化学反应过程的物料衡算
化工计算第四章物料衡算及课后习题及答案
一般化学反应过程，ΔE≤42kJ/g，则 Δm=5×10-12kg。变化量<十亿分之一。
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：
输入体 输出体 体系内 系的物 = 系的物 + 积累的 料量 料量 物料量 （4—1）
化学反应时，对任一组分或元素的物料衡算式为： 输入体 反应生 反应消 输出体 体系内 系的物 + 成的物 - 耗的物 = 系的物 + 积累的 料的量 料的量 料的量 料的量 物料量 (4-2) （4—2）式可作为 总物料衡算式 组分物料衡算式 元素物料衡算式
2）采用适当方法求解方程
7、将计算结果列成输入—输出物料表
组分 输入 kg/h w% kmol/h y% kg/h 输出 w% kmol/h y%
A
B C 总计
由计算结果查核计算正确性，必要时说明误差范围。
8、必要时画出物料衡算图（过程复杂时）
对于复杂过程的物料衡算，上述各步均不可
少。但对于较简单的物料衡算问题，有的步骤可
3）无论有无化学反应，各式对各元素均可 使用。单位可用千克或摩尔。
对图4—1所示过程列物料衡算式： xP1 D F P xP2 过 程 1 xF1 xF2 3
2
W Xw1 xW2 衡算仅讨论通过体系边界的各物料流股间的关系。 总物料衡算式： F = P + W
对组分1列式： F xF1 = P xp1+ W xw1
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 。
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。
第三章物料衡算(新)
C2H4 + 3 O2
以100kmol进料为基准，用x和y分别代表环氧乙 烷和二氧化碳的生成量，根据题给组成和该系统 的化学反应方程式，可列出下表3-5。
18
表3-5 物料组成
由于反应器出口气体中乙烯和氧的浓度已知， 所以可列出下面两个方程：
解：设 2A+B→2D+E A+D→2C+E C+2B→2F
速率为r1 速率为r2 速率为r3
22
各物质在反应中的变化如表3-4所示 A 进料
/(mol.h-1)
B 100 － r1
C 0
D 0 2r1
E 0 r1
F 0`
200 r2
－2r3
200-2r1-r2 100-r1-2r3
14
有循环物料的反应系统，有两种不同含义的转化 率。一种是新鲜原料通过反应器一次所达到的转 化率，叫单程转化率。这可以理解为以反应器进 口物料为基准的转化率。另一种是新鲜原料进入 反应系统起到离开反应系统止所达到的转化率， 称为全程转化率。显然，全程转化率大于单程转 化率。 （4）收率：转化率是针对反应物而言的，收率则 是针对产物而言的。收率的定义式为：
2.物料衡算基准 选定一个计算基准，并在整个运算中保持一致。 （1）t基准：1d，1h，1s等。 （2）批量基准：每批物料量，Kg/批 。 （3）质量基准：例如取100Kg，一般取某一己知 变量最多或未知变量最少的物流作为基准最为合 适。 （4）体积基准：对气体物料，采用标准体积为基 准，m3,L等。 （5）物质的量基准：有化学反应的取物质的量基 准，mol。
物料衡算 化学反应过程的物料衡算
3.2.3 化学反应过程的物料衡算
1.一般反应过程的物料衡算
（1）直接计算法
例4 在鼓泡反应器（间歇）中进行苯的氯化反应生产氯苯，
主反应为 C6H6+Cl2=C6H5Cl+HCl 同时有副反应生成二氯苯和三氯苯，反应式分别为： C6H6+2Cl2=C6H4Cl2+2HCl C6H6+3Cl2=C6H3Cl3+3HCl 已知鼓泡反应器的产品中，主副反应产物和未反应的苯的 重量比为：氯苯:二氯苯:三氯苯:苯=1:0.08:0.016:2。 求：（1）苯的转化率；（2）氯苯的收率；（3）反应的选 择性；（4）反应生成氯化氢的总量；（5）反应消耗的氯 气的总量。
CO2 H2O O2 N2
解： 以100mol/h合成气为计算基准，则合成气中各组 分的量为：
CH4：0.4mol/h；CO：38.3mol/h； CO2：5.5mol/h； H2：52.8mol/h；O2：0.1mol/h； N2：2.9mol/h；
设加入的空气量为Amol/h，燃烧气中各组分的量分别为： CO2 a mol/h，H2O b mol/h，O2 c mol/h，N2 d mol/h 列元素平衡式有： C：0.4 38.3 5.5 a a 44.2mol/h H：4 0.4 2 52.8 2b b 53.6mol/h
2.564 0 0.889 0.0544 0.0088 1.023 4.5392
可见，质量平衡，摩尔数也平衡，是摩尔数不变的化学反应。
3.2.3 化学反应过程的物料衡算
1.一般反应过程的物料衡算 （2）元素衡算法
• 元素衡算法是物料衡算的一种重要形式，是以反 应过程中参与反应的各种元素为对象列出平衡方程 式而进行的物料衡算。无需考虑具体的化学反应， 按照元素种类被转化及重新组合的概念表示为：
化工计算第三章-3化学反应过程物料衡算
= 0 . 9952
( 995 4 . 75 ) kmol h
= 0 . 0048
衡算体系：混合器
MF 1 = FF 1 R 1
-1
-1
代入数据得：MF 1 = (100 995 ) kmol h
= 1095 kmol h
-1
MF 2 = R 2 = 4 . 75 kmol h
第三章物料横算
一般反应过程的物料衡算 对有化学反应过程的物料衡算，由于各组 输入(某种元素)＝ 分在过程中发生了化学反应，因此就不能简单 输出(同种元素) 地列组分的衡算式，必须考虑化学反应中生成 对反应过程中化学反应 或消耗的量，应该根据化学反应式，列衡算方 很复杂，无法用一、两 程。对一般的反应过程，可用下列几种方法求 个反应式表示的物料衡 解。 算题，可以列出元素衡 1、直接求解法 有些化学反应过程的物料衡算， 算式，用代数法求解。 有时只含一个未知量或组成，这类问题比较简 单，通常可根据化学反应式直接求解，不必列 出衡算式。 2、元素衡算法 元素衡算是物料衡算的一种重 要形式。在作这类衡算时，并不需要考虑具体 的化学反应，而是按照元素种类被转化及重新 组合的概念表示为
R
FF
MF 混合器 反应器
RP
分离器
P
图 4-27
循环过程的物料流程图
另外，具有循环过程的体系还有两个过程限制参数，通 常称为循环比和混合比，定义如下：
循环比=
循环物流流量 产品物流流量
循环物流流量 新鲜原料流量
＝
R P
R
（4-15）
混合比=
＝
FF
（4-16）
在对分离器和混合器进行物料衡算时这两个参数很重要，
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。
化工计算第三章物料衡算1
化工计算第三章物料衡算11. 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。
3.3 实验方法在进行物料衡算时，实验方法是一种常用的手段。
通过实验，可以确定原料的用量和产物的得率，并且验证计算结果的准确性。
4. 实例分析下面通过一个实例来说明物料衡算的具体操作步骤。
假设某化工过程需要用到A、B两种原料，化学方程式如下：2A + 3B → C已知反应中A的用量为100 g，B的用量为200 g。
我们需要计算产物C的得率。
化工工艺物料衡算和能量衡算
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2024/2/9
化工工艺物料衡算和能量衡算
第一节连续过程的物料衡算
w 教学内容： w 结合具体实例，理解利用化学反应速率进行反
应过程的物料衡算的方法。 w 重点和难点： w 重点掌握利用化学反应速率进行反应过程的物
料衡算的方法。 w 难点是衡算基准的选择，包括基准物流的名称
•
第 三 章
物 料 衡 算 与 能 量 衡 算
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•输入：
•O2（需要）= 0.5mol；
• O2（输入）= 1.5×0.5 = 0.75mol；
• N2（输入）= N2（输出）= 0.75×（79/21）
•
= 2.82mol；
• 反应的CH3OH =0.75×1 = 0.75mol
•输出： • HCHO（输出）= 0.75mol； • CH3OH（输出）= 1－ 0.75 = 0.25mol； • O2（输出）= 0.75－ 0.75×0.5=0.375mol； • H2O（输出）= 0.75mol
• •
F2 x2B x2C
单 元 Ⅰ单
元 Ⅱ
F3 x3B=0.025 x3C=0.35 x3D
F4 x4B=0.08 x4C=0.72
F5 x5C x5D
化工工艺物料衡算和能量衡算
•每一个单元列出一组平衡方程式，再列出整个系统 的平衡方程式。
•
第 三 章
物 料 衡 算 与 能 量 衡 算
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•（3）孤立体系 •= 0
化工工艺物料衡算和能量衡算
•三、能量衡算的一般方法 • ⑴ 正确绘制系统示意图，标明已知条件和物料状态； • ⑵ 确定各组分的热力学数据； • ⑶ 选择计算基准（大部分在物料衡算的基础上进行）； • 同时，还要选取热力学函数的基准态。 • ⑷ 列出能量衡算方程式，进行求解。
化工计算物料衡算
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
物料衡算在化工生产中的发展趋势
物料衡算在化工生产中的重要性
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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物料守恒法的局限性：只适用于反应前后物料质量不变的情况，对于反应前后物料质量变化的情况不适用。
原理：根据化学反应的平衡条件，计算反应物的转化率和产物的生成率
应用：适用于化学反应平衡状态下的物料衡算
计算步骤：确定反应方程式、设定初始条件、求解平衡条件、计算转化率和生成率
注意事项：确保反应方程式正确、初始条件合理、平衡条件准确
汇报人：
化工计算物料衡算
目录
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化工计算物料衡算概述
化工计算物料衡算的应用
化工计算物料衡算的计算方法
化工计算物料衡算的计算步骤
化工计算物料衡算的发展趋势和展望
添加章节标题
化工计算物料衡算概述
化工计算物料衡算：在化工生产过程中，对物料进行计算和衡算，以确定物料的平衡关系和变化规律。
目的：确保化工生产过程的稳定、高效和安全，提高产品质量和生产效率。
数学模型的改进：提高计算结果的可靠性和准确性
计算软件的功能：模拟、预测、优化、控制等
计算软件的发展趋势：智能化、自动化、集成化
计算软件的应用领域：化工、制药、能源、环保等
计算软件的未来展望：更加智能化、自动化、集成化，更加广泛地应用于各个领域。
第3章 物料衡算和能量衡算
上例中，m=2, n=4 ∴ 独立反应数： N反应= 4-2=2
1. 2.
对有化学反应的过程，应写独立的反应方程 式或独立反应数。例如碳与氧的燃烧过程 ：
C O2 CO2 1 C O2 CO 2 1 CO O2 CO2 2 CO2 C 2CO
①
②
③ ④
这4个反应是否是独立的呢？如何判断呢？
10
反应过程中，若有m种元素和n个组分参与反应 时，独立反应数为： N反应=n-m
设计过程中各种计算通常以小时或是以设备为单位进 行，而设计任务却是指定年产量，此时应注意计算基 准。 12
例3-1 设计一个年产量为10000t（吨）的间歇本 体法聚丙烯设备装置，由二个反应釜并联操作， 反应釜的操作时间表如下 置换 进料 聚合反应 0.5h 0.5h 5.0h
z kg H N O 3 0.90 H 2 O 0.10 y kg H 2 S O 4 0.93 0.07 H2O
废酸
x kg
混合过程
混合酸
H NO 3 0.27 H 2 S O 4 0.60 H2O 0.13
H N O 3 0.23 H 2 S O 4 0.57 H 2 O 0.20
23
2)、选择基准
a）稳定操作过程（即稳流过程）： （3-2） （3-3） b）系统内无化学反应：
( ) ( Fi FiFo )FoW W
化工设计第3、4章物料衡算和能量衡算和过程模拟
输出： HCHO（输出）= 0.75mol； CH3OH（输出）= 1－ 0.75 = 0.25mol； O2（输出）= 0.75－ 0.75×0.5=0.375mol； H2O（输出）= 0.75mol
循环过程(两种解法）
1) 确定加热剂或冷却剂的消耗量； 2)为公用工程（热工、电、锅炉、给水、冷暖）提供设计条件; 3) 为提高能量利用率，降低能耗提供重要依据; 4)确定总需求能量和能量的费用。
热量衡算步骤
(1)以单位时间为基准的物料流程图，确定热量平衡范围； (2)在物料流程图上标明已知温度、压力、相态等已知条件； (3)选定计算基准温度； (4)列出热量衡算式，求解未知值； (5)整理并校核计算结果，列出热量平衡表。
F1=2000kg/h 75%液体 25%固体
过滤机
滤饼 90%固体 F3=？kg/h 10%液体
F2=？kg/h 1%固体 99%液体
滤液
精馏过程
F3
F1 料液 乙醇 40% 水 60%
馏出液
乙醇=1% 水 24% 苯 75%
F2 苯
乙醇产品 F4=1000kg/h
化学反应过程的物料衡算
1.直接计算法
化工工程设计中需要大量的时间查找、筛选和估算物性数据。 衡算时必须有足够而准确的原始数据。原始数据的来源根据计算 性质而不同。 对于设计一个新的工艺过程，有关数据可由实验室试验或中试提 供，对于生产过程，则由生产装置测定而得到。当某些数据不能精确 测定或缺少时，可在工程设计计算所允许的范围内推算或假设。
过程模拟简介
过程模拟类型 模拟型、设计型、优化型
过程模拟的三要素 系统模型、物性数据和热力学方法、算法
化工过程设计与开发第5章 物料衡算
2915.7
杂质
59.0
总计
2915.7
5.2.2 反应过程的物料衡算
例[5.7] 在乙二醇生产中，所用的反应物是由乙烯部分 氧化法制得的环氧乙烷。制取环氧乙烷的方法是将乙烯 在过量空气存在下通过银催化剂。 解：
图5.6 乙烯部分氧化
5.2.2 反应过程的物料衡算
例[5.8] 将苯氯化生成一种由一氯、二氯、三氯和四氯 化苯组成的混合物，其反应为： C6H6+Cl2→C6H5Cl+HCl，其反应速率为r1； C6H5Cl+Cl2→C6H4Cl2+HCl，其反应速率为r2； C6H4Cl2+Cl2→C6H3Cl3+HCl，其反应速率为r3； C6H4Cl3+Cl2→C6H2Cl4+HCl，其反应速率为r4。
%(wt )
kmol /h
%(mo l)
kg/h
%(wt )
kmol /h
%(mo l)
kg/h
%(wt )
kmo %(m l/h ol)
苯
7600 0
38
97.4 3
41.9 7372 85.6 6 .6 0
94.5 2
87.5 2
227. 8
2.0
2.9 2.3 25
甲 1240 苯0
62
合 计
图5.5 常规精馏流程简图
5.2.1 物理过程的物料衡算
解：
0.5F2 0.01F3 0.2 100
F2=38.8kmol/h， F3=61.2kmol/h
表5-4 例5.4的物料平衡表
流股
组分
丙烷 异丁烷 异戊烷 正戊烷 合计
1
进料
化工设计--物料衡算
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
物理过程的物料衡算
无化学反应发生 属于化工单元操作过程的衡算如过滤、混
合、吸收、干燥、结晶、精馏等
•1. 过滤： 用过滤设备把液固分开的操作
例：在过滤机中把含有25%（质量%）固体的浆料进行 过滤，现在料浆的进料量为2000kg/h 滤饼含有90%固 体，滤液含1%固体。试计算滤液，滤饼的量（设过滤 有一个稳态连续过程）
•2）非理想溶液 •活度系数，ri＝ai/ xi •由范拉尔方程或威尔逊方程求得
•7. 气液平衡常数
•1）完全理想系 •低压下组分结构十分相似的溶液
•2）理想系 •中压(< 1.5~2.0Mpa)的理想溶液
•7. 转化率x、收率Y 和选择性S
•Y = Sx
•限制反应物 •过量反应物
•起始量的选择： •连续反应器 反应器进口处原料的状态为起始状态 •间歇反应器 反应开始时的状态为起始状态 •串联反应器 进入第一个反应器的原料组成为计算基准
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 骤据
➢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）
生产规模在设计任务书中已有，若是中间车间应根据消耗 定额来确定生产规模，要考虑物料在车间回流的情况。 大型化工厂一般8000小时/年 对要经常维修或试验性车间一般7200小时/年 很少的厂可达8400小时/年
•2. 蒸发：把溶质不挥发的溶液加热至沸腾，使溶剂气化
化工中物料衡算和热量衡算公式
物料衡算和热量衡算物料衡算根据质量守恒定律，以生产过程或生产单元设备为研究对象，对其进出口处进行定量计算，称为物料衡算。
通过物料衡算可以计算原料与产品间的定量转变关系，以及计算各种原料的消耗量，各种中间产品、副产品的产量、损耗量及组成。
物料衡算的基础物料衡算的基础是物质的质量守恒定律，即进入一个系统的全部物料量必等于离开系统的全部物料量，再加上过程中的损失量和在系统中的积累量。
∑G1=∑G2+∑G3+∑G4∑G2：——输人物料量总和；∑G3：——输出物料量总和；∑G4：——物料损失量总和；∑G5：——物料积累量总和。
当系统内物料积累量为零时，上式可以写成：∑G1=∑G2+∑G3物料衡算是所有工艺计算的基础，通过物料衡算可确定设备容积、台数、主要尺寸，同时可进行热量衡算、管路尺寸计算等。
物料衡算的基准(1)对于间歇式操作的过程，常采用一批原料为基准进行计算。
(2)对于连续式操作的过程，可以采用单位时间产品数量或原料量为基准进行计算。
物料衡算的结果应列成原材料消耗定额及消耗量表。
消耗定额是指每吨产品或以一定量的产品(如每千克针剂、每万片药片等)所消耗的原材料量；而消耗量是指以每年或每日等时间所消耗的原材料量。
制剂车间的消耗定额及消耗量计算时应把原料、辅料及主要包装材料一起算入。
热量衡算制药生产过程中包含有化学过程和物理过程，往往伴随着能量变化，因此必须进行能量衡算。
又因生产中一般无轴功存在或轴功相对来讲影响较小，因此能量衡算实质上是热量衡算。
生产过程中产生的热量或冷量会使物料温度上升或下降，为了保证生产过程在一定温度下进行，则外界须对生产系统有热量的加入或排除。
通过热量衡算，对需加热或冷却设备进行热量计算，可以确定加热或冷却介质的用量，以及设备所需传递的热量。
热量衡算的基础热量衡算按能量守恒定律“在无轴功条件下，进入系统的热量与离开热量应该平衡”，在实际中对传热设备的衡算可由下式表示Q 1+Q 2+Q 3=Q 4+Q 5+Q 6 （1—1）式中： Q 1—所处理的物料带入设备总的热量，KJ;Q 2—加热剂或冷却剂与设备和物料传递的热量（符号规定加热剂加入热量为“+”，冷却剂吸收热量为“-”），KJ;Q 3—过程的热效率，（符号规定过程放热为“+”；过程吸热为“-”）Q 4—反应终了时物料的焓（输出反应器的物料的焓）Q 5—设备部件所消耗的热量，KJ;Q 6—设备向四周散失的热量，又称热损失,KJ;热量衡算的基准可与物料衡算相同，即对间歇生产可以以每日或每批处理物料基准。
化工计算 第四章物料衡算 第四节化学反应过程的物料衡算
第四节 化学反应过程的物料衡算
2．元素衡算法 元素衡算法是物料衡算的一种重要形式，是以反应过
程中参与反应的各种元素为对象列出平衡方程式而进行的 物料衡算。在化学反应过程中, 无论什么情况下，任何一 种元素都是平衡的。
当反应过程比较复杂，尤其是化学反应式无法写出时， 用直接计算法就无法解题了，这时用元素衡算法是比较合 适的，例石油裂解过程，过程中存在多种反应而又无法确 切知道各步反应所占的比例，这时可采用元素平衡的方法 进行物料衡算。在对这类过程进行物料衡算时，并不需要 考虑具体的化学反应，而是按照元素种类被转化及重新组 合的概念表示为： 输入（某种元素）=输出（同种元素）
高职高专“十一五”规划教材《化工计算》
第四节 化学反应过程的物料衡算
FH2O 53.6mol h1
FO2 4.62mol h1
燃烧气组成为：
CO2：
44.2 0.1490 14.9% 296.71
H2O：
53.6 296.71
0.1806
18.06%
O2 ： 4.62 0.0156 1.56%
第四节 化学反应过程的物料衡算
烟道气中O2量：0.0249100mol 2.49mol 烟道气中N2量：0.7222100mol 72.22mol 以为联系组分，根据式 F xt, f P xt,p，即空气中的与烟道气 中量相等，有输入的空气量：72.22mol 91.42mol
0.79
296.71
N2： 194.29 0.6548 65.48%
296.71
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第四节 化学反应过程的物料衡算
3．联系组分法 联系组分又称惰性组分，是指在整个生产中
3.2 物料衡算
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。
• 化学平衡常数表示了可逆反应过程在反应达 到平衡时各物料之间组成上的定量关系，平衡 常数在可逆反应的物料衡算中提供了一种过程 限制关系。
3.2.3 化学反应过程的物料衡算
2.平衡反应过程的物料衡算 例8 计算合成甲醇过程中反应混合物的平衡组成。设
空气与（CH4+H2）的摩尔比为
91.42/（8.13+0.9）=10.124
3.2.3 化学反应过程的物料衡算
1.一般反应过程的物料衡算
（4）组分平衡法
• 根据质量守恒列出各组分的物料衡算式。
• 用于单一反应或多个反应，多组分，多未知
变量的情况。
3.2.3 化学反应过程的物料衡算
1.一般反应过程的物料衡算 （4）组分平衡法
输入（元素)= 输出（同元素） • 当反应过程比较复杂，同时发生多个反应但详细 分配情况不清楚或化学反应式无法写出时，用元素 衡算法比较合适，如石油裂解过程。
3.2.3 化学反应过程的物料衡算
1.一般反应过程的物料衡算 （2）元素衡算法
例5 已知合成气的组成为CH4 0.4%(体积分数)，CO 38.3%，CO2 5.5%，H2 52.8%，O2 0.1%和N2 2.9%，现 用10%过量空气燃烧，燃烧后生成的燃烧气中不含CO， 计算燃烧气组成。
反应方程式
CH4+2O2=CO2+2H2O H2+1/2O2=H2O
计算：（1）燃料中甲烷与氢气的摩尔比；
（2）空气与(CH4+H2)的摩尔比。
例6
燃料
CH4 H2
烟道气
燃 烧 炉
空气 O2 N2
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。
化学反应过程的物料衡算方法--联系组分法.
燃料
CH4 H2
燃烧炉
空气 91.42 O2 N2
烟道气 CO2 H2 O O2 N2 8.13% 17.16% 2.49% 72.22%
解：以100mol烟道气为计算基准。
N2为联系组分 根据烟道气中N2含量，100×0.7222=72.22mol 得到输入的空气量为 72.22/0.79=91.42mol
课程：化工工艺初级设计
知识点：物料衡算方法—联系组分法
江苏高校品牌专业——石油化工技术
方法简介
联系组分又称惰性组分，是指在整个生产中随反应物进出系统，但完全不 参与反应的组分，因此其数量总是不变。
CH3OH CH3OH HCHO H2 O O2 N2
反应器
空气（过量 40%）
O2 21% N2 79%
于是输入混合气体中甲烷与氢气的摩尔比为： 8.13/0.9=9.03 空气与混合燃料（CH4+H2）的摩尔比为： 91.42/（8.13+0.9）=10.12
小结
1
2 3
联系组分法简介
适用场合
举例说明元联系组分法的使用
谢谢观看
课程：化工工艺初级设计 知识点：物料衡算方法--联系组分法
江苏高校品牌专业——石油化工技术
例：甲烷与氢的混合气体在炉子内用空气完全燃烧，烟道气组分及其组成为 组分 mol% 反应方程式 N2 CO2 O2 H2O 合计 100
72.22
8.13
2.49
17.16
CH4+2O2=CO2+2H2O
H2+1/2O2=H2O
计算：（1）燃料中甲烷与氢气的摩尔比； （2）空气与混合气体(CH4+H2)的摩尔比。
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R ( 6 P . 8 0 3 4 2 . 4 3 1 4 . 7 ) 1 m 6 h 1 o 9 . 0 l m 9 4 h 1ol
A
6
第四节 化学反应过程的物料衡
算
反应器出口物料的组成：
60.84
xR1P
0.6134 99.04
xRP2
3 0.0303 99.04
RP
摩尔分数%
61.43
物质的量（mol·h-1）
P
摩尔分数%
物质的量（mol·h-1） 60.84
S
摩尔分数%
72.19
物质的量（mol·h-1） 25.96
R
摩尔分数%
72.19
物质的量（mol·h-1） 34.88
W
摩尔分数%
72.19
C6H5CH3 15
23.42 15 15 3 3.06 3
比及各物流的组成。
A
2
解：由题意画出物料流程图
FF FF1 H2 FF2 C6H5CH3
混合器
MF MF1 H2 MF2 C6H5CH3 MF3 CH4 10%
R R1 ห้องสมุดไป่ตู้2
分流器
W W1 ：H2
R3 CH4
S S1：H2 W3：CH4
S3：CH4
反应器
RP RP1 H2 RP2 C6H5CH3 RP3 CH4
由分流器的特征，有：
xR1 xS1
， xR3 xS3
A
8
第四节 化学反应过程的物料衡算
衡算体系：混合器
CH4平衡：
M3F R3RRx3
（3）
C6H5CH3平衡： MF2 FF2
H2平衡：
M1F F1FRRx1
（4） （5）
联立（4）、（5）、（6）式解得：
R3.9 5m 6 oh1 l
F2F1m 5 ohl1
（2）由题意要求混合原料中甲烷含量不大于 10%，取10%进行计算，这样计算得到的排放 量数据为最小值，实际排放时应稍稍大于此值。
A
4
基准：进反应器混合原料：100 molh1
衡算体系：反应器
进料：由已知，M 3 1 F00 h 1 m 1o 0 1 l% 0h m 1 ol
总物料：M 1 M F 2 1 m F 0 h 1 o 1 lm 0h （0 1 o 1）l
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
A
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
20.33
A
CH4
10 10 23.44 24.68
23.44 27.81 10.0 27.81 13.44 27.81
C6H6
11.76 11.87 11.76 79.67
合计 64.04 100 100 100 99.04 100 14.76 100 84.28 100 35.96 100 48.32 100
MF1 5 MF2
（2）
解（1）、（2）式得： M1F75mho1l
M2 F1m 5 oh1 l
出料： C6H5CH3的剩余： R 2 M P 2 ( 1 8 F % 0 1 m ) 5 h 1 o 0 . 2 3 l m h 1
A
5
第四节 化学反应过程的物料衡算
生成的C6H6： R 4 M P 2 8 F % 0 9 % 8 1 .7 1 m 6 h 1 ol CH4的量：
主反应：
C 6 H 5 C3 H H 2 C 6 H 6 C4H
副反应：
C 6H 5C3H 102H 7C4 H
以纯氢和纯甲苯为原料，进入反应器的氢与甲苯之比为5:1
（摩尔比）。甲苯的单程转化率为80%，生成苯的选择性为
98%，未反应的甲苯和产物苯作为产品物流输出体系，氢和
甲烷循环。要求混合原料中甲烷含量不大于10%，计算排放
分离器
P P2 C6H5CH3 P4 C6H6
RP4 C6H6
图4-31 例4-22流程图
A
3
第四 化学反应过程的物料衡算
说明：
（1）流程中物料流股各物质流量的下标编号尽 可能保持一致，下标相同表示同一种物质，这 样可以避免列衡算式时出差错。本题中只有混 合原料的组成有已知数据，设其为基准后可先 对反应器系统进行物料衡算。
R 3 P M 2 8 F % 0 9% 8 M 2 8 F % 0 (1 9% 8 7 )M 3 F (1.7 1 6 1 .6 8 1)m 0h o 1 2 l.4 3 m 4h o 1 l
H2的量：
R 1 P M 1 M F 2 8 F % 0 9% 8 M 2 8 F % 0 ( 1 9% 8 1)0 (7 1 5 .7 1 6 2 .4 )m h o 1 6 l.8 0 m 4 h o 1 l
xRP3
23.440.2369 99.04
11.76
xRP4
0.1187 99.04
衡算体系：分离器
P2=RP2=3mol.h-1
P 4=R P 4=11.76m ol.h-1
P(3 11.7h6 1 )1m .7 4m 6 oh lo 1l
A
7
第四节 化学反应过程的物料衡
算
则：
xP2
3 0.2033 14.76
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
1x2
2
1
2 0x3 7
11.76
xP4
0.7967 14.76
S1R1P 6.0 8m 4 o1l.h S3R3P2.344 mo1l.h
S ( 6 .8 0 2 4 .4 3 ) m 4 h 1 o 8 l.2 4 m 8 h 1 ol
则：
xs1
60.840.7219 84.28
xs3
23.440.2781 84.28
F1F 4.0 9m 4 o h1 l F F (4.0 9 1 4 )m 5h o 1 6 l.0 4 m 4 h o 1 l
A
9
计算结果汇总列表如下表
组分
H2
物质的量（mol·h-1） 49.04
FF
摩尔分数%
76.58
物质的量（mol·h-1） 75
MF 摩尔分数%
75
物质的量（mol·h-1） 60.84