化工设计概论与化工制图课件--第五章化工计算.ppt

2020/9/11,化工设计课件,1,设计概论与化工制图,2020/9/11,化工设计课件,2,工厂基本建设过程,1、可行性研究 2、初步设计 3、施工图设计 4、施工、试车、 验收,1、厂址选择 2、总平面设计 3、工艺设计,1、工艺流程设计 2、化工计算 3、设备的选型与设计 4、车间布置设计 5、管道设计 6、公用工程 7、向有关专业提供条件 8、工程概预算 9、技术经济分析 10、安全生产与环境保护,2020/9/11,化工设计课件,3,第五章 化工计算,第一节 化工过程 一、化工过程分类 1、化学反应:有新物质生成的变化类型。 2、分离或提纯:利用相变如 蒸馏,结晶,萃取。 3、混合:利于加速传热传质,溶液,乳浊液,悬 浮液。 4、输送:液体输送,机械输送,风力输送。 5、温度、压力和相变:温度可使物质产生相变如冷凝,蒸发,熔化。温度可改变粘度,溶解度, 表面张力。压力对气体在液体中的溶解度有 很大影响。,2020/9/11,化工设计课件,4,二、化工过程综合 1、过程综合要求:提出几个方案。 2、过程分析和优化:使设备费和操作费最低。 3、过程选择:对比方案,选择最好方案。 三、化工过程参数 1、温度 2、压力 3、流量 4、组成,2020/9/11,化工设计课件,5,第二节 物料衡算,一、物料衡算的意义和作用 物料衡算是化工计算中最基本、最重要的内容之一，是进行化工计算的基础。对工厂技术经济指标有举足轻重的影响。 二、物料平衡方程式 1、普遍应用的平衡式 输入量+产生量-输出量-消耗量=累积量 2、连续稳定过程的平衡式 输入量+产生量=输出量+消耗量 3、间歇过程的平衡式 初始输入量+产生量=最终输出量+消耗量,2020/9/11,化工设计课件,6,三、物料衡算的方法和步骤 1、收集计算数据: 原料,辅料,中间产物,产品的规格。单位时间 流量。消耗定额。转化率,选择性,收率。物 理化学常数。 2、画物料流程图:物料衡算方框图。 3、确定衡算范围:假设一独立体系。 4、选定计算基准:100kg kg/h。 5、列出输入-输出物料平衡表：,2020/9/11,化工设计课件,7,例5-1 用恒沸蒸馏法,将含有95的乙醇水溶液制成浓度达99.9乙醇水溶液,以苯作溶剂。其流程及各物流的组成如图5-2所示。试计算每生产100吨99.9乙醇水溶液,应向塔A加入的: (1)95的乙醇水溶液量;(2)苯量。,2020/9/11,化工设计课件,8,例5-1,2020/9/11,化工设计课件,9,设:x=苯的输入量;y= 95乙醇输入量;z= 5乙醇输出量。 三个组分,三个未知数,可列出三个方程求解。 1)苯的衡算 x = 0 2)乙醇的衡算 0.95y = 0.999(100) + 0.05z 3)总的物料衡算 x + y = 100 + z 上三式联立求解得: x=0 y=105.44(吨) z=5.44(吨) 答:应向塔A加入95的乙醇水溶液105.44吨;苯为零。,2020/9/11,化工设计课件,10,2020/9/11,化工设计课件,11,第三节 能量衡算,能量衡算应用在如下几方面 1、确定功率: 流体输送,搅拌,过滤,粉碎等单元操作所需 功率。 2、确定热量和冷量: 如蒸发,蒸馏,冷凝,冷却所需热量和冷量。 3、确定供热速率及放热速率: 化学反应热效应。 4、确定节能措施: 充分利用余热,降低能耗。,2020/9/11,化工设计课件,12,一、能量的形式和概念 1、动能（K） 表示物体作相对于环境运动所具有的能量。 2、势能（Z） 表示物体在重力场中受重力作用而具有的能量。 3、内能（U） 表示物体内分子、原子能量的宏观尺度。 4、热（Q） 物体与环境之间由于温差而引起传递的能量。 5、功（W） 物体与环境之间由于矢量位移而引起传递的能量。,2020/9/11,化工设计课件,13,二、能量平衡方程式 1、能量衡算的基本方程式 输入的能量-输出的能量=累积的能量 2、间歇过程的能量平衡方程式 U=Q-W 3、连续稳定流动过程的能量平衡方程式 输入的总能量=输出的总能量 H=Q-W 4、机械能平衡方程式 伯努利方程式,2020/9/11,化工设计课件,14,三、热量衡算 在能量衡算中,不讨论能量转换,只考虑热量变化的衡算称为热量衡算。 1、热平衡方程式 1)等压过程,只做膨胀功(如连续过程)热量衡算式为： H=H出H入Q 2)非流动体系,忽略动能和势能(如间歇过程)： U=U出U入Q 3)普遍应用的平衡式： Q1(物料)+Q2(介质)+Q3(反应)=Q4(物料)+Q5(设备)+Q6(损失),2020/9/11,化工设计课件,15,2、热量衡算的方法和步骤 1)分析各股物料之间热平衡关系 2)收集计算数据 3)标绘热量衡算示意图 4)确定衡算范围 5)选定计算基准:100kg kg/h。 6)列出输入-输出热平衡表,2020/9/11,化工设计课件,16,3、有关热数据的计算 1)焓:恒压时 2)真实热容与平均热容,2020/9/11,化工设计课件,17,3)热容的估算 柯普法则:1mol化合物的总热容,近似地等于 化合物里以原子形式存在的元素热容的总和。 4)潜热 克拉贝龙可劳修斯公式: 5)反应热 由标准生成热 计算反应热 。 由标准燃烧热 计算反应热 。 由键能估算反应热。,2020/9/11,化工设计课件,18,* 柯普法则:1mol化合物的总热容,近似地等于 化合物里以原子形式存在的元素热容的总和。 例:估算固体Ca(OH)2 的热容 (见表5-1) (Cp)Ca(OH)2 = (Cp)Ca +2(Cp)O +2(Cp)H (Cp)Ca(OH)2 = 26 +(217) +(29.6) (Cp)Ca(OH)2 = 79.2 J/mol.,2020/9/11,化工设计课件,19,*由键能估算反应热。 估计乙烷裂解制乙烯的反应热 1.列出反应式 C2H6C2H4+H2 2.写成化学键形式 H H H H HCCH CC + HH H H H H 3.归纳改组化学键 6HC + CC 4HC + CC + HH 2HC + CC CC + HH,2020/9/11,化工设计课件,20,4.查键能数据(见表5-2和表5-3) 5.代入公式 1摩尔乙烷分解为1摩尔乙烯和1摩尔氢时,吸热125.6kJ,2020/9/11,化工设计课件,21,例:30000吨/年聚丁二烯橡胶聚合釜的热量衡算,开工8000小时/年双系列双釜串联操作,即每条生产线的生产能力为15000吨/年,每条生产线上都有两个聚合釜串联操作,聚合生成量在釜与釜的分配率为60:40。纯度系数1.06,损耗0.03。 1)分析各股物料之间热平衡关系(物料走向,平衡方程) 2)收集计算数据 3)标绘热量衡算示意图 4)确定衡算范围 5)选定计算基准: kg/h 6)列出输入-输出热平衡表,2020/9/11,化工设计课件,22,1、分析物料走向,2020/9/11,化工设计课件,23,每条生产线的聚合物生成量为,2020/9/11,化工设计课件,24,2、收集计算数据,2020/9/11,化工设计课件,25,分析过程中存在的热量形式,可确定收集那些 数据, 聚合釜内各物料只有温度变化,无相变。 比热和聚合反应热可由手册查出,也可由实验确 定,搅拌热可从现场测得。 (丁二烯,溶剂油,胶液比热十分接近,取相同数值简化计算) 收集数据如下,2020/9/11,化工设计课件,26,3、计算热量,2020/9/11,化工设计课件,27,4、计算设备热负荷与冷却水消耗量 设备热负荷为Q2 ,以千卡/时为基准 当冷却水温差确定后,可用下式计算冷却水消耗量:,2020/9/11,化工设计课件,28,5、列出热量平衡表,2020/9/11,化工设计课件,29,3、计算热量,2020/9/11,化工设计课件,30,4、计算设备热负荷与冷却水消耗量 设备热负荷为Q2 ,以千卡/时为基准 当冷却水温差确定后,可用下式计算冷却水消耗量:,2020/9/11,化工设计课件,31,5、列出热量平衡表,2020/9/11,化工设计课件,32,2020/9/11,化工设计课件,33,Thanks,any question?,?,