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第五章 物料衡算和能量衡算ppt课件

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化工生产过程物料衡算能量衡算介绍课件

化工生产过程物料衡算能量衡算介绍课件

化工生产过程的特点
01 连续性：化工生产过程通常为连续生产，以保证生产效 率和产品质量。
02 复杂性：化工生产过程涉及多种化学反应和物理变化， 过程复杂，需要精确控制。
03 安全性：化工生产过程涉及易燃、易爆、有毒等危险物质， 需要严格控制生产条件和操作流程，确保生产安全。
04 环保性：化工生产过程会产生废气、废水、废渣等污染物， 需要采取有效措施进行环保处理，降低对环境的影响。
物料衡算能量衡算在化工生产过程中的作用
物料衡算：计算物料的投入和产出，确保生产过程的物料平衡，提高生产效 率。
能量衡算：计算生产过程中的能量消耗和产出，优化生产工艺，降低能耗， 提高能源利用率。
物料衡算能量衡算相结合：综合考虑物料和能量的平衡，优化生产工艺，降 低生产成本，提高生产效益。
物料衡算能量衡算在化工生产过程中的应用：广泛应用于化工生产过程的设 计、优化和改进，提高生产过程的安全性、环保性和经济性。
物料衡算在质量管理中的应用：物料衡算可以帮助分析产品 质量情况，从而制定质量控制措施和优化质量管理。
能量衡算的概念
能量衡算是化工生产过程中对能量 进行计算和分析的方法
能量衡算的目的是为了优化生产过 程，提高能源利用效率
能量衡算主要包括热能、机械能、 电能等能量的计算和分析
能量衡算可以帮助企业降低生产成 本，减少能源消耗，提高生产效率
视觉效果：运用色彩、图片、动画等元素，提高课 件的视觉效果和吸引力
互动设计：设置提问、讨论、练习等互动环节，提 高学员的参与度和学习效果
课件制作工具：选择合适的课件制作工具，如 PowerPoint、Keynote等，提高制作效率和质量
能量衡算的应用
优化生产工艺：通过能量衡 算，可以优化生产工艺，提 高生产效率

物料衡算与能量衡算概论(PPT 108页)

物料衡算与能量衡算概论(PPT 108页)
0
章物料衡算
与能量衡算
1/106
主要内容
化工过程及过程参数 化工工艺流程 物料衡算 热量衡算
2/1062
§3.1 工艺过程及过程参数
化工计算主要是应用守恒定律来研究化工过程的物料衡算和 能量衡算问题。在进行计算时，必须熟悉有关化工过程的一些 术语及基础知识。
主要内容包括：
• 化工过程； • 化工工艺流程； • 化工过程开发； 1. 化工过程基本参数—温度、压力、流量、化学组成等基本概念。
空气 F3
吸
蒸
收Hale Waihona Puke 馏塔塔冷凝器
产品 F4 丙酮99%,水1%
混合气体 F2 1.5(mol)%丙
酮
废料 F5：丙酮5%，水95%
28/10268
2、估算。可以应用物理和化学的一些基本定律计算各种物 质的性质参数。
3、用实验直接测定。
13/10163
§3.2 工艺基础数据 §3.2.2 化工基础数据来源
外文
中文
14/10164
§3.3 化工过程类型 §3.3.1 间歇操作、连续操作以及半连续操作
• 闻歇操作过程：
• 原料在生产操作开始时一次加入，然后进行反应或其他操作，一直到操作 完成后，物料一次排出，即为间歇操作过程。此过程的特点是在整个操作时 间内，再无物料进出设备，设备中各部分的组成、条件随时间而不断变化。
材料是否可行。当然，最终取决于是否有经济效益。
化工过程开发的第一步就是要设计一个流程图。由于化学反应
或产物的分离可用不同的方法来完成，因此，设计流程时，必须选
择一个安全、可靠、经济效益高的最佳方案。
10/10160
§3.1 工艺过程及过程参数

物料衡算培训课件(PPT55页).pptx

物料衡算培训课件(PPT55页).pptx

三、确定计算任务： 在生产任务已定的前提下，根据消耗定额和工艺指 标可以求得羰化工序各项进料量，然后按流程顺序从 前往后计算。
四、收集数据：
1、全装置工艺数据；
(1)、生产规模：年产500吨100%丙酮；
(2)、生产时间：年工作时数7200h；
(3)、反应塔空时产率：350~500g/l*h;
(4)、选择性：95%以上； (5)、氧转化率：50~60%； (6)、氯化钯生产能力：30~40 g/g*h (7)、丙烯单程转化率：95~99%。
CH3—CH=CH2+1/2O2
Pdcl2, Cucl2
║ CH3—C—CH3
+69kcal/mol
1、羰化塔 2、羰化分离器 3、闪蒸塔 4、酸水缸 5、氧化塔 6、气液分离器 7、缓冲罐 8、氧化吸收塔 9、尾气冷凝器 10、羰化吸收塔 11、初馏塔 12、塔顶冷凝器 13、气液分离器 14、排醛塔 15、塔顶冷凝器 16、气液分离器 17、丙醛冷凝器 18、精馏塔 19、塔顶冷凝器 20、气液分离器 21、丙醛计量槽 22、成品贮槽 23、丙醛贮槽 24、粗丙酮贮槽 25、进料泵 26、进料泵 27、吸收液槽 28、进料泵 29、吸收液贮槽 30、水泵 31、催化剂循环压缩机
2、工艺操作条件及控制指标：
(1)氧化塔：
塔底压力：11.5 atm (表压) 塔顶压力：9.5 atm (表压) 塔底温度：105℃
塔顶温度：100 ℃ (2)羰化塔：
塔底压力：9 atm (表压) 塔顶压力：8 atm (表压) 塔底温度：107 ℃ 塔顶温度：103 ℃ 丙烯量(100%，kg/h)/催化剂循环量(M3/h)=4.4~3.44
• 7.结论与验算

物料衡算与热量衡算培训课件(PPT122张)

物料衡算与热量衡算培训课件(PPT122张)

M V
j 1 j
NC
j
0
Vk为关键组分化学计量系数，这里是指甲醇)
例4.ห้องสมุดไป่ตู้ 计算过程
项 目
1.按化学计量式计算 /(kmol/h) CH3OH 100.0 O2 50.0 75.0 37.5 75.0 25.0 100.0
0.219
惰性组分
HCHO 100.0
H2 O 100.0
CH3OH+0.5O2 282.1
i=1,2, ……, NT-1 j=1,2, ……, NC
简单混合例题
例5.1 将含有40%(质量百分率)硫酸的废液与98%浓硫 酸混合生产90%的硫酸，产量为1000kg/h。各溶液的 第二组分为水，试完成其物料衡算。
F1=? H2SO4 Z1,1=0.40 H2 O Z1,2=0.60 F2=? H2SO4 Z2,1=0.98 H2 O Z2,2=0.02
HCHO+H2O
2.过剩50%空气,试剂量/(kmol/h) 100.0
3.对于甲醇转化率75%时
转化物质 产生物质 /(kmol/h) /(kmol/h) 37.5 75.0
0.164
75.0
75.0
未转化物质 /(kmol/h) 4.总计 /(kmol/h)
∑F损--总的损失量； ∑F积--系统中积累量。 分批操作（间歇操作）的设备，当终点时，物料全部 排出则系统内物料积累为零，对于稳定连续操作，系统 物料累积量亦为零。在此情况下，上式可写成： ∑F进=∑F出+∑F损
4.1 简单的物料衡算
4.1 简单的物料衡算
质量守恒定律：
物料衡算的基本准则是质量守恒定律。 以稳态为例：
kg/h 质量分率 kg/h 质量分率 kg/h 质量分率

物料衡算与能量衡算培训课程(PPT 54页)

物料衡算与能量衡算培训课程(PPT 54页)
选择什么物流作衡算基准，如何列出平衡表达 式。
25
第二节 车 间（装 置） 的 物 料 衡 算
在一个车间（装置）中物料的添加和分离比较频
繁，并且经常伴随着化学反应的发生，部分产品的循
环（如回流），物料衡算比较复杂。
1.单元模块
第 三
计算步骤:
章
⑴过程整体分析;
物 料
⑵写出各单元的方程式和约束式;
衡
反应物的反应量 反应物的进料量
xA =
nA0 nA n A0
⑵ 选择性
第 三 章
选择性 =
生成目的产物所反 消应 耗物 的量 原料的反应量 100%
物
料 衡 算
β = (nC nC0)/ c
与 能
(nA0 nA)/ a
量
衡
算
13
⑶ 收率 收率 = 转化率×选择性
生成目的产物所消耗反的应物量
33
（1）标准生成热
H
0 f
在标准状态下，由构成组成的元素生成1mol组分时 的焓差。任何反应的标准反应热可以由反应物和生成 物的生成热计算得到。反之，组分的生成热也可以由 反应热计算得到。
第 三 章
物 料 衡 算 与 能 量 衡 算
34
由于物质本身的热函是无法测定的，一般所能测定 的是物质热函的变化量，因此人为地规定在标准状 态下，元素生成热取为零。
量 衡
99%液体
算
15
总平衡式
输入的料浆=输出的滤液+输出的滤饼 F1= F2+F3
第 三
液体平衡式 F1x11= F2x21+F3x31
章
物 料 衡 算 与 能 量 衡 算
16
精馏过程 三个未知数需三个方程

物料衡算与能量衡算概论(PPT 83页)

物料衡算与能量衡算概论(PPT 83页)
对温标。 其0度为-459.67℉（-460℉）。 • 四种温度的关系：
• 二）压力(压强） • 三）流量 • 四）组成
3.1 物料衡算 3.2 能量衡算 3.3 化工模拟软件在化工设计中的应用
本 章要求
• 掌握非反应过程的物料衡算及反应过程 的物料衡算；
• 掌握装置的物料衡算； • 掌握以反应热效应为基础的计算方法，
• ③作物料衡算可以检查各物料的计量、分析测定数据是 否正确；检查生产运行是否正常。
• ④作系统各设备及管路的物料衡算时，可以检查出生产 上的薄弱环节或限制部位。从而找出相应的强化措施。
• ⑤物料衡算和能量衡算是传统最优化和经济核算的基础 。
• ⑥物料衡算和能量衡算的方程往往用于求取生产过程中 的某些未知量或操作条件。
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
化工过程基本参数
过程参数：生产过程中影响过程运行和状态的物理量。 一）温度
表示物体冷热程度的物理量。温标。 1、摄氏温标，℃
水的正常冰点：0℃ 水的正常沸点：100℃ 其间均分100等份 其单位为℃ 2、开尔文温标，K（又叫热力学温度，热力学温标）
单位是“开尔文”，英文是“Kelvin”简称“开”，国际代号“K”。开 尔文是为了纪念英国物理学家Lord Kelvin而命名的。
物料、能量衡算的目的和内容

制药工程学完整第五章-能量衡算ppt课件

制药工程学完整第五章-能量衡算ppt课件

❖ 1、计算基准 ❖ 一般情况下，可以0℃和1.013105 Pa为计算基准 ❖ 有反应的过程，也常以25℃和1.013105Pa为计
算基准。
❖ 2、Q1或Q4的计算
❖ 无相变时
T2
Q1或Q4 G CpdT
T1
式中T采用何种应由经验式中T的温标而定。
.
5
物料的恒压热容与温度的函数关系常用多项式来表示：
.
10
❖ (4) 选定衡算基准 ❖ 同一计算要选取同一基准，且使计算尽量简单方便。 ❖ (5)列出热量平衡方程式，计算各种形式的热量。 ❖ (6)编制热量平衡表 ❖ 并检查热量是否平衡 ❖ （7)求出加热剂或冷却剂等载能介质的用量 ❖ （8）求出单位产品的能量消耗定额、每小时、每
天及每年的消耗量。
的汽化热 液体，T2P2（1摩尔） H2
蒸汽，T2P2（1摩尔）
H3 液体，T1P1（1摩尔）
H1
H4 蒸汽，T1P1（1摩尔）
H 2 H 3 H 1 H 4
T1
H 3 C p 液 dT
T2
T2
H 4 C p 气 dT
T1
T 2
H 2 H 1
C p 气 C p 液 dT
❖ Q6—设备向环境散失 注意各Q的符号规定 ❖ Q2为设备的热负荷。若Q2为正值，需要向设备及所
处理的物料提供热量；反之，表明需要从设备及所 处理的物料移走热量。 ❖ 对间歇操作，按不同的时间段分别计算Q2的值，并 取其最大值作为设备热负荷的设计依据。
.
4
5.2.2 各项热量的计算
Q5常可忽略不计。
.
8
5、Q6的计算Q 6 T S W T W T 1 3 0
❖ 对有保温层的设备或管道，T可用下列公式估算。 （1）空气在保温层外作自然对流，且TW150℃ ❖ 在平壁保温层外， T＝9.8+0.07（TＷ－Ｔ） ❖ 在圆筒壁保温层外， T＝9.４+0.0５２（TＷ－Ｔ） ❖ (2)空气沿粗糙壁面作强制对流 ❖ 当空气流速u不大于5ms-1时，T可按下式估算 ❖ T＝6.2+4.2u ❖ 当空气速度大于5ms-1时，T可按下式估算 ❖ T＝7.8u0.78 ❖ (为31) 0对W于室m内-2操℃作-1的。釜式反应器，T的数值可近似取

物料衡算与能量衡算..138页PPT

物料衡算与能量衡算..138页PPT
物料衡算与能量衡算..
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
138
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生产100L啤酒 ？
生产100L啤酒的物料衡算
根据上述衡算结果知，100kg混合原料可生产12°成品啤酒513.92L， 故可得出下述结果： （1） 生产100L啤酒需耗混合原料量为： （100÷513.92）×100=19.46kg （2） 麦芽耗用量： 19.46×60%=11.68kg （3） 大米耗用量： 19.46－11.68=7.78kg （4） 酒花用量为 对淡色啤酒，热麦汁中加入的酒花量为0.2%，故酒 花耗用量为： （584.92/513.92）×100×0.2%=0.2276kg （5） 热麦汁量为：（584.92/513.92）×100=113.82L （6） 冷麦汁量为：（541.05/513.92）×100=105.28L （7）发酵成品液量：（532.39/513.92）×100=103.60L （8）清酒量： （524.41/513.92）×100=102.04L
（四）计算步骤
⑤ 将计算结果用物料平衡图或物料平衡表表示。 物料平衡表是根据任何一种物料的重量与经过加 工处理后得到的成品及少量损耗之和在数值上时 相等的原理绘制的。平衡表的内容包括：工序名 称、物料名称、输入量、输出量、技术指标等组 成。
（1）物料平衡图

物料平衡图是根据任何一种物料的重量 与经过加工处理后所得的成品及少量损耗之 和在数值上是相等的原理来绘制的，平衡图 的内容包括：物料名称、质量、成品质量、 物料的流向、投料顺序等项。绘制物料平衡 图时，实线箭头表示物料主流向，必要时用 细实线表示物料支流向，见下图。
需要添加脱脂乳或稀奶油 ?
全脂奶粉的物料衡算
产品成分 乳脂肪 20% 水分 3% 脱脂乳 乳脂肪 0.01% 稀奶油 乳脂肪 40% 非脂乳固体 5.16% 非脂乳固体 8.92% 非脂乳固体 77%
1000kg原料乳能得到多少标准乳?
30000吨啤酒厂糖化车间的物料衡算（三）
啤酒生产工艺流程图
全年生产天数为300天，设旺季生产240天，淡季生产 60天。旺季每天糖化数为7次，淡季每天生产次数为5次，则 全年糖化次数为： 240×7+60×5=1980（次） 计算的基础数据可算出每次投料量及其他项目的物料平衡。 （1）每次糖化的原料量为: 混合原料: (30000000/1980)×(100/513.92)=2948.3(kg) 大麦: 2948.3×0.75=2211.2(kg) 大米: 2948.3×0.25=737.1(kg) （2）热麦汁量: (609.66/100)×2948.3=17974.6(L) （3）冷麦汁量: (541.05/100)×2948.3=15951.77(L) （4）酒花用量: (1.22/100)×2948.3=35.97(kg) （5）发酵成品液： (532.39/100)×2948.3=15696(L) （6）清酒液：(524.41/100)×2948.3=15461(L)
第二节 能量衡算
在食品工厂生产中，能量的消耗是一项 重要的技术经济指标，它是衡量工艺过程、 设备设计、操作制度是否先进合理的主要指 标之一。
能量衡算的基础是物料衡算，只有在进 行完物料衡算后才能做能量衡算。
（一）热量衡算
（1）热量衡算的依据
图中用简单的方框表示过程中的设备，用线条和箭头 表示每个流股的途径和流向。并标出每个流股的已知 变量（如流量、组成）及单位。对一些未知的变量， 可用符号表示。
（四）计算步骤
③ 选定计算基准，一般以吨/日或kg/h为单位。
④ 列出物料衡算式，然后用数学方法求解。
在食品生产过程中，一些只有物理变化、未发生 化学反应的单元操作，如混合、蒸馏、干燥、吸 收、结晶、萃取等，这些过程可以根据物料衡算 式，列出总物料和各组分的衡算式，再用代数法 求解。 对于有化学反应的单元操作，可以采用化学反应 式进行衡算。
第五章 物料衡 算和能量衡算
第一节 物料衡算
（一）物料衡算的作用
（二）物料衡算的依据
生产工艺流程示意图 所需要的理化参数和选定的工艺参 数，产品的质量指标。
（三）物料衡算的结果
（四）计算步骤
① 搜集计算数据、列出已知条件和选定工艺参数。 ② 按工艺流程顺序用方块图和箭头画出物料衡算示意图。
根据上表的基础数据首先进行100kg原料生产
啤酒的物料衡算，然后进行啤酒的物料衡算，最后 进行30000t/a啤酒厂糖化车间的物料平衡计算。
100kg原料（60%麦芽，40%大米）生产12o啤酒的物 料衡算
（1）热麦汁量 根据表3-1可得原料收率分别为：
麦芽收率为： 0.75（100－6）÷100=70.5% 大米收率为： 0.92（100－13）÷100=80.04% 混合原料收得率为： [0.60×70.5%×（1－0.1）+ 0.40×80.04%]×98.5%=73.16% 由上述可得100kg混合原料可制得的热麦汁量为： （73.16÷12）×100=609.66（kg） 又知汁在20℃时的相对密度为1.084，而100℃热麦汁比 20℃时的麦汁 体积增加1.04倍，故热麦汁（100℃）体积为： （609.66÷1.084）×1.04=584.92L （2） 添加酒花量： 609.66×0.2%=1.22kg （3） 冷麦汁量为： 584.92×（1－0.075）=541.05L （4） 发酵成品液量： 541.05×（1－0.016）=532.39L （5） 清酒量（过滤）为：532.39×（1－0.015）=524.41L （6） 成品啤酒量为： 524.41×（1－0.02）=513.92L
图6-2 班产12.5 吨原汁猪肉物料平衡图
（2）物料平衡表

物料平衡表是物料平衡计算的另一种表示形式， 其内容与平衡图相同，其格式 如下：
物料平衡表
物料衡算实例
大米加工工艺的物料衡算（衡图
物料平衡表
全脂奶粉的物料衡算( 二)
奶粉生产工艺流程框图
产品成分 乳脂肪 20% 水分 3% 非脂乳固体 77%