物料衡算与能量衡算.pptx

第3章 物料衡算与能量衡算;化工基础数据;基本物性数据—如临界常数（临界压力、临界温度、临界体积）、密度或比容、状态方程参数、压缩系数、蒸气压、气一液平衡关系等。 热力学物性数据—如内能、焓、熵、热容、相变热、自由能、自由焓等。 化学反应和热化学数据—如反应热、生成热、燃烧热、反应速度常数、活化能，化学平衡常数等。 传递参数—如粘度、扩散系数、导热系数等。;物料衡算与能量衡算的概念;物料衡算的质量守恒 进入系统的质量流量—排出系统的质量流量 =系统内质量的累积 稳态过程 进入系统的质量流量=排出系统的质量流量;物料衡算的目的 1.确定原料的消耗量、副产品量以及输出过程物料的损耗量及三废生成量，判断是否达到设计要求（产品的技术经济指标）。 2.作为热量计算的依据。 3.根据计算结果绘出物流图，可进行管路设计及材质选择，仪表及自控设计、对生产设备和辅助设备进行选型或设计。; （1）设计任务书 （2）建设单位或研究单位所提供的数据 （3）工艺流程示意图;时间基准：对连续稳定过程，用单位时间的物料量作基准。 质量基准：固体或液体物料，选用单位质量为基准； 当量基准：对化学反应过程，选用kmol，因为反应为等当量反应。 体积基准：气体物料，选用m3（STP），因它不随T、P变化。 干湿基准：对含水分的物料，选干基（不计水分），即水分变化时选干基。 ;1.确定衡算的对象、体系与环境，并画出计算对象的草图。;2.确定计算任务； 3.确定过程所涉及的组分； 4.对物流流股进行编号，并标注物流变量； 5.收集数据资料： 一类为设计任务所规定的已知条件； 一类为与过程有关的物理化学参数。;6.列出物料衡算方程; 无反应过程指流体输送、粉碎、换热、混合、分离（吸收、精馏、萃取、结晶、过滤、蒸发、闪蒸、提浓、脱水、增湿、干燥）等化工单元操作。;例3.1 从气体中回收丙酮的装置;有反应过程的物料衡算 ;⑴ 转化率;产物的实际产量;（4）限制组分——较昂贵的反应物全部反应，较难得或要严格控制的反应物应充分利用 （5）过量组分——价格低廉、易得的反应物过量;例：原料气中有CO 1mol，H2O(g) 2mol，进行变换反应： CO＋H2O (g) → H2＋CO2 用反应物的实际摩尔量除以各自对应组分的反应计量系数，此值最小者即为限制组分，其余为过量组分。;※ 几种衡算方法;例3-1 年产10000t苯乙烯工段物料衡算（直接推算法） ;C6H5C2H5 C6H5C2H3 + H2 (1) C6H5C2H5 + H2 C6H5CH3 + CH4 (2) C6H5C2H5 C2H4 + C6H6 (3) C6H5C2H5 7C + 3H2 + CH4 (4) ; 纯乙苯 1000kg/h×98%=980kg/h，9.245kmol/h； 甲苯 1000kg/h×2%=20kg/h，即0.217kmol/h； 蒸汽量 980kg/h×1.5=1470kg/h，即81.667kmol/h； 乙苯转化率 0.4/0.9=0.4444； 参加反应的乙苯量 980kg/h×0.4444=435.11kg/h， 即4.109kmol/h；;产物中各组分情况如下： 未反应的乙苯 （980-435.11）kg/h=544.89kg/h,即5.140kg/h; 生成苯乙烯 4.109kmol/h×90%=3.698kmol/h,即384.60kg/h; 由各物质的选择性，有 输出的甲苯 4.109kmol/h×5%+0.217kmol/h=0.423kmol/h, 即38.92kg/h; 生成的苯 4.109kmol/h×3%=0.123kmol/h,即9.60kg/h; 生成的乙烯 4.109kmol/h×3%=0.123kmol/h ,即3.44kg/h; 生成的碳 4.109kmol/h×2%×7=0.575kmol/h ,即6.9kg/h; ;生成的甲烷 4.109kmol/h×(5%+2%)=0.288kmol/h , 即4.61kg/h; 输出的氢 4.109kmol/h×(90%-5%+2%×3)=3.739kmol/h , 即7.48kg/h; 输出水=输入水（不参与反应)1470kg/h;