第三章化工计算.pptVIP

化工过程常用流程图来表示。 工艺流程图能简明、扼要的表明化工产品的生产工序，看来一目了然。从工艺流程图可以初步了解生产方法、生产过程以及各主要物料的来龙去脉。 在解物料和能量衡算题时，也需要用图来表示各设备之间的物料关系。? 例 题 ：一种废酸，组成为23％(w%)HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的H2SO4及90％的HNO3，要求混合成 27％HNO3，60％H2SO4的混合酸，计算所需废酸及加入浓酸的量。 循环物料——加到进料中循环使用的部分物料（产物）。 过程流程示意如下 以整个过程为体系得总转化率x总， 4-2 热量平衡方程式 Q1—物料带入设备的热量，kJ； Q2—加热剂或冷却剂传给设备及所处理物料的热量，kJ； Q3—过程的热效应，kJ；（注意符号规定） Q4—物料带出设备的热量，kJ； Q5—加热或冷却设备所消耗的热量或冷量，kJ； Q6—设备向环境散失的热量，kJ。 注意各Q的符号规定 Q2为设备的热负荷。若Q2为正值，需要向设备及所处理的物料提供热量；反之，表明需要从设备及所处理的物料移走热量。 对间歇操作，按不同的时间段分别计算Q2的值，并取其最大值作为设备热负荷的设计依据。 各项热量的计算 1、计算基准 一般情况下，可以0℃和1.013?105 Pa为计算基准 有反应的过程，也常以25℃和1.013?105Pa为计算基准。 2、Q1或Q4的计算 无相变时 物料的恒压热容与温度的函数关系常用多项式来表示： 若知物料在所涉及温度范围内的平均恒压热容，则： 3、Q3的计算 过程的热效应由物理变化热QP和化学变化热QC两部分组成。 物理变化热是指物料的浓度或状态发生改变时所产生的热效应。若过程为纯物理过程，无化学反应发生，如固体的溶解、硝化混酸的配制、液体混合物的精馏等，则 QC＝0 。 化学变化热是指组分之间发生化学反应时所产生的热效应，可根据物质的反应量和化学反应热计算。 4、Q5的计算（加热或冷却设备所消耗的热量或冷量） 稳态操作过程 Q5＝0 非稳态操作过程由下式求Q5 Q5=?GCP（t2-t1) G—设备各部件的质量，kg； Cp—设备各部件材料的平均恒压热容，kJ?kg-1?℃-1； t1—设备各部件的初始温度，℃； t2—设备各部件的最终温度，℃。 与其他各项热量相比，Q5的数值一般较小，因此，Q5常可忽略不计。 1、热量衡算的步骤 (1) 明确衡算目的，如通过热量衡算确定某设备或装置的热负荷、加热剂或冷却剂的消耗量等。 (2) 明确衡算对象，划定衡算范围，并绘出热量衡算示意图 (3) 搜集有关数据 由手册、书籍、数据库查取；由工厂实际生产数据获取；通过估算或实验获得。 （4）选定衡算基准 　　　同一计算要选取同一基准，且使计算尽量简单方便。 （5）列出热量平衡方程式，计算各种形式的热量。 （6）编制热量平衡表，并检查热量是否平衡． （7）求出加热剂或冷却剂的用量． （8）求出单位产品的能量消耗定额、每小时、每天及每年的消耗量。 例如汽化热 ①由已知温度的汽化热求另一温度的汽化热 例题： 乙醇脱氢生产乙醛，副产乙酸乙酯，已知原料为无水乙醇(纯度以100%计)，流量为1000kg?h-1，其转化率为95%，乙醛选择率为80%，物料衡算数据如下表所示。乙醇的进料温度为300℃，反应产物的温度为265℃，乙醇脱氢制乙醛反应的标准反应热为-69.11kJ?mol-1(吸热)，乙醇脱氢生成副产物乙酸乙酯的标准反应热为-21.91kJ?mol-1(吸热)，设备表面向周围环境的散热量可忽略不计。试对乙醇脱氢制乙醛过程进行热量衡算。 解：过程为连续操作，对该过程进行热量衡算的目的是为了确定反应过程中需补充的热量。依题意，取反应器为衡算对象,绘出热量衡算示意图 由于是连续过程，则Q5=0；依题意知Q6=0。 取热量衡算的基准温度为25℃，则过程的热效应Q3主要为化学变化热，即 由乙醇脱氢制乙醛的化学反应热为 乙醇脱氢生成副产物乙酸乙酯的化学变化热为 Q4由四部分组成,其中未反应乙醇带走热量为 故反应过程所需的补充加热速率为1.148?106kJ?h-1。 乙醇催化脱氢过程热量平衡表 常用加热剂有热水、饱和水蒸汽(低压、高压)、导热油、道生液、烟道气和熔盐等； 常用冷却剂有空气、冷却水、冰和冷冻盐水等。 1、加热剂和冷却剂的选用原则 ①在较低压力下可达到较高温度； ②化学稳定性高； ③无腐蚀； ④热容量大； ⑤冷凝热大； ⑥无火灾和爆炸危险； ⑦无毒性； ⑧温度易于调节； ⑨价格低廉； 常用热载体的特点 4-7加热剂和冷却剂消耗量的计算 1、水蒸气的消耗量 (1) 间