3 物料衡算和热量衡算

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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1. 引言物料衡算和热量衡算是在工程设计和过程优化中常用的方法和工具。

物料衡算是指通过对物料的进出量、质量和组成等参数的分析,计算出物料的平衡以及物料流动过程中的相关参数。

热量衡算是指通过对热量的进出量、热平衡等参数的分析,计算出热量在系统中的平衡和流动情况。

本文将介绍物料衡算和热量衡算的基本概念、方法和应用。

2. 物料衡算2.1 物料平衡物料平衡是对物料流动系统中物料的进出量进行分析和计算的过程。

物料平衡的基本原理是质量守恒定律,即在封闭系统中,物料的质量不会发生净变化。

物料平衡可用于分析物料的流动路径、损耗情况以及优化物料的使用和回收。

2.2 物料衡算的方法常用的物料衡算的方法包括输入-输出法和组分衡算法。

- 输入-输出法:通过记录系统中物料的进出量,计算出物料的平衡情况。

该方法适用于物料流动较简单且没有复杂反应的系统。

具体步骤包括确定进料和产出物料的量和质量,计算进出物料的差值,并检查误差,使其趋近于零。

- 组分衡算法:通过对物料组分的平衡进行计算,得到物料的进出量。

该方法适用于需要考虑物料成分变化的系统。

具体步骤包括确定进料和产出物料的组分及其相对含量,计算进出物料组分的差值,并检查误差。

2.3 物料衡算的应用物料衡算在化工、冶金、环境工程等领域有广泛的应用,例如: - 在化工生产中,物料衡算可以用于优化原料的使用和能源的消耗,减少产品的损耗和废物的排放。

- 在冶金过程中,物料衡算可以用于优化矿石的选矿和冶炼过程,提高生产效率和产品质量。

- 在环境工程中,物料衡算可以用于分析和优化废物处理和排放过程,减少对环境的污染。

3. 热量衡算3.1 热量平衡热量平衡是对热量在系统中的分布和流动进行分析和计算的过程。

热量平衡的基本原理是热力学第一定律,即能量守恒定律。

热量衡算可以用于分析热量的传递、损失和利用情况,以及优化热能的使用和节约。

3.2 热量衡算的方法常用的热量衡算的方法包括输入-输出法和能量平衡法。

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。

物料衡算和热量衡算

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C11H16C11H14O2 M 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 kg3/2O2C11H14O2 M 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=1646.6 kg即在反应过程中,需再连续通入1646.6kg氧气。

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:

精选3物料衡算与能量衡算

精选3物料衡算与能量衡算
97.05
总计
100
2947
100.00
例题3-1解
可列出总物料平衡式: 1200+F2= F3+ F4+ F5各组分平衡式: 丙酮 0.0295 F2 =0.99 F4+0.05 F5 水 1200=0.01 F4 +0.95 F5 空气 0.9705 F2 = F3
图3-3

基准:物流1为100mol/h;正反应的反应速率为r(mol/h)(1)过程先由总单元过程摩尔衡算式进行计算,总衡算式为:N2衡算 F5,N2 =0.78×100=78mol/hCO平衡 0=0.2×100+0.5F2 – rH2O平衡 F5,H2O=F3 – rCO2平衡 F5,CO2=0.02×100 + rH2平衡 F5,H2=0.5F2 + r
(2)计算反应器1的反应速率,然后计算物流4的组成由反应速率的定义式得: r= = 式中 为I物质的转化率。已知反应器1中CO的转化率为0.80,由此得反应器1的反应速率: r= =0.8[0.2×100 + 0.5×214] =101.6mol/h
(2)质量基准
当系统介质为液、固相时,选择一定质量的原料或产品作为计算基准是合适的。如以煤、石油、矿石为原料的化工过程采用一定量的原料,例如:1kg、1000kg等作基准。如果所用原料或产品系单一化合物,或者由已知组成百分数和组分分子量的多组分组成,那么用物质的量(摩尔)作基准更方便。
(3)体积基准
解:(1)画出流程示意图,确定计算范围。
图3.2
(2)原料乙苯量1
G1 G2 G3 G4 G5 M:106.17 63 151.17 18.02
对气体物料进行衡算时选用体积基准。这时应将实际情况下的体积换算为标准状态下的体积,即标准体积,用m3(STP)表示。

最新第三章物料衡算和能量衡算(热量)

最新第三章物料衡算和能量衡算(热量)

例题: • 两种组成不同的煤气在预热器中混合。并从25℃加热到127℃,
以供燃烧炉使用。两种煤气的流量分别为0.4kmol/s和0.1kmol/s。 预热器的热损失为150kJ/s。试计算预热器应提供的热量。 计算中煤气的焓取下列数值: 25℃时,第一种煤气为765kJ/kmol;第二种煤气为846kJ/kmol。 127℃时,混合煤气的焓值为3640kJ/kmol。
p
' c
和假临界温度
T
' c
,求得
混合气体的对比压力和对比温度,
解: 以1s为计算基准。根据公式:
( ) ∑ ∑ ( ) ∑ Q =n iH io- utn jH jin
Q Q 提 + Q 供 损 Q 提 1 供 k 5J0
H o= u ( 0 t .4 0 .1 ) 3k 6 J 1 4k 8 0J 20
H in ( 0 . 4 7 0 6 . 1 8 5 ) k 4 3 J 6 . 6 k 9J 0
• 例题: 已知常压下气体甲烷0~t℃的平均定压摩尔热容数据如下:
• 试求常压下甲烷在200℃到800℃温度范围的平均定压摩尔热容, 并计算15kmol甲烷在常压下从800℃降温到200℃所放出的热量。
解:假设如下热力学途径:
• 从 C p,m t 表中查得,
Cp,m3.9 6k6J/k ( mK o)l Cp,m5.5k6J/k ( mK o)l
• 1、热容 • 2、焓 • 3、汽化热 • 4、反应热
1. 热容
(1)热容与温度的关系 • 热容是给定条件下,系统每升高1K所吸收的热。随温度
而变。根据过程不同,用分为等压热容和等容热容。 • 描述定压热容Cp与温度之间的关系一般有三种方法:

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)。

物料衡算和热量衡算

物料衡算和热量衡算

3 物料衡算和热量衡算计算基准年产 4500 吨的二氯甲烷氯化吸取,年工作日 330 天,每天工作 24 小时,每 小时产二氯甲烷:物料衡算和热量衡算反响器的物料衡算和热量衡算本反响为强放热反响,如不把握反响热并移走,温度会急剧上升,产生猛烈的燃烧反响, 是氯化物发生裂解反响。

由此可以通过参与过量的甲烷得到循环气,以之作为稀释剂移走反 应热。

〔一〕 计算依据〔1〕 二氯甲烷产量为: kg/h ,即: kmol/h ; 〔2〕 原料组成含: Cl 2 96%,CH 495%;(3) 进反响器的原料配比〔摩尔比〕: Cl 2:CH 4:循环气=1: (4) 出反响器的比例: CH 2Cl 2:CHCl 3=1:〔质量比〕(CHCl 3+CCl 4)/CH 2Cl 2=〔摩尔比〕;(5) 操作压力: 〔表压〕;(6) 反响器进口气体温度 25o C ,出口温度 420o C 。

〔二〕 物料衡算反Cl 2应CH 3Cl CH 2Cl 2 CHCl 3CH 4CCl 4 HCl假设循环气不参与反响,只起到带走热量的作用。

则设进口甲烷为 X kmol/h ,=h出反响器的一氯甲烷Y kmol/h,氯化氢Z kmol/h。

由进反响器的原料配比〔摩尔比〕Cl2:CH4:循环气=1:原料组成含: Cl2 96%,CH495%。

由CH2Cl2:CHCl3=1:〔质量比〕可得CHCl3每小时产量为:×=h由(CHCl3+CCl4)/CH2Cl2=〔摩尔比〕可得CCl4的量为×-=h用元素守衡法则:Cl 元素守衡=Y+×2+×3+×4+Z ①H 元素守衡4X=3Y+×2++Z ②C 元素守衡X=Y+++ ③解方程①①③得X=hY=hZ=h (1)所以反响器进口原料中各组分的流量:Cl2: ×=h=h 〔纯〕=h=h 〔含杂质〕CH4: h=h 〔纯〕=h=h 〔含杂质〕循环气流量:3×= kmol/h= Nm3/h其中:CH3Cl:kmol/hN2:×4%+×3%= kmol/hCO2:×2%= kmol/h可知:= 得进口Cl2为kmol/h3 CH 4:---= kmol/h进口气体总量: ++= kmol/h(2) 反响器出口中各组分流量:CH 3Cl : kmol/h CH 2Cl 2: kmol/h CHCl 3 : kmol/h CCl 4: kmol/h HCl : kmol/h 循环气: kmol/h出口气体总量:++++= kmol/h(3) 出口气体中各组分的含量:CH 3Cl : ×100%=%CH 2Cl 2:×100%=%CHCl : ×100%=% CCl 4: ×100%=% HCl : ×100%=% N 2:×100%=%CO 2: ×100%=% CH 4: ×100%=%表 3—1 反响器物料平衡组分kmol/h反响器进口组成%〔mol 〕 kg/h反响器出口kmol/h组成%〔mol 〕 kg/hCH 4 Cl 2 CH 3Cl CH 2Cl 22 2CHCl 3 CCl 4 HClN 2 CO 2 总计100 100〔三〕 热量衡算以 25℃为基准温度由《氯碱工业理化常数手册》查得如下数据:420℃时,由《氯碱工业理化常数手册》查得如下数据:物质n(kmol)CH 3ClCH 2Cl 2CHCl 3CCl 4HClN COΔt = 420-25=395℃输入焓:∑输入H = 0表 3—2 反响物料标准摩尔生成焓Δf/〔kJ/mol 〕 物质输入 输出CH 4Cl 2CO 2CH 3Cl CH 2Cl 2 CHCl 3 CCl 4HCln(kmol) Δf0 -100Δ f =∑ 生成物 n Δ H θ-∑ f m 反响物n Δ H θ=-×106 kJ f m 表 3—3 生成物的标准摩尔定压热容/(J ﹒K -1﹒mol -1)输出焓:∑ 输出 H = ∑nΔt = ×106 kJ℃时,由《氯碱工业理化常数手册》查得如下数据:物质n(kmol) CH4CH3Cl N2CO2考虑4%热损失,则×106×〔1-4%〕=则Q = Q放出带出循环气能带走的热量恰好为反响气放出的热量,是反响温度保持在420℃左右可以维持反响顺当进展。

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》 第三章物料衡算和热量衡算

《化工设计》 第三章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( Fi-Fo)+Dp-Dr )= W ②系统内无化学反应的间歇操作:Fi-Fo = W ③系统内无化学反应的稳态操作过程: Fi-Fo=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。
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。

3物料衡算和能量衡算

3物料衡算和能量衡算

反应物及生成物均为气态。甲醇的转化率为75%,
四、连续过程的物料衡算
解:画出流程示意图,如下图:
CH3OH HCHO
CH3OH 空气
(过量50%)
催化反应器
H2O O2 N2
基准:1mol CH3OH 根据反应式,需氧=0.5 氧入=0.5×1.5=0.75 氮入=氮出=0.75×(79/21)=2.82
混合器H2SO4质量平衡

四、连续过程的物料衡算
【例3-1】
物料衡算
【解】
解得
W1=138 kg/h; W2=862 kg/h
可列出物料衡算表:
例3-1物料衡算表

四、连续过程的物料衡算
【例3-2】
物料衡算
连续常压精馏塔进料为含苯(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, 釜残液中含苯不高于2%,进料流量为20000kg/h,求馏出液和 釜残液的流量和组成,并填写精馏塔物料平衡表。 【解】 以下标B代表苯 ?思路 由已知条件可以获得 xFB,xWB,xDB,F, 然后求得W、D 作全塔总质量衡算得 F= D + W 作全塔苯的质量衡算得 FxFB=DxDB+WxWB

§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。 设计一种新的设备或装置,根据设计任务,先作 物料衡算,求出进出各设备的物料量,然后再作 能量衡算,求出设备或过程的热负荷,从而确定 设备尺寸及整个工艺流程。
四、连续过程的物料衡算
【解】 进料液平均相对分子质量

乙烯生产工艺条件的确定—物料、热量衡算知识

乙烯生产工艺条件的确定—物料、热量衡算知识
包括求解系统、衡算范围、衡算边界
3. 物料衡算
3.2 物料衡算
2. 确定计算任务; 3. 确定过程所涉及的组分; 4. 对物流流股进行编号,并标注物流变量; 5. 收集数据资料:
一类为设计任务所规定的已知条件; 一类为与过程有关的物理化学参数。 6. 列出物料衡算方程参数。
3. 物料衡算
3.2 物料衡算
物料衡算的基准 时间基准:对连续稳定过程,用单位时间的物料量作基准。 质量基准:固体或液体物料,选用单位质量为基准; 体积基准:气体物料,选用m3(STP),因它不随T、P变化。 当量基准:对化学反应过程,选用kmol,因为反应为等当量
反应。
3. 物料衡算
3.2 物料衡算
7. 列出过程的全部独立物料平衡方程式及其他相关约束式。 8. 选择计算基准。 9. 统计变量个数与方程个数,确定设计变量的个数及全部设
进入衡算单元 的物料量Fi
-
流出衡算单元 的物料量Fo
+
在衡算单元内生 成的物料量Dp
-
在衡算单元内消 耗的物料量Dr
=
衡算单元内积 累的物料量W
( Fi Fo ) ( Dp Dr ) W a)稳定操作过程(即稳流过程):
( Fi Fo ) ( Dp Dr ) 0 b)系统内无化学反应:
3. 物料衡算和能量衡算
3.1 物料衡算和能量衡算概述 2、物料衡算与能量衡算的意义
物料衡算与能量衡算是进行化工工艺过程设计及技术 经济评价的基本依据。通过对全生产过程或单元过程的物 料和能量的衡算,计算得到:
主、副产品产量; 原材料的消耗定额,过程的物料损耗; “三废”的生成量及组成; 水、电、汽或其他燃料等消耗定额; 设计物料流程图。
对有反应的过程,一般取25℃为计算基准。

第3章 物料衡算和能量衡算

第3章 物料衡算和能量衡算
乙苯的转化率为0.4/0.9=0.4444 参加反应的总乙苯量980 kg/h×0.4444=435.11kg/h,即为 4.109kmol/h
化学工程系化工与制药教研室
制药工程设计课程 Design of Pharmaceutical Engineering
未反应的乙苯量(980-435.11)kg/h=544.89 kg/h,即为5.140kmol/h
化学工程系化工与制药教研室
制药工程设计课程 Design of Pharmaceutical Engineering

进反应器纯乙苯量1000kg/h×98%=980kg/h,即为
9.245kmol/h

原料中甲苯量1000 kg/h×2%=20kg/h,即为0.217kmol/h
水蒸气量980 kg/h×1.5=1470kg/h,即为81.667kmol/h
制药工程设计课程 Design of Pharmaceutical Engineering
表3-1 各物料的摩尔质量
物料
摩尔质量/(g/mol)
C6H5C2H5
106
C6H5C2H3
104
C6H6
78
C6H5CH3
92
H2O
18
CH4
16
C2H4
28
C
12
H2
2
基准:选1000kg/h乙苯原料为计算基准
【例7】 试计算合成甲醇过程中反应混合物的平衡组成。设原料气中H2
由苯乙烯选择性,生成苯乙烯量4.109 kmol/h×90%=3.698 kmol/h, 即为384.60kg/h 由各物质的选择性,有 输出的甲苯量4.109 kmol/h×5%+0.217 kmol/h =0.423 kmol/h,即为38.92kg/h 生成的苯量4.109 kmol/h×3% =0.123 kmol/h,即为9.60kg/h 生成的乙烯量4.109 kmol/h×3% =0.123 kmol/h,即为3.44kg/h 生成的碳量4.109 kmol/h×2%×7 =0.575 kmol/h,即为6.9kg/h 生成的甲烷量4.109 kmol/h×(5%+2%) =0.288 kmol/h,即为4.61kg/h 输出的氢量4.109 kmol/h×(90%-5%+2%×3) =3.739 kmol/h,即为7.48kg/h 输出水量=输入水量(不参与反应)1470kg/h,即为81.667kmol/h 实际每小时要求苯乙烯的产量10000×1000kg/8000h=1250kg/h 比例系数1250/384.60=3.25

第3章 物料衡算和能量衡算

第3章 物料衡算和能量衡算
究竟哪2个是独立反应呢?判断原则是: 反应的组合过程中,不应少了某个组分。 例如: 选①②、①③或②④可以 但不能选②③,∵②+③: C+1/2O2+CO+1/2O2=CO+CO2 少了组分CO 少了组分CO2 少了组分CO2
上例中,m=2, n=4 ∴ 独立反应数: N反应= 4-2=2

1. 2.
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 O2 CO 2 1 CO O2 CO2 2 CO2 C 2CO


③ ④
这4个反应是否是独立的呢?如何判断呢?
10

反应过程中,若有m种元素和n个组分参与反应 时,独立反应数为: N反应=n-m
设计过程中各种计算通常以小时或是以设备为单位进 行,而设计任务却是指定年产量,此时应注意计算基 准。 12

例3-1 设计一个年产量为10000t(吨)的间歇本 体法聚丙烯设备装置,由二个反应釜并联操作, 反应釜的操作时间表如下 置换 进料 聚合反应 0.5h 0.5h 5.0h




z kg H N O 3 0.90 H 2 O 0.10 y kg H 2 S O 4 0.93 0.07 H2O
废酸
x kg
混合过程
混合酸
H NO 3 0.27 H 2 S O 4 0.60 H2O 0.13
H N O 3 0.23 H 2 S O 4 0.57 H 2 O 0.20
23
2)、选择基准
a)稳定操作过程(即稳流过程): (3-2) (3-3) b)系统内无化学反应:
( ) ( Fi FiFo )FoW W

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Q 1+Q 2+Q 3=Q 4+Q 5+Q 6 (1—1)式中: Q 1—所处理的物料带入设备总的热量,KJ;Q 2—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;Q 3—过程的热效率,(符号规定过程放热为“+”;过程吸热为“-”)Q 4—反应终了时物料的焓(输出反应器的物料的焓)Q 5—设备部件所消耗的热量,KJ;Q 6—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。

物料衡算和热量衡算

物料衡算和热量衡算

qn,V‘> qn,V
qn,L‘ = qn,L+ qn,F C:气液混合物进料
qn,V‘= qn,V
qn,L < qn,L‘ < qn,L+ qn,F D:饱和蒸汽进料
qn,V‘ < qn,V
qn,L = qn,L‘
qn,V = qn,V’+ qn,F
E:过热蒸汽进料
qn,L‘ < qn,L
qn,V > qn,V ‘ + qn,F
进料热状况参数的定义式:
δ=
q′ n,L

q n,L
q
n,F
对进料板作物料衡算

(1)
对进料板作热量衡算:

(2)

(3)
代入(1), →
[qn.F – (qn.L’ – qn.L)]Hv = qnFHF – (qn,L‘ - qn,L)HL

δ
=
qn′ ,L − qn,L qn,F
一般精馏操作,xd由生产任务规定,R由设计者 确定
∴精馏段操作线为直线, 直线若不符合恒摩尔流假设,则不为直线 作图:过(xd,xd)点,截距为xd/R+1
1
(3)提馏段操作线Operating Line for the Stripping Section
以提馏段的任一块塔板与塔釜之间为物料衡算范围
6.4.2梯级图解法
3
1.0
dHale Waihona Puke xd R+10 xw
xf
xd 1.0
梯级图解法计算理论板数
4
6.3.2 物料衡算和热量衡算 (1)全塔物料衡算
塔顶回收率= qn,D xd qn ,F x f
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2.1 物料衡算 四、物料衡算的程序
(1)确定衡算的对象、体系与环境,并画出计算对象
的草图。对于整个生产流程,要画出物料流程示意图
(或流程框图)。绘制物料流程图时,要着重考虑物 料的种类和走向,输入和输出要明确;
(2)确定计算任务,明确哪些是已知项,哪些是待求
项,选择适当的数学公式,力求计算方法简便; (3)确定过程所涉及的组分; (4)对物流流股进行编号,并标注物流变量;
2.2 热量衡算 三、热量衡算基准
关于计算基准:包括基准量(物料基准)、基准温度、基
准相态 基准量:和物料衡算的基准相同 基准温度:原则上可以任意选定,在计算过程中只要采用 统一基准即可,但一般热量衡算常用焓衡算,此时常用
0℃为温度基准
相态基准:只有在物料的组成中含有水而出现汽化或水蒸 气凝结时才需要规定。通常选择液态为基准。
2.1 物料衡算
物料衡算方程:质量守恒定律
F F D D F
I O P R
A
式中:
FI——输入系统的物料量;
Fo——从系统输出的物料量;
Dp—系统内生成的物料量; DR—系统内消耗的物料量; FA——系统内积累的物料量;
2.1 物料衡算
对于连续过程(稳定操作过程),系统内不积累物料,
2.1 物料衡算
(5)收集数据资料 (6)列出物料衡算方程
(7)列出过程的全部独立物料平衡方程式及其他相关
约束式 (8)选择计算基准 (9)统计变量个数与方程个数,确定设计变量的个数 及全部设计变量 (10)整理计算结果 (11)绘制物料流程图
2.1 物料衡算
数据资料收集包括:
2.3 常用化工计算软件
• 计算机技术的迅速发展使原来复杂、繁琐、费时的化工工 艺计算变得简便快捷,许多原来无法直接进行,只能简化 近似的计算变得可能和精确,通过对模拟计算中模块的正 确选择,可同时完成物料衡算和能量衡算。 • 计算机用于化工设计主要有:物性数据检索、化工过程模
拟设计(CAPD)、计算机辅助绘图设计(CAD)、计算机
直接计算出过程所需供给或移出的热量,以确定需要
的加热剂及冷却剂的消耗量(如蒸汽消耗量、冷却水 消耗量; 计算出加热(冷却)设备的热负荷,从而为传热设备 的设计(设备的形式、尺寸、传热面积等)提供依据;
为非工艺专业(热工、电、给水、冷暖)设计提供设计
条件作准备。
2.2 热量衡算 二、热量衡算的依据:能量守恒定律
物料衡算、热量衡算是工艺设计的基础,在生产方法和工艺 流程确定后即可进行。 根据所需设计项目的年产量,通过对全过程或单元过程的 物料衡算,可以计算出原料的消耗量、副产品量以及输出 过程物料的损耗量及三废生成量; 作能量衡算,计算出蒸汽、水、电、煤或其他燃料的消耗 定额; 确定所生成产品的技术经济指标; 根据衡算所得的各单元设备的物流量及其组成、能量负荷 及其等级,对生产设备和辅助设备进行选型或设计,从而 对过程所需设备的投资及其项目可行性进行估价。
45%
蒸发器
F1,45%MgCl2 52%水
对水作衡算:
F 68% F1 52%+W
蒸发水量:W=6.38t/h
2.1 物料衡算 例2:真空制盐过程物料衡算
① 原料:硫酸钙型岩盐卤水,卤水组成为:NaCl 300g/L(接
近饱和,其它杂质忽略不计,卤水相对密度:1180 Kg/m3; ② 生产规模:300000 t/h; ③ 连续生产,年有效生产时间8000h; ④ 产品质量指标:精制工业盐,质量达到GB/T 5462—2003优 级, NaCl≥99.1% ⑤ NaCl的回收率:95%
2 物料衡算和热量衡算
第一章 重点 1、化工厂特点 2、化工基本建设程序 3、我国化工工程设计的种类
4、我国化工设计的四级审核制度
5、化工设计阶段的划分及依据 6、化工工程初步设计(扩初设计)的程序和相应 的设计成果
本章主要内容 2.1 物料衡算 2.2 热量衡算 2.3 常用化工计算软件 本章重点: 物料衡算方法 热量衡算方法
实际应用性强。
2.3 常用化工计算软件 B、单元过程计算软件
由北京石油化工学院开发的“化工过程计算软件”、青岛化工学ຫໍສະໝຸດ 开发的工程化学模拟系统—“化工之星”等
C、绘图设计软件
AutoCAD, PIPING, PDMS, AUTOPLANT等
(爆炸上下限)等。 b)原料及产品的分离方式,各步的回收率,采用物料分离剂时,加入
分离剂的配比。
c)特殊化学品的物性,如沸点、熔点、饱和蒸汽压、闪点等。 (3)工艺流程示意图。
2.1 物料衡算 三、物料衡算基准 时间基准 体积基准 1、时间基准
• 对于连续生产,以一段时间间隔作为计算基准,如1秒、1小 时、1天等的投料量或产品量。这种基准可直接联系到生产 规模和设备设计计算,如年产100万吨真空制盐装置,年操 作时间为8000h,每小时的平均产量为125t。 • 对间歇生产,一般可以一釜或一批料的生产周期作为基准。
质量基准 干湿基准
2.1 物料衡算 2、质量基准
当系统介质为液、固相时,选择一定质量的原料或产品作为 计算基准是合适的。如以煤、石油、矿石为原料的化工 过程采用一定量的原料,例如:1kg、1000kg等作基准。 如果所用原料或产品系单一化合物,或者由已知组成百 分数和组分分子量的多组分组成,那么用物质的量(摩 尔)作基准更方便。
2.2 热量衡算 四、热量衡算步骤:同物料衡算 五、热量衡算结果表达:动力消耗表和物料流程图
动力消耗一览表
序号 动力 消耗定额(单 使用 单位 规格 每小时消耗 每年消耗 名称 耗) 情况
2.2 热量衡算 六、热量衡算举例
例3:对例1的蒸发过程作热量衡算 已知条件如下: (1)单效蒸发 (2)原料卤水的温度15℃,定压热容Cp0=2.7kJ/(kg· ℃) (3)卤水的浓缩热可以忽略; (4)常压下45%氯化镁溶液的沸点为165℃ (5)加热蒸汽压力为Po=600kPa (6)蒸发室操作压力为P1=47kPa (7) 蒸发器热损失率为5%
2.1 物料衡算 五、物料衡算举例
例1:以提溴废液为原料,蒸发法生产卤片。设计条件如下:
(1)年生产能力:100000 t/a卤片,卤片含氯化镁45%,其它 盐3%; (2)年有效生产时间:8000 h/a; (3)原料:提溴废液,含氯化镁 30%,其它盐类2%; (4)氯化镁的回收率:98%; 损失:工艺损失和机械损失
设计任务所规定的已知条件 与过程有关的物理化学参数
① 生产规模和生产时间。生产时间指全年的有效生产天数,应根据全厂检 修、车间检修、生产过程和设备的特殊性、生产管理水平等因素考虑。 ② 有关的定额和技术指标。通常指产品单耗、配料比、循环比、固液比、 气液比、回流比利用率、转化率、选择性、单程收率、总收率等。有些 数据由经验确定。 ③ 原辅材料、产品、中间产品的规格,包括原料的有效成分和杂质含量, 气体或液体混合物的组成等。 ④ 与过程有关的物理化学参数。如临界参数、密度或比体积、状态方程参 数、蒸气压、气液平衡常数或平衡关系等。
2.1 物料衡算 主要内容: 物料衡算的目的 物料衡算的依据 物料衡算的基准 物料衡算的程序 物料衡算举例
2.1 物料衡算 一、物料衡算的目的
(1)确定原材料消耗定额; (2)确定各设备的输入及输出的物流量,摩尔分率组成及其他
组成表示方法。并列表,在此基础上进行设备的选型及设计,
并确定三废排放位置、数量及组成,有利于进一步提出三废 治理的方法; (3)作为热量计算的依据; (4)根据计算结果绘出物流图,可进行管路设计及材质选择,
2.2 热量衡算 六、热量衡算举例
例4:真空制盐四效蒸发热量衡算 已知条件如下: (1)蒸发流程 (2)原料卤水的温度15℃,定压热容Cp0=3.4kJ/(kg· ℃) (3)卤水的浓缩热可以忽略; (4)常压饱和氯化钠溶液的沸点升为8℃ (5)加热蒸汽压力为Po=400kPa (6)混合冷凝器操作压力为Pk=8kPa (7) 其它条件详见表
即FA=0
F F D D 0
I O P R
系统内无化学反应,则
D D 0
P R
F F 0
I O
F F
I
O
2.1 物料衡算 物料衡算结果表达——表格
原材料及中间物料消耗/产出一览表
序号 物料 单位 规格 名称 消耗/产出定 额(单耗) 每小时消 耗/产出 每年消耗 备注 /产出
2.1 物料衡算 3、体积基准

对气体物料进行衡算时选用体积基准。这时应将实际情 况下的体积换算为标准状态下的体积,即标准体积,用 m3(STP)表示。
4、干湿基准

生产中的物料,不论是气态、液态和固态,均含有一定 的水分,因而在选用基准时就有算不算水分在内的问题。 不计算水分在内的称为干基,否则为湿基。
一般情况下:
Q

Q出
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
Q1——输入系统的各流股带入的热量(kJ) Q2——过程热效应(kJ),规定放出热量为“-”,吸收热量为“+” Q3——从系统输出的各流股带出的热量(kJ) Q4——消耗在加热设备各个部件上的热量(kJ),对于连续过程Q4=0 Q5——设备向四周散失的热量(kJ)
设备尺寸,并对过程投资进行经济成本分析。
2.3 常用化工计算软件
PRO/Ⅱ系列软件是美国Simulation Sciences.Inc.开发的
流程模拟应用软件。它具有很广泛的功能:设计新工艺;
估算新工厂的投资;旧厂挖潜改造;环境评估;工厂事故 诊断;工厂收率与利润的优化与提高等。 FLOWTRAN是由美国孟山都公司开发的一套流程模拟软件, 它采用序贯模块法设计,含有设备规格及费用设计子程序,
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