化工设计概论ppt下载

这是化工设计概论ppt，包括了绪论，化工设计程序和内容，工艺流程设计，物料衡算与能量衡算，设备的工艺设计与选型，车间布置设计，管路设计与布置，向非工艺专业提供设计条件等内容，欢迎点击下载。

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化工设计概论内容学习本课程的意义 化工工科专业的学生毕业之后从事化工、制药等工作，无论是技术革新，还是装置能力的核算、工厂的改造挖潜，降低能耗，综合利用，三废处理，提高生产效率，以至于产品的开发、中间实验都需要一定的化工开发和化工设计的专业知识。因此，在大学高年级开设这门全面系统讲解化工设计的课程，进行有关工程设计方面知识的学习和训练是十分必要的。 通过该课程的学习，使学生具备化学工程师的基本理论素质，今后无论对学生考研，还是参加工作都将是大有意义的。 化工设计概念 “化工设计” 是根据一个化学反应或过程设计出一个生产流程，并研究流程的合理性、先进性、可靠性和经济的可行性，再根据工艺流程及条件选择合适的生产设备、管道及仪表等，进行合理的工厂布局设计以满足生产的要求，工艺专业与有关非工艺专业进行密切设计合作，最终使这个工厂建成投产，这种设计全过程称为“化工设计”。 化工设计分类化工设计分类 新建工厂设计； 原有工厂的改建和扩建设计； 车间、厂房的局部修建设计。 化工设计分类新建工厂设计分类 1）工程设计；2）复用设计；3）因地制宜设计。工程设计是指没有现成的装置可以参照或仅仅根据中试或其它实验装置来设计工业生产装置。这种设计工作难度大，对设计人员的素质要求高。复用设计是利用已有装置的技术资料进行新装置的设计，这种设计基本没有大的改动。因地制宜设计是在已有装置技术资料的基础上，根据即将建设装置的具体情况进行改进或变更，以适应新装置的要求，这样完成的设计称为因地制宜设计。 化工设计分类化工设计分类 从设计范围分化工设计通常又分为以工厂单位和以车间为单位的两种设计。工厂化工设计包括厂址选择、总图设计、化工工艺设计、非工艺设计、技术经济等各项设计工作。车间化工设计分为化工工艺设计和其他非工艺设计两部分。化工工艺设计内容主要有：生产方法的选择、生产工艺流程设计、工艺计算，设备选型、车间布置设计及管道布置设计，向非工艺专业提供设计条件，设计文件以及概(予)算的编制等项设计工作。 化工设计特点（1）政策性强 化工设计是一项政策性很强的综合工作，整个过程都必须遵循国家的各项有关方针政策和法规。我们要了解中国的国情，从我国国情出发，充分利用人力和物力资源；要抱着对国家、对人民负责的严肃认真的精神，严格遵守国家政策法令、自觉维护国家和人民的利益，为国家创造财富。确保安全生产；保护环境；保障良好的操作条件，减轻工人的劳动强度。 化工设计特点（2）技术性强 化工设计又是一项理论密切联系实际的工作，从事化工设计不仅要有专业理论知识、较广博的基础知识、扎实熟练的技能，还要有丰富的实践经验和运用先进设计手段的操作能力。化工设计是一种创造性劳动，不是照搬照抄，而是消化吸收，“出神入化”。化工设计特点（3）经济性强 化工生产过程大都复杂，所需原材料种类多，能耗大，基建费用高，要求设计人员有经济观点，在确定生产方法、设备选型、车间布置、管道布置时都要加强经济观点，认真进行技术经济分析，处理好技术与经济的关系，做到化工设计技术上先进、成熟，经济上合理。化工设计特点（4）综合性强 化工设计是一项系统工程，是一门多学科、多人手的集体性劳动，要在工作中团结协作，互相支持、互相配合，以大局为重，发扬民主、尊重科学、尊重知识，协作工作，必须依靠全体工艺设计人员和非工艺设计人员的通力合作，密切配合才能完成。 化工设计的原则 (1)贯彻执行国家基本建设的方针政策，从符合党和国家的政治方针和技术经济政策出发，处理好技术、经济及环境的关系，并在国家法令、标准、规定的允许范围内精心设计，确保设计质量。 (2)认真贯彻“五化”设计原则（工厂布置一体化、生产装置露天化、建构筑物轻型化、公用工程社会化、引进技术国产化）。 (3)采用先进的科学技术，努力提高商品设计的质量，使设计做到标准规范，切合实际，技术先进，经济合理，安全适用，使建设项目的技术经济指标达到先进水平。 (4)设计使用的基础资料要准确、可靠，各种数据和技术条件要正确、切合实际；文字说明要清楚、确切，图纸要清晰、正确，避免出现重大设计错误。第一章 化工设计程序和内容化工厂建立过程化工厂建立的全过程 一般需要经过可行性研究、化工设计、施工、试车和考核等几个阶段。 一个工程项目从设想到建成投产这一阶段称为基本建设阶段。化工厂建立过程 化工设计阶段的划分 1.国外设计阶段的划分 国际上通常把全部设计过程划分为由专利商承担的工艺包(基础设计)和由工程公司承担的工程设计两大设计阶段。 工程设计又划分为：工艺设计、基础工程设计和详细工程设计三个阶段。 化工程序及阶段 2.国内设计阶段的划分 一般按工程规模的大小、工程的重要性、技术的复杂性、设计水平的高低而分为二个阶段或三个阶段进行设计。 凡属重要的大型企业，技术比较复杂或比较新型的工厂，为了保证设计质量，一般可分三个阶段进行设计，即初步设计，技术设计(又称扩大的初步设计、扩初设计）和施工图设计三个阶段。 对在技术比较简单和比较成熟的，生产规模较小的工厂或个别车间，以及技术改造与技术措施比较成熟的，为了简化设计，缩短设计时间，可分为二个阶段设计，即技术设计和施工图设计二个阶段。 第一节 设计前期工作步骤与内容 目前设计前期的工作步骤与内容，国内外作法不完全一致。国外分为： 机会研究、初步可行性研究、可行性研究、评价及决策几个阶段。国内分为： 项目建议书、可行性研究、编制设计任务书等几个阶段。第一节 设计前期工作步骤与内容 1.国内设计前期的工作步骤（1）编写项目建议书，向国家推荐项目；（2）进行可行性研究(市场销售，技术路线，工程条件，人力资源，实施计划，资金成本，经济效果等研究，成品:可行性研究报告)；（3）编写计划任务书。 2.项目建议书的主要内容 (1)项目建设目的和意义，即项目提出的背景和依据，投资的必要性及经济意义； (2)产品需求初步预测； (3)产品方案和拟建规模； (4)工艺技术方案(原料路线、生产方法和技术来源)； (5)资源、主要原材料、燃料和动力的供应； (6)建厂条件和厂址初步方案； (7)环境保护； (8)工厂组织和劳动定员估算； (9)项目实施规划设想； (10)投资估算和资金筹措设想； (11)经济效益和社会效益的初步估算。 3.可行性研究报告主要内容 (1)总论；(2)需求预测；(3)产品方案及生产规模；(4)工艺技术方案；(5)资源可靠性、原材料、燃料的供应及公用设施情况；(6)建厂条件和厂址方案；(7)公用工程和辅助设施方案；(8)环境保护；(9)工厂组织、劳动定员和人员培训；(10)项目实施规划和安排；(11)投资估算和资金筹措；(12)产品成本估算；(13)财务、经济评价及社会效益评价；(14)评价结论；（15）必要的附件。 4. 设计计划任务书主要内容第二节 初步设计阶段工作内容与程序 初步设计的目的是对于在指定地点和规定期限内计划建设的工程，阐明其在技术上的可能性和经济上的合理性；保证正确的选择建设场地及确定其主要原料、燃料、水、动力供应来源；并对所设计的工程项目做出基本技术决定，确定工程总造价和基本技术经济指标，为上级部门进行审批提供依据。为进行施工准备及施工图设计提供依据。 2.初步设计任务 初步设计阶段的成品：设计说明书 附表：设备一览表，主要材料估算表； 附图：物料流程图，管道及仪表流程图， 总平面布置图，车间设备布置图， 关键设备总图； 附：概算书和技术经济分析资料。 4.初步设计的工作程序 初步设计准备；讨论编制初步设计方案； 提供设计条件； 完成各专业的具体设计；中间审查；完成设计文件及图纸，最后审核；进行经济分析概算；审定设计文件(复制、归档、报批)。 第三节 施工图设计阶段工作内容与程序 1. 目的与作用 主要目的是为施工服务。施工图是全部施工的依据，用于进行建筑安装工程、设备安装、管道敷设及标准和非标准设备、装置和金属结构的制造。 2.施工图设计阶段设计内容 施工图设计的主要任务是根据初步设计审批的意见，解决初步设计中特定的问题，并由此进行施工单位的编制施工组织设计、编制施工预算以及如何实施施工等。根据初步设计的结果提供施工安装用的图纸、表格和施工文字说明；向非工艺专业提供设计条件和提出设计要求；完成施工图设计文件。 3.施工图设计阶段工作程序修改完善初步设计文件；各专业的协调，向配套专业提供正式资料；完成必要的图纸，表格等；编写施工安装说明书。 4.施工图设计的深度 施工图设计的主要工作内容是完善初步设计中提出的工艺流程图设计、工艺设备布置设计、工艺管道布置设计和设备、管路的保温及防腐设计等。施工图设计的深度除了和初步设计互相连贯衔接之外，还必须满足： (1)全部设备、材料的订货和交货安排； (2)非标准设备的订货、制造和交货安排； (3)能作为施工安装预算和施工组织设计的依据； (4)控制施工安装质量，并根据施工说明要求进行验收。 第四节 车间工艺设计 1. 车间工艺设计内容（1）生产方法的选择 （2）生产工艺流程设计（3）工艺计算 （4）车间布置设计（5）管路设计（6）提供设计条件 （7）编写设计说明书 （8）概（预）算书的编制 思考题 1、 “化工设计”的概念。 2、国内化工设计阶段是如何划分的？ 3、车间工艺设计内容？ 4、简述化工厂建立的过程。 第二章 工艺流程设计 本章主要内容： 1）工艺路线选择。 2）工艺流程的设计。 第二节 工艺路线选择一、选择原则（1）先进性(技术上先进，经济上合理）。 （2）可靠性。（3）结合国情，因地制宜。 第二节 工艺路线选择二、工作步骤 1、全面收集拟定产品在国内外的各种生 产方法资料。 2、研究关键设备。 3、对各种生产方法进行技术、经济、安 全等方面的要求。 4、对选定生产方法做适当的修改。要收集的主要资料内容第二节 工艺路线选择 第三节 工艺流程的设计 工艺流程设计是工艺设计的核心，它通过工艺流程图的形式，形象地反映化工生产由原料输入到产品输出的过程，其中包括物料和能量发生的变化，物料的流向以及生产中所经历的工艺过程和使用的设备仪表等。 第三节 工艺流程的设计工艺流程设计的主要任务 （1）确定生产流程中各个过程的具体内容，顺序和组织方式，操作条件，控制方案，确定“三废”治理方案，确定安全生产措施，达到加工原料以制得所需产品的目的。 （2）在工艺流程设计的不同阶段，绘制不同的工艺流程图。第三节 工艺流程的设计第三节 工艺流程设计第三节 工艺流程设计工艺流程设计中应注意和解决的问题 (1) 确定整个流程的组成。 (2) 确定每个过程或工序的组成。 (3) 确定操作条件。 (4) 控制方案的确定。 (5) 合理利用原料及能量，计算出整个装置的 技术经济指标。 (6) 确定三废治理方法。 (7) 制定安全生产措施。 第三节 工艺流程的设计 实验技术和实际生产中之间存在巨大差距，需要设计人员必须具备工业化生产的概念。如在实验室配制硫酸和硝酸的混合酸过程。 第三节 工艺流程的设计工艺流程设计方法： （1）参考现有的图纸或资料，进行改进完善。 （2）根据现有的生产装置进行工艺流程设计。 （3）根据实验室的实验装置，进行生产工艺流程设计。 （4）由概念设计做起，由一个反应式开始进行工艺设计。该设计主要适合实验流程的设计。 第三节 工艺流程的设计工艺流程设计步骤 工艺流程设计一开始，首先进行概念设计或方案设计，设计出工艺流程草图，经物料计算后，再设计出工艺物料流程图，当设备计算结束时，开始绘制初步设计的管道及仪表流程图，只有当车间设计结束，进一步修改流程图后才能最后画出正式的施工图阶段的管道及仪表流程图。 第三节 工艺流程设计一、概念设计 概念设计的主要内容是将工艺路线的流程化，然后完善流程，进行方案比较，选择一最佳方案。 第三节 工艺流程设计一、概念设计 一个典型工艺过程分为六个重要部分，即原料贮存，预处理、反应、产品分离、净化、贮存包装。还要考虑”三废”处理及公用工程、配套设施。一、概念设计 1.工艺路线的流程化 将这六个过程详细地加以研究，具体化到各个过程需要哪些化工单元操作加以组合，各化工单元操作又需要什么样的装备、设备、机械，这些单元操作的运行参数以及它们的运行次序，物料在化工单元操作中的“流水线”关系，以保证获得预期质量和数量的产品，这个将工艺过程具体化的设计过程，称为工艺路线的流程化。 一、概念设计工艺路线流程化工作方法 (1)首先确定主反应过程； (2)根据反应要求，决定原料贮存方式，量，原料准备过程 和投料方式流程； (3)根据产品质量要求和反应过程实际，确定产物的分离、 精制的过程； (4)产品的计量、包装或后处理工艺过程； (5)副产物处理的工艺过程； (6)“三废”排出物的综合治理流程； (7)确定动力使用和公用工程的配套。 举例说明工艺路线的流程化举例说明工艺路线的流程化举例说明工艺路线的流程化举例说明工艺路线的流程化简化完善工艺流程 为了控制水洗塔生成废酸水的量，可以设计一个带有再沸器的HCl吸收塔，充分吸收HCl，制成稀盐酸，再将夹有微量水份和甲醇的CH3Cl经冷冻除水、脱醇。原料预处理流程可以简化为不必混合，直接进入反应釜。简化后的流程框图。简化后的工艺流程简图举例说明工艺路线的流程化工艺流程设计 2.初步设计阶段工艺流程的设计 在概念设计的基础上，将流程深化，即深入细致地加以完善，对工艺流程和各操作单元。化工装置进行深入的量化设计，通过计算，对化工工艺流程进行逐步完善、拾遗补缺，全面系统地研究物料、能量、操作、控制，使各化工单元过程完整地衔接和匹配，能量得到充分利用。 工艺流程设计 2.初步设计阶段工艺流程的设计 对工艺流程的方案设计，要从下列几个方面加以完善设计： (a)流程能力、操作弹性和设备设计。 (b)工艺操作条件的确定和流程细节安排。 (c)操作单元装置的衔接和辅助装置的完善 。 (d)确定操作控制过程中各参数控制点。 工艺流程设计 3.施工图设计阶段工艺流程设计 在初步设计方案的基础上，完善管道和仪表的设计，各种物料、公用工程、全部设备、管道、管件、阀门、全部的控制点、检测点、自动控制系统装置及其管道、阀门设计。作为安装施工指导的工艺流程设计，最终表现为绘制“管道及仪表流程图”(简称PID图)。 工艺流程设计工艺流程简图设计练习 设计一气液吸收流程，要求在两个吸收塔中，对吸收液来说既能串联也能并联操作。 作业第四节 工艺流程图的绘制 1、方框流程图和工艺流程草图 2、工艺物料流程图 3、管道及仪表流程图一、方框流程图和工艺流程草图 一、方框流程图(Block Flowsheet) 绘制要求：矩形框用细实线，用粗实线加箭头表示出主要物 流方向，并加上必要的文字注释。 生产聚甲醛的方框流程图 一、方框流程图和工艺流程草图 2、工艺流程草图 在方框图流程图的基础上，将各个工序过程换成设备示意图，进一步修改、完善可得到工艺流程草图。 生产工艺流程草图一般由物料流程、图例、必要的文字说明三部分组成。 2、工艺流程草图 1.要画出主要设备示意外形 设备用细实线画出外形、形状不要求准确，用线条和箭头表示主要物料管线和流向，物料线用粗实线绘制。至于管件、阀门等一般不标出。 2.还要求附有图例，有的单位流程图上还有设备一览表。 生产硫酸铜的工艺流程草图 二、工艺物料流程图的绘制工艺物料流程图(process flowsheet diagram PFD)简称物流图主要内容： A：设备简单的外型图、名称及位号。 B：主要工艺条件，物料平衡表（对物料发生变化的设 备，要从物料管线上引线列表表示：物料组分名称、 物料量（kg/h)、质量%、kmol(kmol/h)、以及 mol% 等，每项均应标出其总和数。 C ：标题栏。 二、工艺物料流程图的绘制（1）设备图形和流程线 设备图形按设备外形绘制，此设备的外形不必精确，常采用标准规定的设备表示方法，简化绘制。 设备之间用流程线连接起来，设备外形用细实线，设备之间的流程线用粗实线表示。在图上要标注设备位号及名称 。 常用设备符号工艺设备图例 工艺设备图例工艺设备图例工艺设备图例二、工艺物料流程图的绘制（2）物流管线表示方法 a.流程线用带箭头的粗实线表示 b.进出装置用接续标志标明 二、工艺物料流程图的绘制（2）物流管线表示方法 c.用细实线菱形框标出各物流点的编号 二、工艺物料流程图的绘制（2）物流管线表示方法 d.界区内部，图纸进出管线的始终端用32x45长方框并注明介质名称，去向等。 二、工艺物料流程图的绘制（3）工艺数据的表示 表示出主要工艺数据：温度，压力，流量等。（4）物料平衡表 二、工艺物料流程图的绘制（2）物流变化和物流表 对于物料发生变化的设备，要从物料管线上画一个引出线，并于引出线端用列表的形式表示物料的组成、名称、质量流量(kg／h)、质量百分数、摩尔流量(kmol／h)。 物料的某些工艺参数，例如物料温度、压力等可在流程线旁注明。 物流表图例二、工艺物料流程图的绘制物流表图例二、工艺物料流程图的绘制 (2)设备标注 ①标注的内容 设备在图上应标注位号及名称。设备位号在整个车间(装置)内不得重复，施工图设计与初步设计中的编号应该一致，不要混乱。如果施工图设计中设备有增减，则位号应按顺序补充或取消(即保留空号)。设备的名称也应前后一致。 二、工艺物料流程图的绘制 (2)设备标注 ②标注的方式 设备的位号、名称一般标注在相应设备的图形上方或下方，各设备在横向之间的标注方式应排成一行；若在同一高度方向出现两个以上设备图形时，则可按设备的相对位置将某些设备的标注放在另一设备标注的下方。 二、工艺物料流程图的绘制（3）标题栏及其它 标题栏按图纸常规，注明图号，设计阶段等。物料流程图 全厂物料平衡图作业 1.绘制一张以98%硫酸为原料，生产 2000kg/a 30%硫酸的物料流程图。 三、管道及仪表流程图 三、管道及仪表流程图 主要内容： 设备图形、管线、控制点和必要数据、图例、标题栏等。 (1) 图形 将生产过程中的全部设备的简单形状按工艺流程次序，展示在同一平面上，配以连接的主辅管线及管件、阀门、仪表控制点符号等。（2）标注 注写设备位号及名称、管段编号、控制点代号、必要的尺寸、数据等。（3）图例（4）标题栏 管道及仪表流程图绘制的规定及要求管道及仪表流程图绘制的规定及要求管道及仪表流程图绘制的规定及要求 (2)图形 图样采用展开图形式，从左到右画出全部设备示意图，排列顺序应符合实际生产过程。外形和主要轮廓接近实物，显示设备的主要特征，有时其内部结构及具有工艺特征的内部构件也应画出。如列管换热器，反应器的搅拌形式，加热管，盘管，活塞，分布器，填充料等。这些可以用细实线表示，也可以用剖面形式将内部构件表示。电机可用一个矩形或圆形注明“M”表达，设备上的管口允许不画，或用一细实线表示。 管道及仪表流程图绘制的规定及要求 (2)图形 对于需隔热的设备和机器要在其相应部位画出一段隔热层图例。管道及仪表流程图绘制的规定及要求 (3)相对位置 设备间的高低和楼面高低的相对位置，一般也按比例绘制（标题栏中“比例”一栏不予注明）。低于地面的需相应画在地平线以下，尽回能地符合实际安装状况。至于设备横向间距，通常亦无定规，则视管线绘制及图面清晰的要求而定，以不疏不密为宜，既美观又便于标注。 管道及仪表流程图绘制的规定及要求 (4)设备标注 ①标注的内容 设备在图上应标注位号及名称。管道及仪表流程图绘制的规定及要求 (4)设备标注 ②标注的方式 设备的位号、名称一般标注在相应设备的图形上方或下方，各设备在横向之间的标注方式应排成一行；若在同一高度方向出现两个以上设备图形时，则可按设备的相对位置将某些设备的标注放在另一设备标注的下方。 在设备内部或旁边也要标注设备位号。 管道及仪表流程图绘制的规定及要求 (4)设备标注 ②标注的方式 标注方式如图。水平线一般以粗实线，线宽0.6mm。标注式样如下： P0301A 中间泵 编号由4个单元组成。（a）设备分类代号；（b）主项代号（设备所在工段或装置编号）；（c）同工序内同类设备顺序号；（d）相同设备的数量尾号。 设备的标注   设备的表示方法管道及仪表流程图的绘制的规定及要求管道的表示方法管道的表示方法气动信号仪表管线： 热保温管道： 冷保温管道： 蒸汽伴热管道： 管道的表示方法管道的表示方法管道的表示方法管道的表示方法管道的表示方法管道的表示方法管道标注的物料代号管道等级的标注管道的材质代号隔热及隔声代号阀门与管件的表示方法阀门与管件的表示方法仪表、控制点的表示方法仪表、控制点的表示方法仪表、控制点的表示方法仪表、控制点的图示与标注调节与控制系统图示信号线的图示阀门与管件的表示方法图例和索引 1、图形标志和物料代号 将本图上出现的阀门，管道附件等一一加以说明，将本图上出现的所有物料代号，一一加以说明。 2、管道标注说明 取任一管段为例，画出图例并对管段上标注的文字、数字一一加以说明。 3、控制点符号标注 将本图上出现的控制点标注方式举例说明。 4、控制参数和功能代号 将图中出现的所有代号表达的参数涵义或功能涵义，一一加以说明。 标题栏 标题栏也称图签，标题栏位于图纸的右下角，在标题栏中要填写设计项目、设计阶段、图号等，便于图纸统一管理。 管道及仪表流程图绘制步骤 (1) 根据流程复杂程度，选定图纸大小，绘制图框及标题栏。 (2) 用细实线画出厂房的地平线。 (3) 根据流程，从左至右用细实线按大致的位置和近似的外形尺 寸，绘出流程中各个设备的简化图形(示意图)。各简化图形 之间应保留适当距离，以便布置各种管线。 (4) 用粗实线画出主要物料的流程线，在流程上画流向箭头，并 在流程线的起始和终了处注明来源和去向等； (5) 用稍粗于细实线的实线画出其它物料的流程线及流向箭头； (6) 绘制阀门及管件。 (7) 在流程图的下方或图纸其它显著位置，列出设备编号和名称 (8) 在每条管道上，进行管道标注。 (9) 标注仪表控制点。 (10)绘制图例，填写标题栏。 作业 1. 设计绘制以98%硫酸为原料，稀释生产2000kg/a，30%硫酸的管道及仪表流程图。第三章 物料衡算与能量衡算 物料衡算与能量衡算是进行化工工艺过程设计及技术经济评价的基本依据。通过对全生产过程或单元过程的物料和能量的衡算，计算得到： 1）主、副产品产量； 2）原材料的消耗定额，过程的物料损耗； 3）“三废”的生成量及组成； 4）水、电、汽或其他燃料等消耗定额； 5）设计物料流程图。 第三章 物料衡算与能量衡算 根据物料衡算和能量的衡算结果，可以： 1）对生产设备进行设计和选型； 2）确定产品成本等各项技术经济指标，从而可以定量地评述所选择的工艺路线、生产方法及工艺流程在经济上是否合理，技术上是否先进。 第一节 物料衡算物料衡算的概念： 在化工过程中，物料平衡是指“在单位时间内进入系统（体系）的全部物料质量必定等于离开该系统（体系）的全部物料质量再加上损失掉的与积累起来的物料质量。”对物料平衡进行计算称为物料衡算。 物料平衡的理论依据是质量守恒定律，即在一个孤立体系中不论物质发生任何变化(不包括核反应)它的质量始终保持不变。 物料衡算的分类 1、按操作方式 分为间歇操作、连续操作及半连续操作等三 类物料衡算； 2、按状态 将其分为稳定状态操作和不稳定状态操作两类 衡算。 3、按衡算范围 分为单元操作过程(或单个设备)和全流程的两 类物料衡算； 物料平衡方程式 根据质量守恒定律，对某一个体系内质量流动及变化的情况用数学式描述物料平衡关系则为物料平衡方程式。其基本表达式为： ∑F0=∑D+A+∑B　　 式中，F0—输人体系的物料质量； D— 离开体系的物料质量； A— 体系内积累的物料质量； 　　 B— 损失的物料质量(如跑、冒、滴、漏) 物料衡算的步骤 1、画出流程示意图 物料衡算步骤列物料平衡式时应注意的事项 (1)物料平衡是指质量平衡，不是体积或物质的量(摩尔数)平衡。若体系内有化学反应，则衡算式中各项用摩尔／时为单位时，必须考虑反应式中的化学计量系数 。 列物料平衡式时应注意的事项 (2)对于无化学反应体系，能列出独立物料平衡式的最多数目等于输入和输出的物流里的组分数。 (3)在写平衡方程式时，要尽量使方程式中所包含的未知数最少。物料衡算计算举例 1．无反应例1 采用蒸发方法将浓度为10％NaOH及10％NaCl的水溶液进行浓缩。蒸发时只有部分水分汽化成为水蒸气而逸出，部分NaCl结晶成晶粒而留在母液中。操作停止后，分析母液的成分为：50％NaOH，2％NaCl及48％H2O。若每批处理1000 kg原料液，试求每批操作中：1)获得的母液量，2)蒸发出的水分量，3)结晶出的NaCl量。 计算过程物料衡算计算举例 2.有反应 甲醇制造甲醛的反应过程为： CH30H + 1/2 O2 HCHO + H20 反应物及生成物均为气态，若使用50％的过量空气，且甲醇的转化率为75％，试计算反应后气体混合物的摩尔组成。物料衡算计算举例解： 画出流程图 计算过程基准：1 mol CH3OH 根据反应方程式 O2(需要)= 0.5 mol； O2(输入)= 1.5 × 0.5 = 0.75 mol； N2(输入)= N2(输出)= 0.75(79/21)= 2.82 mol CH3OH为限制反应物反应的CH3OH = 0.75 × 1 = 0.75 mol 因此 HCHO(输出)= 0.75mol CH3OH(输出)= 1-0.75=0.25mol O2(输出)= 0.75-0.75x0.5=0.375mol H2O(输出)= 0.75mol 计算结果第二节 能量衡算能量衡算定义 根据能量守恒定律，利用能量传递和转化的规则，用以确定能量比例和能量转变的定量关系的过程称为能量衡算。 能量衡算可以解决的问题 (1)确定物料输送机械和其它操作机械所需要的功率； (2)确定各单元操作过程所需热量或冷量，及其传递速率；计算换热设备的工艺尺寸；确定加热剂或冷却剂的消耗量，为其他专业如供汽、供冷、供水专业提供设条件； (3)化学反应常伴有热效应，导致体系的温度上升或下降，为此需确定为保持一定反应温度所需的移出或加入的热传递速率； (4)为充分利用余热，必须采取有效措施，使过程的总能耗降低到最低程度。为提高能量利用率，降低能耗提供重要依据。 (5)最终确定总需求能量和能量的费用。能量平衡方程式 能量衡算平衡方程式 △E:表示体系能量总变化； Q: 表示体系从环境吸收的热量； W: 表示环境对体系所做的功。热量衡算热量衡算有两种情况： 1）对单元设备做热量衡算； 2）整个过程的热量衡算。 （当各个工序或单元操作之间有热量交换时，必须做全过程的热量衡算。） 热量衡算方程式 ∑Q入= ∑Q出 - ∑Q损 式中:∑Q入 一输入设备热量总和； ∑Q出 —输出设备热量总和； ∑Q损 —损失热量总和。 热量衡算步骤 (1)绘制以单位时间为基准的物料流程图，确定热量 平衡范围； (2)在物料流程图上标明已知温度、压力、相态等已 知条件； (3)选定计算基准温度。由于手册，文献上查到的热 力学数据大多数是273K或298K的数据，故选此温 度为基准温度，计算比较方便。计算时相态的确 定也是很重要的； (4)列出热量衡算式，然后用数学方法求解未知值； (5)整理并校核计算结果，列出热量平衡表。 进行热量衡算注意事项 (1)热量衡算时要先根据物料的变化和走向，认真分析热量间的关系，然后根据热量守衡定律列出热量关系式。 (2)要弄清楚过程中出现的热量形式，以便搜集有关的物性数据。进行热量衡算注意事项 (3)计算结果是否正确适用，关键在于数 据的正确性和可靠性。 (4)间歇操作设备，传热量Q随时间而变 化，因此要用不均衡系数将设备的 热负荷由千焦／台换算为千焦／小 时。 (5)选定设备的换热面积要大于理论计算。 热量衡算举例例1 某化工厂计划利用废气的废热，进入废热锅炉的废气温度为450℃，出口废气的温度为260℃，进入锅炉的水温为25℃，产生的饱和水蒸气温度为233.7℃，3.0MPa，(绝压)，废气的平均热容为32.5 kJ／(kmol·℃)，试计算每100 kmol的废气可产生的水蒸汽量? 解：过程如图，基准：100 kmol的废气。 锅炉的能量平衡为： 计算结果作业NuU红软基地

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