化工设计物料衡算
化工原理物料衡算和热量衡算
化工原理物料衡算和热量衡算
引言
化工工程涉及许多物料的处理和转化过程，同时也需要考虑热量的
平衡。物料衡算和热量衡算是化工原理的重要内容，对于工程实践和
过程优化具有重要的意义。本文将介绍化工原理中的物料衡算和热量
衡算的基本原理和计算方法。
物料衡算
物料衡算是指对于化工工程中物料流动和转化过程的计算和分析。
在化工工程中，物料的流动和转化是实现各种反应和分离操作的基础，因此正确的物料衡算是保证工程设计和操作的关键。
在物料衡算中，我们通常需要考虑以下几个方面： 1. 物料的质量衡算：即对物料的质量输入和输出进行计算和分析。对于物料的质量衡算，我们需要注意物料流动的平衡原则，即质量的输入必须等于输出。
2. 物料的能量衡算：即对物料的能量输入和输出进行计算和分析。能
量的输入和输出会影响物料的温度和相变过程，因此在能量衡算中需
要考虑物料的热力学性质。 3. 物料的流动速度衡算：即对物料流动速
度进行计算和分析。物料的流动速度决定了反应和分离操作的效率，
因此在物料衡算中需要合理地确定流量和速度的关系。 4. 物料的浓度
衡算：即对物料中组分浓度的计算和分析。物料的浓度会影响其反应
和分离的速率和效果，因此在物料衡算中需要考虑不同组分浓度的变
化规律。
物料衡算通常使用质量守恒和能量守恒等基本原理进行计算。同时，还可以利用化学反应平衡的原理和质量流动的平衡原则进行衡算过程
中的参数确定。
热量衡算
热量衡算是化工工程中热力学过程的计算和分析。在化工工程中，
热量的平衡是保证反应和分离操作能够正常进行的基础。
热量衡算需要考虑以下几个方面： 1. 热量的输入和输出：即对于热量的输入和输出进行计算和分析。在化工工程中，我们通常需要对热量的输入和输出进行平衡，以保证工程操作的稳定性。 2. 热量的传递和转化：即对于热量的传递和转化过程进行计算和分析。热量的传递可以通过传导、对流和辐射等方式进行，因此在热量衡算中需要考虑传热方式的影响。 3. 热平衡的计算：即对于反应和分离过程中热量平衡的计算和分析。反应和分离过程中通常伴随着能量的吸收和释放，因此需要对能量的转化进行合理的计算和分析。
化工设计第3章物料衡算与能量衡算
化工设计第3章物料衡算与能量衡算
在化工设计中，物料衡算与能量衡算是非常重要的步骤。物料衡算主
要是指对化工过程中所使用的各种原材料的进出量进行计算，能够帮助工
程师了解原料的使用情况，为后续的工艺设计提供依据。而能量衡算则是
对化工过程中的能量转化进行计算，可以获得能量消耗和产生的数据，有
助于优化能源利用，提高生产效益。
物料衡算的主要步骤包括：确定物料流程图、编制原料清单、计算物
料进出量和考虑损失。首先，需要根据工艺流程确定物料的流向，画出物
料流程图，明确物料的进出口。然后，根据物料流程图编制原料清单，列
出每种原料及其使用量。接下来，根据反应方程式和化学平衡计算物料的
进出量。最后，要考虑到物料的损失情况，例如挥发、流失和反应损失等，并对损失量进行合理估计。
能量衡算的主要步骤包括：确定能量流程图、计算能量损失和能量转化。首先，需要根据工艺流程确定能量的流向，画出能量流程图，明确能
量的进出口。然后，根据各个过程单元的热平衡计算能量的损失，例如由
于传热而损失的热量。接着，需要计算能量的转化，例如燃料的燃烧、蒸
汽的产生等。最后，通过能量衡算可以得到能量的消耗和产生数据，为能
源优化提供依据。
物料衡算和能量衡算的结果可以互相影响。例如，在物料衡算中，如
果其中一种原料的进出量大幅增加，会导致能量的消耗也增加。而在能量
衡算中，如果能源的利用率提高，能够减少原料的消耗。因此，在进行物
料衡算和能量衡算时，需要综合考虑两者的关系，以达到优化生产效益的
目的。
总之，物料衡算和能量衡算是化工设计过程中非常重要的环节。通过
2化工设计概论第三章_物料衡算与能量衡算
2化工设计概论第三章_物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算是化工设计中非常重要的内容，本文将从物料衡
算和能量衡算两个方面进行介绍。
一、物料衡算
物料衡算是指在化工生产过程中，对各种原料、中间体和产品的质量、数量和成分进行准确计算的过程。物料衡算的目的是确定生产过程中各种
物料的需求量，确保生产过程稳定和产品质量符合要求。
物料衡算的方法主要有质量衡算和量衡衡算两种。质量衡算是以物料
的质量为基础进行计算，通过分析反应进入和离开反应器的质量，计算物
料的损失和转化率等。量衡衡算是以物料的容积或重量为基础进行计算，
通过对物料流动的速度、压力、体积和化学反应速率等参数的测量，来计
算物料的数量和流动性。
物料衡算的具体步骤包括：确定物料流程图，定义物料的属性和流动
参数，编写物料表，进行物料平衡方程的建立，计算各物料的需求量和产
量等。
二、能量衡算
能量衡算是指在化工生产过程中，对能量的输入、输出和损失进行准
确计算和分析的过程。能量衡算的目的是确保生产过程中的能量平衡和能
源利用效率的提高。
能量衡算的方法主要有热平衡法和能量流平衡法两种。热平衡法是基
于热力学原理，通过测量和计算热量的流入和流出来进行能量衡算。能量
流平衡法是基于能量守恒原理，通过对能量流动的速度、温度和压力等参数的测量，来计算能量的输入和输出。
能量衡算的具体步骤包括：确定能量流程图，定义能量的属性和流动参数，编写能量表，进行能量平衡方程的建立，计算各能量的输入量和输出量等。
三、物料衡算和能量衡算的关系
在进行物料衡算和能量衡算时，需要考虑以下几个方面：
化工中物料衡算和热量衡算公式
化工中物料衡算和热量衡算公式
一、物料衡算公式
1.物料总量计算公式
物料总量计算公式可以根据物质的密度（ρ）和体积（V）来计算。
公式如下：
物料总量=密度×体积
2.物料质量计算公式
物料质量计算公式可以根据物质的密度（ρ）、体积（V）和物质的
质量（m）之间的关系得出。公式如下：
质量=密度×体积
3.物料浓度计算公式
物料浓度计算公式可以根据溶质的质量（m）和溶液的体积（V）来计算。公式如下：
浓度=质量/体积
4.溶液的重量和体积之间的关系
溶液的重量可以根据溶液的密度（ρ）和溶液的体积（V）相乘得到。公式如下：
重量=密度×体积
1.热量传递计算公式
热量传递计算公式可以用于计算传热功率（Q）和传热面积（A）之间的关系。公式如下：
Q=h×A×ΔT
其中，h为传热系数，ΔT为温差。
2.物料的热量计算公式
物料的热量计算公式可以根据物料的质量（m）、比热容（Cp）和温度变化（ΔT）来计算。公式如下：
热量=质量×比热容×温度变化
3.水的蒸发热计算公式
水的蒸发热计算公式可以根据水的质量（m）和蒸发热（ΔHvap）来计算。
热量=质量×蒸发热
三、补充说明
1. 密度（ρ）是物质单位体积的质量，常用的单位有千克/立方米（kg/m^3）或克/立方厘米（g/cm^3）。
2. 比热容（Cp）是物质单位质量的热容量，表示单位质量物质温度升高1℃所需的热量，常用的单位是千焦/千克·℃（kJ/kg·°C）或焦/克·℃（J/g·°C）。
3.传热系数（h）是衡量热传导性能的参数，表示单位面积上的热量流入或流出的速率，常用的单位是瓦特/平方米·℃（W/m^2·°C）。
第三章 化工设计
加入系统A的量＝在系统中转化的A量＋离开系统的A量＋在系统中积累的A量
对于连续稳态生产过程，系统中无物料积累。
（3）元素平衡关联 包括元素的质量平衡和元素的摩尔数平衡，无论是物理过程还是化
学过程，元素平衡总是成立的。对于化学过程，元素平衡是最常用的。
镇江高等专科学校
化工设计概论
简单过程物料衡算
例：一种废酸，组成为23％(质量％)HNO3，57％H2SO4和20％H2O， 加入93％的浓H2SO4及90％的浓HNO3，要求混合成27％HNO3及 60％H2SO4的混合酸，计算所需废酸及加入浓酸的数量。
解：设x 为废酸量kg； y 为浓H2SO4量，kg； z 为浓HNO3量； 1、画物料流程简图
镇江高等专科学校
化工设计概论
过程物料平衡分析及计算方法
（1）总质量平衡关联 任何体系，虽然某一组分的质量或摩尔数不一定守恒，但其总 质量总是守恒的。
G1 G2 G3
（2）组分平衡关联 物理过程中，体系内各组份的质量和摩尔数都是守恒的； 化学过程中，惰性组分的质量和摩尔数是守恒的。对于参与化学反
2.目的
（1）求出原辅材料的用量，制定原辅材料消耗指标； （2）求出产品、副产品、中间体的产量及三废排放量； （3）根据所得物料处理量，进一步确定设备类型、台数、容量、 尺寸以及化工管道的尺寸。
化工设计大赛己二睛物料衡算
化工设计大赛己二睛物料衡算
在进行化工设计大赛中，物料的衡算是一个非常重要的环节。物料的衡算可以确保设计的可行性，合理利用资源，提高生产效率，降低成本。以下是针对化工设计比赛的物料衡算的简要介绍：
首先，物料衡算的目的是确定在化工过程中所需的物料的数量，以及相应的物料的供应和处理方式。在进行物料衡算时，需要考虑到所需物料的纯度、化学性质、产量要求、工艺条件等因素。
其次，在进行物料衡算之前，需要收集和整理相关的数据。例如，化工原料的性质和供应商的资料；产品的纯度和产量要求；原料和产品的化学反应方程式等。这些数据对于物料衡算的准确性非常重要。
接下来，需要根据设计要求和工艺条件确定所需物料的量。这个过程涉及到物料的计算，主要有两种方法：质量平衡和能量平衡。质量平衡是根据原料和产品的质量来计算物料的量，而能量平衡是根据热量来计算物料的量。在进行质量平衡和能量平衡时，需要考虑到反应的副产物和反应的亏损等因素。
然后，需要对所需物料进行供应和处理方式的选择。供应方式包括直接采购、自制和租赁等。处理方式包括储存、输送、加工和处理等。在选择供应和处理方式时，需要综合考虑成本、可行性和环境要求等因素。
最后，需要进行物料衡算的结果进行验证和修正。验证的方式可以通过实验和模拟等。在验证和修正过程中，可能需要对物料的种类、数量和处理方式进行调整，以满足设计要求和工艺条件。
总之，物料衡算在化工设计大赛中扮演着重要的角色。它不仅可以确
保设计的可行性，也可以提高生产效率和降低成本。因此，在进行化工设
计大赛时，我们需要认真对待物料衡算这个环节，确保其准确性和可靠性。
物料衡算化工计算
• 由上例可知计算基准选取恰当与否，对计算 难易影响。所以要重视计算基准选取。
•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（当产物的原料的量均 • 未知时，使隐条件明朗化）。
• 半连续操作中，设备内各点的 参数（组成、条 件）随时间而变。
• 不稳定操作——过程中参数随时间而变
。 •
上述两种操作物料衡算以一个操作周期
作基准。
•连续操作 ：•原料不断地稳定地输入生产设备,同 时不断地从设备排出同样数量的物料
•特点：设备。内各部分参数不随时间而变。 • （稳定状 态操作）
•衡算中以单位时间作基准 。
HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的H2SO4 及90％的HNO3，要求混合成 27％HNO3，60％ H2SO4的混合酸，计算所需废酸及加入浓酸的量。
解：1、画出流程简图
• z kg
•HNO3 0.90 •H2O 0.10
•废酸 xkg
•混合过程
•y kg •H2SO4 0.93 •H2O 0.07
• 一般物理过程的ΔE更小，故质量守恒定律通 常可用。
•无化学反应的体系的物料衡算式
化工设计--物料衡算
化工设计–物料衡算
1. 引言
物料衡算在化工设计中扮演着重要的角色。它涉及到原料的选取、配比、转化效率等问题，直接影响到生产过程的效益和产品的质量。本文将介绍化工设计中物料衡算的基本概念、计算方法以及重要性。
2. 物料衡算的基本概念
物料衡算是指在化工设计中，根据产品的需求和生产工艺要求，确定所需原料的数量和配比关系。它是化工过程设计的基础，需要考虑到原料的成本、可用性、安全性等因素。
3. 物料衡算的计算方法
物料衡算的计算方法根据不同的情况可以有多种选择。下面介绍两种常用的计算方法。
3.1 百分比计算法
百分比计算法是最常用的一种物料衡算方法。
它通过确定每种原料在配方中的百分比比例来计
算所需原料的数量。具体步骤如下： - 确定产品
的配方，将每种原料的百分比表示出来。 - 根据
产品的需求确定生产量。 - 根据生产量和配方中
的百分比比例计算出每种原料所需的数量。
3.2 单位重量法
单位重量法是另一种常用的物料衡算方法。它
通过确定每种原料的单位重量（通常是千克或吨）
来计算所需原料的数量。具体步骤如下： - 确定产品的配方。 - 根据产品的需求确定生产量。 - 根据配方中每种原料的单位重量计算出每种原料所需的数量。
4. 物料衡算的重要性
物料衡算在化工设计中具有重要的意义。它能够帮助工程师合理选取原料、确定合适的配比，并在一定程度上保证产品质量和生产效益。 - 合理选取原料：物料衡算能够帮助工程师考虑原料的成本、可用性和安全性等因素，从而选择合适
的原料，避免不必要的浪费和问题。 - 确定合适的配比：物料衡算能够根据产品的特性和要求确定合适的配比关系，从而保持产品的稳定性和一致性。 - 提高生产效益：物料衡算能够通过优化原料的使用量和配比，提高生产效益，减少成本和资源浪费。
化工生产过程物料衡算和能量衡算
化工生产过程物料衡算和能量衡算
一、物料衡算
物料衡算主要是对物料在生产过程中的流动进行定量分析和计算。它
包括物料的进出口流量、过程中的转化和损失等方面。物料衡算的目的是
确定物料的流动情况，以控制和优化生产过程。
物料衡算通常涉及以下几个方面：
1.原料的输入和产物的输出：从化工生产过程的角度来看，物料衡算
的第一步是确定原料的输入和产物的输出。这可以通过物料的质量或体积
以及流量来衡量。
2.过程中的转化：化工生产过程中，原料经过一系列的化学反应、物
理过程和分离步骤，转化成所需的产物。物料衡算需要确定过程中每个反应、过程或分离步骤涉及的物料流量和转化率，以及产物的纯度和收率。
3.丢失与损耗：化工生产过程中常常存在物料的丢失和损耗，如挥发、固体颗粒的落地损失等。物料衡算需要考虑这些损耗，并尽量减少它们的
发生。
物料衡算的重要性在于通过对物料流动的定量分析，可以帮助工程师
了解和控制生产过程中的物料转化、损耗和产物生成情况，从而优化生产
过程。
二、能量衡算
能量衡算是对化工生产过程中能量转换的定量分析和计算。它涉及到
能源的输入与输出以及能量的转化。能量衡算可用于改善能源效率，减少
能源消耗和废弃物的排放。
能量衡算主要包括以下几个方面：
1.能源输入：能源是化工生产过程中的重要驱动力之一，常见的能源包括电能、燃料、蒸汽等。能量衡算需要确定能源的类型、质量或热值、消耗量和运用效率。
2.能量转化：化工生产过程中会发生能量的转化，如化学反应产生的热能、电能转化为机械能等。能量衡算需要考虑这些能量转化过程，并计算能量的转化率和损耗。
化工计算第三章物料衡算1
化工计算第三章物料衡算1
1. 引言
在化工领域，物料的衡算是非常重要的一个环节。物料衡算是指根据化工过程中所使用的原料
和产物，计算原料的用量、产物的得率以及各种
物料之间的比例关系等。在化工生产过程中，准
确的物料衡算能够提高生产效率、节约原料成本，并且确保产品质量的稳定性。
本文将介绍化工计算中的物料衡算的基本概念和计算方法，并通过实例来说明物料衡算的具体操作步骤。
2. 物料衡算的基本概念
在进行物料衡算之前，我们首先需要了解一些基本概念：
2.1 原料
在化工生产过程中，原料是指用于制造产品的起始物质。原料可以是固体、液体或气体，具体取决于化工过程的需求。
2.2 产物
产物是指化工过程中生成的最终产品或副产品。产物的种类和质量取决于原料的配比和反应条件。
2.3 用量
用量是指在化工过程中，各种原料的加入量或
消耗量。用量可以通过实验或计算得到。
2.4 得率
得率是指产物与理论产物之间的比值，用于衡量化工过程的效率。得率可以通过实验或计算得到。
3. 物料衡算的计算方法
在进行物料衡算时，我们可以运用各种数学和化学的计算方法，例如质量守恒定律、化学方程式的平衡等。
3.1 质量守恒定律
质量守恒定律是物料衡算中最基本的原则之一。根据质量守恒定律，化学反应前后的总质量保持
不变。在物料衡算中，可以通过质量守恒定律来
计算原料的用量和产物的得率。
3.2 化学方程式的平衡
在进行物料衡算时，往往需要考虑化学方程式
的平衡问题。化学方程式的平衡可以通过调整配
比来实现。根据化学方程式的平衡，可以计算各
种原料的用量和产物的得率。
化工计算 第四章物料衡算 第一节物料衡算式
高职高专“十一五”规划教材《化工计算》
第一节 物料衡算式
1、稳定操作状态
稳定操作时，积累的物料量=0 （1）有化学反应，此时物料平衡关系式为： 输入的物料量－输出的物料量－反应消耗的物料量＋反应生成的物料量
=0 （2）无化学反应，反应消耗和生成的物料量为零，此时物料平衡关系式
高职高专“十一五”规划教材《化工计算》
m V
第一节 物料衡算式
一、化工过程的类型 1．化工过程根据其操作方式可以分成连续操作、间歇操作 以及间歇连续操作（半间歇或半连续操作）三类。 2．化工过程按物系是否稳定，可分为稳定状态操作和非稳 定状态操作。
本章主要是以稳定状态操作过程为主介绍物料衡算的有关方 法，对不稳定状态操作过程只作简要的介绍。 二、物料衡算式 对任何一个体系，物料平衡关系式可表示为：
第四章 物料衡算
本章要求：wenku.baidu.com
掌握物料衡算的原理 掌握物料衡算的基本步骤 掌握物料衡算的基本方法
主要内容：
物料衡算的理论依据 化工过程的类型 物料衡算式 物料衡算的基本方法 无化学反应过程的物料衡算 化学反应过程的物料衡算
高职高专“十一五”规划教材《化工计算》
前言
一、物料衡算的理论依据 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）。 二、物料衡算的意义 1．通过物料衡算可以知道原料、产品、副产品及中间产品之 间量的关系，从而计算出原料的转化率、产品的收率、物料损 失情况及原料的消耗定额。 2．通过物料衡算得到的数据是设计或选择设备类型、台数和 尺寸的依据，以便对设备作进一步的计算。 3．对新建车间、工段或装置的生产工艺指标进行预估，对化 工过程和设备进行设计。
化工计算物料衡算
推动技术创新：物料衡算可以推动企业进行技术创新，提高生产效率，降低生产成本。
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化工计算物料衡算的计算步骤
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
确定物料衡算的范围：包括原料、中间产品、最终产品等
确定物料衡算的结束条件：包括物料的终态、终浓度等
确定物料衡算的初始条件：包括物料的初始状态、初始浓度等
确定物料衡算的边界条件：包括时间、温度、压力等
确定物料的种类和数量
确定物料的相态和状态
确定物料的组成和结构
确定物料的物理性质和化学性质
事故预防：通过物料衡算，预测可能发生的事故，并采取预防措施
化工计算物料衡算的计算方法
原理：能量守恒定律，即能量不会凭空产生或消失，只能从一种形式转化为另一种形式
注意事项： a. 确保输入和输出能量的形式和数量准确无误 b. 计算过程中要遵循能量守恒定律，避免出现能量不守恒的情况
应用：在化工计算物料衡算中，通过计算输入和输出能量的差值，可以确定物料的平衡状态
原则：遵循质量守恒、能量守恒、物料守恒等基本原理
计算方法：包括质量平衡、能量平衡、物料平衡等
化工计算物料衡算的应用
物料衡算在化工设计中的应用
物料衡算在化工设计中的作用
物料衡算在化工设计中的步骤
物料衡算在化工设计中的注意事项
物料衡算在化工生产中的注意事项
化工过程设计与开发第5章 物料衡算
剩余氧 (2.55-0.944×0.6×3)×32=27.22kg/h
氮N2
2.55 79 28 268.6kg /h 21
5.2.2 反应过程的物料衡算
表5-5 例5.5计算结果
物料 邻二甲苯
氧 氮 苯酐 水 合计
进
料
kmol/h
0.944
2.55
9.59
——
——
13.084
kg/h 100 81.6 268.6 —— —— 450.2
5.2.2 反应过程的物料衡算
解：
图5.7 苯氯化流程图
5.2.2 反应过程的物料衡算
4．以结点作衡算 在生产中有些情况下，特别是对大型题目，可以分解为 小分流，以便使计算简化。
图5.8 结点示意图
5.2.2 反应过程的物料衡算
例[5.9] 某工厂用烃类气体转化制取合成甲醇的原料气。 在标准状态下，要求原料气量为2321m3/h，其中一氧化碳与 氢气的量（mol）的比为1∶24。转化制成的气体组成x（CO） 为0.4312（摩尔百分数，下同），x（H2）为0.542，此组成 不符合合成甲醇的要求。为此，需将部分转化气送至CO变换 反应器变换，变换后气体组成x（CO）为0.0876，x（H2）为 0.8975，气体脱CO2后体积缩小2%，用此气体去调节转化气， 使之符合原料气质量要求，计算转化气、变换气各需多少？ 要求原料气中x（CO+H2）占0.98。
化工计算-物料衡算
无反应过程的基本公式
稳态无反应过程 Fi=Fo
例题
有一个蒸馏塔，输入输出物料组成见下图， 塔顶A组分的回收率为98.7%，请对此塔作 物料衡算。
冷凝器
P kg/h Ax
蒸
F=100kg/h
馏
A 0.2
塔
By C 1-x-y
B 0.3 C 0.5
W kg/h A 0.005
五、化学反应过程的计算
限制反应物 过量反应物 过量百分数 转化率x 选择性S 收率Y
Y=Sx
1. 分类
完全反应(x=100%)
Y=S(直接求解)
非完全反应(x≠100%)
反应不彻底(直接求解) 有反应平衡(迭代求解)
2. 循环过程的物料衡算
单程转化率 总转化率 惰性组分的积累及驰放器
反应不彻底(直接求解)
例题
用邻二甲苯氧化法生产邻苯二甲酸酐(苯酐)， 输入输出物料组成见下图，计算邻二甲苯的 转化率、产品的收率及选择性。
邻二甲苯 210kg/h
反应过程
空气4620 Hm3/h 氧气 0.21(mol/mol) 氮气 0.79(mol/mol）
P 苯酐 0.654%（mol） 顺酐 0.066% 氧气 16.53% 氮气 77.5%
物料衡算
化工设计--物料衡算
•质量分 数
•对于流动物系
•平均分子 量
•质量流量
•质量流速
2. 流体的流量和流速 •W=Qρ=uAρ
•质量流量：单位时间内流经管道或设备的流体的质量
•
kg/h、 kg/min、 kg/s
•体积流量： m3/h、 m3/min、 m3/s
•摩尔流量：kmol/h、 kmol/min、 kmol/s
化工设计--物料衡算
2023年11月3日星期五
目录
•1 •概述
•2 •计算中用的基本量
•3 •物理过程的物料衡 算
•4 •化学反应的物料衡算
概述
物料衡算是化工工艺设计中最基本的设计内 容，是工艺设计的基础。
•主副产品的产量 •原材料消耗定额 •生产过程中的损耗 •三废产生量
•物
•料
•物料的浪费
•衡
•母液 F4kg NaOH
NaCl平衡 0.1F1=0.02F4+F3 F3=96 kg
50%
•
F2=704kg
•可用H2O平衡式校核
NaCl 2% H2O 48%
目录
•1 •概述
•2 •计算中用的基本量
•3 •物理过程的物料衡 算
•4 •化学反应的物料衡算
•化学反应的物料衡算
常用计算方法 利用联系物做物料衡算 复杂反应体系使用产物、副产物各自
化工设计物料衡算和热量衡算
化工设计物料衡算和热量衡算
化工设计物料衡算和热量衡算是化工工程设计中非常重要的内容。物
料衡算是指在化工工程中对物料的流动进行计算和衡量的过程，而热量衡
算则是指对化工工程中的热量流动进行计算和衡量的过程。下面将详细介
绍这两个内容。
首先，物料衡算是化工工程设计中的一个必不可少的环节。物料衡算
要基于反应的化学反应原理或工艺流程，计算出物料的各项数据，如流量、摩尔质量、摩尔仓数等。具体的衡算步骤包括：确定物料的基本特性，如
摩尔质量、密度等；确定物料的流动量和流速；根据反应方程式和反应器
的驱动力，计算出反应速率；进一步计算出反应器的物料应用时间（HRT），以衡量物料在反应器中的停留时间。
物料衡算的目的是为了选择合适的设备和工艺流程，以确保化工工程
的安全运行。通过物料衡算，可以计算出物料在不同设备中的流速和停留
时间，从而判断是否需要增加搅拌装置或延长反应器的体积等改进措施。
此外，物料衡算还能帮助设计人员确定各种物料转移设备的大小和形式，
以满足工艺流程的需求。
其次，热量衡算是物料衡算的重要组成部分，也是化工工程中的关键
环节。热量衡算要根据物料的热力学特性及其运动过程，计算出热量的流
动和传递。具体的衡算步骤包括：测定物料的初始和终止温度；计算物料
的比热容和比焓；计算物料在设备中的热量传递和损失；计算过程中发生
的温度变化和热量变化；计算设备的热损失和热水平；最终评估设备的热
效率。
热量衡算的目的是为了保证化工工程的热平衡和能量效率。通过热量衡算，可以计算出各个设备和工艺过程的热量损失和热交换，从而判断是否需要增加散热装置或回收热量等改进措施。此外，热量衡算还能帮助设计人员确定各种热交换设备的大小和形式，以满足工艺流程的需求。
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2,4-二硝基甲苯酚的量：4.99 kg∕h 硫酸的量：1128.02 kg∕h 水的量：502.75+4.54=507.29 kg∕h 表三 3#硝化釜物料平衡表
项目 输入 物料名称 甲苯 HNO3 H2SO4 一硝基甲 苯 2,4-二硝 基甲苯 2,4-二硝 基甲苯酚 水 合计 输出 甲苯 HNO3 一硝基甲 苯 2,4-二硝 基甲苯 2,4-二硝 基甲苯酚 H2SO4 水 合计 工业品质 量 kg∕h 纯度% 98 98 98 纯品量 kg∕h 46.41 33.75 1128.02 1070.99 10.70 4.99 502.75 2797.61 23.21 17.86 1105.54 10.70 4.99 1128.02 507.29 2797.61 密度 kg∕m3 体积 m3 备注
项目 输入 合计 输出 甲苯 HNO3 一硝基甲 苯 2,4-二硝 基甲苯 2,4-二硝 基甲苯酚 H2SO4 水 物料名称 甲苯 混酸 工业品质 量 kg∕h 789.13 2014.33 2803.46 116.01 81.41 967.35 10.70 4.99 1128.02 489.13 1.16 4.66 0.03 2803.46 纯度% 98 纯品量 kg∕h 773.35 1.670 1206.19 密度 kg∕m3 体积 m3 备注
3.对 3#硝化釜进行计算 （1）3#硝化釜内反应情况 主反应：甲苯转化量：773.35 × 0.03 = 23.20kg ∕ h 硝酸消耗量：23.20 ÷ 92 × 63 = 15.89kg ∕ h 硝基甲苯生成量：23.20 ÷ 92 × 137 =Biblioteka Baidu34.55kg ∕ h 水生成量：23.20 ÷ 92 × 18 = 4.54kg ∕ h （2）釜内剩余情况 甲苯余量：46.41 − 23.20 = 23.21kg ∕ h 硝酸余量：33.75 − 15.89 = 17.86kg ∕ h 一硝甲苯的量：1070.99+34.55=1105.54 kg∕h 2,4-二硝基甲苯的量：10.70 kg∕h
（2）釜内反应情况 主反应：甲苯转化量：773.35 × 0.84 = 649.61kg ∕ h 硝酸消耗量：649.61 ÷ 92 × 63 = 444.84kg ∕ h 硝基甲苯生成量：649.61 ÷ 92 × 137 = 967.35kg ∕ h 水生成量：649.61 ÷ 92 × 18 = 127.10kg ∕ h 副反应（1） ：硝酸消耗量：543.87 × 0.01 = 5.44kg ∕ h N2O5 产量： 5.44 × 108 = 4.66kg ∕ h 126 水生成量：5.44 − 4.66 = 0.78kg ∕ h 副反应（2） ：甲苯消耗量： 7 773.35 × 0.01 × = 5.41kg ∕ h 10 硝酸消耗量：5.41 ÷ 92 × 2 × 63 = 7.41kg ∕ h 生成 2,4-二硝基甲苯的量：5.41 ÷ 92 × 182 = 10.70kg ∕ h 水生成量：5.41 ÷ 92 × 2 × 18 = 2.12kg ∕ h 副反应(3):甲苯消耗量： 3 773.35 × 0.01 × = 2.32kg ∕ h 10 硝酸消耗量：2.32 ÷ 92 × 3 × 63 = 4.77kg ∕ h 2,4-二硝基甲苯酚生成量：2.32 ÷ 92 × 198 = 4.99kg ∕ h
硝酸余量：81.41 − 47.66 = 33.75kg ∕ h 一硝甲苯的量：967.35 + 103.64 = 1070.99kg ∕ h 2,4-二硝基甲苯的量：10.70 kg∕h 2,4-二硝基甲苯酚的量：4.99 kg∕h 硫酸的量：1128.02 kg∕h 水的量：489.13 + 13.62 = 502.75kg ∕ h 表二 2#硝化釜物料平衡表
项目 输入 物料名称 甲苯 HNO3 H2SO4 一硝基甲 苯 2,4-二硝 基甲苯 2,4-二硝 基甲苯酚 水 合计 输出 甲苯 HNO3 一硝基甲 苯 工业品质 量 kg∕h 纯度% 98 98 98 纯品量 kg∕h 116.01 122.25 3702.18 967.35 10.70 4.99 1652.37 6575.85 46.41 74.59 1070.99 密度 kg∕m3 体积 m3 备注
4.对硝化分离器进行计算 有机物： （23.21+1105.54+10.70+4.99）× 98.5%+0.5%× 1128.02=1132.91kg∕h 废酸：1128.02 × 99.5% + 17.86 + 507.29 + 1105.54 × 1.5% = 1664.11kg ∕ h H2SO4 ：1128.02 × 99.5%/1664.11 = 67.45% HNO3 ：17.86/1664.11=1.07% H2O ：507.29/1664.11=30.48% 混酸体积：1× 2014.33/1.670=1206.19m3 循环废酸体积：1206.19 × 2 = 2412.38m3 查得 67.45%的硫酸密度为 1.582 kg∕m3 循环废酸的量：1.582 × 2412.38/1 = 3816.39kg ∕ h 循环废酸中 H2SO4 ：3816.39 × 67.45% = 2574.16kg∕h HNO3 ：3816.39 × 1.07% = 40.84kg∕h H2O ：3816.39 × 30.48% = 1163.24kg∕h
2,4-二硝 基甲苯 2,4-二硝 基甲苯酚 H2SO4 水 合计
10.70 4.99 3702.18 1665.99 6575.85
3.对 3#硝化釜进行计算 釜内剩余情况 甲苯余量：23.21kg ∕ h 硝酸余量：17.86 + 40.84 = 58.7kg ∕ h 一硝甲苯的量：1070.99+34.55=1105.54 kg∕h 2,4-二硝基甲苯的量：10.70 kg∕h 2,4-二硝基甲苯酚的量：4.99 kg∕h 硫酸的量：3702.18 kg∕h 水的量： 507.29+1163.24=1670.53 kg∕h 表三 3#硝化釜物料平衡表
项目 输入 物料名称 甲苯 混酸 工业品质 量 kg∕h 789.13 5792.57 纯度% 98 纯品量 kg∕h 773.35 密度 kg∕m3 体积 m3 备注
合计 输出 甲苯 HNO3 一硝基甲 苯 2,4-二硝 基甲苯 2,4-二硝 基甲苯酚 H2SO4 水
6581.7 116.01 122.25 967.35 10.70 4.99 3702.18 1652.37 1.16 4.66 0.03 6581.7
NO2 N2O5 H2
合计
2.对 2#硝化釜进行计算 （1）2#硝化釜内反应情况 主反应：甲苯转化量：773.35 × 0.09 = 69.60kg ∕ h 硝酸消耗量：69.60 ÷ 92 × 63 = 47.66kg ∕ h 硝基甲苯生成量：69.60 ÷ 92 × 137 = 103.64kg ∕ h 水生成量：69.60 ÷ 92 × 18 = 13.62kg ∕ h （2）釜内剩余情况 甲苯余量：116.01 − 69.60 = 46.41kg ∕ h
水生成量：2.32 ÷ 92 × 2 × 18 = 0.91kg ∕ h NO2 生成量：2.32 ÷ 92 × 46 = 1.16kg ∕ h H2 生成量：2.32 ÷ 92 × 0.5 × 2 = 0.03kg ∕ h （3）釜内剩余情况 甲苯余量：773.35 − 649.61 − 5.41 − 2.32 = 116.01kg ∕ h 硝酸余量：543.87 − 444.84 − 5.44 − 7.41 − 4.77 = 81.41kg ∕ h 一硝甲苯的量：967.35 kg∕h 2,4-二硝基甲苯的量：10.70 kg∕h 2,4-二硝基甲苯酚的量：4.99 kg∕h 硫酸的量：1128.02 kg∕h 水的量：15.78 + 342.44 + 127.10 + 0.78 + 2.12 + 0.91 = 489.13kg ∕ h NO2 的量：1.16 kg∕h N2O5 的量：4.66 kg∕h H2 的量：0.03 kg∕h 表一 1#硝化釜物料平衡表
二、加循环废酸时物料衡算
1.对 1#硝化釜进行计算 （1）物料进料情况 工业甲苯：789.13 kg∕h 混酸的量：5792.57 kg∕h
纯甲苯：773.35kg∕h 水： 15.78 kg∕h 硫酸：1128.02 + 2574.16 = 3702.18kg ∕ h 硝酸：543.87+ 40.84=584.71kg∕h 水： 342.44 + 1163.24 = 1505.68kg ∕ h
表四 硝化分离器物料平衡表
项目 输入 物料名称 甲苯 HNO3 一硝基甲 苯 2,4-二硝 基甲苯 2,4-二硝 基甲苯酚 H2SO4 水 合计 输出 合计 有机物 废酸 工业品质 量 kg∕h 纯度% 纯品量 kg∕h 23.21 17.86 1105.54 10.70 4.99 1128.02 507.29 2797.61 1132.91 1664.11 2797.02 密度 kg∕m3 体积 m3 备注
（2）釜内剩余情况 甲苯余量：116.01kg ∕ h 硝酸余量：81.41 + 40.84 = 122.25kg ∕ h 一硝甲苯的量：967.35 kg∕h 2,4-二硝基甲苯的量：10.70 kg∕h 2,4-二硝基甲苯酚的量：4.99 kg∕h 硫酸的量：3702.18 kg∕h 水的量：1163.24 + 489.13 = 1652.37kg ∕ h NO2 的量：1.16 kg∕h N2O5 的量：4.66 kg∕h H2 的量：0.03 kg∕h 表五 1#硝化釜物料平衡表（加循环）
一、不加循环废酸时物料衡算
1.对 1#硝化釜进行计算（设副反应都在 1#釜进行） （1）物料进料情况 每小时生产一硝甲苯的实际的量： 7500 × 103 × 0.995 = 1151.62kg ∕ h 300 × 24 × 0.90 每小时需要纯甲苯的量： 1151.62 × 92 = 773.35kg ∕ h 137 所以每小时需要工业甲苯的量： 773.35 ÷ 0.98 = 789.13kg ∕ h 每小时需要硝酸的量： 773.35 × 63 × 1.01 = 543.87kg ∕ h 92 每小时需要混酸的量： 543.87 ÷ 0.27 = 2014.33kg ∕ h 工业甲苯：789.13 kg∕h 混酸的量：2014.33 kg∕h 纯甲苯：773.35kg∕h 水： 15.78 kg∕h 硫酸：2014.33 × 0.56 = 1128.02kg ∕ h 硝酸：543.87 kg∕h 水： 2014.33 × 0.17 = 342.44kg ∕ h
NO2 N2O5 H2
合计
2.对 2#硝化釜进行计算 釜内剩余情况 甲苯余量：46.41kg ∕ h 硝酸余量：33.75 + 40.84 = 74.59kg ∕ h 一硝甲苯的量：967.35 + 103.64 = 1070.99kg ∕ h 2,4-二硝基甲苯的量：10.70 kg∕h 2,4-二硝基甲苯酚的量：4.99 kg∕h 硫酸的量：3702.18kg∕h 水的量：502.75 + 1163.24 = 1665.99kg ∕ h 表二 2#硝化釜物料平衡表