物料衡算与能量衡算
物料衡算和能量衡算概述
物料衡算和能量衡算概述物料衡算和能量衡算是在工程和科学领域中经常用到的两个概念。
物料衡算是指在工程过程中对物料流动进行计算和分析的过程，而能量衡算则是对能量转移和转换进行计算和分析的过程。
物料衡算涉及到物料的流动和传递。
在工业过程中，物料（例如原材料、中间产品和最终产品）通过不同的装置和管道进行运输和处理。
物料衡算可以帮助工程师们了解物料在系统中的流动情况，如流速、流量和浓度等。
通过对物料衡算的分析，可以得到物料在不同过程中的质量变化和传递速率等重要参数，从而为工艺设计和控制提供依据。
能量衡算则是对能量的转移和转换进行计算和分析。
在能源系统中，能量以各种形式进行传递和转化，如热能、电能、化学能等。
能量衡算可以帮助工程师们了解能源在系统中的利用情况，如能量的输入、输出和转换效率等。
通过对能量衡算的分析，可以提高能源系统的效率，减少能源浪费，并优化系统的设计和控制。
物料衡算和能量衡算常常是相互关联的，尤其是在工业过程中。
物料的流动往往伴随着能量的转移和转换，例如在化工生产中，物料的传递往往伴随着能量的输入和输出。
因此，在进行物料衡算时，也需要考虑能量的变化和转换。
相反地，在进行能量衡算时，也需要考虑物料的流动和传递。
总而言之，物料衡算和能量衡算是工程和科学领域中重要的分析工具。
通过物料衡算和能量衡算，可以深入了解物料和能量在系统中的流动和转移情况，从而优化工艺设计和能源利用效率。
这对于提高工程效率、降低成本和保护环境都具有重要意义。
物料衡算和能量衡算是工程和科学领域中非常重要的分析工具。
它们可以为工程师们提供关键的信息和数据，用于优化工艺设计、提高能源效率、降低成本并保护环境。
在物料衡算中，关键的概念包括物料流动、物料传递和物料质量变化。
物料流动是指物料在系统中通过管道、设备和机械的运输过程。
物料的传递是指物料从一个位置或系统到另一个位置或系统的移动过程。
物料的质量变化包括物料的添加、消耗、转化和转移等。
物料衡算和能量衡算
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196＃不饱和聚酯树脂配方设计
原材料名称 1、2-丙二醇 一缩二乙二醇
顺酐 苯酐 苯乙烯 对苯二酚 石蜡 环烷酸铜
规格 工业级 工业级 工业级 工业级 工业级 工业级 工业级 （8%Cu含量）
配比 0.965克分子 0.138克分子
0.5克分子 0.5克分子
33% 0.009% 0.018% 0.0118%
分批操作（间歇操作）的设备，当终点时，物料全 部排出则系统内物料积累为零，对于稳定连续操作， 系统物料累积量亦为零。在此情况下，上式可写成： ∑G进=∑G出+∑G损
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车间收率和阶段收率
➢ 在作整个车间的物料衡算时，常需要用车间 总收率、阶段收率这些基本概念。
车间收率和车间产品及原料消耗关系如下：
配料M－旁路物料R＝反应物N
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物料衡算的基本要素
➢一个独立方程，可以解出一个未知 数。若已知配料M和反应物N，则可 求出旁路的物料量R。同样，可以把 配料、分离工序单独分割作为衡算 系统，若有必要，也可以把 B1C2C3B4包围的部分作为衡算范围。
➢对生产过程中一系列工序都要进行 物料衡算时，若绘成表格形式，则 可方便地进行计算。
3
➢物料衡算也是能量衡算、定型设备 选型、非定型设备工艺计算和其他 工艺计算的基础。通过物料衡算可 以算出各工段所处理的物料量(各组 分的成分、重量和体积)，便可以定 出生产过程所需设备台数、容量和 主要尺寸以及计算管道尺寸等。所 以物料衡算是复合材料工艺计算的 重要部分。
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➢ 物料衡算可分操作型计算和设计型 计算。
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物料衡算和能量横算
汇报人：
单击输入目录标题 物料衡算 能量衡算 物料衡算与能量衡算的关系 实际应用案例分析 总结与展望
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物料衡算
定义与目的
目的：通过物料衡算，可以 了解物料的消耗情况，优化 生产工艺，提高生产效率
物料衡算：是一种计算物料 在生产过程中的消耗和产出 的方法
应用：广泛应用于化工、冶 金、食品等工业领域
能源利用领域的应用
电力行业：通过物料衡算和能量衡算，优化发电效率，降低能耗 石油化工行业：通过物料衡算和能量衡算，优化生产工艺，提高能源利用效率 钢铁行业：通过物料衡算和能量衡算，优化生产流程，降低能耗和排放 建筑行业：通过物料衡算和能量衡算，优化建筑设计，提高能源利用效率和舒适度
其他领域的应用
意义：物料衡算有助于企业 实现物料的合理利用，降低
生产成本，提高经济效益
计算原理
物料衡算：基于质量守恒定 律，计算物料的输入、输出
和损失
添加标题
输出：包括产品、副产品、 废物等
添加标题
能量衡算：基于能量守恒定 律，计算能量的输入、输出
和损失
添加标题
输出：包括产品、副产品、 废物等
添加标题
添加标题
添加标题
环保领域：物料衡算和能量 衡算在污染控制和资源回收 中的应用
化工行业：物料衡算和能量 衡算在化工生产中的优化和 节能
食品行业：物料衡算和能量 衡算在食品加工和包装中的
优化和节能
建筑行业：物料衡算和能量 衡算在建筑设计和施工中的
优化和节能
总结与展望
总结物料衡算和能量衡算的重要性和应用领域
物料衡算和能 量衡算是化工、 能源、环境等 领域的基础工
具
物料衡算和能 量衡算可以帮 助我们理解和 优化生产过程
物料与能量衡算
组分
苯酐
顺 酐 邻二甲苯
O2
N2
其他
合计
%（mol） 0.65
0.04
0.03
16.58
78
4.70
100
O-xylene air
【O】 Conversion
O-xylene
O2 Benzoic acid anhydride
Cis-butenedioic anhydride
N2 Others
４、以节点进行计算
）
则总蒸发水量为
W总
8000（0 1
15 ） 60
60000k
g
/
h
四效蒸发系统的物料衡算过程
第三效蒸发水量为
15
W
80000(1
) 17.8
12600kg
/
h
进入第Ⅳ的料液量 80000-12600=67400kg/h
则第Ⅳ效的蒸发水量WⅣ为
67400(1 17.8 ) 14300kg / h 22.6
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，可以列出元素 衡算式，用代数法求解。
丙烷充分燃烧时，要供给的空气量为理论量的125%，问每 10mol燃烧产物，需多少mol的空气？反应：
C3H8+5O2
3CO2+4H2O
丙烷 空气 （O2 N2）
101.01
0.2
101.01 303.12 R
R=100.92kmol/h
Eg1-4 合成氨方面的工艺计算
循环气R
原料F1 F2 1%氩气、 甲烷
reactor
驰放气F4
12.5%惰性气 体
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：1.反应进程的热力学和动力学特性对物料和能量衡算有重要影响。
在确定衡算方法和参数时，需考虑反应的热效应和速率等因素。
2.物料的组成和性质对衡算结果有重要影响。
不同物料具有不同的热容量、蒸发潜热和燃烧热等参数，这些参数直接影响到能量衡算的结果。
3.流程设计和设备选择对衡算结果也有影响。
不同的流程和设备对物料流动的速度、压力和温度等参数有不同的要求，这些参数直接影响到物料和能量衡算的结果。
《化工设计》 第三章物料衡算和热量衡算
对于没有化学反应的过程，一般上列写各组分的衡算方程， 只有涉及化学反应量，才列写出各元素的衡算方程。
• 稳态过程（连续），体系内无物料积累。
F
x f1
P
xp1
W
xw1
F
x f2
P xp2
W
xw2
7.将物料衡算结果列成输入－输出物料表（物料平 衡表），画出物料平衡图。
物料衡算表
组分
输入
质量，kg/d
组分
输出
质量，kg/d
杂质 合计
杂质 合计
8.校核计算结果（结论）。
五、无化学反应的物料衡算
• 在系统中，物料没有发生化学反应的过程， 称为无反应过程。
（三）、物料衡算基准 物料衡算过程，必须选择计算基准，并在整个运算
中保持一致。若基准选的好，可使计算变得简单。
①时间基准 （单位时间可取1d、1h或1s等等）。 ②批量基准； ③质量基准 例如: 可取某一基准物流的质量为100Kg
为基准计算。 ④物质的量基准； ⑤标准体积基准；
（四）、物料衡算的基本程序
100.00
解：
水F1 1200kg/h
吸 收 塔
混合气体F2，1.5 （mol）%丙酮
空气F3
蒸 馏 塔
冷凝器
废料F5:丙酮5%，
95% 水
产品F4 丙酮99%，水1%
本系统包括三个单元．即吸收塔、蒸馏塔和冷凝器。由于 除空气进料外的其余组成均是以质量百分数表示的，所以 将空气-丙酮混合气进料的摩尔百分数换算为质量百分数。 基准：100kmol气体进进料。
化工设计概论第三章_物料衡算与能量衡算
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环节，它们是进行化工过程的关键步骤，对化工产品的质量和产量有着直接的影响。
本章将介绍物料衡算与能量衡算的概念、原则和方法，并结合实际案例进行详细说明。
一、物料衡算物料衡算是指在化工过程中对物料的输入、输出量进行定量分析和计算，以确定每种物料的用量和流量。
物料衡算的目的是保证化工过程中物料的平衡，确保物料的流动和转化符合设计要求。
物料衡算的基本原则是质量守恒定律和能量守恒定律。
根据质量守恒定律，物理系统中的物质质量是不变的，即输入物质的总质量等于输出物质的总质量。
根据能量守恒定律，物理系统中的能量总量是不变的，即输入能量的总量等于输出能量的总量。
物料衡算的方法主要有两种：物质衡算和元素衡算。
物质衡算是根据物料的化学组成进行衡算，以化学方程式为基础，通过分子计数法和平衡方程法计算物料的输入和输出量。
元素衡算是根据物料中各元素的含量进行衡算，以确定每种元素的输入和输出量。
物料衡算的步骤一般包括以下几个方面：确定衡算参考物质，编写化学方程式，计算输入物质的总质量，计算输出物质的总质量，计算每种物质的输入和输出量。
在实际衡算过程中，还需要考虑补料和损耗等因素，对补料和损耗进行补偿。
二、能量衡算能量衡算是指在化工过程中对能量的输入、输出量进行定量分析和计算，以确定每种能量的用量和转化效率。
能量衡算的目的是保证化工过程中能量的平衡，以提高能量利用效率。
能量衡算的基本原则是能量守恒定律和能量转化效率的最大化。
根据能量守恒定律，物理系统中的能量总量是不变的，即输入能量的总量等于输出能量的总量。
能量转化效率是指能量输入与输出的比值，衡量能量转化过程的效果。
提高能量转化效率有助于降低能源消耗和环境污染。
能量衡算的方法主要有两种：热力衡算和焓能衡算。
热力衡算是根据化学反应的热效应进行衡算，以热平衡方程为基础，计算输入和输出热量的总量。
焓能衡算是根据物料的热焓变化进行衡算，以焓平衡方程为基础，计算输入和输出焓能的总量。
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。
3.能源的输出：化工生产过程中也会有能源的输出，如废热、废气、废水等。
能量衡算需要确定这些能源输出的类型、质量或热值、排放量以及处理方式。
能量衡算的目的是优化能源的利用，提高能源效率，减少能源消耗和环境污染。
通过定量分析和计算能量流动，能量衡算可以帮助工程师了解和控制能源输入与输出，寻找能源转化和能耗的瓶颈，提出改进方案，提高生产过程的能量利用率。
物料衡算和能量衡算
由上述可得100kg混合原料可制得的热麦汁量为：
（73.16÷12）×100=609.66（kg）
又知汁在20℃时的相对密度为1.084，而100℃热麦汁比
20℃时的麦汁 体积增加1.04倍，故热麦汁（100℃）体积为：
（609.66÷1.084）×1.04=584.92L
（2） 添加酒花量： 609.66×0.2%=1.22kg
和在数值上是相等的原理来绘制的，平衡图
的内容包括：物料名称、质量、成品质量、
物料的流向、投料顺序等项。绘制物料平衡
图时，实线箭头表示物料主流向，必要时用
细实线表示物料支流向，见下图。
图6-2 班产12.5 吨原汁猪肉物料平衡图
（2）物料平衡表 ▪ 物料平衡表是物料平衡计算的另一种表示形式，
其内容与平衡图相同，其格式 如下：
全年生产天数为300天，设旺季生产240天，淡季生产 60天。旺季每天糖化数为7次，淡季每天生产次数为5次，则 全年糖化次数为：
240×7+60×5=1980（次） 计算的基础数据可算出每次投料量及其他项目的物料平衡。 （1）每次糖化的原料量为: 混合原料: (30000000/1980)×(100/513.92)=2948.3(kg) 大麦: 2948.3×0.75=2211.2(kg) 大米: 2948.3×0.25=737.1(kg) （2）热麦汁量: (609.66/100)×2948.3=17974.6(L) （3）冷麦汁量: (541.05/100)×2948.3=15951.77(L) （4）酒花用量: (1.22/100)×2948.3=35.97(kg) （5）发酵成品液： (532.39/100)×2948.3=15696(L) （6）清酒液：(524.41/100)×2948.3=15461(L)
化工设计——第三章物料衡算和能量衡算
化工设计——第三章物料衡算和能量衡算在化工设计中，物料衡算和能量衡算是非常重要的步骤，能够帮助工程师确定所需的原料量和能量消耗，从而确保工艺的正常运行和产出的质量。
本章将介绍物料衡算和能量衡算的基本概念、方法和步骤，并结合实例进行说明。
物料衡算是指根据化工反应方程式和反应条件，计算出反应过程中所需的原料量和生成物的产量。
在进行物料衡算时，首先需要了解反应方程式和反应条件，然后确定产物的理论产量和选择适当的反应条件。
根据反应方程式可以计算出反应物的摩尔比例，从而推算出所需的原料量。
此外，还需要考虑反应物的纯度和反应的完全度，从而计算出实际需求的原料量。
在进行能量衡算时，需要考虑到反应过程中的热平衡问题。
热平衡是指在反应过程中吸热和放热的平衡状况。
反应过程中发生的放热或吸热会对反应速率和反应的完全度产生影响。
因此，在进行能量衡算时，需要计算出反应过程中的放热或吸热量，以及确定采取何种措施来保持反应的温度稳定。
物料衡算和能量衡算的步骤如下：1.确定反应方程式和反应条件。
根据反应方程式可以了解到反应物与产物之间的摩尔比例关系，从而推算出所需的原料量。
同时，还需要确定反应的温度、压力和反应时间等条件。
2.计算理论产量。
根据反应方程式和摩尔比例关系，可以计算出理论产量。
理论产量是指在完全反应情况下，根据所需原料的量计算得出的产物的量。
3.考虑反应的完全度和反应物的纯度。
反应过程中可能会有一些副反应或未完全反应的情况发生，从而影响到实际产量。
同时，还需要考虑到原料的纯度，因为原料的纯度不同也会影响到实际需求的原料量。
4.计算出实际需求的原料量和实际产物的产量。
根据前面的步骤计算出实际需求的原料量和实际产物的产量，并与理论值进行比较。
5.进行能量衡算。
根据反应过程中的吸热或放热情况，计算出反应过程中的热量变化。
根据所需的反应温度和反应热量，选择适当的降温或加热措施，以保持反应的温度稳定。
在进行物料衡算和能量衡算时，需要注意以下几点：1.实验数据的准确性和可靠性。
4物料衡算与能量衡算
4.1 物料衡算
4)确定计算任务；
根据衡算示意图和反应方程式，分析每一步骤和每一设备
中物料的变化情况，选定合适的计算公式，分析数据资料， 明确已知量与可以查到的或计算求出的未知量，为收集数 据资料和建立计算程序做好准备。
5)收集相关数据资料；
▲生产规模(生产能力或原料处理量)； ▲生产时间(年工作时数)；
2、按操作状态
稳定状态操作和不稳定状态操作两类物料衡算。
3、按衡算范围
单元操作过程(或单个设备)和全流程两类物料衡算。
4.1 物料衡算
三、物料平衡方程
理论依据是质量守恒定律，即在一个孤立体系中无论物质发 生怎样变化(不包括核反应)，其质量始终保持不变。 物料平衡方程式的基本表达式为：
∑F0=∑D+A+∑B
▲选择性 ▲单程收率
选择性 =
生成目的产物的原料量 反应掉的原料量 生成目的产物的原料量 原料投料量
单程收率 =
×100%
转化率、选择性、单程收率的关系
单程收率 ＝ 转化率 × 选择性
▲原料、助剂、中间产物和产品的规格和组成；
▲有关的物化常数。 3.1 物料衡算
4.1 物料衡算
6)选定计算基准；
①时间基准：连续生产，一般以㎏/h或kmol/h为基准。
式中，F0—输人体系的物料质量；
D— 离开体系的物料质量； A— 体系内积累的物料质量； B— 损失的物料质量(如跑、冒、滴、漏)
注意: ⑴对于连续系统而言，其系统的累积量为零；
⑵系统是计算时确定的计算范围(工厂、车间、工段、设备等)。
4.1 物料衡算
四、物料衡算的基本步骤
1)确定衡算范围；
首先要确定衡算的范围。衡算范围可能有如下3种情况： ①流程中某一个单元设备；
物料衡算与能量衡算
➢ 2计算反应器1的反应速率;然后计算物流4的组成
由反应速率的定义式得：
r＝
＝
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
式中 为F I物i,输 质 的出 F 转i,输 化率/入 ; i Fi,输入i / i
已知反应 i器1中CO的转化率为0 80，由此得反应器1的反
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。
4 3.1 混合过程
例1 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质量;
边界线Boundary Line围起来的区域构成衡算范围;
2写出化学反应方程式;包括主反应和副反应; （计算分子量）
（3）确定计算任务，确定过程所涉及的组分， 明确哪些是已知项，哪些是待求项，如年产量 生产能力、年工作日、产率、产品纯度要求等。
（4）选择计算基准
5收集计算需要数据资料 （6）列出物料衡算方程式,进行物料衡算 列出过程的全部独立物料平衡方程式及其他相
应速率：
r＝
＝0.80.2×100 + 0.5×214 ＝
101.6Fm,输o入 l/h/
物流4中每一物流的流率
已知r后;物流4中每一物流的流率可以用物料衡算求得， 即：
N2平衡： F4,N2＝0 78×100＝78mol/h CO平衡： F4,co＝127 – r＝25.4mol/h H2O平衡： F4,H2O＝628 – r＝526.4mol/h CO2平衡： F4,CO2＝2 + r＝103.6mol/h H2平衡： F4,H2＝107 + r＝208.6mol/h
第四章物料衡算和能量衡算
能量输入速率-能量输出速率=能量积累速率
连续稳定流动过程的总能量衡算方程为： U g z1 u2 (p)v Q W 2
Hgz1 2u2QW s
3. 热量衡算式及说明
⑴ 热量衡算式
在反应器、蒸馏塔、蒸发器、换热器等化工设备中，W、Ek、
设计化工单元操作：闪蒸罐，间歇精馏器，蒸馏器，液－液抽提精馏 器，侧线塔，压缩机，结晶器，旋流器，减压设备，溶解器，膨胀机， 闪蒸，带有固体的闪蒸，LNG多股流换热器，精确核算型换热器， 简单换热器，严格空冷器模型，加热/冷却曲线，混合器，相包络， 管道，聚合物反应器，泵，回流泵，阀，刮膜式蒸发器，平衡反应器， 转换反应器，吉布斯反应器，塞流反应器，平推流反应器，全混流反 应器， 间歇式反应器，固态颗粒分离器，分裂器，单变量控制器， 多变量的控制器，物流计算器，流程优化器，过程数据，用户自定义 操作单元，(电解质模块，SIMSCI外接的模块)等。 用户扩展功能：用户自定义物流属性包；增加用户组份数据；增加热 力学计算方法；增加自定义操作单元模块120个；增加自定义计算模 型7个；增加自定义电解质模型20个等。 分析工具：工况研究、优化器、单相变量控制器、多相变量控制器、 加热/冷却曲线等。
目前用的较多的化工流程模拟计算软件有PRO/II、HYSYS、 ASPEN PLUS等。
PRO/II 流程模拟软件 PRO/II 由美国模拟科学（SIMSCI）公司研发提供的。是目前石
油化工行业最全面的流程模拟软件，已被广泛地应用于化学过程的严 格的质量和能量平衡。
西安石油大学2006年也购买了该软件，20个用户终端。 PRO/II流程模拟软件功能特点
化工设计
第四章 物料衡算与能量衡算 Chart4 materiel balance and energy balance
物料衡算和能量衡算概述
物料衡算和能量衡算概述物料衡算和能量衡算是重要的工程技术方法，用于分析和评估生产过程中的物质流动和能源消耗情况。
物料衡算是计算和跟踪物料进入和离开系统的方法，而能量衡算则是评估能源在系统中的利用情况。
物料衡算的基本原理是物质守恒定律，即在一个封闭的系统中，物质的总量应保持恒定。
通过跟踪物料的进出流量，并对物料在过程中的转化和转移进行记录和检测，可以更好地了解生产过程中物质的变化情况。
物料衡算可应用于各种行业，例如化工、制造业和环境工程等。
能量衡算是评估能源利用情况的方法，其基本原理是能量守恒定律，即能量在一个封闭的系统中不会凭空消失或产生。
通过分析能源输入和输出的数量和质量，并计算能源在不同过程中的转化损失，可以评估能源利用的效率和效益。
能源衡算在能源管理和环境保护中起到了重要作用，可帮助企业降低能源消耗和减少环境污染。
物料衡算和能量衡算常常结合使用，相互补充。
通过将物料流和能量流结合起来分析，可以更精确地评估生产过程中的资源利用效率，并提出改进措施。
这些技术方法对于企业实施节能减排、提高生产效率和降低生产成本具有重要意义。
总之，物料衡算和能量衡算是分析和评估生产过程中物质流动和能源消耗的重要工程技术方法。
它们基于守恒定律的原理，通过计算和跟踪物料和能量的进出流量，评估资源利用效率，为企业的持续发展和可持续发展做出贡献。
物料衡算和能量衡算是工程领域中的重要方法，用于分析和评估生产过程中的物质流动和能源消耗情况。
这些衡算方法的应用范围广泛，可以应用于各个行业和领域，包括制造业、化工、能源与环境等。
下面将对物料衡算和能量衡算进行更详细的介绍。
物料衡算是一种计算和追踪物料进入和离开系统的方法，目的是了解物料在生产过程中的变化情况。
物料衡算基于物质守恒定律，即在一个封闭的系统中，物质的总量应保持不变。
通过记录和追踪每个物料的进出流量，并对物料在过程中的转化和转移进行计算和检测，可以更好地了解生产过程中物质的变化情况。
物料衡算和能量衡算(热量)
H
298
)
表示，常用物质的
(
H
T
H
298
)
大都被计算出来，这些数据
可以查“常用物质标准焓差数据表”。
•
在使用时把两个不同温度Tl和T2下
(
H
T
H
298
)
的相减，所
得差值是此物质在Tl和T2的理想气体状态的焓差，并不需
要也不可能知道绝对数值。
• b．某些理想气体焓的多项式 • c．热力学图表
Q提供 1579 .4kJ
四. 热量的计算方法
(1)等压条件下 在没有化学反应和聚集状态变化时，物质温度从Tl变化到T2时， 过程放出或吸收的热按下式计算：
∫ Q = n
T2 T1
C
p,m
dT
∫ Q = m
T2 T1
c
pdT
Q也可以用T1－T2温度范围的平均摩尔热容计算出来，计算式为：
Q nC p,m (T2 T1 )
解： 以1s为计算基准。根据公式：
( ) ∑ ∑( ) ∑ Q = niHi out - njH j in
Q Q提供＋Q损 Q提供 150kJ
Hout＝(0.4 0.1) 3640kJ 1820kJ
Hin (0.4 765 0.1846)kJ 390.6kJ
Q提供 150 kJ 1820 kJ 390 .6kJ
p1 p2
4 反应热
• 在很多情况下是查不到反应热数据的 • 可通过物质的标准生成热数据和燃烧热数据来计算
反应热 • 因为标准生成热和燃烧热数据可在一般手册上查到 • 特别是对有机反应，使用燃烧热求算反应热是一个
普遍使用的方法。
• 用下面的公式从标准生成热求算反应热：
精选3物料衡算与能量衡算
总计
100
2947
100.00
例题3-1解
可列出总物料平衡式： 1200+F2= F3+ F4+ F5各组分平衡式： 丙酮 0.0295 F2 =0.99 F4+0.05 F5 水 1200=0.01 F4 +0.95 F5 空气 0.9705 F2 = F3
图3－3
解
基准：物流1为100mol/h；正反应的反应速率为r（mol/h）（1）过程先由总单元过程摩尔衡算式进行计算，总衡算式为：N2衡算 F5，N2 =0.78×100＝78mol/hCO平衡 0＝0.2×100+0.5F2 – rH2O平衡 F5,H2O＝F3 – rCO2平衡 F5,CO2＝0.02×100 + rH2平衡 F5,H2＝0.5F2 + r
（2）计算反应器1的反应速率，然后计算物流4的组成由反应速率的定义式得： r＝ ＝ 式中 为I物质的转化率。已知反应器1中CO的转化率为0.80，由此得反应器1的反应速率： r＝ ＝0.8[0.2×100 + 0.5×214] ＝101.6mol/h
（2）质量基准
当系统介质为液、固相时，选择一定质量的原料或产品作为计算基准是合适的。如以煤、石油、矿石为原料的化工过程采用一定量的原料，例如：1kg、1000kg等作基准。如果所用原料或产品系单一化合物，或者由已知组成百分数和组分分子量的多组分组成，那么用物质的量（摩尔）作基准更方便。
（3）体积基准
解：（1）画出流程示意图，确定计算范围。
图3.2
（2）原料乙苯量1
G1 G2 G3 G4 G5 M：106.17 63 151.17 18.02
对气体物料进行衡算时选用体积基准。这时应将实际情况下的体积换算为标准状态下的体积，即标准体积，用m3（STP）表示。
物料衡算与能量衡算
物料衡算与能量衡算1. 物料衡算物料衡算是工程领域中常用的一种方法，用于计算和监控某个过程中物料的输入和输出量。
通过物料衡算，可以更好地了解和控制生产过程，提高效率和降低成本。
1.1 物料衡算的基本原理物料衡算是基于质量守恒定律和物质平衡原理的。
它假设在封闭系统中，物质不会消失或增加，而只是在不同的环节中进行转化或流动。
物料衡算的基本原理可以总结为以下几点：•输入与输出平衡：在一个过程中，物料的输入必须等于输出，以保持物质的平衡。
•流程损失：衡算中还需要考虑到流程中可能出现的损失情况，例如，物料的挥发、泄漏或转化等。
•衡算精度：物料衡算的精度取决于输入和输出的测量方法和设备的准确性。
1.2 物料衡算的应用物料衡算广泛应用于许多工程领域，特别是化工、环境工程和材料科学等领域。
以下是物料衡算的一些常见应用：•生产过程优化：通过衡算输入和输出物料的量，可以找到生产过程中的瓶颈和不合理之处，并进行优化。
•污染物排放控制：衡算工业生产过程中的污染物排放量，以制定有效的污染物控制策略。
•资源回收与利用：通过衡算废弃物的产生量和回收利用量，可以实施有效的资源回收和利用方案。
2. 能量衡算能量衡算是工程领域中另一种重要的计算方法，用于计算和监控能量的输入和输出量。
能量衡算有助于优化能源利用，减少能源消耗，以及改善环境影响。
2.1 能量衡算的基本原理能量衡算基于能量守恒定律，即能量在一个封闭系统中不能被创造或破坏，只是在不同形式之间进行转化。
能量衡算的基本原理可以总结如下：•输入与输出平衡：在一个能量系统中，能量的输入必须等于输出，以保持能量的平衡。
•能量转化和传递：能量衡算需要考虑能量在系统内的转化和传递过程，例如，燃烧产生的热能转化为电能或机械能等。
•能量损失：衡算中还需考虑能量的损失情况，例如，摩擦、传热过程中的损失等。
2.2 能量衡算的应用能量衡算在工程领域有广泛的应用，尤其在能源领域和环境领域。
以下是能量衡算的一些常见应用：•能源管理：通过衡算能源的输入和输出量，可以制定有效的能源管理策略，降低能源消耗和成本。
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物料衡算与能量衡算
5.1概述
工艺通过甲苯和甲醇采用纳米ZSM-5分子筛催化下通过烷基化反应制得对二甲苯，得到了高纯度的对二甲苯，并且在工艺流程中实现了甲苯和甲醇的循环利用，达到了经济环保的要求。
设计过程中利用Aspen Plus 对全流程进行模拟，并在此基础上完成物料衡算、能量衡算。
以工段为单位进行物流衡算，全流程分为甲苯甲醇烷基化反应工段、闪蒸——倾析工段、脱甲苯工段、对二甲苯提纯工段。
5.2物料衡算
5.2.1物料衡算基本原理
系统的物料衡算以质量守恒为理论基础，研究某一系统内进出物料量及组成的变化，即：
系统累计的质量=输入系统的质量-输入系统的质量+反应生成的质量-反应消耗的质量
假设系统无泄漏：
R R O U T IN C G F F dt dF -+-=/
当系统无化学反应发生时：
O U T IN F F dt dF -=/
在稳定状态下：
0/=-=O U T IN F F dt dF ，O U T IN F F =
注：IN F —进入系统的物料流率；
OUT F —流出系统的物料流率；
R G —反应产生物料速率；
R C —反应消耗物料速率。
5.2.2 物料衡算任务
通过对系统整体以及部分主要单元的详细物料衡算，得到主、副产品的产量、原料的消耗量、“三废”的排放量以及最后产品的质量指标等关键经济技术指标，对所选工艺路线、设计流程进行定量评述，为后阶段的设计提供依据。
5.2.3系统物料衡算
详见附录，物料衡算一览表。
5.3能量衡算
5.3.1基本原理
系统的能量衡算以能量守恒为理论基础，研究某一系统内各类型的能量的变化，即：
输入系统的能量=输出系统的能量+系统积累的能量
对于连续系统：
∑∑-=+IN
O U T H H W Q 注：Q —设备的热负荷；
W —输入系统的机械能；
∑OUT H —离开设备的各物料焓之和； ∑IN H —进入设备的各物料焓之和。
本项目的能量衡算以单元设备为对象，计算由机械能转换、化学反应释放能量和单纯的物理变化带来的热量变化。
5.3.2能量衡算任务
(1) 、确定流程中机械所需的功率，为设备设计和选型提供依据。
(2) 、确定精馏各单元操作中所需的热量或冷量及传递速率，确定加热剂和冷剂的用量，为后续换热和公用工程的设计做准备。
(3) 、确定反应过程中的热交换量，指导反应器的设计和选型。
(4) 、最终计算出所需的能量和费用，判定工艺过程的经济性。
5.3.3系统能量衡算
详见附录，能量衡算一览表。