化工设计概论和化工制图第五章化工计算1ppt课件.ppt

2020 3 28 化工设计课件 1 设计概论与化工制图 2020 3 28 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 3 28 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 3 28 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 3 28 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 3 28 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 100kgkg h 5 列出输入 输出物料平衡表 2020 3 28 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 3 28 化工设计课件 8 例5 1 2020 3 28 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 02 乙醇的衡算0 95y 0 999 100 0 05z3 总的物料衡算x y 100 z上三式联立求解得 x 0y 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 3 28 化工设计课件 10 2020 3 28 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 3 28 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 3 28 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 W3 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 W4 机械能平衡方程式伯努利方程式 2020 3 28 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 Q2 非流动体系 忽略动能和势能 如间歇过程 U U出 U入 Q3 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 3 28 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 100kgkg h 6 列出输入 输出热平衡表 2020 3 28 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 3 28 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 3 28 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 2 17 2 9 6 Cp Ca OH 2 79 2J mol 2020 3 28 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C2H6 C2H4 H22 写成化学键形式H HH HH C C H C C H HH HH H3 归纳改组化学键6H C C C 4H C C C H H2H C C C C C H H 2020 3 28 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 3 28 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 h6 列出输入 输出热平衡表 2020 3 28 化工设计课件 22 1 分析物料走向 2020 3 28 化工设计课件 23 每条生产线的聚合物生成量为 2020 3 28 化工设计课件 24 2 收集计算数据 2020 3 28 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 3 28 化工设计课件 26 3 计算热量 2020 3 28 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 3 28 化工设计课件 28 5 列出热量平衡表 2020 3 28 化工设计课件 29 3 计算热量 2020 3 28 化工设计课件 30 4 计算设备热负荷与冷却水消