物料衡算和能量衡算培训课件
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间，设备内各部分组成与条件不随时间而变化。
2021/8/29
化工过程设计
12
半连续操作过程：操作时物料一次输入或分批输入，
而出料是连续的，或连续输入物料，而出料是一次或
分批的。
稳定状态操作就是整个化工过程的操作条件（如温度、
压力、物料量及组成等）如果不随时间而变化，只是
设备内不同点有差别，这种过程称为稳定状态操作过
4.热量横算
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化工过程设计
7
9、我们的市场行为主要的导向因素，第一个是市场需求的导向，第二个是技术进步的导向，第三大导向是竞争对手的行为导向。21.8.2921.8.29Sunday, August 29, 2021
10、市场销售中最重要的字就是“问”。00:43:4600:43:4600:438/29/2021 12:43:46 AM
❖
15、我就像一个厨师，喜欢品尝食物。如果不好吃，我就不要它。2021年8月上午12时43分21.8.2900:43August 29, 2021
❖
16、我总是站在顾客的角度看待即将推出的产品或服务，因为我就是顾客。2021年8月29日星期日12时43分46秒00:43:4629 August 2021
最方便，即以一批/次作为基准。
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化工过程设计
14
③质量基准 取已知变量最多（或未知变量最少）的
物流作为基准最为合适。
例如：可取某一基准物流的质量为100Kg，然后
计算其他物流的质量。若已知进料质量百分比组成，
则选100Kg进料或者100g进料为基准，若已知出料质量百分
组成，则选100Kg进料或者100g 出料为基准。
④物质的量基准 对于有化学反应的过程，因化学反
应按摩尔进行的，用物质的量基准更方便，或者已知
进料或者出料摩尔组成的情况。若已知进料组成摩尔
分数，用100mol或者100kmol进料，反之已知出料
组成，用100mol或者100kmol出料做基准。
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化工过程设计
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⑤标准体积基准 对于气体物料，可采用标准
计文件成果编入正式设计文件。
❖
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化工过程设计
26
综上所述步骤，可归纳如下：
①、陈述的问题；
②、列出可获得的数据；
③、画出衡算方框图；
④、对物流流股及各组分编号；
⑤、确定衡算范围；
⑥、建立系统各参数的基准；
⑦、建立各组分和总物料的衡算方程；
⑧、解析方程；
⑨、校核计算结果；
⑩、绘制物料流程图，编写物流表。
（4）Chemical Abstracts （C.A）
（5）Handbook of Technology
（6）I.C.T （国际物理、化学和工艺数值手册
）
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化工过程设计
（7）化工工艺设计手册
6
物料衡算和能量衡算
❖
❖
❖
❖
1.物料衡算的基本方法和程序
2.简单的物料衡算
3.带有循环流的物料衡算
程，或称稳定过程。如果操作条件随时间而不断变化
的，则称为不稳定状态操作过程，或称不稳定过程。
间歇过程及半连续过程是不稳定状态操作。连续过程
在正常操作期间，操作条件比较稳定，此时属稳定状
态操作多在开、停工期间或操作条件变化和出现故障
时，则属不稳定状态操作。
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化工过程设计
13
2）物料衡算基准的选择
体积基准，因标准状态下1moL气体相当于
22.4×10－3m3标准体积的气体。
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化工过程设计
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二、物料衡算的基本程序
在进行物料衡算时，为了避免错误，便于
检查核对时，必须采取正确的步骤进行计算，
使之做到条理分明清晰，计算迅速，结果准
确，一般程序如下：
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化工过程设计
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－ 程单元
的物料
量
在过程
＋ 单元内
生成的
物料量
在过程
－ 单元内
消耗的
物料量
过程单
元内累
＝ 积的物
料量
（Fo）
（Dp）
（ Dr ）
（W）
化工过程设计
9
即 ： （ Fi－Fo）＋ （Dp－ Dr ）＝ W
上式：即可对总物料，也可以对其中任一组分或元
素列出。
在下列情况下上式可简化为：
①稳定操作过程（ Fi－Fo）＋ （Dp－ Dr ）＝ 0
天数300～330天/年（计约8000h）。
②有关定额的技术指标，这类数据通常指产品单
耗、配料比、循环比、固液比、气液比、回流
比、利用率、单程收率、回收率等等。
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化工过程设计
19
③、原辅材料厂、产品、中间产品的规格，
包括原料的有效成分和杂质含量，气体或液
体混合物的组成。
④、与过程有关有物理化学参数，如临界参
等等。这些数据习惯上称为“化工基础数据”，它是由物料
本身的物理化学性质所决定的。因此，又被称作“物化数据”
或“物性数据”。
13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成。21.8.2921.8.2900:43:4600:43:46August 29, 2021
❖
14、市场营销观念：目标市场，顾客需求，协调市场营销，通过满足消费者需求来创造利润。2021年8月29日星期日上午12时43分46秒00:43:4621.8.29
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。
一般计算过程的基准有以下几种：
①时间基准 对于连续操作过程，选用单位时间作为基
准是很自然的，单位时间可取1d、1h或1s等等。此时
得到的物料流量可以直接与设备或管道尺寸相联系。
②批量基准 对于间歇操作，按投入物料的数量为基准，
（8）独立的总物流变量个数与方程个数，确定设
计变量和个数及全部设计变量。
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化工过程设计
24
❖
进行化工过程设计，要确定各个物理量的数值，如进料
流率、浓度、温度、压力、热负荷、机械功的输入和输出，
传热面积的大小及理论塔板数等，这些物理量都是相互关联
相互制约的，因此设计者只能规定其中若干变量的数值，这
数、密度或比体积、状态方程参数、蒸汽压、
气液平衡常数或平衡关系，粘度、扩散参数
等
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化工过程设计
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（6）列出过程的全部独立物料平衡方
程式及其相关约束式，对有化学反应
的还要写出化学反应方程式，明确反
应前后的物料组成和各组分之间的定
量关系，必要时还应指出其转化率和
选择性，为计算作准备。
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化工过程设计
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约束式可分为两类：
（Ⅰ）分数约束式
当物流的组成用摩尔分数或质量分数表示时，
用下式成立
∑xij=1（i=1，2，……Ns）
（j=1，2，……Nc）
式中：
xij —— 第j组分在第i股流中的摩尔分数（或质
量分数）；
Ns —— 物流的股数；
Nc —— 物流的组分数。
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11、现今，每个人都在谈论着创意，坦白讲，我害怕我们会假创意之名犯下一切过失。21.8.2900:43:4600:43Aug-2129-Aug-21
❖
12、在购买时，你可以用任何语言；但在销售时，你必须使用购买者的语言。00:43:4600:43:4600:43Sunday, August 29, 2021
（1） 确定衡算对象和范围（如：一个单元，一套装
置或一个系统），并画出计算对象的草图，对于整个
工艺流程，要画出物料流程示意图（方框图即可）绘
制物料流程草图时，要注意物料种类和走向，输入和
输出要明确表示出来。
（2） 确定计算任务，明确什么是已知项，什么是待
求项，选择适当的数学公式，力求计算方法简便。
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（如：萃取过程、过滤过程）。
连续操作过程：在整个操作期间，原料不断稳
定地输入生产设备，同时不断从设备排出同样
数量（总量）的物料。设备的进料和出料是连
续流动的，即为连续操作过程。在整个操作期
些变量称为设计变量。如果设计过程中给定数值的物理量少
于设计变量的数目，设计就不会有结果；反之，给定数值的
物理量数目过多设计也无法进行。
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化工过程设计
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（9）整理并校核计算结果，当计算完成后，
对计算结果进行整理，并根据需要换算基准，
最后列成表格即物流表。
❖ （10）绘制物料流程图，编写物流表作为设
（3） 确定过程所涉及的组分，并对所有组分依次编
号。
（4） 对物流的流股进行编号，并标注物流变量。
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化工过程设计
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（5）收集数据资料，数据资料包括两类：即设计
任务所规定的已知条件，与过程有关的物理化
学参数，具体包括以下内容：
①生产规模和生产时间，生产规模是设计任务所
规定（T/年），生产时间是指全年的有效生产
式、管件、阀件等）。
（11）环境保护、安全保护等规范和资料。
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化工过程设计
5
§3-1 工艺计算前的准备工作
二、几本常用的化工设计资料和手册
（1）Industrial Chemicals
（2）Encyclopedia of Chemical
Technology
（3）Science and Technology
生产步骤和化学反应（包括主、付反应）各步
骤所需的原料，中间体规格和物理化学性质，成
品的规格和物化性质，每批加料量或单位时间进料
量，各生产步骤的产率。
（2）工艺流程图及说明。
（3）热量计算参数和设备计算数据
（ΔH、Cp、K、λ、α等）。
（4）流体输送过程参数
（粘度μ、密度ρ、摩擦系数等）。
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第三章物料衡算和能量衡算
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化工过程设计
1
化工过程的物料衡算和能量衡算，是利用物理与化学
的基本定律，对化工过程单元系统的物料平衡与能量平衡
进行定量计算。通过计算解决以下问题：
1、找出主副产品的生成量、废物的排出量。
2、确定原材料消耗定额。
3、确定各物流流量、组成和状态。
4、确定流程内物质转换与能量传递情况。
化工过程设计
4
§3-1 工艺计算前的准备工作
一、工艺性资料的收集
（5）传质过程系数，相平衡数据。
（6）冷冻过程的热力学参数。
（7）具体的工艺操作条件（温度T、压力P、流量G）
（8）介质的物性和材质性能，材质数据，腐蚀数据。
（9）车间平立面布置的参考资料。
（10）管道设计资料（管道配置、管道材质、架设方
从而为，设备选型以及设备尺寸，管路设施与公用工
程提供依据。
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化工过程设计
2
化工过程有许多输入流股和输出流股，
本章内容是讲授确定这些流股的策略与方法，
物料衡算与热量横算是化工工程师接触最频
繁的计算。
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化工过程设计
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§3-1 工艺计算前的准备工作
一、工艺性资料的收集
（1）物料衡算提纲。
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❖
三、化工基础数据
在化工计算以及化工工艺和设备设计中，必不可少地要
❖
用到有关化合物的物性数据。例如，进行化工过程物料与能
量衡算时，需要用到密度或比容、沸点、蒸汽压、烩、热容
及生成热等等的物性数据；设计一个反应器时，则需要知道
化学反应热的数据；计算传热过程时，需要导热系数的数据
化工过程设计
22
（Ⅱ）设备约束式
常见的设备约束式有：
①、进料比（或任何两股物流的量之比）为一常数；
②、两股物流具有相同的组成（如分流器）；
③、相平衡常关系式；
④、化学平衡关系式；
⑤、化学反应过程中的转化率、选择性或其他限度。
⑥、物料平衡式 C
⑦、能量平衡式 1
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化工过程设计
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（7）选择计算基准
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。
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化工过程设计
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间歇操作过程：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
❖
17、利人为利已的根基，市场营销上老是为自己着想，而不顾及到他人，他人也不会顾及你。上午12时43分46秒上午12时43分00:43:4621.8.29
❖
❖
❖
第一节
物料衡算的基本方法和程序
一、物料衡算的基本方法
1、物料平衡方程
理论依据：质量守恒定律
进入过
程单元
的物料
量
（Fi）
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流出过
②系统内无化学反应：Fi－Fo ＝ W
③系统内无化学反应的稳态操作过程： Fi－Fo ＝0
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。
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化工过程设计
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2、物料衡算基准
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
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半连续操作过程：操作时物料一次输入或分批输入，
而出料是连续的，或连续输入物料，而出料是一次或
分批的。
稳定状态操作就是整个化工过程的操作条件（如温度、
压力、物料量及组成等）如果不随时间而变化，只是
设备内不同点有差别，这种过程称为稳定状态操作过
4.热量横算
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9、我们的市场行为主要的导向因素，第一个是市场需求的导向，第二个是技术进步的导向，第三大导向是竞争对手的行为导向。21.8.2921.8.29Sunday, August 29, 2021
10、市场销售中最重要的字就是“问”。00:43:4600:43:4600:438/29/2021 12:43:46 AM
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15、我就像一个厨师，喜欢品尝食物。如果不好吃，我就不要它。2021年8月上午12时43分21.8.2900:43August 29, 2021
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16、我总是站在顾客的角度看待即将推出的产品或服务，因为我就是顾客。2021年8月29日星期日12时43分46秒00:43:4629 August 2021
最方便，即以一批/次作为基准。
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③质量基准 取已知变量最多（或未知变量最少）的
物流作为基准最为合适。
例如：可取某一基准物流的质量为100Kg，然后
计算其他物流的质量。若已知进料质量百分比组成，
则选100Kg进料或者100g进料为基准，若已知出料质量百分
组成，则选100Kg进料或者100g 出料为基准。
④物质的量基准 对于有化学反应的过程，因化学反
应按摩尔进行的，用物质的量基准更方便，或者已知
进料或者出料摩尔组成的情况。若已知进料组成摩尔
分数，用100mol或者100kmol进料，反之已知出料
组成，用100mol或者100kmol出料做基准。
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⑤标准体积基准 对于气体物料，可采用标准
计文件成果编入正式设计文件。
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综上所述步骤，可归纳如下：
①、陈述的问题；
②、列出可获得的数据；
③、画出衡算方框图；
④、对物流流股及各组分编号；
⑤、确定衡算范围；
⑥、建立系统各参数的基准；
⑦、建立各组分和总物料的衡算方程；
⑧、解析方程；
⑨、校核计算结果；
⑩、绘制物料流程图，编写物流表。
（4）Chemical Abstracts （C.A）
（5）Handbook of Technology
（6）I.C.T （国际物理、化学和工艺数值手册
）
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（7）化工工艺设计手册
6
物料衡算和能量衡算
❖
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1.物料衡算的基本方法和程序
2.简单的物料衡算
3.带有循环流的物料衡算
程，或称稳定过程。如果操作条件随时间而不断变化
的，则称为不稳定状态操作过程，或称不稳定过程。
间歇过程及半连续过程是不稳定状态操作。连续过程
在正常操作期间，操作条件比较稳定，此时属稳定状
态操作多在开、停工期间或操作条件变化和出现故障
时，则属不稳定状态操作。
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2）物料衡算基准的选择
体积基准，因标准状态下1moL气体相当于
22.4×10－3m3标准体积的气体。
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二、物料衡算的基本程序
在进行物料衡算时，为了避免错误，便于
检查核对时，必须采取正确的步骤进行计算，
使之做到条理分明清晰，计算迅速，结果准
确，一般程序如下：
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－ 程单元
的物料
量
在过程
＋ 单元内
生成的
物料量
在过程
－ 单元内
消耗的
物料量
过程单
元内累
＝ 积的物
料量
（Fo）
（Dp）
（ Dr ）
（W）
化工过程设计
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即 ： （ Fi－Fo）＋ （Dp－ Dr ）＝ W
上式：即可对总物料，也可以对其中任一组分或元
素列出。
在下列情况下上式可简化为：
①稳定操作过程（ Fi－Fo）＋ （Dp－ Dr ）＝ 0
天数300～330天/年（计约8000h）。
②有关定额的技术指标，这类数据通常指产品单
耗、配料比、循环比、固液比、气液比、回流
比、利用率、单程收率、回收率等等。
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③、原辅材料厂、产品、中间产品的规格，
包括原料的有效成分和杂质含量，气体或液
体混合物的组成。
④、与过程有关有物理化学参数，如临界参
等等。这些数据习惯上称为“化工基础数据”，它是由物料
本身的物理化学性质所决定的。因此，又被称作“物化数据”
或“物性数据”。
13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成。21.8.2921.8.2900:43:4600:43:46August 29, 2021
❖
14、市场营销观念：目标市场，顾客需求，协调市场营销，通过满足消费者需求来创造利润。2021年8月29日星期日上午12时43分46秒00:43:4621.8.29
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。
一般计算过程的基准有以下几种：
①时间基准 对于连续操作过程，选用单位时间作为基
准是很自然的，单位时间可取1d、1h或1s等等。此时
得到的物料流量可以直接与设备或管道尺寸相联系。
②批量基准 对于间歇操作，按投入物料的数量为基准，
（8）独立的总物流变量个数与方程个数，确定设
计变量和个数及全部设计变量。
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进行化工过程设计，要确定各个物理量的数值，如进料
流率、浓度、温度、压力、热负荷、机械功的输入和输出，
传热面积的大小及理论塔板数等，这些物理量都是相互关联
相互制约的，因此设计者只能规定其中若干变量的数值，这
数、密度或比体积、状态方程参数、蒸汽压、
气液平衡常数或平衡关系，粘度、扩散参数
等
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（6）列出过程的全部独立物料平衡方
程式及其相关约束式，对有化学反应
的还要写出化学反应方程式，明确反
应前后的物料组成和各组分之间的定
量关系，必要时还应指出其转化率和
选择性，为计算作准备。
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约束式可分为两类：
（Ⅰ）分数约束式
当物流的组成用摩尔分数或质量分数表示时，
用下式成立
∑xij=1（i=1，2，……Ns）
（j=1，2，……Nc）
式中：
xij —— 第j组分在第i股流中的摩尔分数（或质
量分数）；
Ns —— 物流的股数；
Nc —— 物流的组分数。
2021/8/29
11、现今，每个人都在谈论着创意，坦白讲，我害怕我们会假创意之名犯下一切过失。21.8.2900:43:4600:43Aug-2129-Aug-21
❖
12、在购买时，你可以用任何语言；但在销售时，你必须使用购买者的语言。00:43:4600:43:4600:43Sunday, August 29, 2021
（1） 确定衡算对象和范围（如：一个单元，一套装
置或一个系统），并画出计算对象的草图，对于整个
工艺流程，要画出物料流程示意图（方框图即可）绘
制物料流程草图时，要注意物料种类和走向，输入和
输出要明确表示出来。
（2） 确定计算任务，明确什么是已知项，什么是待
求项，选择适当的数学公式，力求计算方法简便。
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（如：萃取过程、过滤过程）。
连续操作过程：在整个操作期间，原料不断稳
定地输入生产设备，同时不断从设备排出同样
数量（总量）的物料。设备的进料和出料是连
续流动的，即为连续操作过程。在整个操作期
些变量称为设计变量。如果设计过程中给定数值的物理量少
于设计变量的数目，设计就不会有结果；反之，给定数值的
物理量数目过多设计也无法进行。
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（9）整理并校核计算结果，当计算完成后，
对计算结果进行整理，并根据需要换算基准，
最后列成表格即物流表。
❖ （10）绘制物料流程图，编写物流表作为设
（3） 确定过程所涉及的组分，并对所有组分依次编
号。
（4） 对物流的流股进行编号，并标注物流变量。
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（5）收集数据资料，数据资料包括两类：即设计
任务所规定的已知条件，与过程有关的物理化
学参数，具体包括以下内容：
①生产规模和生产时间，生产规模是设计任务所
规定（T/年），生产时间是指全年的有效生产
式、管件、阀件等）。
（11）环境保护、安全保护等规范和资料。
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§3-1 工艺计算前的准备工作
二、几本常用的化工设计资料和手册
（1）Industrial Chemicals
（2）Encyclopedia of Chemical
Technology
（3）Science and Technology
生产步骤和化学反应（包括主、付反应）各步
骤所需的原料，中间体规格和物理化学性质，成
品的规格和物化性质，每批加料量或单位时间进料
量，各生产步骤的产率。
（2）工艺流程图及说明。
（3）热量计算参数和设备计算数据
（ΔH、Cp、K、λ、α等）。
（4）流体输送过程参数
（粘度μ、密度ρ、摩擦系数等）。
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第三章物料衡算和能量衡算
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化工过程设计
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化工过程的物料衡算和能量衡算，是利用物理与化学
的基本定律，对化工过程单元系统的物料平衡与能量平衡
进行定量计算。通过计算解决以下问题：
1、找出主副产品的生成量、废物的排出量。
2、确定原材料消耗定额。
3、确定各物流流量、组成和状态。
4、确定流程内物质转换与能量传递情况。
化工过程设计
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§3-1 工艺计算前的准备工作
一、工艺性资料的收集
（5）传质过程系数，相平衡数据。
（6）冷冻过程的热力学参数。
（7）具体的工艺操作条件（温度T、压力P、流量G）
（8）介质的物性和材质性能，材质数据，腐蚀数据。
（9）车间平立面布置的参考资料。
（10）管道设计资料（管道配置、管道材质、架设方
从而为，设备选型以及设备尺寸，管路设施与公用工
程提供依据。
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化工过程设计
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化工过程有许多输入流股和输出流股，
本章内容是讲授确定这些流股的策略与方法，
物料衡算与热量横算是化工工程师接触最频
繁的计算。
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§3-1 工艺计算前的准备工作
一、工艺性资料的收集
（1）物料衡算提纲。
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三、化工基础数据
在化工计算以及化工工艺和设备设计中，必不可少地要
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用到有关化合物的物性数据。例如，进行化工过程物料与能
量衡算时，需要用到密度或比容、沸点、蒸汽压、烩、热容
及生成热等等的物性数据；设计一个反应器时，则需要知道
化学反应热的数据；计算传热过程时，需要导热系数的数据
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（Ⅱ）设备约束式
常见的设备约束式有：
①、进料比（或任何两股物流的量之比）为一常数；
②、两股物流具有相同的组成（如分流器）；
③、相平衡常关系式；
④、化学平衡关系式；
⑤、化学反应过程中的转化率、选择性或其他限度。
⑥、物料平衡式 C
⑦、能量平衡式 1
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（7）选择计算基准
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。
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间歇操作过程：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
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17、利人为利已的根基，市场营销上老是为自己着想，而不顾及到他人，他人也不会顾及你。上午12时43分46秒上午12时43分00:43:4621.8.29
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第一节
物料衡算的基本方法和程序
一、物料衡算的基本方法
1、物料平衡方程
理论依据：质量守恒定律
进入过
程单元
的物料
量
（Fi）
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流出过
②系统内无化学反应：Fi－Fo ＝ W
③系统内无化学反应的稳态操作过程： Fi－Fo ＝0
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。
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2、物料衡算基准
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