物料衡算与能量衡算概论

化学设计，第三章材料平衡计算和能量平衡计算，图表3 materielbalanceandernergybalance，第一，化学工艺所谓化学工艺是指原料通过化学处理和物理处理生产化学产品或半成品的过程。其中包括多个工序，每个工序由多个设备或多套组合组成，例如核反应堆、精馏塔、吸收塔、干燥塔、分离器、换热器和输送装置等。材料经过各设备，完成一种化学或物理处理，最终成为合格的产品。应用守恒定律研究化学过程的材料平衡计算和能量平衡计算问题。在不同的生产过程中，没有改变产品的化学特性，只有改变物质的物理特性的一般物理操作。这些操作称为单元操作，如流体转移、传热、蒸馏、干燥、蒸发、结晶、提取、吸收、吸附、过滤和粉碎。化学过程还包括氢和氮氨反应、乙烯氧化制环氧乙烷的反应等改变物质化学性质的反应过程。化学过程是由反应过程和多单位操作组合而成的系统。根据化学工序的类型，其工作方式添加一次间歇操作原料流程产品一次排放连续操作原料流程产品连续排放半连续操作原料加入一次流程产品连续排放或原料连续加入流程产品一次排放操作状态下的状态分离操作(状态分配操作)流程参数=fa)温度是指物体冷热程度的物理量。温马克。1，以摄氏度为基准，c水的正常冰点：0水的正常沸点：每100100分之一单位为c 2，以开氏温度为基准，k(热力学温度，也称为热力学温度表示)，单位为开尔文，英语为开尔文凯尔文为纪念英国物理学家LordKelvin而命名。以绝对零度(0K)为最低温度，将水的三相点温度定义为273.16K，打开定义为水的三相点热力学温度的1/273.15。3华氏温度，水盐混合物温度：0；健康人的血液温度：96水的正常冰点：32；水的正常沸点：212之间的180等分单位类似于4，兰金温度，r是开氏温度标志，是将最低理论温度0度的绝对温度标志。零度为-459.67(-460)。4种温度关系：2)压力(压力)3)流4)组成，3.1物料平衡计算3.2能量平衡计算，3.3化学模拟软件在化学设计中的应用，本章了解非反应过程的物料平衡计算和反应过程的物料平衡计算；掌握设备的材料平衡。掌握了基于反应热效应的计算方法和基于热生成的计算方法。本章的重难点：材料平衡计算和热平衡计算。材料、能量平衡化学技术的作用、材料、能量平衡是所有设计计算的基础，是反应器和设备设计、流程、设备的每个系统经济核算和优化的基础。一般来说，设计生产系统或计算单位操作和设备时，首先要进行材料、能量平衡计算。材料、能量平衡计算的目的和内容在于生产过程的定量研究，为工艺设计和运行优化提供了依据。对于流程中的每个设备与作业，请逐个计算每个料号的流程、组态、热流与温度，以定量表示研究对象。计算材料、能量平衡计算的意义，计算原料消耗指数、能源消耗定额和生产过程的产品产量等。根据材料秤及能量秤计算数据和设备的适当生产强度，可以设计或选择设备的类型、对数和尺寸。材料平衡计算和能量平衡是设备计算的基础。可以用项目秤检查各项目的测量、分析和测量数据是否正确。检查生产运行是否正常。调整系统设备及管道的材料平衡时，可以确认生产的弱点或限制部分。找出相应的加强措施。物质平衡和能源平衡是传统优化和经济核算的基础。材料平衡和能量平衡方程经常用于计算生产过程中未知的数量或运行条件。使用、3.1材料平衡计算、材料平衡计算-质量保留定律定量计算化学过程或设备。通过物料平衡计算，计算原料消耗、副产品数量：输出过程材料损失和3废物生成；计算蒸汽、水、电、煤或其他燃料的消耗定额的能量平衡计算标准。计算产品的技术和经济指标。为生产设备和辅助设备的选择和设计、管道设施和公共事业的设置、仪表等领域提供基础。第一，材料平衡计算标准，1 .理论是质量守恒定律，材料平衡计算范围，单位操作的材料平衡化学设备设计前提化学工艺的材料平衡化学工艺设计前提，材料平衡计算的一般表达式是输入-输出生成-消耗=累计双稳定工艺，累计=0输入量-输出量生成量-消耗=0对化学反应工艺基于数据，(1)技术方案、操作方法、能力、年度工作时。(2)建设单位或研究单位的要求、设计参数、小规模试验和试验数据：化学反应、原料比率、转化率、选择率、总产量、催化剂状态、使用情况、回收方法、安全性能等；原料和产品分离方法，使用分离剂，各阶段回收率；特殊化学物质的物理性质：沸点、熔点、饱和蒸气压、闪点等。(3)流程图。第二，在物料平衡标准、物料平衡计算中，必须选择计算标准，并在计算过程中保持一致性。一般计算流程的基准是、(1)基于时间的对连续生产工序，通常是单位时间(例如d、h、s)的供应、数量或产品数量的计算基准。(2)基于批量基于每个任务或水壶的生产周期。(3)质量标准系统介质为液体、固体时，选择特定质量的原料或产品更适合作为计算标准。(4)物质量标准：由于有化学反应的过程是按化学反应的摩尔进行的，因此使用物质量标准更方便。(5)标准体积基准：气体物料的平衡计算，标准体积基准，直接转换为摩尔，不包括Nm3(STP)、t、p的影响。(6)湿与干标准：材料包含一定数量的水分，因此选择标准时不，水分计算问题。湿气计算水分，旱季不计算水分。对于实际计算，根据情况，必须按照相同的标准进行相应的标准、流程的物料平衡、计算和能量平衡计算。、第三、物料平衡计算的基本过程、(1)确定平衡计算的对象和范围，然后绘制计算对象的草图。注意材料类型和移动、方向、明确输入和输出。(2)确定计算任务，明确已知项目、所需项目，选择数学公式，努力计算，简化方法。(3)检查流程中涉及的组件，然后按顺序对所有组件进行编号。(4)给物流的柳州编号，并标记物流变量。(5)数据收集(设计工作中规定的已知条件、与流程相关的物理化学参数、数量):生产规模(设计工作中规定的t/年)和生产时间(每年有效生产天数300至330天/年，约8000h小时)。通常是配额技术指标，表示产品单位消费、材料比率、循环比率、固液比率、回流比、利用率、单程产量、回收率等。主要和次要材料、产品、中间产品规格；有关过程的物理化学参数，例如重要参数、密度或比率体积、状态方程参数、蒸气压、气液平衡常数或平衡关系。，(6)列举了所有独立材料平衡方程和相关约束，还写了化学反应的化学反应方程，指出了转化率和选择性。(7)选择计算标准。(8)统计变量的数量和方程式的数量决定了设计变量的数量和所有设计变量。(9)整理和查看计算结果，根据需要转换标准，最后列出表-物流表。(10)绘制材料流程图，并制作物流表，作为设计文件结果进行正式设计、记录。、标识问题类型、绘制流程图、选择计算标准、构建物料平衡计算等式，并列出物料平衡计算表以解决未知量。化学工序的主要效率指标；能力和生产强度；能力表示设备、设备集或工厂在单位时间内生产的产品数量或在单位时间内加工的原料数量。设计能力设备或设备在最佳条件下能达到的最大生产能力。即设备单位体积的生产能力或单位面积的生产能力。生产强度是设备单位特性形状的生产能力。该指标主要用于比较同一反应过程或物理处理过程中设备或设备的优缺点。有效生产周期：开工因子通常在0.9左右，开工因子大意味着停工造成的损失小。也就是说，设备先进、可靠、催化剂寿命长。(1)转化率(2-13)核心反应物反应物中具有最高价值的成分，为了尽可能地变形，经常会使其他反应成分过度。不可逆反应，主要成分的转化率高达100%。可逆反应，主要成分的转化率平衡转化率。转化率、选择性率和回收率、对于循环过程，有单向转化率和整体转化率。、新鲜原料、反应系统、分离系统、产品、循环物流、循环机、图表材料循环的工艺图、(2)选择性表示从系统转换为目的产物的反应物量与从所有反应转换的反应物总量的比率。通过有选择地表达在复杂的反应体系中主反应进行的相对大小，可以准确地反映原料的使用是否合理。可选，或注意：样式的分母是根据主反应式的化学测量关系计算的，假定所有转换的反应物都转换为目的产物。(3)同一反应物的产量(产出率)，y=sx。没有副作用的系统，S=1，Y=X，产出率=转化率；伴随副作用的体系S100%的过剩空气的意义是为了理论，空气量和部分过剩量的总和。yes如果丙烷充分燃烧时空气量为125%，C3H8 5O23CO2 4H2O问每次产生100摩尔烟气时空气量是多少。解法：使用不同的计算基准计算。解决方案基准：100毫升丙烷(关键成分)。反应：C3H8 5O23CO2 4H2O转换量：100XYZX=500molY=300molZ=400mol由于空气中氧和氮的摩尔比：O2: N2=21: 79理论空气量=500/，从材料平衡计算结果列表第一位表中可以看出，反应前后，按组没收和质量数不相等。总摩尔也不相同，物质的总质量没有变化。计算结果表明，当空气为2976 mol时，可以生成烟囱气体2976mol，因此每次生成100mol烟囱气体时添加的空气量为1002976/3176=93.7 (mol)，解决方案标准：100mol空气反应前：包含=过量氧气，物料平衡结果列表2见上表，可得出与表1相同的结论；比较表1和表2可以看出，虽然计算标准不同，进出物料的构成是一致的。，计算结果表明，生成106.72mol的每个烟气必须添加100mol空气，因此生成100mol烟气所需的风量为100100/106.72=93.7 (mol)，例如鼓泡反应器中苯的氯化生产氯苯，主要反应为c6h 6 Cl2 c6hc6h 6 2c L2c6h4cl 2 2 hclc 6h 6 3c L2c 6h3c l 3 3 HCl已知鼓泡反应器产品中主、不良反应产品和未反应苯的重量比例为：氯苯：二氯苯：三氯苯：苯=l:0.08:0.016:2(2)氯苯的产量；(3)反应的选择性；(4)反应产生的氯化氢总量；(5)反应消耗的总氯量。解决方案：以100公斤产品氯苯为计算基础。苯、氯苯、二氯苯和三氯苯的分子量分别为78，112.5，147和181.5。根据使用的计算标准，出口产品混合物中必须添加的苯200公斤、氯苯100公斤、二氯苯8公斤、三氯苯1.6公斤、反应器中必须添加的苯(100%)量计算如下：产生氯苯：产生二氯苯消耗苯：产生三氯苯：未反应苯200公斤，因此需要添加的苯总量为69 . 33 4 . 245 0 . 688 200=274 . 3公斤，(1)苯的转化率苯的转化率=69.33 10 . (4)反应产生的氯化氢总量中产生氯苯时同时产生的氯化氢：产生二氯苯时同时产生的氯化氢：结果产生的氯化氢总量为32 . 4 3 . 97 . 0 . 966=37.35公斤，(5)反应消耗的氯总量中产生氯苯消耗氯：产生二氯苯消耗氯：产生二氯苯因此，反应前后每个元素原子的数量保持平衡，然后通过每个分子结构相应元素的数量(原子数量的比例)计算每个未知的球体数量。适用范围：反应太复杂。也就是说，反应式很明显，但比较多，包括平行、连续和其他反应；反应不明确，不能写。是合成气组成为0.4%CH4，52.8%H2，38.3%CO，5.5%CO2，0.1%O2和2.9%N2(体积百分比)。如果用10%的过剩空气燃烧，请设定燃烧气体不含CO，并计算燃烧气体组成。解决方案使用原子平衡算法求解。画略图。h:0.4 004 52.