化工工艺计算方法培训共40页文档

r 2 2.16 r 2 V1 r1 V2 r1 2.34 V2 V1 28.31 30.70cm3 / m ol r2 2.16
3.2.3 蒸气压和饱和蒸气压 1）安托尼公式 常用液体的蒸气压与温度的关系为
B ln p A T C 式中p s — 饱和蒸气压， pa
反应物的输入量
×100%
例2-3 丙烯氧化生产丙烯醛反应如下
C3H6 + 1/2O2→ CH3CH2CHO 原料丙烯输入量为600kg/h，反应后得到丙烯醛640kg/h和 没有反应的丙烯25kg/h，求：丙烯的转化率、选择性和丙 烯醛的收率。 反应器内参加反应的反应物量 解： 转化率 =
输入反应器的反应物量 ×100% = 600－25 600 选择性 = 反应为目的产物的某 生产能力和生产强度（与生产速度有关） 1）生产能力：生产装置的年产量或年原料处理量。生产 能力分为三种： 设计能力：在设计任务书或技术文件中所规定的生产能 力； 查定能力：经过重新调整或核定的生产能力； 现有能力：依据现有的生产技术组织条件，在计划年度 内能够实现的实际生产效果。 其中前两种是编制企业长远规划的依据，现有能力是编制 年度生产计划的重要依据。 2）生产强度 单位特征几何量的生产能力。如单位体积或单位面积的设 备在单位时间内产品的数量。
V Vc Zc
(1Tr )0.2875
一般液体的密度： 若已知临界密度，则
r c
若未知临界密度
Vc r c V r 2 V1 r1 V2
1 xi 1
理想液体混合物的密度（式中xi为i组分的质量分数）

i
例3-2 计算（1）310K饱和液氨的密度；（2）350K和 110atm时氨的密度。氨的临界温度405.6K 、临界 压力111.3atm、临界体积72.5cm/mol和临界压缩因 子0.242. 解： （1）

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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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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！
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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
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27、只有把抱怨环境的心，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
《化工原理》电子教—— 板式塔及其 工艺设计计算
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。

目的经济可行性。
乙烯裂解工艺计算案例
总结词
涉及反应过程、热力学数据、设备工艺尺寸和环境保护的计算。
详细描述
乙烯裂解工艺计算包括反应过程计算，如反应平衡常数、反应速率等；热力学数据计算 ，涉及反应过程中的热量变化和物质性质；设备工艺尺寸计算，根据工艺要求和物料特 性确定设备的大小和结构；环境保护计算，评估生产过程中的污染物排放和处理措施，
化工工艺流程图
总结词
详细描述化工工艺流程图的定义、作用和绘制方法。
详细描述
化工工艺流程图是表示化工生产过程中物质流程和能量流程的示意图，它能够清晰地展示化工生产过程中的各个 环节和操作流程。绘制化工工艺流程图需要遵循一定的规范和标准，包括流程图的绘制比例、设备表示方法、管 道表示方法等。
化工设备
分离效率的计算涉及到 蒸馏塔的操作和分离效 率的计算公式，通过这 些公式可以确定分离效 率和产品的纯度。
蒸发与结晶工艺计算的 实例包括计算多效蒸馏 的效数和蒸发器的传热 面积等，这些实例可以 帮助工程师更好地掌握 蒸发与结晶工艺计算的 方法和技巧。
05 化工工艺计算软件与应用
Aspen Plus软件介绍
特点
具有高度的专业性和实用性，要求计 算精度高，涉及的参数和变量多，计 算过程复杂。
化工工艺计算的重要性
01
提高生产效率
通过精确的工艺计算，可以优化生产过程，提高设备利 用率和生产效率。
02
降低能耗
合理的工艺计算有助于降低能源消耗，减少生产成本。
03
保障安全
准确的工艺计算有助于预防和减少生产事故，保障生产 安全。
04 化工工艺计算方法与实例
流体流动阻力计算
1.A 流体流动阻力计算是化工工艺计算中的重要环 节，主要涉及流体在管道中的流动阻力损失和 能量损失的计算。

• 前馈控制：根据过程输入预测输出
• 自适应控制：根据过程变化自动调整控制参数
化工生产过程调节策略与技巧
化工生产过程调节策略
化工生产过程调节技巧
• 参数调节：调整操作参数，控制过程性能
• 模糊控制：利用模糊逻辑控制过程
• 设备调节：调整设备运行状态，控制过程性能
• 神经网络控制：利用神经网络预测和控制过程
化工计算未来发展的建议
化工计算未来发展的展望
• 加强多学科合作：结合化学工程、数学、计算机科学等
• 广泛应用于化工领域：为化工过程设计、生产和控制提
多学科知识
供支持
• 提高软件开发能力：提高软件的开发效率和兼容性
• 创新技术发展：推动化工新技术和新产品的研发
• 培养创新人才：培养具有跨学科知识和技能的人才
• 优化发酵工艺，提高抗生素产量和纯度
化工计算软件与工具的发展趋势与前景
化工计算软件与工具的发展趋势
• 多学科交叉：结合化学工程、数学、计算机科学等多学科知识
• 智能化发展：结合人工智能和机器学习技术，实现化工过程的自动控制和优化
• 云计算发展：利用云计算技术提高计算能力和数据共享
化工计算软件与工具的发展前景
• CFD：流体力学模拟软件
• Excel：数据处理和计算工具
化工计算软件与工具的应用案例分析
案例一：某化肥厂合成氨生产过程模拟与优化
• 利用ASPEN Plus软件分析合成氨生产过程
• 优化操作参数，提高氨产量和降低能耗
案例二：某制药厂抗生素生产过程模拟与优化
• 利用MATLAB软件分析抗生素生产过程
• 工艺调节：调整工艺流程，控制过程性能
• 优化控制：利用优化算法求解最优控制策略

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三、无化学反应过程的物料衡算
１. 简单过程的物料衡算 仅有一个设备或一个单元操作或整个过程
简化成一个设备的过程。 这种过程的物料衡算比较简单，在物料流
程简图中，设备边界就是体系边界。
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例1：
• 一种废酸，组成为23％(质量％)HNO3，57 ％H2SO4和20％H2O，加入93％的浓H2SO4 及90％的浓HNO3，要求混合成27％HNO3 及60％H2SO4的混合酸，计算所需废酸及 加入浓酸的数量。
– 设计一个反应器时，则需要知道化学反应热的数据； – 计算传热过程时，需要导热系数的数据等等。
化工基础数据：物化数据或物性数据
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一、分类
• １. 基本物性数据—如临界常数（临界压力、临界 温度、临界体积）、密度或比容、状态方程参数、 压缩系数、蒸气压、气一液平衡关系等。
• ２.热力学物性数据—如内能、焓、熵、热容、相 变热、自由能、自由焓等。
• （2）化学工程因素——体系的物性、相态、热性 质、传递性质、传热传质方式、物料（流体及固 体）输送、反应技术、分离技术等。
• （3）机械设备、仪表及控制手段——设备材料、 制造、贮运、安装、维修、检测、备品备件、正 常操作及事故处理等。
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二、 化工工艺流程
• 化工过程常用选择计算基准时,应该 注意以下几点:
– 1)应选择已知变量数最多的流股作为计算基准.
– 2)对液体或固体的体系,常选取单位质量作基准.
– 3)对连续流动体系,用单位时间 作计算基准有时 较方便.
– 4)对于气体物料,如果环境条件(如温度、压力） 已定，则可选取体积作基准。

解：C2H6 → C2H4 + H2 30 28 X 3332 生成目的产物所消耗的原料量X＝3332× ＝3570 kg/h
产率＝
×100%
＝ ＝78.5%
×100%
4．收率（Y）
表示进入反应器的原料与生成目的产物所消耗的原料之间 的数量关系。收率越高，说明进入反应器的原料中，消耗在 生产目的产物上的数量越多。 （1）收率也有单程收率和总收率之分。
△HFi + CP25-500△t/（kJ·kmol） -51689 -225214 -96260 -372273 13913
θ
48.76 35.76 30.19 45.11 29.29
3
-110.6×103 -393.7×103 0
5.计算
∑Hi入=-51689-2.5×225214=-614724kJ/h ∑Hi出=-0.25×51689-1.5×225214-0.5×962600.25×372273+2.5×13913=-159 kJ/h △H=-457159+614724=157565 kJ/h 因此，Q=157565 kJ/h 如热量损失按5%计算，每小时提供的热量是： Q=157565
总含有一定数量的惰性气体，如氩气和甲烷。为了 防止循环氢气和氮气中惰性气体的积累，应设置驰 放装置，如图所示：
循环气R
F2 反应器 冷凝器 液氨F3
驰放气F4
12.5%惰性气体
原料气F1 1%氩、甲烷
假定原料气的组成（摩尔分数）N224.75%， H274.25%，惰性气体1.00%。N2的单程转化率为25%， 循环物料中惰性气体为12.5%，NH33.75%，试计算 各股物流的流率和组成。
二、能量衡算

C2H4 0.0325Wmol
统 O2 0.109Wmol
N2 0.803Wmol
CO2 0.0555Wmol
产物(P) C2H4O 0.83mol
H2O Zmol
采用元素得原子守恒计算,即 C 平衡 2X=(0、83×2)+(0、0325W×2+0、0555W) H 平衡 4X=(0、83×4+2Z)+0、0325W×4
例1: 在银催化剂作用下,乙烯被空气氧化成环氧乙烷(C2H4O),副反应就是乙烯 完全氧化生成CO2与H2O。已知离开氧化反应器得气体干基组成就是:C2H43、 22%,N2 79、64% ,O2 10、81% , C2H4O 0、83% , CO2 5、5%(均为体积分数)。 该气体进入水吸收塔,其中得环氧乙烷与水蒸气全部溶解于水中,而其她气体不 溶于水,由吸收塔顶逸出后排放少量至系统外,其余全部循环回氧化反应器。
设新鲜原料气(FF)中C2H4得量为Xmol;空气为Ymol(含79%N2与21%O2); 弛放气Wmol;乙烯完全氧化生成得H2O量为Zmol。
RC
FF
MF
反应器
RP
水吸收塔 SP
W
A
B
P
围绕总系统做物料衡算。
C2H4
新鲜原料气 O2
（FF）
N2
Xmol 0.21Ymol 0.79Ymol
弛放气（W) 系
第七章化工工艺计算
§7、1 概述
化工生产过程:主副产品量、原材料消耗、能量消耗、三废指标
化工工艺计算 物料衡算、热量衡算 进行化工设计、过程经济评价、节能分析与过程优化得基础
1、物料衡算与热量衡算得主要步骤
(1)收集计算数据:化工装置得生产操作数据,如输入与输出物料得 流量、温度、压力、浓度等,涉及物质物化常数,如密度、热容等。 (2)写出相关反应方程式(包括主副反应)并配平,标明相对分子量。 (3)绘出流程得方框图,标明相关参数。

提取已知：
浓缩：刮板浓缩器蒸出溶剂； 结晶：浓缩液降至20℃， 搅拌保温8h。离心得湿粉。 烘干：圆形真空干燥箱，≤-0.09MPa，50℃ 。 分装：聚乙烯双层袋分装，20.000kg/袋，塑封，纸桶 外包，入库 。
要求与说明：
※ 上交： 手写，或电子版打印。
封面：格式见后页。
页脚：第X页总Y页。 7项标题：第一、二、三部分…..。（各部分可以有文字说明） ※ 点评：最后两次课，部分作业上讲台讲解，现场打分。 分值：共7项，3、4项各15分，5、6项各20分，1、2、7各10分。 ※ 抄袭：发现雷同，得分基础上，双方再各扣10-30分。
LP发酵液预处理物料衡算
LP上柱/萃取物料衡算
LP精烘包物料衡算
例2：7ACCA物料衡算图
7ACCA物料衡算图
7ACCA物料衡算图
第二节 能量平衡计算
能量衡算：对生产过程或设备的能量平衡进
行定量计算，计算过程中供给或移走的能量。 能量是热能、电能、化学能、动能、辐射能 的总称。 化工生产常用的能量形式为热能，故能量计 算常称为热量计算。
一、计算依据：能量守恒定律。 二、能量衡算的意义：
1、得到能耗指标，比较设计方案，选择先进水平， 寻找存在问题。
2、衡算数据是设备选型、确定尺寸的主要依据。
3、有利于组织管理，技术革新，降低能耗。
三、能量衡算的目的：
四、能量衡算的方法和步骤：
1、可作为全过程或单元设备的热量衡算。
2、画出单元设备的物料流向及变化示意图。
年产40吨美伐他汀的发酵/提取车间设计
发酵、提取车间任选其一，进行车间设计。
内容包括：项目简介、工艺流程示意图、物
布置图，以及洁净区

1.计算过程尽可能表格化。
2.引用的数据和选用的公式应标明出处。
3.计算结果应列表汇总。
4.设计说明书应做到求∶文字工整、绘图清晰、
计算准确、叙述精练、格式整齐、装订成册。
注意：所有物理量一律斜体，下标正体！
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四、时间安排 2012.5.21—2012.6.29 周一，三，五 早：8:30—11:30 （周六，日休息）
8.分析与讨论
9.答辩，交设计说明书
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课程设计的目的、要求和内容
三、课程设计的基本要求
设计说明书装订顺序 封面 按要求！ 设计任务书 目录 设计方案简介 工艺流程简图 设计计算书
阀孔（筛孔）布置图 负荷性能图 对本设计的评述 参考资料 （同时要上交草稿）
设计结果汇总表
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标题页 设计任务书 目录 设计方案简介 工艺流程简图 设计计算书 设计结果汇总表 阀孔（筛孔）布置图 负荷性能图 对本设计的评述 参考资料
1.明确设计任务、阅读指导书并查阅资料； 2.确定设计方案，绘制工艺流程图； 3.精馏塔的工艺计算，塔板设计及塔体初步设计； 4.辅助设备的设计及选型； 5.编写设计说明书。
3
二、课程设计的内容
工艺计算
物平、热平、确定操作条件（P，t）、确定R、N、D
塔板设计
塔板初步设计、水力学校核、负荷性能图
塔体初步设计
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5.辅助设备的选用 ( [1] P3-51，[2] 第二章)
(1) 塔顶冷凝器全算 (选型，核算), 冷凝、冷却器分开算。
(2) 再沸器只选型(根据经验选总传热系数),不需核算。
(3) 回流泵选型

高生产效率具有重要意义。
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化工计算应用实例
石油化工流程模拟
总结词
通过模拟石油化工流程，可以预测和优化生产过程， 提高效率和降低成本。
详细描述
石油化工流程通常涉及多个物理和化学反应，通过计 算机模拟，可以预测不同操作条件下的产品产量、能 耗和物耗等指标，为实际生产提供理论依据。
化学反应器设计计算
化学反应工程基础
总结词
研究化学反应过程和反应器的学科基础。
详细描述
化学反应工程是研究化学反应过程和反应器的学科基础，包括反应动力学、反应器设计和优化等方面 。在化工计算中，化学反应工程用于分析和解决化学反应过程问题，如反应条件优化和反应器设计。
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化工计算方法
物料衡算
总结词
物料衡算是化工计算中的基础方法，用 于确定物质在系统中的流入和流出量。
总结词
化学反应器是化工生产中的重要设备，通过设计计算可以确定反应器的最佳尺寸和操作 条件。
详细描述
根据化学反应动力学方程和工艺要求，可以计算反应器的体积、传热面积、停留时间等 参数，以确保反应器能够达到预期的生产效果。
传热设备设计计算
要点一
总结词
传热设备是实现热量传递的关键设备，通过设计计算可以 优化设备的传热性能和尺寸。
重要性
在现代化工生产中，精确的化工计算对于提高产品质量、降低能耗、减少环境污染等方面具有重要意义。通过 化工计算，可以优化化工过程，提高生产效率和经济效益。
化工计算的主要内容与目标
主要内容
包括流体流动、传热、传质、化学反应工程等方面的计算，涉及到的数学模型 和物理定律较多。
目标
通过学习化工计算，学生应掌握基本的计算方法和技巧，能够运用数学模型和 物理定律解决实际化工生产中的问题，为后续的专业课程学习和工作打下基础 。