工艺设计第4章 物料衡算.ppt

2018/10/15,1,第4章 物料衡算,4.1 重要物性数据的获取 4.2 单位换算 4.3 物料衡算的意义和作用 4.4 物料衡算式,2018/10/15,2,4.1 重要物性数据的获取,“化工基础数据” ，由物料本身的物理化学性质所决定，又称“物化数据”或“物性数据” （1）从各种手册、文献中直接获取 （2）通过实验直接测定数据 （3）利用理论分析建立的公式进行计算 （4）利用经验和半经验的公式计算 （5）应用计算机储存、检索和推算物性数据,,2018/10/15,3,4.2 单位换算,P471附录1的附表1-2,,2018/10/15,4,4.3 物料衡算的意义和作用,意义：指导生产过程；能量衡算的基础 概念：对物料平衡进行的计算称为物料衡算 内容：对每股物料进行分析和定量计算，以确定它们的数量、组成和相互转移或转化的定量关系 依据：物质质量守恒定律 范围：已有生产设备或装置；设计新设备或装置2018/10/15,5,4.3 物料衡算的意义和作用,分类：单元操作（或单个设备）；全流程连续操作；间歇操作复杂化工过程,,2018/10/15,6,4.4 氯乙烯聚合,11.4.1 氯乙烯聚合方法 11.4.2 氯乙烯悬浮聚合 11.4.3 本体聚合 11.4.3 乳液聚合和微悬浮聚合,,2018/10/15,7,4.4 物料衡算式,4.4.1 化工过程的类型 （1）间歇操作 原料一次加入、一次取出 设备中反应物和产物浓度均随时间而变化 批量生产 （2）连续操作 原料连续不断稳定地流过生产装置，进出物料是相等 生产装置(设备)内各部分的组成与条件均不随时间而变化 大规模生产,2018/10/15,8,4.4 物料衡算式,（3）半连续操作过程（半间歇过程） 操作时物料一次输入或分批输入，出料是连续的； 连续地将物料输入设备，而在操作一定时间后一次出料或分批出料。

（4）稳定状态操作过程 在整个化工过程中装置的某一部位所有的操作条件(如温度、压力、物料量及其组成等)不随时间而变(或除少数条件发生轻微波动，大部分条件保持稳定)的生产过程2018/10/15,9,4.4 物料衡算式,（5）称非稳态操作 生产过程中装置的某一部位的操作条件随时间而不断变化的，称为不稳定状态操作过程，或称非稳态操作 间歇过程及半连续过程：不稳定状态操作 连续过程正常操作期间，稳定状态操作；开车、停车或操作条件发生变化和操作出现故障：不稳定状态操作2018/10/15,10,4.4 物料衡算式,4.4.2 物料衡算式 物料衡算是以设备以及由它们构成的各种系统作为研究对象 体系：作为研究对象的特定空间和物质体系有边界 环境：在边界之外和体系有关的空间、物质 体系和环境之间的相互作用：质量交换；能量交换 封闭体系：与环境无质量交换的体系 敞开体系：与环境有质量交换的体系2018/10/15,11,4.4 物料衡算式,4.4.2.1物料平衡式 据质量守恒定律：封闭体系，质量都是一定的敞开体系，进入体系的质量和离开体系的质量差额应等于体系内部积累的质量 （1）总质量平衡式 敞开体系：,,,,2018/10/15,12,4.4 物料衡算式,,S股进料物流和出料物流,,,正常的化工生产可看作稳定连续流动过程,△M=0,,,,,2018/10/15,13,4.4 物料衡算式,（2）组分平衡式 物理过程中，体系各组分的质量和摩尔数都是守恒的。

化学反应过程中：体系内不发生化学反应的惰性组分的质量和摩尔数也守恒 遵循质量平衡和摩尔平衡 组分质量平衡式为：,,,,2018/10/15,14,4.4 物料衡算式,组分的摩尔平衡式,,参与化学反应的组分，用摩尔平衡来表示参与反应的各组分的平衡组分j在体系中的变化速率，mol/s,产物,正值,反应物,负值,惰性物质,零,2018/10/15,15,4.4 物料衡算式,（3）元素平衡式 元素的质量平衡和元素的摩尔数平衡,,,,,,,,2018/10/15,16,4.4 物料衡算式,（4）物料平衡式的特点 流量变量为齐次方程 （5）独立物料平衡式数 4.2.2.2 自由度分析 （1）变量数 变量包括物流变量和过程变量 物流变量是指物流的流量和表示物流性质的变量，例如各组分的浓度 过程变量是和体系所进行的过程有关的变量与设备有关的过程变量称为设备限制参数2018/10/15,17,4.4 物料衡算式,一股含有C个组分的物流，变量包括：1个流量、C个浓度，共有(C+1)个变量 S股物流，有s(C+1)个变量 设过程变量有ŃP个，则总变量数为： NV = s(C+1) + ŃP 仅适用于每一股物流中都含有全部组分。

（2）方程式数 方程式包括：物料平衡式、浓度限制关系和过程限制关系式2018/10/15,18,4.4 物料衡算式,浓度限制关系式是指每股物流的各组分的浓度之和等于1 过程限制关系式包括：物理平衡和化学平衡的关系式化学反应的转化率、分离设备效率的关系式某物流中缺少某组分，则该组分在该物流中的浓度等于零组分浓度成比例或物流流量成比例分流器将一股物流分成组分浓度相同的S物流，每股物流有C个组分，则分流器的过程限制关系式数为S(C-1)个2018/10/15,19,4.4 物料衡算式,方程式总数：Ne=C + S + NP （3）自由度Nd Nd=NV-Ne Nd= s(C-1) + ŃP- NP ŃP=NP时：Nd= s(C-1) （4）复杂化工过程的自由度分析 全过程自由度分析,,2018/10/15,20,4.5 物料衡算的方法和步骤,步骤： （1）画出物料衡算流程示意图 （2）列出化学反应式 （3）确定计算项目 （4）收集和整理有关资料 （5）选准计算基准 （6）进行计算 （7）整理和校核计算结果列出物料衡算表,,2018/10/15,21,4.6 物料衡算的方法和步骤,,2018/10/15,22,4.5 物料衡算的方法和步骤,,,2018/10/15,23,4.4 物料衡算式,,2018/10/15,24,4.4 物料衡算式,,2018/10/15,25,4.4 物料衡算式,,,2018/10/15,26,,化学工程手册. 《化学工程手册》编辑委员会. 北京：化学工业出版社. 1980 化工工艺设计手册. 国家医药管理局上海医药设计院编. 北京：化学工业出版社. 1986 氮肥工艺设计手册. 中国寰球化学工程公司主编. 北京：化学工业出版社. 1989,,2018/10/15,27,,,,2018/10/15,28,,,,2018/10/15,29,,,,2018/10/15,30,,,,2018/10/15,31,,,,2018/10/15,32,,,,2018/10/15,33,,,,2018/10/15,34,,,,2018/10/15,35,,,,2018/10/15,36,,,,2018/10/15,37,,,,2018/10/15,38,,,,2018/10/15,39,,,,2018/10/15,40,,,,2018/10/15,41,,,,2018/10/15,42,,,,2018/10/15,43,,,,。