化工设计第五章化工计算幻灯片资料
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化工计算.ppt
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化工设计（2005-2006学年)
3
Design of Chemical Engineering 化工设计
• 三、物料平衡方程式
• 1、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
（3—1）
•
Fxif ± Rxi = Dxid + Axia + Bxid
• 式中，xi——反应过程生成或消耗的ⅰ组分的量，反应生
成ⅰ组分时，R取“+”，反应消耗ⅰ组分时Ri取“—”；
• xif、xid、xia、xid——ⅰ组分在F，D，A，B中的分率。
• 如果体系内不积累物料，即连续稳定的操作过程。这样积 累的物料质量A等于零，（3—1）式成为：
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化工设计（2005-2006学年)
2
Design of Chemical Engineering 化工设计
第一节 物料衡算
一、定义：运用质量守恒定律，对生产过程或设备进行 研究，计算输入或输出的物流量及组分等称之为物料衡 算，物料衡算是工艺设计的基础。
二、物料衡算的目的：
通常物料衡算有两种情况，一是对已有的生产设备或过 程利用实测的数据，计算出另一些不能直接测定的物料 量，俗称生产查定。用此计算结果，对生产情况进行分 析，做出判断，提出改进措施；二是设计一种新的设备 或过程，由物料衡算求出进出各设备的物料量、组成等， 然后结合能量衡算，确定设备的工艺尺寸及整个工艺流 程
Design of Chemical Engineering 化工设计
化工设计
Design of Chemical Engineering
《化工工艺计算》课件
目的经济可行性。
乙烯裂解工艺计算案例
总结词
涉及反应过程、热力学数据、设备工艺尺寸和环境保护的计算。
详细描述
乙烯裂解工艺计算包括反应过程计算，如反应平衡常数、反应速率等；热力学数据计算 ，涉及反应过程中的热量变化和物质性质；设备工艺尺寸计算，根据工艺要求和物料特 性确定设备的大小和结构；环境保护计算，评估生产过程中的污染物排放和处理措施，
化工工艺流程图
总结词
详细描述化工工艺流程图的定义、作用和绘制方法。
详细描述
化工工艺流程图是表示化工生产过程中物质流程和能量流程的示意图，它能够清晰地展示化工生产过程中的各个 环节和操作流程。绘制化工工艺流程图需要遵循一定的规范和标准，包括流程图的绘制比例、设备表示方法、管 道表示方法等。
化工设备
分离效率的计算涉及到 蒸馏塔的操作和分离效 率的计算公式，通过这 些公式可以确定分离效 率和产品的纯度。
蒸发与结晶工艺计算的 实例包括计算多效蒸馏 的效数和蒸发器的传热 面积等，这些实例可以 帮助工程师更好地掌握 蒸发与结晶工艺计算的 方法和技巧。
05 化工工艺计算软件与应用
Aspen Plus软件介绍
特点
具有高度的专业性和实用性，要求计 算精度高，涉及的参数和变量多，计 算过程复杂。
化工工艺计算的重要性
01
提高生产效率
通过精确的工艺计算，可以优化生产过程，提高设备利 用率和生产效率。
02
降低能耗
合理的工艺计算有助于降低能源消耗，减少生产成本。
03
保障安全
准确的工艺计算有助于预防和减少生产事故，保障生产 安全。
04 化工工艺计算方法与实例
流体流动阻力计算
1.A 流体流动阻力计算是化工工艺计算中的重要环 节，主要涉及流体在管道中的流动阻力损失和 能量损失的计算。
乙烯裂解工艺计算案例
总结词
涉及反应过程、热力学数据、设备工艺尺寸和环境保护的计算。
详细描述
乙烯裂解工艺计算包括反应过程计算，如反应平衡常数、反应速率等；热力学数据计算 ，涉及反应过程中的热量变化和物质性质；设备工艺尺寸计算，根据工艺要求和物料特 性确定设备的大小和结构；环境保护计算，评估生产过程中的污染物排放和处理措施，
化工工艺流程图
总结词
详细描述化工工艺流程图的定义、作用和绘制方法。
详细描述
化工工艺流程图是表示化工生产过程中物质流程和能量流程的示意图，它能够清晰地展示化工生产过程中的各个 环节和操作流程。绘制化工工艺流程图需要遵循一定的规范和标准，包括流程图的绘制比例、设备表示方法、管 道表示方法等。
化工设备
分离效率的计算涉及到 蒸馏塔的操作和分离效 率的计算公式，通过这 些公式可以确定分离效 率和产品的纯度。
蒸发与结晶工艺计算的 实例包括计算多效蒸馏 的效数和蒸发器的传热 面积等，这些实例可以 帮助工程师更好地掌握 蒸发与结晶工艺计算的 方法和技巧。
05 化工工艺计算软件与应用
Aspen Plus软件介绍
特点
具有高度的专业性和实用性，要求计 算精度高，涉及的参数和变量多，计 算过程复杂。
化工工艺计算的重要性
01
提高生产效率
通过精确的工艺计算，可以优化生产过程，提高设备利 用率和生产效率。
02
降低能耗
合理的工艺计算有助于降低能源消耗，减少生产成本。
03
保障安全
准确的工艺计算有助于预防和减少生产事故，保障生产 安全。
04 化工工艺计算方法与实例
流体流动阻力计算
1.A 流体流动阻力计算是化工工艺计算中的重要环 节，主要涉及流体在管道中的流动阻力损失和 能量损失的计算。
化工计算
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三、无化学反应过程的物料衡算
１. 简单过程的物料衡算 仅有一个设备或一个单元操作或整个过程
简化成一个设备的过程。 这种过程的物料衡算比较简单，在物料流
程简图中，设备边界就是体系边界。
03:29
27
例1：
• 一种废酸，组成为23％(质量％)HNO3，57 ％H2SO4和20％H2O，加入93％的浓H2SO4 及90％的浓HNO3，要求混合成27％HNO3 及60％H2SO4的混合酸，计算所需废酸及 加入浓酸的数量。
– 设计一个反应器时，则需要知道化学反应热的数据； – 计算传热过程时，需要导热系数的数据等等。
化工基础数据：物化数据或物性数据
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14
一、分类
• 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。
• （2）化学工程因素——体系的物性、相态、热性 质、传递性质、传热传质方式、物料（流体及固 体）输送、反应技术、分离技术等。
• （3）机械设备、仪表及控制手段——设备材料、 制造、贮运、安装、维修、检测、备品备件、正 常操作及事故处理等。
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10
二、 化工工艺流程
• 化工过程常用选择计算基准时,应该 注意以下几点:
– 1)应选择已知变量数最多的流股作为计算基准.
– 2)对液体或固体的体系,常选取单位质量作基准.
– 3)对连续流动体系,用单位时间 作计算基准有时 较方便.
– 4)对于气体物料,如果环境条件(如温度、压力） 已定，则可选取体积作基准。
化工设计课件设计概算及技术经济分析PPT课件
持续发展。
02
设计概算的基本概念
设计概算的定义和作用
定义
设计概算是化工设计过程中对建设项 目投资额的概略计算，是设计方案的 重要组成部分，用以衡量设计方案的 经济合理性和技术可行性。
作用
为项目投资决策提供依据，有助于确 定和控制建设项目的投资额，是设计 方案优化的重要参考因素。
设计概算的内容和编制方法
05
结论与展望
技术经济分析在化工设计中的重要性
01
化工设计是实现化工生产的关键环节，技术经济分析在化工设 计中占据重要地位。
02
通过技术经济分析，可以评估设计方案的技术可行性和经济合
理性，为决策提供科学依据。
技术经济分析有助于提高化工设计效率，降低投资风险，提升
03
企业经济效益。
未来化工设计的发展趋势和技术经济分析的挑战
化工设计的基本概念包括工艺流程设计、设备布置设计、管 道布置设计、自控设计、环保和安全设计等，这些设计相互 关联，共同构成了一个完整的化工生产系统。
化工设计的流程和内容
• 化工设计的流程一般包括初步设计、技术设计和施工图设计三个阶段。初步设 计阶段主要确定工艺流程、设备选型和布置、管道布置等；技术设计阶段主要 完成工艺流程图、设备图纸、管道图纸等详细图纸；施工图设计阶段则是对技 术设计的具体实施，包括设备安装图、管道安装图等。
技术经济分析的步骤和流程
1. 明确分析目的和范围
首先需要明确技术经济分析的目的和范围，确定分析的 重点和对象。
2. 收集数据和信息
收集与项目相关的技术、经济、环境和社会等方面的数 据和信息。
3. 建立分析模型
根据收集的数据和信息，建立适合的技术经济分析模型 。
4. 进行预测和分析
02
设计概算的基本概念
设计概算的定义和作用
定义
设计概算是化工设计过程中对建设项 目投资额的概略计算，是设计方案的 重要组成部分，用以衡量设计方案的 经济合理性和技术可行性。
作用
为项目投资决策提供依据，有助于确 定和控制建设项目的投资额，是设计 方案优化的重要参考因素。
设计概算的内容和编制方法
05
结论与展望
技术经济分析在化工设计中的重要性
01
化工设计是实现化工生产的关键环节，技术经济分析在化工设 计中占据重要地位。
02
通过技术经济分析，可以评估设计方案的技术可行性和经济合
理性，为决策提供科学依据。
技术经济分析有助于提高化工设计效率，降低投资风险，提升
03
企业经济效益。
未来化工设计的发展趋势和技术经济分析的挑战
化工设计的基本概念包括工艺流程设计、设备布置设计、管 道布置设计、自控设计、环保和安全设计等，这些设计相互 关联，共同构成了一个完整的化工生产系统。
化工设计的流程和内容
• 化工设计的流程一般包括初步设计、技术设计和施工图设计三个阶段。初步设 计阶段主要确定工艺流程、设备选型和布置、管道布置等；技术设计阶段主要 完成工艺流程图、设备图纸、管道图纸等详细图纸；施工图设计阶段则是对技 术设计的具体实施，包括设备安装图、管道安装图等。
技术经济分析的步骤和流程
1. 明确分析目的和范围
首先需要明确技术经济分析的目的和范围，确定分析的 重点和对象。
2. 收集数据和信息
收集与项目相关的技术、经济、环境和社会等方面的数 据和信息。
3. 建立分析模型
根据收集的数据和信息，建立适合的技术经济分析模型 。
4. 进行预测和分析
化工设计ppt
旁路调节原理图
容积泵的旁路调节原理图
容器的支撑与安装
大型搅拌釜的安装布置
流体的流动方向与管道布置
仪表位号的表示方法
连接物料管道的标注及画法
说明下列符号的意义
搜集资料的原则 工艺设计的准备工作 设计资料的来源 各种生产方法的技术经济比较
第2章 工艺流程设计
• 生产工艺流程设计的任务 • 工艺流程图的设计及绘制方法，学会流程图的绘 制方法，能读懂工艺流程图 • 设计流程时需要考虑的技术问题
（例如 离心泵的直接节流原理）
• • • •
流程图中化工设备、机器图例 流程图中管道及其附件图利（参见第6章） 流程图中常见阀门图例（参见第6章） 流程图中仪表、调节及执行机构图例（参见第6章）
• (在进行设备布置设计时，除考虑满足生产工艺要求外，还要考虑 其 便于安装、检修，保障安全生产等，请写出不少于12条的设备布置原 则)
第6章车间管路设计
• • • • • • 车间管路设计的内容 管道的两种分类方式及区别 管道的连接方式及其表达方法，两个特征参数 常见布置和安装的一般原则(进行管道布置设计，要考虑物
分，请详细说明其包括哪些过程及各个过程的工作内容。)
化工工艺设计项目(内容)
• • • • • • • • • • 生产方法的选择； 物料计算； 能量计算； 生产工艺流程设计； 设备设计与选择； 车间布置设计； 化工管道设计； 提出非工艺设计条件； 设计说明书的编写； 概算的编制。
• • • •
直接节流原理图
直接调节法：是在泵的出口管线上设 置调节阀，利用泵的开度变化调节流 量。简单易行，普遍采用，不适宜介 质正常流量低于泵的额定流量的30% 以下的场合
旁路调节法：是在泵的出 口旁路管线上设置调节阀， 使一部分液体从出口返回 到进口管线以调节出口流 量。 泵的总效率降低，优点是 调节阀直径较小，可用于 介质流量偏低的场合。
容积泵的旁路调节原理图
容器的支撑与安装
大型搅拌釜的安装布置
流体的流动方向与管道布置
仪表位号的表示方法
连接物料管道的标注及画法
说明下列符号的意义
搜集资料的原则 工艺设计的准备工作 设计资料的来源 各种生产方法的技术经济比较
第2章 工艺流程设计
• 生产工艺流程设计的任务 • 工艺流程图的设计及绘制方法，学会流程图的绘 制方法，能读懂工艺流程图 • 设计流程时需要考虑的技术问题
（例如 离心泵的直接节流原理）
• • • •
流程图中化工设备、机器图例 流程图中管道及其附件图利（参见第6章） 流程图中常见阀门图例（参见第6章） 流程图中仪表、调节及执行机构图例（参见第6章）
• (在进行设备布置设计时，除考虑满足生产工艺要求外，还要考虑 其 便于安装、检修，保障安全生产等，请写出不少于12条的设备布置原 则)
第6章车间管路设计
• • • • • • 车间管路设计的内容 管道的两种分类方式及区别 管道的连接方式及其表达方法，两个特征参数 常见布置和安装的一般原则(进行管道布置设计，要考虑物
分，请详细说明其包括哪些过程及各个过程的工作内容。)
化工工艺设计项目(内容)
• • • • • • • • • • 生产方法的选择； 物料计算； 能量计算； 生产工艺流程设计； 设备设计与选择； 车间布置设计； 化工管道设计； 提出非工艺设计条件； 设计说明书的编写； 概算的编制。
• • • •
直接节流原理图
直接调节法：是在泵的出口管线上设 置调节阀，利用泵的开度变化调节流 量。简单易行，普遍采用，不适宜介 质正常流量低于泵的额定流量的30% 以下的场合
旁路调节法：是在泵的出 口旁路管线上设置调节阀， 使一部分液体从出口返回 到进口管线以调节出口流 量。 泵的总效率降低，优点是 调节阀直径较小，可用于 介质流量偏低的场合。
化工原理第五章传热过程计算与换热器
5.4 传热效率和传热单元数
• 当传热系数K和比热cpc为常数时，积分上式可得
• 式中NTUc（Number of Transfer Unit）称为对冷流体而言的传热单 元数，Dtm为换热器的对数平均温差。
• 同理，以热流体为基准的传热单元数可表 示
• 在换热器中，传热单元数定义 为
5.4 传热效率和传热单元数
• 2．由选定的换热器型式计算传热系数K；
• 3．由规定的冷、热流体进出口温度计算参数e、CR； • 4．由计算的e、CR值确定NTU。由选定的流动排布型
式查取e—NTU算图。可能需由e—NTU关系反复计算 NTU；
• 5．计算所需的传热面积
。
5.5 换热器计算的设计型和操作型问题
• 例5-2 一列管式换热器中，苯在换热器的管内 流动，流量为1.25 kg/s，由80℃冷却至30℃； 冷却水在管间与苯呈逆流流动，冷却水进口温 度为20℃，出口温度不超过50℃。若已知换热 器的传热系数为470 W/（m2·℃），苯的平均 比热为1900 J/（kg·℃）。若忽略换热器的散 热损失，试分别采用对数平均温差法和传热效 率—传热单元数法计算所需要的传热面积。
• 如图5-4所示，按照冷、热流 体之间的相对流动方向，流体之 间作垂直交叉的流动，称为错流 ；如一流体只沿一个方向流动， 而另一流体反复地折流，使两侧 流体间并流和逆流交替出现，这
种情况称为简单折流。
•图 P2
•55
5.3 传热过程的平均温差计算
•通常采用图算法，分三步： •① 先按逆流计算对数平均温差Dtm逆； •② 求出平均温差校正系数φ；
•查图 φ
•③ 计算平均传热温差： • 平均温差校正系数 φ <1，这是由于在列管式换热器内增设了
化工设计概论与化工制图课件-第五章化工计算
非线性规划是优化计算的一种，它涉及到的是目标函数或约束条件至少有一个是非线性的问题。非线性规划问题 通常使用梯度法、牛顿法、拟牛顿法等算法求解。
动态规划与遗传算法
动态规划
动态规划是一种通过将问题分解为子问题并存储子问题的解来避免重复计算的技术。它通常用于解决 具有重叠子问题和最优子结构的问题，如最优化问题中的多阶段决策过程。
动力学分析
动力学分析研究反应速率与反应条件之间的关系，为优化反应条件和提高反应效率提供 依据。
05
化工优化计算
线性规划与非线性规划
线性规划
线性规划是一种数学优化技术，用于找到在一组约束条件下最大化或最小化一个线性目标函数的解。线性规划问 题可以通过使用单纯形法、分解算法、内点法等算法求解。
非线性规划
计算方法
传递过程计算通常采用传递函数和化学反应动力学等理论，通过建立 数学模型，对传递过程进行定量分析，以确定最佳的传递过程参数。
04
化工反应计算
反应速率与反应平衡常数
反应速率
反应速率是描述化学反应快慢的物理量，通常用单位时间内 反应物或生成物的浓度变化来表示。
反应平衡常数
反应平衡常数是化学反应达到平衡状态时各物质浓度的幂次 方之积，用于描述反应的平衡状态和反应进行的方向。
反应器尺寸与停留时间分布
反应器尺寸
反应器的尺寸决定了其能够容纳的物 料量和反应空间，是影响反应效率的 重要因素。
停留时间分布
停留时间分布描述了物料在反应器内 的停留时间，反映了物料在反应器内 的流动和混合状况。
反应器热力学与动力学分析
热力学分析
热力学分析主要研究反应过程中的能量转化和物质变化，为反应过程提供能量平衡和物 料平衡。
物料衡算通常采用质量守恒定律，通 过建立数学模型，对原料和产品进行 质量分析，以确定所需原料的数量。
动态规划与遗传算法
动态规划
动态规划是一种通过将问题分解为子问题并存储子问题的解来避免重复计算的技术。它通常用于解决 具有重叠子问题和最优子结构的问题，如最优化问题中的多阶段决策过程。
动力学分析
动力学分析研究反应速率与反应条件之间的关系，为优化反应条件和提高反应效率提供 依据。
05
化工优化计算
线性规划与非线性规划
线性规划
线性规划是一种数学优化技术，用于找到在一组约束条件下最大化或最小化一个线性目标函数的解。线性规划问 题可以通过使用单纯形法、分解算法、内点法等算法求解。
非线性规划
计算方法
传递过程计算通常采用传递函数和化学反应动力学等理论，通过建立 数学模型，对传递过程进行定量分析，以确定最佳的传递过程参数。
04
化工反应计算
反应速率与反应平衡常数
反应速率
反应速率是描述化学反应快慢的物理量，通常用单位时间内 反应物或生成物的浓度变化来表示。
反应平衡常数
反应平衡常数是化学反应达到平衡状态时各物质浓度的幂次 方之积，用于描述反应的平衡状态和反应进行的方向。
反应器尺寸与停留时间分布
反应器尺寸
反应器的尺寸决定了其能够容纳的物 料量和反应空间，是影响反应效率的 重要因素。
停留时间分布
停留时间分布描述了物料在反应器内 的停留时间，反映了物料在反应器内 的流动和混合状况。
反应器热力学与动力学分析
热力学分析
热力学分析主要研究反应过程中的能量转化和物质变化，为反应过程提供能量平衡和物 料平衡。
物料衡算通常采用质量守恒定律，通 过建立数学模型，对原料和产品进行 质量分析，以确定所需原料的数量。
化工设计 ppt课件
设计规范与标准流程
01
指导原则
02
化工设计应遵循一系列设计规范和标准流 程，以确保设计质量和效率。
03
这些规范和流程包括工艺流程设计、设备 布置、管道设计、安全设施设置等。
04
遵循规范和流程可以减少设计错误和漏洞 ，提高设计的可靠性和经济性。
工程伦理与职业操守
01 02 03 04
职业要求
化工设计工程师应具备高度的工程伦理和职业操守，以确保设计的公 正、安全和合法性。
特点
化工设计涉及多个学科领域，包括化学工程、机械工程、电 气工程、环境工程等，具有综合性、复杂性、创新性等特点 。
化工设计的重要性
保障生产安全
化工设计是化工生产的前提和 基础，其合理性和安全性直接 关系到生产过程的安全和稳定
。
提高生产效率
合理的化工设计能够优化生产 流程，降低能耗和物耗，提高 生产效率，降低生产成本。
防腐措施
根据介质腐蚀性、工作温度和压力等条件， 采取相应的防腐措施，如涂层防腐、衬里防
腐等。
设备强度与稳定性分析
要点一
强度计算
根据设备的工作压力、温度和介质特性，进行设备的强度 计算。
要点二
稳定性分析
分析设备在正常工作条件下的稳定性，以及在异常工况下 的安全性能。
设备制造与安装要求
制造要求
根据设备的设计图纸和技术要求，制定合理的制造工艺 和质量控制标准。
总结词
可靠性、稳定性
详细描述
该制药厂的管道系统设计注重可靠性和稳定性。通过合理的管道布置和材料选择，确保了管道系统的长期稳定运 行。同时，采用自动化监测和控制系统，提高了管道系统的可靠性和安全性，减少了药品生产过程中的污染和交 叉污染风险。
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△U=∑U出－∑U入＝∑Q
3)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)
2020/9/27
14
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:100kg kg/h。 6)列出输入--输出热平衡表
设计概论与化工制图
2020/9/27
1
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、
1、厂址选择 2、总平面设计 3、工艺设计
验收
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
2020/9/27
18
*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
物体与环境之间由于矢量位移而引起传递的
能量。 2020/9/27
12
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
H K ZQ W
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
2020/9/27
2
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,
2020/9/27
11
一、能量的形式和概念 1、动能（K）
k 1 mv 2 2
表示物体作相对于环境运动所具有的能量。
2、势能（Z） z mgh
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）
18 .5 % 乙醇 74 .1 % 苯 7.4% 水
14 .5 % 乙醇 84 .5 % 苯 1% 水
99 .9 %乙醇 0.1% 水 100 吨
53 % 乙醇 11 % 苯 36 % 水
40.5%乙醇 59.5%苯
5%乙醇 95 % 水
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8
设:x=苯的输入量;y= 95％乙醇输入量;z= 5％ 乙醇输出量。
伯努利方程式 12ub2pLw0
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pgz12ub2 C
13
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) ：
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
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5
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:100kg kg/h。 5、列出输入--输出物料平衡表：
表面张力。压力对气体在液体中的溶解度有
很大影响。 2020/9/27
3
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
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6
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。
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7
例5-1
95 %乙醇 5%水
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15
3、有关热数据的计算
1)焓:恒压时
H
T2 T1
C
P
dT
系统中物质相变时
H
H 潜
T2 T1
C
P
dT
2)真实热容与平均热容
CP abTcT2 dT3
CP
H T2 T1
T2 (abTcT2)dT
T1
T2 T1
2020/9/27
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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:
Ln
p2 p1
RHT11 T12
5)反应热 由标准生成热 由标准燃烧热
H
0 f
H
0 c
计算反应热 计算反应热
H
0 r
H
0 r
。 。
202由0/9/27键能估算反应热。
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* 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 = 79.2 J/mol.℃
为零。 2020/9/27
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95﹪乙醇 ----------------------------------
合计
输入
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输出
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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。
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) + 0z
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
3)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)
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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:100kg kg/h。 6)列出输入--输出热平衡表
设计概论与化工制图
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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、
1、厂址选择 2、总平面设计 3、工艺设计
验收
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
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*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
物体与环境之间由于矢量位移而引起传递的
能量。 2020/9/27
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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
H K ZQ W
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
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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,
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一、能量的形式和概念 1、动能（K）
k 1 mv 2 2
表示物体作相对于环境运动所具有的能量。
2、势能（Z） z mgh
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）
18 .5 % 乙醇 74 .1 % 苯 7.4% 水
14 .5 % 乙醇 84 .5 % 苯 1% 水
99 .9 %乙醇 0.1% 水 100 吨
53 % 乙醇 11 % 苯 36 % 水
40.5%乙醇 59.5%苯
5%乙醇 95 % 水
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设:x=苯的输入量;y= 95％乙醇输入量;z= 5％ 乙醇输出量。
伯努利方程式 12ub2pLw0
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pgz12ub2 C
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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) ：
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
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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:100kg kg/h。 5、列出输入--输出物料平衡表：
表面张力。压力对气体在液体中的溶解度有
很大影响。 2020/9/27
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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
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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。
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例5-1
95 %乙醇 5%水
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3、有关热数据的计算
1)焓:恒压时
H
T2 T1
C
P
dT
系统中物质相变时
H
H 潜
T2 T1
C
P
dT
2)真实热容与平均热容
CP abTcT2 dT3
CP
H T2 T1
T2 (abTcT2)dT
T1
T2 T1
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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:
Ln
p2 p1
RHT11 T12
5)反应热 由标准生成热 由标准燃烧热
H
0 f
H
0 c
计算反应热 计算反应热
H
0 r
H
0 r
。 。
202由0/9/27键能估算反应热。
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* 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 = 79.2 J/mol.℃
为零。 2020/9/27
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95﹪乙醇 ----------------------------------
合计
输入
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输出
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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。
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) + 0z
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