物料衡算与能量衡算培训教材

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三,章,章,物,物料,衡,衡算,与,与能,量,量衡,算,算,引言:由前,述,述的,工,工艺,设,设计,和,和流,程,程设,计,计程,序,序可,知,知,当,当工,艺,艺方,案,案确,定,定后,就,要,要进,行,行物,料,料衡,算,算,然,然后,依,依据,物,物料,衡,衡算,的,的结,果,果作,能,能量,衡,衡算,。,。那么,为什,么,么作,衡,衡算,？,？物料,衡,衡算,和,和能,量,量衡,算,算的,任,任务,是,是什,么,么?(也,就,就是,说,说,算,算什,么,么?)怎样,算,算?(即,衡,衡算,的,的方,法,法和,程,程序,是,是什,么,么?),因此,本,章,章学,习,习的,主,主要,目,目的,是,是:,明确,物,物料,衡,衡算,和,和能,量,量衡,算,算的,目,目的,与,与任,务,务;,熟悉,物,物料,衡,衡算,和,和能,量,量衡,算,算的,方,方法,与,与程,序,序,并,并熟,练,练掌,握,握运,用,用。,可确,定,定原,材,材料,消,消耗,定,定额,判,断,断是,否,否达,到,到设,计,计要,求,求。,可确,定,定各,设,设备,的,的输,入,入及,输,输出,的,的物,流,流量,摩,尔,尔分,率,率组,成,成及,其,其他,组,组成,表,表示,方,方法.并,列,列表,在,此,此基,础,础上,进,进行,设,设备,的,的选,型,型及,设,设计,并,确,确定,三,三废,排,排放,位,位置,、,、数,量,量及,组,组成,有,利,利于,进,进一,步,步提,出,出三,废,废治,理,理的,方,方法,。,。,作为,热,热量,计,计算,的,的依,据,据。,根据,计,计算,结,结果,绘,绘出,物,物流,图,图，,可,可进,行,行管,路,路设,计,计及,材,材质,选,选择,，,，仪,表,表及,自,自控,设,设计,等,等。,一、,物料,衡,衡算,的,的目,的,的、,任,任务,、,、方,法,法及,程,程序,1.物料,衡,衡算,的,的目,的,的,2.物料,衡,衡算,的,的任,务,务,一、,物料,衡,衡算,的,的目,的,的、,任,任务,、,、方,法,法及,程,程序,根据,所,所需,设,设计,项,项目,的,的年,产,产量,运用,质,质量,守,守恒,定,定律,对,全,全过,程,程或,单,单元,过,过程,或,或设,备,备进,行,行研,究,究,计,计算,输,输入,或,或输,出,出的,物,物流,量,量及,组,组分,等,等。,整理,计,计算,结,结果,将,计,计算,的,的结,果,果整,理,理并,根,根据,所,所需,的,的换,算,算基,准,准列,成,成原,材,材料,消,消耗,表,表。,绘制,物,物料,流,流程,图,图。,3.物料,衡,衡算,的,的方,法,法,一、,物料,衡,衡算,的,的目,的,的、,任,任务,、,、方,法,法及,程,程序,收集,可,可靠,的,的依,据,据或,数,数据,（,（即,物,物料,衡,衡算,的,的依,据,据）,恰当,地,地选,择,择计,算,算基,准,准,根据,不,不同,的,的过,程,程，,列,列出,合,合适,的,的平,衡,衡式,并,进,进行,计,计算,。,。,设计,任,任务,书,书中,确,确定,的,的技,术,术方,案,案、,产,产品,生,生产,能,能力,、,、年,工,工作,时,时及,操,操作,方,方法,。,。,建,设,设,单,单,位,位,或,或,研,研,究,究,单,单,位,位,所,所,提,提,供,供,的,的,要,要,求,求,、,、,设,设,计,计,参,参,数,数,及,及,实,实,验,验,室,室,试,试,验,验,或,或,中,中,试,试,等,等,数,数,据,据,主,主,要,要,有,有:,化,工,工,单,单,元,元,过,过,程,程,的,的,主,主,要,要,化,化,学,学,反,反,应,应,方,方,程,程,式,式,、,、,反,反,应,应,物,物,配,配,比,比,、,、,转,转,化,化,率,率,、,、,选,选,择,择,性,性,、,、,总,总,收,收,率,率,、,、,催,催,化,化,剂,剂,状,状,态,态,及,及,加,加,入,入,配,配,比,比,量,量,、,、,催,催,化,化,剂,剂,是,是,否,否,回,回,收,收,使,使,用,用,、,、,安,安,全,全,性,性,能,能(,爆,爆,炸,炸,上,上,下,下,限,限),等,等,。,。,原,料,料,及,及,产,产,品,品,的,的,分,分,离,离,方,方,式,式,，,，,各,各,步,步,的,的,回,回,收,收,率,率,，,，,采,采,用,用,物,物,料,料,分,分,离,离,剂,剂,时,时,，,，,加,加,入,入,分,分,离,离,剂,剂,的,的,配,配,比,比,。,。,特,特,殊,殊,化,化,学,学,品,品,的,的,物,物,性,性,，,，,如,如,沸,沸,点,点,、,、,熔,熔,点,点,、,、,饱,饱,和,和,蒸,蒸,汽,汽,压,压,、,、,闪,闪,点,点,等,等,。,。,工,艺,艺,流,流,程,程,示,示,意,意,图,图,3.1物,料,料,衡,衡,算,算,的,的,依,依,据,据,时,间,间,基,基,准,准,：,：对,于,于,连,连,续,续,生,生,产,产,，,，,以,以1,段,段,时,时,间,间,间,间,隔,隔,，,，,如,如1,秒,秒,、,、1,小,小,时,时,、,、1,天,天,等,等,的,的,投,投,料,料,量,量,或,或,生,生,产,产,产,产,品,品,量,量,作,作,为,为,计,计,算,算,基,基,准,准,。,。,这,这,种,种,基,基,准,准,可,可,直,直,接,接,联,联,系,系,到,到,生,生,产,产,规,规,模,模,和,和,设,设,备,备,设,设,计,计,计,计,算,算,如,如,年,年,产,产300kt,乙,乙,烯,烯,装,装,置,置,，,，,年,年,操,操,作,作,时,时,间,间,为,为8000h,，,，,每,每,小,小,时,时,的,的,平,平,均,均,产,产,量,量,为,为37.5t,。,。,对,对,间,间,歇,歇,生,生,产,产,，,，,一,一,般,般,可,可,以,以,一,一,釜,釜,或,或,一,一,批,批,料,料,的,的,生,生,产,产,周,周,期,期,作,作,为,为,基,基,准,准,。,。,质量基,准,准：当系统,介,介质为,液,液、固,相,相时，,选,选择一,定,定质量,的,的原料,或,或产品,作,作为计,算,算基准,是,是合适,的,的。如,以,以煤、,石,石油、,矿,矿石为,原,原料的,化,化工过,程,程采用,一,一定量,的,的原料,，,，例如,：,：1kg、l00kg等作,基,基准。,如,如果所,用,用原料,或,或产品,系,系单一,化,化合物,，,，或者,由,由已知,组,组成百,分,分数和,组,组分分,子,子量的,多,多组分,组,组成，,那,那么用,物,物质的,量,量(摩,尔,尔)作,基,基准更,为,为方便,。,。,3.2物料衡,算,算基准,体积基,准,准：对气体,物,物料，,选,选用体,积,积标准,。,。这时,应,应将实,际,际情况,下,下的体,积,积换算,为,为标准,状,状态下,的,的体积,，,，即标,准,准体积,，,，用m,3,(STP)表,示,示。这,样,样不仅,排,排除了,因,因温度,、,、压力,变,变化带,来,来的影,响,响，而,且,且可直,接,接换算,为,为摩尔,。,。气体,混,混合物,中,中组分,的,的体积,分,分率同,其,其摩尔,分,分率在,数,数值上,是,是相同,的,的。,干湿基,准,准：不计算,水,水分在,内,内的称,为,为干基,，,，否则,为,为湿基,。,。例如,，,，空气,组,组成通,常,常取含,氧,氧21,，含,氮,氮79,(体,积,积)，,这,这是以,干,干基计,算,算的；,如,如果把,水,水分(,水,水蒸气)计算,在,在内，,氧,氧气、,氮,氮气的,百,百分含,量,量就变,了,了。又,如,如，甲,烷,烷水蒸,气,气催化,转,转化制,取,取氢气,，,，转化,炉,炉的进,料,料量，,以,以干基,计,计为7x10,3,m,3,(STP)h。而,以,以湿基,计,计则可,达,达到3x10,3,m,3,(STP),h。,通,通常的,化,化工产,品,品，如,化,化肥、,农,农药均,是,是指湿,基,基。例,如,如年产,尿,尿素480kt，年,产,产甲醛5kt,等,等均为,湿,湿基；,而,而年产,硝,硝酸50kt,，,，则为,干,干基。,3.2物料衡,算,算基准,平衡式类型,物料平衡形式,无化学反应,有化学反应,总平衡式,总质量平衡式,总物质的量平衡式,是,是,是,非,组分平衡式,组分质量平衡式,组分物质的量平衡式,是,是,非,非,元素原子,平衡式,元素原子质量平衡式,元素原子物质的量平衡式,是,是,是,是,3.3,物料平,衡,衡形式,（,（稳态,过,过程）,直接计,算,算法；,利用反,应,应速率,进,进行物,料,料杨算,；,；,元素平,衡,衡；,以化学,平,平衡进,行,行衡算,；,；,以结点,进,进行衡,算,算；,利用联,系,系组分,进,进行衡,算,算,直接计,算,算法是,根,根据化,学,学反应,方,方程式,运用,化,化学计,量,量系数,进,进行计,算,算的方,法,法。,化学反,应,应过程,物,物料衡,算,算的方,法,法有：,4.物料衡,算,算程序,收集数,据,据资料.包括,两,两类:,一,一类为,设,设计任,务,务所规,定,定的已,知,知条件;另一,类,类为与,过,过程有,关,关的物,理,理化学,参,参数。,画出流,程,程框图.标出,所,所有流,股,股,已,知,知和未,知,知变量;若很,多,多流股,则将,每,每个流,股,股编号(见P25图2-2).,确定衡,算,算体系.必要,时,时,用,虚,虚线表,示,示体系,边,边界.,写出反,应,应式,包,包括主,副,副反应,标出,有,有用的,分,分子量.,选择合,适,适的计,算,算基准,列出衡,算,算式,然,然后用,数,数学方,法,法求解.,整理计,算,算结果,将计算,的,的结果,整,整理并,根,根据所,需,需的换,算,算基准,列,列成原,材,材料消,耗,耗表(,见,见图),画,出,出物料,流,流程图,有,有时还,列,列成输,入,入-输,出,出物料,表,表.,原材料,消,消耗一,览,览表(,三,三聚氰,胺,胺装置,物,物料衡,算,算结果,换,换算),物料衡,算,算示例,1500t/a醋,酸,酸乙酯,车,车间酯,化,化器的,物,物料计,算,算,2.画,出,出工艺,流,流程示,意,意图,标,标出有,关,关数据,然后,进,进行计,算,算,引言：能量衡,算,算在物,料,料衡算,结,结束后,进,进行。,能量衡,算,算的基,础,础是物,料,料衡算,，,，而物,料,料衡算,和,和能量,衡,衡算又,是,是设备,计,计算的,基,基础。,全面的,能,能量衡,算,算应该,包,包括热,能,能,、动能,、,、电能,、,、化学,能,能和辐,射,射能等,。,。但化,工,工生产,中,中最常,用,用的能,量,量形式,为,为热能,，,，故化,工,工设计,中,中经常,把,把能量,衡,衡算称,为,为热量,衡,衡算。,二、能,量,量衡算,的,的主要,任,任务和,基,基本方,法,法,计算流,程,程中某,些,些设备,的,的热负,荷,荷或换,热,热量,计算换,热,热设备,的,的热负,荷,荷包括热,交,交换器,加热,器,器,冷,却,却器,汽,汽化器,冷凝,器,器,蒸,饱,饱塔塔,顶,顶冷凝,器,器,蒸,馏,馏塔再,沸,沸器等,。,。,计算反应器,的,的换热量包括间歇釜,式,式反应器，,连,连续釜式反,应,应釜，换热,式,式固定床反,应,应器，中间,间,间接换热式,多,多段绝热固,定,定床反应器,，,，流化床反,应,应器，带有,冷,冷却或加热,套,套管的管式,反,反应器，内,设,设换热装置,的,的鼓泡式反,应,应器等。,计算吸收塔,冷,冷却装置的,热,热负荷对一些热效,应,应比较大的,吸,吸收过程(,多,多见于化学,吸,吸收)吸,收,收塔内设置,冷,冷却装量(,制,制碱工