《化工计算》PPT课件

设 计 作 业 的 目 的 、 意 义1 通 过 化 工 设 计 的 训 练 ， 进 一 步 巩 固 加 深 所 学 的 基 础 理 论 、 基 本技 能 和 专 业 知 识 ， 使 之 系 统 化 、 综 合 化 。2 在 化 工 设 计 中 培 养 独 立 工 作 、 独 立 思 考 并 运 用 已 学 的 知 识 解 决实 际 工 程 技 术 问 题 的 能 力 。3 通 过 化 工 设 计 加 强 计 算 、 绘 图 、 编 辑 设 计 文 件 、 使 用 规 范 化 手册 等 最 基 本 的 工 作 实 际 能 力 的 培 养 。4.通 过 化 工 设 计 的 训 练 ， 树 立 起 具 有 符 合 国 情 和 生 产 实 际 的 正 确的 设 计 思 想 和 观 点 ； 树 立 起 严 谨 、 负 责 、 实 事 求 是 、 刻 苦 钻 研 、勇 于 探 索 并 具 有 创 新 意 识 及 与 他 人 合 作 的 工 作 作 风 。 设 计 作 业 的 目 的 、 意 义 工 程 设 计 是 工 程 师 工 作 实 践 中 最 富 创 造 性 的 内 容 。设 计 能 力 不 同 于 理 论 分 析 能 力 、 表 达 能 力 和 动 手 能 力 ，它 是 一 种 如 何 将 思 维 形 式 的 知 识 转 化 为 客 观 上 尚 未 存在 而 可 以 实 现 的 物 质 实 体 的 创 造 能 力 ， 即 不 仅 是 认 识客 观 、 表 现 客 观 而 且 是 创 造 客 观 的 能 力 。 对 化 工 设 计 的 要 求 化 工 生 产 具 有 连 续 化 、 自 动 化 程 度 高 ， 且 生 产 过 程 具 有 易 燃 、易 爆 、 易 腐 蚀 、 能 耗 大 、 对 环 境 有 污 染 等 特 点 。 因 此 ， 在 学 生 进行 化 工 设 计 时 要 充 分 注 意 这 些 问 题 ， 使 化 工 设 计 既 能 达 到 教 学 的基 本 训 练 的 目 的 ， 又 能 使 学 生 对 工 程 实 际 问 题 有 初 步 的 认 识 和 了解 。 为 此 对 学 生 的 化 工 设 计 提 出 如 下 基 本 要 求 。1.掌 握 化 工 生 产 过 程 设 计 的 基 本 要 求 及 主 要 内 容 ； 掌 握 设 计 原 则 ，了 解 工 厂 与 车 间 布 置 内 容 、 厂 址 选 择 的 方 法 和 应 遵 循 的 原 则 。2.论 证 设 计 方 案 ， 确 定 设 计 流 程 及 方 法 ， 掌 握 化 工 过 程 的 物 料 衡算 、 热 量 衡 算 ， 以 及 主 要 工 艺 设 备 （ 反 应 器 、 分 离 设 备 、 换 热 器 等 ） 的 设 计 原 则 和 方 法 。 对 化 工 设 计 的 要 求3.基 本 掌 握 过 程 和 设 备 的 物 料 参 数 （ 如 温 度 、 压 力 、 流 量 等 ） 控制 指 标 的 确 定 方 法 和 控 制 方 案 。4 绘 制 物 料 流 程 图 、 带 控 制 点 工 艺 流 程 图 和 主 要 设 备 图 的 要 求 和标 准 。5.初 步 掌 握 投 资 与 成 本 估 算 、 价 格 估 算 和 经 济 评 价 的 基 本 内 容 和主 要 方 法 。 了 解 经 济 分 析 与 评 价 在 设 计 决 策 中 的 意 义 。6.对 水 、 电 、 汽 等 公 用 工 程 有 所 了 解 ， 并 能 使 所 设 计 的 工 程 项 目与 公 用 工 程 相 互 匹 配 。7.提 出 所 设 计 的 工 程 项 目 对 环 境 保 护 、 安 全 措 施 的 要 求 ， 并 能 与有 关 部 门 （ 或 专 业 ） 共 同 商 讨 解 决 办 法 和 实 施 方 案 。 8.初 步 掌 握 撰 写 设 计 说 明 书 、 项 目 建 议 书 和 可 行 性 研 究 报 告 的 基本 内 容 和 要 求 。 化 工 设 计 说 明 书 在 化 工 设 计 完 成 后 ， 要 写 出 报 告 ， 即 编 制 出 化 工 设 计 说 明 书和 绘 制 工 程 图 纸 。 说 明 书 和 图 纸 是 衡 量 学 生 的 化 工 设 计 完 成 与 否的 主 要 依 据 ， 也 是 考 核 化 工 成 绩 的 根 据 。 因 此 在 进 行 化 工 设 计 工作 之 前 ， 就 应 先 明 确 说 明 书 所 包 括 的 内 容 ， 也 是 指 导 教 师 对 学 生的 化 工 设 计 要 求 ， 以 便 按 说 明 书 的 内 容 ， 安 排 设 计 工 作 计 划 和 进程 。 设 计 说 明 书 应 包 括 以 下 内 容 ： 1.总 论 2.生 产 流 程 或 生 产 方 案 确 定 3.生 产 流 程 简 述 4.工 艺 计 算 书 5.主 要 设 备 的 工 艺 计 算 和 设 备 选 型 6.原 材 料 、 动 力 消 耗 定 额 及 消 耗 量 7.车 间 成 本 估 算 8.环 境 保 护 与 安 全 措 施 9.设 计 体 会 和 收 获 10.参 考 文 献 11.附 工 程 图 纸 一 、 总 论 1 概 述 说 明 所 设 计 的 产 品 的 性 能 、 用 途 和 在 国 民 经 济 中 或 对 人 民 生 活的 重 要 性 ； 该 产 品 的 市 场 需 求 ； 简 述 该 产 品 的 生 产 方 法 及 特 点 。2 文 献 综 述 通 过 从 文 献 中 所 了 解 的 内 容 ， 简 述 有 关 该 产 品 的 生 产 试 验 概 况 ，国 内 外 生 产 现 状 和 发 展 趋 势 等 (附 一 篇 外 文 资 料 译 文 )。3.设 计 任 务 的 依 据 或 项 目 来 源由 指 导 教 师 指 定 的 课 题 ， 还 是 从 生 产 实 际 中 承 接 的 项 目 。4.设 计 产 品 所 需 的 主 要 原 材 料 规 格 、 来 源 以 及 水 、 电 、 汽 等 的 供应 情 况 ， 结 合 设 计 地 区 供 应 情 况 说 明 之 。5 其 他如 交 通 运 输 、 节 能 和 环 保 等 措 施 。 简 要 说 明 原 料 、 产 品 及 废 渣 的 储 运 方 式 。 简 述 能 量 综 合 利 用 情 况 ， 设 计 中 所 采 用 的 节 能 措 施 。说 明 生 产 过 程 可 能 产 生 的 有 害 物 质 排 放 和 处 理 措 施 。 二 、 生 产 流 程 或 生 产 方 案 确 定根 据 查 阅 文 献 和 化 工 实 习 或 实 际 调 查 所 掌 握 的 情 况 确 定 ， 有 时是 依 据 科 学 试 验 报 告 和 小 试 结 果 进 行 放 大 设 计 ， 分 析 各 种 生 产 方法 及 其 特 点 。 简 要 叙 述 自 己 设 计 所 选 定 的 生 产 方 法 的 依 据 和 特 点 。画 出 一 个 简 单 流 程 图 。三 、 生 产 流 程 简 述按 生 产 顺 序 ， 从 原 料 到 成 品 依 次 叙 述 各 种 物 料 所 经 过 的 设 备 及其 在 该 设 备 中 所 发 生 的 变 化 ； 写 出 可 能 的 化 学 反 应 方 程 式 ， 说 明其 工 艺 条 件 ， 如 温 度 、 压 力 、 流 量 及 物 料 配 比 等 ； 并 说 明 原 料 、产 品 的 贮 存 方 式 及 其 特 殊 要 求 ， 如 涉 及 安 全 、 环 保 的 注 意 事 项 等 。 四 、 工 艺 计 算 书这 部 分 内 容 是 化 工 设 计 中 的 主 要 工 作 ， 在 实 际 工 业 设 计 中 ， 也是 必 不 可 少 的 。 是 在 设 计 过 程 中 的 重 要 内 容 ， 是 设 计 最 终 结 果 的主 要 依 据 。 它 应 包 括 ： 物 料 衡 算 、 热 量 衡 算 ， 必 要 时 加 上 有 效 能衡 算 。五 、 主 要 设 备 的 工 艺 计 算 和 设 备 选 型根 据 设 计 任 务 工 作 量 的 大 小 ， 要 选 定 1 2个 主 要 设 备 （ 非 定 型设 备 ） 进 行 工 艺 计 算 。 例 如 ： 主 要 反 应 器 的 工 艺 尺 寸 ， 催 化 剂 的装 填 量 ； 塔 设 备 的 直 径 、 高 度 和 填 料 的 装 量 或 塔 板 数 目 和 结 构 尺寸 以 及 流 体 流 动 阻 力 等 。 其 他 设 备 都 作 为 辅 助 设 备 要 根 据 生 产 能力 ， 按 前 边 的 物 料 衡 算 结 果 进 行 选 型 。 如 泵 、 压 缩 机 、 换 热 器 和 槽 罐 等 。 对 所 选 设 备 结 果 列 出 设 备 一 览 表 。 六 、 原 材 料 、 动 力 消 耗 定 额 及 消 耗 量 根 据 物 料 衡 算 和 热 量 衡 算 结 果 ， 换 算 为 单 位 产 品 （ 吨 ） 的 消耗 量 （ 及 消 耗 定 额 ） 和 单 位 时 间 （ 小 时 和 年 ） 的 消 耗 量 。七 、 车 间 成 本 估 算 通 过 化 工 设 计 ， 使 学 生 建 立 经 济 核 算 观 点 。 产 品 车 间 成 本 或工 厂 成 本 可 以 体 现 设 计 的 经 济 合 理 性 。 按 表 格 10-4填 写 。八 、 环 境 保 护 与 安 全 措 施九 、 设 计 体 会 和 收 获 通 过 化 工 设 计 ， 自 己 有 何 体 会 和 收 获 ， 特 别 是 如 何 综 合 运 用所 学 的 理 论 知 识 方 面 的 体 会 。 对 自 己 的 设 计 哪 些 特 点 值 得 肯 定 ， 还 有 哪 些 不 足 或 不 当 之 处 ， 如 有 可 能 提 出 今 后 改 进 意 见 和 措 施 。另 外 ， 对 化 工 设 计 从 教 学 上 也 可 以 提 出 一 些 意 见 和 建 议 。 十 、 参 考 文 献 本 次 设 计 中 参 考 的 文 献 资 料 ， 特 别 是 一 些 重 要 的 参 数 来 源 ，都 要 在 说 明 书 最 后 一 一 列 出 。 按 作 者 、 文 献 名 称 、 出 版 社 和 出 版日 期 的 顺 序 列 出 。十 一 、 附 工 程 图 纸 除 文 字 说 明 书 外 ， 化 工 设 计 应 包 括 下 列 图 纸 。 (1)带 控 制 点 的 工 艺 流 程 图 ； (2)主 要 设 备 装 配 图 ； (3)设 备 平 面 布 置 图 与 立 面 布 置 图 ； (4） 主 要 车 间 的 管 道 布 置 图 。 化 工 设 计 作 业 要 求 ：（ 1） 每 个 同 学 自 拟 一 个 题 目 年 产 万 吨 生 产 车 间 工 艺 设 计 m3/h焦 炉 煤 气 脱 硫 工 段 工 艺 设 计（ 2） 提 交 的 资 料设 计 说 明 书 （ 物 料 衡 算 表 、 设 备 一 览 表 ） 、 带 控 制 点工 艺 流 程 图 、 车 间 布 置 图 、 主 体 设 备 图 。 图 纸 绘 制 不要 求 用 大 图 ， 但 要 表 达 清 楚 基 本 内 容 。（ 3） 提 交 的 说 明 书 必 须 手 写 ， 不 要 求 将 所 有 计 算 过 程列 出 ， 但 要 求 按 照 课 本 中 所 列 项 目 全 部 设 计 过 程 写 出 。 4 化 工 计 算中 北 大 学 化 工 与 环 境 学 院 化 工 设 计 4.1化 工 过 程 及 过 程 参 数 F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 。F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 。 例 如 ， 对 合 成 氨 或 环 氧 乙 烷 生 产 过 程 作 物 料衡 算 和 能 量 衡 算 ， 则 首 先 需 要 了 解 有 关 合 成 氨 或 环 氧 乙烷 生 产 的 基 本 原 理 、 生 产 方 法 和 工 艺 流 程 ， 然 后 ， 才 能以 示 意 图 的 形 式 表 示 出 整 个 化 工 过 程 的 主 要 设 备 及 全 部进 、 出 物 流 ， 并 选 定 所 需 温 度 、 压 力 或 物 料 组 成 等 条 件 ，再 逐 一 进 行 计 算 。 化 工 设 计 4.1化 工 过 程 及 过 程 参 数 F由 此 可 见 ， 必 须 具 有 化 工 过 程 方 面 的 基 础 知 识 ， 才 能进 行 物 料 和 能 量 衡 算 。F本 节 内 容 主 要 内 容 包 括 ： 化 工 过 程 ； 化 工 工 艺 流 程 ； 化 工 过 程 开 发 ； 化 工 过 程 基 本 参 数 温 度 、 压 力 、 流量 、 化 学 组 成 等 基 本 概 念 。 化 工 设 计 n 所 谓 化 工 过 程 ， 是 指 由 原 料 经 化 学 处 理 和 物 理 处 理 加 工成 化 学 产 品 或 中 间 产 品 的 生 产 过 程 。 它 包 括 许 多 工 序 ，每 个 工 序 又 由 若 干 个 或 若 干 组 设 备 （ 如 反 应 器 、 蒸 馏 塔 、吸 收 塔 、 干 燥 塔 ， 分 离 器 、 换 热 器 及 输 送 设 备 等 等 ） 组合 而 成 。 物 料 通 过 各 设 备 时 ， 完 成 某 种 化 学 或 物 理 处 理 ，最 终 成 为 合 格 的 产 品 。n 化 工 过 程 中 的 各 种 设 备 所 进 行 的 主 要 操 作 可 归 纳 为 下 列几 类 ： 1.化 学 反 应 ； 2.分 离 或 提 纯 ;3.改 变 温 度 ;4.改 变压 力 ;5.混 合 。 化 工 设 计 1、 化 学 反 应 化 学 反 应 是 整 个 化 工 过 程 的 核 心 。 一 种 化 学 反 应 是 否 能 在工 业 上 付 诸 实 现 取 决 于 许 多 因 素 ， 如 平 衡 收 率 （ 即 反 应 系 统 达到 平 衡 状 态 时 ， 加 入 的 原 料 转 化 为 产 品 的 数 量 ） 、 反 应 速 度 、控 制 或 减 少 副 反 应 的 可 能 性 等 。 2、 分 离 或 提 纯 化 工 生 产 中 的 分 离 过 程 就 是 将 两 种 或 两 种 以 上 组 分 的 混 合物 分 成 纯 的 或 比 较 纯 的 组 分 。 由 于 生 产 中 的 化 学 反 应 过 程 常 常存 在 副 反 应 、 反 应 不 完 全 或 使 用 溶 剂 等 方 面 原 因 ， 使 原 料 经 反应 后 得 到 的 产 物 往 往 不 是 一 种 纯 的 产 物 ， 而 是 几 种 组 分 的 混 合物 ， 必 须 经 分 离 或 提 纯 后 ， 才 能 成 为 较 纯 的 产 品 。 化 工 设 计 分 离 过 程 通 常 只 是 一 种 物 理 过 程 ， 不 发 生 化 学 反 应 。 它 是 利用 物 质 在 相 变 化 过 程 中 某 些 物 理 性 质 （ 如 沸 点 、 熔 点 、 溶 解 度 等 ）的 差 异 来 进 行 的 。 如 蒸 馏 是 基 于 不 同 组 分 挥 发 度 或 沸 点 的 不 同 ；萃 取 基 于 一 种 物 质 在 两 种 互 不 相 溶 的 液 体 中 溶 解 度 不 同 等 。3、 改 变 温 度 化 学 反 应 速 度 和 收 率 、 物 质 的 相 态 变 化 （ 如 蒸 气 的 冷 凝 、 液体 的 气 化 或 凝 固 、 固 体 的 熔 化 等 ） 以 及 物 质 的 其 他 物 理 性 质 变 化（ 如 粘 度 、 溶 解 度 、 表 面 张 力 等 ） 等 均 与 温 度 有 密 切 的 关 系 ， 改变 温 度 可 调 节 以 上 各 性 质 达 到 所 需 的 要 求 。 物 质 的 加 热 都 要 消 耗 能 量 。 回 收 热 量 使 热 量 充 分 利 用 ， 是 化工 厂 提 高 经 济 效 益 的 一 个 重 要 措 施 。 化 工 设 计 4、 改 变 压 力 化 学 反 应 的 反 应 物 或 生 成 物 中 如 有 气 体 时 ， 改 变 压 力 对平 衡 收 率 有 影 响 。 例 如 ， 合 成 氨 反 应 ， 压 力 增 高 ， 氨 的 平 衡产 率 就 增 加 。 除 此 之 外 物 质 的 相 态 变 化 ， 如 蒸 气 冷 凝 或 液 体气 化 等 与 压 力 亦 有 密 切 关 系 。 当 用 泵 或 压 缩 机 输 送 流 体 时 ，压 力 用 于 克 服 设 备 和 管 线 中 的 阻 力 。5、 混 合 混 合 是 与 分 离 相 反 的 一 个 过 程 。 在 化 工 生 产 中 ， 常 常 需要 将 两 种 或 两 种 以 上 物 质 混 合 在 一 起 。 通 常 ， 混 合 不 消 耗 能量 ， 只 有 为 了 加 速 混 合 使 用 搅 拌 器 时 ， 才 消 耗 能 量 . 化 工 设 计 制 备 氯 乙 烯 工 艺 流 程 设 计 示 例工 艺 流 程 设 计 温 度 、 压 力 和 相 的 变 化 ； 选 择 适 当 的 设 备 来 完 成 各 个 过 程 。 制 备 氯 乙 烯 工 艺 流 程 设 计 示 例工 艺 流 程 设 计 选 择 适 当 的 设 备 来 完 成 各 个 过 程 。 小 结 ： 化 工 过 程 中 的 每 一 个 设 备 进 行 上 述 一 种 或 几 种 操 作 。设 计 化 工 过 程 ， 就 是 设 计 以 上 一 系 列 操 作 ， 将 其 适 当 地 、合 理 地 组 合 起 来 ， 以 改 变 原 料 的 化 学 和 物 理 性 质 ， 使 之 能够 生 产 合 格 的 产 品 。 把 完 成 这 些 操 作 的 设 备 串 连 组 合 起 来 ，就 成 为 一 个 化 工 过 程 。 化 工 设 计 通 常 ， 发 现 一 种 新 的 化 学 反 应 使 之 实 施 于 生 产 或 开 发 一 个 新的 化 工 过 程 ， 从 技 术 角 度 来 考 察 ， 它 主 要 决 定 于 下 述 三 类 因 素 ： （ 1） 化 学 工 艺 因 素 反 应 体 系 本 性 、 温 度 、 压 力 、 组 成 、催 化 剂 等 操 作 条 件 以 及 体 系 的 反 应 速 度 、 转 化 率 、 循 环 比 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 。化 工 设 计 决 定 一 个 具 体 的 化 工 过 程 ， 除 考 虑 其 技 术 上 的 可 行 性外 ， 还 必 须 符 合 国 家 的 政 治 、 经 济 政 策 方 针 。 诸 如 资 源 、环 境 、 能 源 、 劳 动 保 护 、 工 业 布 局 等 因 素 ， 并 使 之 获 得 最佳 的 经 济 效 益 。 化 工 设 计 的 核 心 与 理 念 就 在 于 寻 求 技 术 上 可 行 、 可 靠 ，经 济 上 合 理 的 化 工 过 程 来 实 现 生 产 目 标 。 化 工 设 计 n 化 工 过 程 常 用 流 程 图 来 表 示 。 所 谓 流 程 图 ， 就 是 把生 产 过 程 中 物 料 经 过 的 设 备 按 其 形 状 画 出 示 意 图 ， 并 画出 各 设 备 之 间 的 主 要 物 料 管 线 及 其 流 向 。n 简 化 的 流 程 图 可 以 用 方 框 来 表 示 设 备 或 设 备 组 ， 称方 框 流 程 图 。 在 工 艺 流 程 设 计 中 ， 还 有 其 他 类 型 的 流 程图 ， 如 表 明 物 料 量 的 物 料 流 程 图 、 以 装 置 为 单 元 的 装 置流 程 图 、 以 管 线 为 主 的 管 线 流 程 图 以 及 带 测 量 仪 表 控 制点 的 流 程 图 等 。 化 工 设 计 工 艺 流 程 图 能 简 明 、 扼 要 的 表 明 化 工 产 品 的 生 产 工序 ， 看 来 一 目 了 然 。 从 工 艺 流 程 图 可 以 初 步 了 解 生 产 方法 、 生 产 过 程 以 及 各 主 要 物 料 的 来 龙 去 脉 。 在 解 物 料 和能 量 衡 算 题 时 ， 也 需 要 用 图 来 表 示 各 设 备 之 间 的 物 料 关系 。 因 此 ， 学 会 用 流 程 图 来 表 达 化 工 过 程 ， 对 工 程 技 术人 员 是 一 项 基 本 训 练 。 化 工 设 计 F 化 工 过 程 开 发 是 指 一 个 化 学 反 应 从 实 验 室 过 渡 到 第 一套 生 产 装 置 的 全 部 过 程 。F 化 工 过 程 开 发 ， 首 先 是 决 定 于 化 学 反 应 的 可 能 性 、 转化 率 及 反 应 速 度 是 否 具 有 工 业 价 值 ， 产 物 分 离 的 难 易 程 度以 及 机 械 、 设 备 、 材 料 是 否 可 行 。 当 然 ， 最 终 取 决 于 是 否有 经 济 效 益 。F 化 工 过 程 开 发 的 第 一 步 就 是 工 艺 流 程 设 计 。 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 挤 效 益 高 的 最 佳 方 案 。化 工 设 计 F 在 化 工 生 产 过 程 中 ， 能 影 响 过 程 运 行 和 状 态 的 物 理 量 ， 如温 度 、 压 力 、 流 量 及 物 料 的 百 分 组 成 或 浓 度 等 ， 在 指 定 条 件 下它 的 数 值 恒 定 ， 条 件 改 变 其 数 值 也 随 之 变 化 ， 这 些 物 理 量 称 为过 程 参 数 。 这 些 参 数 也 常 作 为 控 制 生 产 过 程 的 主 要 指 标 。F 进 行 化 工 计 算 时 ， 上 述 参 数 是 基 本 数 据 ， 可 以 直 接 测 定 。对 一 些 不 易 直 接 测 定 的 参 数 ， 可 找 出 与 容 易 测 定 的 参 数 之 间 的关 系 ， 通 过 计 算 求 得 ， 有 时 也 可 以 根 据 经 验 数 据 选 定 。F 需 要 掌 握 温 度 、 压 力 、 流 量 及 物 料 的 百 分 组 成 或 浓 度 等 参数 的 基 本 概 念 及 计 算 方 法 。 查 资 料 、 计 算 、 实 验 。 化 工 设 计 4.2物 料 衡 算 F 物 料 衡 算 是 化 工 计 算 中 最 基 本 、 也 是 最 重 要 的 内 容 之一 ， 它 是 能 量 衡 算 的 基 础 。 一 般 在 物 料 衡 算 之 后 ， 才 能 计算 所 需 要 提 供 或 移 走 的 能 量 。F 通 常 ， 物 料 衡 算 有 两 种 情 况 ， 一 种 是 对 已 有 的 生 产 设备 或 装 置 ， 利 用 实 际 测 定 的 数 据 ， 算 出 另 一 些 不 能 直 接 测定 的 物 料 量 。 用 此 计 算 结 果 ， 对 生 产 情 况 进 行 分 析 、 作 出判 断 、 提 出 改 进 措 施 。 另 一 种 是 设 计 一 种 新 的 设 备 或 装 置 ，根 据 设 计 任 务 ， 先 作 物 料 衡 算 ， 求 出 进 出 各 设 备 的 物 料 量 ，然 后 再 作 能 量 衡 算 ， 求 出 设 备 或 过 程 的 热 负 荷 ， 从 而 确 定设 备 尺 寸 及 整 个 工 艺 流 程 。 化 工 设 计 4.2物 料 衡 算 物 料 衡 算 式 ：物 料 衡 算 也 称 为 质 量 衡 算 ， 其 依 据 是 质 量 守 恒 定 律 。 它反 映 一 个 过 程 中 原 料 、 产 物 、 副 产 物 等 之 间 的 关 系 ， 即 进 入的 物 料 量 必 等 于 排 出 的 物 料 量 和 过 程 中 的 积 累 量 。输 入 物 料 的 总 量 排 出 物 料 的 总 量 过 程 积 累 的 总 量化 工 设 计 积 累 MM入 M出系 统物 料 衡 算 示 意 图物 料 衡 算 式 ： M入 M出 M连 续 稳 定 流 动 ： M入 M出 化 工 设 计4.2物 料 衡 算 进 行 物 料 衡 算 时 ， 必 须 明 确 下 面 几 点 ：1. 首 先 要 确 定 衡 算 的 系 统 ， 即 衡 算 对 象 包括 的 范 围 。2. 其 次 要 确 定 衡 算 的 基 准 。3. 然 后 确 定 衡 算 的 对 象 。4. 最 后 还 要 确 定 衡 算 对 象 的 物 理 量 及 单 位 。化 工 设 计4.2 物 料 衡 算 进 行 物 料 衡 算 的 步 骤 ：(1) 搜 集 计 算 数 据 。(2) 画 出 物 料 流 程 简 图 。(3) 确 定 衡 算 体 系 。(4) 写 出 化 学 反 应 方 程 式 ， 包 括 主 反 应 和 副 反 应 ， 标 出 有 用 的分 子 量 。(5) 选 择 合 适 的 计 算 基 准 ， 并 在 流 程 图 上 注 明 所 选 的 基 准 值 。(6) 列 出 物 料 衡 算 式 ， 然 后 用 数 学 方 法 求 解 。(7) 将 计 算 结 果 列 成 输 入 输 出 物 料 表 (物 料 平 衡 表 )。(8) 校 核 计 算 结 果 。 化 工 设 计4.2 物 料 衡 算 化 工 设 计4.2 物 料 衡 算 化 工 设 计4.2 物 料 衡 算 化 工 设 计4.2 物 料 衡 算 化 工 设 计4.2 物 料 衡 算 化 工 设 计4.2 物 料 衡 算 化 工 设 计4.2 物 料 衡 算 化 工 设 计在 化 工 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 有 两 种 类 型 的 问 题 ， 一 种 是 先 对 使 用 中 的 装 置 或 设备 ， 实 际 测 定 一 些 能 量 ， 通 过 衡 算 计 算 出 另 外 一 些 难 以 直 接 测定 的 能 量 ， 由 此 作 出 能 量 方 面 的 评 价 ； 另 一 类 是 在 设 计 新 装 置或 设 备 时 ， 根 据 已 知 的 或 可 设 定 的 物 料 量 求 得 未 知 的 物 料 量 或温 度 ， 和 需 要 加 入 或 移 出 的 热 量 。能 量 衡 算 的 基 础 是 物 料 衡 算 ， 只 有 在 进 行 完 备 的 物 料 衡 算 后 才 能 作 出 能 量 衡 算 。4.3 能 量 衡 算 能 量 衡 算 ： 热 量 衡 算 的 依 据 是 能 量 守 恒 定 律 。 能 量 衡 算 的 目 的 是 ：计 算 单 位 产 品 的 能 耗了 解 过 程 中 能 量 的 利 用 和 损 失 情 况确 定 生 产 过 程 中 需 要 输 入 、 输 出 的 热 量设 计 换 热 设 备 化 工 设 计4.3 能 量 衡 算 化 工 设 计1、 能 量 的 形 式能 量 衡 算 也 象 物 料 衡 算 那 样 ， 要 用 到 守 恒 的 概 念 ， 也 就是 计 算 进 入 的 能 量 和 离 开 的 能 量 ， 因 此 就 要 分 清 不 同 的 能 量形 式 和 表 示 的 方 法 。动 能 （ Ek） 运 动 着 的 流 体 具 有 动 能 ；位 能 （ EP） 物 体 自 某 一 基 准 面 移 高 到 一 定 距 离 ， 由 于这 种 位 移 而 具 有 的 能 量 。静 压 能 （ Ez） 流 体 由 于 一 定 的 静 压 强 而 具 有 的 能 量 。内 能 （ U） 内 能 是 指 物 体 除 了 宏 观 的 动 能 和 位 能 外 所 具有 的 能 量 。 设 备 或 过 程 的 热 负 荷 ， 从 而 确 定 设 备 尺 寸 及 整 个工 艺 流 程 。4.3.1 能 量 衡 算 的 基 本 概 念 化 工 设 计2、 几 个 与 能 量 衡 算 有 关 的 重 要 物 理 量(1)热 量 （ Q） 温 度 不 同 的 两 物 体 相 接 触 或 靠 近 ， 热 量 从 热 （ 温 度 高 ） 的物 体 向 冷 （ 温 度 低 ） 的 物 体 流 动 ， 这 种 由 于 温 度 差 而 引 起 交换 的 能 量 ， 称 为 热 量 。 热 量 是 一 种 能 量 的 形 式 ， 一 定 要 有 温度 差 或 温 度 梯 度 ， 才 会 有 热 量 的 传 递 。(2)功 （ W） 功 是 力 与 位 移 的 乘 积 。 在 化 工 中 常 见 的 有 体 积 功 、 流 动 功以 及 旋 转 轴 的 机 械 功 等 。 以 环 境 向 体 系 作 功 为 正 、 反 之 为 负 。 功 和 热 量 都 是 能 量 传 递 的 两 种 不 同 形 式 ， 它 们 不 是 物 系 的 性 质 ， 因 此 不 能 说 体 系内 或 某 物 体 有 多 少 热 量 或 功 。4.3.1 能 量 衡 算 的 基 本 概 念 化 工 设 计2、 几 个 与 能 量 衡 算 有 关 的 重 要 物 理 量(3)焓 (H ) 定 义 是 ： H U PV 式 中 ， P为 压 力 ,V为 容 积 。 对 于 纯 物 质 ， 焓 可 表 示 成 H =H (T， P) 对 H 全 微 分 dPPHdTTHdH TP 2112 TT pdTCHH 4.3.1 能 量 衡 算 的 基 本 概 念 化 工 设 计2、 几 个 与 能 量 衡 算 有 关 的 重 要 物 理 量(4) 热 容 热 容 是 一 定 量 的 物 质 改 变 一 定 的 温 度 所 需 要 的 热 量 ， 可 以看 作 是 温 度 差 T和 引 起 温 度 变 化 的 热 量 Q之 间 的 比 例 常 数 。 对 于 理 想 气 体 Tm CQ mVV , Tm CQ mPP , RCC mVmP , 4.3.1 能 量 衡 算 的 基 本 概 念 化 工 设 计4.3.2 能 量 衡 算 的 基 本 方 法 及 步 骤 根 据 能 量 守 恒 原 理 ， 能 量 衡 算 的 基 本 方 法 可 表示 为 ：输 入 的 能 量 一 输 出 的 能 量 积 累 的 能 量由 于 物 质 具 有 各 种 形 式 的 能 量 ， 因 此 作 能 量 衡算 时 也 应 注 意 输 入 榆 出 体 系 的 各 种 能 量 ， 上 式 中 各项 指 的 都 是 “ 总 能 量 ” ， 因 为 总 能 量 中 某 部 分 能 量并 不 总 是 守 恒 的 。 化 工 设 计4.3.2 能 量 衡 算 的 基 本 方 法 及 步 骤 1、 总 能 量 衡 算 连 续 稳 定 流 动 过 程 的 总 能 量 衡 算H +Ek + EP Q + W 间 歇 过 程 的 总 能 量 衡 算U +Ek + EP Q + W 一 般 间 歇 操 作 ， 动 能 、 位 能 差 项 等 于 零 ， 即 Ek0， EP 0， 所 以 上 式 又 可 简 化 为U Q + W 此 式 即 为 热 力 学 第 一 定 律 的 数 学 式 ， 此 处 W的 符 号 以 环 境 向 体 系 作 功 为 正 。 化 工 设 计4.3.2 能 量 衡 算 的 基 本 方 法 及 步 骤 2、 热 量 衡 算 热 量 衡 算 式 ： Q = H = H 1 H 2 Q = U = U1 U2 (间 歇 过 程 ) 热 量 衡 算 就 是 计 算 在 指 定 的 条 件 下 进 出 物 料 的 焓 差 ，从 而 确 定 过 程 传 递 的 热 量 。 在 实 际 计 算 时 ， 由 于 进 出 设 备 的 物 料 不 止 一 个 ， 因此 可 改 写 为 ： Q =H 1 H 2 或 Q = U1 U2 化 工 设 计4.3.2 能 量 衡 算 的 基 本 方 法 及 步 骤 热 量 衡 算 有 两 种 情 况 ： 一 种 是 在 设 计 时 ， 根 据 给 定 的 进 出 物 料 量 及 已 知 温 度求 另 一 殷 物 料 的 未 知 物 料 量 或 温 度 ， 常 用 于 计 算 换 热 设 备的 蒸 汽 用 量 或 冷 却 水 用 量 。 另 一 种 是 在 原 有 的 装 置 上 ， 对 某 个 设 备 ， 利 用 实 际 测定 （ 有 时 也 要 作 一 些 相 应 的 计 算 ） 的 数 据 ， 计 算 出 另 一 些不 能 或 很 难 直 接 测 定 的 热 量 或 能 量 ， 由 此 对 设 备 作 出 能 量上 的 分 析 。 如 根 据 各 股 物 料 进 出 口 量 及 温 度 ， 找 出 该 设 备的 热 利 用 和 热 损 失 情 况 。 热 量 衡 算 也 需 要 确 定 基 准 ， 画 出 流 程 图 ， 列 出 热 量 衡 算 表 等 。 化 工 设 计4.3.2 能 量 衡 算 的 基 本 方 法 及 步 骤 物 料 进 入 系 统 中 ， 除 带 入 一 部 分 质 量 以 外 ， 还 带 入 一部 分 热 量 。 热 量 的 多 少 ， 与 物 料 所 处 的 热 状 态 有 关 。 在 热 力 学 上 ， 用 “ 焓 ” 表 示 物 料 所 处 的 热 状 态 。 热 量 衡 算 式 变 为 ： (wH )入 (wH )出 Q 热 量 衡 算 基 准 ： 数 量 基 准 、 温 度 基 准 、 相 态 基 准 化 工 设 计4.3.2 能 量 衡 算 的 基 本 方 法 及 步 骤 3、 机 械 能 衡 算 在 反 应 器 、 蒸 馏 塔 、 蒸 发 器 、 换 热 器 等 化 工设 备 中 ， 功 、 动 能 、 位 能 的 变 化 ， 较 之 传 热 量 、内 能 和 烩 的 变 化 ， 是 可 以 忽 略 的 。 因 此 ， 作 这 些 设 备 的 能 量 衡 算 时 ， 总 能 量 衡算 式 可 以 简 成 ：Q = U (封 闭 体 系 ） 或 Q = H (敞 开 体 系 ） 。 化 工 设 计4.3.2 能 量 衡 算 的 基 本 方 法 及 步 骤 3、 机 械 能 衡 算 但 在 另 一 类 操 作 中 ， 情 况 刚 好 相 反 ， 即 传 热 量 、 内 能的 变 化 与 动 能 变 化 、 位 能 变 化 、 功 相 比 ， 却 是 次 要 的 了 。这 些 操 作 大 多 是 流 体 流 入 流 出 贮 罐 、 贮 槽 、 工 艺 设 备 、 输送 设 备 、 废 料 排 放 设 备 。 或 在 这 些 设 备 之 间 流 动 。 连 续 稳 定 流 动 过 程 总 能 量 衡 算 式 ：H u2/2 gZ (PV) Q W 1千 克 不 可 压 缩 流 体 流 动 时 的 机 械 能 衡 算 式 ： P/ u2/2 gZ F W