化工设计概论和化工制图课件化工计算

1、01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,化工设计课件,1,设计概论与化工制图,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,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,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,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

2、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,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,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,01:04,设计概论化工制图,2020

3、/2/10,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,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,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

4、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,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,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,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,化工设计课件,8,例,5-1,水,苯,乙醇,1,5,84,5,14,水,苯,乙醇,4,7,1,74,5

5、,18,苯,乙醇,5,59,5,40,水,乙醇,5,95,水,乙醇,95,5,水,苯,乙醇,36,11,53,吨,水,乙醇,100,1,0,9,99,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,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

6、,为零,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,化工设计课件,10,输入,输出,95,乙醇,合计,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,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,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,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

7、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,2,2,1,mv,k,mgh,z,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,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,W,Q,Z,K,H,0,2,1,2,w,b,L,p,u,C,u,g

8、z,p,b,2,2,1,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,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,Q,1,物料,Q,2,介质,Q,3,反应,Q,4,物料,Q,5,设备,Q,6,损失,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,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

9、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,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,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,dT,C,H,H,dT,C,H,T,T,P,T,T,P,2,1,2,1,潜,系统中物质相变时,1,2,2,1,2,3,2,2,1,T,T,dT,cT,bT,a,T,T,H,C,dT,cT,bT,a,C,T,T,P,P,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,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

10、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,2,1,1,2,1,1,T,T,R,H,p,p,Ln,0,c,H,0,r,H,0,f,H,0,r,H,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,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,C,p,Ca(OH)2,(C,p,Ca,2(C,p,O,2(C,p,H,C,p,Ca(OH)2,26,(2,17,(2,9.6,C,p,Ca(OH)

11、2,79.2 J/mol,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,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,C,2,H,6,C,2,H,4,H,2,2,写成化学键形式,H,H H,H,H,C,C,H C,C + H,H,H,H H,H,3,归纳改组化学键,6H,C + C,C 4H,C + C,C + H,H,2H,C + C,C C,C + H,H,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,化工设计课件,20,kJ,kJ,kJ,kJ,H,H,C,C,C,C,H,C,45,435,49,615,52,347,51,414,2,C,C,H

12、,C,H,H,C,C,H,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,kJ,H,6,125,52,347,51,414,2,45,435,49,615,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,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,

13、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,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,化工设计课件,22,1,分析物料走向,2,Q,4,60,Q,4,80,Q,3,Q,20,1,Q,1,60,Q,2,Q,3,Q,H,H,胶液,溶剂油,丁二烯,催化剂,冷却水,水,却,冷,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,化工设计课件,23,每条生产线的聚合物生成量为,小时,公斤,1928,2,1,03,0,1,06,1,8000,30000000,小时,公斤,小时,公斤,釜聚合物生成量为,115

14、7,60,1928,1,小时,公斤,小时,公斤,小时,公斤,釜聚合物生成量为,771,1157,1928,2,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,化工设计课件,24,2,收集计算数据,组成,釜,釜,进料,公斤,时,出料,公斤,时,进料,公斤,时,出料,公斤,时,丁二烯,2380,1223,1223,452,丁烯,24,24,24,24,溶剂,已烷,9670,9670,9670,9670,催化剂,7.8365,7.8365,7.8365,7.8365,聚丁二烯,1157,1157,1928,温度,20,60,60,80,合计,12082,12082,12082,12082,01:0

15、4,设计概论化工制图,2020/2/10,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,丁二烯与溶,剂油或胶液,的比热,千卡,公斤,20,0.54,聚合热,千卡,公斤,搅拌热,千卡,时,330,60,0.58,釜,30000,80,0.62,釜,40000,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,化工设计课件,26,3,计算热量,聚合热,G,Q,3,聚合热,G,Q,3,t,C,w,Q,P,1,

16、1,釜,4,1,3,1,2,Q,H,Q,Q,Q,t,C,w,Q,P,4,4,1,2,Q,Q,釜,t,C,w,Q,P,4,4,1,3,1,2,Q,H,Q,Q,Q,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,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,Q,2,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,时,公斤,2,t,C,Q,W,P,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,化工设计课件,28,5,列出热量平衡表,项目,釜,釜,千卡,时,千卡,时,千卡,时,千卡,时,合计,3,Q,5,10,出,Q,5,10,入,Q,1,Q,H,5,10

17、,出,Q,5,10,入,Q,4,Q,2,Q,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,化工设计课件,29,3,计算热量,时,千卡,聚合热,10,54,2,330,771,5,3,G,Q,时,千卡,聚合热,10,82,3,330,1157,5,3,G,Q,时,千卡,釜,10,30,1,20,54,0,12082,1,5,1,t,C,w,Q,P,时,千卡,10,22,1,10,20,4,30,0,82,3,30,1,5,5,4,1,3,1,2,Q,H,Q,Q,Q,时,千卡,10,20,4,60,58,0,12082,5,4,t,C,w,Q,P,时,千卡,釜,10,20,4,2,5,4,1,Q,Q,时,千卡,10,99,5,80,62,0,12082,5,4,t,C,w,Q,P,时,千卡,10,15,1,10,99,5,40,0,54,2,20,4,5,5,4,1,3,1,2,Q,H,Q,Q,Q,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,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,Q,2,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,时,公斤,2,t,C,Q,W,P,01:04,设计概论化工制图,2020/2/10,化工设计课件,31,5,列出热