化工生產(chǎn)過(guò)程的衡算

1、化工生產(chǎn)技術(shù)項(xiàng)目三：化工生產(chǎn)過(guò)程的分析項(xiàng)目三：化工生產(chǎn)過(guò)程的分析任務(wù)任務(wù)3-2:化工生產(chǎn)過(guò)程的衡算化工生產(chǎn)過(guò)程的衡算化工生產(chǎn)技術(shù)上一次任務(wù)回顧上一次任務(wù)回顧1、化工生產(chǎn)中常用的工藝指標(biāo)有哪些？2、全程轉(zhuǎn)化率和單程轉(zhuǎn)化率有何區(qū)別？3、轉(zhuǎn)化率和收率有何區(qū)別？4、消耗定額一般分為哪兩種？化工生產(chǎn)技術(shù)任務(wù)描述任務(wù)描述 通過(guò)白炭黑的生產(chǎn)技術(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程，我們已經(jīng)知道，一種化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程要經(jīng)過(guò)多個(gè)生產(chǎn)工序才能完成，在化工生產(chǎn)過(guò)程中，需要對(duì)一系列的參數(shù)進(jìn)行控制，以確保生產(chǎn)順利進(jìn)行。 上一次任務(wù)上一次任務(wù)中我們已經(jīng)了解了化工生產(chǎn)過(guò)程中需要的主要工藝指標(biāo)。 本次任務(wù)本次任務(wù)是我們能根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求，進(jìn)行相

2、應(yīng)的物料及熱量衡算?；どa(chǎn)技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)衡算能力做什做什么？么？能進(jìn)行物料衡算知識(shí)如何如何做？做？物料衡算的依據(jù)物料衡算基本步驟物料衡算的方法熱量衡算的依據(jù)團(tuán)結(jié)協(xié)作密切配合素質(zhì)化工生產(chǎn)技術(shù)任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施1、基本理論2、基本依據(jù)3、基本步驟4、5、知識(shí)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)分析分析1、煙道氣衡算2、甲醇生產(chǎn)衡算3、4、案例案例分析分析每一位同學(xué)說(shuō)出一個(gè)與本次任務(wù)有關(guān)的關(guān)鍵詞，最后總結(jié)出六個(gè)核心關(guān)鍵詞，譯成英文，寫(xiě)于項(xiàng)目任務(wù)書(shū)中?？偨Y(jié)總結(jié)歸納歸納師生一起學(xué)生化工生產(chǎn)技術(shù)知識(shí)點(diǎn)分析知識(shí)點(diǎn)分析一、物料衡算一、物料衡算1、定義：、定義： 根據(jù)質(zhì)量守恒定律，對(duì)化工生產(chǎn)過(guò)程的各股物料 進(jìn)行分析和定量計(jì)算，以確定彼此的數(shù)

3、量及組成等關(guān)系， 并確定在生產(chǎn)過(guò)程中相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系?；どa(chǎn)技術(shù)知識(shí)點(diǎn)分析知識(shí)點(diǎn)分析一、物料衡算一、物料衡算2、分類(lèi)：、分類(lèi)：（1）衡算范圍：?jiǎn)卧僮髋c全流程操作物料衡算。（2）操作方式：連續(xù)操作物料衡算與間歇過(guò)程衡算（3）計(jì)算方法：一段工序的衡算及新工段的衡算。3、物料衡算的依據(jù)和范圍、物料衡算的依據(jù)和范圍（1）依據(jù)：質(zhì)量守恒定律（2）范圍：以物料體系作為主體劃分邊界。 環(huán)境：在物料體系邊界之外的空間和物質(zhì) 封閉體系：與環(huán)境沒(méi)有質(zhì)量交換的體系 敞開(kāi)體系：與環(huán)境有質(zhì)量交換的體系化工生產(chǎn)技術(shù)知識(shí)點(diǎn)分析知識(shí)點(diǎn)分析4、物料衡算平衡關(guān)系式、物料衡算平衡關(guān)系式輸入的物料量-輸出的物料量-反應(yīng)消耗的物料量

4、+反應(yīng)生成的物料量=積累的物料量“積累的物料量”是表示體系內(nèi)物料隨時(shí)間而變化時(shí)所增加或減少的量，物料量增加時(shí)積累項(xiàng)為正值；物料量減少時(shí)，積累項(xiàng)為負(fù)值； 如果體系是一個(gè)沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)的物理過(guò)程，則反應(yīng)消耗和生成的物料量均為零。當(dāng)積累項(xiàng)等于零時(shí)，表示進(jìn)出體系的物料量維持平衡，即達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。化工生產(chǎn)技術(shù)知識(shí)點(diǎn)分析知識(shí)點(diǎn)分析5、物料衡算的基本步驟、物料衡算的基本步驟（1）確定衡算范圍：畫(huà)流程框圖，確定體系邊界（虛線） （2）收集整理計(jì)算數(shù)據(jù)： 設(shè)計(jì)任務(wù)數(shù)據(jù)：生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)時(shí)間、轉(zhuǎn)化率、收率等 物理性質(zhì)數(shù)據(jù)：質(zhì)量、密度、反應(yīng)平衡常數(shù)等 工藝參數(shù)： 溫度、壓力、流量等?；どa(chǎn)技術(shù)知識(shí)點(diǎn)分析知識(shí)點(diǎn)分析4、

5、選擇合適的計(jì)算基準(zhǔn)： 時(shí)間基準(zhǔn)：一段時(shí)間為基準(zhǔn)，如一天、一小時(shí)等 質(zhì)量基準(zhǔn)：體系為液固相時(shí)，以原料或產(chǎn)品的質(zhì)量 為基準(zhǔn)，如1kg 、100kg等 體積基準(zhǔn)：氣體物料，應(yīng)以物料在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的 體積 為基準(zhǔn)。5、列出物料衡算式、求解6、整理、校核計(jì)算結(jié)果：物料流程圖3、列出化學(xué)反應(yīng)方程式化工生產(chǎn)技術(shù)知識(shí)點(diǎn)分析知識(shí)點(diǎn)分析6、物料衡算的基本方法、物料衡算的基本方法（1）無(wú)反應(yīng)過(guò)程的物料衡算：只有物理變化而沒(méi)有化學(xué)反 應(yīng)的單元操作，例如混合、蒸餾等?；卧僮鳎?）反應(yīng)過(guò)程的物料衡算：必須考慮化學(xué)反應(yīng)中生成和消 耗的物質(zhì)量。 直接求算法：通過(guò)化學(xué)反應(yīng)利用轉(zhuǎn)化率、收率等直接 計(jì)算。例如課本47頁(yè)例2.1

6、.3。 利用聯(lián)系物料做衡算 惰性物料：生產(chǎn)過(guò)程中不參加反應(yīng)的物料。例如乙苯脫 氫生產(chǎn)苯乙烯過(guò)程中，水蒸氣就是一種惰性物料。生產(chǎn) 中氮?dú)馐浅Ｒ?jiàn)的惰性物料，可作為衡算聯(lián)系物。 以結(jié)點(diǎn)做衡算：中間產(chǎn)品組成不符合要求時(shí)，需要采用 旁路調(diào)節(jié)才能達(dá)到合格，通常以旁路連接點(diǎn)作衡算?；どa(chǎn)技術(shù)知識(shí)點(diǎn)分析知識(shí)點(diǎn)分析6、物料衡算的基本方法、物料衡算的基本方法（3）循環(huán)過(guò)程的物料衡算： 循環(huán)過(guò)程：化工生產(chǎn)中，為了保證原料的充分利用，將 未反應(yīng)的原料分離出來(lái)，重新投入反應(yīng)器循 環(huán)利用的過(guò)程。圖1 循環(huán)過(guò)程的物料流程圖（無(wú)排放）化工生產(chǎn)技術(shù)知識(shí)點(diǎn)分析知識(shí)點(diǎn)分析圖2 循環(huán)過(guò)程的物料流程圖（有排放）注意：經(jīng)過(guò)分流器的物料

7、組成不發(fā)生變化， 即S、W、R的組成相同?；どa(chǎn)技術(shù)知識(shí)點(diǎn)分析知識(shí)點(diǎn)分析二、熱量衡算二、熱量衡算1、定義：利用能量守恒原理，通過(guò)計(jì)算傳入或傳出的 熱量以確定加熱劑（或冷卻劑）用量，設(shè)備 需要傳遞的熱量多少等，為工程設(shè)計(jì)、設(shè)備 設(shè)計(jì)提供依據(jù)。是化工生產(chǎn)中主要的能量衡 算方式之一。2、分類(lèi)：（1）單元設(shè)備熱量衡算：?jiǎn)卧僮鬟^(guò)程熱量衡算及反應(yīng) 器的熱量衡算。（2）生產(chǎn)系統(tǒng)熱量衡算：一個(gè)換熱系統(tǒng)、一個(gè)車(chē)間或全 廠的熱量進(jìn)行衡算。化工生產(chǎn)技術(shù)知識(shí)點(diǎn)分析知識(shí)點(diǎn)分析二、熱量衡算二、熱量衡算3、熱量衡算的依據(jù)：能量守恒定律 輸入系統(tǒng)熱量輸入系統(tǒng)熱量=輸出系統(tǒng)熱量輸出系統(tǒng)熱量+系統(tǒng)內(nèi)積累（或損失）熱量系統(tǒng)內(nèi)積

8、累（或損失）熱量4、熱量流程圖：利用工藝流程簡(jiǎn)圖與表格相結(jié)合的方式來(lái) 表示熱量衡算結(jié)果的一種圖樣（96頁(yè)）。要求：（1）按流程順序由左向右繪出有熱量變化的有關(guān)設(shè)備示意 圖，設(shè)備間繪出各股物料線。（2）從各股物料線上用指引線引出一個(gè)表格，表內(nèi)注明各 熱量的名稱(chēng)、數(shù)值?；どa(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析一、利用聯(lián)系物做衡算一、利用聯(lián)系物做衡算若F和P分別表示輸入系統(tǒng)物料量和從系統(tǒng)輸出的物料量，則存在下列關(guān)系： F XT,F= P xTPXT,F_衡算聯(lián)系物在輸入F中的質(zhì)量xTP衡算聯(lián)系物在輸出P中的質(zhì)量例1：甲烷和氫氣的混合氣用空氣完全燃燒來(lái)加熱鍋爐，生成的水蒸氣全部進(jìn)入煙道氣。生成煙道氣100mol。

9、煙道氣摩爾組成為：氮72.18%，二氧化碳8.11%，氧2.44%，水蒸氣17.27%，做物料衡算。燃料氣中甲烷與氧的比例如何？空氣與燃料氣的比例如何？化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析物料名稱(chēng)分子量輸入輸出物質(zhì)的量/mol質(zhì)量/g物質(zhì)的量/mol質(zhì)量/g甲烷氫氧氮二氧化碳水162322844188.111.0619.1972.18129.762.12614.082021.042.4472.188.1117.2878.082021.04356.84311.04總計(jì)100.542767100.012767物料衡算表化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析二、利用結(jié)點(diǎn)做衡算二、利用結(jié)點(diǎn)做衡算在生產(chǎn)中有些中間產(chǎn)品的組

10、成不符合生產(chǎn)要求，需要采用旁路調(diào)節(jié)才能達(dá)到合格。在這種情況下，以旁路聯(lián)結(jié)點(diǎn)作物料衡算較方便。兩股物料匯合（混合）稱(chēng)為并流，一股物料成為兩股物料（旁路）稱(chēng)為分流。分流的聯(lián)結(jié)點(diǎn)與并流的聯(lián)結(jié)點(diǎn)均稱(chēng)為結(jié)點(diǎn)。旁路分流和混合并流都是物理過(guò)程。由于沒(méi)有化學(xué)變化，因此可以對(duì)總物料及其中某組分進(jìn)行衡算。如圖所示。結(jié)點(diǎn)A V0=V1+V2 結(jié)點(diǎn)B Vl+V3=V4 化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析【例例2】 某工廠用烴類(lèi)氣體制合成氣生產(chǎn)甲醇。合成氣體量為2321 m3h，摩爾比為CO:H2=1:2.4。轉(zhuǎn)化后的氣體摩爾組成為：CO 43.12，H2 54.2，不符合要求。將部分轉(zhuǎn)化氣送去CO變換反應(yīng)器和CO2脫除裝置

11、，置換脫CO2后，氣體摩爾組成為： CO 8.76，H2 89.75，氣體體積減小2。用此變換氣調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化氣，以便達(dá)到工藝要求。求轉(zhuǎn)化氣、變換氣各為多少？結(jié)點(diǎn)A(m3)結(jié)點(diǎn)B(m3)V1 1351.64V11351.64V2 989.13V3969.36V0 2340.78V42321化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析三、循環(huán)過(guò)程物料衡算三、循環(huán)過(guò)程物料衡算假設(shè)惰性物質(zhì)和副產(chǎn)物全部進(jìn)入循環(huán)物流，則化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析整個(gè)過(guò)程可劃分為1個(gè)總系統(tǒng)和包括三個(gè)物理過(guò)程（混合、分離、放空分流）以及一個(gè)反應(yīng)過(guò)程的4個(gè)子系統(tǒng)。總系統(tǒng)的物料衡算提供新鮮原料和產(chǎn)品之間的關(guān)系。 三個(gè)物理過(guò)程中，各物料流的質(zhì)量m守

12、恒，物料流中各組分的質(zhì)量mi守恒, 物料流的物質(zhì)的量n守恒，物料流中各組分的物質(zhì)的量ni也守恒?；どa(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析反應(yīng)過(guò)程的物料衡算式mm反產(chǎn)mm入出整個(gè)循環(huán)過(guò)程的物料衡算式mmm新放粗m新新鮮反應(yīng)物的質(zhì)量m粗粗成品的質(zhì)量m放放空物料的質(zhì)量放空物料量占分離剩余物料量的百分率稱(chēng)為放空率。循環(huán)物料量占分離剩余物料量的百分率稱(chēng)為循環(huán)率。放空率與循環(huán)率之和為100 化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析循環(huán)過(guò)程有三個(gè)過(guò)程限制參數(shù)，它們是循環(huán)比、混合比和排放比RP循環(huán)物流流量循環(huán)比產(chǎn)品物流流量RFF循環(huán)物流流量混合比新鮮原料流量WFF排放物流流量排放比新鮮原料流量化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析乙炔法年產(chǎn)3

13、000 t氯乙烯反應(yīng)器的物料衡算化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析（1）計(jì)算范圍：以反應(yīng)器為計(jì)算范圍（2）主副反應(yīng)C2H2+HClCH2=CHClC2H2+2HClCH3CHCl2C2H2+H2OCH3CHO按反應(yīng)乙炔計(jì) 氯乙烯產(chǎn)率99.4，二氯乙烷產(chǎn)率0.54，乙醛產(chǎn)率0.06 ?；どa(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析【例例2】 年產(chǎn)8000 t工業(yè)甲醛的物料衡算 （1） 計(jì)算范圍 全裝置。見(jiàn)圖16-5。（2） 主副反應(yīng) 反應(yīng)式見(jiàn)計(jì)算過(guò)程。甲醇發(fā)生五個(gè)反應(yīng)的分配率為主氧化51.2%，脫氫39.2%，加氫0.6%，深度氧化0.

14、8%，完全氧化8.2%。 （3） 計(jì)算任務(wù) 甲醇消耗量，干尾氣摩爾組成。 （4） 基準(zhǔn) 年工作時(shí)為7200 h。以1 h為基準(zhǔn)。80001000 kg7200 h = 1111.11 kg/h （5） 選擇數(shù)據(jù) 工業(yè)甲醛中甲醛質(zhì)量含量為37.0%。甲醇轉(zhuǎn)化率為93.0%。原料甲醇質(zhì)量組成：甲醇98%，水2%。氧與甲醇的配比為0.365（mol）。配料水蒸氣與甲醇空氣混合氣的質(zhì)量比為0.3，忽略損失?；どa(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析化

15、工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析【應(yīng)用實(shí)例】 設(shè)計(jì)年產(chǎn)1000噸苯乙烯車(chē)間的物料衡算一、流程簡(jiǎn)介一、流程簡(jiǎn)介 1乙苯脫氫工段2精餾工段 化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析循環(huán)乙苯新 鮮 乙 苯水蒸氣123456789111319去 廢 水 處 理12去 精 餾 段圖 16.1.6 乙 苯 脫 氫 反 應(yīng) 流 程 圖1-貯 罐 ； 2-泵 ； 3-乙 苯 蒸 發(fā) 器 ； 4-第 一 預(yù) 熱 器 ； 5-第 二 預(yù) 熱 器 ； 6-脫 氫 反 應(yīng) 器 ； 7-換 熱 器 ；8-冷 水 凝 器 ； 9-鹽 水 冷 凝 器 ； 10-油 水 分 離 器 ； 11-氣 液 分 離 器 ； 12-阻 凝 劑 配 制

16、槽 ； 13-旋 風(fēng) 分 離 器天津石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院（質(zhì)量）其它乙苯 轉(zhuǎn)化率38苯乙烯 產(chǎn)率90水蒸氣 反應(yīng)量 0.7二甲苯 一氧化碳 （0.49）二氧化碳 （28.9）氫 （14.0）甲烷 （0.21）乙烯 （0.40）苯 （16.7）甲苯 （34.2）焦油 （5.10） 脫氫反應(yīng)物尾氣（質(zhì)量）其它乙苯 99.0二甲苯 0.1 100 新鮮乙苯（質(zhì)量）其它乙苯 苯乙烯 焦油 （40）二甲苯 苯 甲苯 爐油（質(zhì)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） 冷凝液脫氫反應(yīng)器冷凝器油水分離器水（質(zhì)量）其它水乙

17、苯 （0.0217）苯乙烯 （0.04）焦油 （60） （質(zhì)量）其它乙苯 （0.2）苯乙烯 （0.3）水蒸氣 （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水蒸汽循環(huán)乙苯（質(zhì)量）其它乙苯 99.9苯乙烯 0.5甲苯 0.5 100圖167 脫氫反應(yīng)器物料衡算示意圖化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案

18、例分析化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析化工生產(chǎn)技術(shù)案例分析案例分析天津石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院歸歸 納納1、每名同學(xué)說(shuō)一個(gè)與本節(jié)內(nèi)容有關(guān)的關(guān)鍵詞，且不能重復(fù)、每名同學(xué)說(shuō)一個(gè)與本節(jié)內(nèi)容有關(guān)的關(guān)鍵詞，且不能重復(fù)2、歸納出最貼切的六個(gè)關(guān)鍵詞，譯成英文寫(xiě)在任務(wù)書(shū)中、歸納出最貼切的六個(gè)關(guān)鍵詞，譯成英文寫(xiě)在任務(wù)書(shū)中天津石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院下一次任務(wù)下一次任務(wù)項(xiàng)目四項(xiàng)目四 ：化工生產(chǎn)裝置的運(yùn)行：化工生產(chǎn)裝置的運(yùn)行 任務(wù)任務(wù)4-1：化工裝置的開(kāi)停車(chē)：化工裝置的開(kāi)停車(chē) 第一組：第一組：1、什么是化工裝置的開(kāi)車(chē)準(zhǔn)備？應(yīng)準(zhǔn)備哪些方面?2、總體試車(chē)方案的含義指什么？3、編制總體試車(chē)方案有什么意義？4、單機(jī)試車(chē)的原則是什么？5、什么是化工裝置的聯(lián)動(dòng)試車(chē)過(guò)程？其方案包括哪幾個(gè)方面？6、什么是化工生產(chǎn)過(guò)程的生產(chǎn)考核？第二組：第二組：1、化工裝置原始開(kāi)車(chē)的一般程序及遵循的原則是什么？2、什么是單機(jī)試車(chē)？其目的是什么？3、單機(jī)試車(chē)的條件是什么？4、總體試車(chē)方案包括哪幾個(gè)方面？5、聯(lián)動(dòng)試車(chē)的目的、內(nèi)容和條件有哪些？6、生產(chǎn)考核應(yīng)具備哪些條件才能進(jìn)行？天津石油職業(yè)技術(shù)學(xué)院下一次任務(wù)下一次任務(wù)