物料衡算和能量横算
4物料衡算与能量衡算

9)设计绘制物料流程图(PFD)。
(Process Flowsheet Diagram, PFD)
4.1 物料衡算
五、物料衡算计算示例
1、无反应过程的物料衡算 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:
按330天(或8000小时)计算。但工艺技术尚未成熟、自动控制水平 较低或腐蚀较严重的装置或间歇操作可按300天(或7200小时)计算。
4.1 物料衡算 二、物料衡算的方法与步骤
▲消耗定额(每吨合格产品需要的原料、辅助原料以及动力等消耗 );
▲转化率(表示反应物通过反应发生化学变化的程度);
转化率 = 反应掉的原料量 原料投料量 ×100% ×100%
3)列出主、副化学反应方程式;
当副反应很多时,为了简化计算过程,可以将次要的、占 比重很小的副反应略掉;或者将类型相近的若干副反应合
并,以其中之一为代表。但该处理方式所引起的误差必须
在允许范围之内。 副反应不能忽略的情况:产生有害物质的副反应其量虽然 微小,却是进行某种分离精制设备设计和三废治理设施设 计的重要依据,该副反应不能忽略。
物料衡算和能量衡算

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196#不饱和聚酯树脂配方设计
原材料名称 1、2-丙二醇 一缩二乙二醇
顺酐 苯酐 苯乙烯 对苯二酚 石蜡 环烷酸铜
规格 工业级 工业级 工业级 工业级 工业级 工业级 工业级 (8%Cu含量)
配比 0.965克分子 0.138克分子
0.5克分子 0.5克分子
33% 0.009% 0.018% 0.0118%
分批操作(间歇操作)的设备,当终点时,物料全 部排出则系统内物料积累为零,对于稳定连续操作, 系统物料累积量亦为零。在此情况下,上式可写成: ∑G进=∑G出+∑G损
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车间收率和阶段收率
➢ 在作整个车间的物料衡算时,常需要用车间 总收率、阶段收率这些基本概念。
车间收率和车间产品及原料消耗关系如下:
配料M-旁路物料R=反应物N
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物料衡算的基本要素
➢一个独立方程,可以解出一个未知 数。若已知配料M和反应物N,则可 求出旁路的物料量R。同样,可以把 配料、分离工序单独分割作为衡算 系统,若有必要,也可以把 B1C2C3B4包围的部分作为衡算范围。
➢对生产过程中一系列工序都要进行 物料衡算时,若绘成表格形式,则 可方便地进行计算。
3
➢物料衡算也是能量衡算、定型设备 选型、非定型设备工艺计算和其他 工艺计算的基础。通过物料衡算可 以算出各工段所处理的物料量(各组 分的成分、重量和体积),便可以定 出生产过程所需设备台数、容量和 主要尺寸以及计算管道尺寸等。所 以物料衡算是复合材料工艺计算的 重要部分。
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➢ 物料衡算可分操作型计算和设计型 计算。
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物料衡算和能量横算

汇报人:
单击输入目录标题 物料衡算 能量衡算 物料衡算与能量衡算的关系 实际应用案例分析 总结与展望
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物料衡算
定义与目的
目的:通过物料衡算,可以 了解物料的消耗情况,优化 生产工艺,提高生产效率
物料衡算:是一种计算物料 在生产过程中的消耗和产出 的方法
应用:广泛应用于化工、冶 金、食品等工业领域
能源利用领域的应用
电力行业:通过物料衡算和能量衡算,优化发电效率,降低能耗 石油化工行业:通过物料衡算和能量衡算,优化生产工艺,提高能源利用效率 钢铁行业:通过物料衡算和能量衡算,优化生产流程,降低能耗和排放 建筑行业:通过物料衡算和能量衡算,优化建筑设计,提高能源利用效率和舒适度
其他领域的应用
意义:物料衡算有助于企业 实现物料的合理利用,降低
生产成本,提高经济效益
计算原理
物料衡算:基于质量守恒定 律,计算物料的输入、输出
和损失
添加标题
输出:包括产品、副产品、 废物等
添加标题
能量衡算:基于能量守恒定 律,计算能量的输入、输出
和损失
添加标题
输出:包括产品、副产品、 废物等
添加标题
添加标题
添加标题
环保领域:物料衡算和能量 衡算在污染控制和资源回收 中的应用
化工行业:物料衡算和能量 衡算在化工生产中的优化和 节能
食品行业:物料衡算和能量 衡算在食品加工和包装中的
优化和节能
建筑行业:物料衡算和能量 衡算在建筑设计和施工中的
优化和节能
总结与展望
总结物料衡算和能量衡算的重要性和应用领域
物料衡算和能 量衡算是化工、 能源、环境等 领域的基础工
具
物料衡算和能 量衡算可以帮 助我们理解和 优化生产过程
最新第三章物料衡算和能量衡算(热量)

例题: • 两种组成不同的煤气在预热器中混合。并从25℃加热到127℃,
以供燃烧炉使用。两种煤气的流量分别为0.4kmol/s和0.1kmol/s。 预热器的热损失为150kJ/s。试计算预热器应提供的热量。 计算中煤气的焓取下列数值: 25℃时,第一种煤气为765kJ/kmol;第二种煤气为846kJ/kmol。 127℃时,混合煤气的焓值为3640kJ/kmol。
p
' c
和假临界温度
T
' c
,求得
混合气体的对比压力和对比温度,
解: 以1s为计算基准。根据公式:
( ) ∑ ∑ ( ) ∑ Q =n iH io- utn jH jin
Q Q 提 + Q 供 损 Q 提 1 供 k 5J0
H o= u ( 0 t .4 0 .1 ) 3k 6 J 1 4k 8 0J 20
H in ( 0 . 4 7 0 6 . 1 8 5 ) k 4 3 J 6 . 6 k 9J 0
• 例题: 已知常压下气体甲烷0~t℃的平均定压摩尔热容数据如下:
• 试求常压下甲烷在200℃到800℃温度范围的平均定压摩尔热容, 并计算15kmol甲烷在常压下从800℃降温到200℃所放出的热量。
解:假设如下热力学途径:
• 从 C p,m t 表中查得,
Cp,m3.9 6k6J/k ( mK o)l Cp,m5.5k6J/k ( mK o)l
• 1、热容 • 2、焓 • 3、汽化热 • 4、反应热
1. 热容
(1)热容与温度的关系 • 热容是给定条件下,系统每升高1K所吸收的热。随温度
而变。根据过程不同,用分为等压热容和等容热容。 • 描述定压热容Cp与温度之间的关系一般有三种方法:
化工设计物料衡算与能量衡算

化工设计物料衡算与能量衡算1. 引言在化工工程领域,进行物料衡算和能量衡算是设计过程中必不可少的一部分。
物料衡算和能量衡算的准确性对于化工工程的安全运行和高效生产至关重要。
本文将介绍化工设计中的物料衡算和能量衡算的基本原理和方法。
2. 物料衡算2.1 物料平衡原理物料平衡是化工设计中的一项基本工作,它基于质量守恒定律和能量守恒定律。
物料平衡的目的是确定进料、出料和中间流程中物料的流量和组成。
物料平衡的计算可以用以下公式表示:$$ \\text{进料量} = \\text{出料量} + \\sum\\text{反应物料量} + \\sum \\text{中间流程物料量} $$2.2 物料平衡计算步骤进行物料平衡计算时,需要按照以下步骤进行:1.确定系统边界:将化工系统划分为进料、出料和中间流程三个部分,并确定它们之间的物料流动关系。
2.收集物料数据:收集进料和出料的物料流量和组成数据,以及反应物料和中间流程物料的数据。
3.建立物料平衡方程:根据物料平衡原理,建立物料平衡方程。
4.解方程:根据已知数据和已建立的物料平衡方程,解方程求解未知量。
5.检查计算结果:检查计算结果是否符合物料平衡原理,如有差异则进一步分析和调整。
2.3 物料平衡实例分析下面以酯化反应过程为例,进行物料平衡计算。
2.3.1 系统边界划分将酯化反应系统划分为进料、出料和中间流程三部分。
进料包括酸和醇,出料为酯。
中间流程包括未反应的酸和醇。
2.3.2 物料数据收集收集进料和出料的物料流量和组成数据,以及反应物料和中间流程物料的数据。
假设进料中的酸的流量为100 kg/h,醇的流量为50 kg/h,反应物料中未反应的酸的流量为10 kg/h,未反应的醇的流量为5 kg/h。
2.3.3 建立物料平衡方程根据物料平衡原理,建立物料平衡方程。
酸的平衡方程:100 kg/h = 10 kg/h + 出料量醇的平衡方程:50 kg/h = 5 kg/h + 出料量2.3.4 解方程根据已知数据和已建立的物料平衡方程,解方程求解未知量。
2化工设计概论第三章_物料衡算与能量衡算

2化工设计概论第三章_物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算是化工设计中非常重要的内容,本文将从物料衡算和能量衡算两个方面进行介绍。
一、物料衡算物料衡算是指在化工生产过程中,对各种原料、中间体和产品的质量、数量和成分进行准确计算的过程。
物料衡算的目的是确定生产过程中各种物料的需求量,确保生产过程稳定和产品质量符合要求。
物料衡算的方法主要有质量衡算和量衡衡算两种。
质量衡算是以物料的质量为基础进行计算,通过分析反应进入和离开反应器的质量,计算物料的损失和转化率等。
量衡衡算是以物料的容积或重量为基础进行计算,通过对物料流动的速度、压力、体积和化学反应速率等参数的测量,来计算物料的数量和流动性。
物料衡算的具体步骤包括:确定物料流程图,定义物料的属性和流动参数,编写物料表,进行物料平衡方程的建立,计算各物料的需求量和产量等。
二、能量衡算能量衡算是指在化工生产过程中,对能量的输入、输出和损失进行准确计算和分析的过程。
能量衡算的目的是确保生产过程中的能量平衡和能源利用效率的提高。
能量衡算的方法主要有热平衡法和能量流平衡法两种。
热平衡法是基于热力学原理,通过测量和计算热量的流入和流出来进行能量衡算。
能量流平衡法是基于能量守恒原理,通过对能量流动的速度、温度和压力等参数的测量,来计算能量的输入和输出。
能量衡算的具体步骤包括:确定能量流程图,定义能量的属性和流动参数,编写能量表,进行能量平衡方程的建立,计算各能量的输入量和输出量等。
三、物料衡算和能量衡算的关系在进行物料衡算和能量衡算时,需要考虑以下几个方面:1.反应进程的热力学和动力学特性对物料和能量衡算有重要影响。
在确定衡算方法和参数时,需考虑反应的热效应和速率等因素。
2.物料的组成和性质对衡算结果有重要影响。
不同物料具有不同的热容量、蒸发潜热和燃烧热等参数,这些参数直接影响到能量衡算的结果。
3.流程设计和设备选择对衡算结果也有影响。
不同的流程和设备对物料流动的速度、压力和温度等参数有不同的要求,这些参数直接影响到物料和能量衡算的结果。
《化工设计》 第三章物料衡算和热量衡算

对于没有化学反应的过程,一般上列写各组分的衡算方程, 只有涉及化学反应量,才列写出各元素的衡算方程。
• 稳态过程(连续),体系内无物料积累。
F
x f1
P
xp1
W
xw1
F
x f2
P xp2
W
xw2
7.将物料衡算结果列成输入-输出物料表(物料平 衡表),画出物料平衡图。
物料衡算表
组分
输入
质量,kg/d
组分
输出
质量,kg/d
杂质 合计
杂质 合计
8.校核计算结果(结论)。
五、无化学反应的物料衡算
• 在系统中,物料没有发生化学反应的过程, 称为无反应过程。
(三)、物料衡算基准 物料衡算过程,必须选择计算基准,并在整个运算
中保持一致。若基准选的好,可使计算变得简单。
①时间基准 (单位时间可取1d、1h或1s等等)。 ②批量基准; ③质量基准 例如: 可取某一基准物流的质量为100Kg
为基准计算。 ④物质的量基准; ⑤标准体积基准;
(四)、物料衡算的基本程序
100.00
解:
水F1 1200kg/h
吸 收 塔
混合气体F2,1.5 (mol)%丙酮
空气F3
蒸 馏 塔
冷凝器
废料F5:丙酮5%,
95% 水
产品F4 丙酮99%,水1%
本系统包括三个单元.即吸收塔、蒸馏塔和冷凝器。由于 除空气进料外的其余组成均是以质量百分数表示的,所以 将空气-丙酮混合气进料的摩尔百分数换算为质量百分数。 基准:100kmol气体进进料。
物料衡算和能量衡算概述

物料衡算和能量衡算概述物料衡算和能量衡算是工程和科学领域中常用的方法,用于描述和研究物质和能量的流动。
物料衡算关注物质的进出和转化过程,而能量衡算关注能量的转化和利用情况。
本文将对物料衡算和能量衡算进行概述,并介绍其在不同领域中的应用。
1. 物料衡算物料衡算是对物质的进出和转化过程进行量化和分析的方法。
它主要基于质量守恒定律,即不可创造或破坏物质。
物料衡算通常涉及以下几个方面的内容:1.1 进料和出料物料衡算中的进料和出料是指物质从系统的外部进入或离开系统的过程。
进料和出料可以是固体、液体或气体,可以通过不同的方式进行,如输送带、管道或容器。
衡算这些进料和出料的数量和质量可以帮助我们了解物质的流动情况和系统的整体效率。
1.2 转化和反应物料衡算还涉及物质的转化和反应过程。
在这些过程中,我们可以追踪和量化物质的变化,以及转化或生成的产物。
这对于研究化学反应、工艺过程和生态系统中的物质转化至关重要。
物料衡算可以帮助我们优化转化过程,提高反应效率,并监测环境中的物质循环。
1.3 混合和分离物料衡算还涉及物质的混合和分离过程。
在这些过程中,不同组分的物质可以混合在一起,或者通过特定的方法进行分离。
衡算混合物和分离物的组分和比例可以帮助我们优化混合和分离过程,并控制产品的质量和纯度。
1.4 废物和排放物料衡算还关注废物和排放物的产生和处理。
在生产和工艺过程中,废物和排放物可能对环境造成负面影响。
通过衡算废物和排放物的产生量和组分,我们可以找到减少和处理这些废物的方法,以减少对环境的影响。
2. 能量衡算能量衡算是对能量的转化和利用过程进行量化和分析的方法。
它基于能量守恒定律,即能量既不能创造也不能破坏,只能从一种形式转化为另一种形式。
能量衡算通常涉及以下几个方面的内容:2.1 能量流动能量衡算关注能量的流动。
能量可以通过传导、传热、传质和传动等方式在系统中传递和转移。
衡算能量流动的路径、速度和效率可以帮助我们了解能量转化的过程和系统的能量利用效率。
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化工基础数据包括很多,现将常用的一些化工基础数据 大致归纳成以下几类: ❖ (1) 基本物性数据—如临界常数(临界压力、临界温度、临 界体积)、密度或比容、状态方程参数、压缩系数、蒸气压、 气一液平衡关系等。 ❖ (2 )热力学物性数据—如内能、焓、熵、热容、相变热、自 由能、自由焓等。 ❖ (3) 化学反应和热化学数据—如反应热、生成热、燃烧热、 反应速度常数、活化能,化学平衡常数等。 ❖ (4) 传递参数—如粘度、扩散系数、导热系数等。
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由计算结果可以看出,当加入的空气量是29.76mol时,可产生 烟道气31.76mol,所以产生100mol烟道气(燃烧产物所需要的 空气量为100/31.76*29.73mol)
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由计算结果可以看出来,每加入1mol空气可以产生1.0674 mol的燃烧产物,所以产生100mol燃烧产物需要的空气量为 100/1.0674=93.7mol。
①稳定操作过程( Fi-Fo)+ (Dp- Dr )= 0 ②系统内无化学反应:Fi-Fo = W ③系统内无化学反应的稳态操作过程: Fi-Fo =0 对于没有化学反应的过程,一般上列写各组分的衡
算方程,只有涉及化学反应量,才列写出各元素的衡算 方程。
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2、物料衡算基准
1)化工过程的类型
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物料衡算和能量衡算
❖ 1.物料衡算的基本方法和程序 ❖ 2.简单的物料衡算 ❖ 3.带有循环流的物料衡算 ❖ 4.热量横算(自学)
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第一节 物料衡算的基本方法和程序
一、物料衡算的基本方法 1、物料平衡方程
理论依据:质量守恒定律
进入过
流出过
在过程
在过程 过程单
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❖ 作业:物料衡算的基本程序是什么?
❖
物料衡算过程中怎样确定设计变量的
数目?
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❖ (9)整理并校核计算结果,当计算完成后, 对计算结果进行整理,并根据需要换算基准, 最后列成表格即物流表。
❖ (10)绘制物料流程图,编写物流表作为设 计文件成果编入正式设计文件。
连续操作过程:在整个操作期间,原料不断稳 定地输入生产设备,同时不断从设备排出同样 数量(总量)的物料。设备的进料和出料是连 续流动的,即为连续操作过程。在整个操作期 间,设备内各部分组成与条件不随时间而变化。
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半连续操作过程:操作时物料一次输入或分批输入, 而出料是连续的,或连续输入物料,而出料是一次或 分批的。
程单元 的物料
- 程单元
的物料
+ 单元内
生成的
- 单元内
消耗的
=
元内累 积的物
量
量
物料量 物料量 料量
(Fi)
(Fo)
(Dp)
( Dr )
(W)
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即 : ( Fi-Fo)+ (Dp- Dr )= W 上式:即可对总物料,也可以对其中任一组分或元
素列出。 在下列情况下上式可简化为:
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③、原辅材料厂、产品、中间产品的规格, 包括原料的有效成分和杂质含量,气体或液 体混合物的组成。
④、与过程有关有物理化学参数,如临界参 数、密度或比体积、状态方程参数、蒸汽压、 气液平衡常数或平衡关系,粘度、扩散参数 等
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(6)列出过程的全部独立物料平衡方 程式及其相关约束式,对有化学反应 的还要写出化学反应方程式,明确反 应前后的物料组成和各组分之间的定 量关系,必要时还应指出其转化率和 选择性,为计算作准备。
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约束式可分为两类:
(Ⅰ)分数约束式 当物流的组成用摩尔分数或质量分数表示时,
用下式成立
∑xij=1(i=1,2,……Ns) (j=1,2,……Nc)
式中: xij —— 第j组分在第i股流中的摩尔分数(或质
量分数); Ns —— 物流的股数; Nc —— 物流的组分数。
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化工过程操作状态不同,其物料或能量衡算 的方程亦有差别。
化工过程根据其操作方式可以分成间歇操作、 连续操作以及半连续操作三类。或者将其分为稳 定状态操作和不稳定状态操作两类。在对某个化 工过程作物料或能量衡算时,必须先了解生产过 程的类别。
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间歇操作过程:原料在生产操作开始时一次加 入,然后进行反应或其他操作,一直到操作完 成后,物料一次排出,即为间歇操作过程。此 过程的特点是在整个操作时间内,再无物料进 出设备,设备中各部分的组成、条件随时间而 不断变化(如:萃取过程、过滤过程)。
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(Ⅱ)设备约束式 常见的设备约束式有:
①、进料比(或任何两股物流的量之比)为一常数; ②、两股物流具有相同的组成(如分流器); ③、相平衡常关系式; C(π-1) ④、化学平衡关系式; ⑤、化学反应过程中的转化率、选择性或其他限度。 ⑥、物料平衡式 C ⑦、能量平衡式 1
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二、物料衡算的基本程序
在进行物料衡算时,为了避免错误,便于 检查核对时,必须采取正确的步骤进行计算, 使之做到条理分明清晰,计算迅速,结果准 确,一般程序如下:
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(1) 确定衡算对象和范围(如:一个单元,一套装 置或一个系统),并画出计算对象的草图,对于整个 工艺流程,要画出物料流程示意图(方框图即可)绘 制物料流程草图时,要注意物料种类和走向,输入和 输出要明确表示出来。 (2) 确定计算任务,明确什么是已知项,什么是待 求项,选择适当的数学公式,力求计算方法简便。 (3) 确定过程所涉及的组分,并对所有组分依次编 号。 (4) 对物流的流股进行编号,并标注物流变量。
第三章物料衡算和能量衡算
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第三章 物料衡算和能量衡算
教学内容:主要讲物料衡算中基本衡 算思路,掌握衡算方法。
教学重点:物料衡算的基本方法与思 路 教学难点:化工流程的物料衡算与带 有循环流的物料衡算 教学课时:8-10学时 教学方法:课堂讲授(多媒体、板书)
化工过程的物料衡算和能量衡算,是利用物理与化学 的基本定律,对化工过程单元系统的物料平衡与能量平衡 进行定量计算。通过计算解决以下问题:
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综上所述步骤,可归纳如下:
①、陈述的问题; ②、列出可获得的数据; ③、画出衡算方框图; ④、对物流流股及各组分编号; ⑤、确定衡算范围; ⑥、建立系统各参数的基准; ⑦、建立各组分和总物料的衡算方程; ⑧、解析方程; ⑨、校核计算结果; ⑩、绘制物料流程图,编写物流表。
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2)物料衡算基准的选择
物料衡算过程,必须选择计算基准,并在整个运 算中保持一致。若基准选的好,可使计算变得简单。 一般计算过程的基准有以下几种:
①时间基准 对于连续操作过程,选用单位时间作为基 准是很自然的,单位时间可取1d、1h或1s等等。此时 得到的物料流量可以直接与设备或管道尺寸相联系。
❖ Ne:方程的个数(约束关系式数目)。
❖ Nd:设计变量的个数(已知流股变量数)。
❖ 如果系统与环境间有能量交换的话则Nv应增加描述能量 交换的变量数,如果有一股热量交换时应该增加一个变量数,
如果有两股变量交换时应该增加两股变量数。
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❖ 进行化工过程设计,要确定各个物理量的数值,如进料 流率、浓度、温度、压力、热负荷、机械功的输入和输出, 传热面积的大小及理论塔板数等,这些物理量都是相互关联 相互制约的,因此设计者只能规定其中若干变量的数值,这 些变量称为设计变量。如果设计过程中给定数值的物理量少 于设计变量的数目,设计就不会有结果;反之,给定数值的 物理量数目过多设计也无法进行。
1、找出主副产品的生成量、废物的排出量。 2、确定原材料消耗定额。 3、确定各物流的流量、组成和状态。 4、确定流程内物质转换与能量传递情况。
从而为,设备选型以及设备尺寸,管路设施与公用工 程提供依据。
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化工过程有许多输入流股和输出流股, 本章内容是讲授确定这些流股的策略与方法, 物料衡算与热量横算是化工工程师接触最频 繁的计算。
②批量基准 对于间歇操作,按投入物料的数量为基准, 最方便,即以一批/次作为基准。
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③质量基准 取已知变量最多(或未知变量最少)的 物流作为基准最为合适。
例如:可取某一基准物流的质量为100Kg,然后 计算其他物流的质量。若已知进料质量百分比组成, 则选100Kg进料或者100g进料为基准,若已知出料质量百分 组成,则选100Kg进料或者100g 出料为基准。 ④物质的量基准 对于有化学反应的过程,因化学反
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(7)选择计算基准 (8)独立的总物流变量个数与方程个数,确定设 计变量和个数及全部设计变量。
在统计变量个数时,如果在每个单元的全部物
流中都含有全部的组分Nc个,则对其中任一流股i 有Nc个摩尔分数或者质量分数,还有流量Fi,每 股物流计Nc+1个物流变量。设共有Ns股物流,则 总的物流变量个数为Nv=Ns(Nc+1),当一个或多 个组分从流股中消失的时候,上式不再适用,必须 逐股计算,获得Nv进而计算设计变量。
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