化工计算.ppt

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化工设计（2005-2006学年)
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• 三、物料平衡方程式
• 1、根据质量守恒定律，对某一个体系内质量流动 及变化的情况用数学式描述物料平衡关系则为物 料平衡方程式。其基本表达式为：
•
∑F0 = ∑D + A +∑B
（3—1）
•
Fxif ± Rxi = Dxid + Axia + Bxid
• 式中，xi——反应过程生成或消耗的ⅰ组分的量，反应生
成ⅰ组分时，R取“+”，反应消耗ⅰ组分时Ri取“—”；
• xif、xid、xia、xid——ⅰ组分在F，D，A，B中的分率。
• 如果体系内不积累物料，即连续稳定的操作过程。这样积 累的物料质量A等于零，（3—1）式成为：
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第一节 物料衡算
一、定义：运用质量守恒定律，对生产过程或设备进行 研究，计算输入或输出的物流量及组分等称之为物料衡 算，物料衡算是工艺设计的基础。
二、物料衡算的目的：
通常物料衡算有两种情况，一是对已有的生产设备或过 程利用实测的数据，计算出另一些不能直接测定的物料 量，俗称生产查定。用此计算结果，对生产情况进行分 析，做出判断，提出改进措施；二是设计一种新的设备 或过程，由物料衡算求出进出各设备的物料量、组成等， 然后结合能量衡算，确定设备的工艺尺寸及整个工艺流 程
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3-1 物料衡算
化工工艺计算包括物料衡算、能量衡算和设备的工艺 计算。此项设计工作是在工艺路线确定之后，开始工艺 流程的设计并绘制出工艺流程草图后进行的。该项设计 工作的展开意味着设计工作由定性阶段转入定量阶段。 物料衡算和能量衡算是进行化工工艺过程设计及技术经 济评价的基本依据。设备的工艺计算与选型是在物料衡 算的基础上，确定化工过程所需传热设备的传热面积及 设备的几何尺寸；从而确定化工过程所有的工艺设备台 数、型式和主要尺寸。（结果）
• 3、确定计算任务（设计任务书） 对物料的数量、组成及物流走向产生了什
么影响。针对过程特点，选定适用的公式， 同时分析数据资料，明确哪些是已知的， 哪些是未知待求的。对于未知数据则判别 哪些是可以查到的，哪些是要通过计算求 出，从而弄清计算任务
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• 式中，F0——输入体系的物料质量；
• D——离开体系的物料质量；
• A——体系内积累的物料质量；
• B——过程损失的物料质量（如跑、冒、滴、漏）
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• 2、如果体系内发生化学反应，则对任一组分或任一元素 作衡算时，必须把反应消耗或生成的质量也考虑在内。所 以（3—1）式成为：
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• 但需注意当下列情况不得合并或省略：产 生有害物质的副反应，其量虽然微小，却 要进行分离精制，是三废治理的依据。
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• 4、收集数据资料
• 计算任务明确之后，收集什么数据和资料也就明 确了，一般包括以下方面。
• （1）生产规模 当设计任务有直接规定时按规定 数字计算。如果是中间车间，应根据消耗定额来 确定生产规模。同时要考虑物料在车间的回流情 况
• （2）生产时间 即年工作时数。应根据全厂检修、 车间检查、产生过程的设备特性来考虑每年有效 的工作时数
• （2）对于无化学反应体系能列出独立物料平衡式的最多 数目等于输入和输出的物流里的组分数。例如，当给定两 种组分的输入输出的物料时，可以写出两个组分的物料平 衡和一个总质量平衡式，这三个平衡式中只有两个是独立 的，而另一个是派生的。
• （3）在写平衡方程式时，要尽量使方程式中所包含的未 知数最少。
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• 若生产过程中无特殊现象（如易堵、易波 动），设备能正常运转（没有严重腐蚀现 象）或者已设有必要的备用（运转的泵和 风机设置备用），且全厂公用系统又能保 障供应者，年工作时数可采用8000~8400h。
• ∑F0 = ∑D + ∑B
• 如果体系内没有化学反应，对任一个组分或任一种元素作 衡算时，（3—2）式中=0，则：
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注：
• （1）物料平衡是指质量平衡，不是体积或物质的量平衡。 若体系内有化学反应，则衡算式中各项用摩尔/时为单位 时，必须考虑反应式中的化学计量系数。因为反应前后物 料中的分子数守恒。
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• 四、物料衡算的步骤：
1、画出物料衡算示意图；不但所有已知数据要表 明在图上，那些待求的未知数也应当以恰当的 符号表示，并标在图上，以便分析。
2、写出主、副化学反应式，标出有用分子量；当 副反应很多时，那些次要的而且占的比重很小 的副反应可以略掉；或者将类型相近的若干副 反应合并，以其中之一为代表，从而使计算简 化，这样所引起的误差必须在允许的范围之内
• 全车间停车检修时间较多的生产，年工作 时数可采用8000h。目前大型化工生产装置 一般都采用8000h。