物料衡算与能量衡算培训教材.pptx

第三章 物料衡算与能量衡算;可确定原材料消耗定额,判断是否达到设计要求。 可确定各设备的输入及输出的物流量,摩尔分率组成及其他组成表示方法.并列表,在此基础上进行设备的选型及设计,并确定三废排放位置、数量及组成,有利于进一步提出三废治理的方法。 作为热量计算的依据。 根据计算结果绘出物流图，可进行管路设计及材质选择，仪表及自控设计等。;2. 物料衡算的任务;3. 物料衡算的方法;设计任务书中确定的技术方案、产品生产能力、年工作时及操作方法。 建设单位或研究单位所提???的要求、设计参数及实验室试验或中试等数据,主要有: 化工单元过程的主要化学反应方程式、反应物配比、转化率、选择性、总收率、催化剂状态及加入配比量、催化剂是否回收使用、安全性能(爆炸上下限)等。 原料及产品的分离方式，各步的回收率，采用物料分离剂时，加入分离剂的配比。 特殊化学品的物性，如沸点、熔点、饱和蒸汽压、闪点等。 工艺流程示意图;时间基准：对于连续生产，以1段时间间隔，如1秒、1小时、1天等的投料量或生产产品量作为计算基准。这种基准可直接联系到生产规模和设备设计计算．如年产300kt乙烯装置，年操作时间为8000h，每小时的平均产量为37.5t。对间歇生产，一般可以一釜或一批料的生产周期作为基准。 质量基准：当系统介质为液、固相时，选择一定质量的原料或产品作为计算基准是合适的。如以煤、石油、矿石为原料的化工过程采用一定量的原料，例如：1kg、l00kg等作基准。如果所用原料或产品系单一化合物，或者由已知组成百分数和组分分子量的多组分组成，那么用物质的量(摩尔)作基准更为方便。;体积基准：对气体物料，选用体积标准。这时应将实际情况下的体积换算为标准状态下的体积，即标准体积，用m3(STP)表示。这样不仅排除了因温度、压力变化带来的影响，而且可直接换算为摩尔。气体混合物中组分的体积分率同其摩尔分率在数值上是相同的。 干湿基准：不计算水分在内的称为干基，否则为湿基。例如，空气组成通常取含氧21％，含氮79％(体积)，这是以干基计算的；如果把水分(水蒸气)计算在内，氧气、氮气的百分含量就变了。又如，甲烷水蒸气催化转化制取氢气，转化炉的进料量，以干基计为7x103m3(STP)／h。而以湿基计则可达到3x103m3(STP) ／h。通常的化工产品，如化肥、农药均是指湿基。例如年产尿素480kt，年产甲醛5kt等均为湿基；而年产硝酸50kt，则为干基。;平衡式类型;直接计算法； 利用反应速率进行物料杨算； 元素平衡； 以化学平衡进行衡算； 以结点进行衡算； 利用联系组分进行衡算 直接计算法是根据化学反应方程式,运用化学计量系数进行计算的方法。;4. 物料衡算程序;;原材料消耗一览表(三聚氰胺装置物料衡算结果换算); 物料衡算示例; 2.画出工艺流程示意图,标出有关数据,然后进行计算;;;;;引言：能量衡算在物料衡算结束后进行。 能量衡算的基础是物料衡算，而物料衡算和能量衡算又是设备计算的基础。 全面的能量衡算应该包括热能、动能、电能、化学能和辐射能等。但化工生产中最常用的能量形式为热能，故化工设计中经常把能量衡算称为热量衡算。;计算流程中某些设备的热负荷或换热量 计算换热设备的热负荷 包括热交换器,加热器,冷却器,汽化器,冷凝器,蒸饱塔塔顶冷凝器,蒸馏塔再沸器等。 计算反应器的换热量 包括间歇釜式反应器，连续釜式反应釜，换热式固定床反应器，中间间接换热式多段绝热固定床反应器，流化床反应器，带有冷却或加热套管的管式反应器，内设换热装置的鼓泡式反应器等。 计算吸收塔冷却装置的热负荷 对一些热效应比较大的吸收过程(多见于化学吸收) 吸收塔内设置冷却装量(制碱工业的碳化塔就是设有很多冷却水箱的吸收塔)。冷却装置的热负荷就是通过作吸收塔热衡算得到的。;算出热剂和冷剂的用量或冷热物流比或温度 冷激式多段绝热固定床反应器的冷激剂用量 加热蒸汽、冷却水、冷冻盐水的用量, 这些量是其他工程如供热、等的设计依据。 有机高温热载体(如联苯、导热姆等)和熔盐的循环量 工业上使用这些高温热载体时一般都设计成循环系统(例如邻二甲苯氧化工段就有熔盐循环系统(见下图),循环流程中有贮罐、换热器或废热锅炉、循环泵等设备，这些设备的重要设计参数是热载体的循环量，而热载体的循环量则是通过热量衡算确定的。;;算出热剂和冷剂的用量或冷热物流比或温度 冷冻系统的制冷量和冷冻剂循环量 化工生产中常用液态氨、液态乙烯、液态丙烯、氟里昂等作为冷冻剂，通过热衡算可确定冷冻系统制冷量和冷冻剂的循环量，作为设计冷冻系统的基本参数，下图是氨合成工段的液氨冷冻循环示意图。 换热器冷、热支路的物流比例 在化工生产流程中，常设置不经过换热器的冷支路以调节物料温度．通过热衡算可确定进换热器和进冷支路的物流