生產(chǎn)工藝條件的確定任務(wù)一

烴類熱裂解制乙烯熱力學(xué)和動力學(xué)分析3.物料衡算和能量衡算3.3熱量衡算能量衡算的基本方程式

∑Q入=∑Q出

+∑Q損

式中:∑Q入一輸入設(shè)備熱量總和；∑Q出

—輸出設(shè)備熱量總和；∑Q損—損失熱量總和。3.物料衡算和能量衡算3.3熱量衡算

如果無軸功條件下，進入系統(tǒng)加熱量與離開系統(tǒng)的熱量應(yīng)平衡，即對傳熱設(shè)備的熱量衡算可表示為：物料帶進體系的熱量

加熱劑（或冷卻劑）與設(shè)備交換的熱量過程的熱效應(yīng)

物料從體系帶走的熱量

消耗在加熱設(shè)備各個部件上的熱量

設(shè)備向四周散失的熱量（熱損失）3.物料衡算和能量衡算3.3熱量衡算熱量衡算的說明（1）計算基準(zhǔn)：指的是能量（或熱量）基準(zhǔn)。可取任何溫度，對有反應(yīng)的過程，一般取25℃為計算基準(zhǔn)。（2）物料的顯熱可用焓值或比熱容進行計算。（3）關(guān)于Q2熱負(fù)荷的計算。“＋”需加熱，“－”需冷卻。對于間歇操作，應(yīng)分段衡算，求出最大需要量。（4）Q3為過程的熱效應(yīng)，包括過程的狀態(tài)熱（相變熱）和化學(xué)反應(yīng)熱。（5）設(shè)備加熱所需熱量Q5

（6）設(shè)備熱損失Q6

3.物料衡算和能量衡算3.3熱量衡算熱量衡算的注意事項(1)熱量衡算時要先根據(jù)物料的變化和走向，認(rèn)真分析熱量間的關(guān)系，然后根據(jù)熱量守衡定律列出熱量關(guān)系式。(2)要弄清楚過程中出現(xiàn)的熱量形式，以便搜集有關(guān)的物性數(shù)據(jù)。(3)計算結(jié)果是否正確適用，關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)的正確性和可靠性。(4)間歇操作設(shè)備，傳熱量Q隨時間而變化，因此要用不均衡系數(shù)將設(shè)備的熱負(fù)荷由千焦／臺換算為千焦／小時。(5)選定設(shè)備的換熱面積要大于理論計算。

生產(chǎn)工藝條件的確定任務(wù)一

烴類熱裂解制乙烯熱力學(xué)和動力學(xué)分析3.物料衡算3.2物料衡算

質(zhì)量守恒定律，即在一個孤立體系中不論物質(zhì)發(fā)生任何變化(不包括核反應(yīng))它的質(zhì)量始終保持不變。

物料平衡的理論依據(jù)：3.物料衡算3.2物料衡算式中，F(xiàn)0—輸入體系的物料質(zhì)量；

D—離開體系的物料質(zhì)量；

A—體系內(nèi)積累的物料質(zhì)量；B—損失的物料質(zhì)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驟：確定衡算的對象、體系與環(huán)境，并畫出計算對象的草圖。包括求解系統(tǒng)、衡算范圍、衡算邊界3.物料衡算3.2物料衡算確定計算任務(wù)；確定過程所涉及的組分；對物流流股進行編號，并標(biāo)注物流變量；收集數(shù)據(jù)資料： 一類為設(shè)計任務(wù)所規(guī)定的已知條件； 一類為與過程有關(guān)的物理化學(xué)參數(shù)。列出物料衡算方程參數(shù)。

3.物料衡算3.2物料衡算a）穩(wěn)定操作過程（即穩(wěn)流過程）：b）系統(tǒng)內(nèi)無化學(xué)反應(yīng)：c）系統(tǒng)內(nèi)無化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定操作過程：3.物料衡算3.2物料衡算列出過程的全部獨立物料平衡方程式及其他相關(guān)約束式。

對有化學(xué)反應(yīng)的過程，應(yīng)寫?yīng)毩⒌姆磻?yīng)方程式或獨立反應(yīng)數(shù)。例如碳與氧的燃燒過程：這4個反應(yīng)是否是獨立的呢？如何判斷呢？3.物料衡算3.2物料衡算約束式歸一化方程恒沸組成相平衡數(shù)據(jù)化學(xué)平衡方程回流比相比…………3.物料衡算3.2物料衡算列出過程的全部獨立物料平衡方程式及其他相關(guān)約束式。

選擇計算基準(zhǔn)。時間基準(zhǔn)：對連續(xù)穩(wěn)定過程，用單位時間的物料量作基準(zhǔn)。質(zhì)量基準(zhǔn)：固體或液體物料，選用單位質(zhì)量為基準(zhǔn)；體積基準(zhǔn)：氣體物料，選用m3（STP），因它不隨T、P變化。當(dāng)量基準(zhǔn)：對化學(xué)反應(yīng)過程，選用kmol，因為反應(yīng)為等當(dāng)量反應(yīng)。物料衡算的基準(zhǔn)3.物料衡算3.2物料衡算列出過程的全部獨立物料平衡方程式及其他相關(guān)約束式。

選擇計算基準(zhǔn)。統(tǒng)計變量個數(shù)與方程個數(shù)，確定設(shè)計變量的個數(shù)及全部設(shè)計變量。整理計算結(jié)果3.物料衡算3.2物料衡算注意：物料平衡是指質(zhì)量平衡，不是體積或物質(zhì)的量(摩爾數(shù))平衡。若體系內(nèi)有化學(xué)反應(yīng)，則衡算式中各項用摩爾／時為單位時，必須考慮反應(yīng)式中的化學(xué)計量系數(shù)。對于無化學(xué)反應(yīng)體系，能列出獨立物料平衡式的最多數(shù)目等于輸入和輸出的物流里的組分?jǐn)?shù)。在寫平衡方程式時，要盡量使方程式中所包含的未知數(shù)最少。

生產(chǎn)工藝條件的確定任務(wù)一

烴類熱裂解制乙烯熱力學(xué)和動力學(xué)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、物料衡算與能量衡算的概念

物料衡算：運用質(zhì)量守恒定律，對生產(chǎn)過程或設(shè)備的物料平衡進行定量的計算，計算出各股物流輸入或輸出的量及組分等，稱之為物料衡算。能量衡算：以熱力學(xué)第一定律為依據(jù)，對生產(chǎn)過程或設(shè)備的能量平衡進行定量的計算，計算過程中要供給或移走的能量，稱之為能量衡算。能量是熱能、電能、化學(xué)能、動能、輻射能的總稱。化工生產(chǎn)中最常用的能量形式為熱能，故化工設(shè)計中經(jīng)常把能量計算稱為熱量計算。3.物料衡算和能量衡算3.1物料衡算和能量衡算概述2、物料衡算與能量衡算的意義

物料衡算與能量衡算是進行化工工藝過程設(shè)計及技術(shù)經(jīng)濟評價的基本依據(jù)。通過對全生產(chǎn)過程或單元過程的物料和能量的衡算，計算得到：

主、副產(chǎn)品產(chǎn)量；原材料的消耗定額，過程的物料損耗；“三廢”的生成量及組成；水、電、汽或其他燃料等消耗定額；設(shè)計物料流程圖。3.物料衡算和能量衡算3.1物料衡算和能量衡算概述2、物料衡算與能量衡算的意義

根據(jù)物料衡算和能量的衡算結(jié)果，可以：對生產(chǎn)設(shè)備進行設(shè)計和選型；確定產(chǎn)品成本等各項技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，從而可以定量地評述所選擇的工藝路線、生產(chǎn)方法及工藝流程在經(jīng)濟上是否合理，技術(shù)上是否先進。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