第三章化工设计

1、化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校第一节第一节 物料衡算物料衡算 物料衡算是化工计算中最基本、也是最重要的内容之一，它是物料衡算是化工计算中最基本、也是最重要的内容之一，它是能量衡算的基础，能量衡算的基础， 也是以后各项工作的依据。也是以后各项工作的依据。一、概述一、概述 1.1.物料衡算的理论依据物料衡算的理论依据 是质量守恒定律，即在一个孤立物系中，不论物质发生任何变是质量守恒定律，即在一个孤立物系中，不论物质发生任何变化，它的质量始终不变。化，它的质量始终不变。 物料衡算的一般方程物料衡算的一般方程: : 物料

2、量积累的物料量输出的物料量输入的物料量积累的物料量输出的消耗的物料量反应生成或物料量输入的物料衡算的基本关系式应该表示为：物料衡算的基本关系式应该表示为： 如果体系内发生化学反应，则对任一个组分或任一种元素作如果体系内发生化学反应，则对任一个组分或任一种元素作衡算时，必须把反应消耗或生成的量亦考虑在内。即衡算时，必须把反应消耗或生成的量亦考虑在内。即: : 化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校2.2.目的目的 （1 1）求出原辅材料的用量，制定原辅材料消耗指标；）求出原辅材料的用量，制定原辅材料消耗指标； （2 2）求出产品、副产品、中间体的产量及三废排放量；）求出产品、副

3、产品、中间体的产量及三废排放量； （3 3）根据所得物料处理量，进一步确定设备类型、台数、容量、）根据所得物料处理量，进一步确定设备类型、台数、容量、尺寸以及化工管道的尺寸。尺寸以及化工管道的尺寸。 另外，在实际生产中，可通过物料衡算检查生产过程的完善程度，另外，在实际生产中，可通过物料衡算检查生产过程的完善程度，作为技术改进的定量关系。作为技术改进的定量关系。3.3.内容内容 计算原料与产品之间的定量关系计算原料与产品之间的定量关系 具体说就是对每股物料进行分析和定量计算，以确定它们的具体说就是对每股物料进行分析和定量计算，以确定它们的数量、组成和相互间的比例关系，并且确定它们在物理变化和化

4、数量、组成和相互间的比例关系，并且确定它们在物理变化和化学变化过程中相互转移或转化的定量关系。学变化过程中相互转移或转化的定量关系。物料衡算得开始意味着设计工作从定性转向定量物料衡算得开始意味着设计工作从定性转向定量化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校二、物料衡算的基本方法和步骤二、物料衡算的基本方法和步骤衡算的体系与环境衡算的体系与环境 所谓体系是指为了分析一个过程，人为地划定出一个区域作所谓体系是指为了分析一个过程，人为地划定出一个区域作为一个完整的研究对象。这个划定的区域叫做体系。它可以是一为一个完整的研究对象。这个划定的区域叫做体系。它可以是一个单元操作，也可以是一

5、个工序甚至整个车间乃至全厂。个单元操作，也可以是一个工序甚至整个车间乃至全厂。 确定体系、环境与边界是建立物料平衡方程的基础。体系划确定体系、环境与边界是建立物料平衡方程的基础。体系划分不清或不恰当，会导致衡算繁琐甚至错误。分不清或不恰当，会导致衡算繁琐甚至错误。 化工过程分类化工过程分类a.根据操作方法分根据操作方法分间歇操作间歇操作连续操作连续操作半连续操作半连续操作b.根据时间特性分根据时间特性分稳定过程稳定过程不稳定过程不稳定过程 稳定与不稳定过程计算的区别主要是计算基准不同稳定与不稳定过程计算的区别主要是计算基准不同化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校二、物料衡算

6、的基本方法和步骤二、物料衡算的基本方法和步骤 进行物料衡算时，为了能顺利地解题，避免错误，必须进行物料衡算时，为了能顺利地解题，避免错误，必须掌握解题技巧，按正确的解题方法和步骤进行。掌握解题技巧，按正确的解题方法和步骤进行。 1 1、画物料衡算示意图（物料流程简图）、画物料衡算示意图（物料流程简图） 求解物料衡算问题，首先应该根据给定的条件画出流程求解物料衡算问题，首先应该根据给定的条件画出流程简图。简图。 2 2、计算基准及其选择。、计算基准及其选择。 进行物料、能量衡算时，必须选择一个计算基准。从原则进行物料、能量衡算时，必须选择一个计算基准。从原则上说选择任何一种计算基准，都能得到正确

7、的解答。但是，上说选择任何一种计算基准，都能得到正确的解答。但是，计算基准选择得恰当，可以使计算简化，避免错误。计算基准选择得恰当，可以使计算简化，避免错误。 对于不同化工过程，采用什么基准适宜，需视具体情况对于不同化工过程，采用什么基准适宜，需视具体情况而定，不能作硬性规定。而定，不能作硬性规定。化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校二、物料衡算的基本方法和步骤二、物料衡算的基本方法和步骤3 3、物料衡算的步骤、物料衡算的步骤 进行物料衡算时，尤其是那些复杂的物料衡算，为了避免错误，建议采进行物料衡算时，尤其是那些复杂的物料衡算，为了避免错误，建议采用下列计算步骤。对于一些

8、简单的问题，这种步骤似乎有些繁琐，但是训练用下列计算步骤。对于一些简单的问题，这种步骤似乎有些繁琐，但是训练这种有条理的解题方法，可以培养逻辑地思考问题，对今后解决复杂的问题这种有条理的解题方法，可以培养逻辑地思考问题，对今后解决复杂的问题是有帮助的。计算步骤如下：是有帮助的。计算步骤如下：(1) (1) 搜集计算数据。搜集计算数据。 a.a.生产规模，时间及产品收率、转化率、消耗定额等；生产规模，时间及产品收率、转化率、消耗定额等； b.b.原料、助剂、中间体和产品的规格及其物化数据；原料、助剂、中间体和产品的规格及其物化数据； c.c.工艺技术数据，即各种控制指标。工艺技术数据，即各种控制

9、指标。(2) (2) 画出物料流程简图。画出物料流程简图。(3) (3) 确定衡算体系。确定衡算体系。(4) (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。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) (5) 选择合适的计算基准，并在流程图上注明所选的基准值。选择合适的计算基准，并在流程图上注明所选的基准值。 (6) (6) 列出物料衡算式，然后用数学方法求解。列出物料衡算式，然后用数学方法求解。(7) (7) 将计算结果列成输入输出物料表将计算结果列成输入输出物料表( (物料平衡表物料平衡表) )。(8) (8) 校核计算结果校核计算结果化工设计概论化

10、工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校过程物料平衡分析及计算方法过程物料平衡分析及计算方法（1）总质量平衡关联）总质量平衡关联 任何体系，虽然某一组分的质量或摩尔数不一定守恒，但其总任何体系，虽然某一组分的质量或摩尔数不一定守恒，但其总质量总是守恒的。质量总是守恒的。123GGG （2）组分平衡关联）组分平衡关联 物理过程中，体系内各组份的质量和摩尔数都是守恒的；物理过程中，体系内各组份的质量和摩尔数都是守恒的； 化学过程中，惰性组分的质量和摩尔数是守恒的。对于参与化学反化学过程中，惰性组分的质量和摩尔数是守恒的。对于参与化学反应的组份可写出相应的平衡方程式：对任意组分应的组份可写出相应的

11、平衡方程式：对任意组分AAAAA加入系统 的量在系统中转化的 量离开系统的 量在系统中积累的 量对于连续稳态生产过程，系统中无物料积累。对于连续稳态生产过程，系统中无物料积累。（3）元素平衡关联）元素平衡关联 包括元素的质量平衡和元素的摩尔数平衡，无论是物理过程还是化包括元素的质量平衡和元素的摩尔数平衡，无论是物理过程还是化学过程，元素平衡总是成立的。对于化学过程，元素平衡是最常用的。学过程，元素平衡总是成立的。对于化学过程，元素平衡是最常用的。化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校简单过程物料衡算简单过程物料衡算例：例：一种废酸，组成为一种废酸，组成为23(质量质量)HNO

12、3，57H2SO4和和20H2O，加入加入93的浓的浓H2SO4及及90的浓的浓HNO3，要求混合成要求混合成27HNO3及及60H2SO4的混合酸，计算所需废酸及加入浓酸的数量。的混合酸，计算所需废酸及加入浓酸的数量。解：设解：设x x 为废酸量为废酸量kgkg； y y 为浓为浓H H2 2SOSO4 4量，量，kgkg； z z 为浓为浓HNOHNO3 3量；量；1 1、画物料流程简图、画物料流程简图 0.570.20z kg0.23y kg0.600.130.270.070.930.900.10混合过程废酸 x kg混合酸3ONHOS2HH24OHNO322HHOOS4H S24OOH

13、23ONH2H O化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校2、选择基准，可以选废酸或浓酸的量为基准，也可以用混合酸的量为基准，因、选择基准，可以选废酸或浓酸的量为基准，也可以用混合酸的量为基准，因为四种酸的组成均已知，选任何一种作基准计算都很方便。为四种酸的组成均已知，选任何一种作基准计算都很方便。3、列物料衡算式，该体系有、列物料衡算式，该体系有3种组分，可以列出种组分，可以列出3个独立方程，所以能求出个独立方程，所以能求出3个个未知量。未知量。基准：基准：100kg混合酸混合酸总物料衡算式总物料衡算式 x + y + z=100 (1)H2SO4的衡算式的衡算式 0.57x

14、 + 0.93y=1000.6=60 (2)HNO3的衡算式的衡算式 0.23x + 0.90z=1000.27=27 (3)解解(1)，(2)，(3)方程，得方程，得x=41.8kg 废酸废酸 y = 39kg 浓浓H2SO4 z = 19.2kg 浓浓HNO3即由即由41.8kg废酸、废酸、39kg浓浓H2SO4和和19.2kg浓浓HNO3可以混合成可以混合成100kg混合酸。混合酸。根据水平衡，可以核对以上结果：根据水平衡，可以核对以上结果：加入的水量加入的水量 = 41.8 0.2 + 39 0.07 + 19.2 0.10 = 13kg混合后的酸，含混合后的酸，含13H2O，所以计算

15、结果正确。所以计算结果正确。以上物料衡算式，亦可以选总物料衡算式及以上物料衡算式，亦可以选总物料衡算式及H2SO4与与HNO3二个衡算式或二个衡算式或H2SO4、HNO3和和H2O三个组分衡算式进行计算，均可以求得上述结果。三个组分衡算式进行计算，均可以求得上述结果。 化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校有化学反应过程的物料衡算有化学反应过程的物料衡算 有化学反应的过程，物料中的组分比较复杂。因为，工业上的有化学反应的过程，物料中的组分比较复杂。因为，工业上的化学反应，各反应物的实示用量，并不等于化学反应式中的理论量。化学反应，各反应物的实示用量，并不等于化学反应式中的理论

16、量。为了使所需的反应顺利进行，或使其中较昂贵的又应物全部转化，为了使所需的反应顺利进行，或使其中较昂贵的又应物全部转化，常常使价格较低廉的一些反应物用量过量。因此，使物料衡算比无常常使价格较低廉的一些反应物用量过量。因此，使物料衡算比无化学反应过程的计算复杂，尤其是当物料组成及化学反应比较复杂化学反应过程的计算复杂，尤其是当物料组成及化学反应比较复杂时，计算更应注意。时，计算更应注意。 一、反应转化率、选择性及收率等概念一、反应转化率、选择性及收率等概念工业化学反应过程中，当反应原料的配比不按化学计量比时，限据反工业化学反应过程中，当反应原料的配比不按化学计量比时，限据反应物的化学计量数大小可

17、称其为限制反应物与过量反应物。应物的化学计量数大小可称其为限制反应物与过量反应物。 1、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、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。化学计量数存在的反应物称为限制反应物。 2、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。 化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校3、过量百分数：过量反应物超

18、过限制反应物所需理论量的部分占所、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。若以从表示过量反应物的摩尔数，需理论量的百分数。若以从表示过量反应物的摩尔数，Nt表示与表示与限制反应物完全反应所需的摩尔数，则过量百分数即为限制反应物完全反应所需的摩尔数，则过量百分数即为4、转化率（以、转化率（以x表示）：某一反应物反应掉的量占其输入量的百分表示）：某一反应物反应掉的量占其输入量的百分数。若以数。若以NA1、NA2分别表示反应物分别表示反应物A输入及输出体系的摩尔数，输入及输出体系的摩尔数，则反应物则反应物A的转化率为的转化率为 一个化学反应，由不同反应物可计算得到不

19、同的转化率。因一个化学反应，由不同反应物可计算得到不同的转化率。因此，应用时必须指明某个反应物的转化率。若没有指明时，则往此，应用时必须指明某个反应物的转化率。若没有指明时，则往往是指限制反应物的转化率。往是指限制反应物的转化率。 过量100tteNNN%100121AAAANNNx化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校5、选择性（以、选择性（以S表示）：反应物反应成目的产物所消耗的量占反应表示）：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。若反应物为物反应掉的量的百分数。若反应物为A，生成的目的产物为生成的目的产物为D，Nn表示生成的目的产物表示生成的目的产物

20、D的摩尔数，。、的摩尔数，。、d分别为反应物分别为反应物d与目与目的产物的产物D的化学计量系数，则选择性为的化学计量系数，则选择性为式中式中NA1NA2为反应物为反应物A反应掉的摩尔数。反应掉的摩尔数。转化率与选择性是反应过程的两个主要技术指标。转化率与选择性是反应过程的两个主要技术指标。6、收率（以、收率（以Y表示）：目的产物的量除以反应物（通常指限制反应表示）：目的产物的量除以反应物（通常指限制反应物）输入量，以百分数表示。它可以用物质的量（摩尔数）或质物）输入量，以百分数表示。它可以用物质的量（摩尔数）或质量进行计算。若以摩尔数计算，考虑化学计量系数，则目的产物量进行计算。若以摩尔数计算

21、，考虑化学计量系数，则目的产物D的收率为的收率为转化率、选择性与收率三者之间的关系为转化率、选择性与收率三者之间的关系为Y = Sx%10021AADNNdaNS%1001ADDNdaNY化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校例：在催化剂作用下，甲醇籍空气氧化可以制取甲醛。为保证甲醇例：在催化剂作用下，甲醇籍空气氧化可以制取甲醛。为保证甲醇有足够的转化率，在进料中空气过量有足够的转化率，在进料中空气过量50，甲醇转化率可达，甲醇转化率可达75。是写出物料衡算表。是写出物料衡算表。解：计算基准：解：计算基准：100kmol甲醇进料甲醇进料CH3OHO2惰性组分惰性组分HCHOH

22、2OCH3OH+0.5O2=HCHO+H2O1.按化学计量式计算需求量kmolh100.050.0100.0100.02.过量50空气，试剂量kmolh100.075.0282.13.对于甲醇转化率75时 转化物质， kmolh75.037.5 产生物质， kmolh75.075.0 未转化物质， kmolh25.037.5282.14.总计 kmolh 进入气体100.075.0282.1 引出气体25.037.5282.175.075.0 引出气体的组成分析， mol0.050.080.570.150.15化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校具有循环过程的物料衡算具有循

23、环过程的物料衡算 在化工过程中，有一些具有循环、排放及旁路的过程，这类过程在化工过程中，有一些具有循环、排放及旁路的过程，这类过程的物料衡算与以上介绍的方法相类似，只是需要先根据已知的条件的物料衡算与以上介绍的方法相类似，只是需要先根据已知的条件及所求的未知量选择合适的衡算体系，列出物料衡算式再求解。如及所求的未知量选择合适的衡算体系，列出物料衡算式再求解。如果存在联系组分，则可以利用联系组分计算。果存在联系组分，则可以利用联系组分计算。 新鲜原料循环物料R产品P反应器分离器FMFRP有循环过程的物料流程图 进反应器的物料进反应器的物料MF是由新鲜原料与循环物料是由新鲜原料与循环物料R混合而成

24、，从反混合而成，从反应器出来的产物应器出来的产物RP经分离器分成产品经分离器分成产品P与循环物料与循环物料R。 化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校 有循环的过程，转化率常分为单程转化率与总转化率：有循环的过程，转化率常分为单程转化率与总转化率：式中式中 反应物反应物A输入、输出反应器的摩尔数；输入、输出反应器的摩尔数； 式中式中 反应物反应物A输入、输出过程的摩尔数；输入、输出过程的摩尔数； 所以，单程转化率是以反应器为体系，总转化率是以整个过所以，单程转化率是以反应器为体系，总转化率是以整个过程为体系。程为体系。 %100MFARPAMFANNN单程转化率%100FAS

25、AFANNN总转化率SAFANN 、SAFANN 、化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校 循环过程在稳定状态下操作时，物料的质量既不积累也循环过程在稳定状态下操作时，物料的质量既不积累也不消失，各流股的组分恒定。但是，如果原料中含有不不消失，各流股的组分恒定。但是，如果原料中含有不反应的杂质或惰性物质，经长时间的循环会使其浓度逐反应的杂质或惰性物质，经长时间的循环会使其浓度逐渐增加，因此就必须把一部分循环物料不断地排放掉，渐增加，因此就必须把一部分循环物料不断地排放掉，以维持进料中杂质的含量不再增大。以维持进料中杂质的含量不再增大。 通常对有循环过程的物料衡算，若已知总转化

26、率，通常对有循环过程的物料衡算，若已知总转化率，可以先做总物料衡算；若已知单程转化率，则可以先从可以先做总物料衡算；若已知单程转化率，则可以先从反应器衡算做起。反应器衡算做起。 例题：书例题：书3131页页 化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校例：乙烯直接水合制乙醇过程的物料衡算例：乙烯直接水合制乙醇过程的物料衡算乙烯直接水合制乙醇流程示意图乙烯直接水合制乙醇流程示意图混混合合器器反反应应器器洗洗涤涤塔塔常常压压分分离离器器原料乙烯原料乙烯 F水蒸气水蒸气FFRC乙烯乙烯WERP粗乙醇粗乙醇水水MF放空放空 W WCRESP化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专

27、科学校第二节第二节 热量衡算热量衡算一、概述一、概述 热量衡算是基于能量守恒定律，即凡是引入操作的热量衡算是基于能量守恒定律，即凡是引入操作的能量必等于操作后输出的能量。能量必等于操作后输出的能量。 在化工生产中，能量的消耗是一项重要的技术经济在化工生产中，能量的消耗是一项重要的技术经济指标，它是衡量工艺过程、设备设计、操作制度是否指标，它是衡量工艺过程、设备设计、操作制度是否先进合理的主要指标之一。先进合理的主要指标之一。 同时，在化工厂中，能量消耗费用是产品的主要成同时，在化工厂中，能量消耗费用是产品的主要成本之一，合理地利用能量可降低成本。因此在化工工本之一，合理地利用能量可降低成本。因

28、此在化工工艺设计中，热量衡算是化工计算中的一项主要内容。艺设计中，热量衡算是化工计算中的一项主要内容。化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校热量衡算的目的和任务热量衡算的目的和任务 1.确定各单元过程所需热量或冷量以及传热速率，为确定各单元过程所需热量或冷量以及传热速率，为诸如供汽、供水、供冷等提供设计依据，进而求出传诸如供汽、供水、供冷等提供设计依据，进而求出传热面积。热面积。 2.分析设计中和操作中热量利用是否经济合理，以提分析设计中和操作中热量利用是否经济合理，以提高热量的综合利用水平。高热量的综合利用水平。热量衡算分两类：热量衡算分两类： 1.单元设备的热量衡算；单元

29、设备的热量衡算； 2.车间甚至全厂的全面热量衡算，称为能量衡算或系车间甚至全厂的全面热量衡算，称为能量衡算或系统热量衡算。统热量衡算。化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校二、单元设备热量衡算二、单元设备热量衡算 通过对单元设备的热量衡算，可求出设备的有效热通过对单元设备的热量衡算，可求出设备的有效热负荷，进而确定加热基或冷却剂的用量，以及设备的传负荷，进而确定加热基或冷却剂的用量，以及设备的传热面积。热面积。 1.衡算步骤衡算步骤 （1）绘制设备的热平衡图）绘制设备的热平衡图 （2）收集相关的热力学数据）收集相关的热力学数据 （3）选择计算基准和热力学函数的基准态）选择计算

30、基准和热力学函数的基准态 （4）列出热量平衡方程式）列出热量平衡方程式 （5）计算各种形式热量的值，不可遗漏）计算各种形式热量的值，不可遗漏 （6）列热量平衡表）列热量平衡表化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校2.热量平衡方程式热量平衡方程式进入系统的热量与离开系统的热量是平衡的，则系统的进入系统的热量与离开系统的热量是平衡的，则系统的热量平衡可以表示为：热量平衡可以表示为： Q Q1 1+Q+Q2 2+Q+Q3 3Q Q4 4+Q+Q5 5+Q+Q6 6+Q+Q7 7 Q Q1 1：物料带入系统的热量物料带入系统的热量 Q Q2 2：由传热介质传入或移出的热量由传热介质传

31、入或移出的热量 Q Q3 3：过程热效应过程热效应 Q Q4 4：离开系统物料带出的热量离开系统物料带出的热量 Q Q5 5：消耗于加热设备的热量消耗于加热设备的热量 Q Q6 6：设备向四周散失的热量，即热损失设备向四周散失的热量，即热损失 Q Q7 7：挥发气体从设备中带出的热量挥发气体从设备中带出的热量化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校3.各种热量的计算各种热量的计算（2） Q Q3 3的计算的计算3Q =W II 反应热、溶解热、结晶热等反应热、溶解热、结晶热等 kJ/kg包括所有物理变化热和化学反应热。包括所有物理变化热和化学反应热。（3） Q Q5 5的计算的

32、计算5ii21Q=GC p(t - t )Gi ：设备各零部件的质量，设备各零部件的质量，kgCpi：各零部件的比热容，各零部件的比热容， kJkg-1-1 T1 、t2 ：设备各零部件加热前后的温度设备各零部件加热前后的温度 Q=W Cpt需考虑是否有相变需考虑是否有相变（1） Q Q1 1和和Q Q4 4的计的计算算化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校 （4）Q Q6 6的计算的计算6Q =AtA散热面积散热面积 m2 传热系数传热系数 kJm-2h-1-1tt温差温差 化工过程持续的时间化工过程持续的时间 h（5）Q Q7 7的计算的计算7Q =W(Cptr) W气体

33、物料质量气体物料质量 kg Cp液态物料平均比热容液态物料平均比热容 kJkg-1-1 tt蒸发温度与基准温度的温差蒸发温度与基准温度的温差 rr物料的蒸发热物料的蒸发热 kJ/kg（6）Q Q2 2 Q Q2 2即需通过计算求取的未知数，计算出即需通过计算求取的未知数，计算出Q Q2 2不仅可知道系统需加不仅可知道系统需加热还是冷却，并可进一步求出所需加热剂或冷却剂的用量以及所需热还是冷却，并可进一步求出所需加热剂或冷却剂的用量以及所需传热面积。传热面积。化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校4.热量计算时应注意的问题热量计算时应注意的问题（1）首先应根据物料的走向和变化，

34、详细分析热量间的关系；）首先应根据物料的走向和变化，详细分析热量间的关系；（2）有分清各种形式的热量，收集的收据要注意其应用的条件；）有分清各种形式的热量，收集的收据要注意其应用的条件；（3）间歇操作设备常用）间歇操作设备常用kJ台台或或kJ周期周期为计算基准，并且应注为计算基准，并且应注意其热负荷会随时间而变化，要用不均衡系数进行换算。意其热负荷会随时间而变化，要用不均衡系数进行换算。化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校三、系统热量平衡关系三、系统热量平衡关系 系统热量平衡的计算方法与前面基本相同。系统热量平衡的计算方法与前面基本相同。 其作用是将车间或工厂的各单元设备的

35、热量衡算联系起来，以其作用是将车间或工厂的各单元设备的热量衡算联系起来，以充分利用过程中的热量，并核实原设计是否符合工艺过程的要求；充分利用过程中的热量，并核实原设计是否符合工艺过程的要求；另外，还可借此计算能量的综合利用效率，考察能量回收方案是否另外，还可借此计算能量的综合利用效率，考察能量回收方案是否经济合理。经济合理。四、能量消耗综合表四、能量消耗综合表 通过热量衡算，求得各台设备加热基或冷却剂的用量，进而降通过热量衡算，求得各台设备加热基或冷却剂的用量，进而降水、汽、电、燃料等的用量进行汇总，可求出单位产品的动力消耗水、汽、电、燃料等的用量进行汇总，可求出单位产品的动力消耗定额，以及单

36、位时间的消耗量等。最后汇总到动力消耗综合表。定额，以及单位时间的消耗量等。最后汇总到动力消耗综合表。化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校第三节第三节 典型设备工艺设计与选型典型设备工艺设计与选型一、化工设备的分类与设计选型的基本要求一、化工设备的分类与设计选型的基本要求（一）分类（一）分类 1.按用途分类按用途分类化化工工设设备备主体主体设备设备辅助辅助设备设备反应设备反应设备 如反应釜、合成塔如反应釜、合成塔传质设备传质设备 如精馏塔、吸收塔、干燥器如精馏塔、吸收塔、干燥器传热设备传热设备 如蒸发器、换热器如蒸发器、

37、换热器分离设备分离设备 如过滤机、集尘器、离心机、筛分设备如过滤机、集尘器、离心机、筛分设备流体输送流体输送 如泵、风机、压缩机、真空泵如泵、风机、压缩机、真空泵备料设备备料设备 如粉碎机、混合机、制团、造粒机如粉碎机、混合机、制团、造粒机存储设备存储设备 如储槽、储罐、球罐如储槽、储罐、球罐起重运输起重运输 如行车、皮带输送机、提升机如行车、皮带输送机、提升机电力设备电力设备 如发电机、变压器、变频器如发电机、变压器、变频器动力设备动力设备 如电动机、锅炉如电动机、锅炉热能设备热能设备 如热风炉如热风炉制冷设备制冷设备 如冷冻机如冷冻机化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校

38、2.按标准化的情况分类按标准化的情况分类定型（标准）设备定型（标准）设备非定型（非标准）设备非定型（非标准）设备 设计选型时应尽量选用定型设备；设计选型时应尽量选用定型设备；在设计非标准设备时，也应在设计非标准设备时，也应尽量采用已经标准化的图纸。尽量采用已经标准化的图纸。 是成批成系列生产的设备，可以现成买到标准是成批成系列生产的设备，可以现成买到标准设备有产品目录或样本手册，有各种规格牌号，设备有产品目录或样本手册，有各种规格牌号，有不同生产厂家。工艺设计的任务是根据工艺有不同生产厂家。工艺设计的任务是根据工艺要求，计算并选择某种型号，以便订货。要求，计算并选择某种型号，以便订货。 非标准

39、设备工艺设计就是根据工艺要求，非标准设备工艺设计就是根据工艺要求，通过工艺计算，提出型式、材料、尺寸通过工艺计算，提出型式、材料、尺寸和其他一些要求。再由化工设备专业进和其他一些要求。再由化工设备专业进行机械设计，由有关工厂制造。行机械设计，由有关工厂制造。化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校（二）（二）选型和工艺设计的原则和选型和工艺设计的原则和基本要求基本要求1.选择的原则选择的原则(1)(1)合理性合理性 即设备必须满足工艺一般要求，设备与工艺流程、生产规即设备必须满足工艺一般要求，设备与工艺流程、生产规模、工艺操作条件、工艺控制水平相适应，又能充分发挥设备的能模、工

40、艺操作条件、工艺控制水平相适应，又能充分发挥设备的能力。力。(2)(2)先进性先进性 要求设备的运转可靠性、自控水平、生产能力、转化率、要求设备的运转可靠性、自控水平、生产能力、转化率、收率、效率要尽可能达到先进水平。收率、效率要尽可能达到先进水平。(3)(3)安全性安全性 要求安全可靠、操作稳定、弹性好、无事故隐患。对工艺要求安全可靠、操作稳定、弹性好、无事故隐患。对工艺和建筑、地基、厂房等无苛刻要求；工人在操作时，劳动强度小，和建筑、地基、厂房等无苛刻要求；工人在操作时，劳动强度小，尽量避免高温高压高空作业，尽量不用有毒有害的设备附件附料。尽量避免高温高压高空作业，尽量不用有毒有害的设备附

41、件附料。(4)(4)经济性经济性 设备投资省，易于加工、维修、更新，没有特殊的维护要设备投资省，易于加工、维修、更新，没有特殊的维护要求，运行费用减少。引进先进设备，亦应反复对比报价，考察设备求，运行费用减少。引进先进设备，亦应反复对比报价，考察设备性能，考虑是否易于被国内消化吸收和改进利用，避免盲目性。性能，考虑是否易于被国内消化吸收和改进利用，避免盲目性。 化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校2.基本要求基本要求（1 1）满足工艺要求）满足工艺要求 保证产品质量、达到产量要求、有合理的工艺指标检测及控制系保证产品质量、达到产量要求、有合理的工艺指标检测及控制系统、操作方

42、便可靠、另外，关键设备需进行细致的考察。统、操作方便可靠、另外，关键设备需进行细致的考察。（2 2）设备结构上的要求）设备结构上的要求 合理的强度、足够的刚度、良好的耐蚀性、可靠的密封性。合理的强度、足够的刚度、良好的耐蚀性、可靠的密封性。（3 3）技术经济指标）技术经济指标 生产强度、消耗指标、价格、管理费用生产强度、消耗指标、价格、管理费用3.选择设备的具体任务选择设备的具体任务（1 1）根据工艺要求，提出具体的规格型号；）根据工艺要求，提出具体的规格型号；（2 2）全车间乃至全厂的设备能力平衡统计；）全车间乃至全厂的设备能力平衡统计；（3 3）编制设备一览表；）编制设备一览表；（4 4）提供平立面布置和配管等施工图设计的详细资料。）提供平立面布置和配管等施工图设计的详细资料。化工设计概论化工设计概论镇江高等专科学校镇江高等专科学校二