物料衡算过程课件
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化工生产过程物料衡算能量衡算介绍课件
化工生产过程的特点
01 连续性：化工生产过程通常为连续生产，以保证生产效 率和产品质量。
02 复杂性：化工生产过程涉及多种化学反应和物理变化， 过程复杂，需要精确控制。
03 安全性：化工生产过程涉及易燃、易爆、有毒等危险物质， 需要严格控制生产条件和操作流程，确保生产安全。
04 环保性：化工生产过程会产生废气、废水、废渣等污染物， 需要采取有效措施进行环保处理，降低对环境的影响。
物料衡算能量衡算在化工生产过程中的作用
物料衡算：计算物料的投入和产出，确保生产过程的物料平衡，提高生产效 率。
能量衡算：计算生产过程中的能量消耗和产出，优化生产工艺，降低能耗， 提高能源利用率。
物料衡算能量衡算相结合：综合考虑物料和能量的平衡，优化生产工艺，降 低生产成本，提高生产效益。
物料衡算能量衡算在化工生产过程中的应用：广泛应用于化工生产过程的设 计、优化和改进，提高生产过程的安全性、环保性和经济性。
物料衡算在质量管理中的应用：物料衡算可以帮助分析产品 质量情况，从而制定质量控制措施和优化质量管理。
能量衡算的概念
能量衡算是化工生产过程中对能量 进行计算和分析的方法
能量衡算的目的是为了优化生产过 程，提高能源利用效率
能量衡算主要包括热能、机械能、 电能等能量的计算和分析
能量衡算可以帮助企业降低生产成 本，减少能源消耗，提高生产效率
视觉效果：运用色彩、图片、动画等元素，提高课 件的视觉效果和吸引力
互动设计：设置提问、讨论、练习等互动环节，提 高学员的参与度和学习效果
课件制作工具：选择合适的课件制作工具，如 PowerPoint、Keynote等，提高制作效率和质量
能量衡算的应用
优化生产工艺：通过能量衡 算，可以优化生产工艺，提 高生产效率
化工原理课件(十一五)课件第六章第四节物料衡算和操作线方程
（5）过热蒸气进料
q Cm' p (Ts tF ) < 0 rm
总物料衡算
液相分率 q L' L
F
V ’ ＝L’－W
L’=V’+W ①
L' L
q
②
F
L，=L+qF
V'=V+(q－1)F
提馏段物料衡算
q的引入，使提馏段上升蒸汽及下降液体流量的计算容易了。
联想恒摩尔流假设中V与V’，L与L’不 一定相等，那么什么情况下相等？
IL≈IL'
代入②式并 与①联立
V,IV
L,IL
V’, IV’ L’, IL’
（V－V'） IV =F IF－(L'－L) IL
IV I F L' L
IV IL
F
=q
q L' L F
液相分率
热状况
q
IV IV
IF IL
将1kmol原料变成饱和蒸汽所需热量 1kmol原料的汽化潜热
参数
三、q 线方程（进料方程）
Vy=Lx+DxD ① V'y=L'x－WxW ②
进料板连接着精馏段与提 馏段，因此组成相同，下 标省略！
① － ②：
1.0
（V'－V）y=(L'－L)x－(DxD+WxW)
q=1 q>1
a
0<q<1
（q－1)F y=q F x－F xF
y q x xF q 1 q 1 ——q线方程
W V'
xW
y
1.0
因为 L’=V’+W
而L’、 V’受进料温度状 况的影响，所以在学习 下面内容之前，无法分
物料衡算培训课件(PPT55页).pptx
三、确定计算任务： 在生产任务已定的前提下，根据消耗定额和工艺指 标可以求得羰化工序各项进料量，然后按流程顺序从 前往后计算。
四、收集数据：
1、全装置工艺数据；
(1)、生产规模：年产500吨100%丙酮；
(2)、生产时间：年工作时数7200h；
(3)、反应塔空时产率：350~500g/l*h;
(4)、选择性：95%以上； (5)、氧转化率：50~60%； (6)、氯化钯生产能力：30~40 g/g*h (7)、丙烯单程转化率：95~99%。
CH3—CH=CH2+1/2O2
Pdcl2, Cucl2
║ CH3—C—CH3
+69kcal/mol
1、羰化塔 2、羰化分离器 3、闪蒸塔 4、酸水缸 5、氧化塔 6、气液分离器 7、缓冲罐 8、氧化吸收塔 9、尾气冷凝器 10、羰化吸收塔 11、初馏塔 12、塔顶冷凝器 13、气液分离器 14、排醛塔 15、塔顶冷凝器 16、气液分离器 17、丙醛冷凝器 18、精馏塔 19、塔顶冷凝器 20、气液分离器 21、丙醛计量槽 22、成品贮槽 23、丙醛贮槽 24、粗丙酮贮槽 25、进料泵 26、进料泵 27、吸收液槽 28、进料泵 29、吸收液贮槽 30、水泵 31、催化剂循环压缩机
2、工艺操作条件及控制指标：
(1)氧化塔：
塔底压力：11.5 atm (表压) 塔顶压力：9.5 atm (表压) 塔底温度：105℃
塔顶温度：100 ℃ (2)羰化塔：
塔底压力：9 atm (表压) 塔顶压力：8 atm (表压) 塔底温度：107 ℃ 塔顶温度：103 ℃ 丙烯量(100%，kg/h)/催化剂循环量(M3/h)=4.4~3.44
• 7.结论与验算
物料衡算课件
2
➢ 物料衡算是化工计算的主要内容之一。 ➢ 化工计算包括工艺设计中的物料衡算、能量
衡算、设备选型及计算三部分内容。
➢ 物料衡算是工艺计算的基础，在整个工艺计 算工作中开始的最早，并且是最先完成的项 目。
➢ 当生产方法确定并完成了工艺流程示意图设 计后，即可进行物料衡算。
➢ 由此设计工作由定性分析转入定量计算。
9
在物料衡算时，计算对象可以是全厂、全车间、 某一生产线、某一产品，在一年或一月或一日或一个 班次，也可以是单位批次的物料数量。一般新建食品 工厂的工艺设计都是以“班”产量为基准。 （一）物料计算方法(技术经济定额指标法)
• 每班耗用原料量（kg／班）=单位产品耗用原料量（kg／t） ×班产量（t／班）；
15
排出物料综合表
经此物料衡算后，即可进行下一步的热量计算和设备选择工作了。
16
总物料平衡表
原料（吨/班）
成品及消耗（吨/\班）
杂
质
棉籽
短
绒
棉
壳
脱去的水分
榨
饼
毛油
总计
经此物料衡算后，即可进行下一步的 热量计算和设备选择工作了。
17
第四节 设备生产能力的计算和选型
一、设备计算和选型的目的和意义 二、设备的分类及选型的原则 三、设备计算和选型的方法 四、选则设备时的注意事项
3
一、物料衡算的概念和意义
• 物料衡算是指：根据质量守恒定律，凡 引入某一系统或设备的物料重量Gm，必 等于所得到的产物重量Gp和物料损失量Gt 之和，即：Gm=GP + Gt
4
在食品工程中，对以下过程都要进行物 料衡算。 1.导出某一过程的基本方程式和建立数学 模型； 2.设计或改造工艺流程和设备； 3.了解和控制生产操作过程； 4. 核算过程的经济效益。
➢ 物料衡算是化工计算的主要内容之一。 ➢ 化工计算包括工艺设计中的物料衡算、能量
衡算、设备选型及计算三部分内容。
➢ 物料衡算是工艺计算的基础，在整个工艺计 算工作中开始的最早，并且是最先完成的项 目。
➢ 当生产方法确定并完成了工艺流程示意图设 计后，即可进行物料衡算。
➢ 由此设计工作由定性分析转入定量计算。
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在物料衡算时，计算对象可以是全厂、全车间、 某一生产线、某一产品，在一年或一月或一日或一个 班次，也可以是单位批次的物料数量。一般新建食品 工厂的工艺设计都是以“班”产量为基准。 （一）物料计算方法(技术经济定额指标法)
• 每班耗用原料量（kg／班）=单位产品耗用原料量（kg／t） ×班产量（t／班）；
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排出物料综合表
经此物料衡算后，即可进行下一步的热量计算和设备选择工作了。
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总物料平衡表
原料（吨/班）
成品及消耗（吨/\班）
杂
质
棉籽
短
绒
棉
壳
脱去的水分
榨
饼
毛油
总计
经此物料衡算后，即可进行下一步的 热量计算和设备选择工作了。
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第四节 设备生产能力的计算和选型
一、设备计算和选型的目的和意义 二、设备的分类及选型的原则 三、设备计算和选型的方法 四、选则设备时的注意事项
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一、物料衡算的概念和意义
• 物料衡算是指：根据质量守恒定律，凡 引入某一系统或设备的物料重量Gm，必 等于所得到的产物重量Gp和物料损失量Gt 之和，即：Gm=GP + Gt
4
在食品工程中，对以下过程都要进行物 料衡算。 1.导出某一过程的基本方程式和建立数学 模型； 2.设计或改造工艺流程和设备； 3.了解和控制生产操作过程； 4. 核算过程的经济效益。
制药工程原理与设计物料衡算-PPT课件
根据pr 和Tr查 表得Z
pr
p pc
临界值
H2、He和Ne
pr
p pc 8
T Tr Tc
Tr
T Tc 8
g
Mp ZRT
如为混合气体
g
Mp Zmix RT
3） 真实气体混合物 仍用压缩因子法计算
pr
p pc '
假临界值
物料平衡表
基准：每小时 单位：kg
输入 名称 重量 组成%
输出
单重 名称 重量
组成%
单重
混酸
435 HNO3 H2SO4
47 204.5 49 213.1 废酸
H2O
4 17.4
氯 苯 394 C6H5Cl 92 362.5 硝基
混合料
NO2C6H4Cl 8 31.5 物层
共计 829
100
829 共计
料 1. 画出工艺流程示意图 T，配比等 ➢未知的，待求的未知项，用字母，
衡
符号标定清楚。
算
➢画出与物料衡算有关的设备及管线
的 2. 列出化学方程式 基 本 3. 确定计划任务 步 4. 收集数据 骤
➢写明反应过程的热效应 ➢省略次要的副反应
➢分析未知 ➢选择公式
收集数据
➢ 生产规模和生产时间（年生产时数）
➢ 与计算有关的物理化学常数 如密度，蒸汽压，相平衡常数
5. 选择计算基准
➢时间基准 ➢质量基准 ➢体积基准 ➢干湿基准
6. 建立物料平衡方程， 列出的数学关联式的数目应与
进行物料衡算
所求未知项的数目相同，若数学
式不够，用试差法求解。
7. 整理并校核计算结果
8. 绘制物料流程图， 填写物料平衡表。
化工计算第三章3化学反应过程物料衡算PPT课件
混合燃料中氢与甲烷的比例：
H2 = 0.90 1 CH4 8.13 9
混合燃料与空气的比例：
混 空 合 气 燃 =0.99料 0 .148.1 23110
2．利用化学平衡常数进行衡算
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。
烟道气中N2量： 0 .72 12 m 0= 2 7 0 o .2 2 m l2o
以为联系组分，根据式
Fxt,f =Pxt,p ，
即空气中的与烟道气中量相等，有输入的空气量：
72.22mo=l91.42mol
其中O2量：
0.79
9 .4 1 m 2 0 .o 2= 1 l 1 .2 9 m 0ol
F xFT＝P xPT ，即
F
x
= PT
P
x
FT
用联系组分作衡算，尤其是对含未知量较 多的物料衡算，可以使计算简化。
第三章 物料衡算
选择联系组分时，如果体系中存在数种联 系组分，那么，此时就要选择一个适宜的联系组 分，或联合采用以减小误差。但是，应该注意， 当某个联系组分数量很小，而且此组分的分析相 对误差又较大时，则不宜选用。
4、具有循环、排放即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。
第三章 物料衡算
新鲜 原料F
循环物料R
由C的平衡燃料中CH4量：8.13mol CH4完全燃烧消耗O2量： 8 .1m 3 2 o = 1 l.2 6 m 6ol H2完全燃烧耗O2量：( 1.2 9 - 1 0 .2 6 - 2 6 .4)m 9= 0 o .4m l5ol
H2 = 0.90 1 CH4 8.13 9
混合燃料与空气的比例：
混 空 合 气 燃 =0.99料 0 .148.1 23110
2．利用化学平衡常数进行衡算
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。
烟道气中N2量： 0 .72 12 m 0= 2 7 0 o .2 2 m l2o
以为联系组分，根据式
Fxt,f =Pxt,p ，
即空气中的与烟道气中量相等，有输入的空气量：
72.22mo=l91.42mol
其中O2量：
0.79
9 .4 1 m 2 0 .o 2= 1 l 1 .2 9 m 0ol
F xFT＝P xPT ，即
F
x
= PT
P
x
FT
用联系组分作衡算，尤其是对含未知量较 多的物料衡算，可以使计算简化。
第三章 物料衡算
选择联系组分时，如果体系中存在数种联 系组分，那么，此时就要选择一个适宜的联系组 分，或联合采用以减小误差。但是，应该注意， 当某个联系组分数量很小，而且此组分的分析相 对误差又较大时，则不宜选用。
4、具有循环、排放即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。
第三章 物料衡算
新鲜 原料F
循环物料R
由C的平衡燃料中CH4量：8.13mol CH4完全燃烧消耗O2量： 8 .1m 3 2 o = 1 l.2 6 m 6ol H2完全燃烧耗O2量：( 1.2 9 - 1 0 .2 6 - 2 6 .4)m 9= 0 o .4m l5ol
化学反应过程的物料衡算ppt课件
例4-22
CO2
CO变换 转化气 F
CO2脱除 RP CO 8.76%
H2 89.75%
FF 分流
B CO 43.12% H2 54.20%
图4-33 例4-23流程图
混合
合成气 CO:H2=1:2.4
MP 2321m3.h-1
完整版课件
1
第四节 化学反应过程的物料衡算
例
甲苯催化加氢脱甲基制苯，主反应和副反应
10
第5节 物料衡算的计算机解题
一、手工求解线性方程组
例 采用高斯消元法求解三阶方程组
2x1 x2 3x3 1 4x1 2x2 5x3 4 x1 2x2 7
2 1 3x1 1
2 1 3 x1 1
4 2 5x24第 2,3第 行 一 各 次 元 消 素 元 依次 0 4
1
x2
2
1 2 0x3 7
混合器chffmfrxffmfmol96mol15mol04mol041504ff2021精选ppt10组分合计物质的量molh14904156404ff摩尔分数76582342100物质的量molh1751510100mf摩尔分数751510100物质的量molh1234411769904rp摩尔分数614330624681187100物质的量molh111761476摩尔分数20337967100物质的量molh1608423448428摩尔分数72192781100物质的量molh125961003596摩尔分数72192781100物质的量molh1348813444832摩尔分数72192781100计算结果汇总列表如下表2021精选ppt1130042021单元1数据处理第5节物料衡算的计算机解题一手工求解线性方程组251565行各元素依次减去第行各元素第二次消元第行各元素依次减去第0875525返回2021精选ppt1230042021单元1数据处理二采用excel求解线性方程组一方法一gauss消去法与excel单元格驱动相结合求解返回d16c1662021精选ppt1330042021单元1数据处理二采用excel求解线性方程组二方法二采用excel自带函数求解线性方程组返回第二步
物料衡算培训课件(71页)
二、物料衡算的类型
1.按物质变化分为： • 物理过程的物料衡算：只发生相态和浓度的变化，
主要体现在混合、分离过程，如流体的输送、结晶、 过滤、干燥、粉碎、萃取、等单元操作
丙酮6194.5kg
结
晶
纯品176.2kg
丙酮476.5kg
罐
母液6487.4kg 损失7.4kg
• 化学过程的物料衡算：发生化学合成反应，通过化 学 组分平衡和元素平衡进行计算。主要涉及化学反 应速率、转化率、收率等。
92 98
CH3
+ H2O
172SO3H 18
3.根据给定条件画出流程简图
画流程简图步骤及要点如下： • 1）流程简图中的设备可用方框表示; • 2）用线条和箭头表示物料流股的途径和流向； • 3）标出流股的已知变量（流量、组成等） • 4）未知量用符号表示。 • 根据已知量和未知量划定体系，利用已知条件，或
• 若有化学反应，要写出所有物系的化学反应 方程式。
• 如硫酸磺化甲苯生产对甲苯磺酸
主反应 • 副反应I
CH3 + H2SO4 110~140 0C
CH3 + H2O
CH3 + H2SO4 110~ 0C
SO3H CH3
SO3H
+ H2O
• 副反应II
分子量
CH3 + H2SO4 110~140 0C
物系:是人为规定一个过程的全部或它的某一部分作为完 成的研究对象,也称体系或系统.他可以是一个单元操作, 一个反应,也可以是一个车间、工段或设备。 对孤立的封闭系统，公式为：
Σ m积累 = Σ m进料 - Σ m出料
若物系中没有积累计量时，公式可简化为：
物料衡算和热量衡算PPT课件
3
三、物料衡算式
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＝积累的物料量
“积累的物料量”是表示体系内物料随时间而变化时所增加 或减少的量，物料量增加时积累项为正值；物料量减少时， 积累项为负值；如果体系是一个没有化学反应的物理过程， 则反应消耗和生成的物料量均为零。当积累项等于零时，表 示进出体系的物料量维持平衡，即达到稳定状态。
7
解：基准100 mol烟道气 烟道气中氮量=72.18 mol 氧量=2.44 mol
以氮为衡算联系物，根据F·χt，f = P·χt，p可以求出
空气加入量=72.18÷79％=91.37 mol 空气中氧量=91.37×21％=19.187 mol 氧总反应量=19.187—2.44=16.747 mol 烟道气中二氧化碳量=8.11 mol
m新m粗m放
19
放空物料量占分离剩余物料量的百分率称为放空率α。循环 物料量占分离剩余物料量的百分率称为循环率β。显然，放 空率与循环率之和为100％
循环过程有三个过程限制参数，它们是循环比、混合比和排放比。在对 分离器、混合器等进行物料衡算时这三个参数很重要，有时可以作为解 题的线索。
第十六章 物料衡算和热量衡算
化工生产技术
1
一、物料衡算及其分类
物料衡算是根据质量守恒定律，对化工过程中的各股物料进行分析 和定量计算，以确定它们的数量、组成和相互比例关系，并确定它 们在物理变化或化学变化过程中相互转移或转化的定量关系的过程。
按其衡算范围 单元操作、全流程 操作方式 间歇操作、连续操作 有无反应过程 有化学反应过程、无化学反应过程
17
整个过程可划分为1个总系统和包括三个物理过程（混合、分离、放 空分流）以及一个反应过程的4个子系统。总系统的物料衡算提供新鲜原 料和产品之间的关系。子系统的物料衡算提供包括循环物料在内的进出各 设备的流量和组成
三、物料衡算式
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＝积累的物料量
“积累的物料量”是表示体系内物料随时间而变化时所增加 或减少的量，物料量增加时积累项为正值；物料量减少时， 积累项为负值；如果体系是一个没有化学反应的物理过程， 则反应消耗和生成的物料量均为零。当积累项等于零时，表 示进出体系的物料量维持平衡，即达到稳定状态。
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解：基准100 mol烟道气 烟道气中氮量=72.18 mol 氧量=2.44 mol
以氮为衡算联系物，根据F·χt，f = P·χt，p可以求出
空气加入量=72.18÷79％=91.37 mol 空气中氧量=91.37×21％=19.187 mol 氧总反应量=19.187—2.44=16.747 mol 烟道气中二氧化碳量=8.11 mol
m新m粗m放
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放空物料量占分离剩余物料量的百分率称为放空率α。循环 物料量占分离剩余物料量的百分率称为循环率β。显然，放 空率与循环率之和为100％
循环过程有三个过程限制参数，它们是循环比、混合比和排放比。在对 分离器、混合器等进行物料衡算时这三个参数很重要，有时可以作为解 题的线索。
第十六章 物料衡算和热量衡算
化工生产技术
1
一、物料衡算及其分类
物料衡算是根据质量守恒定律，对化工过程中的各股物料进行分析 和定量计算，以确定它们的数量、组成和相互比例关系，并确定它 们在物理变化或化学变化过程中相互转移或转化的定量关系的过程。
按其衡算范围 单元操作、全流程 操作方式 间歇操作、连续操作 有无反应过程 有化学反应过程、无化学反应过程
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整个过程可划分为1个总系统和包括三个物理过程（混合、分离、放 空分流）以及一个反应过程的4个子系统。总系统的物料衡算提供新鲜原 料和产品之间的关系。子系统的物料衡算提供包括循环物料在内的进出各 设备的流量和组成
物料衡算过程 ppt课件
衡 算
平衡关系式,进行物料平衡计算。
整理并校核计算结果
对每个工序或设备进行物料衡算后必须立即根据约束条件对
计算结果进行校核,确保计算结果正确无误。当计算全部结束后必 须及时整理、 编写物料衡算说明书(包括数据资料、计算公式、全 部计算过程及计算结果等)
ppt课件
第
绘制物料流程图,编写物料平衡表
3 章
关系，反应液中仍含有少量的水,水蒸出时夹带出一定比例的EG,
物 蒸出的EG经分离后全部返回到反应器中，因此各酯化反应器中
料 衡
原料配比不变,即Mr＝Mr0 。
算
在缩聚反应釜中，为了使缩聚反应向生成聚合物的方向移动，
需尽量降低反应液中EG的含量，因此,缩聚阶段特别是反应后期，
需在高真空的条件下进行, 各缩聚釜中生成的EG大部分被蒸出，
衡
算
图3-5 PTA直接酯化缩聚连续操作主反应器物料平衡关系示意图
ppt课件
第
二 、明确物料发生的化学变化与物理化学变化，写出主、副反
3 章 应方程式
物 ①化学变化。PET合成过程中,每个反应器中都发生酯化反应、酯 料 化缩聚反应和缩聚反应,其反应方程式(用官能团表示)如下: 衡 算 酯化反应:
ppt课件
物料流程图及物料平衡表是说明物料衡算结果的一种简捷
而清晰的表示方法,它们能够清楚地表示出各种物料在流程中的
物 位置、 数量、 组成、 流动方向、 相互之间的关系等。 料
衡
物料衡算结束后，必须利用计算结果对全流程进行经济分析
算 与评价、考查生产能力、生产效率、生产成本等是否符合预期
的要求，物料消耗是否合理，工艺条件是否合适等，同时及时
物
图3-6为 R101物料平衡示意图。
物料衡算和能量衡算培训课件(PPT 125页)
17
（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 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。
24
（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 计文件成果编入正式设计文件。
25
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。
23
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 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。
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。
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。
3
§3-1 工艺计算前的准备工作
一、工艺性资料的收集
（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 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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（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 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。
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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 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。
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。
3
§3-1 工艺计算前的准备工作
一、工艺性资料的收集
《物料衡算》幻灯片PPT
4—6 简单过程的物料衡算
简单过程—— 只包括一种单元操作或整个过程可 简化成一个设备的过程。
分几种情况讨论： 〔一〕、混合 例题 在石油分馏中，直馏得重石脑油A与催裂化 得的重石脑油B混合后作为催化重整的原料，进混 合器的A的量为200kmol/min,组成为C6为60％，C8 为40％，B的量为100kmol/min,组成为C6为50％， C8为50％〔均为mol%)。求混合物的组成？
B——入口C3H8的量，mol。 6个未知量，需列6个独立方程。 对元素列平衡式：
C元素平衡 H元素平衡
3B＝P 8B＝2Q
O元素平衡
2×0.21A＝2M+2P+Q
N元素平衡 烟道气总量 过剩氧量
2×0.79A＝2N M+N+P+Q＝100 0.21A×0.25／1.25＝M
解上述6个方程的要求的结果。〔过程略〕
画流程简图步骤及要点如下：
〔1〕 流程简图中的设备可用方框表示; 〔2〕用线条和箭头表示物料流股的途径和流向； 〔3〕标出流股的变量〔流量、组成等〕和单位； 〔4〕未知量用符号表示。
4—4 计算基准的选择
计算基准有以下几种： 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。
〔4〕选取相对量较大的物流作基准，可减 少计算误差。
4—5 物料衡算的步骤
物料衡算的步骤为：
1、搜集计算数据 如流量〔G〕、温度〔T〕、压力〔P〕、浓度
〔C〕、密度〔ρ〕、饱和蒸汽压〔Ps〕等。 实验、中试或生产装置测定
获取数据的途径 手册或专业书籍查取 估算
注意所得数据的单位要统一。
2、画出物料流程图
第三节 无化学反响过程的物料衡算
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单位时间内物料流过设备 的数量,如质量流量、体积 流量
单位时间内生产装置生产 出产品的数量,如年产量、 月产量、 日产量等
生产单位数量产品所需原 材料的数量
生产单位数量产品损失掉 原材料的数量
物料中含主要成分的百分 比
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第 3.1.3 计算基准及单位
料 衡关系示意图。其中,设备或工序可用方框表示、无物料变化的设
衡 备或工序可省去不画、图中应表明物流号、名称及流向。
算
注明变化过程
明确物料在个设备或工序中发生的化学变化及物理化学变化,写 出主、副反应方程式 。
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类型
第
3
按计算范围分为单元操作(或单个设备)的物料衡算和全流程(包括
章 各个单元操作的全套装置)的物料衡算;按操作方式分为连续操作的物
料衡算和间歇操作的物料衡算;此外,还有带循环过程的物料衡算。 物
料
作用
衡
物料衡算是整个工艺设计中非常重要的环节,有很重要的作用。
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第
理论依据
3
物料衡算的理论依据是质量守恒定律。
章
对于没有化学反应的生产过程来说,质量守恒定律:
物
物料进入量=物料离开量+装置内积累量+过程损失量
料
衡
对于有化学反应的生产过程来说,质量守恒定律:
算 物料进入量=物料离开量+反应消耗量+装置内积累量+过程损失量。
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第
间歇生产过程
3
物料都是一批批加入生产装置进行加工处理的,属于非定态操
章
作过程,一般选批为计算基准,对应计算单位为Kg/B 、 Kmol/B 、
物 m3/B 。
料
衡
原料消耗计算、成本核算
算 可以单位产品数量作为计算基准。
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第
确定计算顺序
3
章
对于已有生产装置进行的标定或挖潜改造做的物料衡算,可直
接采用顺流程计算。
物
料
对于待建生产装置的工艺设计,先将产量换算成单位时间处理
衡 原料量,然后采用顺流程计算。
算
对于复杂的生产过程,可先将生产过程分解到工序并对各工序
注: 对于没有化学变化及物理化学变化的密封设备或工序如泵、换热器等可 不进行物料衡算;
对于只有物料损失的设备或工序如切粒机、打包机等可只做总物料衡算; 对于有化学变化或物理化学变化的设备或工序如反应器、精馏塔、蒸发 器、结晶器、干燥装置等不仅要进行总物料衡算还要对各组分及组成分别 进行物料衡算。
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进行物料衡算,然后将各个工序分解到各个设备并进行物料衡算。
对于简单的生产过程可直接对整套装置中的各个设备进行物
料衡算。
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算
选择计算基准及计算单位
整个计算过程应保持计算基准与计算单位一致,避免出错。有 时根据特殊需要局部工序或设备可另设计算基准及单位,最后要求 进行单位换算建立各工序或各设备之间正确的物料时间平衡关系。
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第 3.1.2 物料衡算的基本概念
3
进入生产装置的各种原料
章
之间的比例关系,如质量比、
摩尔比
物
反应物参加反应的百分率
料
衡
生成目标产物的反应物数
算
量占参加反应的反应物数
量的百分比
生产为目标产物的反应物 数量占反应物起始数量的
算
① 为热量衡算、设备工艺计算、管道计算、辅助工序及公用工程设
计计算、生产成本核算等提供依据。
② 在确定生产装置由几条生产先组成以及工艺参数的确定中起着非 常重要的作用。
③ 是指导生产过程的重要依据。
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第 3.1.4 计算步骤
3
章
画出物料平衡关系示意图
物
在了解工艺操作过程的基础上,根据工艺流程草图画出物料平
3
章
在进行物料衡算时,一般不同的操作方式、不同的计算目的,
对应选择的计算基准以及确定的计算单位不同。
物
料 衡
连续生产过程
算
整套生产置的操作状态不随时间的变化而变化,属于定态操作
过程,一般选时间为计算基准,对应计算单位为Kg/h 、 Kmol/h 、
m3/h等。
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第
收集数据资料
3 章
生产规模、 生产时间、 相关技术指标(如原料消耗量、各设
备损失量、配料比、循环比、回流比、转化率、单程收率、回收
物 率等) 、质量标准(原料、助剂、中间产物和产品规格、组成及相
料 衡
关物理化学常数) 、化学变化及物理化学变化的变化关系。
百分比,等于转化率乘以选 择性
副产物或未参加反应的反
应物经处理后可以重新利
用的百分比
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流量 产量 消耗量 损失量 纯度 配料比 转化率 选择性 单程 收率 回收率