乙烯生产工艺条件的确定-物料、热量衡算知识

生产工艺条件的确定任务一

烃类热裂解制乙烯热力学和动力学分析3.物料衡算和能量衡算3.3热量衡算能量衡算的基本方程式

∑Q入=∑Q出

+∑Q损

式中:∑Q入一输入设备热量总和；∑Q出

—输出设备热量总和；∑Q损—损失热量总和。3.物料衡算和能量衡算3.3热量衡算

如果无轴功条件下，进入系统加热量与离开系统的热量应平衡，即对传热设备的热量衡算可表示为：物料带进体系的热量

加热剂（或冷却剂）与设备交换的热量过程的热效应

物料从体系带走的热量

消耗在加热设备各个部件上的热量

设备向四周散失的热量（热损失）3.物料衡算和能量衡算3.3热量衡算热量衡算的说明（1）计算基准：指的是能量（或热量）基准。可取任何温度，对有反应的过程，一般取25℃为计算基准。（2）物料的显热可用焓值或比热容进行计算。（3）关于Q2热负荷的计算。“＋”需加热，“－”需冷却。对于间歇操作，应分段衡算，求出最大需要量。（4）Q3为过程的热效应，包括过程的状态热（相变热）和化学反应热。（5）设备加热所需热量Q5

（6）设备热损失Q6

3.物料衡算和能量衡算3.3热量衡算热量衡算的注意事项(1)热量衡算时要先根据物料的变化和走向，认真分析热量间的关系，然后根据热量守衡定律列出热量关系式。(2)要弄清楚过程中出现的热量形式，以便搜集有关的物性数据。(3)计算结果是否正确适用，关键在于数据的正确性和可靠性。(4)间歇操作设备，传热量Q随时间而变化，因此要用不均衡系数将设备的热负荷由千焦／台换算为千焦／小时。(5)选定设备的换热面积要大于理论计算。

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烃类热裂解制乙烯热力学和动力学分析3.物料衡算3.2物料衡算

质量守恒定律，即在一个孤立体系中不论物质发生任何变化(不包括核反应)它的质量始终保持不变。

物料平衡的理论依据：3.物料衡算3.2物料衡算式中，F0—输入体系的物料质量；

D—离开体系的物料质量；

A—体系内积累的物料质量；B—损失的物料质量(如跑、冒、滴、漏)物料平衡方程式：∑F0=∑D+A+∑B3.物料衡算3.2物料衡算物料衡算的步骤：确定衡算的对象、体系与环境，并画出计算对象的草图。包括求解系统、衡算范围、衡算边界3.物料衡算3.2物料衡算确定计算任务；确定过程所涉及的组分；对物流流股进行编号，并标注物流变量；收集数据资料： 一类为设计任务所规定的已知条件； 一类为与过程有关的物理化学参数。列出物料衡算方程参数。

3.物料衡算3.2物料衡算a）稳定操作过程（即稳流过程）：b）系统内无化学反应：c）系统内无化学反应的稳定操作过程：3.物料衡算3.2物料衡算列出过程的全部独立物料平衡方程式及其他相关约束式。

对有化学反应的过程，应写独立的反应方程式或独立反应数。例如碳与氧的燃烧过程：这4个反应是否是独立的呢？如何判断呢？3.物料衡算3.2物料衡算约束式归一化方程恒沸组成相平衡数据化学平衡方程回流比相比…………3.物料衡算3.2物料衡算列出过程的全部独立物料平衡方程式及其他相关约束式。

选择计算基准。时间基准：对连续稳定过程，用单位时间的物料量作基准。质量基准：固体或液体物料，选用单位质量为基准；体积基准：气体物料，选用m3（STP），因它不随T、P变化。当量基准：对化学反应过程，选用kmol，因为反应为等当量反应。物料衡算的基准3.物料衡算3.2物料衡算列出过程的全部独立物料平衡方程式及其他相关约束式。

选择计算基准。统计变量个数与方程个数，确定设计变量的个数及全部设计变量。整理计算结果3.物料衡算3.2物料衡算注意：物料平衡是指质量平衡，不是体积或物质的量(摩尔数)平衡。若体系内有化学反应，则衡算式中各项用摩尔／时为单位时，必须考虑反应式中的化学计量系数。对于无化学反应体系，能列出独立物料平衡式的最多数目等于输入和输出的物流里的组分数。在写平衡方程式时，要尽量使方程式中所包含的未知数最少。

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烃类热裂解制乙烯热力学和动力学分析3.物料衡算和能量衡算3.1物料衡算和能量衡算概述1、物料衡算与能量衡算的概念

物料衡算：运用质量守恒定律，对生产过程或设备的物料平衡进行定量的计算，计算出各股物流输入或输出的量及组分等，称之为物料衡算。能量衡算：以热力学第一定律为依据，对生产过程或设备的能量平衡进行定量的计算，计算过程中要供给或移走的能量，称之为能量衡算。能量是热能、电能、化学能、动能、辐射能的总称。化工生产中最常用的能量形式为热能，故化工设计中经常把能量计算称为热量计算。3.物料衡算和能量衡算3.1物料衡算和能量衡算概述2、物料衡算与能量衡算的意义

物料衡算与能量衡算是进行化工工艺过程设计及技术经济评价的基本依据。通过对全生产过程或单元过程的物料和能量的衡算，计算得到：

主、副产品产量；原材料的消耗定额，过程的物料损耗；“三废”的生成量及组成；水、电、汽或其他燃料等消耗定额；设计物料流程图。3.物料衡算和能量衡算3.1物料衡算和能量衡算概述2、物料衡算与能量衡算的意义

根据物料衡算和能量的衡算结果，可以：对生产设备进行设计和选型；确定产品成本等各项技术经济指标，从而可以定量地评述所选择的工艺路线、生产方法及工艺流程在经济上是否合理，技术上是否先进。3.物料衡算和能量衡算3.1物料衡算和能量衡算概述2、物料衡算