化工设计之物料衡算与能量衡算培训讲义.ppt

苯直接加氢转化环己烷中的循环过程的衡算 解：反应为：C6H6+3H2→C6H12 基准：100kmol/h环己烷 查苯的总转化率为99% 则生产100kmol/h环己烷需苯 100／0.99=101.01kmol/h 未反应的苯为 101.01-100=1.01kmol/h 产物中含H2,设含量为nH2 第三十一页，共五十页。 总产量＝100+1.01+3.12=104.13kmol/h 其摩尔分数为 H2的进料率为 100×3＋3.12=303.12kmol/h 苯的进料率为　101.01kmol/h 设H2循环量为R R=100.92kmol/h 第三十二页，共五十页。 在没有循环时，一系列单元步骤的物料衡算可按顺序依次进行，每次可取一个单元．但是，如果有循环的话，由于循环量并不知道，所以逐次计算并不能计算出循环量。其解法有二： 代数法：在循环存在时，列出物料平衡方程式，并求解。一般方程式中以循环量作为未知数，用联立方程式的方法进行求解。 迭代法：假定一个循环量估计值进行计算，将估计值与计算值比较，若不符，重新假定一个估计值，一直计算到估计值与计算值之差在一定的误差范围内。 联立方程法： 第三十三页，共五十页。 迭代法求解循环问题——序贯模块法 今有一反应器/分离器系统，它将100kmol/h的组分A转化为等物质的量的B。每一单程有80%的A被转化，在分离器内没有物质的变化，分离后的98%的A和1%的B再循环。 第三十四页，共五十页。 第三十五页，共五十页。 化工设计电子课件 化工设计 第四章 物料衡算与能量衡算 Chart4 materiel balance and energy balance 第一页，共五十页。 4.1 物料衡算 4.2 能量衡算 4.3 化工模拟软件在化工设计中的应用 第二页，共五十页。 4.1 物料衡算 物料衡算—运用质量守恒定律，对化工过程或设备进行定量计算。 通过物料衡算解决以下问题： 计算原料消耗量、副产品量； 输出过程物料的损耗量及三废的生成量； 在物料衡算基础上做能量衡算，计算蒸汽、水、电、煤或其他燃料的消耗定额。 计算产品的技术经济指标。 为生产设备和辅助设备的选型及设计、管路设施与公用工程的设计等方面提供依据。 第三页，共五十页。 衡算计算范围示意图： 图中方框表示一个体系，虚线表示体系边界。 共有三个流股，进料1、2及出料3。 1 2 3 第四页，共五十页。 一、物料衡算依据 1. 理论依据——质量守恒定律 物料衡算范围 单元操作的物料衡算——化工设备设计的前提 化工过程的物料衡算——化工过程设计的前提 物料衡算的一般表达式为： 输入量－输出量＋生成量－消耗量＝积累量 对稳定操作过程，积累量=0 输入量-输出量+生成量-消耗量=0 对无化学反应的过程： 输入量－输出量＝积累量 对无化学反应的稳定操作过程：输入量＝输出量 第五页，共五十页。 对有化学反应的过程：总物料衡算+元素衡算式 2. 数据基础 (1) 技术方案、操作方法、生产能力、年工作时。 (2) 建设单位或研究单位的要求、设计参数、小试及中试数据： 化工单元过程的化学反应式、原料配比、转化率、选择率、总收率，催化剂状态、用量、回收方法、安全性能等； 原料及产品的分离方式，分离剂的用量，各步的回收率； 特殊化学品的物性：沸点、熔点、饱和蒸汽压、闪点等。 (3) 工艺流程示意图。 二、物料衡算基准 物料衡算时须选择计算基准，并在计算过程中保持一致。 一般计算过程的基准有以下几种： 第六页，共五十页。 (1) 时间基准——对连续生产过程，常以单位时间(如d、h、s）的投料量或产品量为计算基准。 (2) 批量基准——以每批操作或一釜料的生产周期为基准。 ㎏/批 (3) 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较适合。 (4) 物质的量基准：对于有化学反应的过程因化学反应的按摩尔进行的，用物质的量基准更方便。 (5) 标准体积基准：对气体物料进行衡算，可采用标准体积基准，Nm3(STP)，既排除T、p的影响，又可直接换算为摩尔。 (6) 干湿基准：由于物料中均含有一定量的水分，选用基准时就有算不算水分的问题。湿基计算水分，干基不计算水分。 实际计算时，必须根据具体情况选择合适的基准，过程的物料衡算及能量衡算应在同一基准上进行。 第七页，共五十页。 可建议： 以1t产品为基准 以1mol某反应物为基准 在连续操作中，以单位时间，即㎏/h或kmol/h作基准；在间歇操作中，以㎏/批为基准 有化学变化的过程，适宜采