1.3 流动流体的物料衡算和能量衡算
物料衡算和热量衡算
物料衡算和热量衡算1. 引言物料衡算和热量衡算是在工程设计和过程优化中常用的方法和工具。
物料衡算是指通过对物料的进出量、质量和组成等参数的分析，计算出物料的平衡以及物料流动过程中的相关参数。
热量衡算是指通过对热量的进出量、热平衡等参数的分析，计算出热量在系统中的平衡和流动情况。
本文将介绍物料衡算和热量衡算的基本概念、方法和应用。
2. 物料衡算2.1 物料平衡物料平衡是对物料流动系统中物料的进出量进行分析和计算的过程。
物料平衡的基本原理是质量守恒定律，即在封闭系统中，物料的质量不会发生净变化。
物料平衡可用于分析物料的流动路径、损耗情况以及优化物料的使用和回收。
2.2 物料衡算的方法常用的物料衡算的方法包括输入-输出法和组分衡算法。
- 输入-输出法：通过记录系统中物料的进出量，计算出物料的平衡情况。
该方法适用于物料流动较简单且没有复杂反应的系统。
具体步骤包括确定进料和产出物料的量和质量，计算进出物料的差值，并检查误差，使其趋近于零。
- 组分衡算法：通过对物料组分的平衡进行计算，得到物料的进出量。
该方法适用于需要考虑物料成分变化的系统。
具体步骤包括确定进料和产出物料的组分及其相对含量，计算进出物料组分的差值，并检查误差。
2.3 物料衡算的应用物料衡算在化工、冶金、环境工程等领域有广泛的应用，例如： - 在化工生产中，物料衡算可以用于优化原料的使用和能源的消耗，减少产品的损耗和废物的排放。
- 在冶金过程中，物料衡算可以用于优化矿石的选矿和冶炼过程，提高生产效率和产品质量。
- 在环境工程中，物料衡算可以用于分析和优化废物处理和排放过程，减少对环境的污染。
3. 热量衡算3.1 热量平衡热量平衡是对热量在系统中的分布和流动进行分析和计算的过程。
热量平衡的基本原理是热力学第一定律，即能量守恒定律。
热量衡算可以用于分析热量的传递、损失和利用情况，以及优化热能的使用和节约。
3.2 热量衡算的方法常用的热量衡算的方法包括输入-输出法和能量平衡法。
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。
最新第三章物料衡算和能量衡算(热量)
例题： • 两种组成不同的煤气在预热器中混合。并从25℃加热到127℃，
以供燃烧炉使用。两种煤气的流量分别为0.4kmol/s和0.1kmol/s。 预热器的热损失为150kJ/s。试计算预热器应提供的热量。 计算中煤气的焓取下列数值： 25℃时，第一种煤气为765kJ／kmol；第二种煤气为846kJ／kmol。 127℃时，混合煤气的焓值为3640kJ／kmol。
p
' c
和假临界温度
T
' c
，求得
混合气体的对比压力和对比温度，
解： 以1s为计算基准。根据公式：
( ) ∑ ∑ ( ) ∑ Q =n iH io- utn jH jin
Q Q 提 ＋ Q 供 损 Q 提 1 供 k 5J0
H o＝ u ( 0 t .4 0 .1 ) 3k 6 J 1 4k 8 0J 20
H in ( 0 . 4 7 0 6 . 1 8 5 ) k 4 3 J 6 . 6 k 9J 0
• 例题： 已知常压下气体甲烷0～t℃的平均定压摩尔热容数据如下：
• 试求常压下甲烷在200℃到800℃温度范围的平均定压摩尔热容， 并计算15kmol甲烷在常压下从800℃降温到200℃所放出的热量。
解：假设如下热力学途径：
• 从 C p,m t 表中查得，
Cp,m3.9 6k6J/k ( mK o)l Cp,m5.5k6J/k ( mK o)l
• 1、热容 • 2、焓 • 3、汽化热 • 4、反应热
1. 热容
(1)热容与温度的关系 • 热容是给定条件下，系统每升高1K所吸收的热。随温度
而变。根据过程不同，用分为等压热容和等容热容。 • 描述定压热容Cp与温度之间的关系一般有三种方法：
化工设计物料衡算与能量衡算
化工设计物料衡算与能量衡算1. 引言在化工工程领域，进行物料衡算和能量衡算是设计过程中必不可少的一部分。
物料衡算和能量衡算的准确性对于化工工程的安全运行和高效生产至关重要。
本文将介绍化工设计中的物料衡算和能量衡算的基本原理和方法。
2. 物料衡算2.1 物料平衡原理物料平衡是化工设计中的一项基本工作，它基于质量守恒定律和能量守恒定律。
物料平衡的目的是确定进料、出料和中间流程中物料的流量和组成。
物料平衡的计算可以用以下公式表示：$$ \\text{进料量} = \\text{出料量} + \\sum\\text{反应物料量} + \\sum \\text{中间流程物料量} $$2.2 物料平衡计算步骤进行物料平衡计算时，需要按照以下步骤进行：1.确定系统边界：将化工系统划分为进料、出料和中间流程三个部分，并确定它们之间的物料流动关系。
2.收集物料数据：收集进料和出料的物料流量和组成数据，以及反应物料和中间流程物料的数据。
3.建立物料平衡方程：根据物料平衡原理，建立物料平衡方程。
4.解方程：根据已知数据和已建立的物料平衡方程，解方程求解未知量。
5.检查计算结果：检查计算结果是否符合物料平衡原理，如有差异则进一步分析和调整。
2.3 物料平衡实例分析下面以酯化反应过程为例，进行物料平衡计算。
2.3.1 系统边界划分将酯化反应系统划分为进料、出料和中间流程三部分。
进料包括酸和醇，出料为酯。
中间流程包括未反应的酸和醇。
2.3.2 物料数据收集收集进料和出料的物料流量和组成数据，以及反应物料和中间流程物料的数据。
假设进料中的酸的流量为100 kg/h，醇的流量为50 kg/h，反应物料中未反应的酸的流量为10 kg/h，未反应的醇的流量为5 kg/h。
2.3.3 建立物料平衡方程根据物料平衡原理，建立物料平衡方程。
酸的平衡方程：100 kg/h = 10 kg/h + 出料量醇的平衡方程：50 kg/h = 5 kg/h + 出料量2.3.4 解方程根据已知数据和已建立的物料平衡方程，解方程求解未知量。
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。
3流体稳态流动时的物料衡算和能量衡算
• 四、流体稳态流动时的能量衡算——伯努利方程 • 1、流体流动过程的能量形式 （1）、位能：流体因受重力作用，在不 同高 度具有的能量。 m· g ·z 1 2 (2)、动能：由于流动而具有的能量。 mw 2 （3）静压能：流体由于静压所具有的能量。
P· V, 不可压缩流体P· m/ρ
（4）内能：流体由于分子运动而具有的能量。
化简为：
w1 P 2 w2 Z1 He Z 2 hf 2g 2g
2 2
P1
（１）、实际流体的伯努利方程
w1 P 2 w2 Z1 He Z 2 hf 2g 2g
2 2
P1
（２）、理想流体的伯努利方程 理想流体：ｈｆ＝０， 流动过程若无外功加入，即He=0
§3流体稳态流动时的物料衡算和 能量衡算
• • • • 一、稳态流动与非稳态流动 １、稳态流动 ２、非稳态流动 二、流体稳态流动时的流速与流量
• 三、流体稳态流动时的物料衡算——连续性方程 m1 m2 m3
qm qv. w. A.
q q q
• 四、流体稳态流动时的能量衡算——伯努利方程
• 三、流体稳态流动时的物料衡算——连 续性方程
当流体在管内做稳态流动时，流过各截 面的质量流量都相等。即
q q q
m1 m2 m3
对不可压缩流体，
v1 v2
q q q
v3
1 2 2 3 3
即：
1
A w A w A w
• 例：在φ７６×３的钢管中流动的气体 的绝对压强为１００ｋｐａ，若该气体 保持温度不变，加压到５００ｋｐａ后 在另一细钢管中流动，气体的质量流量 保持不变，并且要求流速变化也很小， 是选择此管的直径。
物料衡算与能量衡算概论
物料衡算与能量衡算概论物料衡算与能量衡算是在工业领域中广泛应用的两个重要概念。
物料衡算是指对物质流动的量与质进行测量、监测和分析的过程，用来确定物料的输入、输出以及处理过程中的损耗情况。
而能量衡算则是指对能量流动的量和质进行测量、监测和分析的过程，用来确定能源的输入、输出以及转化利用的效率。
物料衡算和能量衡算在工业生产中都具有重要的作用。
首先，它们可以帮助企业确定物料和能量的浪费情况，找出能源的低效率使用和损耗问题，从而提出改善措施，节约物料和能源，降低生产成本。
其次，物料衡算和能量衡算可以帮助企业优化生产流程，提高产能和效率。
通过对物料和能量的输入、输出以及处理过程的分析，企业可以找出生产过程中不必要的浪费和瓶颈，并进行改进和优化。
此外，物料衡算和能量衡算也可以帮助企业监测和评估环境压力，实施环境保护措施，达到可持续发展的目标。
物料衡算和能量衡算的方法和技术主要包括数据采集、监测和分析。
在物料衡算中，通常会采集和监测物料的进出量、质量以及转化过程中的损耗情况。
常用的方法有称量、计量、流量计、采样等。
在能量衡算中，通常会采集和监测能源的进出量、质量以及转化过程中的损耗情况。
常用的方法有电表、气表、温度计、压力表等。
通过这些数据的分析，可以得出物料和能源的流动情况，评估效率和损耗，并进一步进行改进和优化。
需要注意的是，物料衡算和能量衡算虽然互相关联，但并不完全一致。
物料衡算主要关注物质流动的量和质，而能量衡算则关注能量流动的量和质。
在实际应用中，物料衡算和能量衡算往往结合起来进行，通过对物料和能量的双重衡算，可以更全面地了解生产过程中的问题和优化方向。
综上所述，物料衡算和能量衡算是工业生产中重要的概念和方法。
它们的应用可以帮助企业节约物料和能源，提高生产效率，降低成本。
同时，物料衡算和能量衡算也有助于企业实施环境保护措施，实现可持续发展。
因此，在现代工业生产中应该重视物料衡算和能量衡算，积极推广和应用。
《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。
3 物料衡算和能量衡算
• 化学工程手册， 《化学工程手册》 编辑委员会 ，化学工业出版社，1980
• 化工工艺设计手册，国家医药管理局上海医药 设计院编，司设计院等编 ，化学工业出版社，1982
3 物料衡算与能量衡算
2 、估算
• 可以应用物理和化学的一些基本定律计算各种 物质的性质参数。
3 物料衡算与能量衡算
例题 苯与丙烯反应生产异丙苯，丙烯转化率为84％， 温度为523K、压力1.722MPa、苯与丙烯的摩尔比为 5。原料苯中含有5％的甲苯，假定不考虑甲苯的反应， 计算产物的组成。
解：画出流程简图
下标1，2， 3，4分别表 F2 示丙烯、苯、 x2,2 甲苯和异丙 x2,3 苯
• 基团贡献法
3 物料衡算与能量衡算
3 、用实验直接测定
• 实验直接测定。 • 以上三种数据来源，从手册或文献中查得数据最方便，
但往往有时数据不够完整，也会出现一些错误。用一些 理论的、半经验的和经验的公式估算，也是一种简便的 方法。当手册或文献中无法查得时，可以进行估算。直 接用实验测定得到的数据最可靠，只是实验比较费时间 又花钱。但是，如果查不到有关数据，而用公式估算得 到的结果精度又不够时，则必须用实验进行测定。
⑶转化率
转化率
反应物的反应量 反应物的进料量
注意：
xA
nA0 nA nA0
1）要注明是指那种反应物的转化率 ；
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。
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内容，对于化工流程的合理设计和优化具有重要意义。
物料衡算主要是指通过对原料、中间体和产物等物质在化工过程中的流动情况进行定量分析和计算，以达到合理使用和节约能源的目的。
能量衡算则是指化工过程中的能量流动情况的定量分析和计算。
物料衡算从物质的守恒原理出发，根据质量守恒定律和组分守恒定律，通过对物料在化工过程中的流动情况进行分析和计算，掌握物料流动的方式、速度和量，以及各个组分的分布情况。
物料衡算可以帮助化工工程师确定化工过程中原料的用量、中间体的产率、产品的纯度等重要参数，以及评估流程的合理性和可行性。
此外，物料衡算还可以帮助化工工程师预测和解决流程中可能遇到的问题，如混合不均、反应转化率低等，从而优化化工过程。
能量衡算在化工设计中同样非常重要。
能量衡算通过对化工过程中能量的流动和转换情况进行分析和计算，掌握能量的源头、消耗和转化等关键信息。
在能量衡算中，化工工程师需要对化工过程中的各个单位操作和设备进行能量平衡分析，如反应器、蒸发器、冷凝器等，以此来评估和优化能量利用的效率。
同时，能量衡算还可以帮助化工工程师检查和解决可能存在的能量损失和能量不平衡问题，从而提高化工过程的能量利用效率。
物料衡算和能量衡算在化工设计中有很多应用。
例如，在新工艺的设计和改进中，通过物料衡算可以确定合理的原料用量和物料流动方式，从而达到降低生产成本和提高产品质量的目的。
在设备的设计和选型中，通过能量衡算可以评估不同设备的能量消耗和效益，选择最适合的设备。
在工艺的优化和节能改造中，通过物料衡算和能量衡算可以找出能量损失的原因和途径，提出相应的改进方案，从而降低能耗和生产成本。
总之，物料衡算和能量衡算是化工设计中非常重要的内容。
通过物料衡算和能量衡算，化工工程师可以更好地理解和掌握化工过程中物质和能量的流动情况，从而进行合理的设计和优化，以实现降低成本、提高效益和节约资源的目标。
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。
化工设计之物料衡算及热量衡算
化工设计之物料衡算及热量衡算化工设计中的物料衡算和热量衡算是非常重要的步骤，可以帮助工程师确定所需的原料数量和能源消耗。
本文将讨论物料衡算和热量衡算的原理、方法和应用。
一、物料衡算物料衡算是指根据化工过程的原理和条件，计算出所需原料的数量。
1.原料衡算的原理在化工过程中，根据反应式、反应的平衡常数、物料的摩尔平衡和原料的纯度等信息，可以得出原料的物质平衡方程。
2.原料衡算的方法（1）平衡更新法：根据反应式及其他物质平衡方程，利用线性方程组求解方法，逐步逼近平衡条件，得出原料数量的近似解。
（2）摩尔关系法：利用反应的摩尔比例来计算原料的摩尔数量。
根据反应的平衡常数和其他物质平衡方程，可以得到原料的摩尔数量。
3.原料衡算的应用物料衡算在化工过程中有广泛的应用。
例如，在合成反应中，根据反应需求，确定所需原料的摩尔数量；在萃取过程中，根据溶剂和溶质的摩尔比例，计算溶液中的溶质浓度。
二、热量衡算热量衡算是指根据化工过程的热力学原理和条件，计算出所需的能量消耗。
1.热量衡算的原理根据热力学定律，可以计算化学反应的焓变，并以此来确定反应所需的热量。
热量衡算也需要考虑其他因素，如物料的温度、压力变化等。
2.热量衡算的方法（1）焓变法：根据反应的焓变和反应的摩尔比例，计算出反应所需的热量。
焓变可以通过实验测量或热力学数据库来获取。
（2）能量平衡法：考虑物料流动和热交换等因素，通过能量平衡方程求解，计算出能量的输入和输出。
3.热量衡算的应用热量衡算在化工过程中的应用非常广泛。
例如，在高温燃烧反应中，需要计算反应所需的燃料气体的热量；在蒸汽发生器中，需要计算蒸汽的产生量和燃料的热量供应。
物料衡算和热量衡算是化工设计中不可或缺的两个步骤，可以帮助工程师确定原料的用量和能量消耗，从而优化过程设计、提高生产效率和节约能源。
在进行衡算时，需要准确地获取物料的性质数据，合理地选择计算方法，并考虑到实际操作条件的变化，以保证设计结果的可靠性和实用性。
物料衡算和能量衡算
并联管路
qV1 : qV 2 : qV 3
d15 :
1l1
d25 :
2l2
d35
3l3
（3）总流量与支管流量关系：
qV qV1 qV 2 qV 3
2020年3月1日星期日
29
流体输送管路计算
管路计算
计算用例：在上图所示的输水管路中，已知水的总流量为 3m3/s，
水温为 20℃ 。各支管总长度分别为 l1=1200m，l2=1500m，l3=800m； 管径 d1=600 mm, d2=500 mm，d3=800 mm； 求 AB 间的阻力损失及各 管的流量。已知输水管为铸铁管 ，ε=0.3 mm 。
数 1 20 。支管很短，除阀门阻
力外其他阻力可以忽略，试求：
（1）当所有阀门全开 (ξ=6.4) 时， 总流量为多少 m3/s?
计算用图
（2）再增设同样支路10个，各支路阻力同前，总流量有何变化?
2020年3月1日星期日
24
流体输送管路计算
管路计算
解答：
（1）忽略分流点阻力，在液面1与支管出口端面2间列机械能衡算
2020年3月1日星期日
2
概
述
物料衡算有两种情况，一种是对已有的生产设备或装置，利用实际 测定的数据，算出另一些不能直接测定的物料量。用此结果对生产情况 进行分析、做出判断、提出改进措施。
另一种是设计一种新的设备工装置，根据设计任务，先做物料衡算， 求出进出各设备的物料量，然后再做能量衡算，求出设备或过程的热负 荷，从而确定设备尺寸及整个工艺流程。
2020年3月1日星期日
3
概
述
物料衡算的理论依据是质量守恒定律，即在一个孤立的物系中， 不论物质发生任何变化，它的质量始终不变。
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工程和科学领域中常用的方法，用于描述和研究物质和能量的流动。
物料衡算关注物质的进出和转化过程，而能量衡算关注能量的转化和利用情况。
本文将对物料衡算和能量衡算进行概述，并介绍其在不同领域中的应用。
1. 物料衡算物料衡算是对物质的进出和转化过程进行量化和分析的方法。
它主要基于质量守恒定律，即不可创造或破坏物质。
物料衡算通常涉及以下几个方面的内容：1.1 进料和出料物料衡算中的进料和出料是指物质从系统的外部进入或离开系统的过程。
进料和出料可以是固体、液体或气体，可以通过不同的方式进行，如输送带、管道或容器。
衡算这些进料和出料的数量和质量可以帮助我们了解物质的流动情况和系统的整体效率。
1.2 转化和反应物料衡算还涉及物质的转化和反应过程。
在这些过程中，我们可以追踪和量化物质的变化，以及转化或生成的产物。
这对于研究化学反应、工艺过程和生态系统中的物质转化至关重要。
物料衡算可以帮助我们优化转化过程，提高反应效率，并监测环境中的物质循环。
1.3 混合和分离物料衡算还涉及物质的混合和分离过程。
在这些过程中，不同组分的物质可以混合在一起，或者通过特定的方法进行分离。
衡算混合物和分离物的组分和比例可以帮助我们优化混合和分离过程，并控制产品的质量和纯度。
1.4 废物和排放物料衡算还关注废物和排放物的产生和处理。
在生产和工艺过程中，废物和排放物可能对环境造成负面影响。
通过衡算废物和排放物的产生量和组分，我们可以找到减少和处理这些废物的方法，以减少对环境的影响。
2. 能量衡算能量衡算是对能量的转化和利用过程进行量化和分析的方法。
它基于能量守恒定律，即能量既不能创造也不能破坏，只能从一种形式转化为另一种形式。
能量衡算通常涉及以下几个方面的内容：2.1 能量流动能量衡算关注能量的流动。
能量可以通过传导、传热、传质和传动等方式在系统中传递和转移。
衡算能量流动的路径、速度和效率可以帮助我们了解能量转化的过程和系统的能量利用效率。
物料衡算与能量衡算概述
物料衡算与能量衡算概述物料衡算和能量衡算是工程和科学领域中常用的两种衡算方法。
它们通过对物质和能量的流动、转化和交换进行计量和分析，帮助我们深入了解和优化各种过程。
物料衡算是对物质流动进行计量和分析的方法。
它涉及到物质的进入、转化、分配和产出。
物料衡算可以应用于各种领域，如化学工程、环境工程、制造业等。
通过物料衡算，我们可以了解物质的流动路径、转化效率、丢失情况等，从而优化生产过程、减少资源浪费和环境污染。
物料衡算的基本原理是质量守恒定律。
质量守恒定律指出，在封闭系统中，物料的总质量是恒定的。
根据这一原理，我们可以建立物料衡算的数学模型，通过收集输入、输出和转化过程中的数据，计算出不同组分的质量变化和物料平衡。
能量衡算是对能量流动进行计量和分析的方法。
它涉及到能量的转换、传输和耗散过程。
能量衡算可以应用于热力学、能源工程、电力系统等领域。
通过能量衡算，我们可以了解能量的流向、转化效率、损耗情况等，从而提高能源利用效率、降低能源消耗和环境影响。
能量衡算的基本原理是能量守恒定律。
能量守恒定律指出，在封闭系统中，能量是守恒的，不能被创造或毁灭。
根据这一原理，我们可以建立能量衡算的数学模型，通过收集输入、输出和转化过程中的能量数据，计算出能量的变化和能量平衡。
物料衡算和能量衡算是相互关联的。
在许多实际问题中，物料和能量是同时存在和相互转化的。
比如，在化学反应过程中，原料物料进入反应器，经过反应转化为产物，并伴随能量的释放或吸收。
这时，物料衡算和能量衡算可以结合起来，共同揭示反应过程中物质和能量的变化和平衡。
总之，物料衡算和能量衡算是重要的工程和科学分析方法，通过对物质和能量的衡量和分析，帮助我们深入了解和优化各种过程。
物料衡算和能量衡算的应用可以促进可持续发展和资源节约的实现。
物料衡算和能量衡算作为工程和科学领域中的重要分析方法，广泛应用于化工、环境、制造等许多领域。
通过物料和能量的衡算，我们可以深入了解和优化各种过程，并促进可持续发展和资源节约的实现。
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20m
1.5m
2020/3/14
流体的基本性质及计算
Hale Waihona Puke 26解：取碱液池液面1-1’截面和塔顶喷嘴入口2-2’截面，以1-1’ 作为截面为基准水平面。在1-1’和2-2’截面之间列柏努利方程：
z
g 1 u2
p 1
W
z
g 1 u2
p 2
W
2
2’ 1
21
e
2
22
f
20m
1
m
z g 1 u 2 p z g 1 u 2 p
1
21
1
2
22
2
Pa
理想流体的机械能守恒。
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流体的基本性质及计算
18
2）若流体处于静止，u=0，ΣWf=0，We=0，则柏努利方程 变为
p
p
z g 1 z g 2
1
2
流体静力学方程
柏努利方程既表示流体的运动规律，也表示流体静止状态的规律。
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流体的基本性质及计算
1
学习目标：
1.掌握流体流动的流量和流速的计算方法； 2.理解定态流动与非定态流动的概念； 3.掌握定态流动系统的物料衡算——连续性方程。 4.掌握定态流动系统的能量衡算——柏努利方程。 5.掌握柏努利方程在工程上的应用。
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流体的基本性质及计算
s
11 1
22 2
——连续性方程
可见，在定态流动体系中，当质量流量ms恒定时，流速u随截 面积A和密度变化而变化。
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流体的基本性质及计算
8
不可压缩性流体， Const.
Vs u1 A1 u2 A2 uA 常数
因此，对不可压缩流体，在稳态流动中流经各截面的体积流 量也不变，流速u与管道截面积A成反比。
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流体的基本性质及计算
6
2.稳定流动与不稳定流动
稳定流动：流体在各截面上有关物理量（如温度、压力、流 速等）仅随位置变化，而不随时间变化；
T, p,u f (x, y, z)
不稳定流动：流体在各截面上的有关物理量既随位置变化，
也随时间变化。 T , p,u f (x, y, z,t)
f. 能量损失——流体流动时因克服系统阻力所损耗的机械 能。1kg流体损失的能量为ΣWf（J/kg）。
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流体的基本性质及计算
12
5. 稳定流动系统的能量守恒——柏努利方程
柏努利方程反映流体在流动过程中，各种形式机械能的相互 转换关系。
q
e2 p2,u2,2
2'
1 p1,u1,1
f
Pa
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流体的基本性质及计算
17
讨 论：
1）当流体从截面1-1’流入截面2-2’作连续、定态流动，且无 外加功及能量损失，则：
柏努利方程式
z
g
1u 2
p 1
z
g
1u
2
p 2
1
21
2
22
J/kg
z
1
u2
p 1
z
1
u2
p 2
1 2g 1 g 2 2g 2 g
h
u2
Vs
d2
3.6 3600 0.785 0.042
0.796m / s
0
4
将数据代入柏努利方程，得：
h 0.7962 hf 0.0323 1.2 1.23m
2g
g
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流体的基本性质及计算
20 2
24
3）确定流体流动所需的压力。在化工生产中，对近距离输送 腐蚀性液体时，可采用压缩空气或惰性气体来取代输送机械。
流体的基本性质及计算
5
流量和流速在工程上的应用：管径的估算
对于圆形管道：
费
V
4V
用
u
s
d2
d
s
u
4
上式中流量VS一般由生产任务决定。 要确定管径取决于流速的选择。
总费用
操作费
设备费
u适宜
u
u ↑→ d ↓ →设备费用↓ 流动阻力↑ →动力消耗↑ →操作费↑
均衡 考虑
常用流体适宜流速范围见书上P15表1-1
P20 例题1-7
2）确定设备之间的相对位置。在化工生产中，有时为了完 成一定的生产任务，需要确定设备之间的相对位置，如高位 槽的安装高度、水塔的高度等。
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流体的基本性质及计算
22
例2 如图所示，从高位槽向塔内进料，高位槽中液位恒定，高 位槽和塔内的压力均为大气压。送液管为φ45×2.5mm的钢管， 要求送液量为3.6m3/h。设料液在管内的压头损失为1.2m，试 问高位槽的液位要高出进料口多少米?
1kg的流体所具有的静压能为
pV p
m
(J/kg)
VA
位能、动能、静压能三者之和称为某截面上的总机械能。
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流体的基本性质及计算
11
d.外功(有效功)——流体流动时，流体输送机械（泵和风机） 向流体做功。1kg流体从流体输送机械所获得的能量为We ，单 位 J/kg。
e. 热量 若管路中有加热器、冷却器等换热设备，流体通过时 必与之换热。若无，则Q=0。1千克流体交换的热量为Q，单 位 J/kg。
2.45
m/s
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流体的基本性质及计算
27
将数据代入柏努利方程得：输送碱液所需要的外加能量We为：
We
(18.5 9.81 2.45 2
29.4 10 3 1100
质量流量为：
ms Vs 1500 6.22 9330 kg / h
流速为：
u Vs A
1500 0.785 0.12
191082.8m3 / h
质量流速为
G u 191082 .8 6.22 1188535 .0kg / m2 h
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1 2g
u12
p1
g
He
z2
1 2g
u22
p2
g
h f
位压头
动压头
外加压头 静压头
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流体的基本性质及计算
压头损失
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单位体积的流体所具有的机械能为：
z g 1 u 2 p W z g 1 u 2 p W
1
21
1
e
2
22
2
3）动能 流体以一定速度流动，故具有动能。 1kg流体具有的 位能为1/2u2，单位J/kg。
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流体的基本性质及计算
10
4）静压能 在静止或流动着的流体内部，任一处都有相应的静 压力。如果在一内部有液体流动的管壁面上开一个小孔，并在 小孔处装一根垂直的细玻璃管，液体便会在玻璃管内上升，上 升的液柱高度即是管内该截面处液体静压力的表现。
在化工生产中，开、停车阶段属于非定态流动，正产连续生 产时属于定态流动。
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流体的基本性质及计算
7
3. 稳定流动系统的物料衡算（质量守恒）——连续性 方程
对于稳态流动系统，在管路中流体没有增加和漏失的情况下：
w w
s1
s2
uA uA
11 1
22 2
推广至任意截面
1
2
1
2
m u A u A uA 常数
s
s
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流体的基本性质及计算
4
例1 绝对压力为540kPa、温度为30℃的空气，在φ108×4mm的 钢管内流动，流量为1500m3/h。试求空气在管内的流速、质量 流量和质量流速。
解： 操作条件下密度
PM 540 10 3 0.029 6.22kg / m3
RT 8.31 (273 30)
c.位能基准面的选取——必须与地面平行；选取两截面中位 置较低的截面；若截面不是水平面，而是垂直于地面，则基 准面应选过管中心线的水平面。
d.各物理量的单位应保持一致，压力表示方法也应一致，即 同为绝压或同为表压。
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流体的基本性质及计算
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柏努利方程的应用： 1）确定管路中流体的流速和流量。流体的流量是化工生产 和科学实验中的重要参数之一，往往需要测量和调节其大小， 使操作稳定，生产正常，生产合格产品。
z1 1'
We
0
z2 0'
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流体的基本性质及计算
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衡算范围：1-1′、2-2′截面以及管内壁所围成的空间； 衡算基准：1kg流体； 基准面：0-0′水平面；
若管路中有换热器，且考虑流体的内能，则根据机械能守恒， 其输入的能量等于输出的能量，柏努利方程为：
U
z g 1u2
p 1 W
1
2
m
2
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流体的基本性质及计算
20
6.柏努利方程在工程上的应用
在应用柏努利方程时，要注意：
a.画图及确定衡算范围，画出流动系统的示意图，标明流体 的流动方向，定出上、下游截面，明确流动系统的衡算范围。
b.截面的选取——与流体的流动方向相垂直；两截面间流体 应是定态连续流动；截面宜选在已知量多、计算方便处。