骤和原理。
掌握化工设备设计的方法。
3.3 教学内容：3.3.1 化工设备设计的重要性3.3.2 化工设备设计的基本步骤3.3.3 化工设备设计的原理3.3.4 化工设备设计的方法3.4 教学方法：讲授：讲解化工设备设计的重要性、基本步骤和原理。
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 ）
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。
3化工厂设计概论(第三章)1
例3. 含20％(wt％) 丙酮与80％空气的混合气进吸收塔，塔顶喷水吸收丙 酮。吸收塔出口气体含丙酮3％，塔底得到含丙酮10％的水溶液50 kg，计算进吸收塔气体的量。 解：物料流程图如右 y kg 水 基准：50kg10％的丙酮溶液 丙酮 3％ 溶液中： 空气 97％ 吸 丙酮 50×10％= 5kg 收 水 50-5 = 45 kg 过 衡算式： 程 丙酮 0.2x = 0.03y + 5 x kg 50 kg 空气 0.8x = 0.97y 丙酮20％ 10％丙 解上述两方程： 空气10％ 酮水溶液 x = 28.52 kg y = 22.52 kg 进料中丙酮：0.20x=0.20×28.52=5.70 kg 出料气中丙酮：5.7-5 = 0.7 kg 或 0.03y = 0.03×23.52=0.7 kg
1 W = 0.0012 × 1000 × = 0.06667 kmol/h 18 W = F × 0 .015 = 0 .06667 水衡算： (1)
0 .2 Q + Q + W = F 总物衡： (2) Q × 0.79 = F × (0.985 − x) 氮衡算： (3) 解(1) 、(2) 、(3) 式，得： F = 4.444 kmol/h Q = 3.648 kmol/h x = 0.337=33.7％
2. 有多个设备过程的物料衡算
Ⅰ A C B
Ⅱ
例4：有两个蒸馏塔的分离装置，将含50％苯，30％甲苯和20％(mol％) 二甲苯的混合物分成较纯的三个馏分，其流程图如下，计算1000kg/h 进料所得各流股的量。 S2 mol/h B 0.03 B 0.95 T 0.95 T 0.03 X 0.02 X 0.02 S4 mol/h Ⅰ Ⅱ 1000mol/h B 0.50 S3 mol/h T 0.30 B x3B S5 mol/h X 0.20 T x3T B 0.0045 X 1-x3B-x3T T 0.43 X 0.5655
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)
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§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)
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§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。
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§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)
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§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
化工设计概论各章节的联系
化工设计概论各章节的联系摘要：一、化工设计概论的概述二、化工设计概论各章节的内容概述三、化工设计概论各章节之间的联系四、化工设计概论在我国化工行业中的应用正文：一、化工设计概论的概述化工设计概论是一本关于化工设计的专业书籍，它全面、系统地介绍了化工设计的基本理论、设计方法和技术经济分析。
全书共分为十二章，内容包括化工设计的基本概念、设计程序、设计方法、设备选择、工程分析、技术经济分析等。
二、化工设计概论各章节的内容概述第一章：化工设计基本概念，包括化工设计的定义、分类、基本程序等。
第二章：化工设计程序，包括项目建议书、可行性研究报告、基础设计、详细设计、施工图设计等。
第三章：化工设计方法，包括设计方案的比选、设备尺寸的计算、流程模拟等。
第四章：化工设备选择，包括设备的分类、性能参数、选择原则等。
第五章：化工工程分析，包括物料衡算、热量衡算、动力学分析等。
第六章：化工技术经济分析，包括投资估算、经济效益分析、敏感性分析等。
第七章：化工设备布置设计，包括设备布置的原则、方法、技巧等。
第八章：化工管道设计，包括管道的选型、布置、支承、连接等。
第九章：化工自控设计，包括自控系统的组成、功能、设计方法等。
第十章：化工电气设计，包括电气设备的选型、布置、保护等。
第十一章：化工土建工程设计，包括土建工程的基本要求、设计原则、构造等。
第十二章：化工工程项目的管理，包括项目管理的基本理论、方法、技巧等。
三、化工设计概论各章节之间的联系化工设计概论的各章节之间有着密切的联系，它们按照化工设计的基本程序和方法，系统、完整地介绍了化工设计的全过程。
例如，第二章的内容是第三章设计方法的基础，第四章的内容是第五章工程分析的前提，第六章的内容是第七章设备布置设计的依据，第八章的内容是第九章自控设计的基础，第十章的内容是第十一章土建工程设计的参考，第十二章的内容是全书工程项目管理的总结和提升。
四、化工设计概论在我国化工行业中的应用化工设计概论在我国化工行业中有着广泛的应用，它是化工设计人员的必备参考书，也是高校化工专业学生的重要教材。
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化工设计概论
第三章 工艺计算
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第一节 物料衡算
物料衡算是化工计算中最基本、也是最重要的内容之一，它是 能量衡算的基础， 也是以后各项工作的依据。
一、概述
1.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。
物料衡算的一般方程:
3、列物料衡算式，该体系有3种组分，可以列出3个独立方程，所以能求出3个 未知量。
基准：100kg混合酸
总物料衡算式 x + y + z=100
(1)
H2SO4的衡算式 0.57x + 0.93y=100×0.6=60
(2)
HNO3的衡算式 0.23x + 0.90z=100×0.27=27
(3)
解(1)，(2)，(3)方程，得x=41.8kg 废酸
(1) 搜集计算数据。
a.生产规模，时间及产品收率、转化率、消耗定额等； b.原料、助剂、中间体和产品的规格及其物化数据； c.工艺技术数据，即各种控制指标。
(2) 画出物料流程简图。 (3) 确定衡算体系。 (4) 写出化学反应方程式，包括主反应和副反应，标出有用的分子量。 (5) 选择合适的计算基准，并在流程图上注明所选的基准值。 (6) 列出物料衡算式，然后用数学方法求解。 (7) 将计算结果列成输入－输出物料表(物料平衡表)。 (8) 校核计算结果
物料衡算的基本关系式应该表示为：
输入的 物料量
＝ 物 输料 出量 的 ＋
物 积料 累量 的
如果体系内发生化学反应，则对任一个组分或任一种元素作 衡算时，必须把反应消耗或生成的量亦考虑在内。即:
输入的 物料量
消 反耗 应的 生物 成料 或量
＝ 物 输料 出量 的 ＋
积累的 物料量
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对于不同化工过程，采用什么基准适宜，需视具体情况 而定，不能作硬性规定。
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二、物料衡算的基本方法和步骤
3、物料衡算的步骤
进行物料衡算时，尤其是那些复杂的物料衡算，为了避免错误，建议采 用下列计算步骤。对于一些简单的问题，这种步骤似乎有些繁琐，但是训练 这种有条理的解题方法，可以培养逻辑地思考问题，对今后解决复杂的问题 是有帮助的。计算步骤如下：
应的组份可写出相应的平衡方程式：对任意组分A
加入系统A的量＝在系统中转化的A量＋离开系统的A量＋在系统中积累的A量
对于连续稳态生产过程，系统中无物料积累。
（3）元素平衡关联 包括元素的质量平衡和元素的摩尔数平衡，无论是物理过程还是化
学过程，元素平衡总是成立的。对于化学过程，元素平衡是最常用的。
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衡算的体系与环境
所谓体系是指为了分析一个过程，人为地划定出一个区域作 为一个完整的研究对象。这个划定的区域叫做体系。它可以是一 个单元操作，也可以是一个工序甚至整个车间乃至全厂。
确定体系、环境与边界是建立物料平衡方程的基础。体系划 分不清或不恰当，会导致衡算繁琐甚至错误。
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二、物料衡算的基本方法和步骤
进行物料衡算时，为了能顺利地解题，避免错误，必须 掌握解题技巧，按正确的解题方法和步骤进行。 1、画物料衡算示意图（物料流程简图）
求解物料衡算问题，首先应该根据给定的条件画出流程 简图。 2、计算基准及其选择。
进行物料、能量衡算时，必须选择一个计算基准。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。
y = 39kg 浓H2SO4 z = 19.2kg 浓HNO3 即由41.8kg废酸、39kg浓H2SO4和19.2kg浓HNO3可以混合成100kg混合酸。 根据水平衡，可以核对以上结果：
加入的水量 = 41.8× 0.2 + 39 × 0.07 + 19.2 × 0.10 = 13kg
混合后的酸，含13％H2O，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H2SO4与HNO3二个衡算式或H2SO4、
z kg y kg
H NO3 0.90 H2O 0.10
H2SO4 0.93 H2O 0.07
废酸 x kg
H NO3 0.23 H2SO4 0.57 H2O 0.20
混合过程
混合酸
H NO3 0.27 H2SO4 0.60 H2O 0.13
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2、选择基准，可以选废酸或浓酸的量为基准，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。
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简单过程物料衡算
例：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数量。
解：设x 为废酸量kg； y 为浓H2SO4量，kg； z 为浓HNO3量； 1、画物料流程简图
2.目的
（1）求出原辅材料的用量，制定原辅材料消耗指标； （2）求出产品、副产品、中间体的产量及三废排放量； （3）根据所得物料处理量，进一步确定设备类型、台数、容量、 尺寸以及化工管道的尺寸。
另外，在实际生产中，可通过物料衡算检查生产过程的完善程度， 作为技术改进的定量关系。
3.内容
计算原料与产品之间的定量关系 具体说就是对每股物料进行分析和定量计算，以确定它们的
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过程物料平衡分析及计算方法
（1）总质量平衡关联 任何体系，虽然某一组分的质量或摩尔数不一定守恒，但其总 质量总是守恒的。
G1 G2 G3
（2）组分平衡关联 物理过程中，体系内各组份的质量和摩尔数都是守恒的； 化学过程中，惰性组分的质量和摩尔数是守恒的。对于参与化学反
HNO3和H2O三个组分衡算式进行计算，均可以求得上述结果。
数量、组成和相互间的比例关系，并且确定它们在物理变化和化 学变化过程中相互转移或转化的定量关系。
物料衡算得开始意味着设计工作从定性转向定量
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二、物料衡算的基本方法和步骤
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
化工过程分类 a.根据操作方法分
b.根据时间特性分
间歇操作 连续操作 半连续操作
稳定过程
不稳定过程
稳定与不稳定过程计算的区别主要是计算基准不同