物料及能量衡算.ppt

Eg1-4 合成氨方面的工艺计算 reactor 冷凝器 原料F1 1%氩气、甲烷 F2 循环气R 驰放气F4 12.5%惰性气体 液氨F3 计算各股物流的流率和组成？ 解： 1）节点处，组成相同，F4和R组成相同。 2）要求算流股，因此先假定基准为100mol/h 3)F4可由惰性气体平衡求算 4）R由氮或氢组分平衡求算 5）液氨F3由整个体系质量衡算求出。 ⑴确定各单元过程所需热量或泠量以及传热速率，为其他工程，如供汽给水等提供设计依据。 ⑵化学反应常伴有热效应，导致体系的温度变化，需确定为保持一定的反应温度所需的放热速率或传热速率。 ⑶确定泵、压缩机等输送机械和搅拌、过滤等操作机械所需功率。 ⑷通过能量衡算，分析工程设计和操纵中热量利用是否经济合理，以提高热量利用水平。 能量衡算 1、能量衡算的主要任务 能量衡算包括热能、动能、电能、化学能和辐射能等 能量积累率=能量进入率－能量流出率 +反应热生成率－反应热消耗率 当过程没有化学反应时 能量积累率=能量进入－能量输出 当过程没有化学反应，且处于稳态时 能量进入=能量流出 2、能量衡算式 在化工生产中，热量是一种最主要的能量形式。因此，主要讨论热量衡算。 ⑴单元设备热量衡算 衡算步骤 绘制设备的热平衡图 进出设备的热量大致可分如下几种： 物料带入设备的热量； 过程的热效应； 反应物带出的热量； 传热剂传入或传出的热量； 设备的热损失等等。 3、热量衡算 确定热量衡算式 即按设备热平衡图中标注的种形式的热量，列出热量衡算式。 收集有关资料 即收集物料量、物料的状态和有关物质的热力学参数，如比热容、潜热、反应热、溶解热、稀释热和结晶热等。 计算各种形式热量的值（其方法见下） 列热量平衡表（并检查热量是否平衡） 热量计算方法 物料带入或带出的热量 Q=∑WCPt 发生相变时，需计入相变热：Q=∑WI 式中W –质量,㎏;CP –比热容KJ／㎏℃;t –温度,℃;I –相变热,KJ∕㎏。 过程热效应的计算 主要有反应热、熔解热、结晶热等 Q=∑WI′ I′ –反应热、熔解热、结晶热等的热值,KJ∕㎏ 设备热量损失的计算 Q=∑Aα(tw –t)τ 式中A –设备散热面积, ㎡; α –设备表面向周围介质的传热系数,KJ∕㎡ h℃；tw –设备壁面温度℃;τ –周围介质过程持续时间,h； 热损失可估算为总热量的10%计 传热剂传热量的计算 常见的加热剂有:水蒸气、烟道气、导热油或道氏载热体等；有时也可用直接加热的方式。 冷却（冻）剂有水、空气、泠冻卤水等。 可根据∑Q入=∑Q出进行计算 热量计算时需注意的问题 热量衡算时，先要根据物料走向和变化， 详细分析热量间的关系。 要分清各种形式的热量，收集有关数据进行计算。收集数据时，要注意其应用条件，并对其可靠性进行热力学分析、筛选，必要时要进行实验测定。 间歇操作设备常用KJ/台为计算基准，但其热负荷却随时间而变化。其换算式如下： 式中Q-热负荷,KJ／h; Q1-加热或泠却设备的热量,KJ／台; τ-每台设备运行的时间,h ⑵系统热量平衡关系 系统热量平衡包括车间和全厂的热量平衡 其计算方法与单个设备的计算方法基本相同 通过对每台设备的加热剂或泠却剂用量的计算，将各台设备的水、燃料、电等的用量进行汇总； 求出单位产品的动力消耗定额；每小时、每天最大用量以及年耗量，最后汇总到动力消耗表。 甲烷在连续反应器中用空气氧化生产甲醛，副反应是甲烷完全氧化生成CO2和H2O。 eg 以100mol进反应器的甲烷为基准，物料流程如图所示。 Q 25℃，CH4 100mol O2 100mol N2 376mol 100℃ CH4 60mol HCHO(气) 30mol CO2 10mol H2O(气) 50mol O2 50mol N2 376mol 150℃ 假定反应在足够低的压力下进行，气体便可看作理想气体。甲烷于25℃进反应器，空气于100℃进反应器，如果要保持出口产物为150℃，需从反应器取走多少热量？ 物 料 衡 算、能量衡算 重要意义 确立生产过程的原料消耗指标、热负荷、产率等；为设计和选择反应器和其他设备的尺寸、类型、台数提供定量依据；可以核查生产过程各物料量及有关数据是否正常、有否泄露，热量回收、利用水平和热损失