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1、上节课主要教学内容,常用化工典型设备（泵、压缩机、换热器、反应器、蒸馏塔）的自控方案。 泵：离心泵、容积式、泵真空泵 。 压缩机：往复、离心。 换热器：无相变、有相变。 反应器：釜式反应器、固定床反应器。 蒸馏塔：提馏段指标控制、精馏段指标控制、蒸馏塔的双温差控制。 自控设计条件。,第三章 物料衡算和能量衡算,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，对化工过程单元及化工过程单元系统的物料平衡与能量平衡进行定量的计算。 确定原材料的消耗与定额。 确定各物流的流量、组成和状态。 确定每一设备内物质转换与能量传递的速度。 为确定操作方案、设备选型及设备尺寸的确定、管路设施与公用工程
2、的设计提供依据。,第 0节 物料衡算的基本方法和程序 一、物料衡算的基本方法,化工过程的类型 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。 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。 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。 稳定状态操作就是整个化工过程的操作条件不随时间而变化。,一、物料衡算的基本方法,物料平衡方程,进入过程 单元的 物料量,流出过程 单元的 物料量,在过程单 元内生成 的物料量,在过程单 元内消耗 的物
3、料量,过程单元 内累积的 物料量,(Fi) (Fo) (Dp) (Dr) (W) (Fi-Fo)+(Dp-Dr)=W 稳定操作过程(Fi-Fo)+(Dp-Dr)=0 系统内无化学反应(Fi-Fo)=W 系统内无化学反应的稳态操作过程(Fi-Fo)=0 物料衡算基准 时间基准、批量基准、质量基准、物质的量基准、标准体积基准。,二、物料衡算的基本程序,1、搜集计算数据。 2、画出物料流程简图。 3、确定衡算体系。 4、写出化学反应方程式，包括主反应和副反应，标出有用的分子量。 5、选择合适的计算基准，并在流程图上注明所选的基准值。 6、列出物料衡算式，然后用数学方法求解。 7、将计算结果列成输入输
4、出物料表(物料平衡表)。 8、校核计算结果,第一节 连续过程的物料衡算,稳态过程，体系内无物料积累。（3-1),Fi第i股物流物质的量流量； xij第j组分在第i股物流中的摩尔分数； vjm第j组分在第m个化学反应中的化学计量系数; rm第m个化学反应的反应速率； Nr过程中所包含的化学反应个数。,一、非反应过程的物料衡算,例3-0A一种废酸，组成为23(质量)HNO3，57H2SO4和20H2O，加入93的浓H2SO4及90的浓HNO3，要求混合成27HNO3及60H2SO4的混合酸，计算所需废酸及加入浓酸的数量。,例3-0A解：,设 x-废酸量，y-浓H2SO4量，z-浓HNO3量；(kg
5、） 1、画物料流程简图 （见上页图） 2、选择基准 基准：100kg混合酸 3、列物料衡算式 总物料衡算式 x + y + z=100 (1) H2SO4的衡算式 0.57x + 0.93y=1000.6=60 (2) HNO3的衡算式 0.23x + 0.90z=1000.27=27 (3) 解(1)，(2)，(3)方程，得: X=41.8kg, y=39kg, z=19.2kg; 水量=41.80.2+390.07+19.20.10=13kg.,例3-0B,有一个蒸馏塔，输入和输出物料量及组成如下图.输入物料中A组分的98.7自塔顶蒸出。求每千克输入物料可得到塔顶馏出物2的量及其组成。,例
6、3-0B解,1、画物料流程简图 （见上页图） 2、选择基准 基准：100kg/h 输入物料 令 x = 馏出物中A的百分含量，y = 馏出物中B的百分含量。,例3-0B解,3、列物料衡算式 流股2中A组分量为: Px 10020%98.7%=19.74kg(1) A组分衡算式 10020%=W0.5%+19.74 (2) W=52 kg 总物料衡算式 100 = P + W (3) P=10052=48 kg B组分衡算式 10030%=5.5W+Py (4) y=56.54% x =19.74/P=19.74/48=41.13% C组成 1xy=141.13%56.54=2.33% 由C组分
7、衡算式 10050%=5294%+48(1xy) 1xy = 2.33%,4、物料平衡表,二、反应过程的物料衡算,1、反应转化率、选择性及收率等概念 限制反应物：化学反应原料不按化学计量比配料时，其中以最小化学计量数存在的反应物称为限制反应物。 过量反应物：不按化学计量比配料的原料中，某种反应物的量超过限制反应物完全反应所需的理论量，该反应物称为过量反应物。 过量百分数：过量反应物超过限制反应物所需理论量的部分占所需理论量的百分数。 转化率：某一反应物反应掉的量占其输入量的百分数。 选择性：反应物反应成目的产物所消耗的量占反应物反应掉的量的百分数。 收率：目的产物的量除以反应物输入量，以百分数
8、表示.,2、反应过程的物料衡算,直接求解法 只含一个未知量或组成，通常可根据化学反应式直接求解 。 元素衡算法 输入(某种元素)输出(同种元素) 。 用联系组分作衡算 “联系组分”是指随物料输入体系，但完全不参加反应，又随物料从体系输出的组分，在整个反应过程中，它的数量不变。,例3-1 自学,组分编号； 计算简图； 方程与约束式； 变量分析； 求解方程组。,第二节 车间(装置)的物料衡算,P60例3-2，图3-2，合成氨原料气中的CO通过变换反应脱除。计算中间物流F4的组成。（自学） P62例3-3，图3-3，乙烯直接水合制乙醇过程的物料衡算。（自学）,本节课主要内容,物料衡算的基本方法 物料衡算的基本程序 非反应过程的物料衡算 反应过程的物料衡算 例3-0A，例3-0B。,课外作业,1、复习所讲课本内容。 2、例3-1、 例3-2 、 例3-3 。,课内作业,班级名称: 学号: 姓名: . 例3-0A一种废酸，组成为23(质量)HNO3，57H2SO4和20H2O，加入93的浓H2SO4及90的浓HNO3，要求混合成27HNO3及60H2SO4的混合酸，计算所需废酸及加入浓酸的数量。,
