化工設計第五章化工計算課件

設計概論與化工制圖1工廠基本建設過程

1、可行性研究2、初步設計3、施工圖設計4、施工、試車、驗收｛｝

1、廠址選擇2、總平面設計3、工藝設計1、工藝流程設計2、化工計算3、設備的選型與設計4、車間布置設計5、管道設計6、公用工程7、向有關專業(yè)提供條件8、工程概預算9、技術經(jīng)濟分析10、安全生產(chǎn)與環(huán)境保護2

第五章化工計算

第一節(jié)化工過程一、化工過程分類1、化學反應:有新物質生成的變化類型。2、分離或提純:利用相變?nèi)缯麴s,結晶,萃取。3、混合:利于加速傳熱傳質,溶液,乳濁液,懸浮液。4、輸送:液體輸送,機械輸送,風力輸送。5、溫度、壓力和相變:溫度可使物質產(chǎn)生相變?nèi)缋淠?蒸發(fā),熔化。溫度可改變粘度,溶解度,表面張力。壓力對氣體在液體中的溶解度有很大影響。3

第二節(jié)物料衡算一、物料衡算的意義和作用物料衡算是化工計算中最基本、最重要的內(nèi)容之一，是進行化工計算的基礎。對工廠技術經(jīng)濟指標有舉足輕重的影響。二、物料平衡方程式1、普遍應用的平衡式輸入量+產(chǎn)生量-輸出量-消耗量=累積量2、連續(xù)穩(wěn)定過程的平衡式輸入量+產(chǎn)生量=輸出量+消耗量3、間歇過程的平衡式初始輸入量+產(chǎn)生量=最終輸出量+消耗量5三、物料衡算的方法和步驟1、收集計算數(shù)據(jù):原料,輔料,中間產(chǎn)物,產(chǎn)品的規(guī)格。單位時間流量。消耗定額。轉化率,選擇性,收率。物理化學常數(shù)。2、畫物料流程圖:物料衡算方框圖。3、確定衡算范圍:假設一獨立體系。4、選定計算基準:100kgkg/h。5、列出輸入--輸出物料平衡表：

6例5-1用恒沸蒸餾法,將含有95％的乙醇水溶液制成濃度達99.9％乙醇水溶液,以苯作溶劑。其流程及各物流的組成如圖5-2所示。試計算每生產(chǎn)100噸99.9％乙醇水溶液,應向塔A加入的:(1)95％的乙醇水溶液量;(2)苯量。

7設:x=苯的輸入量;y=95％乙醇輸入量;z=5％乙醇輸出量。三個組分,三個未知數(shù),可列出三個方程求解。1)苯的衡算x=02)乙醇的衡算0.95y=0.999(100)+0.05z3)總的物料衡算x+y=100+z

上三式聯(lián)立求解得:x=0y=105.44(噸)z=5.44(噸)答:應向塔A加入95％的乙醇水溶液105.44噸;苯為零。9輸入輸出95﹪乙醇------------------------------------合計10

第三節(jié)能量衡算能量衡算應用在如下幾方面1、確定功率:流體輸送,攪拌,過濾,粉碎等單元操作所需功率。2、確定熱量和冷量:如蒸發(fā),蒸餾,冷凝,冷卻所需熱量和冷量。3、確定供熱速率及放熱速率:化學反應熱效應。4、確定節(jié)能措施:充分利用余熱,降低能耗。11二、能量平衡方程式1、能量衡算的基本方程式輸入的能量-輸出的能量=累積的能量

2、間歇過程的能量平衡方程式

△U=Q-W3、連續(xù)穩(wěn)定流動過程的能量平衡方程式輸入的總能量=輸出的總能量

△H=Q-W4、機械能平衡方程式伯努利方程式

13三、熱量衡算在能量衡算中,不討論能量轉換,只考慮熱量變化的衡算稱為熱量衡算。1、熱平衡方程式1)等壓過程,只做膨脹功(如連續(xù)過程)熱量衡算式為：△H=∑H出－∑H入＝∑Q2)非流動體系,忽略動能和勢能(如間歇過程)：△U=∑U出－∑U入＝∑Q3)普遍應用的平衡式：

Q1(物料)+Q2(介質)+Q3(反應)=Q4(物料)+Q5(設備)+Q6(損失)142、熱量衡算的方法和步驟1)分析各股物料之間熱平衡關系

2)收集計算數(shù)據(jù)3)標繪熱量衡算示意圖

4)確定衡算范圍

5)選定計算基準:100kgkg/h。

6)列出輸入--輸出熱平衡表

15

3)熱容的估算柯普法則:1mol化合物的總熱容,近似地等于化合物里以原子形式存在的元素熱容的總和。4)潛熱克拉貝龍—可勞修斯公式:

5)反應熱由標準生成熱計算反應熱。由標準燃燒熱計算反應熱。由鍵能估算反應熱。17*柯普法則:1mol化合物的總熱容,近似地等于化合物里以原子形式存在的元素熱容的總和。例:估算固體Ca(OH)2的熱容(見表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=79.2J/mol.℃18*由鍵能估算反應熱。估計乙烷裂解制乙烯的反應熱1.列出反應式C2H6→C2H4+H22.寫成化學鍵形式

H﹨

／HH﹨

／HH－C－C－H→C＝C+H－HH／

﹨HH／

﹨H3.歸納改組化學鍵6H－C+C－C→4H－C+C＝C+H－H2H－C+C－C→C＝C+H－H19例:30000噸/年聚丁二烯橡膠聚合釜的熱量衡算,開工8000小時/年雙系列雙釜串聯(lián)操作,即每條生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力為15000噸/年,每條生產(chǎn)線上都有兩個聚合釜串聯(lián)操作,聚合生成量在Ⅰ釜與Ⅱ釜的分配率為60﹪:40﹪。純度系數(shù)1.06,損耗0.03。

1)分析各股物料之間熱平衡關系(物料走向,平衡方程)2)收集計算數(shù)據(jù)3)標繪熱量衡算示意圖

4)確定衡算范圍

5)選定計算基準:kg/h

6)列出輸入--輸出熱平衡表211、分析物料走向22每條生產(chǎn)線的聚合物生成量為23

分析過程中存在的熱量形式,可確定收集那些數(shù)據(jù),聚合釜內(nèi)各物料只有溫度變化,無相變。比熱和聚合反應熱可由手冊查出,也可由實驗確定,攪拌熱可從現(xiàn)場測得。

(丁二烯,溶劑油,膠液比熱十分接近,取相同數(shù)值簡化計算)收集數(shù)據(jù)如下丁二烯與溶劑油或膠液的比熱千卡/公斤℃20℃0.54

聚合熱千卡/公斤攪拌熱千卡/時

33060℃0.58Ⅰ釜3000080℃0.62Ⅱ釜40000253、計算熱量263、計算熱量294、計算設備熱負荷與冷卻水消耗量設備熱負荷為Q2,以千卡/時為基準當冷卻水溫差確定后,可用下式計算冷卻水消耗量:305、列出熱量平衡表項目

Ⅰ釜

Ⅱ釜