化工设计-3 物料衡算与能量衡算.ppt

化工设计
任课教师:张宇
第三章物料衡算与能量衡算
进行计算前,必须熟悉有关化工过程的基本原理、生产方法和工艺流程,然后以示意图的形式表示出整个化工过程的主要设备及全部进出物料,并选定所需的操作条件,再逐一进行计算。
对生产过程中整个或局部过程进行衡算,可计算出主、副产品的产量,原材料的消耗定额、三废排放量及组成、能源消耗量、产品产率等各项技术经济指标,从而定量评述所选择的工艺路线、生产方法及工艺流程在经济上是否合理,技术上是否先进。
物料衡算与能量衡算
物料衡算与能量衡算
物料衡算
设计改造工艺流程和设备
了解和控制生产操作过程
核算生产过程的经济效益
物料衡算
确定生产过程中物料比例和物料转变的定量关系的过程,是化工工艺计算中最基本、最重要的内容之一。
确定主副产品的产率
确定原材料消耗定额
确定生产过程的损耗量
选择最有效的工艺路线
确定设备容量、数量及尺寸
对设备进行最佳设计
物料平衡
在单位时间内进入体系的全部物料质量必定等于离开该体系的全部物料质量再加上损失掉的与积累起来的物料质量。
理论依据
质量守恒定律,即在一个孤立体系中不论物质发生任何变化(不包括核反应),它的质量始终保持不变。
物料衡算
对已有的生产设备或过程利用实测的数据,计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,做出判断,提出改进措施。
设计一种新的设备或过程,由物料衡算求出进出各设备的物料量、组成。
结合能量衡算,确定设备的工艺尺寸及整个工艺过程。
物料平衡方程是指用数学式描述某一个体系内进出物料质量变化情况。体系是指物料衡算的范围,根据实际需要人为选定。体系可以是一个或多个设备,也可是一个单元操作或整个化工过程。根据质量守恒定律,某一体系的物料平衡方程为:
式中:F0、D、A、B分别为输入体系、离开体系、体系内积累、过程损失的物料质量。
物料平衡方程
对于体系内的任一组分或任一元素进行衡算,如体系内发生化学反应,则:
式中:Xi为反应过程生成或消耗的i组分的量;Xif、Xid、 Xia、Xib为i组分在F、D、A、B中的分率。
物料平衡方程
如体系内不积累物料,即连续稳定的操作过程,则积累的物料质量A为零,总物料衡算式为:
如体系内没有化学反应,对任一组分或任一元素作衡算时Xi=0,则:
物料平衡方程
物料平衡是指质量平衡,而不是体积或物质的量mol平衡。若体系内有化学反应,则衡算式中各项以mol/h为单位时,必须考虑反应式中的化学计量系数。
对于无化学反应体系,能列出独立物料平衡式的最多数目等于输入和输出物流的组分数。
写平衡方程时要尽量使方程中所包含的未知数最少。
列物料平衡式时注意事项