化工生产过程的衡算

1、化工生产技术项目三：化工生产过程的分析项目三：化工生产过程的分析任务任务3-2:化工生产过程的衡算化工生产过程的衡算化工生产技术上一次任务回顾上一次任务回顾1、化工生产中常用的工艺指标有哪些？2、全程转化率和单程转化率有何区别？3、转化率和收率有何区别？4、消耗定额一般分为哪两种？化工生产技术任务描述任务描述 通过白炭黑的生产技术设计过程，我们已经知道，一种化工产品的生产过程要经过多个生产工序才能完成，在化工生产过程中，需要对一系列的参数进行控制，以确保生产顺利进行。 上一次任务上一次任务中我们已经了解了化工生产过程中需要的主要工艺指标。 本次任务本次任务是我们能根据生产过程的工艺要求，进行相

2、应的物料及热量衡算。化工生产技术进行生产衡算能力做什做什么？么？能进行物料衡算知识如何如何做？做？物料衡算的依据物料衡算基本步骤物料衡算的方法热量衡算的依据团结协作密切配合素质化工生产技术任务实施任务实施1、基本理论2、基本依据3、基本步骤4、5、知识点知识点分析分析1、烟道气衡算2、甲醇生产衡算3、4、案例案例分析分析每一位同学说出一个与本次任务有关的关键词，最后总结出六个核心关键词，译成英文，写于项目任务书中。总结总结归纳归纳师生一起学生化工生产技术知识点分析知识点分析一、物料衡算一、物料衡算1、定义：、定义： 根据质量守恒定律，对化工生产过程的各股物料 进行分析和定量计算，以确定彼此的数

3、量及组成等关系， 并确定在生产过程中相互转化的关系。化工生产技术知识点分析知识点分析一、物料衡算一、物料衡算2、分类：、分类：（1）衡算范围：单元操作与全流程操作物料衡算。（2）操作方式：连续操作物料衡算与间歇过程衡算（3）计算方法：一段工序的衡算及新工段的衡算。3、物料衡算的依据和范围、物料衡算的依据和范围（1）依据：质量守恒定律（2）范围：以物料体系作为主体划分边界。 环境：在物料体系边界之外的空间和物质 封闭体系：与环境没有质量交换的体系 敞开体系：与环境有质量交换的体系化工生产技术知识点分析知识点分析4、物料衡算平衡关系式、物料衡算平衡关系式输入的物料量-输出的物料量-反应消耗的物料量

4、+反应生成的物料量=积累的物料量“积累的物料量”是表示体系内物料随时间而变化时所增加或减少的量，物料量增加时积累项为正值；物料量减少时，积累项为负值； 如果体系是一个没有化学反应的物理过程，则反应消耗和生成的物料量均为零。当积累项等于零时，表示进出体系的物料量维持平衡，即达到稳定状态。化工生产技术知识点分析知识点分析5、物料衡算的基本步骤、物料衡算的基本步骤（1）确定衡算范围：画流程框图，确定体系边界（虚线） （2）收集整理计算数据： 设计任务数据：生产规模、生产时间、转化率、收率等 物理性质数据：质量、密度、反应平衡常数等 工艺参数： 温度、压力、流量等。化工生产技术知识点分析知识点分析4、

5、选择合适的计算基准： 时间基准：一段时间为基准，如一天、一小时等 质量基准：体系为液固相时，以原料或产品的质量 为基准，如1kg 、100kg等 体积基准：气体物料，应以物料在标准状况下的 体积 为基准。5、列出物料衡算式、求解6、整理、校核计算结果：物料流程图3、列出化学反应方程式化工生产技术知识点分析知识点分析6、物料衡算的基本方法、物料衡算的基本方法（1）无反应过程的物料衡算：只有物理变化而没有化学反 应的单元操作，例如混合、蒸馏等。化工单元操作（2）反应过程的物料衡算：必须考虑化学反应中生成和消 耗的物质量。 直接求算法：通过化学反应利用转化率、收率等直接 计算。例如课本47页例2.1

6、.3。 利用联系物料做衡算 惰性物料：生产过程中不参加反应的物料。例如乙苯脱 氢生产苯乙烯过程中，水蒸气就是一种惰性物料。生产 中氮气是常见的惰性物料，可作为衡算联系物。 以结点做衡算：中间产品组成不符合要求时，需要采用 旁路调节才能达到合格，通常以旁路连接点作衡算。化工生产技术知识点分析知识点分析6、物料衡算的基本方法、物料衡算的基本方法（3）循环过程的物料衡算： 循环过程：化工生产中，为了保证原料的充分利用，将 未反应的原料分离出来，重新投入反应器循 环利用的过程。图1 循环过程的物料流程图（无排放）化工生产技术知识点分析知识点分析图2 循环过程的物料流程图（有排放）注意：经过分流器的物料

7、组成不发生变化， 即S、W、R的组成相同。化工生产技术知识点分析知识点分析二、热量衡算二、热量衡算1、定义：利用能量守恒原理，通过计算传入或传出的 热量以确定加热剂（或冷却剂）用量，设备 需要传递的热量多少等，为工程设计、设备 设计提供依据。是化工生产中主要的能量衡 算方式之一。2、分类：（1）单元设备热量衡算：单元操作过程热量衡算及反应 器的热量衡算。（2）生产系统热量衡算：一个换热系统、一个车间或全 厂的热量进行衡算。化工生产技术知识点分析知识点分析二、热量衡算二、热量衡算3、热量衡算的依据：能量守恒定律 输入系统热量输入系统热量=输出系统热量输出系统热量+系统内积累（或损失）热量系统内积

8、累（或损失）热量4、热量流程图：利用工艺流程简图与表格相结合的方式来 表示热量衡算结果的一种图样（96页）。要求：（1）按流程顺序由左向右绘出有热量变化的有关设备示意 图，设备间绘出各股物料线。（2）从各股物料线上用指引线引出一个表格，表内注明各 热量的名称、数值。化工生产技术案例分析案例分析一、利用联系物做衡算一、利用联系物做衡算若F和P分别表示输入系统物料量和从系统输出的物料量，则存在下列关系： F XT,F= P xTPXT,F_衡算联系物在输入F中的质量xTP衡算联系物在输出P中的质量例1：甲烷和氢气的混合气用空气完全燃烧来加热锅炉，生成的水蒸气全部进入烟道气。生成烟道气100mol。

9、烟道气摩尔组成为：氮72.18%，二氧化碳8.11%，氧2.44%，水蒸气17.27%，做物料衡算。燃料气中甲烷与氧的比例如何？空气与燃料气的比例如何？化工生产技术案例分析案例分析物料名称分子量输入输出物质的量/mol质量/g物质的量/mol质量/g甲烷氢氧氮二氧化碳水162322844188.111.0619.1972.18129.762.12614.082021.042.4472.188.1117.2878.082021.04356.84311.04总计100.542767100.012767物料衡算表化工生产技术案例分析案例分析二、利用结点做衡算二、利用结点做衡算在生产中有些中间产品的组

10、成不符合生产要求，需要采用旁路调节才能达到合格。在这种情况下，以旁路联结点作物料衡算较方便。两股物料汇合（混合）称为并流，一股物料成为两股物料（旁路）称为分流。分流的联结点与并流的联结点均称为结点。旁路分流和混合并流都是物理过程。由于没有化学变化，因此可以对总物料及其中某组分进行衡算。如图所示。结点A V0=V1+V2 结点B Vl+V3=V4 化工生产技术案例分析案例分析【例例2】 某工厂用烃类气体制合成气生产甲醇。合成气体量为2321 m3h，摩尔比为CO:H2=1:2.4。转化后的气体摩尔组成为：CO 43.12，H2 54.2，不符合要求。将部分转化气送去CO变换反应器和CO2脱除装置

11、，置换脱CO2后，气体摩尔组成为： CO 8.76，H2 89.75，气体体积减小2。用此变换气调节转化气，以便达到工艺要求。求转化气、变换气各为多少？结点A(m3)结点B(m3)V1 1351.64V11351.64V2 989.13V3969.36V0 2340.78V42321化工生产技术案例分析案例分析三、循环过程物料衡算三、循环过程物料衡算假设惰性物质和副产物全部进入循环物流，则化工生产技术案例分析案例分析整个过程可划分为1个总系统和包括三个物理过程（混合、分离、放空分流）以及一个反应过程的4个子系统。总系统的物料衡算提供新鲜原料和产品之间的关系。 三个物理过程中，各物料流的质量m守

12、恒，物料流中各组分的质量mi守恒, 物料流的物质的量n守恒，物料流中各组分的物质的量ni也守恒。化工生产技术案例分析案例分析反应过程的物料衡算式mm反产mm入出整个循环过程的物料衡算式mmm新放粗m新新鲜反应物的质量m粗粗成品的质量m放放空物料的质量放空物料量占分离剩余物料量的百分率称为放空率。循环物料量占分离剩余物料量的百分率称为循环率。放空率与循环率之和为100 化工生产技术案例分析案例分析循环过程有三个过程限制参数，它们是循环比、混合比和排放比RP循环物流流量循环比产品物流流量RFF循环物流流量混合比新鲜原料流量WFF排放物流流量排放比新鲜原料流量化工生产技术案例分析案例分析乙炔法年产3

13、000 t氯乙烯反应器的物料衡算化工生产技术案例分析案例分析（1）计算范围：以反应器为计算范围（2）主副反应C2H2+HClCH2=CHClC2H2+2HClCH3CHCl2C2H2+H2OCH3CHO按反应乙炔计 氯乙烯产率99.4，二氯乙烷产率0.54，乙醛产率0.06 。化工生产技术案例分析案例分析化工生产技术案例分析案例分析化工生产技术案例分析案例分析化工生产技术案例分析案例分析【例例2】 年产8000 t工业甲醛的物料衡算 （1） 计算范围 全装置。见图16-5。（2） 主副反应 反应式见计算过程。甲醇发生五个反应的分配率为主氧化51.2%，脱氢39.2%，加氢0.6%，深度氧化0.

14、8%，完全氧化8.2%。 （3） 计算任务 甲醇消耗量，干尾气摩尔组成。 （4） 基准 年工作时为7200 h。以1 h为基准。80001000 kg7200 h = 1111.11 kg/h （5） 选择数据 工业甲醛中甲醛质量含量为37.0%。甲醇转化率为93.0%。原料甲醇质量组成：甲醇98%，水2%。氧与甲醇的配比为0.365（mol）。配料水蒸气与甲醇空气混合气的质量比为0.3，忽略损失。化工生产技术案例分析案例分析化工生产技术案例分析案例分析化工生产技术案例分析案例分析化工生产技术案例分析案例分析化工生产技术案例分析案例分析化工生产技术案例分析案例分析化工生产技术案例分析案例分析化

15、工生产技术案例分析案例分析【应用实例】 设计年产1000吨苯乙烯车间的物料衡算一、流程简介一、流程简介 1乙苯脱氢工段2精馏工段 化工生产技术案例分析案例分析循环乙苯新 鲜 乙 苯水蒸气123456789111319去 废 水 处 理12去 精 馏 段图 16.1.6 乙 苯 脱 氢 反 应 流 程 图1-贮 罐 ； 2-泵 ； 3-乙 苯 蒸 发 器 ； 4-第 一 预 热 器 ； 5-第 二 预 热 器 ； 6-脱 氢 反 应 器 ； 7-换 热 器 ；8-冷 水 凝 器 ； 9-盐 水 冷 凝 器 ； 10-油 水 分 离 器 ； 11-气 液 分 离 器 ； 12-阻 凝 剂 配 制

16、槽 ； 13-旋 风 分 离 器天津石油职业技术学院（质量）其它乙苯 转化率38苯乙烯 产率90水蒸气 反应量 0.7二甲苯 一氧化碳 （0.49）二氧化碳 （28.9）氢 （14.0）甲烷 （0.21）乙烯 （0.40）苯 （16.7）甲苯 （34.2）焦油 （5.10） 脱氢反应物尾气（质量）其它乙苯 99.0二甲苯 0.1 100 新鲜乙苯（质量）其它乙苯 苯乙烯 焦油 （40）二甲苯 苯 甲苯 炉油（质量）其它乙苯 （99.8）苯乙烯 （99.7）水 （99.97）二甲苯 （99.5）苯 （95.5）甲苯 （98.8）焦油 （100） 冷凝液脱氢反应器冷凝器油水分离器水（质量）其它水乙

17、苯 （0.0217）苯乙烯 （0.04）焦油 （60） （质量）其它乙苯 （0.2）苯乙烯 （0.3）水蒸气 （0.03）二甲苯 （0.5）苯 （4.5）甲苯 （1.2）一氧化碳 （100）二氧化碳 （100）氧 （100）甲烷 （100）乙烯 （100） 水:乙苯=1.8水蒸汽循环乙苯（质量）其它乙苯 99.9苯乙烯 0.5甲苯 0.5 100图167 脱氢反应器物料衡算示意图化工生产技术案例分析案例分析化工生产技术案例分析案例分析化工生产技术案例分析案例分析化工生产技术案例分析案例分析化工生产技术案例分析案例分析化工生产技术案例分析案例分析化工生产技术案例分析案例分析化工生产技术案例分析案

18、例分析化工生产技术案例分析案例分析化工生产技术案例分析案例分析天津石油职业技术学院归归 纳纳1、每名同学说一个与本节内容有关的关键词，且不能重复、每名同学说一个与本节内容有关的关键词，且不能重复2、归纳出最贴切的六个关键词，译成英文写在任务书中、归纳出最贴切的六个关键词，译成英文写在任务书中天津石油职业技术学院下一次任务下一次任务项目四项目四 ：化工生产装置的运行：化工生产装置的运行 任务任务4-1：化工装置的开停车：化工装置的开停车 第一组：第一组：1、什么是化工装置的开车准备？应准备哪些方面?2、总体试车方案的含义指什么？3、编制总体试车方案有什么意义？4、单机试车的原则是什么？5、什么是化工装置的联动试车过程？其方案包括哪几个方面？6、什么是化工生产过程的生产考核？第二组：第二组：1、化工装置原始开车的一般程序及遵循的原则是什么？2、什么是单机试车？其目的是什么？3、单机试车的条件是什么？4、总体试车方案包括哪几个方面？5、联动试车的目的、内容和条件有哪些？6、生产考核应具备哪些条件才能进行？天津石油职业技术学院下一次任务下一次任务