化工设计第五章化工计算.

表面张力。压力对气体在液体中的溶解度有
很大影响。
07:21
3
设计概论化工制图
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
07:21
4
第二节 物料衡算
设计概论化工制图
07:21
11
设计概论化工制图
一、能量的形式和概念 1、动能（K）
k 1 mv2 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。
07:21
6
设计概论化工制图
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。
07:21
7
例5-1
95%乙醇 5%水
设计概论化工制图
18.5%乙醇 74.1%苯 7.4%水
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
07:21
8
设计概论化工制图
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)
5、功（W）
物体与环境之间由于矢量位移而引起传递的 能量。
07:21
12
设计概论化工制图
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 Z Q 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
答:应向塔A加入95％的乙醇水溶液105.44吨;苯 为零。
07:21
9
95﹪乙醇 ----------------------------------
合计
输入
07:21
设计概论化工制图
输出
10
设计概论化工制图
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。
设计概论化工制图
07:21
15
3、有关热数据的计算
1)焓:恒压时
H
T2 T1
CP
dT
系统中物质相变时
H
H潜
T2 T1
CP
dT
2)真实热容与平均热容
CP a bT cT 2 dT 3
CP

H T2 T1

T2 (a bT cT 2 )dT
T1
07:21
2
设计概论化工制图
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。
Biblioteka Baidu
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,
T2 T1
07:21
设计概论化工制图
16
设计概论化工制图
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:
Ln
p2 p1

H R

1 T1
1 T2

5)反应热
由标准生成热
H
0 f
计算反应热
△H=Q-W
4、机械能平衡方程式
伯努利方程式
1 2
ub2

p


Lw
0
p

gz

1 2
ub2

C
07:21
13
设计概论化工制图
三、热量衡算 在能量衡算中,不讨论能量转换,只考虑热量
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
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
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
设计概论与化工制图
设计概论化工制图
07:21
1
工厂基本建设过程
设计概论化工制图
｛｝ 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
07:21
5
设计概论化工制图
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：
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)
07:21
14
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
H
0 r
。
由标准燃烧热
H
0 c
计算反应热
H
0 r
。
由键能估算反应热。