第三章 化工设计.ppt

第三章? 工艺计算 第一节 物料衡算 物料衡算是化工计算中最基本、也是最重要的内容之一，它是能量衡算的基础， 也是以后各项工作的依据。 一、概述 1.物料衡算的理论依据 是质量守恒定律，即在一个孤立物系中，不论物质发生任何变化，它的质量始终不变。 物料衡算的一般方程: 2.目的 （1）求出原辅材料的用量，制定原辅材料消耗指标； （2）求出产品、副产品、中间体的产量及三废排放量； （3）根据所得物料处理量，进一步确定设备类型、台数、容量、尺寸以及化工管道的尺寸。 另外，在实际生产中，可通过物料衡算检查生产过程的完善程度，作为技术改进的定量关系。 3.内容 计算原料与产品之间的定量关系 具体说就是对每股物料进行分析和定量计算，以确定它们的数量、组成和相互间的比例关系，并且确定它们在物理变化和化学变化过程中相互转移或转化的定量关系。 物料衡算得开始意味着设计工作从定性转向定量 二、物料衡算的基本方法和步骤 衡算的体系与环境 所谓体系是指为了分析一个过程，人为地划定出一个区域作为一个完整的研究对象。这个划定的区域叫做体系。它可以是一个单元操作，也可以是一个工序甚至整个车间乃至全厂。 确定体系、环境与边界是建立物料平衡方程的基础。体系划分不清或不恰当，会导致衡算繁琐甚至错误。 二、物料衡算的基本方法和步骤 进行物料衡算时，为了能顺利地解题，避免错误，必须掌握解题技巧，按正确的解题方法和步骤进行。 1、画物料衡算示意图（物料流程简图） 求解物料衡算问题，首先应该根据给定的条件画出流程简图。 2、计算基准及其选择。 进行物料、能量衡算时，必须选择一个计算基准。从原则上说选择任何一种计算基准，都能得到正确的解答。但是，计算基准选择得恰当，可以使计算简化，避免错误。 对于不同化工过程，采用什么基准适宜，需视具体情况而定，不能作硬性规定。 二、物料衡算的基本方法和步骤 3、物料衡算的步骤 进行物料衡算时，尤其是那些复杂的物料衡算，为了避免错误，建议采用下列计算步骤。对于一些简单的问题，这种步骤似乎有些繁琐，但是训练这种有条理的解题方法，可以培养逻辑地思考问题，对今后解决复杂的问题是有帮助的。计算步骤如下： (1) 搜集计算数据。 a.生产规模，时间及产品收率、转化率、消耗定额等； b.原料、助剂、中间体和产品的规格及其物化数据； c.工艺技术数据，即各种控制指标。 (2) 画出物料流程简图。 (3) 确定衡算体系。 (4) 写出化学反应方程式，包括主反应和副反应，标出有用的分子量。 (5) 选择合适的计算基准，并在流程图上注明所选的基准值。 (6) 列出物料衡算式，然后用数学方法求解。 (7) 将计算结果列成输入－输出物料表(物料平衡表)。 (8) 校核计算结果 过程物料平衡分析及计算方法 （1）总质量平衡关联 任何体系，虽然某一组分的质量或摩尔数不一定守恒，但其总质量总是守恒的。 简单过程物料衡算 例：一种废酸，组成为23％(质量％)HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的浓H2SO4及90％的浓HNO3，要求混合成27％HNO3及60％H2SO4的混合酸，计算所需废酸及加入浓酸的数量。 解：设x 为废酸量kg； y 为浓H2SO4量，kg； z 为浓HNO3量； 1、画物料流程简图 2、选择基准，可以选废酸或浓酸的量为基准，也可以用混合酸的量为基准，因为四种酸的组成均已知，选任何一种作基准计算都很方便。 3、列物料衡算式，该体系有3种组分，可以列出3个独立方程，所以能求出3个未知量。 基准：100kg混合酸 总物料衡算式? ????? x + y + z=100 ?????????????????? ????? (1) H2SO4的衡算式 ????0.57x + 0.93y=100×0.6=60???????????? (2) HNO3的衡算式 ???? 0.23x + 0.90z=100×0.27=27 ??????????(3) 解(1)，(2)，(3)方程，得x=41.8kg 废酸 ???????????????????? y = 39kg 浓H2SO4 ???????????????????? z = 19.2kg 浓HNO3 即由41.8kg废酸、39kg浓H2SO4和19.2kg浓HNO3可以混合成100kg混合酸。 根据水平衡，可以核对以上结果： 加入的水量 = 41.8× 0.2