化工设计课件

《化工设计》第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》化工设计《化工设计》化工设计课程的性质、目标与基本要求化工设计课程为化学工程与工艺专业的专业限选课，化学和应用化学专业的专业选修课。课程的性质：本课程以化工生产车间(装置)的工艺设计为重点，讲述与国际化工设计相接轨、目前国内通用的化工设计的原则、方法、设计程序与技巧，和各种化工工艺图与化工设备图的绘制与阅读方法，以及计算机在化工设计计算与绘图中的应用。通过本课程的学习，使学生对化工生产车间(装置)设计的内容和步骤有较全面的了解，并具有初步的化工装置设计能力。课程的目标：通过本课程的学习和毕业设计环节的实践，培养学生综合运用所学知识分析和解诀实际工程问题的能力，增强学生的工程概念和技术经济意识，熟悉化工设计的常用规范，使学生具备化学工程师的基本素质。

化工设计《化工设计》本课程的基本要求为：

1、掌握化工设计的基本程序、基本规律、基本方法、主要规范和基本思维方式；2、给学生以扎实的化工设计基础训练和创新思维的培养；3、掌握工艺方案选择和工艺流程设计、以及车间设备布置和管道布置的原则、方法和步骤；4、掌握物料衡算、热量衡算及设备的选型与工艺计算的原理和方法，并能运用计算机进行工艺计算；5、掌握工艺流程图、设备布置图、管道布置图及化工设备图的表达内容、绘制方法和阅读方法，并能运用计算机绘制工艺流程图、设备布置图和化工设备图；6、了解非工艺专业的设计及概算的内容，设计的技术经济评价方法，为非工艺专业提供设计条件。第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》本章主要内容1.1化工设计的种类1.2化工厂设计的工作程序1.3化工车间工艺设计的程序及内容1.4设计文件本章重点难点：化工设计的种类化工厂设计的工作程序

第一章化工厂设计的内容与程序第一节化工设计的种类《化工设计》教学内容： 理解概念设计、中试设计、基础设计与工程设计的概念与内容。重点和难点：

重点是理解概念设计、基础设计与工程设计的区别与联系，特别要掌握国内的基础设计、初步设计、施工图设计与国外的工艺设计、基础工程设计及详细工程设计的内容与区别。1.1化工设计的种类《化工设计》1.1化工设计的种类一、根据项目性质分类

1、新建项目设计 包括新产品设计和采用新工艺或新技术的产品设计 2、重复建设项目设计 市场需要，设备老化，需要再建生产装置 3、已有装置的改造设计产品质量或产量不能满足客户要求原材料和能量消耗过高而缺乏市场竞争能力环保要求的提高、为了实现清洁生产1.1化工设计的种类第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》1.1化工设计的种类二、根据化工过程开发程序分类

化工新技术开发过程是在基础研究（即实验室研究）的基础上，通过过程研究、工程研究和工程设计，最终完成化工新技术的开发。

1.1化工设计的种类第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》1.1化工设计的种类二、根据化工过程开发程序分类

1、概念设计概念设计是以过程研究中间结果（或最终结果）为基础，从工程角度出发按照未来生产规模所进行的一种假想设计。概念设计的作用是暴露和提出过程研究中存在的问题，并为解决这些问题提供途径或方案；评价开发的新产品或新技术是否有工业化价值。 2、中试设计

中试的主要目的是检验和修改小试验与大型冷模试验结果所形成的综合模型，考察基础研究结果在工业规模下实现的技术、经济方面的可行性。1.1化工设计的种类第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》1.1化工设计的种类二、根据化工过程开发程序分类

3、基础设计 基础设计是过程开发的成果形式，它是工程设计的依据。 4、工程设计

工程设计可以根据工程的重要性、技术的复杂性和技术的成熟程度以及计划任务书的规定，分为三段设计、两段设计和一段设计。

对于重大项目和使用比较复杂技术的项目，为了保证设计质量，可以按初步设计、扩大初步设计及施工图设计三个阶段进行设计。1.1化工设计的种类第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》一般技术比较成熟的大中型工厂或车间的设计，可按扩大初步设计和施工图设计两个阶段的设计。技术上比较简单、规模较小的工厂或车间的设计，可直接进行施工图设计，即一个阶段的设计。初步设计

其主要任务根据批准的设计任务书（或可行性研究报告），确定全厂性设计原则、设计标准、设计方案和重大技术问题，最终编制初步设计说明书，其内容和深度能使对方了解设计方案、投资和基本出处为准。扩大初步设计

根据行业规范，解决初步设计中的主要技术问题，使之明确、细化。编制准确度能满足控制投资或报价使用的工程概算。施工图设计根据行业标准结合建厂地区条件，在满足安全、进度及控制投资等前提下开展施工图设计。1.1化工设计的种类第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》1.1化工设计的种类三、国际通用的设计阶段划分 国外各设计阶段的主要设计内容及成品，见表1-1。1.1化工设计的种类工艺设计基础工程设计详细工程设计1、工艺流程图(PFD)2、工艺控制图(PCD)3、工艺说明书4、物料平衡表5、工艺设备表6、工艺数据表7、安全备忘录8、慨略布置图9、主要专业设计条件1、管道仪表流程图(PID)2、设备计算及分析草图3、设计规格说明书4、材料选择5、请购文件6、设备布置图(分区)7、管道平面图(分区)8、地下管网图9、电气单线图10、各专业设计条件1、详细配管图2、管段图(空视图)3、基础图4、结构图、建筑图5、仪表设计图6、电气设计图7、设备制造图8、其他为施工所需的各专业全部设计图纸、文件9、各专业施工安装说明表1-1国外各设计阶段的主要设计内容及成品第一章化工厂设计的内容与程序第一章化工厂设计的内容与程序第二节化工厂设计的工作程序《化工设计》教学内容： 了解从项目建议书到投料试车的化工厂设计工作的内容和程序。理解项目建议书、可行性研究、设什任务书、扩大初步设计和施工图设计的主要内容。了解国外通用设计程序内容。重点和难点：

重点掌握扩大初步设计的内容和工作程序。1.2化工厂设计的工作程序《化工设计》1.2化工厂设计的工作程序

一、国内化工厂设计程序 化工厂设计的工作程序，见图1-2。

1.2化工厂设计的工作程序第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》1.2化工厂设计的工作程序

(一)项目建议书项目建议书是进行可行性研究和编制设计任务书的依据，根据原化工部化计发(1992)995号《化工建设项目建议书内容和深度的规定》(修订本)中的有关规定制订。项目建议书应包括下列内容： 1．项目建设目的和意义，包括项目提出的背景和依据，投资的必要性及经济意义。 2．市场初步预测分析。 3．产品方案和生产规模。1.2化工厂设计的工作程序第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》 4．工艺技术初步方案，包括原料路线、生产方法和技术来源。 5．原材料、燃料和动力的供应。 6．建厂条件和厂址初步方案。 7．公用工程和辅助设施初步方案。 8．环境保护。 9．工厂组织和劳动定员估算。 10．项目实施初步计划。 11．投资估算和资金筹措方案。 12．经济效益和社会效益的初步评价。 13．结论与建议。1.2化工厂设计的工作程序第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》1.2化工厂设计的工作程序

(二)可行性研究可行性研究是以拟建项目进行全面分析及多方面比较，对其是否应该建设及如何建设作出论证和评价，为上级机关投资决策和编制、审批设计任务书提供可靠的依据。根据中石化协产发[2006]76号《化工投资项目可行性研究报告编制办法》和中国石化咨[2005]154号《石油化工项目可行性研究报告编制规定》中的有关规定制订。1.2化工厂设计的工作程序第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》1.2化工厂设计的工作程序

(三)编制设计任务书可行性研究呈报给上级主管部门，当被上级主管部门认可后，便可根据《化工厂初步设计文件内容深度规定》编写设计任务书，以作为设计项目的依据。

1.2化工厂设计的工作程序第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》设计任务书的内容主要包括以下几点:

1．项目设计的目的和依据。 2．生产规模、产品方案、生产方法或工艺原则。 3．矿产资源、水文地质、原材料、燃料、动力、供水、运输等协作条件。 4．资源综合利用和环境保护、“三废”治理的要求。 5．建设地区或地点，占地面积的估算。 6．防空、防震等的要求。 7．建设工期与进度计划。 8．投资控制数。 9．劳动定员控制数。 10．经济效益、资金来源、投资回收年限。1.2化工厂设计的工作程序第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》1.2化工厂设计的工作程序

(四)扩大初步设计

1.2化工厂设计的工作程序第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》1.2化工厂设计的工作程序

(五)施工图设计施工图设计的任务是根据扩大初步设计审批意见，解决扩大初步设计阶段待定的各项问题，并以它作为施工单位编制施工组织设计、编制施工预算和进行施工的依据。施工图设计的主要工作内容是在扩大初步设计的基础上，根据行业标准《化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》HG/T20519-2009，完善流程图设计和车间布置设计，进而完成管道配置设计和设备、管路的保温及防腐设计。工艺专业施工图设计的主要内容：设计说明书、附图、附表。1.2化工厂设计的工作程序第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》1.2化工厂设计的工作程序

(六)设计代表工作各专业设计代表的任务就是参加基本建设的现场施工和安装（必要时修正设计），建成化工装置后要参加试车运转工作，使装置达到设计所规定的各项指标要求。

1．设计交底 2．参与现场建设指挥和及时修正设计 3．参加装置的试运转 4．竣工、验收和总结1.2化工厂设计的工作程序第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》1.2化工厂设计的工作程序

二、国外通用设计程序

1、工艺设计工艺设计的主要内容是把专利商提供的工艺包或把本公司开发的专利技术进行工程化，并转化为设计文件，提交用户审查，发表给有关各设计专业作为开展工程设计的依据。

2、基础工程设计 基础工程设计是与工艺设计衔接最为紧密的，也是工程设计中最为关键的设计阶段。

3、详细工程设计 详细工程设计是在基础工程设计的基础上进行的，其内容和深度应达到满足通用材料采购、设备制造、工程施工及装置投产运行的要求。1.2化工厂设计的工作程序第一章化工厂设计的内容与程序第一章化工厂设计的内容与程序第三节化工车间工艺设计的程序及内容《化工设计》教学内容： 了解车间(装置)工艺设计的内容和工作程序。重点和难点：

重点掌握车间(装置)工艺设计的工作程序和设计准备工作及方案设计的内容。1.3化工车间工艺设计的程序及内容

《化工设计》1.3化工车间工艺设计的程序及内容

化工厂通常由化工生产车间、辅助生产装置、公用工程及罐区、服务性工程、生活福利设施、三废处理设施和厂外工程等构成。一、设计准备工作 （1）熟悉设计任务书 （2）了解化工设计以及工艺设计包括哪些内容，其方法步骤如何。 （3）查阅文献资料 （4）收集第一手资料。1.3化工车间工艺设计的程序及内容

第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》1.3化工车间工艺设计的程序及内容

二、方案设计方案设计的任务是确定生产方法和生产流程，是整个工艺设计的基础。要求运用所掌握的各种信息，根据有关的基本理论进行不同生产方法和生产流程的对比分析。方案设计阶段的工作可以培养设计人员分析、归纳总结和理论联系实际的能力。

1.3化工车间工艺设计的程序及内容

第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》1.3化工车间工艺设计的程序及内容

三、化工计算

化工计算包括工艺设计中的物料衡算、能量衡算、设备选型与计算三个内容，其任务是在这三项计算的基础上绘制物料流程图、主要设备图和带控制点工艺流程图。因此，化工计算的结果关系到整体设计的成败。1.3化工车间工艺设计的程序及内容

第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》1.3化工车间工艺设计的程序及内容

四、车间布置设计车间布置设计应根据HG/T20546-2009《化工装置设备布置设计规定》和SH/T3032-2002《石油化工企业总体布置设计规范》的有关规定，满足施工、操作和检修的要求，其主要任务是确定整个工艺流程中的全部设备在平面上和空间中的正确的具体位置，相应地确定厂房或框架的结构型式。车间布置对生产的正常进行和经济指标都有重要影响，同时为土建、电气、自控、给排水、外管等专业开展设计提供重要依据。

1.3化工车间工艺设计的程序及内容

第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》1.3化工车间工艺设计的程序及内容

五、配管工程设计 配管工程设计是化工设计最重要的内容之一，其任务是确定生产流程中全部管线、阀门及各种管架的位置、规格尺寸和材料，综合权衡建设投资和操作费用。配管工程设计，应根据HG/T20549-1998《化工装置管道布置设计规定》和SH3012-2000《石油化工管道布置设计通则》，注意节约管材，便于操作、检查和安装检修，而且做到整齐美观。1.3化工车间工艺设计的程序及内容

第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》1.3化工车间工艺设计的程序及内容

六、提供设计条件工艺专业设计人员应根据该项目设计全局性的总体要求，向非工艺专业设计人员提供设计条件。设计条件的内容包括：总图、土建、外管、非定型设备、自控、电气、电讯、电加热、采暖通风、空调、给排水、工业炉等。1.3化工车间工艺设计的程序及内容

第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》1.3化工车间工艺设计的程序及内容

七、编制概算书及编制设计文件工程概算书应根据中国石化总公司2008年以文件中国石化建（2008）82号发布的《石油化工工程建设设计概算编制办法》（2007版）进行编制，它是在初步设计阶段编制的车间投资的初步估算结果，可以作为上级主管部门决策和银行对基本建设单位贷款的依据。概算主要提供了车间建筑、设备及安装工程费用。经济是否合理是衡量一项工程设计质量的重要标志。

编制设计文件，是分别在初步设计阶段与施工图设计阶段的设计工作完成后进行的，它是设计成果的汇总，是进行下一步工作的依据。1.3化工车间工艺设计的程序及内容

第一章化工厂设计的内容与程序第一章化工厂设计的内容与程序第四节设计文件《化工设计》教学内容： 了解初步设计文件和施工图设计文件的主要内容和要求。重点和难点：

重点掌握初步设计文件中工艺设计部分的内容。1.4设计文件

《化工设计》1.4设计文件

一、初步设计文件初步设计的设计文件应包括以下两部分内容：设计说明书和说明书的附图、附表。化工厂初步设计说明书内容和编写要求，依据《化工厂初步设计文件内容深度规定》和设计的范围（整个工厂，一个车间，或一套装置）、规模的大小和主管部门的要求而不同。初步设计说明书的内容详见教材。1.4设计文件

第一章化工厂设计的内容与程序《化工设计》1.4设计文件

二、施工图设计文件设计施工图是工艺设计的最终成品，应依据HG/T20519-2009《化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》，在初步设计的基础上进行编制。它由文字说明、表格和图纸三部分组成，编制每个独立的装置或主项施工图应参考该内容深度及设计规定（教材表1-19、表1-20）。设计施工图设计说明由工艺设计、设备布置、管道布置、绝热、隔声及防腐设计说明构成。1.4设计文件

第一章化工厂设计的内容与程序第二章工艺流程设计

《化工设计》第二章工艺流程设计《化工设计》《化工设计》本章主要内容：2.1生产方法和工艺流程的选择2.2工艺流程设计2.3工艺流程图2.4典型设备的自控方案2.5工艺流程图计算机绘制软件简介本章重点难点：工艺流程的选择原则和设计方法；工艺流程图的类型及其绘制方法；设备、管道、阀门与管件、自控方案的表示方法。

第二章工艺流程设计

《化工设计》2.1

生产方法和工艺流程的选择第二章工艺流程设计

教学内容： 理解生产方法和工艺流程选择的原则和生产方法和工艺流程确定的步骤和内容。重点和难点： 重点掌握生产方法和工艺流程确定的步骤。第一节生产方法和工艺流程的选择《化工设计》2.1

生产方法和工艺流程的选择一、生产方法和工艺流程选择的原则 在选择生产方法和工艺流程时，应该着重考虑以下三项原则：1.先进性2.可靠性3.合理性

2.1

生产方法和工艺流程的选择第二章工艺流程设计

《化工设计》2.1

生产方法和工艺流程的选择二、生产方法和工艺流程确定的步骤 确定生产方法和工艺流程时，通常要经过下列几个阶段： 1.资料搜集与项目调研； 2.生产设备类型与制造厂商调研； 3.对调研结果进行全面分析对比。2.1

生产方法和工艺流程的选择第二章工艺流程设计

《化工设计》第二章工艺流程设计

教学内容： 理解工艺流程设计的任务和工艺流程的设计方法。重点和难点： 重点掌握工艺流程设计的步骤和内容，以及反应过程、原料预处理过程、产物的分离净化过程设计应考虑的问题。 难点是综合运用所学知识，以反应过程为核心，根据反应过程的特点，提出对原料预处理过程、产物的分离净化过程的的要求，组织工艺流程。第二节工艺流程设计2.2工艺流程设计《化工设计》2.2工艺流程设计一、工艺流程设计的任务工艺流程设计的任务主要包括两个方面： 1.确定生产流程中各个生产过程的具体内容、顺序和组合方式 2.绘制工艺流程图2.2工艺流程设计第二章工艺流程设计

《化工设计》为使设计出来的工艺流程能够实现优质、高产、低消耗和安全生产，按下列步骤逐步进行设计: （1）确定整个流程的组成； （2）确定每个过程或工序的组成； （3）确定工艺操作条件； （4）控制方案的确定； （5）原料与能量的合理利用； （6）制定“三废”处理方案； （7）制定安全生产措施。2.2工艺流程设计第二章工艺流程设计

《化工设计》2.2工艺流程设计二、工艺流程设计的方法

工艺流程设计方法，首先要看所确定的生产方法是正在生产或曾经运行过的成熟工艺，还是待开发的新工艺。前者是可以参考借鉴但需要局部改进或局部采用新技术、新工艺的问题；后者须针对新技术开发进行概念设计。工艺流程分为四大部分：原料预处理过程、反应过程、产物的后处理（分离净化）过程和“三废”的处理过程。2.2工艺流程设计第二章工艺流程设计

《化工设计》工艺流程设计主要应考虑如下几个方面的问题：（1）以反应过程为中心（2）原料预处理过程（3）产物的分离净化（4）产品的后处理（5）未反应原料的循环与利用（6）确定“三废”排出物的处理措施（7）确定公用工程的配套措施（8）确定操作条件和制定控制方案（9）制定切实可靠的安全生产措施（10）保温、防腐的设计2.2工艺流程设计第二章工艺流程设计

《化工设计》第二章工艺流程设计

教学内容： 理解工艺流程图的种类和表达内容和管道仪表流程图的设备、管道、管件、阀门和仪表控制点的表达方法。了解首页图的编制内容。重点和难点： 重点掌握管道仪表流程图的设备、管道、管件、阀门和仪表控制点的表达内容和方法，以及管道标注内容和方法。 难点是如何确定管道等级，以及管道标注内容和表示方法。第三节工艺流程图2.3工艺流程图《化工设计》2.3工艺流程图

一、工艺流程图的种类（一）工艺流程草图

工艺流程草图又称方案流程图或流程示意图，是用来表达整个工厂或车间生产流程的图样。它是设计开始时供工艺方案讨论常用的流程图，是工艺流程图设计的依据。绘制内容

设备示意图物流管线及流向箭头必要的文字注释2.3工艺流程图第二章工艺流程设计

《化工设计》2.3工艺流程图第二章工艺流程设计

《化工设计》2.3工艺流程图

一、工艺流程图的种类（二）工艺物料流程图

工艺物料流程图是在物料衡算和热量衡算完成后绘制，是以图形与表格相结合的形式来反映物料衡算和热量衡算的结果。绘制内容

图形标注内容设备一览表物料表2.3工艺流程图第二章工艺流程设计

《化工设计》2.3工艺流程图第二章工艺流程设计

图2-2M/DBT工艺物料流程图《化工设计》2.3工艺流程图

一、工艺流程图的种类（三）带控制点的工艺流程图带控制点的工艺流程图是一个工程项目工程设计的一个指导性文件，也是各专业开展设计的依据之一。带控制点的工艺流程图应画出所有工艺设备、工艺物料管线、辅助物料管线、主要阀门，以及工艺参数(温度、压力、流量、液位、物料组成、浓度等)的测量点，并表示出自动控制的方案。2.3工艺流程图第二章工艺流程设计

《化工设计》2.3工艺流程图

一、工艺流程图的种类（四）管道仪表流程图管道仪表流程图(PI图)是借助统一规定的图形符号和文字代号，用图示的方法把建立化工工艺装置所需的全部设备、仪表、管道及主要管件，按其各自的功能，为满足工艺要求和安全、经济目的而组合起来，以起到描述工艺装置结构和功能的作用。PI图在基础工程设计阶段应绘制A版PI图(初版)、B版PI图(内审版)、C版PI图(用户版)及D版PI图(确认版)；在详细工程设计阶段应绘制E版PI图(详1版)、F版PI图(详2版)、G版PI图(施工版)。

2.3工艺流程图第二章工艺流程设计

《化工设计》2.3工艺流程图

二、管道仪表流程图(PI图)管道仪表流程图(PI图)应依据“化工工艺设计施工图内容和深度统一规定”HG/T20519-2009和“管道仪表流程图设计规定”HG20559-93的有关规定进行绘制。（一）通用设计规定

1、图纸规格与图幅 2、线条与比例

3、文字与字母的标注 4、工艺管道仪表流程图 5、备注栏、详图和表格 6、图面布置2.3工艺流程图第二章工艺流程设计

《化工设计》2.3工艺流程图

二、管道仪表流程图(PI图)（二）设备的表示方法

1、图形

化工设备在图上一般可不按比例、用中线条、按HG/T20519.2-2009规定的设备、机器图例画出能够显示设备形状特征的主要轮廓，并表示出设备类别特征以及内部、外部构件（内、外构件亦用中线条）。常用设备、机器的图例可参见教材表2-2，其他设备可参照画出。并用单实线画出机器设备上所有的接口(包括人孔、手孔、卸料口及排液口、放空口和化表接口等)。2.3工艺流程图第二章工艺流程设计

《化工设计》2、设备的标注 （1）标注的内容工艺管道仪表流程图上应标注设备位号及名称。（2）设备的位号每台设备均有相应的位号；设备位号由两部分组成，前部分用大写英文字母表示设备类别；后部分用阿拉伯数字表示设备所在位置(工序)及同类设备的顺序，一般数字为3-4位。

例如，图2-3中的设备位号“P301A”由三部分组成：P为设备类别代号。（3）标注的方式PI图上通常要表示两处设备位号，第一处设备位号表示在设备旁，在设备位号线上部注写设备位号，不注设备名称；第二处位号表示在设备相对应位置的图纸上方或下方，在位号线上部注写设备位号，在位号线下部注写设备名称。2.3工艺流程图第二章工艺流程设计

《化工设计》2.3工艺流程图

二、管道仪表流程图(PI图)（三）管道的表示方法1．管道的画法

管道应按《管道仪表流程图管道和管件图形符号》HG20559.3-93规定的图形符号绘制。 (1)线型规定 (2)管道的交叉与转弯 (3)放气、排液及液封 (4)管道仪表流程图中的工艺物料管道一般采用左进右出的方式2.3工艺流程图第二章工艺流程设计

《化工设计》2、管道的标注管道及仪表流程图的管道应标注的内容有四个部分，即管段号（由三个单元组成）、管径、管道等级和绝热（或隔声）代号，总称为管道组合号。水平管道宜平行标注在管道的上方，竖直管道宜平行标注在管道的左侧。在管道密集、无处标注的地方，可用细实线引至图纸空白处水平（竖直）标注。2.3工艺流程图第二章工艺流程设计

(1)第1单元为物料代号。按HG/T20519.2-2009行业标准规定，物料代号通常按物料的名称和状态取其英文名词的字头组成。一般采用2~3个大写英文字母表示。常用（部分）物料代号，见表2-5。(2)第2单元为主项编号。按工程规定的主项编号填写。(3)第3单元为管道序号。相同类别的物料在同一主项内以流向先后为序，顺序编号。 以上三个单元组成管段号。《化工设计》2.3工艺流程图第二章工艺流程设计

(4)第4单元为管道规格，一般标注公称直径，以mm为单位，只注数字，不注单位。(5)第5单元为管道等级。 如A1A中：A－管道的公称压力等级代号1－管道材料等级顺序号A－管道材质类别代号HG/T20519.6-2009规定的常用材质类别代号为：A－铸铁、B－碳钢、C－普通低合金钢、D－合金钢E－不锈钢、F－有色金属、G－非金属、H－衬里及内防腐(6)第6单元为绝热或隔声代号。《化工设计》2.3工艺流程图第二章工艺流程设计

《化工设计》2.3工艺流程图

二、管道仪表流程图(PI图)（四）阀门与管件的表示方法2.3工艺流程图第二章工艺流程设计

《化工设计》2.3工艺流程图

二、管道仪表流程图(PI图)（五）仪表控制点的表示方法

管道仪表流程图上要以规定的图形符号和文字代号，表示出在设备、机械、管道和仪表站上的全部仪表。

1．仪表的功能标志 仪表的功能标志由1个首位字母和1~3个后继字母组成，第一个字母表示被测变量，后继字母表示读出功能、输出功能。2.3工艺流程图第二章工艺流程设计

《化工设计》2．仪表位号 仪表位号由仪表功能标志和仪表回路编号两部分组成，仪表回路编号可以用工序号加仪表顺序号组成。3．仪表图形符号2.3工艺流程图第二章工艺流程设计

《化工设计》2.3工艺流程图

二、管道仪表流程图(PI图)（六）首页图每个单独装置（装置包括若干个工序）编制一份首页图，适用于该装置的工艺管道仪表流程图和辅助物料、公用物料管道仪表流程图。根据标准HG/T20519.2-2009，首页图见教材图2-7。2.3工艺流程图第二章工艺流程设计

《化工设计》第二章工艺流程设计

教学内容：

理解泵类、压缩机、换热器、反应器及蒸馏塔的自控方案的内容和方法，以及自控设计条件的内容。重点和难点：

重点掌握泵类、压缩机、换热器、反应器及蒸馏塔的自控方案。 难点是如何确定操纵变量、主变量和副变量，以及控制方案的表达方法。第四节典型设备的自控方案2.4典型设备的自控方案《化工设计》2.4典型设备的自控方案

一、泵类的自控方案1.离心泵 离心泵的流量调节一般是采用出口节流的方法，如图2-8(a)。也可以使用旁路调节方法(见图2-8(b))，旁路调节耗费能量，其优点是调节阀的尺寸比直接节流的小。2.4典型设备的自控方案第二章工艺流程设计

《化工设计》2.4典型设备的自控方案

一、泵类的自控方案2．容积式泵 容积式泵主要指往复泵、齿轮泵、螺杆泵和旋涡泵等，当流量减小时容积式泵的压力急剧上升，因此不能在容积式泵的出口管道上直接安装节流装置来调节流量，工程上通常采用旁路调节或改变转速、改变冲程大小来调节流量。2.4典型设备的自控方案第二章工艺流程设计

《化工设计》2.4典型设备的自控方案

二、压缩机的自控方案2.4典型设备的自控方案第二章工艺流程设计

《化工设计》2.4典型设备的自控方案

三、换热器的自控方案(一)无相变时换热器的自控方案1．控制载热体的流量2.4典型设备的自控方案第二章工艺流程设计

《化工设计》2.4典型设备的自控方案

三、换热器的自控方案(一)无相变时换热器的自控方案2．控制被控物料的流量2.4典型设备的自控方案第二章工艺流程设计

《化工设计》2.4典型设备的自控方案

三、换热器的自控方案(二)有相变时的换热器控制方案

1．加热器的温度控制方案

2．冷却器的温度控制方案2.4典型设备的自控方案第二章工艺流程设计

《化工设计》2.4典型设备的自控方案

四、反应器的自控方案(一)釜式反应器的温度自动控制1．控制进料温度 物料经过预热器（或冷却器）后进入反应釜，通过改变进入预热器（或冷却器）的热剂量（或冷剂量）改变进入反应釜的物料温度，从而达到控制釜内物料温度的目的（见教材图2-17(a)）。

2．控制传热量 用改变载热体流量来调节反应釜内物料温度，见教材图2-17(b)。2.4典型设备的自控方案第二章工艺流程设计

《化工设计》2.4典型设备的自控方案

四、反应器的自控方案(一)釜式反应器的温度自动控制3．串级控制 当反应釜滞后现象较严重时或控温要求较高时，应改单回路控制为串级控制。2.4典型设备的自控方案第二章工艺流程设计

《化工设计》2.4典型设备的自控方案

四、反应器的自控方案(二)固定床反应器的温度控制

2.4典型设备的自控方案第二章工艺流程设计

《化工设计》2.4典型设备的自控方案

五、蒸馏塔的控制方案2.4典型设备的自控方案(a)提馏段控制方案(b)精馏段控制方案图2-19蒸馏塔原则控制方案第二章工艺流程设计

《化工设计》2.4典型设备的自控方案

六、自控设计条件在物料衡算已经修订、流程图和设备布置图基本完成后提交。自控设计条件内容：管道仪表流程草图、设备布置图和自控设计条件表。2.4典型设备的自控方案第二章工艺流程设计

《化工设计》第二章工艺流程设计

教学内容：

运用多媒体手段演示用PIDCAD绘制工艺流程图的过程，理解PIDCAD的工作界面和绘制工艺流程图的步骤和方法。重点和难点：

有条件的院校，应上机让学生运用计算机绘制一个简单过程的管道仪表流程图，重点掌握设备、管道、管件、阀门和仪表控制点的绘制方法和管道标注内容和方法。 难点是绘制工艺流程图的顺序，以及各种管线的类型、线宽的确定，阀门类型的确定。

第五节工艺流程图计算机绘制软件2.5工艺流程图计算机绘制软件简介

《化工设计》2.5工艺流程图计算机绘制软件简介

一、计算机在绘制工艺流程图中的应用常用流程图绘制软件为美国Autodesk公司的AutoCAD。利用其本身强大的开发功能进行了AutoCAD的二次开发，出现了很多专业软件：AspenTech公司AspenPlus；加拿大VMG集团(VirtualMaterialsGroup)开发的VMGSim；Chemstations公司的ChemCAD；青岛伊科思技术工程有限公司开发的ECSS化工之星等。绘制管道仪表流程图还必须使用专门的软件，例如：上海尤里卡的PEDS三维配管工程设计系统、中科辅龙的PDSOFT三维工厂设计软件等都有绘制管道仪表流程图的功能，深圳维远泰克公司还推出一款专门用于绘制工艺流程图的软件PIDCAD。2.5工艺流程图计算机绘制软件简介

第二章工艺流程设计

《化工设计》2.5工艺流程图计算机绘制软件简介

二、PIDCAD软件简介PIDCAD软件是设计人员基于AutoCAD平台，集多年的工程设计经验，融合国内外著名石化工程设计公司的绘图标准以及工程设计人员的绘图习惯而设计、开发的，一种专用于化工及相关工程设计、管道和仪表、物料流程图绘制的专业工具软件。按行业标准，建有国家标准图幅库、设备符号库、阀门库、仪表库。利用PIDCAD软件绘制的工艺物料及管道和仪表流程图，使工厂的工艺、设备设计与管理变得更加简单、实用、高效。PIDCAD软件操作简单、方便易学，适合于工程技术、设计人员及高校师生从事化工工程设计、流程图绘制时使用，结合工艺设备管理软件，可实现工厂工艺、设备信息化管理。2.5工艺流程图计算机绘制软件简介

第二章工艺流程设计

77第三章物料衡算与能量衡算第一节物料衡算的基本方法教学内容：了解物料衡算和能量衡算的意义和基本概念。重点和难点：重点：掌握物料衡算基准和物料衡算的基本步骤。难点：衡算基准的选择，包括基准物流的名称和单位选择。7879一、物料衡算的质量守恒一般表示式为：进入系统的质量流量一排出系统的质量流量=系统内质量的累积对稳态过程，系统内质量的累积为零。此时：进入系统的质量流量=排出系统的质量流量80二、物料衡算基准⑴时间基准连续（小时，天……）间歇（釜，批……）⑵质量基准kg，mol，kmol……⑶体积基准m3（STP）⑷干湿基准干基（不含水），湿基（含水）例：100kg湿物料，其中含水10kg，按湿基：含水率为10%；若按干基：含水率为10/（100-10）×100%=11.11%第三章物料衡算与能量衡算81三、物料衡算的基本步骤⑴画出流程示意图⑵确定计算任务⑶确定组分数据⑷收集物性参数⑸写出主、副产品的化学反应方程式。第三章物料衡算与能量衡算第二节反应过程的物料衡算教学内容：结合具体实例，理解根据不同反应类型及工艺过程选择合适的物料平衡方法进行物料衡算。重点和难点：重点：掌握不同化工过程的物料衡算思路。难点：对一个化工过程的物料衡算应选择什么物流作衡算基准，如何列出平衡表达式。8283⑴转化率转化率=⑵选择性选择性=xA=Φ=第三章物料衡算与能量衡算反应：aA+bBcC+dD84⑶收率收率=转化率×选择性=η=ΦxA

=⑷限制反应物⑸过量反应物第三章物料衡算与能量衡算例：已知丙烯氧化法生产丙烯醛的一段反应器，原料丙烯投料量为600kg/h，出料中有丙烯醛640kg/h，另有未反应的丙烯25kg/h，试计算原料丙烯的转化率、选择性及丙烯醛的收率。85一段反应器丙烯600kg/h丙烯25kg/h丙烯醛640kg/h解：丙烯氧化生成丙烯醛的化学反应方程式：丙烯的选择性：86丙烯的转化率：丙烯醛的收率：87第三章物料衡算与能量衡算二、直接推算法反应器C6H5C2H5C6H5CH3、H2OC6H5C2H5、C6H6、C6H5CH3H2O、CH4、C2H4、C、H2例3-1苯乙烯的反应器，年生产能力为10000t，年工作时间为8000h，苯乙烯收率为40%，以反应物乙苯计的苯乙烯选择性为90%，苯选择性为3%，甲苯选择性为5%，焦油选择性为2%。原料乙苯中含甲苯2%（质量分数），反应时通入水蒸气提供部分热量并降低乙苯分压，乙苯原料和水蒸气比为1:1.5（质量比），要求对该反应器进行物料衡算，即计算进出反应器各物料的流量。解：反应器中发生了以下化学反应：C6H5C2H5C6H5C2H3+H2（1）C6H5C2H5+H2C6H5CH3+CH4（2）

C6H5C2H5C2H4+C6H6（3）

C6H5C2H57C+3H2+CH4（4）各物料的摩尔质量汇总列于表3-1。8889物料C6H5C2H5C6H5C2H3C6H6C6H5CH3H2OCH4C2H4CH2摩尔质量/(g/mol)1061047892181628122表3-1各物料的摩尔质量（基准：1000kg/h乙苯原料）基准：选1000kg/h乙苯原料为计算基准进反应器纯乙苯量1000kg/h×98%=980kg/h，即为9.245kmol/h原料中甲苯量1000kg/h×2%=20kg/h，即为0.217kmol/h水蒸气量980kg/h×1.5=1470kg/h，即为81.667kmol/h乙苯的转化率为0.4/0.9=0.4444参加反应的总乙苯量980kg/h×0.4444=435.11kg/h，即为4.109kmol/h90产物中各组分情况如下：未反应的乙苯量（980-435.11）kg/h=544.89kg/h，即为5.140kmol/h由苯乙烯选择性，生成苯乙烯量4.109kmol/h×90%=3.698kmol/h，即为384.60kg/h由各物质的选择性，有输出的甲苯量4.109kmol/h×5%+0.217kmol/h=0.423kmol/h，即为38.92kg/h生成的苯量4.109kmol/h×3%=0.123kmol/h，即为9.60kg/h生成的乙烯量4.109kmol/h×3%=0.123kmol/h，即为3.44kg/h生成的碳量4.109kmol/h×2%×7=0.575kmol/h，即为6.9kg/h生成的甲烷量4.109kmol/h×（5%+2%）=0.288kmol/h，即为4.61kg/h输出的氢量4.109kmol/h×（90%-5%+2%×3）=3.739kmol/h，即为7.48kg/h输出水量=输入水量（不参与反应）1470kg/h，即为81.667kmol/h实际每小时要求苯乙烯的产量10000×1000kg/8000h=1250kg/h比例系数1250/384.60=3.2591表3-2乙苯脱氢反应器物料衡算表组分输入输出摩尔流量/(kmol/h)质量流量/(kg/h)摩尔流量/(kmol/h)质量流量/(kg/h)C6H5C2H530.046318516.7051770.89C6H5CH30.705651.375126.49H2O265.4184777.5265.4184777.5C6H5C2H312.0191249.95C6H60.00431.20C2H40.00411.18CH40.93614.98C1.86922.43H212.15224.31合计296.1698027.5310.4828028.939293第三章物料衡算与能量衡算三、原子平衡法例3-2将碳酸钠溶液加入石灰进行苛化，已知碳酸钠溶液组成为NaOH0.59%（质量分数），Na2CO314.88%，H2O84.53%，反应后的苛化液含CaCO313.48%，Ca(OH)20.28%，Na2CO30.61%，NaOH10.36%，H2O75.27%。计算：1）每100kg苛化液需加石灰的质量及石灰的组成；2）每100kg苛化液需用碳酸钠溶液的质量。苛化反应器FNaOH0.59%Na2CO314.88%H2O84.53%CaCO313.48%Ca(OH)20.28%Na2CO30.61%NaOH10.36%H2O75.27%CaCO3x/WCaOy/WCa(OH)2z/W94第三章物料衡算与能量衡算解:设碳酸钠溶液的质量为F（kg）

石灰的质量为W（kg）石灰中CaCO3、CaCO3及Ca(OH)2的质量分别设为x、y和z，则石灰中各物质的组成可表示为：x/W，y/W，z/W基准：100kg苛化液画出物料流程示意图（图3-2）95表3-3各种物料质量和物质的量计算结果Na2CO3溶液中苛化钠溶液中物料摩尔质量（g/mol）质量（kg）物质的量（kmol）物料摩尔质量（g/mol）质量（kg）物质的量（kmol）NaOH400.59%F0.000148FNaOH4010.360.2590Na2CO310614.88%F0.001404FNa2CO31060.610.00575H2O1884.53%F0.04696FH2O1875.274.18Ca(OH)2740.280.00377CaCO310013.480.1347列元素平衡式Na平衡：0.000148F+0.001404F×2=（0.00575×2+0.2590）kmolC平衡：

Ca平衡：

总物料平衡：F+W=100kg/mol石灰总量等于各物质质量之和W=x+y+z计算结果汇总列入表3-49697表3-4计算结果汇总组分输入输出物质的量/kmol质量/kg物质的量/kmol质量/kgNaOH0.01350.540.259010.35Na2CO30.128513.620.005750.61H2O4.297377.354.18275.27CaCO30.0121.20.13713.48CaO0.0156.44Ca(OH)20.01160.860.003770.28合计296.1691004.5875100四、平衡常数法对反应aA+bB=cC+dD平衡时，其平衡常数为：=式中，为化学反应的平衡常数，其可以表示为（浓度以mol·L-1表示），（浓度以分压p表示），(N浓度以摩尔分率表示)。9899例3-3试计算合成甲醇过程中反应混合物的平衡组成。设原料气中H2与CO摩尔比为4.5，惰性组分(I)含量为13.8%，压力为30MPa，温度为365℃，平衡常数=2.505×10-3MPa-2。写出化学反应平衡方程式：

CO+2H2CH3OH设进料为1mol，其组成为：I=0.138mol;H2=(1-0.138)4.5/5.5=0.7053;CO=(1-0.138)/5.5=0.1567基准：1mol原料气第三章物料衡算与能量衡算100设转化率为，则出口气体组成为：CO：0.1567（1-x）；H2：0.7053-2×0.1567x；CH3OH：0.1567x；I：0.138；Σ1-0.3134第三章物料衡算与能量衡算计算出口气体各组分的分压：101将上式代入平衡平常表达式：平衡时出口气体中各组成的摩尔分率为：CO0.0948，H20.6521，CH3OH0.0902，I0.1629；102五、带有循环、放空及旁路的物料平衡第三章物料衡算与能量衡算（1）试差法估计循环流量，并继续计算至循环回流的那一点。将估计值与计算值进行比较，并重新假定一个估计值，一直计算到估计值与计算值之差在一定的误差范围内。（2）代数法列出物料平衡方程式，并求解。一般方程式中以循环量作为未知数，应用联立方程的方法进行求解。103例3-4苯乙烯制取过程如图3-3所示，先由乙烯与苯反应生成乙苯C2H4+C6H6C6H5C2H5C6H5C2H5C6H5C2H3+H2乙苯是在560K、600kPa，在催化剂作用下，乙烯与苯的摩尔比为1:5进行气相合成的。副反应生成的多乙基苯在乙苯精馏塔中分离出来。乙烯的转化率为100%。乙苯脱氢反应在850K，乙苯的单程转化率为60%，苯乙烯的选择性为90%。第三章物料衡算与能量衡算反应中由于副反应生成的物质与苯乙烯质量之比：苯与甲苯为7%，胶状物质为2%，废气为7%。乙苯脱氢反应为吸热反应，为提供反应过程中的反应热，同时抑制副反应，在反应中直接加入过热蒸汽。反应后未反应的乙苯分离后循环返回乙苯脱氢装置。假定进料的乙烯量为100kmol，试计算：①从苯塔中回收循环至烷基化反应器的苯量（kmol）；②从乙苯塔中回收循环至乙苯脱氢装置的乙苯（kmol）；

③乙苯塔塔顶和塔底的馏出量（kg）；

④年产50000t苯乙烯，乙苯脱氢装置的物料衡算。

104图3-3例3-4附图苯乙烯制取过程105烷基化苯，甲苯塔苯塔乙苯塔乙苯塔苯乙烯乙苯脱氢乙烯多烷基苯苯,甲苯苯乙烯苯重物质R1R2解

基准:100kmol乙烯

⒈烷基化反应设苯的循环量为R1R1=400kmol⒉设乙苯的循环量为R2(100+R2)×0.6=100R2=66.67kmol⒊生成苯乙烯（S）S=(100+66.67)×0.6×0.9=90kmol=9378kg苯，甲苯为9378×0.07=656.5kg废气为9378×0.07=656.5kg胶状物质为9378×0.02=187.6kg未反应的乙苯为(100+66.67)×（1-0.6）=66.67kmol=7080.4kg馏出液（乙苯）为7080.4kg釜底液（苯乙烯+胶状物质）为9378.0+187.6=9565.6kg106⒋进料乙苯为50000×100×106.2/9378.0=56621t未反应的乙苯=循环乙苯为50000×（7080.4/9378.0）=37750t苯，甲苯为50000×（656.5/9378.0）=3500t废气为3500t胶状物质为50000×（187.6/9378.0）=1000t反应器应供给的过热水蒸气=50000+37750+3500+3500+1000-56621-37750=1379t计算结果列于表3-5中。107108输入输出原料t生成物t乙苯56621苯乙烯50000循环乙苯37750未反应乙苯37750过热水蒸气1379苯，甲苯3500废气3500胶状物质1000Σ95750Σ95750表3-5乙苯脱氢装置的物料衡算（苯乙烯50000t）

六、联系组分法联系物是指系统中的特定组分，如生产过程中不参加反应的惰性物质。109例3-6试计算年产15000吨福尔马林（甲醛溶液）所需的工业甲醇原料消耗量，并求甲醇转化率和甲醛收率。已知条件：⒈氧化剂为空气，用银催化剂固定床气相氧化；⒉过程损失为甲醛总量的2%（质量），年开工8000小时；⒊有关数据：工业甲醇组成（质量）：CH3OH98%，H2O2%，反应尾气组成（V）：CH40.8%，O20.5%，N273.7%，CO24.0%，H221%福尔马林组成（质量）：HCHO36.22%，CH3OH7.9%，H2O55.82%110111吸收塔工业甲醇空气水尾气反应气体福尔马林反应器主反应CH3OH+1/2O2HCHO+H2O（1）CH3OHHCHO+H2（2）副反应CH3OH+3/2O2CO2+2H2O（3）CH3OH+H2CH4+2H2O（4）112①反应消耗氧量取尾气100Nm3为计算基准，氮作为联系物

其中氧量换算为摩尔数

反应耗氧量

②甲醇消耗量反应（3）消耗甲醇量为反应（4）消耗甲醇量为反应（2）生成的氢，部分消耗于反应（4），现尾气中H2=21%，氢摩尔数为

则反应（2）消耗甲醇量为973.5+35.7=1009.2mol每生成100Nm3尾气时消耗甲醇量为178.6+35.7+1009.2+1169.6=2393.1mol2393.1mol×32=76.6kg113114③计算甲醇总消耗量每消耗2393.1摩尔甲醇生成甲醛的量为1169.6+1009.2=2178.8mol2178.8×30=65.36kg机械损失为2%，实得65.36×0.98=64.1kg得工业福尔马林其中含未反应的甲醇177×7.9%=13.98kg每生成177kg福尔马林共消耗工业甲醇由此得甲醇转化率为甲醛的质量收率

115④工业甲醇年消耗量每小时福尔马林产量考虑到设计裕量，设福尔马林产量为2t/h消耗工业甲醇量

所需空气量

116⑤用水量计算工业福尔马林含水177×0.558=98.8kg工业甲醇含水92×0.02=1.84kg由反应生成的水为按反应（1）生成1169.6mol按反应（3）生成178.6×2=357mol按反应（4）生成35.7mol共计生成水1169.6+357+35.7=1562.1mol为制取177kg福尔马林须补充水98.8-1.84-28.1=68.86kg按产量为2t/h须补充水量为2000/177×68.86=778kg/h通过下列计算得出物料衡算结果并示于物料平衡流程图3-6中。117吸收塔工业甲醇（质量）1039kgCH3OH98%1018.2H2O2%20.8空气1054Nm3O2221.3N2832.7

尾气%（V）1356Nm3CH40.810.8O20.56.8N273.7999.4CO24.054.2H221.0284.8甲醛损失14.5kg反应器补充水778kg

HCHO738.9kgCH3OH158.0H2O345.6CH410.8O26.8N2999.4CO254.2H2284.8福尔马林（质量）2000kgHCHO36.22%724.4CH3OH7.9%158.0H2O55.88%1117.6图3-6例3-6物料平衡流程图第三节反应过程的能量衡算教学内容：结合具体实例，理解根据不同反应类型及工艺过程选择合适的物料平衡方法进行物料衡算。重点和难点：重点：掌握两种衡算方法的衡算基准和计算方法。难点：热量衡算的基准，包括温度、压力和相态，以及有相变时其热量的正负符号的取向。118119第三章物料衡算与能量衡算能量衡算的基本概念一、能量守恒定律输入能量+生成能量=消耗能量+积累能量+输出能量二、能量衡算方程ΔE=

Q+W式中，ΔE——体系总能量的变化：ΔE=ΔEk+ΔEp+ΔUQ——体系从环境中吸收的能量；W——环境对体系所作的功。120第三章物料衡算与能量衡算（一）以标准反应热为基础进行衡算一、反应热在化学反应中放出的热量取决于反应条件。在标准条件下，纯组分、压力为0.1MPa、温度为25℃（并非一定需要），反应进行时放出的热量称为标准反应热。对于简单反应过程，假定位能与动能忽略不计则：式中,为进反应器物料在等压变温过程中的焓变和有相变时的焓变之和：为出反应器物料在等压变温过程中的焓变和有相变时的焓变之和：

例3-7氨氧化反应器的能量衡算氨氧化反应式为：4NH3(气)+5O2(气)4NO(气)+6H2O(气)此反应在25℃、101.3kPa的反应热为=-904.6kJ。现有25℃100molNH3/h和200molO2/h连续进入反应器，氨在反应器内全部反应，产物在300℃呈气态离开反应器。操作压力为101.3kPa，计算反应器应输入或输出地热量。121反应器25℃,O2200mol/hNH3100mol/h300℃,O275mol/hH2O150mol/hNO100mol/hQ/(kJ/h)解由物料衡算得到的各组分的摩尔流量示于图3-7中。算焓时的基准态：25℃，101.3kPaNH3(气)，O2(气)，NO(气)，H2O(气)。因此进口两股物料的焓均为零。计算出口物料的焓：由手册查得300℃时O2与H2O的值：122123将计算出的焓值填入进、出口焓表，见表3-6表3-6氨氧化反应器的能量衡算物料n进H进N出H出物料n进H进N出H出NH31000NO100845.3O2200075635.25H2O(气)1501435.5124已知氨的消耗量为100mol/h，反应的标准反应热=-904.6kJ/mol，则反应放出的热量：

由此算出过程的ΔH为125第三章物料衡算与能量衡算（二）以标准生成热为基础进行衡算一、生成热在标准状态下，由构成组成的元素生成1mol组分时的焓差。任何反应的标准反应热可以由反应物和生成物的生成热计算得到。反之，组分的生成热也可以由反应热计算得到。126进入反应器物料的热焓：出反应器物料的热焓：其中,是组分i的量（kmol/h）；

是组分i的标准生成热(kJ/mol)；

是组分i的等压热容(kJ/mol.K)；

是进料组分i在基准温度下从进料相态变为基准相态时的相变热(kJ/mol)；

是出料组分i在基准温度下从基准相态变为出料相态时的相变热(kJ/mol)。例3-8甲烷在连续式反应器中用空气氧化生产甲醛，副反应是甲烷完全氧化生成CO2和H2O。CH4(气)+O2HCHO(气)+H2O(气)CH4(气)+2O2CO2+2H2O(气)以100mol进反应器的甲烷为基准，物料流程图如示。127反应器25℃,CH4100mol100℃,O2100molN2376mol150℃,CH460molHCHO(气)30molCO210molH2O(气)50molO250molN2376molQ128第三章物料衡算与能量衡算解物料衡算结果示于图中取101.3kPa及25℃时生成各个反应物和产物的各种单质（即C、O2、H2）为基准，非反应物质N2也取101.3kPa及25℃为基准（因25℃是气体平均摩尔热容的参考温度）。现将各个焓值计算如下：

129130131132物料n进H进n出H出物料n进H进n出H出CH4100-74.8560-69.95HCHO30-114.74O21002.235503.785CO210-388.4N23762.1873763.655H2O50-237.56133=-21840.8-(-6439.2)≈-15401kJ/mol

表3-7甲烷反应器的能量衡算134第三章物料衡算与能量衡算二、等温反应过程的热量衡算对于等温反应器，T进=T出=TE，若忽略动能、势能的变化，则普遍能量平衡式可写成：Q=135例3-9某连续等温反应器在400℃进行下列反应：CO

(气)+H2OCO2(气)+H2(气)假定原料在温度为400℃在时按照化学计量比送入反应器。要求CO的转化率为90%，试计算使反应器内的温度稳定在400℃时所需传递的热量。反应器1molCO(气)400℃1molH2O(气)400℃CO2(气)H2(气)400℃0.9mol

CO20.9mol

H20.1mol

CO20.9mol

H2O136解：已知进、出反应器的物料组成，不必作物料衡算。查得各物质的标准生成热：；;计算物料进、出反应器的焓：

137CO（400℃，气）

H2O（400℃，气）CO2(400℃，气)

H2(400℃，气)

138第三章物料衡算与能量衡算三、绝热反应过程的热量衡算绝热反应过程中与外界完全没有热量交换，若忽略动能、势能的变化，则Q=0即如果绝热反应器内进行化学反应的总结果是放热的，

<0，则T0>T1，反应产物被加热，>0，则T0<T1，反应产物被冷却。1392NO(气)+O2(气)2NO2(气)例3-10一氧化氮在一连续的绝热反应器里被氧化成二氧化氮反应器700℃100molNO50molO2T0100molNO2隔热层原料气中NO和O2按化学计量数配比并在700℃进入反应器。已知=37.7J/（mol·℃），=75.7J/（mol·℃），=35.7J/（mol·℃）试计算反应器出口产物的温度。解：物料衡算结果：=100mol，=100mol，

=50mol140=2×33.80-2×90.37=-113.14KJ/mol已知该化学反应的标准反应热，选择25℃和101.3MPa及气态为衡算基准。141计算进出口物料的焓：NO(700℃,气)

O2(700℃,气)

化学反应在25℃进行，所引起的焓变为：所以

NO2(g，T0)

所以

计算出口物料的焓：142计算得：对于绝热反应器Q=所以—5657+7.57T0—189.25—3750=0T0=1268℃=0第四节应用AspenPlus进行化工过程的物料衡算及能量衡算教学内容：上机通过一个实例，了解流程模拟软件的种类和功能，以及用AspenPlus进行物料衡算和热量衡算的步骤和方法。重点和难点：重点掌握用AspenPlus进行物料衡算的步骤和方法。难点是设备、热力学方法的定义，模拟反应器的选择和参数的输入，以及换热过程和分离过程的模型选择和参数的输入。143AdvancedSystemforProcessEngineering

1976~1981年由MIT主持、能源部资助、55个高校和公司参与开发。可以分别和混合运用序贯模块法和联立方程法的稳态过程模拟软件。1948种有机物、2477种无机物、3312种固体物、1676种水溶电解质、59种燃烧尾气成分的基本物性参数。丰富的状态方程和活度系数方法。144

AspenPlus

简介二、AspenPlus使用145启动UserInterface选用Template选用单元操作模块：ModelBlocks连接流股：Streams

设定全局特性：SetupGlobalSpecifications146输入化学组分信息

Components选用物性计算方法和模型

PropertyMethods&Models

输入外部流股信息

ExternalSteams

输入单元模块参数

BlockSpecifications147运行模拟过程RunProject查看结果ViewResults输出报告文件ExportReport保存模拟项目SaveProject退出Exit二、ASPENPLUS应用实例148苯和丙烯的原料物流FEED进入反应器REACOTER，反应后经