第四章物料衡算
1.教学目的与要求
掌握化工过程物料衡算的基本方法，包括无化学反应的物料衡算、有化学反应的物料衡算。
2.主要教学内容
物料衡算式、物料衡算的基本方法、无化学反应的物料衡算、有化学反应的物料衡算以及物料衡算的计算机解题。
3.重点与难点：
重点：无化学反应及有化学反应的物料衡算方法
难点：具有循环、排放及旁路过程的物料衡算
4.学时分配： 8+6S 学时
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。
通常，物料衡算有两种情况，一种是对已有的生产设备或装置，利用实际测定的数据，算出另—些不能直接测定的物料量。用此计算结果，对生产情况进行分析、作出判断、提出改进措施。另一种是设计一种新的设备或装置，根据设计任务，先作物料衡算，求出进出各设备的物料量，然后再作能量衡算，求出设备或过程的热负荷，从而确定设备尺寸及整个工艺流程。
物料衡算的理论依据是质量守恒定律，即在—个孤立物系中，不论物质发生任何变化，它的质量始终不变(不包括核反应，团为核反应能量变比非常大，此定律不适用)。
第一节物料衡算式
4－1 化工过程的类型
化工过程根据其操作方式可以分成间歇操作、连续操作以及半连续操作三类。或行将其分为稳定状态操作和不稳定状态操作两类。在对某个化工过程作物料或能量衡算时，必须先了解生产过程的类型。
间歇操作过程：
4－2 物料衡算式
物料衡算是研究某一个体系内进、出物料量及组成的变化。根据质量守恒定律，对某一个体系，输入体系的物料量应该等于输出物料量与体系内积累量之和。所以，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衡算时，必须把由反应消耗或生成的量亦考虑在内。所以(4—1)式成为：
上式对反应物作衡算时．由反应而消耗的量，应取减号，对生成物作衡算时，由反应而生成的量，应取加号。
但是，列物料衡算式时应该注意，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。出为反应前后物料中的分子数不守恒。
第二节物料衡算的基本方法
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。尤其是对复杂的物料衡算题，更应如此，这样才能获得准确的计算结果。
4－3 画物料流程简图方法
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。图中用简单的方框表示过程中的设备，用线条和箭头表示每个流股的途径和流向。并标出每个流股的已知变量（如流量、组成)及单位。对一些未知的变量，可用符号表示。
4—4 计算基准及其选择
进行物料、能虽衡算时，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。
对于不同化工过程，采用什么基准适宜，需视具体情况而定，不能什硬性规定。
根据不同过程的特点，选样计算基准时，应该注意以下几点：
1. 应选择已知变量数最多的流股作为计算基准。
2.对液体或固体的体系，常选取单位质量作基准。
3. 对连续流动体系，用单位时间作计算基准有时较方便。
4. 对于气体物料，如果环境条件(如温度、压力)已定，则可选取体积作基准。
4—5物料衡算的步骤
1搜集计算数据。
2画出物料流程简图。
3确定衡算体系。
4写比化学反应方程式，包括主反应和副反应，标出有用的分子量，如果无化学反应，则此步可免去。
5选择合适的计算基准，并在流程图上注明所选的基准值。
6．列出物料衡算式，然后用数学方法求解。
7．将计算结果列成输入一输出物料表。
第三节无化学反应过程的物料衡算
在化工过程中，—些只有物理变化不发生化学反应的单元操作，如混合、蒸馏、蒸发、干燥、吸收、结晶、萃取等，这些过程的物料衡算都可以根据物料衡算式(4—3)，列出总物料和各组分的衡算式，再用代数法求解。
4－6 简单过程的物料衡算
简单过程是指仅有一个设备或一个单元操作或整个过程简化成一个设备的过程。这种过程由物料衡算比较简单，在物料流程简图中，设备边界就是体系边界。
当利用代数法求解时，列衡算式应注意下列几点：
1．无化学反应体系，能列出的独立物料衡算式数目，最多等于输入和输出物料中化学组分的数目。
2．首先列出含未知量数目最少的物料衡算方程，以便于解题。 3．总体系内具有很多多组分的物料，则最好将每个流股编号．并列表表示出己知的量和组成．检查能列出的衡算方程数目是否等于未知量的数目。
4—7 有多个设备过程的物料衡算
对有多个设备的过程，进行物料衡算时，可以划分多个衡算体系。此时，必须选择恰当的衡算体系，这是很重要的步骤。不然会使计算繁琐，甚至无法求解。
例4—7 有两个蒸馏塔的分离装置，将含50％苯、30％甲苯和20％(mol％)二甲苯的混合物分成较纯的三个馏试份，其流程图及各流股组成如下图，计算蒸馏1000mol／h原料所得各流股的量及进塔2物料组成。
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，工业上的化学反应，，各反应物的实际用量．并不等于化学反应式中的理论量。为了使所需的反应顺利进行，或使其中较昂贵的反应物全部转化，常常使价格较低廉的一些反应物用量过量。
4—8 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，根据反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限制反应物完全反应所需总的理论量，该反应物称为过量反应物。
3．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。
4．转化率：
5．选择性；
6．收率：
4—9 一般反应过程的物料衡算
对有化学反应过程的物料衡算，由于各组分在过程中发生了化学反应，因此就不能简单地按(4—3)式列组分的衡算式，必须考虑化学反应中生成或消耗的量，应该根据化学反应式，按(4—4)式列衡算方程。对一般的反应过程，可用下列几种方法求解。
一、直接求解法
有些化学反应过程的物料衡算，有时只含一个未知量或组成，这类问题比较简单可根据化学反应式直接求解，不必列出衡算式，如下例。
二、元素衡算
元素衡算是物料衡算的一种重要形式。在作这类衡算时，并不需要考虑具体的化学反应，而是按照元素种类被转化及重新组合的概念表示为输入(某种元素)＝输出(同种元素)
对反应过程中化学反应很复杂，无法用一、两个反应式表示的物料衡算题，可以列出元素衡算式，用代数法求解。
三、用联系组分作衡算
“联系组分”是指随物料输入体系，但完全不参加反应，又随物料从体系输出的组分。在整个反应过程中，它的数量不变。
如果体系中存在联系组分，那么输入物料和输出物料之间就可以根据联系组分的含量进行关联。例如，F、P分别为输入、输出物料，T为联系组分。T在F中的质量分数为xfT在P中的质量分数为xPT，则F与P之间的关系为
4—10 有平衡反应过程的物料衡算
对有平衡反应过程的物料衡算，除了需要建立物料或元素衡算式以外，常常还需要利用反应的平衡关系来计算产物的平衡组成。讨算方法见下例。
4—11 具有循环、排放及旁路过程的物料衡算
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。如果存在联系组分，则可以利用联系组分计算。
一、循环过程的物料衡算
在化工生产中，有一些反应过程每次经反应器后的转化率不高，有的
甚至很低。如乙烯氧化制环氧乙烷的过程，乙烯的单程转化率(即原料一次通过反应器的转化率)约30％左右；由氢、氮合成氨的单程转化率一般也只有20％左右。而乙烯直接水合制乙醇的过程，乙烯的单程转化率只有4—5％。因此在反应器出口的产物中有大量原料未反应。为提高原料的利用率，把这部分末反应的原料从反应产物中分离出来，然后把它循环返回反应器，与新鲜物料一起再进行反应。此过程即为循环过程。其流程如图4—5。某些无化学反应过程，如蒸发．结晶过程、精馏过程等，为了提高原料利用率或为保证产品质量、改善经济指标、也有采用循环过程的。
二、具有循环及排放过程的物料衡算
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，以维持进料中杂质的含量不再增大。
例如，假定反应器进料A的最初流量是100kg/h，进料含10ppm的惰性物质(以I表示)，单程转化率为50％。经反应后，剩下50kg／h未反应的原料和惰性物，将其与产物分离后全部循环。由于总量减少了一半，所以循环料中惰性杂质含量增加一倍，为20ppm。如图4—6①。
第二次进反应器的原料变成新鲜原料50％和循环物料50％的混合料，其中含I组份15ppm(因为循环料中含20ppm的I)，第二次循环料中I组分含量增加到30ppm。第三次通过反应器的原料中I组分就变成20ppm。这样经长时间不停地循环，将会使循环料中杂质积累．浓度增高，以至影响正常生产。为了排除积累的杂质，就必须排放一部分循环料。
图4—7为具有循环及排放过程的物料流程图。图中W为排放物料，即从分离器出来的分
三、具有旁路过程的物料衡算
具有旁路的过程，就是把一部分物料绕过一个或多个设备，直接与另一流股物料相混，其流程如图4—8。这类过程的物料衡算与循环过程的物料衡算相类似，计算时应注意结点平衡。
第四章物料衡算 1.教学目的与要求 掌握化工过程物料衡算的基本方法，包括无化学反应的物料衡算、有化学反应的物料衡算。 2.主要教学内容 物料衡算式、物料衡算的基本方法、无化学反应的物料衡算、有化学反应的物料衡算以及物料衡算的计算机解题。 3.重点与难点： 重点：无化学反应及有化学反应的物料衡算方法 难点：具有循环、排放及旁路过程的物料衡算 4.学时分配： 8+6S 学时 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。 通常，物料衡算有两种情况，一种是对已有的生产设备或装置，利用实际测定的数据，算出另—些不能直接测定的物料量。用此计算结果，对生产情况进行分析、作出判断、提出改进措施。另一种是设计一种新的设备或装置，根据设计任务，先作物料衡算，求出进出各设备的物料量，然后再作能量衡算，求出设备或过程的热负荷，从而确定设备尺寸及整个工艺流程。 物料衡算的理论依据是质量守恒定律，即在—个孤立物系中，不论物质发生任何变化，它的质量始终不变(不包括核反应，团为核反应能量变比非常大，此定律不适用)。
第一节物料衡算式 4－1 化工过程的类型 化工过程根据其操作方式可以分成间歇操作、连续操作以及半连续操作三类。或行将其分为稳定状态操作和不稳定状态操作两类。在对某个化工过程作物料或能量衡算时，必须先了解生产过程的类型。 间歇操作过程： 4－2 物料衡算式 物料衡算是研究某一个体系内进、出物料量及组成的变化。根据质量守恒定律，对某一个体系，输入体系的物料量应该等于输出物料量与体系内积累量之和。所以，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衡算时，必须把由反应消耗或生成的量亦考虑在内。所以(4—1)式成为： 上式对反应物作衡算时．由反应而消耗的量，应取减号，对生成物作衡算时，由反应而生成的量，应取加号。 但是，列物料衡算式时应该注意，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。出为反应前后物料中的分子数不守恒。 第二节物料衡算的基本方法 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，
3.4精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 3.4.1操作温度的计算 1.)塔顶温度计算 查文献乙醇-水溶液中乙醇摩尔分数为0.70和0.80时,其沸点分别为78.7℃78.4℃塔顶温度为 D T ,则由内插法: 0.7078.7 0.800.7078.478.7D D x T --=--, 78.24D T ?=℃ 3.)塔釜的温度 查文献乙醇-水溶液中乙醇摩尔分数为0.00和0.05时,其沸点分别为100℃和90.6℃设塔顶温度为 W T ,则由内插法: 0.00100 0.050.0090.6100 W W x T --=--, 96.92W T ?=℃ 则 精馏段的平均温度: 278.2482.13 80.192 m T +==℃ 提馏段的平均温度: 196.9282.13 89.532 m T += =℃ 3.4.2操作压强 塔顶压强：P D =100 kpa 取每层塔板压降:ΔP=133.322 pa 则 进料板压力: 1000.77104.9F P kpa =+?= 塔釜 压力: 1000.77104.9W P kpa =+?= 则 精馏段的平均操作压强: 1100104.9 102.52 m P kpa +== 提馏段的平均操作压强: 2110.5104.9 107.72m P +== .）液相的平均密度 0.843 D x =0.013W x =
由 1 1 i i i n αρρ ==∑ 计算 （1.）对于塔顶 078.24D T C = 查文献 3741.83/A kg m ρ=，3972.9/B kg m ρ= 质量分率 ()0.84346.07 0.93210.84346.0710.84318.02 A α?= =?+-? 10.0679B A αα=-= 则 1A B D A B ααρρρ= +?A B A LB D 1L ρααρρ=+ D ρ31775.2/0.93210.0679 763.6972.9 m kg ==+ （2.）对于进料板 82.13F T C = 查文献 3739.6/A kg m ρ=，3970.50/B kg m ρ= 质量分率 ()0.215746.07 0.41270.215746.0710.215718.02 A α?= =?+-? 10.5102B A αα=-= 则 1A B F A B ααρρρ= +?A B A LB 1F L ρααρρ=+ F ρ31862.1/0.41270.5873 739.6970.5 m kg ==+ （3.）对于塔釜 096.92W T C = 160.009195x = 查文献 3721.2/A kg m ρ=，3955.1/B kg m ρ=
物料衡算的目的有以下几点： ⑴确定物系，并找出该物系物料衡算的界限； ⑵解释开放与封闭物系之间的差异； ⑶写出一般物料衡算所用的反应式、进出物料量等相关内容； ⑷引入的单元操作不发生累积，不生成或消耗，不发生质量的进入或流出的情况； ⑸列出输入==输出等式，利用物料衡算确定各物质的量； ⑹解释某一化合物进入物系的质量和该化合物离开物系的质量的情况。 物料衡算的类型: 在医药生产中，按照物质的变化过程，可将物料衡算分为两类。 一类是物理过程的物料衡算。即在生产系统中，物料没有发生化学反应的过程，它所发生地只是相态和浓度的变化。这类物理过程在医药工业中主要体现为混合和分离过程。如流体输送、吸附、结晶、过滤、干燥、粉碎、蒸馏、萃取等单元操作。 另一类是化学过程的物料衡算。即由于化学反应、原子与分子之间形成新的化学键，从而形成完全不同的新物质的过程。在进行计算时候，经常用到组分平衡和化学元素平衡，特别是当化学反应计量系数未知或很复杂以及只有参加反应的各物质的化学分析数据时，用元素平衡最方便，有时甚至只能用该方法才能解决。同时，在化学反应中，还涉及化学反应速率、转化率、产物收率等因素。 此外，物料衡算还可以按照操作方式的不同分为两类。 一类是连续操作的物料衡算。如生产枸橼酸铋钾的喷雾干燥操作，需要向干燥器中输送具有一定速度、湿度和温度的空气，同时湿物料从反方向以速度通过干燥器，尽管物料在干燥器中不断被加热，所处的状态在不断改变，但对某一具体部位而言，其所处的状态是不随时间的改变而改变。 另一类是间歇操作的物料衡算。在过程开始时原料一次性进入体系，经过一段时间以后立即一次性移出所有的产物，其间没有物质进出体系。在生物制药中，经常会用到有机溶剂沉淀的方法来分离，该方法是很典型的间歇操作。如硫酸软骨素的制备即是一例。在经过提取后的滤液中，加入95%乙醇搅拌，沉淀析出，取出即得产品，这种操作的特点是操作过程的状态随时间的变化而改变。 物料衡算的基本理论 物料衡算是物料的平衡计算，是制药工程计算中最基础最重要的内容的之一，是进行药物生产工艺设计、物料查定、过程经济评估以及过程控制、过程优化的基础。它以质量守恒定律和化学计量关系为基础。简单地讲，它是指“在一个特定物系中，进入物系的全部物料质量加上所有生成量之和必定等于离开该系统的全部产物质量加上消耗掉得和积累起来的物料质量之和”用式表示为： ∑G进料+∑G生成==∑G出料+∑G累积+∑G消耗 式中∑G进料------- 所有进入物系质量之和； ∑G生成------- 物系中所有生成质量之和； ∑G出料------- 所有离开物系质量之和 ∑G累积------- 物系中所有消耗质量之和（包括损伤）； ∑G消耗------- 物系中所有积累质量之和。 物料衡算的基本方法和步骤 1.收集计算所必须的基本数据 在进行物料衡算前，要尽可能收集足够的符合实际情况的准确数据，通常称为原始数据这些数据时整个计算的基本数据与基础。应根据不同计算性质来确定原始数据的收集方法。
第三章物料衡算 第一节概述 一、物料衡算的作用和任务 物料衡算是医药工艺设计的基础，根据所需要设计项目的年产量，通过对全过程或者单元操作的物料衡算计算，可以得到的单耗(生产1Kg产品所需要消耗的原料的Kg数)、副产品量以及输出过程中物料损耗量以及“三废”生成量等，使设计由定性转向定量。 在制药过程中经常遇到有关物料的各种数量和质量指标，如“量”(产量、流量、消耗量、排出量、投料量、损失量、循环量等)；“度”(纯度、浓度、分离度等)，“比”(配料比、循环比、固液比、气液比、回流比等)；“率”(转化率、单程收率、产率、回收率、利用率等)等。这些量都与物料衡算有关，都影响到实际上的物料平衡。 因此，物料衡算是制药生产(及设计)的基本依据，是衡量制药生产(以及任何生产)经济效果的基础，对改进生产和指导设计具有重大意义。 二、物料衡算的类型 在医药生产中，我们按照物质的变化过程来分，可以将物料衡算分为两类： 一类是物理过程的物料衡算，即在生产系统中，物料没有发生化学反应的过程，它所发生的只是相态和浓度的变化，这类物理过程在医药工业中主要体现在混合过程和分离过程。如流体输送、吸附、结晶、过滤、干燥、粉碎、蒸馏、萃取等单元操作。 图3-1盐酸林可霉素结晶过程物料衡算 另一类是化学过程的物料衡算，即由于化学反应，原子与分子之间形成新的化学键，从而形成完全不同的新物质的过程。在进行计算时候，经常用到组分平衡和化学元素平衡，特别是当化学反应计量系数未知或很复杂以及只有参加反应的各物质的化学分析数据时，用元素平衡最方便，有时甚至只能用该方法才能解决(如非那西丁酰化反应见图3-2)。同时，在化学反应中，还涉及化学反应速率、转化率、产物收率等因素。
板式精馏塔设计方案 第三节精馏方案简介 (1) 精馏塔的物料衡算； (2) 塔板数的确定： (3) 精馏塔的工艺条件及有关物件数据的计算； (4) 精馏塔的塔体工艺尺寸计算； (5) 塔板主要工艺尺寸的计算； (6) 塔板的流体力学验算： (7) 塔板负荷性能图； (8) 精馏塔接管尺寸计算； (9) 绘制生产工艺流程图； (10) 绘制精馏塔设计条件图； (11) 对设计过程的评述和有关问题的讨论。 设计方案的确定及工艺流程的说明 原料液由泵从原料储罐中引岀，在预热器中预热至84 C后送入连续板式精馏塔(筛板塔)，塔顶上升蒸汽 流采用强制循环式列管全凝器冷凝后一部分作为回流液，其余作为产品经冷却至25 C后送至产品槽；塔釜采用热虹吸立式再沸器提供气相流，塔釜残液送至废热锅炉。 第四节：精馏工艺流程草图及说明
、流程方案的选择
1. 生产流程方案的确定: 原料主要有三个组分：C2°、C3二、C3°,生产方案有两种：（见下图A , B ）如 任务书规定： 图（A ） 为按挥发度递减顺序采出，图（B ）为按挥发度递增顺序采出。在基本有机化工 生产过程中，按挥发度递减的顺序依次采出馏分的流程较常见。 因各组分采出之 前只需一次汽化和冷凝，即可得到产品。而图（B ）所示方法中，除最难挥发组 分外。其它组分在采出前需经过多次汽化和冷凝才能得到产品， 能量（热量和冷 量）消耗大。并且，由于物料的循环增多，使物料处理量加大，塔径也相应加大， 再沸器、冷凝器的传热面积相应加大，设备投资费用大，公用工程消耗增多，故 应选用图（A ）所示的是生产方案。 2. 工艺流程分离法的选择： 在工艺流程方面，主要有深冷分离和常温加压分离法。 脱乙烷塔，丙烯精制 塔采用常温加压分离法。因为 C2, C3在常压下沸点较低呈气态采用加压精馏沸 点可提高，这样就无须冷冻设备，可使用一般水为冷却介质，操作比较方便工艺 简单，而且就精馏过程而言，获得高压比获得低温在设备和能量消耗方面更为经 济一些，但高压会使釜温增加，引起重组分的聚合，使烃的相对挥发度降低，分 离难度加大。可是深冷分离法需采用制冷剂来得到低温， 采用闭式热泵流程，将 精馏塔和制冷循环结合起来，工艺流程复杂。综合考滤故选用常温加压分离法流 程。 1、 脱乙烷塔：根据原料组成及计算：精馏段只设四块浮伐 塔板,塔顶采用分 凝器、全回流操作 2、 丙烯精制塔：混合物借精馏法进行分离时它的难易程度取决 于混合 物的沸点差即取决于他们的相对挥发度丙烷一丙烯的 C2 C3 = C3 ° iC4 W% 5.00 73.20 20.80 0.52 0.48 100 工艺特点: 原料 C 工 C 。 (A ) (B )
物料衡算公式： 1吨煤炭燃烧时产生的SO2量＝1600×S千克；S含硫率，一般0.6-1.5%。若燃煤的含硫率 为1%，则烧1吨煤排放16公斤SO2 。 1吨燃油燃烧时产生的SO2量＝2000×S千克；S含硫率，一般重油1.5-3%，柴油0.5-0.8%。 若含硫率为2%，燃烧1吨油排放40公斤SO2 。 ¬排污系数：燃烧一吨煤，排放0.9-1.2万标立方米燃烧废气，电厂可取小值，其他小厂可取大值。燃烧一吨油，排放1.2－1.6万标立方米废气，柴油取小值，重油取大值。 【城镇排水折算系数】 0.7~0.9，即用水量的70-90%。 【生活污水排放系数】采用本地区的实测系数。。 【生活污水中COD产生系数】60g/人.日。也可用本地区的实测系数。 【生活污水中氨氮产生系数】7g/人.日。也可用本地区的实测系数。使用系数进行计算时，人口数一般指城镇人口数；在外来较多的地区，可用常住人口数或加上外来人口数。 【生活及其他烟尘排放量】 按燃用民用型煤和原煤分别采用不同的系数计算： 民用型煤：每吨型煤排放1~2公斤烟尘 原煤：每吨原煤排放8~10公斤烟尘 一、工业废气排放总量计算 1.实测法 当废气排放量有实测值时，采用下式计算： Q年= Q时× B年/B时/10000 式中： Q年——全年废气排放量，万标m3/y； Q时——废气小时排放量，标m3/h； B年——全年燃料耗量（或熟料产量），kg/y； B时——在正常工况下每小时的燃料耗量（或熟料产量），kg/h。 2.系数推算法 1)锅炉燃烧废气排放量的计算 ①理论空气需要量（V0）的计算a. 对于固体燃料，当燃料应用基挥发分Vy>15%（烟煤）， 计算公式为：V0=0.251 ×QL/1000+0.278[m3(标）/kg] 当Vy<15%（贫煤或无烟煤）， V0=QL/4140+0.606[m3(标）/kg] 当QL<12546kJ/kg（劣质煤）， V0=QL//4140+0.455[m3(标)/kg) b. 对于液体燃料，计算公式为：V0=0.203 ×QL/1000+2[m3(标）/kg] c. 对于气体燃料，QL<10455 kJ/（标）m3时，计算公式为： V0= 0.209 × QL/1000[m3/ m3]
1 精馏塔的物料衡算 1.1 原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 甲醇的摩尔质量 A M =3 2.04kg/kmol 水的摩尔质量 B M =18.02kg/kmol 315.002 .18/55.004.32/45.004 .32/45.0=+= F x xD=(0.98/32.04)/(0.98/32.04+0.02/18.02)=0.898 1.2 原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量 F M =0.315?32.04+(1-0.315) ?18.02=22.44kg/kmol D M =0.898?32.04+(1-0.898) ?18.02=30.61kg/kmol 1.3 物料衡算 原料处理量 F=17500000/(330?24?22.4)=98.467kmol/h 总物料衡算 98.467=D+W 甲醇物料衡算 ωX +=?W D 898.0315.0467.98 联立解得 D=48.462kmol/h W=93.136kmol/h Xw=0.001 W M =0.001?32.04+(1-0.001) ?18.02=18.03kg/kmol 2 塔板数的确定 2.1 理论板层数N T 的求取 2.1.1 相对挥发度的求取 表1：甲醇的x-y-t 平衡表， 温度/℃ x y 温度/℃ x y 100 0 0 71.3 59.37 81.83
92.9 5.31 28.34 70.0 68.49 84.92 90.3 7.67 40.01 68.0 85.62 89.62 88.9 9.26 43.53 66.9 87.41 91.94 85.0 13.15 54.55 64.7 100 100 81.6 20.83 62.73 78.0 28.18 67.15 73.8 46.20 77.56 72.7 52.92 79.71 将表1中x-y 分别代入) 1()1(A A A A y x y x --=α得表2 表2：甲醇的α-t 表 温度/℃ 挥发度 温度/℃ 挥发度 92.9 7.05 72.7 3.50 90.3 8.03 71.3 3.08 88.9 7.55 70.0 2.59 85.0 7.93 68.0 1.45 81.6 6.40 66.9 1.63 78.0 5.27 73.8 4.02 所以==∑1212...21a a a m α 4.2 2.1.2进料热状态参数q 值的确定 根据t-x-y 图查得x F =0.315的温度t 泡=77.6℃ 冷液进料：60℃ t m =2 6.7760+=68.8℃ 查得该温度下甲醇和水的比热容和汽化热如下： 比热（68.8℃）kJ/kg K 汽化热（77.6℃）kJ/kg 水 4.186 2334.39 甲醇 2.84 1091.25 则Cp=2.84×0.315+4.186×0.685=3.7579 kJ/kg K r 汽=1091.25×0.315+2334.39×0.685=1942.8 kJ/kg
第二章物料衡算 2.1反应器物料衡算 将原料及产品规格换算成摩尔分率，即 原料：甲醇含量（99.73％），水含量（0.27％） 产品：合成产品粗二甲醚中二甲醚回收率不小于99％ 精馏工段二甲醚含量不小于99.95％ 已知:二甲醚的摩尔质量M A =46.07 kg/kmol 甲醇的摩尔质量M B =32.04kg/kmol 水的摩尔质量M C =18.02 kg/kmol 假设年工作时间8000h,要求年产10万吨二甲醚，则每小时应生产二甲醚的量为: 100000×1000/(8000×46.07)=271.326 kmol/h 又因合成产品粗二甲醚中二甲醚回收率不小于99％ 故而生产二甲醚的量为： F=271.326/0.99=274.067 kmol/h 图1 反应器物流简图 反应式： 2CH 3OH → CH 3 OCH 3 + H 2 O 本次设计由于采用的催化剂是γ-A1 20 3 ，甲醇的转化率为60%-80%，设定转化率 为75%，反应器应加入甲醇的量为： 274.067×2/0.75=730.845 kmol/h 原料中甲醇含量（99.73％），水含量（0.27％），则原料进料量为：
730.845/0.9973=732.824 kmol/h 水的量为：732.824×0.0027=1.979 kmol/h 按化学计量关系计算反应器出口气体各组分的量: CH 3OH: 730.845×25%=182.711 kmol/h H 2O: 1.979+274.067=276.046 kmol/h 进入反应器的气体总量Ft 0=732.824kmol/h ，给定空速S V =5000h -1，所以，催化剂床层体积V R 为： V R =q vn /s v =732.824×22.4/5000 =3.283m 3 表1 反应器阶段的物料组成 2.2二甲醚精馏塔物料衡算 粗产品进入二甲醚精馏塔，二甲醚从塔顶分离出来，而甲醇和水由塔底分离出来，接着进入甲醇精馏塔。 图2 二甲醚精馏塔物流简图
第三章 物料衡算 3.1产品名称与设计规模 原辅料名称 规格 质量比（W * ） 缩合物 %99≥ 1.0 氢气 %99.99≥ 0.0035（过量） 钯炭 10%（W ） 0.1 四氢呋喃 工业 5.33 甲醇 工业 0.79 3-（N-吗啡啉）丙磺酸 %99≥ 0．13 异丙醇 工业 0.62 丙酮 工业 6.71 原辅料名称 规格 质量比（W * ） 粗品 1.0 活性炭 医用级 0.05 注射水 符合药典标准 17.86 丙酮 %99≥ 9.82 产品名称 设计规模（t/a ） 含量 包装规格 其他 美罗培南 （三水化合物） 25 99% 铝听5Kg/听 无菌原料药 衡算基准 本设计中的化工过程均属间歇操作过程，其计算基准是将车间所处理的各种物料量折算成以日数计的平均值，从起始原料的投入到最终成品的产出，按日数平均值计将恒定不变。由设计任务规定的产品年产量及年工作日，计算出产品的平均日产量，日产量确定后，再根据总收率可以折算出起始原料的日投料量及班投料量，以此为基础就完成车间物料衡算。
本设计中： 年工作日：250天； 美罗培南成品年产量为：25t ； 美罗培南成品含量为：99%； 精制美罗培南含量：98%； 第一步氢化反应收率1y ：95%； 第二步树脂吸附洗脱收率2y ：95%； 第三步丙酮析晶收率3y ：98%； 第四步精制收率4y ：98%； 第五步粉碎包装收率5y ：99.8%； 可计算出： （1）美罗培南总收率 %50.86%8.99%98%98%95%9554321=????=????=y y y y y y T （2）kg 99250 % 9910253=??=?= 年工作日含量年产量美罗培南实际日产量 （3）起始原料纯品投料量 kg 51.18257 .43778.697%5.8699M M =?= ? = 美罗培南起始原料总收率美罗培南实际日产量 起始原料实际投料量kg 35.184% 9951 .182=== 起始原料规格起始原料纯品投料量 其中杂质量 kg 84.151.182-35.184-===起始原料纯品投料量 起始原料实际投料量 3.2氢化反应物料衡算 3.2.1反应方程式
第一节物料衡算式 4－1 化工过程的类型 化工过程根据其操作方式可以分成间歇操作、连续操作以及半连续操作三类。或行将其分为稳定状态操作和不稳定状态操作两类。在对某个化工过程作物料或能量衡算时，必须先了解生产过程的类型。 间歇操作过程： 4－2 物料衡算式 物料衡算是研究某一个体系内进、出物料量及组成的变化。根据质量守恒定律，对某一个体系，输入体系的物料量应该等于输出物料量与体系内积累量之和。所以，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衡算时，必须把由反应消耗或生成的量亦考虑在内。所以(4—1)式成为： 上式对反应物作衡算时．由反应而消耗的量，应取减号，对生成物作衡算时，由反应而生成的量，应取加号。 但是，列物料衡算式时应该注意，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。出为反应前后物料中的分子数不守恒。 第二节物料衡算的基本方法 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。尤其是对复杂的物料衡算题，更应如此，这样才能获得准确的计算结果。 4－3 画物料流程简图方法
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。图中用简单的方框表示过程中的设备，用线条和箭头表示每个流股的途径和流向。并标出每个流股的已知变量（如流量、组成)及单位。对一些未知的变量，可用符号表示。4—4 计算基准及其选择 进行物料、能虽衡算时，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。 对于不同化工过程，采用什么基准适宜，需视具体情况而定，不能什硬性规定。 根据不同过程的特点，选样计算基准时，应该注意以下几点： 1. 应选择已知变量数最多的流股作为计算基准。 2.对液体或固体的体系，常选取单位质量作基准。 3. 对连续流动体系，用单位时间作计算基准有时较方便。 4. 对于气体物料，如果环境条件(如温度、压力)已定，则可选取体积作基准。
三.工艺设计计算 3.1 物料横算 3.1.1物料衡算的意义 物料横算，是在已知产品规格和产量前提下算出所需原料量、废品量及消耗量。同时，还可拟定出原料消耗定额，并在此基础上做能量平衡计算。通过物料横算可算出： (1)实际动力消耗量 (2)生产过程所需热量或冷量 (3)为设备选型、决定规格、台数（或台时产量）提供依据 (4)在拟定原料消耗定额的基础上，可进一步计算日消耗量，每小时消耗量 等设备所需的基础数据。 综上所述，物料衡算是紧密配合车间生产工艺设计而进行的，因此，物料衡算是工艺设计过程的一项重要的计算内容。 3.1.2物料横算的方法 塑料制品的生产过程多采用全流程、连续操作的形式。 物料衡算的步骤如下： (1)确定物料衡算范围，画出物料衡算示意图，注上与物料衡算有关的数据。 物料衡算示意图如下：
(2)说明计算任务。如：年产量、年工时数等。 (3)选定计算基准。生产上常用的计算基准有：①单位时间产品数量或单位 时间原谅投入量，如：kg/h，件/h，t/h（连续操作常采用此种基准）；②加入设备的原料量（间歇操作常采用此种基准）。 (4)由已知数据，根据下列公式进行物料衡算： ΣG1=ΣG1+ΣG3 式中：ΣG1——进入设备的物料量总和 ΣG2——离开设备的正品量和次品量总和 ΣG3——加工过程中物料损失量总和 (5)收集数据资料。一般包括以下方面： ①年生产时间：连续生产300~350 d 间歇生产200~250 d 连续生产时，年生产的天数较多，在300d左右，其他时间将考虑全长检修，车间检修或5%~10%意外停机。当间歇生产时，就要减去全年的休息日，目前为双休日加上法定假日全年约为110d，所以间歇生产比连续生产少110个工作日。 总之，确定了每年有效地工作时数后就能正确定出物料衡算的时间基准，算出每小时的生产任务，进而在以后的计算中选定设备的规格。 具体的选择天数要通过分析得出。 ②有关定额、合格率、废品率、消耗率、回收率等。在任何一个产品加 工过程中，合格产品都不是百分之百。由于设备原因、原材料原因以及人为原因都可能造成废品的出现。加工不同的产品出现废品的几率有差异，要具体情况具体分析。才外还应考虑车间管理水平、设备先进水平等，取高值与低值都应有充分的论据。经过电铲研究后发现：塑料制品合格率为85%~95%、自然损耗率为0.1%~0.15%，这主要是贮存、运输、
第四章物料衡算 第一节概述 第二节物料衡算基本理论 第三节物料衡算举例 4.1 概述 4.1.1.物料衡算的重要性 求出各种物料的数量和组成，设计由定性转入定量。 设计中，物料衡算是最先进行的计算项目，其结果是后续各单项设计的依据，物料衡算结果的直接关系到整个工艺设计可靠程度。 4.1.2.物料衡算的依据 工艺流程示意图以及为物料衡算收集的有关资料。 4.1.3.物料衡算的作用 将工艺流程示意图进一步深化，可绘制出物料流程图。 在物料衡算的基础上，可进行能量衡算、设备的选型或工艺设计，以确定设备的容积、台数和主要工艺尺寸、确定消耗定额、进行车间布臵设计和管道设计。 对已投产的设备、装臵、车间或工厂进行物料衡算，以寻找薄弱环节，为改进生产、完善管理提供可靠的依据 可作为判断工程项目是否达到设计要求以及检查原料利用率和三废处理完善程度的一种手段。 4.1.4.物料衡算的类型 按物质变化分为： 物理过程的物料衡算 化学过程的物料衡算 按操作方式分为： 连续过程的物料衡算 间歇过程的物料衡算 按衡算目的分为： 4.2 物料衡算的基本理论 4.2.1物料平衡方程式
理论基础是质量守恒定律。 1.物理过程 稳态过程，物料在体系内没有累积 2.化学过程 对于稳态过程 使用上述各式时要注意以下几点： 4.2.2 衡算基准 1、时间基准 对连续稳定流动体系，以单位时间作基准。该基准可与生产规模直接联系 对间歇过程，以处理一批物料的生产周期作基准。 2、质量基准 对于液、固系统，因其多为复杂混合物选择一定质量的原料或产品作为计算基准。 若原料产品为单一化合物或组成已知，取物质量（mol）作基准更方便。 3、体积基准 对气体选用体积作基准。通常取标况下体积Nm3(Hm3) 在进行物料衡算或热量衡算时，均须选择相应的衡算基准。合理地选择衡算基准，不仅可以简化计算过程，而且可以缩小计算误差 基准选取中几点说明： （1）上面几种基准具体选哪种（有时几种共用）视具体条件而定，难以硬性规定。 （2）通常选择已知变量数最多的物料流股作基准较方便。 （3）取一定物料量作基准，相当于增加了一个已知条件（当产物和原料的量均未知时，使隐条件明朗化）。 （4）选取相对量较大的物流作基准，可减少计算误差。
文件编号：TP-AR-L3291 In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives. （示范文本） 编订：_______________ 审核：_______________ 单位：_______________ 精馏的物料衡算(正式版)
精馏的物料衡算(正式版) 使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。 一、全塔物料衡算 连续精馏过程中，塔顶和塔底产品的流量与组 成，是和进料的流量与组成有关的。它们之间的关系 可通过全塔物料衡算求得。衡算范围如图10—2虚线 框内所示。 总物料平衡 F＝D+W (10—1) 易挥发组分平衡 Fxr＝DxD+Wxw (10—2) 式中 F 原料液摩尔流量，kmol／h； D——馏出液摩尔流量，kmol／h； W——釜残液摩尔流量，kmol／h； XF——料液中易挥发组分的摩尔分数；
XD 馏出液中易挥发组分的摩尔分数； XW 釜残液中易挥发组分的摩尔分数。 只要已知其中4个参数，就可以求出其他二参数。一般情况下F、cF、cD、Xw由生产任务规定。上式中F、D、W也可采用质量流量，相应地XF、XD、Xw用质量分数。 式中 D／F，W／F——工程上分别称其为馏出液采出率和残液采出率。 精馏生产中还常用回收率的概念。所谓回收率，是指某组分通过精馏回收的 全塔物料衡算方程虽然简单，但对指导精馏生产却是至关重要的。实际生产中，精馏塔的进料是由前
沈阳化工大学学士学位毕业设计第六章技术经济评价 物料衡算 原料的确定 ⑴引入2SiO 的原料：石英砂 2SiO 是构成硅酸盐玻璃的一种主体氧化物，其含量一般都在65～75%之间。石英砂是引入二氧化硅的主要原料。 石英砂，也称硅砂，主要是由石英颗粒所组成。质地纯净的硅砂为白色，一般硅砂因含有铁质和有机物质，故多呈淡黄色或黄白色。 石英砂的纯度直接影响到玻璃的透明度，故本厂对石英砂作如下要求： 2SiO >90%，32O Al <5.2%，32O Fe <0.35% 进厂水分<7%，通常在4%左右 粒度要求40目全通过 ⑵引入O Na 2的原料：纯碱 纯碱（3NaCO ）又名苏打，是引入玻璃中O Na 2的主要原料。 O Na 2是玻璃网络外体氧化物。在玻璃中引入氧化钠的主要目的是降低玻璃粘度，使 其易于熔化，是玻璃良好的助熔剂。但引入量也不宜过高，一般瓶罐玻璃大都在14～16%之间。 纯碱为白色粉末，易溶于水，置于空气中极易吸收空气中的水分而潮解。为此，在使用前必须进行水分的测定。在熔制玻璃时氧化钠的挥发量约为本身重量的0.5～3.2%，在计算时应予以补足。 对纯碱的质量要求是：
O Na 2>98%，NaCl <1%，42SO Na <0.1% 进厂水分<3%，正常在0.2～0.3%之间 粒度要求20目全通过 ⑶引入CaO 的原料：石灰石 石灰石是引入CaO 的主要原料。CaO 是二价的网络外体氧化物，在玻璃中是主要的稳定剂，能增加玻璃的化学稳定性，防止制品日久“霉变”和大大增加玻璃的机械强度。 石灰石在自然界中分布极广，为白色、灰色块状物。 对石灰石的质量要求是： CaO >51%，32O Fe <0.1%。水分<1% 粒度要求20目全通过 ⑷作为澄清剂的原料：白砒+硝酸钠 白砒主要成分是32O As ，一般为白色结晶粉末，其为无定形的玻璃状物质。白砒是剧毒的原料，因此使用时要特别注意，并由专人保管。与硝酸盐共同使用； 硝酸钠，主要成分为3NaNO 。 ⑸作为助溶剂的原料：萤石 萤石的主要成分是2CaF ，能够加速玻璃形成反应，降低玻璃液的粘度和表面张力，促进玻璃液的澄清和均化，增加玻璃液的透热性。 ⑹碎玻璃 生产过程中产生的玻璃制品以及从熔炉放入的玻璃液经水骤冷的玻璃碎块、熔炉翻建过程的炉底料与从社会上包括玻璃制品使用厂家和物质回收部门收集的废旧玻璃制品、碎片等统称为碎玻璃。
第四章物料衡算
第四章物料衡算 1.教学目的与要求 掌握化工过程物料衡算的基本方法，包括无化学反应的物料衡算、有化学反应的物料衡算。 2.主要教学内容 物料衡算式、物料衡算的基本方法、无化学反应的物料衡算、有化学反应的物料衡算以及物料衡算的计算机解题。 3.重点与难点： 重点：无化学反应及有化学反应的物料衡算方法 难点：具有循环、排放及旁路过程的物料衡算 4.学时分配： 8+6S 学时 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。 通常，物料衡算有两种情况，一种是对已有的生产设备或装置，利用实际测定的数据，
算出另—些不能直接测定的物料量。用此计算结果，对生产情况进行分析、作出判断、提出改进措施。另一种是设计一种新的设备或装置，根据设计任务，先作物料衡算，求出进出各设备的物料量，然后再作能量衡算，求出设备或过程的热负荷，从而确定设备尺寸及整个工艺流程。 物料衡算的理论依据是质量守恒定律，即在—个孤立物系中，不论物质发生任何变化，它的质量始终不变(不包括核反应，团为核反应能量变比非常大，此定律不适用)。 第一节物料衡算式 4－1 化工过程的类型 化工过程根据其操作方式可以分成间歇操作、连续操作以及半连续操作三类。或行将其分为稳定状态操作和不稳定状态操作两类。在对某个化工过
程作物料或能量衡算时，必须先了解生产过程的类型。 间歇操作过程： 4－2 物料衡算式 物料衡算是研究某一个体系内进、出物料量及组成的变化。根据质量守恒定律，对某一个体系，输入体系的物料量应该等于输出物料量与体系内积累量之和。所以，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衡算时，必须把由反应消耗或生成的量亦考虑在内。所以(4—1)式成为： 上式对反应物作衡算时．由反应而消耗的量，应取减号，对生成物作衡算时，由反应而生成的量，应取加号。 但是，列物料衡算式时应该注意，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。出为反应前后物料中的分子数不守恒。 第二节物料衡算的基本方法 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。尤其是对复杂的物料衡算题，更应如此，这样才能获得准确的计算结果。 4－3 画物料流程简图方法 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。图中用简
物料衡算 1.教学目的与要求 掌握物料衡算的基本方法，学会对无化学反应的物料衡算及有化学反应的物料衡算进行计算。 2.主要教学内容 掌握物料衡算式、画物料流程简图的方法；计算基准的选择；无化学反应的物料衡算，有化学反应的物料衡算。 3.重点与难点： 重点：无化学反应及有化学反应物料衡算的计算方法 难点：有化学反应物料衡算的计算方法 4.学时分配：8+6S 学时 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。一般在物料衡算之后，才能计算所需要提供或移走的能量。通常，物料衡算有两种情况，一种是对已有的生产设备或装置，利用实际测定的数据，算出另一些不能直接测定的物料量。用此计算结果，对生产情况进行分析、作出判断、提出改进措施。另一种是设计一种新的设备或装置，根据设计任务，先作物料衡算，求出进出各设备的物料量，然后再作能量衡算，求出设备或过程的热负荷，从而确定设备尺寸及整个工艺流程。 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化，它的质量始终不变（不包括核反应，因为核反应能量变化非常大，此定律不适用）。 第一节物料衡算式 1 物料衡算式 1、化工过程的类型 化工过程操作状态不同，其物料或能量衡算的方程亦有差别。 化工过程根据其操作方式可以分成间歇操作、连续操作以及半连续操作三类。或者将其分为稳定状态操作和不稳定状态操作两类。在对某个化工过程作物料或能量衡算时，必须先了解生产过程的类别。 闻歇操作过程：原料在生产操作开始时一次加入，然后进行反应或其他操作，一直到操作完成后，物料一次排出，即为间歇操作过程。此过程的特点是在整个操作时间内，再无物料进出设备，设备中各部分的组成、条件随时间而不断变化。
甲苯-四氯化碳混合液的浮阀精馏 塔设计 系部：化学工程系 专业班级：普08应用化工（1）班 姓名： 指导老师： 时间：2010年5月8日 新疆轻工职业技术学院
目录 摘要 (2) 关键词 (2) 前言 (2) 1精馏 (2) 2工艺条件 (3) 3精馏塔的物料衡算 (4) 4板数的确定 (5) 5精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 (7) 6精馏塔的塔体工艺尺寸计 (9) 7塔板主要工艺尺寸的计算 (10) 8筛板的流体力学验算 (11) 9塔板负荷性能图 (13) 小结 (16) 参考文献 (18) 致谢 (19)
摘要：精馏在化工生产过程中起着非常重要的作用。精馏是研究化工及其它相关过程中物质的分离和提纯方法的一门技术。在许多重要化工工业中，例如化工、石油化工、炼油、等，必须对物料和产物进行分离和提纯，才能使加工过程进行，并得到符合使用要求的产品。本设计将通过给定的生产操作工艺条件自行设计苯-四氯化碳物系的分离和精馏。 关键词：甲苯四氯化碳塔板数精馏提馏 前言 化工生产中所处理的原料，中间产物，粗产品几乎都是由若干组分组成的混合物，而且其中大部分都是均相物质。生产中为了满足储存，运输，加工和使用的需求，时常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。 精馏是分离液体混合物最常用的一种单元操作，在化工，炼油，石油化工等工业得到广泛应用。精馏过程在能量计的驱动下，使气，液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各相分挥发度的不同，使挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移。实现原料混合物中各组成分离该过程是同时进行传质传热的过程。本次设计任务为设计一定处理量的甲苯和四氯化碳混合物精馏塔。 化工原理课程设计是培养学生化工设计能力的重要教学环节，通过课程设计使我们初步掌握化工设计的基础知识、设计原则及方法；学会各种手册的使用方法及物理性质、化学性质的查找方法和技巧；本课程设计的主要内容是精馏过程的物料衡算，工艺计算，结构设计和校核。 1 精馏 1.1 精馏的原理 利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离，称该过程为精馏。该过程中，传热、传质过程同时进行，属传质控制。 1.2 精馏塔设备
1.氯气、氢气处理物料衡算 题目200 kt/a烧碱装置氯气、氢气处理工序的初步设计 原始数据 200 kt/a烧碱装置Cl2、H2处理，年工作日330天，其余数据以工厂实际收集数据为准。 说明书内容： （1）生产方法以及今后的发展前途 （2）生产方法的选择及流程简述。根据前面介绍的方法，你选择什么方法生产，并说明理由。简述你的流程 （3）物料衡算整个计算过程的整理 （4）设备计算 （5）热量衡算 （6）选择其他设备 （7）生产过程应控制的指标 （8）附带控制点的工艺流程图一份、设备简图一张 （9）可以谈谈你的设计体会（有无都可） 目录 第一篇氯气处理 1 第一章总论 1 一概述 1 二氯气处理的任务和方法 1 三工艺流程简介 2 第二章氯气工艺计算 4 一氯气处理工艺流程 4 二计算依据 4 三工艺计算 5 （一）钛冷却器 5 （二）硫酸干燥塔（填料塔）10 第三章主要设备设计及选型13 一钛冷却器13 二硫酸干燥塔（填料塔）25 第二篇氢气处理29 第一章总论29 一概述29 二氢气处理工艺流程确定30 第二章工艺计算31 一氢气处理工艺流程31 二计算依据31 三工艺计算32 （一）洗涤冷却塔32 第三章主要设备设计及选型36 一洗涤塔36 二主要管径38
三氢气输送设备39 四水输送泵39 五液封循环水池39 六氢气缓冲罐39 主要设备一览表40 设计评述41 参考文献42 第一篇氯气处理 第一章总论 一. 概述 1. 氯气 氯气Cl2，分子量70.906，常温下，氯是黄绿色，具有使人窒息气味的气体，有毒。氯气对人的呼吸器官有强烈的刺激性，吸入过多时还会致死。氯气比空气重，约为空气的2.5倍。氯气能溶于水，但溶解度不大，温度越高氯气在水中的溶解度越小。氯气溶于水同时与水反应生成盐酸和次氯酸，因此氯水具有极强的腐蚀性。氯气在四氯化碳，氯仿等溶剂中溶解度较大，比在水中的溶解度约大20倍。工业上利用氯气在四氯化碳中有较大溶解度这一特点，用四氯化碳吸收氯碱厂产生的所有废氯，然后再解吸回收氯气。 氯气的用途极为广泛，重要用途如：杀菌消毒、漂白及制浆、冶炼金属、制造无机氯化物、制造有机氯化物及有机物。 二. 氯气处理的任务和方法 从电解槽出来的湿氯气，一般温度较高，并伴有大量水蒸汽及盐雾等杂质。这种湿氯气，对钢铁及大多数金属有强烈的腐蚀作用，只有某些金属材料或非金属材料在一定条件下，才能耐湿氯气的腐蚀。例如金属钛，聚氯乙烯、酚醛树脂、陶瓷、玻璃、橡胶、聚酯、玻璃钢等因而使得生产及运输极不方便。但干燥的氯气对钢铁等常用材料的腐蚀在通常情况下时较小的，所以湿氯气的干燥时生产和使用氯气过程中所必须的。 氯气干燥前通常先使氯气冷却，使湿氯气中的大部分水蒸汽被冷凝除去，然后用干燥剂进一步出去水分。干燥后的氯气经过压缩，再送至用户。 在不同的温度与压力下气体中的含水量可以用水蒸汽分压来表示。在同一压力下，温度愈高，含水量愈大。其水蒸汽分压也就愈高。 为了使氯气能用钢铁材料制成的设备及管道进行输送或处理，要求氯气的含水量小于0.05%（如果用透平压缩机输送氯气，则要求含水量小于100ppm）。因此必须将氯气中的水分进一步除去。在工业上，均采用浓硫酸来干燥氯气，因为浓硫酸具有：（1）不与氯气发生化学反应；（2）氯气在硫酸中的溶解度小；（3）浓硫酸有强烈的吸水性；（4）价廉易得；（5）浓硫酸对钢铁设备不腐蚀；（6）浓硫酸可以回收利用等特点，故浓硫酸时一种较为理想的氯气干燥剂。 三．工艺流程简介 1 氯处理工艺 根据氯处理的任务氯处理的工艺流程包括氯气的冷却、干燥脱水、净化和压缩、输送几个部分。