物料衡算與能量衡算

1、第第3 3章章 物料衡算與能量衡算物料衡算與能量衡算1化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 化工計算以及化工工藝和設(shè)備設(shè)計中，化工計算以及化工工藝和設(shè)備設(shè)計中，要用到有關(guān)化合物的物性數(shù)據(jù)。例如，進(jìn)行要用到有關(guān)化合物的物性數(shù)據(jù)。例如，進(jìn)行化工過程物料與能量衡算時，需要用到密度化工過程物料與能量衡算時，需要用到密度或比容、沸點、蒸汽壓、焓、熱容及生成熱或比容、沸點、蒸汽壓、焓、熱容及生成熱等等的物性數(shù)據(jù)；設(shè)計一個反應(yīng)器時，則需等等的物性數(shù)據(jù)；設(shè)計一個反應(yīng)器時，則需要知道化學(xué)反應(yīng)熱的數(shù)據(jù)；計算傳熱過程時，要知道化學(xué)反應(yīng)熱的數(shù)據(jù)；計算傳熱過程時，需要導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)據(jù)等等。需要導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)據(jù)等等。 化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：物化

2、數(shù)據(jù)或物性數(shù)據(jù) 2l基本物性數(shù)據(jù)基本物性數(shù)據(jù)如臨界常數(shù)（臨界壓力、臨界如臨界常數(shù)（臨界壓力、臨界溫度、臨界體積）、密度或比容、狀態(tài)方程參溫度、臨界體積）、密度或比容、狀態(tài)方程參數(shù)、壓縮系數(shù)、蒸氣壓、氣一液平衡關(guān)系等。數(shù)、壓縮系數(shù)、蒸氣壓、氣一液平衡關(guān)系等。l熱力學(xué)物性數(shù)據(jù)熱力學(xué)物性數(shù)據(jù)如內(nèi)能、焓、熵、熱容、相如內(nèi)能、焓、熵、熱容、相變熱、自由能、自由焓等。變熱、自由能、自由焓等。l化學(xué)反應(yīng)和熱化學(xué)數(shù)據(jù)化學(xué)反應(yīng)和熱化學(xué)數(shù)據(jù)如反應(yīng)熱、生成熱、如反應(yīng)熱、生成熱、燃燒熱、反應(yīng)速度常數(shù)、活化能，化學(xué)平衡常燃燒熱、反應(yīng)速度常數(shù)、活化能，化學(xué)平衡常數(shù)等。數(shù)等。l傳遞參數(shù)傳遞參數(shù)如粘度、擴(kuò)散系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)等。

3、如粘度、擴(kuò)散系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)等。分類分類3物料衡算與能量衡算的概念物料衡算與能量衡算的概念l物料衡算：物料衡算：運用質(zhì)量守恒定律，對生產(chǎn)過程或運用質(zhì)量守恒定律，對生產(chǎn)過程或設(shè)備的物料平衡進(jìn)行定量的計算，計算出各股設(shè)備的物料平衡進(jìn)行定量的計算，計算出各股物流輸入或輸出的量及組分等，稱之為物料衡物流輸入或輸出的量及組分等，稱之為物料衡算。算。p能量衡算：能量衡算：以熱力學(xué)第一定律為依據(jù)，對生產(chǎn)以熱力學(xué)第一定律為依據(jù)，對生產(chǎn)過程或設(shè)備的能量平衡進(jìn)行定量的計算，計算過程或設(shè)備的能量平衡進(jìn)行定量的計算，計算過程中要供給或移走的能量，稱之為能量衡算。過程中要供給或移走的能量，稱之為能量衡算。能量是熱能、電能

4、、化學(xué)能、動能、輻射能的能量是熱能、電能、化學(xué)能、動能、輻射能的總稱?；どa(chǎn)中最常用的能量形式為熱能，總稱?；どa(chǎn)中最常用的能量形式為熱能，故化工設(shè)計中經(jīng)常把能量計算稱為故化工設(shè)計中經(jīng)常把能量計算稱為熱量計算熱量計算。4物料衡算的質(zhì)量守恒物料衡算的質(zhì)量守恒進(jìn)入系統(tǒng)的質(zhì)量流量進(jìn)入系統(tǒng)的質(zhì)量流量排出系統(tǒng)的質(zhì)量流量排出系統(tǒng)的質(zhì)量流量= =系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量的累積系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量的累積穩(wěn)態(tài)過程穩(wěn)態(tài)過程 進(jìn)入系統(tǒng)的質(zhì)量流量進(jìn)入系統(tǒng)的質(zhì)量流量= =排出系統(tǒng)的質(zhì)量流量排出系統(tǒng)的質(zhì)量流量3.1 3.1 物料衡算基本方法物料衡算基本方法物料衡算的原理物料衡算的原理5物料衡算的目的物料衡算的目的 1. 1.確定原料的消耗量

5、、副產(chǎn)品量以及輸出過程物確定原料的消耗量、副產(chǎn)品量以及輸出過程物料的損耗量及三廢生成量，判斷是否達(dá)到設(shè)計料的損耗量及三廢生成量，判斷是否達(dá)到設(shè)計要求（產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)）。要求（產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)）。2. 2.作為熱量計算的依據(jù)。作為熱量計算的依據(jù)。3. 3.根據(jù)計算結(jié)果繪出物流圖，可進(jìn)行管路設(shè)計及根據(jù)計算結(jié)果繪出物流圖，可進(jìn)行管路設(shè)計及材質(zhì)選擇，儀表及自控設(shè)計、對生產(chǎn)設(shè)備和輔材質(zhì)選擇，儀表及自控設(shè)計、對生產(chǎn)設(shè)備和輔助設(shè)備進(jìn)行選型或設(shè)計。助設(shè)備進(jìn)行選型或設(shè)計。6 （1 1）設(shè)計任務(wù)書）設(shè)計任務(wù)書 （2 2）建設(shè)單位或研究單位所提供的數(shù)據(jù)）建設(shè)單位或研究單位所提供的數(shù)據(jù) （3 3）工藝流程示意圖

6、）工藝流程示意圖物料衡算的依據(jù)物料衡算的依據(jù)7l時間基準(zhǔn)時間基準(zhǔn)：對連續(xù)穩(wěn)定過程，用單位時間的物：對連續(xù)穩(wěn)定過程，用單位時間的物料量作基準(zhǔn)。料量作基準(zhǔn)。l質(zhì)量基準(zhǔn)質(zhì)量基準(zhǔn)：固體或液體物料，選用單位質(zhì)量為：固體或液體物料，選用單位質(zhì)量為基準(zhǔn)；基準(zhǔn)；l當(dāng)量基準(zhǔn)當(dāng)量基準(zhǔn)：對化學(xué)反應(yīng)過程，選用：對化學(xué)反應(yīng)過程，選用kmolkmol，因為，因為反應(yīng)為等當(dāng)量反應(yīng)。反應(yīng)為等當(dāng)量反應(yīng)。l體積基準(zhǔn)體積基準(zhǔn)：氣體物料，選用：氣體物料，選用m m3 3（STPSTP），因它），因它不隨不隨T T、P P變化。變化。l干濕基準(zhǔn)干濕基準(zhǔn)：對含水分的物料，選干基（不計水：對含水分的物料，選干基（不計水分），即水分變化時選

7、干基。分），即水分變化時選干基。物料衡算的基準(zhǔn)物料衡算的基準(zhǔn)81. 1.確定衡算的對象、體系與環(huán)境，并畫出確定衡算的對象、體系與環(huán)境，并畫出計算對象的草圖。計算對象的草圖。包括包括求解系統(tǒng)、衡算范圍、衡算邊界求解系統(tǒng)、衡算范圍、衡算邊界 物料衡算程序物料衡算程序產(chǎn)品產(chǎn)品副產(chǎn)物副產(chǎn)物或或殘殘渣渣進(jìn)進(jìn)料料旁路旁路分離系統(tǒng)分離系統(tǒng)反應(yīng)器反應(yīng)器循環(huán)流循環(huán)流放空放空92. 2.確定計算任務(wù)；確定計算任務(wù)；3. 3.確定過程所涉及的組分；確定過程所涉及的組分；4. 4.對物流流股進(jìn)行編號，并標(biāo)注物流變量；對物流流股進(jìn)行編號，并標(biāo)注物流變量；5. 5.收集數(shù)據(jù)資料：收集數(shù)據(jù)資料：一類為設(shè)計任務(wù)所規(guī)定的已知條

8、件；一類為設(shè)計任務(wù)所規(guī)定的已知條件；一類為與過程有關(guān)的物理化學(xué)參數(shù)。一類為與過程有關(guān)的物理化學(xué)參數(shù)。106. 6.列出物料衡算方程列出物料衡算方程0()()iprFFDDW0()()0iprFFDD0()iFFW=-+-進(jìn)入衡算單元的物料量Fi衡算單元內(nèi)積累的物料量W在衡算單元內(nèi)消耗的物料量Dr在衡算單元內(nèi)生成的物料量Dp流出衡算單元的物料量Fo0io(FF )a a）穩(wěn)定操作過程（即穩(wěn)流過程）：）穩(wěn)定操作過程（即穩(wěn)流過程）：b b）系統(tǒng)內(nèi)無化學(xué)反應(yīng)：）系統(tǒng)內(nèi)無化學(xué)反應(yīng)：c c）系統(tǒng)內(nèi)無化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定操作過程：）系統(tǒng)內(nèi)無化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定操作過程：0()0iFF11 無反應(yīng)過程指無反應(yīng)過程指流體輸

9、送、粉碎、換熱、混合、流體輸送、粉碎、換熱、混合、分離分離（吸收、精餾、萃取、結(jié)晶、過濾、蒸發(fā)、閃（吸收、精餾、萃取、結(jié)晶、過濾、蒸發(fā)、閃蒸、提濃、脫水、增濕、干燥）等化工單元操作。蒸、提濃、脫水、增濕、干燥）等化工單元操作。3.1.2 3.1.2 物料衡算舉例物料衡算舉例無反應(yīng)過程的物料衡算無反應(yīng)過程的物料衡算12例例3.1 3.1 從氣體中回收丙酮的裝置從氣體中回收丙酮的裝置進(jìn)入系統(tǒng)的物流為兩個，離開系統(tǒng)的物流為三個，進(jìn)入系統(tǒng)的物流為兩個，離開系統(tǒng)的物流為三個，其中一個已知物流量，四個物流是未知的。其中一個已知物流量，四個物流是未知的?？闪谐隹偽锪掀胶馐剑嚎闪谐隹偽锪掀胶馐剑?各組分平衡式

10、：各組分平衡式：丙酮：丙酮： 水：水： 空氣空氣 ：但這但這 4 4個方程式只有個方程式只有3 3個是獨立，因此需個是獨立，因此需1 1個設(shè)計變量。個設(shè)計變量。23451200FFFF物料衡算程序物料衡算程序4512000.010.95FF2450.02950.990.05FFF230.9705FF13有反應(yīng)過程的物料衡算有反應(yīng)過程的物料衡算 S S O O2 2 ( (空氣空氣) SO) SO2 2COCOH H2 2O (g) HO (g) H2 2COCO2 2CHCH3 3OH OH 1/2 O1/2 O2 2 ( (空氣空氣) HCHO) HCHOH H2 2OO 14 轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率

11、某一反應(yīng)物的某一反應(yīng)物的反應(yīng)量反應(yīng)量該反應(yīng)物的該反應(yīng)物的輸入量輸入量100%xA = =(2) (2) 選擇性選擇性 主產(chǎn)物主產(chǎn)物生成量折成原料量生成量折成原料量反應(yīng)反應(yīng)消耗的原料量消耗的原料量100%= =3.2 3.2 反應(yīng)過程的物料衡算反應(yīng)過程的物料衡算15產(chǎn)物的產(chǎn)物的實際實際產(chǎn)量產(chǎn)量按原料計算得按原料計算得理論理論產(chǎn)量產(chǎn)量100%= =(3) (3) 收率收率 收率收率= =轉(zhuǎn)化率選擇性轉(zhuǎn)化率選擇性即即 =x 轉(zhuǎn)化率、選擇性和收率之間的關(guān)系：轉(zhuǎn)化率、選擇性和收率之間的關(guān)系：16（4 4）限制組分）限制組分較昂貴的反應(yīng)物全部反應(yīng)，較昂貴的反應(yīng)物全部反應(yīng)，較難得或要嚴(yán)格控制的反應(yīng)物應(yīng)充分利

12、用較難得或要嚴(yán)格控制的反應(yīng)物應(yīng)充分利用（5 5）過量組分）過量組分價格低廉、易得的反應(yīng)物過價格低廉、易得的反應(yīng)物過量量 在反應(yīng)過程中，在數(shù)量上以最小化學(xué)計量在反應(yīng)過程中，在數(shù)量上以最小化學(xué)計量系數(shù)存在的組分稱為系數(shù)存在的組分稱為限制組分限制組分。在數(shù)量上超過。在數(shù)量上超過完全反應(yīng)所需理論量的組分稱為完全反應(yīng)所需理論量的組分稱為過量組分過量組分。17例：原料氣中有例：原料氣中有CO 1mol，H2O(g) 2mol，進(jìn)行變換反應(yīng)：，進(jìn)行變換反應(yīng)： COH2O (g) H2CO2 用反應(yīng)物的實際摩爾量除以用反應(yīng)物的實際摩爾量除以各自對應(yīng)組分的反應(yīng)計量系數(shù)，此值最小者即為限制組分，各自對應(yīng)組分的反應(yīng)

13、計量系數(shù)，此值最小者即為限制組分，其余為過量組分。其余為過量組分。所以，所以，COCO是限制組分，是限制組分，H H2 2O(g)O(g)是過量組分。是過量組分。 過量百分?jǐn)?shù)過量百分?jǐn)?shù)：過量組分超過理論量的那部分占：過量組分超過理論量的那部分占理論量的百分?jǐn)?shù)。理論量的百分?jǐn)?shù)。 設(shè)：設(shè)： Nf 為過量組分的實際用量（質(zhì)量或為過量組分的實際用量（質(zhì)量或mol量）量） Nt 為過量組分的理論用量（質(zhì)量或為過量組分的理論用量（質(zhì)量或mol量）量） 則：則： 過量過量% = (Nf Nt ) / Nt 100% 如上例：如上例： H2O(g)過量過量%=(2-1)/1100%=100% 1()11mol

14、CO 22()( )21molH O g 18 幾種衡算方法幾種衡算方法 直接推算法直接推算法 原子衡算法原子衡算法 平衡常數(shù)法平衡常數(shù)法 聯(lián)系組分法聯(lián)系組分法 帶有循環(huán)、放空及旁路的物料平衡帶有循環(huán)、放空及旁路的物料平衡進(jìn)出物料進(jìn)出物料的總質(zhì)量的總質(zhì)量進(jìn)出物料進(jìn)出物料中反應(yīng)組分中反應(yīng)組分的質(zhì)量的質(zhì)量進(jìn)出物料進(jìn)出物料中惰性組分中惰性組分的質(zhì)量的質(zhì)量進(jìn)出物料進(jìn)出物料中各元素的中各元素的質(zhì)量質(zhì)量無反應(yīng)無反應(yīng)過程過程相等相等相等相等相等相等相等相等有反應(yīng)有反應(yīng)過程過程相等相等不相等不相等相等相等相等相等19例例3-1 3-1 年產(chǎn)年產(chǎn)10000t10000t苯乙烯工段物料衡算（苯乙烯工段物料衡算（直

15、接推算法直接推算法） 乙苯原料與乙苯原料與水蒸氣質(zhì)量水蒸氣質(zhì)量比比1:1.51:1.5原料含量原料含量2%2%年工作時間年工作時間8000h8000h 焦油選擇性焦油選擇性2%2%收率收率40% 40% 選擇性選擇性90%90%（1 1）畫出流程示意圖，確定計算范圍。）畫出流程示意圖，確定計算范圍。 反應(yīng)器反應(yīng)器C6H5C2H5C6H5CH3、H2OC6H5C2H3、C6H6、C6H5CH3H2O、CH4、C、 C2H4、 H2選擇性選擇性3%3%選擇性選擇性5%5%20lC6H5C2H5 C6H5C2H3 + H2 (1)lC6H5C2H5 + H2 C6H5CH3 + CH4 (2)lC6

16、H5C2H5 C2H4 + C6H6 (3)lC6H5C2H5 7C + 3H2 + CH4 (4)選選1000kg/h乙苯原料為計算基準(zhǔn)乙苯原料為計算基準(zhǔn)表表3-1 各物料的摩爾質(zhì)量各物料的摩爾質(zhì)量（2 2）列出全部獨立物料平衡方程式及相關(guān)數(shù)據(jù)）列出全部獨立物料平衡方程式及相關(guān)數(shù)據(jù)21 純乙苯純乙苯 1000kg/h98%=980kg/h，9.245kmol/h； 甲苯甲苯 1000kg/h2%=20kg/h，即，即0.217kmol/h； 蒸汽量蒸汽量 980kg/h1.5=1470kg/h，即，即81.667kmol/h； 乙苯轉(zhuǎn)化率乙苯轉(zhuǎn)化率 0.4/0.9=0.4444； 參加反應(yīng)的

17、乙苯量參加反應(yīng)的乙苯量 980kg/h0.4444=435.11kg/h， 即即4.109kmol/h；（3 3）計算各項物料流量）計算各項物料流量22產(chǎn)物中各組分情況如下：產(chǎn)物中各組分情況如下： 未反應(yīng)的乙苯未反應(yīng)的乙苯 （980-435.11）kg/h=544.89kg/h,即即5.140kg/h; 生成苯乙烯生成苯乙烯 4.109kmol/h90%=3.698kmol/h,即即384.60kg/h;由各物質(zhì)的選擇性，有由各物質(zhì)的選擇性，有 輸出的甲苯輸出的甲苯 4.109kmol/h5%+0.217kmol/h=0.423kmol/h, 即即38.92kg/h; 生成的苯生成的苯 4.1

18、09kmol/h3%=0.123kmol/h,即即9.60kg/h; 生成的乙烯生成的乙烯 4.109kmol/h3%=0.123kmol/h ,即即3.44kg/h; 生成的碳生成的碳 4.109kmol/h2%7=0.575kmol/h ,即即6.9kg/h; 23生成的甲烷生成的甲烷 4.109kmol/h(5%+2%)=0.288kmol/h , 即即4.61kg/h;輸出的氫輸出的氫 4.109kmol/h(90%-5%+2%3)=3.739kmol/h , 即即7.48kg/h;輸出水輸出水=輸入水（不參與反應(yīng)輸入水（不參與反應(yīng))1470kg/h;實際每小時要求苯乙烯產(chǎn)量實際每小時

19、要求苯乙烯產(chǎn)量 100001000kg/8000h=1250kg/h;比例系數(shù)比例系數(shù) 1250/384.60=3.25。24表表3-2 乙苯脫氫反應(yīng)器物料衡算數(shù)據(jù)乙苯脫氫反應(yīng)器物料衡算數(shù)據(jù)25例例3-2 3-2 碳酸鈉溶液苛化物料衡算（碳酸鈉溶液苛化物料衡算（原子平衡法原子平衡法）苛化反應(yīng)器苛化反應(yīng)器CaCO3CaOCa(OH)2x/Wy/Wz/WFNaOH 0.59%Na2CO3 14.88%H2O 84.53%CaCO3 13.48%Ca(OH)2 0.28%NaOH 0.61%Na2CO3 10.36%H2O 75.27%問：每問：每100kg苛化液需加石灰和碳酸鈉溶液的質(zhì)量苛化液需加

20、石灰和碳酸鈉溶液的質(zhì)量 以及石灰的組成以及石灰的組成解：設(shè)碳酸鈉溶液質(zhì)量為解：設(shè)碳酸鈉溶液質(zhì)量為F(kg)，石灰的質(zhì)量為，石灰的質(zhì)量為W(kg)。 設(shè)石灰中設(shè)石灰中CaCO3、CaO、Ca(OH)2質(zhì)量分別為質(zhì)量分別為x、y、z基準(zhǔn)：基準(zhǔn)：100kg苛化液苛化液26表表3-3 各種物料質(zhì)量和物質(zhì)的量計算結(jié)果各種物料質(zhì)量和物質(zhì)的量計算結(jié)果27Na平衡：平衡：0.000148F+0.001404F2=（0.005752+0.2590）kmolC平衡：平衡：0.001404F+ =（0.1348+0.00575）kmolCa平衡：平衡： + + =（0.1348+0.00378）kmol100 /x

21、g mol列出元素平衡式列出元素平衡式100/xg mol已知：已知： F+W=100kg/mol， W=x+y+z解得：解得：F=91.51kg，W=8.49kg x=1.197kg，y=6.435kg，z=0.858kg100/xg mol100/xg mol56/yg mol74/zg mol28表表3-4 計算結(jié)果匯總計算結(jié)果匯總 所以，每所以，每100kg苛化液需加入石灰苛化液需加入石灰8.49kg到到91.51kg碳酸鈉碳酸鈉溶液中，石灰組成見表溶液中，石灰組成見表3-4；每；每100kg苛化液需原堿液苛化液需原堿液91.51kg。29例例3-3 合成甲醇的物料衡算（合成甲醇的物料

22、衡算（平衡常數(shù)法平衡常數(shù)法） cdabCDKAB 當(dāng)正、負(fù)反應(yīng)速率相等時，反應(yīng)達(dá)到當(dāng)正、負(fù)反應(yīng)速率相等時，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡化學(xué)平衡，此時狀態(tài)，此時狀態(tài)為為恒溫、恒壓且反應(yīng)物濃度不變恒溫、恒壓且反應(yīng)物濃度不變。對反應(yīng)。對反應(yīng) aA+bB=cC+dD，平衡時平衡時平衡常數(shù)為平衡常數(shù)為已知：已知：原料氣中原料氣中H2與與CO摩爾比為摩爾比為4.5:1，惰性組分，惰性組分I含量為含量為13.8%，壓力為，壓力為30MPa，溫度為，溫度為365，平衡常數(shù)，平衡常數(shù)Kp=2.50510-3MPa-2。問：出口氣體組成。問：出口氣體組成。232COHCH OH 化學(xué)反應(yīng)平衡方程式化學(xué)反應(yīng)平衡方程式I=0.1

23、38molCO=(1-0.138)/5.5=0.1567molH2 =(1-0.138)4.5/5.5=0.7053mol解：設(shè)進(jìn)料為解：設(shè)進(jìn)料為1mol30基準(zhǔn)基準(zhǔn)：1mol原料氣原料氣設(shè)設(shè)轉(zhuǎn)化率為轉(zhuǎn)化率為x，則出口氣體組成為：，則出口氣體組成為：CO: 0.1567(1-x) I： 0.138H2： 0.7053-20.1567x ：1-0.3134xCH3OH: 0.1567x0.1567 1301 0.3134xp COx計算計算出口氣體各組分分壓：出口氣體各組分分壓：20.70532 0.1567301 0.3134xp Hx 30.1567301 0.3134xp CH OHxCO

24、:H2:CH3OH:3132220.1567301 0.31340.1567 10.70532 0.156730301 0.31341 0.3134xp CH OHxKpp CO pHxxxx 32.505 10代入平衡常數(shù)分壓表達(dá)式：代入平衡常數(shù)分壓表達(dá)式：解得解得：x=0.4876。則出口氣體組成為：。則出口氣體組成為： CO:0.0803mol； H2：0.5525mol；CH3OH:0.0764mol； I：0.138mol。各組分摩爾分?jǐn)?shù)為：各組分摩爾分?jǐn)?shù)為： CO:0.0948； H2：0.6521；CH3OH:0.0902； I：0.1629。32帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算帶循環(huán)

25、和旁路過程的物料衡算 典型的具有循環(huán)和旁路過程的物料流程圖：典型的具有循環(huán)和旁路過程的物料流程圖： 例：例： v 精餾塔塔頂?shù)幕亓骶s塔塔頂?shù)幕亓鱲 過濾結(jié)晶過程濾液的返回過濾結(jié)晶過程濾液的返回 v 氨合成中未反應(yīng)的原料氣再循環(huán)氨合成中未反應(yīng)的原料氣再循環(huán)衡算特點衡算特點：循環(huán)量未知，不能按順序單元依次計算循環(huán)量未知，不能按順序單元依次計算 衡算方法：衡算方法：（1 1）代數(shù)法；）代數(shù)法； （2 2）試差法）試差法 反應(yīng)器分離器排放物料 W分離物料 S循環(huán)物料 R新鮮物料F分離產(chǎn)物 P反應(yīng)后混合物RP混合料MF33l 試差法又稱試差法又稱迭代法迭代法，就是先假設(shè)一估算值（稱老估算，就是先假設(shè)一

26、估算值（稱老估算值），然后按順序模塊值），然后按順序模塊逐個依次衡算逐個依次衡算出一個結(jié)果（稱出一個結(jié)果（稱為新估算值），如果：為新估算值），如果： 則計算結(jié)果符合要求，否則，需重新假設(shè)則計算結(jié)果符合要求，否則，需重新假設(shè)“老估算老估算值值”進(jìn)行計算，直到進(jìn)行計算，直到滿足容許誤差為止?jié)M足容許誤差為止。相對誤差相對誤差 =計算結(jié)果老估算值計算結(jié)果老估算值計算結(jié)果計算結(jié)果容許誤差容許誤差v迭代法存在誤差，即相對誤差，它表征迭代法存在誤差，即相對誤差，它表征“實際與估實際與估算算”的接近程度，它的接近程度，它必須必須容許誤差容許誤差。343.2 3.2 熱量衡算熱量衡算l 能量衡算的意義：能量衡算

27、的意義：l 原料及產(chǎn)品的輸送需要消耗功原料及產(chǎn)品的輸送需要消耗功機(jī)械能機(jī)械能；l 物料需在一定的溫度下才能反應(yīng)物料需在一定的溫度下才能反應(yīng)熱交換熱交換；l 物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化變成新的物質(zhì)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化變成新的物質(zhì)焓變化焓變化； 熱、焓、功都是能量的表現(xiàn)形式熱、焓、功都是能量的表現(xiàn)形式。 能量的消耗是化工生產(chǎn)中一項重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)能量的消耗是化工生產(chǎn)中一項重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，是衡量工藝過程、設(shè)備設(shè)計、操作制度是指標(biāo)，是衡量工藝過程、設(shè)備設(shè)計、操作制度是否先進(jìn)合理的否先進(jìn)合理的主要指標(biāo)之一主要指標(biāo)之一。因此能量衡算也是。因此能量衡算也是化工設(shè)計中極其重要的組成部分?；ぴO(shè)計中極其重要的組成部分。35

28、熱量衡算的目的：熱量衡算的目的：（1 1）確定傳熱設(shè)備的熱負(fù)荷。）確定傳熱設(shè)備的熱負(fù)荷。 為設(shè)計傳熱型設(shè)備如反應(yīng)器、結(jié)晶器、塔為設(shè)計傳熱型設(shè)備如反應(yīng)器、結(jié)晶器、塔式設(shè)備、輸送設(shè)備、壓縮系統(tǒng)、分離等設(shè)備的式設(shè)備、輸送設(shè)備、壓縮系統(tǒng)、分離等設(shè)備的形式、尺寸、傳熱面積等，以及各種控制儀表形式、尺寸、傳熱面積等，以及各種控制儀表等提供參數(shù)；等提供參數(shù)； （2 2）確定單位產(chǎn)品的能耗指標(biāo)；）確定單位產(chǎn)品的能耗指標(biāo)；（3 3）為非工藝專業(yè)（熱工、電、給水、冷暖）為非工藝專業(yè)（熱工、電、給水、冷暖）的設(shè)計提供設(shè)計條件。的設(shè)計提供設(shè)計條件。 36熱量衡算的程序熱量衡算的程序 熱量衡算的一般步驟與熱量衡算的一般

29、步驟與物料衡算物料衡算相同，亦包括劃相同，亦包括劃分系統(tǒng)、畫出流程簡圖、列寫方程式與約束式，求解分系統(tǒng)、畫出流程簡圖、列寫方程式與約束式，求解方程組及結(jié)果整理等若干步驟。方程組及結(jié)果整理等若干步驟。 能量衡算的基本方程式能量衡算的基本方程式 v 能量衡算方程式的一般形式為：能量衡算方程式的一般形式為： E E = =Q QWW v 如果無軸功條件下，進(jìn)入系統(tǒng)加熱量與離開系統(tǒng)的如果無軸功條件下，進(jìn)入系統(tǒng)加熱量與離開系統(tǒng)的熱量應(yīng)平衡，即對傳熱設(shè)備的熱量衡算可表示為：熱量應(yīng)平衡，即對傳熱設(shè)備的熱量衡算可表示為：物料帶物料帶進(jìn)體系進(jìn)體系的熱量的熱量 123456QQQQQQ加熱劑（或冷加熱劑（或冷卻劑）與設(shè)備卻劑）與設(shè)