物料衡算与能量衡算培训课程.ppt

第一节连续过程的物料衡算 教学内容： 结合具体实例，理解利用化学反应速率进行反应过程的物料衡算的方法。 重点和难点： 重点掌握利用化学反应速率进行反应过程的物料衡算的方法。 难点是衡算基准的选择，包括基准物流的名称和单位选择，以及物料平衡方程、摩尔分数约束式及设备约束式的内容和形式。 第二节 车 间（装 置） 的 物 料 衡 算 教学内容： 结合具体实例，理解一个完整的化工过程的物料衡算方法和步骤。 重点和难点： 重点掌握一个完整的化工过程的物料衡算的基准和思路。 难点是对一个完整的化工过程的物料衡算时应选择什么物流作衡算基准，如何列出平衡表达式。 第四节 计算机在物料衡算与能量 衡算中的应用 教学内容： 上机通过一个实例，了解流程模拟软件的种类和功能，以及用ChemCAD进行物料衡算 和热量衡算的步骤和方法。 重点和难点： 重点掌握用ChemCAD进行物料衡算的步骤和方法。 难点是设备、热力学方法的定义，模拟反应器的选择和参数的输入，以及换热过程和分离过程的模型选择和参数的输入。 一、流程模拟软件 (一)aspenONE 工程与创新解决方案 (二)PRO/Ⅱ (三)VMGSim；VMGThermo (四)Chem CAD (五)ECSS工程化学模拟系统-----化工之星 二、用Chem CAD进行物料衡算与能量衡算 (一) Chem CAD简介 1、ChemCAD的程序界面 2、ChemCAD的的运行环境和文件管理 1、初定工艺方案，进行必要的设置 (二)用Chem CAD进行物料衡算与能量衡算 2、绘制过程流程图 3、定义系统物料组成和热力学方法 4、定义流股和设备 5、运行模拟和模拟结果 ChemCAD计算输出结果 第三章 物料衡算与能量衡算 （2）封闭体系 = q + w （3）孤立体系 = 0 稳态过程的敞开体系 = q + w 第三章 物料衡算与能量衡算 三、能量衡算的一般方法 ⑴ 正确绘制系统示意图，标明已知条件和物料状态； ⑵ 确定各组分的热力学数据； ⑶ 选择计算基准（大部分在物料衡算的基础上进行）； 同时，还要选取热力学函数的基准态。 ⑷ 列出能量衡算方程式，进行求解。 第三章 物料衡算与能量衡算 化学反应过程的能量衡算 一、反应热 在化学反应中放出的热量取决于反应条件。在标准条件下，纯组分、压力为0.1MPa、温度为25℃（并非一定需要），反应进行时放出的热量称为标准反应热。 基准 =-56.68 kJ/mol 第三章 物料衡算与能量衡算 （1）标准生成热 在标准状态下，由构成组成的元素生成1mol组分时的焓差。任何反应的标准反应热可以由反应物和生成物的生成热计算得到。反之，组分的生成热也可以由反应热计算得到。 第三章 物料衡算与能量衡算 由于物质本身的热函是无法测定的，一般所能测定的是物质热函的变化量，因此人为地规定在标准状态下，元素生成热取为零。 标准反应热和生成热之间的关系 第三章 物料衡算与能量衡算 （2）标准燃烧热 组分和氧完全燃烧的标准反应热 由燃烧热计算反应热的一般表达式: 第三章 物料衡算与能量衡算 二、化学反应过程的能量衡算 简单化学反应过程的能量平衡： Q1+ Qr+ Qt = Q2 + Q损 物料的热量用热容的计算式为： 用热焓计算式为： * * 一、连续过程的物料衡算 一般表示式为： 系统中积累 = 输入 – 输出 + 生成 – 消耗 稳态过程时 输入 = 输出 – 生成 + 消耗 无化学反应的稳态过程 输入 = 输出 第三章 物料衡算与能量衡算 物料平衡形式 总平衡式 *总质量平衡式 总摩尔平衡式 组分平衡式 组分质量平衡式 组分摩尔平衡式 元素原子平衡式 *元素原子质量平衡式 *元素原子摩尔平衡式 第三章 物料衡算与能量衡算 物料衡算的基本步骤 ⑴ 画出流程示意图 ⑵ 列出已知数据 ⑶ 列出由物料平衡所需求解的问题。 ⑷ 决定系统的边界 ⑸ 写出主、副产品的化学反应方程式。 第三章 物料衡算与能量衡算 ⑹ 约束条件 ⑺ 选择计算基准 ⑻ 进行物料平衡计算 ⑼ 列出物料和能量平衡表，并进行校核 ⑽ 结论 第三章 物料衡算与能量衡算 关于基准 ⑴ 时间基准 连续（小时，天……） 间歇（釜，批……） ⑵ 质量基