化工物料衡算.ppt

第四章物料衡算
本章要求:
掌握物料衡算的原理
掌握物料衡算的基本步骤
掌握物料衡算的基本方法
主要内容:
物料衡算的理论依据
化工过程的类型
物料衡算式
物料衡算的基本方法
无化学反应过程的物料衡算
化学反应过程的物料衡算
前言
一、物料衡算的理论依据
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(不包括核反应,因为核反应能量变化非常大,此定律不适用)。
二、物料衡算的意义
,它主要研究在某一个体系内进、出物料量及组成的变化。通过物料衡算可以知道原料、产品、副产品及中间产品之间量的关系,从而计算出原料的转化率、产品的收率、物料损失情况及原料的消耗定额。
、台数和尺寸的依据,以便对设备作进一步的计算。
、工段或装置的生产工艺指标进行预估,对化工过程和设备进行设计。
第一节物料衡算式
一、化工过程的类型
、间歇操作以及间歇连续操作(半间歇或半连续操作)三类。
,可分为稳定状态操作和非稳定状态操作。
本章主要是以稳定状态操作过程为主介绍物料衡算的有关方法,对不稳定状态操作过程只作简要的介绍。
二、物料衡算式
对任何一个体系,物料平衡关系式可表示为:
输入的物料量-输出的物料量-反应消耗的物料量+反应生成的物料量=积累的物料量
第一节物料衡算式
1、稳定操作状态
稳定操作时,积累的物料量=0
(1)有化学反应,此时物料平衡关系式为:
输入的物料量-输出的物料量-反应消耗的物料量+反应生成的物料量=0
(2)无化学反应,反应消耗和生成的物料量为零,此时物料平衡关系式为:
输入的物料量—输出的物料量=0
2非稳定操作状态
非稳定操作时,积累的物料量不为零
(1)有化学反应
输入的物料量—输出的物料量—反应消耗的物料量+反应生成的物料量=积累的物料量
即为通式。
(2)无化学反应
输入的物料量—输出的物料量=积累的物料量
一、物料衡算的范围
进行物料衡算时,必须首先确定衡算的体系。所谓体系就是物料衡算的范围,它可以是一个设备或几个设备,也可以是一个单元操作或整个化工过程, 可以根据实际需要人为地选定,体系的确定以能简化解题为原则。
二、物料衡算的基本步骤
进行物料衡算时,尤其是那些设备和过程较多的复杂体系的物料衡算,应按照一定的计算步骤来进行。
第二节物料衡算的基本方法
、整理计算数据
(1)设计任务数据
①生产规模根据设计任务、生产能力来确定。
②生产时间即年工作时数(操作时间),一般为7200-8000小时左右。
③有关工艺技术经济指标即原料的消耗定额、转化率、收率、选择性(或产率)等。
(2)物性数据如摩尔质量、密度、浓度、反应平衡常数、相平衡常数等,可以在有关资料、手册、数据汇编等处查找。查找时应注意资料的可靠性,尽可能找原始资料并注意数据的适用范围。所收集的数据应统一使用国际单位制。
(3)工艺参数如温度、压力、流量、原料配比、停留时间等。
第二节物料衡算的基本方法
第二节物料衡算的基本方法

画物料流程图的方法
,方框中标明过程的特点或设备的名称;

第二节物料衡算的基本方法
在图中,应表示出所有物料线,并注明所有已知和未知变量。如果过程中有很多股物流,则可将每股物流进行编号,以避免出错。
举例4-1:含CH485%和C2H615%(摩尔分数)的天然气与空气在混合器中混合。得到的混合气体含CH410%。试计算100mol天然气应加入的空气量及得到的混合气量。所画的物料流程简图如下图所示:混合过程的物料流程图
第二节物料衡算的基本方法

根据衡算对象的情况,用框图形式画出物料流程简图后,必要时可在流程图中用虚线表示体系的边界,从虚线与物料流股的交点可以很方便地知道进出体系的物料流股有多少。
,包含有很多设备时,合理选择衡算体系对解题是很有帮助的,特别是第一个衡算体系的确定,往往是解题的突破口,解决问题之关键,这时原则上应选择已知条件最多、物料组分最多、未知变量最少的体系作为第一个衡算系统,这些条件有时不一定能同时满足,可视具体情况进行取舍。如果再不能确定衡算体系,需列表进行自由度分析,检查给定的数据条件与求解的变量数目是否相符,确定求解的步骤。
第二节物料衡算的基本方法
,并在流程图上注明所选的基准值。
计算基准即作物料衡算时先确定的某一股物料的量。
在物料、能量衡算中,计算基准的