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第1页,共23页,星期日,2025年,2月5日概述1计算中用的基本量物理过程的物料衡算化学反应的物料衡算234目录第2页,共23页,星期日,2025年,2月5日概述物料衡算是化工工艺设计中最基本的设计内容,是工艺设计的基础。主副产品的产量原材料消耗定额生产过程中的损耗三废产生量物料的浪费生产过程的反常现象物料衡算第3页,共23页,星期日,2025年,2月5日物料衡算的理论依据“质量守衡定律”在化工过程中,物料平衡是指:进入一个装置(或设备)的全部物料的量,必定等于离开这个装置(或设备)的全部物料的量(包括损失量)和系统内累积起来的物料的量。输入=输出+累积∑F=∑D+W第4页,共23页,星期日,2025年,2月5日(1)基本式:输入+生成=输出+消耗+累积“生成”、“消耗”是指由于化学反应而生成、消耗的质量(2)对稳态过程:累积项=0输入+生成=输出+消耗*稳态(定态)过程:系统内任一部分的参数,不随时间而变,只随空间位置而改变,是存在于连续操作的一个过程,其特征为:累积项=0有化学反应时的物料衡算无化学反应的稳态过程:输入=输出第5页,共23页,星期日,2025年,2月5日数据收集1.生产规模和生产时间(年生产时数)生产规模在设计任务书中已有,若是中间车间应根据消耗定额来确定生产规模,要考虑物料在车间回流的情况。
大型化工厂一般8000小时/年
对要经常维修或试验性车间一般7200小时/年
很少的厂可达8400小时/年2.有关的定额,收率,转化率的数据收集
要注意可靠性准确性,并了解其单位与基准3.原料,辅助材料,产品,中间产品的规格4.与计算有关的物理化学常数
如密度,蒸汽压,相平衡常数第6页,共23页,星期日,2025年,2月5日5.选择计算基准6.建立物料平衡方程,进行物料衡算7.整理并校核计算结果8.绘制物料流程图,填写物料平衡表。列出的数学关联式的数目应与所求未知项的数目相同,若数学式不够,用试差法求解。时间基准质量基准体积基准干湿基准第7页,共23页,星期日,2025年,2月5日对连续生产过程可用单位时间的物料量或单位时间的产品量作计算基准如三十万吨NH3厂,可以每小时产NH3量作物料衡算基准,年生产时间8000h(7200h),30×104/8000=37.5T/h
对间歇生产过程可以一套或一批料的生产周期作基准。
如一个反应釜,每次投料800kg,完成一个操作周期为4h,则每小时处理物料200kg/h作计算基准。时间基准第8页,共23页,星期日,2025年,2月5日质量基准当进行衡算的系统其物料缘于固相或液相时,可选择一定质量的原料或产品作为计算基准,如以煤,矿石,石油为原料的化工过程可选用1kg原料为计算基准。特别是原料或产品是单一化合物,或其组成是已知的,选此作计算基准更为方便。第9页,共23页,星期日,2025年,2月5日体积基准当物料是气体时,可选用体积为基准,通常都换算成STP(标准状态)下的体积,这样可排除T,P变化带来的影响,而且容易把体积换算成mol数(除以22.4)。不论是固态,液态或气态物质往往都含有一定的水分,因此就出现干基,湿基的问题。
若进行衡算时,把水分去掉则称干基,把水分一起算入称为湿基,二者可互算。干湿基准*选作基准的物料,必须是已知条件最多,并与其它物料关系明确之物。第10页,共23页,星期日,2025年,2月5日物料平衡表组分工业甲醇组成(质量分数),%反应尾气组成(体积分数),%CH2OH98.0H2O2.0空气O2:21%,N2:77.16%;H2O:1.84%O20.2CO23.6CO0.4CH30.2H2O2H219.0HCHO0.05CH2OH0.15N274.4第11页,共23页,星期日,2025年,2月5日物料平衡表组分甲醛溶液组成(质量分数),%其他参数HCHO37.0CH3OH1.6H2O61.36HCOOH0.004氧醇度0.38配料浓度60单耗CH3OH/37%CH3CHO0.448第12页,共23页,星期日,2025年,2月5日甲醇氧化制甲醛的物料流程图第13页,共23页,星期日,2025年,2月5日主反应:CH30H+1/2O2=HCHO+H2O
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