高分子材料工廠工藝設(shè)計-第3章-工藝計算

第三章

工藝計算工廠基本建設(shè)過程1.設(shè)計前期（項目建議、可行性研究、任務(wù)書）2.初步設(shè)計3.施工圖設(shè)計4.施工、試車、驗收1.廠址選擇

2.總平面設(shè)計

3.工藝設(shè)計1.工藝流程設(shè)計2.工藝計算（物料與熱量計算）3.設(shè)備的選型與設(shè)計4.車間布置設(shè)計5.管道設(shè)計6.非工藝項目的設(shè)計7.車間勞動定員及組織管理制度8.工程概預(yù)算9.技術(shù)經(jīng)濟分析10.安全生產(chǎn)與環(huán)境保護我們所在的位置將計算進行到底……當(dāng)生產(chǎn)方法已經(jīng)確定后，就要開展生產(chǎn)工藝計算設(shè)計中所涉及的工藝計算包括物料衡算熱量衡算設(shè)備工藝計算。意義：是工藝過程設(shè)計及技術(shù)經(jīng)濟評價的基本依據(jù)可得到：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)計物料流程圖生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計和選型的依據(jù)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。3.1物料計算它是在工藝流程確定后最先進行的工藝計算。作用物料衡算是整個工藝設(shè)計中非常重要的環(huán)節(jié),有很重要的作用。①為熱量衡算、設(shè)備工藝計算、管道計算、輔助工序及公用工程設(shè)計計算、生產(chǎn)成本核算等提供依據(jù)。②在確定生產(chǎn)裝置由幾條生產(chǎn)先組成以及工藝參數(shù)的確定中起著非常重要的作用。③是指導(dǎo)生產(chǎn)過程的重要依據(jù)。類型按計算范圍分：按操作方式分：連續(xù)操作，間歇操作，帶循環(huán)過程。

單元操作的物料衡算——設(shè)備設(shè)計的前提全過程的物料衡算——生產(chǎn)過程設(shè)計的前提3.1.1物料計算的基本知識1.基本概念流量單位時間內(nèi)物料流過設(shè)備的數(shù)量,如質(zhì)量流量、體積流量產(chǎn)量單位時間內(nèi)生產(chǎn)裝置生產(chǎn)出產(chǎn)品的數(shù)量,如年產(chǎn)量、月產(chǎn)量、日產(chǎn)量等消耗量生產(chǎn)單位數(shù)量產(chǎn)品所需原材料的數(shù)量損失量生產(chǎn)單位數(shù)量產(chǎn)品損失掉原材料的數(shù)量純度物料中含主要成分的百分比配料比進入生產(chǎn)裝置的各種原料之間的比例關(guān)系,如質(zhì)量比、摩爾比轉(zhuǎn)化率反應(yīng)物參加反應(yīng)的百分率單程

收率生產(chǎn)為目標(biāo)產(chǎn)物的反應(yīng)物數(shù)量占反應(yīng)物起始數(shù)量的百分比,等于轉(zhuǎn)化率乘以選擇性回收率副產(chǎn)物或未參加反應(yīng)的反應(yīng)物經(jīng)處理后可以重新利用的百分比選擇性生成目標(biāo)產(chǎn)物的反應(yīng)物數(shù)量占參加反應(yīng)的反應(yīng)物數(shù)量的百分比——質(zhì)量守恒定律一般表達式為：

輸入量－輸出量＋生成量－消耗量＝積累量

輸入量-輸出量+生成量-消耗量=0對穩(wěn)定操作過程對無化學(xué)反應(yīng)的過程：輸入量－輸出量＝積累量

對無化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定操作過程：輸入量＝輸出量

對有化學(xué)反應(yīng)的過程：總物料衡算+元素衡算式2.理論依據(jù)輸入和輸出的量可以將固相、液相、氣相物料分別列出。3.1.2物料計算的一般步驟及結(jié)果處理（1）畫出物料衡算示意圖，注上與物料衡算有關(guān)的數(shù)據(jù)。最簡單的物料衡算示意圖。（2）寫出化學(xué)反應(yīng)方程式，包括主、副反應(yīng)。只屬于物理過程的，此步驟可免去。（3）確定計算任務(wù)。如年產(chǎn)量、年工作日、日生產(chǎn)能力、純度、產(chǎn)率、制成率或損耗等（4）選定計算基準(zhǔn)?？梢允褂嬎愫喕s小計算誤差。常用的計算基準(zhǔn)有：連續(xù)生產(chǎn)整套生產(chǎn)裝置的操作狀態(tài)不隨時間的變化而變化，屬于定態(tài)操作過程，

一般選時間為計算基準(zhǔn)，對應(yīng)計算單位為Kg/h、Kmol/h、m3/h等。間歇生產(chǎn)物料都是一批批加入生產(chǎn)裝置進行加工處理的，屬于非定態(tài)操作過程，

一般選批為計算基準(zhǔn)，對應(yīng)計算單位為Kg/B、Kmol/B、m3/B。原料消耗計算、成本核算可以單位產(chǎn)品數(shù)量作為計算基準(zhǔn)。單位重量、單位體積或單位摩爾量的原料或產(chǎn)品。對于不同工藝過程，采用什么基準(zhǔn)適宜，需視具體情況而定，不能作硬性規(guī)定。（5）選擇物理化學(xué)及工藝常數(shù)以及計算所必要的數(shù)據(jù)。如臨界參數(shù)、密度或比體積、狀態(tài)方程參數(shù)、蒸汽壓、氣液平衡常數(shù)或平衡關(guān)系、粘度、擴散參數(shù)等。（6）由已知數(shù)據(jù)，根據(jù)式（3-1）和式（3-2）進行物料衡算。（7）將物料衡算結(jié)果列出物料衡算表，必要時畫出物料衡算圖。表3-1XX階段物料衡算表輸入輸出序號物料名稱組分/%質(zhì)量/kg·h-1序號物料名稱組分/%質(zhì)量/kg·h-1

總計

總計

序號物料名稱規(guī)格單位每單位產(chǎn)品消耗定額消耗量/kg備注每小時每天每年

序號物料名稱特性和成分單位每單位產(chǎn)品排出量每小時排出量每年排出量備注

表3-2原料消耗綜合表表3-3排出物綜合表3.1.3物料計算舉例無化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算?！纠?-1】采用蒸發(fā)方法將濃度為10％NaOH及10％NaCl的水溶液進行濃縮。蒸發(fā)時只有部分水分汽化成為水蒸氣而逸出，部分NaCl結(jié)晶成晶粒而留在母液中。操作停止后，分析母液的成分為：50％NaOH，2％NaCl及48％H2O。若每批處理1000kg原料液，試求每批操作中：1)獲得的母液量，2)蒸發(fā)出的水分量，3)結(jié)晶出的NaCl量解：（1）選擇計算基準(zhǔn)。本題為間歇過程，因此以每批處理量為基準(zhǔn)進行物料衡算。（2）畫物料流程簡圖蒸發(fā)器水蒸氣，F(xiàn)2kgNaCl晶體，F(xiàn)3kg母液，F(xiàn)4kg50%NaOH2%NaCl48%H2O原料液，F(xiàn)1=1000kg10%NaOH10%NaCl80%H2O【例3-2】含CH490％和C2H610％（mol％）的天然氣與空氣在混合器中混合，得到的混合氣體含CH448％。試計算100mol天然氣應(yīng)加入的空氣量及得到的混合氣量?；旌线^程100mol天然氣CH40.90C2H60.10Amol

空氣Mmol混合氣CH40.08C2H6x空氣=1-0.08-x解：設(shè)A為所需空氣量，M為混合氣量，x為混合氣中C2H6的含量。（1）畫物料流程簡圖（2）計算基準(zhǔn)：100mol天然氣（3）列物料衡算式6/21/2024高分子材料工廠工藝設(shè)計14（3）列物料衡算式

總物料100＋A

＝M

①CH4100×0.9＝M

×0.08②C2H6100×0.1＝M

×x

③

聯(lián)立方程①、②、③，解得A

＝1025mol，M

＝1125mol，x

＝0.009mol。（4）核算空氣含量1－0.08－0.009＝0.911

加入空氣量A＝1025mol，占混合氣含量為：1025÷1125＝0.911兩者相等，所以計算正確。【例3-3】年產(chǎn)2000噸硬聚氯乙烯管材專用樹脂的物料衡算。解：（1）計算基準(zhǔn)的選?、倌旯ぷ鲿r間：8h/天365天-104天（休息日）-11天（法定節(jié)假日）=250天=2000h②設(shè)備大修時間：20天/年=160h/年③特殊情況停車：10天/年=80h/年④設(shè)備啟動、更換品種清洗設(shè)備時間：1次/天，0.5h/次（250天-20天-10天）×1/7次/天×0.5h/次=110h≈14天⑤實際開車時間：365-104-11-20-10-14=206天/年=1648h/年⑥設(shè)備利用系數(shù)：k=實際開車時間/年工作時間=1648/2000=0.824（2）工藝流程圖①物料配比。為了計算方便，通常將配方中的各組分份數(shù)換算為百分含量。序號原料名稱配方中份數(shù)百分率/%1PVC100872CaSt32.63硫醇甲基烯21.74馬來酸二正辛基錫10.875CaCO386.966石蠟10.87②繪制流程框圖高混機冷混機擠出

造粒機篩分機2000t/年產(chǎn)品破碎包裝縫包上料機上料機料罐篩選機料罐料罐臺秤料槽料槽料罐助劑PVC粉料大塊料開機料小塊料、粉料（3）確定計算任務(wù)：擠出造粒機為連續(xù)操作，其它均屬于間歇操作。由設(shè)計任務(wù)和生產(chǎn)現(xiàn)場可知生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)時間、消耗定額、各裝置損失以及配方等工藝操作條件?？梢晕锪狭飨蛘归_計算，并按間歇過程與連續(xù)過程分別確定基準(zhǔn)依次計算。間歇過程基準(zhǔn)：kg·B-1；連續(xù)過程基準(zhǔn)：kg·h-1。

（4）生產(chǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)擠出造粒機啟動等物料損失：2000t/年÷1648h×110h≈133.5t/年篩選機物料損耗率0.1%螺旋輸送機損耗率0.1%高速混、冷混總損耗率0.2%篩分機的產(chǎn)品率92%篩分機的物料損耗率0.1%破碎機的物料損耗率0.5%廢料利用率90%包裝損耗率0.05%（5）過程物料計算進入本工序的物料量=出料量÷（1-本工序的損失率）。通常是從得到的產(chǎn)品開始推算。①

進入包裝工序的物料量

2000/（1-0.05%）≈2001t/年包裝工序的損失量

2001-2000=1t/年②

進入中間貯存工序的物料量

2001/（1-0.1%）≈2003t/年中間貯存工序的損失量

2003-2001=2t/年③篩分的成品率為92%，設(shè)篩分出的大塊和小塊廢料各占50%，則進入篩分機的物料量

2003/[（1-0.1%）×92%]≈2179.4t/年篩分機的損失量

2003×0.1%≈2t/年篩分出的大塊廢料量

（2179.4-2003-2）×50%=87.2t/年篩分出的小塊廢料量

（2179.4-2003-2）×50%=87.2t/年④

進入擠出造粒機的物料量

2179.4+擠出機啟動等損失量=2179.4+（2000t/年÷1648h×110h）≈2179.4+133.5=2312.9t/年⑤

進入螺旋輸送機的物料量

2312.9/（1-0.1%）≈2315.3t/年⑥

因破碎機的損耗率為0.5%，廢料的利用率為90%，則回收料量

[（87.2+133.5）×（1-0.5%）]+87.2≈306.8t/年進入混合工序的物料量

[2315.3/（1-0.2%）]-回收料量×90%=[2315.3/（1-0.2%）]-306.8×90%≈2043.9t/年混合工序的損失量

2315.3×0.2%≈

4.6t/年⑦進入混合工序的各組分量分別為PVC2043.9×87%≈1778.2t/年CaSt2043.9×2.6%≈53.1t/年硫醇甲基烯2043.9×1.7%≈34.7t/年馬來酸二正辛基錫2043.9×0.87%≈17.8t/年CaCO32043.9×6.96%≈142.3t/年石蠟2043.9×0.87%≈17.8t/年⑧PVC投料量

1778.2/（1-0.1%）≈1780t/年P(guān)VC損失量

1780-1778.2=1.8t/年⑨生產(chǎn)中廢料產(chǎn)生總量

1+2+2+133.5+87.2+87.2+2.4+4.6+1.8=321.7t/年回收利用量=306.8×90%=276.1t年實際損耗=321.7-276.1=45.6t/年（6）填寫物料平衡表輸入輸出序號物料名稱組分/%質(zhì)量/t·年-1序號物料名稱組分/%質(zhì)量/t·年-11PVC8717801硬聚氯乙烯管材專用樹脂

20002CaSt2.653.12廢料

45.73硫醇甲基烯1.734.7

4馬來酸二正辛基錫0.8717.8

5CaCO36.96142.3

6石蠟0.8717.8

總計2045.7總計2045.7（7）計算出實際每年原料消耗量，并填寫原料消耗表序號物料名稱每噸產(chǎn)品消耗定額/kg消耗量備注每小時/kg每天/kg每年/t1PVC890.01080.17120.01780.0

2CaSt26.632.2212.653.1

3硫醇甲基烯17.421.1139.034.7

4馬來酸二正辛基錫8.910.871.117.8

5CaCO371.186.3569.0142.3

6石蠟8.910.871.117.8

1022.91241.38182.82045.7

（8）根據(jù)計算結(jié)果畫出物料衡算流程圖高混機冷混機擠出

造粒機篩分機2000t/年產(chǎn)品破碎包裝縫包上料機上料機料罐篩選機料罐料罐臺秤料槽料槽料罐損耗率0.05%1t2001t損耗率0.1%2t損耗率0.5%1.1t2003t220.7t廢料利用率90%276.1t篩分成品率92%損耗率0.1%2t2179.4t小料、粉料87.2t大塊料87.2t啟動等損失

133.5t2312.9t損耗率0.1%2.4t2315.3t30.7t219.6t損耗率0.2%4.7t損耗率0.1%1.8tPVC87%1778.2tCaSt2.6%，35.1t硫醇甲基烯1.7%，34.7t馬來酸二正辛基錫0.87%，17.8tCaCO36.96%，142.3t石蠟0.87%，17.8tPVC粉料1780t練習(xí)：試對年產(chǎn)量３萬噸的聚丁二烯橡膠連續(xù)聚合生產(chǎn)過程進行物料衡算,圖１為聚丁二烯的生產(chǎn)工藝流程草圖。

生產(chǎn)工藝流程草圖簡述：純度符合要求的丁二烯和溶劑混合后，經(jīng)預(yù)熱器H201從釜底進入聚合釜F201，同時將配制好的催化劑也從釜底加入，發(fā)生聚合反應(yīng)生成高順式聚丁二烯橡膠，膠液由第一聚合釜頂部出來依次通過串聯(lián)的聚合釜再入終止釜F202，終止劑和防老劑按定量打入終止釜內(nèi)。膠液經(jīng)終止后進到混膠罐R201，再由膠液泵B201打入凝聚釜R202中進行凝聚。釜內(nèi)通入大量蒸汽和循環(huán)熱水，膠液噴入釜中后，絕大部分溶劑和丁二烯被蒸出，隨水蒸汽進入全凝器H202。水蒸汽、溶劑和丁二烯蒸氣被全部冷凝由全凝器流入油水分離槽R203，分層后的水相流入水中間槽R204，油相流入油中間罐R205而后送至回收工序處理。蒸出溶劑、丁二烯之后的膠粒連同熱水一起送往后處理工序的振動篩J201,大部分自由水排掉后進入熱水中間槽R206，用熱水泵B202將大部分熱水送至凝聚工序循環(huán)使用，少量熱水則被排掉。含水50-60％的膠粒連續(xù)進入擠壓脫水機J202和膨脹機J203使膠粒含水量降至0.5％以下，最后送去包裝入庫。來自油中間槽R205的料液（含雜質(zhì)、水分、溶劑和丁二烯）經(jīng)預(yù)熱器H203再進入脫水塔T201。在塔頂蒸出含水的丁二烯和溶劑，經(jīng)冷凝器H204冷凝成液體流入回流罐R207分層，把水由底部放掉，料液部分回流入塔，部分作為丁二烯回收塔T202進料。脫水塔底部得到脫除丁二烯及水的溶劑與重組分送室脫重塔T203。由脫水塔回流雌來的料液在丁二烯回收塔T202內(nèi)分離，塔頂?shù)玫?0％左右的丁二烯送往單體車間提純，塔底得到不含丁二烯的r溶劑、少量水和重組分雜質(zhì)，經(jīng)冷卻后返回原料罐區(qū)。由脫水塔T201塔底來的溶劑和重組分進入脫重塔T203后，塔頂?shù)眉內(nèi)軇┧屯酆瞎ば蚴褂?，塔底得重組分定期排放。作業(yè)２.試對年產(chǎn)量３萬噸的PVC間歇聚合生產(chǎn)過程進行物料衡算,圖為PVC的生產(chǎn)工藝流程草圖。生產(chǎn)工藝流程草圖簡述：聚合用水自軟水計量槽R301加至聚合釜F301,分散劑隨之進入釜內(nèi)。單體由氯乙烯計量槽R302加入聚合釜，同時將助劑帶入。攪拌升溫進行聚合反應(yīng)。待反應(yīng)結(jié)束，借釜內(nèi)殘余壓力將懸浮液壓至沉析槽F-302。回收氯乙烯氣體，同時加定量液堿，升溫吹風(fēng)以破壞分散劑、低分子物等?！そ?jīng)堿處理后的懸浮液靠位差流入離心機J301脫去大部分水，并噴入70℃軟水洗滌。含水約20％的濕樹脂經(jīng)濕料貯斗R303和攪龍J303送至氣流干燥器J304中，空氣過濾后由鼓風(fēng)機J305吸入，送至散熱片H301預(yù)熱之后進入氣流干燥器。樹脂隨熱風(fēng)吹上，被干操至含水５％左右。又經(jīng)旋風(fēng)分離器J307加至沸騰干燥器J308內(nèi)被熱風(fēng)干燥至含水0.3％,再由文丘里加料器送到冷風(fēng)管J311冷卻。隨后經(jīng)旋風(fēng)分離器J312分離加至滾動篩J313和振動篩J314)篩去粗料進行包裝過秤再送至倉庫。物料衡算的基本方法小結(jié)1、畫物料流程簡圖。2、計算基準(zhǔn)及其選擇。3、物料衡算的步驟

(1)搜集計算數(shù)據(jù)。

(2)畫出物料流程簡圖。

(3)確定衡算體系。

(4)寫出化學(xué)反應(yīng)方程式，包括主反應(yīng)和副反應(yīng)，標(biāo)出有用的分子量。

(5)選擇合適的計算基準(zhǔn)，并在流程圖上注明所選的基準(zhǔn)值。

(6)列出物料衡算式，然后用數(shù)學(xué)方法求解。

(7)將計算結(jié)果列成輸入－輸出物料表(物料平衡表)。

(8)校核計算結(jié)果3.2熱量計算能量是熱能、電能、化學(xué)能、動能、輻射能的總稱高分子材料生產(chǎn)過程中熱能占主要地位，故設(shè)計中把能量計算稱為熱量計算。當(dāng)物料計算、部分生產(chǎn)工藝流程草圖以及一部分設(shè)備計算結(jié)束后進行意義：熱量計算數(shù)據(jù)是設(shè)備選型和計算的依據(jù)，是組織、管理、生產(chǎn)、經(jīng)濟核算和最優(yōu)化的基礎(chǔ)。熱量計算的主要內(nèi)容：比較過程中能耗指標(biāo)，選定先進生產(chǎn)工藝計算傳入和傳出的熱量、加熱劑或冷卻劑的用量→能量的消耗量和能量消耗綜合表確定設(shè)備的熱負(fù)荷，傳熱型式、傳熱面積→需結(jié)合設(shè)備設(shè)計進行。熱量計算以物料計算為基礎(chǔ)，而它又是設(shè)備計算的基準(zhǔn)。間歇操作過程的熱量衡算：①計算高峰熱負(fù)荷②計算熱負(fù)荷變化規(guī)律（傳熱速率隨時間變化曲線），為控制方案的選擇提供依據(jù)。

連續(xù)操作過程的熱量衡算：

計算正常操作時的傳熱速率，為設(shè)備傳熱面積、傳熱介質(zhì)流量、工藝管徑等的計算及控制方案的選擇提供依據(jù)。3.2熱量計算能量計算可以解決的問題

(1)確定物料輸送機械和其它操作機械所需要的功率；(2)確定各單元操作過程所需熱量或冷量，及其傳遞速率；計算換熱設(shè)備的工藝尺寸；確定加熱劑或冷卻劑的消耗量，為其他專業(yè)如供汽、供冷、供水專業(yè)提供設(shè)條件；(3)化學(xué)反應(yīng)常伴有熱效應(yīng)，導(dǎo)致體系的溫度上升或下降，為此需確定為保持一定反應(yīng)溫度所需的移出或加入的熱傳遞速率；(4)為充分利用余熱，必須采取有效措施，使過程的總能耗降低到最低程度。為提高能量利用率，降低能耗提供重要依據(jù)。(5)最終確定總需求能量和能量的費用。(6)為其他專業(yè)的設(shè)計提供依據(jù)

理論依據(jù)能量衡算平衡方程式

△E:表示體系能量總變化；

Q:表示體系從環(huán)境吸收的熱量；

W:表示體系對環(huán)境所做的功。能量守恒定律：使用范圍：總的能量適用，部分能量不一定適用熱量計算有兩種情況：

1）對單元設(shè)備做熱量衡算；

2）整個過程的熱量衡算。（當(dāng)各個工序或單元操作之間有熱量交換時，必須做全過程的熱量衡算。）∑Q入=∑Q出

-∑Q損

∑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。1Z12Z2U1u1P1A1U2u2P2A2物料流動示意圖輸入輸出內(nèi)能U1U2動能EK1=u12/2EK2=u22/2位能Ep1=gZ1Ep2=gZ2流動功P1V1P2V2物料量m1=1m2=1傳入熱量Q泵的輸入功W輸入輸出能量列表能量衡算(基本公式)U1+u12/2+gZ1+P1V1+Q+W=U2+u22/2+gZ2+P2V2H1+u12/2+gZ1+Q+W=H2+u22/2+gZ2ΔU+Δu2/2+gΔZ+Δ(PV)=Q+WΔH+Δu2/2+gΔZ=Q+W或ΔH+ΔEK+ΔEP=Q+W

特殊過程能量衡算式的簡化一般情況ΔEK=ΔEP≈0絕熱過程(Q=0)H=W無做功過程(W=0)ΔH=Q無功、無熱量傳遞過程(Q=0,W=0)ΔH=0間歇過程Δ(PV)=0ΔU=Q+W3.2.1熱量計算的基本步驟和方法1.熱量計算步驟(1)明確計算目的，如通過熱量計算確定某設(shè)備或裝置的熱負(fù)荷、加熱劑或冷卻劑的消耗量等。

(2)明確計算對象，劃定熱量平衡范圍，并繪出熱量衡算示意圖。標(biāo)明已知溫度、壓力、相態(tài)等已知條件(3)搜集有關(guān)數(shù)據(jù)，由手冊、書籍、數(shù)據(jù)庫查取；由工廠實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)獲取；通過估算或?qū)嶒灚@得。(4)選定衡算基準(zhǔn)，同一計算要選取同一基準(zhǔn)，計算盡量簡單方便。由于手冊，文獻上查到的熱力學(xué)數(shù)據(jù)大多數(shù)是273K或298K的數(shù)據(jù)，故選此溫度為基準(zhǔn)溫度.

(5)列出熱量平衡方程式，然后用數(shù)學(xué)方法求位置數(shù)值。(6)編制熱量平衡表，并檢查熱量是否平衡。(7)求出加熱劑或冷卻劑的用量。(8)求出單位產(chǎn)品的能量消耗定額、每小時、每天及每年的消耗量。熱量衡算注意事項(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。2.熱量計算的一般方法在一個封閉系統(tǒng)中各類型的能量總數(shù)是一定的。對一般的生產(chǎn)工藝過程可通過下面的熱平衡方程式來描述：連續(xù)操作的設(shè)備或過程，熱平衡是對單位時間而言的；分批操作的設(shè)備或工程是對過程的一個循環(huán)周期或某一段時間而言的。為實際的計算方便，熱平衡可以寫成圖表的形式，并用下面的方程計算系統(tǒng)內(nèi)物料或設(shè)備與環(huán)境交換熱量之和，kJ。傳入熱量為正，傳出為負(fù)；物料溫度變化的熱量，kJ。升溫為正，降溫為負(fù)；物料發(fā)生相變、結(jié)晶、溶解、混合等的熱量，kJ。吸熱為正，放熱為負(fù)；物料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的熱量，kJ。吸熱為正，放熱為負(fù)；設(shè)備溫度變化的熱量，kJ。設(shè)備升溫為正，降溫為負(fù)；設(shè)備向環(huán)境散失的熱量，系統(tǒng)與環(huán)境交換的熱量，kJ。操作溫度高于環(huán)境溫度為正，操作溫度低于環(huán)境溫度為負(fù)。是由熱量的加入或移去導(dǎo)致的物料溫度的變化，而未發(fā)生相變，所以，可由下面的顯熱公式算出：(1)的計算：比熱容的經(jīng)驗公式或a、b、c、c,是經(jīng)驗常數(shù)，隨物質(zhì)及溫度范圍的不同而異，可在物理化學(xué)手冊中查到?；?chemistryn：物料量，mol；:物料的平均比熱容，kJ/mol·K?；旌衔锏谋葻崛菘筛鶕?jù)熱效應(yīng)的加和性來確定T：K。T1為系統(tǒng)內(nèi)的物料溫度，T2為基準(zhǔn)溫度?；鶞?zhǔn)溫度可以取任何溫度，但對有化學(xué)反應(yīng)的過程，一般取298K作為計算基準(zhǔn)溫度。若在生產(chǎn)過程中的發(fā)生了物理變化，在系統(tǒng)的熱量變化可由下面潛熱公式計算：(2)的計算：n：物料量，mol；相變熱，kJ/mol?；旌衔锏牟牧厦Q密度/g·cm-3玻璃化溫度/℃熔點范圍/℃比熱容/J·Kg-1·℃-1熱導(dǎo)率/W·m-1·℃-1低密度聚乙烯0.89~0.93

105~12520930.32高密度聚乙烯0.94~0.98-25~-70130~13723030.4聚丙烯0.85~0.92-15~-20160~1751883~19260.22聚苯乙烯1.04~1.0974~115185~2051225~14640.142聚氯乙烯1.19~1.388075~105800~12830.168聚對苯二甲酸乙二醇酯1.30~1.6068~80212~2651100~14640.218幾種熱塑性塑料常溫下的熱物理性質(zhì)相變熱的估算方法-Trouton法則(汽化熱，沸點法，誤差30%)ΔHv=bTb

kJ/mol（b=0.088(非極性液體)，0.109(水、低碳醇)）-Chen方程(汽化熱，烴類、弱極性化合物，4%)J/mol-Kistiakowsky方程(汽化熱，一元醇和一元羧酸，3.0%)

abcde一元醇類81.173713.0917-25.78610.14663-2.13761×10-4一元酸類20914.029-7873.487602.7485-4.461297.02068×10-4純物質(zhì)的由化工手冊中查。不易查到的-Clausius—Clapeyron方程-Watson公式(已知T1時ΔHv，

求T2時ΔHv)標(biāo)準(zhǔn)熔化熱ΔHm（J/mol)≈9.2Tm(用于金屬元素)≈25Tm(用于無機化合物)≈50Tm(用于有機化合物)由于物料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，系統(tǒng)與環(huán)境交換的熱量，kJ。吸熱為正，放熱為負(fù)；可以由生成熱或燃燒熱數(shù)據(jù)計算(3)的計算：：化學(xué)反應(yīng)計量系數(shù)，無量綱；:物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓，kJ/mol?？稍谖锢砘瘜W(xué)手冊上查到。在某溫度下的化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)：反應(yīng)產(chǎn)物與反應(yīng)物的恒壓摩爾比熱容之差，kJ/mol有些化合物的生成熱數(shù)據(jù)不易查到，則可由已知的燃燒熱計算由設(shè)備溫度變化，系統(tǒng)與環(huán)境交換的熱量，kJ。

設(shè)備升溫為正，降溫為負(fù)；(4)的計算：：設(shè)備各部分的質(zhì)量，kg；:設(shè)備各部分的比熱容，kJ/kg·K；T

：溫度，K。T1為設(shè)備變化前的溫度，T2為變化后的溫度。間歇操作過程中，物料的起始溫度不同，設(shè)備溫度也會隨之而變，系統(tǒng)與環(huán)境交換的熱量Q4隨時間而變；連續(xù)操作過程中，物料溫度與設(shè)備溫度都不隨時間而變化，但開停車或排除故障時Q4隨時間而變，設(shè)備升溫為正，設(shè)備降溫為負(fù)由于設(shè)備向環(huán)境散失的熱量，系統(tǒng)與環(huán)境交換的熱量，kJ。操作溫度高于環(huán)境溫度為正，操作溫度低于環(huán)境溫度為負(fù)(5)的計算：

Si：設(shè)備各部分的散熱表面積，m2；

αT:設(shè)備各部分散熱表面對環(huán)境的傳熱系數(shù)，W/m2·K。(1)絕熱等外空氣自然對流，設(shè)備表面溫度tw＜42K條件下平壁保溫層時圓管或圓筒保溫層時(2)空氣沿粗糙表面強制對流u≤5m/s時u＞5m/s時，αT可由經(jīng)驗公式求得，一般絕熱層外表溫度取323K。注意：對于連續(xù)操作過程，只需要建立物料平衡和熱量平衡，不需要建立時間平衡。這是因為在連續(xù)操作過程中所有的條件都不隨時間變化。間歇操作過程，還應(yīng)建立時間平衡，因為操作條件是時間的函數(shù)，熱量負(fù)荷也會隨時間改變。在連續(xù)操作的熱量衡算時，常用kJ/h作為計算單位。間歇操作過程時，常用kJ/一次循環(huán)為計算單位，然后考慮不均衡系數(shù)，從kJ/一次循環(huán)換算成kJ/h。實際設(shè)計中，來自各方面的數(shù)據(jù)單位制經(jīng)常不一致，必須小心換算。3.2.2加熱介質(zhì)、冷卻介質(zhì)消耗量的計算1.加熱劑與冷卻劑的選擇(1)加熱劑的選擇要求①

在較低壓力下可達到較高溫度；②

化學(xué)穩(wěn)定性高；③

沒有腐蝕性；④

熱容量大或冷凝熱大；⑤

無火災(zāi)或爆炸的危險；⑥

無毒性；⑦

價廉；⑧

溫度易調(diào)節(jié)。對于一種加熱劑同時要滿足這些要求是不可能的，往往會產(chǎn)生矛盾，這時應(yīng)根據(jù)具體情況進行分析，選擇合適的加熱劑。(2)常用加熱劑和冷卻劑的性能

2.加熱劑與冷卻劑的消耗量計算(1)加熱介質(zhì)的消耗量常用的加熱介質(zhì)有熱水、蒸汽、導(dǎo)熱油、道生液體、道生蒸汽、煙道氣、熔鹽等。根據(jù)工藝要求選擇合適的加熱介質(zhì)。為計算簡化，通常蒸汽加熱時的蒸汽用量計算，僅考慮蒸汽放出的冷凝熱。GH：加熱介質(zhì)的消耗量，kg；QT：系統(tǒng)內(nèi)物料或設(shè)備與環(huán)境交換熱量之和，kJ；ΔH：加熱介質(zhì)的熱焓，kJ·kg-1；CpH：加熱介質(zhì)的平均比熱容，kJ·kg-1·K-1；ΔtH：加熱介質(zhì)進出口溫差，K。

若傳熱介質(zhì)相變溫度介于其進出口溫度之間，則需分段計算。(2)燃料的消耗量GB：燃料消耗量