第六章 化工设备的工艺计算

化工设备的计算1. 引言化工设备是化工生产过程中不可或缺的一部分。

在进行化工设备设计和操作时，需要进行各种计算来确保设备的安全、可靠和高效运行。

本文将介绍几种常见的化工设备计算方法，包括压力容器的计算、换热器的计算、反应器的计算以及离心机的计算。

2. 压力容器的计算压力容器在化工生产中常用于贮存、反应和分离等工艺过程。

在进行压力容器设计时，需要考虑到容器内部的压力、温度、介质以及结构的强度。

以下为几种常见的压力容器计算方法：2.1 壁厚计算根据ASME标准，压力容器的壁厚计算可通过以下公式进行：t = (P * R) / (S * F)其中，t为壁厚，P为内压力，R为容器的半径，S为容器材料的应力强度，F为安全系数。

2.2 异性薄壁压力容器计算若压力容器是异性薄壁结构，则可使用以下公式进行计算：t = (R * P * (D1 * D2) ^ 0.5) / (S * F)其中，t为壁厚，R为容器的半径，P为内压力，D1和D2分别为容器两个主要方向的半径和直径，S为容器材料的应力强度，F为安全系数。

3. 换热器的计算换热器用于实现热量传递的设备。

在进行换热器设计时，需要计算热量传递系数、传热面积等参数。

3.1 传热系数计算在流体流过管内换热器时，传热系数可通过Nu 数来计算，该数值可通过以下公式求得：Nu = h * D / λ其中，Nu为Nu数，h为传热系数，D为管内直径，λ为流体的导热系数。

3.2 传热面积计算传热面积可通过以下公式计算：A = Q / (U * ΔT)其中，A为传热面积，Q为传热速率，U为整体传热系数，ΔT为热源与冷源之间的温差。

反应器用于进行化学反应的设备。

在进行反应器设计时，需要考虑到反应物的摩尔比、反应速率等参数。

4.1 反应物的摩尔比计算反应物的摩尔比可以通过化学方程式来计算，以确定摩尔数之间的比例关系。

反应速率可通过理论计算和实验测量两种方法得到。

理论计算可根据反应动力学方程和反应物摩尔比来推导。

化工设计工艺计算引言化工设计工艺计算是化工工程中非常重要的一部分，它涉及到对化工工艺流程进行计算和优化。

在化工设计过程中，工艺计算可以帮助工程师确定各种物质的流量、温度、压力等参数，从而确保化工过程的安全和高效运行。

工艺计算的目的工艺计算的主要目的是为了确定和优化化工工艺流程。

通过工艺计算，工程师可以确定各种物质的输入和输出流量、温度、压力等参数，以及各种反应和分离等工艺过程中的转化率、选择性等指标。

这些计算结果可以为后续的设备选型、工艺优化和设备控制提供依据。

工艺计算的方法在进行工艺计算时，可以采用不同的方法来求解不同的问题。

以下是几种常见的工艺计算方法：•质量守恒计算：质量守恒法是工艺计算中最基本的方法之一。

它基于质量守恒定律，通过计算输入和输出物质的质量，来确定各种物质的流量和转化率。

质量守恒计算可以应用于反应过程、分离过程等。

•能量守恒计算：能量守恒法是工艺计算中另一个常用的方法。

它基于能量守恒定律，通过计算输入和输出物质的能量，来确定各种物质的温度和热量。

能量守恒计算可以应用于换热过程、绝热过程等。

•传质计算：传质计算是指在化学工程中，根据质量守恒、能量守恒和相平衡等原理，计算各种物质在不同相之间的传质速率和传质系数。

传质计算可以应用于吸收、蒸汽净化等过程。

•动力学计算：动力学计算是指在化学反应中，根据反应速率常数、反应物浓度和反应物转化率等信息，计算反应的进行速率和转化率。

动力学计算可以应用于反应过程的优化和控制。

工艺计算的应用工艺计算在化工设计中有广泛的应用。

以下是一些常见的工艺计算应用：•设备设计：工艺计算可以帮助工程师确定各种设备的尺寸、设备的运行条件等，从而为设备选型和设备设计提供依据。

•工艺优化：工艺计算可以帮助工程师确定最佳的操作条件和工艺参数，从而实现工艺的优化和改进。

•设备控制：工艺计算可以帮助工程师确定设备的控制策略和控制参数，从而实现设备的自动控制和优化控制。

结论化工设计工艺计算是化工工程中不可或缺的一部分，它可以帮助工程师确定和改进化工过程的各种参数，从而实现安全、高效和可持续发展的化工工艺。

化工专业工艺计算说明书1. 引言本说明书旨在提供化工专业工艺计算的基本原理和步骤，帮助化工从业人员正确进行工艺计算，并提供一些常用的计算范例。

2. 工艺计算的基本原理工艺计算是化工工程中不可或缺的环节，它主要包括物料平衡、能量平衡和传递过程等计算。

以下是工艺计算的基本原理：•物料平衡：物料平衡是指根据输入和输出的质量流量来分析和计算各种物质在化工过程中的流动和转化情况。

物料平衡的基本原理是质量守恒定律，即输入和输出的质量必须保持平衡。

•能量平衡：能量平衡是指根据输入和输出的能量流量来分析和计算系统内能量转化的情况。

能量平衡的基本原理是能量守恒定律，即输入和输出的能量必须保持平衡。

•传递过程：传递过程是指物料在化工过程中从一种状态转化为另一种状态的过程，例如传热、传质、传动力学等。

传递过程的计算主要基于一些基本原理和工艺参数。

3. 工艺计算步骤工艺计算主要包括以下步骤：3.1 收集数据在进行工艺计算之前，需要收集相关的数据和参数，包括原料成分、反应条件、物料流量、温度、压力等。

这些数据是进行工艺计算的基础。

3.2 物料平衡计算物料平衡计算是根据输入和输出的质量流量，计算各种物质在化工过程中的流动和转化情况。

物料平衡计算可以采用代数法、图解法或者计算软件进行。

3.3 能量平衡计算能量平衡计算是根据输入和输出的能量流量，计算系统内能量转化的情况。

能量平衡计算可以包括传热计算、传质计算、功率计算等。

3.4 传递过程计算传递过程计算是针对具体的传递过程进行计算，例如传热计算可以采用热传导方程、传质计算可以采用质量守恒方程等。

传递过程的计算一般需要根据实际情况选择合适的计算方法。

4. 工艺计算范例以下是一些常用的工艺计算范例：4.1 反应物料平衡计算假设有一个反应过程：A + B → C，已知反应物A和B的输入流量，求产物C的输出流量。

根据反应物料的平衡，可以得到以下公式：输入A的质量流量 + 输入B的质量流量 = 输出C的质量流量4.2 热平衡计算假设有一个加热过程，已知输入的能量流量和输出的能量流量，求加热器的热效率。

化工工艺计算说明书1. 引言本文档旨在提供化工工艺计算的详细说明和指导。

计算是化工领域中不可或缺的一部分，通过准确的计算可以帮助工程师制定科学的工艺流程和优化设备设计。

本文档将介绍常见的化工计算方法和工具，并提供示例以便读者更好地理解和应用。

2. 常见化工计算方法2.1 流体力学计算流体力学计算是化工工艺中最常见的计算之一。

它包括液体和气体在管道中流动的速度、流量、压力损失等参数的计算。

常用的流体力学计算方法有：•流速计算：通过引入质量和体积流量的定义，可以计算出流体在管道中的速度。

•压力损失计算：通过考虑流体的粘度、密度和管道长度等因素，可以计算出流体流动过程中的压力损失。

2.2 热力学计算热力学计算是研究能量转化和传递的关键计算方法。

在化工领域中，热力学计算被广泛应用于热传导、物质变化和能量平衡等方面。

常用的热力学计算方法有：•温度计算：通过考虑材料的热导率和热容量，可以计算出物体在不同条件下的温度分布。

•相变计算：通过考虑物质的相变热和变化过程中的能量平衡，可以计算出相变过程中的温度和物质的变化量。

2.3 反应工程计算反应工程计算是研究化学反应过程的一种重要方法。

它可以用于确定反应方程式、估计反应速率以及分析反应过程中的各种参数。

常用的反应工程计算方法有：•反应平衡计算：通过考虑反应物和生成物之间的化学平衡关系，可以计算出反应物的转化率和生成物的浓度。

•反应速率计算：通过实验数据，可以建立反应速率方程，并通过该方程计算出反应的速率常数和反应物的消耗速率。

3. 常见化工计算工具3.1 ExcelExcel是一种功能强大的电子表格软件，广泛应用于各个领域的计算和数据分析。

在化工领域中，可以利用Excel进行各种化工计算，例如流体力学计算、热力学计算和反应工程计算。

Excel具有易用性和灵活性，可以通过公式和函数进行复杂的计算和数据处理。

3.2 MATLABMATLAB是一种专业的数值计算和科学数据可视化软件，被广泛应用于化工领域的计算和分析。

般化工和设备的设计及其计算编辑：00四年＋月＋八日1、 ------------------------- 目录2、 筒体和封头设计的参数选择---------------------------------------------------- 3（一） ---------------------------------- 、设计压力 P 3 （二） ---------------------------------- 、设计温度T 3 （三） ----------------------------------------- 、许用应力［（7 ］和安全系数n ----------------------- 4 （四） -------------------------------------- 、焊接接头系数V 6 （五） ------------------------------------- 、壁厚附加量C 7 （六） -------------------------------------- 、直径系列与钢板厚度 7 （七） ---------------------------------- 、最小壁厚 83、 筒体与封头的设计及计算 --------------------- 9（一） ----------------------------------------- 、受内压薄壁园筒的计算公式 -------------------------------------- 9 （二） -------------------------------------------- 、半球形封头的计算公式（凹面受压） -------------------------------- 11 （三） ------------------- 、椭圆形封头的壁厚计算 11 （四） --------------------- 、锥形封头的壁厚计算 13 （五） --------------------- 、平板封头的壁厚计算 134、 化工计算公式及举例 ---------------------- 16（一） ---------------------------------- 、热位移和热 16 （二） --------------------------------------- 、热应力产生的轴向推力 16（三） ----------------------- 、流体管径的计算 17 （四） ----------------------- 、流体管子壁厚计算 18（五） -------------------------------------- 、泵的功率和效率计算 195、 -------------------------- 传热学的有关公式及举例 ----------------------------------- 21 （一）录---- 2------- 50--- 5464、热量衡算------------------------- 21（二）---------------------------------- 、传热方程式26（三）---------------------------------- 、传热温度差27（四）--------------------------------------- 、导热方程式和导热系数30（五）--------------------------------------- 、给热方程式和给热系数34（六）---------------------------------- 、传热系数40（七）---------------------------------- 、污垢热阻48（八）、管路与设备的热损失和热绝缘（九）---------------------------- 、加热、冷却和冷凝（+ ）、蒸发----------------------6、有关参数----------------------------- 75一般化工设备计算公式及举例筒体和封头设计的参数选择、设计压力P设计压力是容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于正常工作情况下容器顶部可能达到的最高压力。

一般化工和设备的设计及其计算编辑：二00四年＋月＋八日目录1、目录-----------------------------------------------22、筒体和封头设计的参数选择---------------------------3（一）、设计压力 P---------------------------------3 （二）、设计温度 T---------------------------------3 （三）、许用应力[σ]和安全系数 n-------------------4 （四）、焊接接头系数 ----------------------------6 （五）、壁厚附加量 C ------------------------------7 （六）、直径系列与钢板厚度-------------------------7 （七）、最小壁厚-----------------------------------8 3、筒体与封头的设计及计算-----------------------------9（一）、受内压薄壁园筒的计算公式-------------------9 （二）、半球形封头的计算公式（凹面受压）----------11 （三）、椭圆形封头的壁厚计算----------------------11 （四）、锥形封头的壁厚计算------------------------13 （五）、平板封头的壁厚计算------------------------13 4、化工计算公式及举例--------------------------------16（一）、热位移和热--------------------------------16 （二）、热应力产生的轴向推力----------------------16 （三）、流体管径的计算----------------------------17 （四）、流体管子壁厚计算--------------------------18 （五）、泵的功率和效率计算------------------------19 5、传热学的有关公式及举例----------------------------21（一）、热量衡算----------------------------------21 （二）、传热方程式--------------------------------26 （三）、传热温度差--------------------------------27 （四）、导热方程式和导热系数----------------------30 （五）、给热方程式和给热系数----------------------34 （六）、传热系数----------------------------------40 （七）、污垢热阻----------------------------------48 （八）、管路与设备的热损失和热绝缘----------------50 （九）、加热、冷却和冷凝--------------------------54 （＋）、蒸发--------------------------------------64 6、有关参数------------------------------------------75一般化工设备计算公式及举例筒体和封头设计的参数选择一、设计压力 P设计压力是容器顶部的最高压力，与相应的设计温度一起作为设计载荷条件，其值不低于正常工作情况下容器顶部可能达到的最高压力。

A热流介质T1=64.0→T2=####B冷流介质t1=30.0→T2=####A蒸汽流量W=800.0A蒸汽蒸汽潜热r=1100.0A的比热容C= 2.5水的比热容 4.2循环水用量Y=选取总传热系数K=500.0需换热面积S=m m/s kg/m3j/kg.℃kj/kg kj/kg.℃kj/kg.℃w/m2.℃二、选择换热器型号根据管内水流一、换热器换热面积初算对数平均温差△tm=kg/h 冷凝器热负荷Q=校核循环水三、换热器传热系数核算1、管内传热系数ai核算管内循环水流核算：管内流速u= 1.0管内水的黏度μ=（30℃-40℃）0.000727管道雷诺数Re=选取换热器的内径di=0.02流体密度p=1000.0水的比热容4200.0当管内流体升温时管内换热系数ai=w/m.℃kj/kg w/m.℃取4到8m kg/m3mPa.s管内水的热导系数λ=（30℃-40℃）0.62.壳程传热系数ao的核算（壳程流体为蒸汽，工业多为膜状冷凝）A热流蒸汽的冷凝热1100.0A在冷凝温度液态热导系数λ=0.2当管内流体升温时管内换热系数ai=立式冷凝器壳程的传热系数ao=冷凝液密度р790.0液化温度的黏度Ч0.35重力加速度g 9.8饱和蒸汽温度与壳壁温度差⊿t5.03.总传热系数K的核算循环水阻垢系数Rsi=0.00034传热管长度L 3.0换热器总传热系数核算Ko=A热流蒸汽的阻垢系数Rso=0.00017换热管外径do 25.0换热管外径di20.027510.3大于10000为湍流w/m2.℃1543.91687.8w/m2.℃500.7w/m2.℃。

第六章氨合成☐掌握氨合成原理及反应特点☐掌握主要工艺条件☐了解氨合成塔分类、结构形式及其特点☐知道节能型合成工艺的热回收形式☐掌握催化剂主要成分和作用6.1热力学基础一、氨的合成及其反应特点1 可逆反应，转化率的问题2 放热反应，反应热及时移走，温度控制3 体积缩小，反应压力4 催化剂加速，选择问题，寿命问题5 平衡氨含量随压力升高、温度降低、惰性气含量减少而增大。

反应特点：本章的重点二、化学平衡及平衡常数氨合成是放热和摩尔数减少的可逆反应：加压下的化学平衡常数K p 不仅与温度有关，而且与压力和气体组成有关，需改用逸度表示。

K p 与K f 之间的关系为式中：f 和y 为各平衡组分的逸度和逸度系数。

若已知各平衡组分的逸度系数y ，由上式可计算加压下的Kp 值。

γγγγK K P P P f f f K P H H N N NH NH H N NH f ===2/3*2/1**2/3*2/1**)()()()(222233223高压下气体不能看做理想气体IT BT T T K p-⨯+--=-27010856.1lg 4943.2/8.2074lg B 、I 系数值如下表：P B /10-4I 00.009333.00.34 2.0215.0256 2.09010.0256 2.11330.02562.20660.010.8563.059100.026.8334.473三、平衡氨含量氢氮比为3时平衡氨含量(%)P/MPaT/°C 10 15 20 32 60 80 360 35.10 43.35 49.62 60.43 75.32 81.80 384 29.00 36.84 43.00 54.00 69.94 77.24 424 20.63 27.39 33.00 43.60 60.35 68.68 464 14.48 19.94 24.71 34.24 50.62 59.42 504 10.15 14.39 18.24 30.90 41.44 50.13 552 6.71 9.75 12.62 18.99 31.81 39.78四、影响平衡氨含量的因素平衡氨含量是温度、压力、气体组成的函数a．压力和温度的影响温度越低，压力越高，平衡常数K p越大，越高。

化工设备选型及设计计算化工设备的选型和设计计算是化工工程中非常重要的环节，它直接关系到化工生产过程中的效率和安全。

本文将围绕化工设备选型和设计计算展开阐述，包括设备选型的原则和方法、设备设计计算的主要内容等。

一、设备选型的原则和方法1.符合工艺要求：化工设备选型首先要满足工艺要求，即能够满足生产过程中所需的温度、压力、流量等基本参数。

选型时需要充分了解工艺过程中各参数的要求，并与设备选型参数进行比较。

2.经济可行：化工设备的选型还要考虑到经济因素，包括设备的价格、运行成本和维护费用等。

选型时需权衡设备价格与运行成本，选择性价比较高的设备。

3.安全可靠：化工设备的选型还要考虑其安全可靠性。

选型时需要充分考虑设备的材质、结构和技术参数等，确保设备能够稳定工作，不发生泄露、爆炸等安全事故。

4.环保节能：化工设备的选型还要考虑到环保和节能要求。

选型时应选择具有节能、减排和环保功能的设备，以减少对环境的影响。

化工设备的选型方法主要包括以下几种：1.参考经验数据：可以参考相似工艺过程中已经使用的设备型号和参数，根据经验选择合适的设备。

2.询价比较：可以向多家设备供应商询价，比较不同设备的价格、性能和技术指标，选择最合适的设备。

3.模拟计算：可以通过模拟计算的方法，根据工艺参数和设备特性进行计算，得出最佳选型方案。

二、设备设计计算的主要内容化工设备的设计计算主要包括以下几个方面：1.设备尺寸计算：根据工艺要求和设备性能参数，进行设备尺寸的计算。

如容器的体积计算、管道的直径计算等。

2.材料选择：根据工艺要求和设备使用环境，选择合适的材料。

要考虑到材料的耐腐蚀性、耐高温性、强度等因素。

3.压力容器计算：对于压力容器，需要进行强度计算和稳定性分析，确保容器能够安全承受工作压力。

4.传热计算：对于传热设备，需要进行传热计算，包括传热面积的计算、传热系数的计算等，以确保传热效果满足工艺要求。

5.流体流动计算：对于流体输送设备，需要进行流体流动计算，包括管道的阻力计算、流量的计算等，以确保流体能够正常运行。

化工设备的计算化工设备是化工过程中必不可少的一部分，负责实现化工物质的混合、反应、分离、蒸馏等过程。

化工设备的计算是化工设计和生产过程中非常重要的一环。

本文将介绍化工设备的计算方法、计算原则以及常见的计算问题。

一、化工设备的计算方法1. 容积计算容积计算是计算化工设备容积大小的方法。

在化工设备中，容积大小对于反应速率、反应效果等都有着非常大的影响。

容积计算需要考虑多种因素，如反应物的量、反应速率、反应温度、反应时间等等。

通常采用数值计算或试验测定的方式来实现。

2. 柱塔计算柱塔计算是计算化工分离设备中塔的大小、填料数量、塔板数量等的方法。

柱塔计算需要考虑到物质流量、温度、压力等因素，以及填料类型、塔板类型等因素。

通常采用经验计算、数值计算等多种方法来进行。

3. 熱傳計算熱傳計算是计算化工设备中的传热过程的方法。

在化工过程中，往往需要将热量传递给反应或分离设备，或者从这些设备中取出热能。

熱傳計算需要考虑到多种因素，如传热系数、传热面积、传热介质等等。

通常采用数值计算、经验计算等方法来进行。

二、化工设备的计算原则1. 安全性原则化工设备的计算一定要确保其安全性。

化工设备通常以高温、高压、易燃、易爆等特点而著称，因此在计算时必须考虑到一系列的安全措施，如防爆措施、操作规程等等。

2. 经济性原则化工设备的计算一定要充分考虑到经济方面。

在化工生产环节中，设备是生产过程中的一个重要环节，然而设备也是生产成本的主要来源。

因此，在设计和计算化工设备时，需要充分考虑到经济性原则，减少成本，提高效益。

3. 环保性原则化工设备的计算一定要充分考虑到环保方面。

化工生产通常会产生很多有害物质，如果不进行合理的处理，将对环境造成不良影响。

因此，在设计和计算化工设备时，需要充分考虑到环保性原则，减少对环境的不良影响。

三、化工设备计算存在的问题1. 计算不精确化工设备的计算通常是基于理论模型或经验公式进行的，因此存在一定的误差。