物料衡算和热量衡算培训教材(36页)
物料衡算和热量衡算
3 物料衡算依据原理：输入的物料量=输出的物料量+损失的物料量3.1 衡算基准年生产能力：2000吨/年年开工时间：7200小时产品含量：99%3.2 物料衡算反应过程涉及一个氧化反应过程，每批生产的产品相同，虽然有原料对叔丁基甲苯和溶剂甲苯的循环，第一批以后循环的物料再次进入反应，但每批加料相同。
在此基础上，只要计算第一个批次的投料量，以后加料一样。
反应釜内加热时间2h、正常的反应时间18h、冷却时间1h。
加上进料和出料各半个小时，这个生产周期一共2+18+1+1=22h。
所以在正常的生产后，每22小时可以生产出一批产品。
每年按300天生产来计算，共开工7200小时，可以生产327个批次。
要求每年生产2000吨对叔丁基苯甲酸，则每批生产2000÷327＝6.116吨。
产品纯度99 %( wt %)实际过程中为了达到高转化率和高反应速率，需要加入过量对叔丁基甲苯做溶剂，反应剩余的原料经分离后循环使用。
3.2.1 各段物料(1) 原料对叔丁基甲苯的投料量设投料中纯的对叔丁基甲苯为X kg，则由C11H16C11H14O2 M 148.24 178.23m x 6054.8得x=6054.8×148.24÷178.23=5036.0 kg折合成工业原料的对叔丁基甲苯质量为5036.0÷0.99=5086.9kg实际在第一批生产过程加入的对叔丁基甲苯为6950.3kg（2）氧气的通入量生产过程中连续通入氧气,维持釜内压力为表压0.01MPa,进行氧化反应。
实际生产过程中,现场采集数据结果表明,通入的氧气量为1556.8 kg，设反应消耗的氧气量为x kg3/2O2C11H14O2 M 31.99 178.23m x 6054.8 得x= 3/2×6054.8×31.99÷178.23=1630.1kg此时采用的空气分离氧气纯度可达99%，因此折合成通入的氧气为1630.1÷0.99=1646.6 kg即在反应过程中，需再连续通入1646.6kg氧气。
物料衡算和热量衡算
物料衡算和热量衡算以下计算部分将对石灰石-石膏法的脱硫工艺进行物料衡算、热量衡算、反应器的设计和换热器的设计等具体的步骤物料衡算简化运算条件：物料衡算主要针对脱硫装置系统（即喷淋塔）和制浆系统（石灰石浆液）来进行的，两个系统之间来联系的纽带是在脱硫塔内进行的脱硫反应，即钙硫比（Ca/S ）(选择为1.02，下面将详细论述)。
以下条件在计算方法中被简化（1）不包括吸收塔的损失（2）假设烟气带入的粉尘为零（3）假设工艺水和石灰石不含杂质（4）假设原烟气和净烟气没有夹带物代入和带出系统（5）假设没有除雾器冲洗水（6）假设没有泵的密封水（7）假设工艺系统是封闭的，没有环境物质的进入和流出3.1吸收系统物料衡算和相关配置喷淋塔内主要进行脱硫反应，由锅炉引风压机引来的烟气，经过增压风机升压后，从吸收塔中下部进入吸收塔，脱硫除雾后的净烟气从吸收塔顶部侧向离开吸收塔，塔的下部为浆液池。
前面已经详细地介绍了脱硫反应的机理，由此可知反应的物料比例为 CaCO 3∽Ca ∽1.02S ∽1.02SO 21.02 : 1.02 : 1 : 1设原来烟气二氧化硫SO 2质量浓度为 a (mg/m 3),根据理想气体状态方程PV=nRT可得： K K mamg m mg )145273(273//770033+= 求得： a=1.18×104mg/m 4而原来烟气的流量（145℃时）为20×104(m 3/h)换算成标准状态时(设为V a )KK V h m a 273)273145(/2000003+= 求得 V a =1.31×105 m 3/h=36.30 m 3/s故在标准状态下、单位时间内每立方米烟气中含有二氧化硫质量为M SO2 =36.30×1.18×104mg/m 3=42.83×104mg=428.3g/s N SO2=428.3/64 mol/s = 6.69mol/s ≈7.0mol/s对应的石灰石（CaCO 3）物质的量 n CaCO3=1.02×7.0 =7.14mol/s石灰石（CaCO 3）质量为m CaCO3=1.02×7.0×100 =1.02×700g/s=714g/s综合以上计算结果，本部分给出的是一些近似的简化物料平衡计算方法，物料点涵盖了一些主流程。
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：
物料衡算和热量衡算
3 物料衡算和热量衡算计算基准年产 4500 吨的二氯甲烷氯化吸取，年工作日 330 天，每天工作 24 小时，每 小时产二氯甲烷：物料衡算和热量衡算反响器的物料衡算和热量衡算本反响为强放热反响，如不把握反响热并移走，温度会急剧上升，产生猛烈的燃烧反响， 是氯化物发生裂解反响。
由此可以通过参与过量的甲烷得到循环气，以之作为稀释剂移走反 应热。
〔一〕 计算依据〔1〕 二氯甲烷产量为： kg/h ，即： kmol/h ； 〔2〕 原料组成含: Cl 2 96%，CH 495%；（3） 进反响器的原料配比〔摩尔比〕: Cl 2：CH 4：循环气=1： （4） 出反响器的比例: CH 2Cl 2：CHCl 3=1：〔质量比〕(CHCl 3+CCl 4)/CH 2Cl 2=〔摩尔比〕；（5） 操作压力: 〔表压〕；（6） 反响器进口气体温度 25o C ，出口温度 420o C 。
〔二〕 物料衡算反Cl 2应CH 3Cl CH 2Cl 2 CHCl 3CH 4CCl 4 HCl假设循环气不参与反响，只起到带走热量的作用。
则设进口甲烷为 X kmol/h ，=h出反响器的一氯甲烷Y kmol/h，氯化氢Z kmol/h。
由进反响器的原料配比〔摩尔比〕Cl2：CH4：循环气=1：原料组成含: Cl2 96%，CH495%。
由CH2Cl2：CHCl3=1：〔质量比〕可得CHCl3每小时产量为：×=h由(CHCl3+CCl4)/CH2Cl2=〔摩尔比〕可得CCl4的量为×－=h用元素守衡法则：Cl 元素守衡=Y+×2+×3+×4+Z ①H 元素守衡4X=3Y+×2++Z ②C 元素守衡X=Y+++ ③解方程①①③得X=hY=hZ=h （1）所以反响器进口原料中各组分的流量：Cl2: ×=h=h 〔纯〕=h=h 〔含杂质〕CH4: h=h 〔纯〕=h=h 〔含杂质〕循环气流量：3×= kmol/h= Nm3/h其中：CH3Cl：kmol/hN2：×4%＋×3%= kmol/hCO2：×2%= kmol/h可知：= 得进口Cl2为kmol/h3 CH 4：－－－= kmol/h进口气体总量： ＋＋= kmol/h（2） 反响器出口中各组分流量：CH 3Cl ： kmol/h CH 2Cl 2： kmol/h CHCl 3 ： kmol/h CCl 4： kmol/h HCl ： kmol/h 循环气： kmol/h出口气体总量：＋＋＋＋= kmol/h（3） 出口气体中各组分的含量：CH 3Cl ： ×100%=%CH 2Cl 2：×100%=%CHCl ： ×100%=% CCl 4： ×100%=% HCl ： ×100%=% N 2：×100%=%CO 2： ×100%=% CH 4： ×100%=%表 3—1 反响器物料平衡组分kmol/h反响器进口组成%〔mol 〕 kg/h反响器出口kmol/h组成%〔mol 〕 kg/hCH 4 Cl 2 CH 3Cl CH 2Cl 22 2CHCl 3 CCl 4 HClN 2 CO 2 总计100 100〔三〕 热量衡算以 25℃为基准温度由《氯碱工业理化常数手册》查得如下数据：420℃时，由《氯碱工业理化常数手册》查得如下数据：物质n(kmol)CH 3ClCH 2Cl 2CHCl 3CCl 4HClN COΔt = 420－25=395℃输入焓：∑输入H = 0表 3—2 反响物料标准摩尔生成焓Δf/〔kJ/mol 〕 物质输入 输出CH 4Cl 2CO 2CH 3Cl CH 2Cl 2 CHCl 3 CCl 4HCln(kmol) Δf0 -100Δ f =∑ 生成物 n Δ H θ－∑ f m 反响物n Δ H θ=－×106 kJ f m 表 3—3 生成物的标准摩尔定压热容/(J ﹒K -1﹒mol -1)输出焓：∑ 输出 H = ∑nΔt = ×106 kJ℃时，由《氯碱工业理化常数手册》查得如下数据：物质n(kmol) CH4CH3Cl N2CO2考虑4%热损失，则×106×〔1-4%〕=则Q = Q放出带出循环气能带走的热量恰好为反响气放出的热量，是反响温度保持在420℃左右可以维持反响顺当进展。
3 物料衡算和热量衡算
2.1 物料衡算 四、物料衡算的程序
（1）确定衡算的对象、体系与环境，并画出计算对象
的草图。对于整个生产流程，要画出物料流程示意图
（或流程框图）。绘制物料流程图时，要着重考虑物 料的种类和走向，输入和输出要明确；
（2）确定计算任务，明确哪些是已知项，哪些是待求
项，选择适当的数学公式，力求计算方法简便； （3）确定过程所涉及的组分； （4）对物流流股进行编号，并标注物流变量；
2.2 热量衡算 三、热量衡算基准
关于计算基准：包括基准量（物料基准）、基准温度、基
准相态 基准量：和物料衡算的基准相同 基准温度：原则上可以任意选定，在计算过程中只要采用 统一基准即可，但一般热量衡算常用焓衡算，此时常用
0℃为温度基准
相态基准：只有在物料的组成中含有水而出现汽化或水蒸 气凝结时才需要规定。通常选择液态为基准。
2.1 物料衡算
物料衡算方程：质量守恒定律
F F D D F
I O P R
A
式中：
FI——输入系统的物料量；
Fo——从系统输出的物料量；
Dp—系统内生成的物料量； DR—系统内消耗的物料量； FA——系统内积累的物料量；
2.1 物料衡算
对于连续过程（稳定操作过程），系统内不积累物料，
2.1 物料衡算
（5）收集数据资料 （6）列出物料衡算方程
（7）列出过程的全部独立物料平衡方程式及其他相关
约束式 （8）选择计算基准 （9）统计变量个数与方程个数，确定设计变量的个数 及全部设计变量 （10）整理计算结果 （11）绘制物料流程图
2.1 物料衡算
数据资料收集包括：
2.3 常用化工计算软件
《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。
第3章 物料衡算和热量衡算-1 反应器设计基础
北京理工大学BEIJING INSTITUTE O F TECHNOLOGY第3章物料衡算、能量衡算及反应器工艺计算授课教师：赵芸化工与环境学院•反应器设计基础•物料衡算•热量衡算•反应器工艺计算典型化工过程反应器设计基础•化学反应的特点及其对反应器的要求•反应器的分类及特点•反应器设计的相关概念•反应器放大方法•化学反应复杂：平行反应，连串反应，可逆反应及链反应•反应物料的相态多样化：气、液、固非均相系统•许多反应过程热效应大•工艺条件变化范围宽：多步反应T\P高低•反应介质的腐蚀性强一、化学反应的特点及其对反应器的要求停留时间传质传热耐热耐压耐腐蚀二、反应器分类及特点•根据反应器的结构形式•根据反应器的传热方式•根据反应器内物料相态•根据反应器的操作方式（一）反应器的结构形式•釜式反应器•管式反应器•固定床反应器•滴流床反应器•塔式反应器•流化床反应器•喷射式反应器•泵式反应器•膜反应器（燃料电池）•等等1、釜式反应器液体介质内进行的各种反应结晶型产物或需静止分层的产物加压下的反应带固体沉淀物的反应需要不断粉碎结块固体的场合2、管式反应器气相或均液相反应非均液相反应气液相反应，带悬浮固体的液固或气液固反应粘稠物料与半固态物料的反应高压低密度聚乙烯：1000~2000 atm，10万吨/年3、固定床反应器●催化剂为固体；●催化剂固定在反应器床层内；●温度分布不均；●不易于更换催化剂气固、液固、气液固相催化反应反应热较大的快速气固相催化反应天然气制气4、滴流床反应器•+高空速•+ 小返混•+无催化剂夹带•-高床层压降•-长混合时间•-流动分布差•-仅能并流操作5、塔式反应器气液相反应气液固三相反应气体的化学吸收气液相逆流操作的反应，要求伴随蒸馏的化学反应非均相反应及要求伴随萃取的反应6、流化床反应器•气固流化床反应器•气液固三相流化床反应器–鼓泡式气液固三相反应器–循环式气液固三相流化床反应器气固流化床反应器•催化剂为固体颗粒；•催化剂在气体作用下进行流化；•温度均一；•易于更换催化剂高低并列的提升管FCC 装置鼓泡式气液固三相反应器•可实现恒温操作•易于取热•有效利用反应热•可随时卸、补催化剂•气体强化气液传质•通气量大循环式气液固三相反应器•可实现恒温操作•易于取热•有效利用反应热•可随时卸、补催化剂•气体强化气液传质•通气量小2011/9/23217、喷射反应器气液、液液相快速反应8、泵式反应器液相、气液相快速反应（二）反应器的传热方式•间壁传热式•绝热式•自热式T0CLLL•直接传热式（冷激式）•蒸发传热式•外循环传热式L T℃t (hr) T℃（三）反应器内物料相态•均相反应器–气相反应器–均液相反应器•非均相反应器–气液两相反应器–液液两相反应器–气固两相反应器–气液固三相反应器（四）反应器的操作方式•分批（或间歇式）操作–参与反应的物料一次投入，反应完毕后产物一次卸出•连续式操作–反应物料连续通过反应器的操作方式•半分批（或半连续）操作–一部分物料一次投入反应器内，另一部分物料则连续地加入或排出反应器，反应完毕后放料搅拌釜式反应器串联釜式反应器管式,塔式反应器搅拌釜式反应器•沸腾温度下进行的强放热反应•严控A 浓度•B 浓度高，A 、C 浓度低对反应有利的场合•可逆反应•严控A 浓度•低温进行的放热反应•A 浓度低，B 浓度高对反应有利的场合•控制产物C （如沉淀反应）•A 、B 浓度低对反应有利的场合•控制产物C （如沉淀反应）•可逆反应BA CB CACA BA BC三、反应器设计相关概念•反应相关基本概念•反应器内物料流动模型（一）反应相关基本概念•转化率•产率•选择性•时间•返混转化率2011/9/2331•转化率：反应所消耗掉的物料量与投入反应器的物料量之比x A =反应消耗A 组分的量投入反应器A 组分的量针对主要原料产率•产率：收率，主产物的实际得量与按投入原料计算的理论产量之比反应后主产物实际得量投入反应器原料计算的理论产量η=反应后主产物实际得量折成原料量投入反应器的原料量η=或针对主产物•阶段收率：某阶段产品的实际得量与理论得量的比例百分率。
物料衡算和热量衡算
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的基础是能量守恒定律，在无轴功的条件下，进入系统的热量与离开热量相互平衡。
实际生产中传热设备的热量衡算可由下式表示。
Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6Q1——物料进入设备带入热量，kJ；Q2——由加热剂或冷却剂传给设备和物料的热量，kJ；Q3——过程热效应，kJ；Q4——物料离开设备带出的热量，kJ；Q5——消耗在加热设备各个部件上的热量，kJ；Q6——设备向四周散失的热量，kJ。
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。
第五章物料衡算和能量衡算
（3） 冷麦汁量为： 584.92×（1－0.075）=541.05L
（4） 发酵成品液量： 541.05×（1－0.016）=532.39L
（5） 清酒量（过滤）为：532.39×（1－0.015）=524.41L
（6） 成品啤酒量为： 524.41×（1－0.02）=计算方法
（三） 用气量的衡算 （一）“单位产品耗气量定额”估算法
（二）用气量的计算法
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2020/11/5
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图中用简单的方框表示过程中的设备，用线条和箭头表示每个流股的途径和流向。并标 出每个流股的已知变量（如流量、组成）及单位。对一些未知的变量，可用符号表示。
（四）计算步骤
③ 选定计算基准，一般以吨/日或kg/h为单位。 ④ 列出物料衡算式，然后用数学方法求解。
在食品生产过程中，一些只有物理变化、未发生化学反应的单元操作，如混合、 蒸馏、干燥、吸收、结晶、萃取等，这些过程可以根据物料衡算式，列出总物料 和各组分的衡算式，再用代数法求解。 对于有化学反应的单元操作，可以采用化学反应式进行衡算。
第二节 能量衡算
在食品工厂生产中，能量的消耗是一项重要的技术经济指标，它是衡量工艺过 程、设备设计、操作制度是否先进合理的主要指标之一。
能量衡算的基础是物料衡算，只有在进行完物料衡算后才能做能量衡算。
（一）热量衡算 （1）热量衡算的依据
（2）热量衡算的依据
（3）热量衡算的方法和步骤
热量衡算实例— 棉籽油热量计算实例
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
化工设计之物料衡算及热量衡算
每小时需要的乙苯量： ＝530Kg/h 每小时需要的乙苯量： 530/0.98＝540.8Kg/h 每小时需要的水蒸气的量： 540.8×2.6＝1406.08Kg/h 其余为甲苯，则甲苯量为：540.8×0.02=10.8Kg/h （2）产物组成 苯乙烯的产率为90%，可知理论苯乙烯的量为： 208.3/0.9＝231.4Kg/h
能量衡算
特殊过程能量衡算时的简化如下：
• • • •
绝热过程（Q ＝ 0） △H ＝W 无做功过程（W ＝ 0） △H ＝Q 无功、无热量传递过程(Q ＝0，W ＝0) △H ＝0 间歇过程△(PV) ＝0 △U ＝Q ＋W
化学反应过程的能量衡算
• 对于无化学反应的能量衡算问题，由于都是物理 过程，所以只要计算进出口流股相对于参考态的焓， 即可计算出焓值
- h 2.22
=25.81kJ/mol
- h 42.22
=42.9kJ/mol
则溶液稀释后能量的变化为 △H=（42.9-25.81）*3.125=53.41KJ 该能量使得水的温度升高
根据Q=Cm△T Q为总能量， C为水的比热容， m为水的质量， △T为温度变化量
查水的比热容为
4.2 103 kJ / kg ℃
每小时转化的乙苯量为： ＝235.9Kg/h＝2.23Kmol/h 未反应的乙苯量为：540.8－235.9＝304.9Kg/h 生成的甲苯量： 2.23×0.05×92＋10.8＝21.1Kg/h
生成的苯量：
2.23×0.03×78＝5.22Kg/h
生成的焦炭量：
2.23×0.02×7×12＝3.75Kg/h
第二种基准中的物质，是组成反应物和产物的、以自然 形态存在的原子。
18
物料衡算及热量衡算
物料衡算及热量衡算第⼆章硫酸⼲吸系统设计的计算2.1 ⼲燥塔物料计算[16]2.1.1 ⼲燥塔⼊⼝炉⽓成分表2.1 转化⽓进⼝⽓体成分表2.2 电除雾器出⼝⽓体成分2419.052.1.2 ⼲燥塔⼊⼝炉⽓含⽔量设补加空⽓全部在电除雾器之后加⼊，空⽓温度20摄⽒度、相对湿度75%，由湿含图查得⽔含量为103⼲空⽓，则补加空⽓带⽔量为：g/m2419.05×0.01=24.19kg/h=1.34kmol/h=30.8m3/h2.1.3 ⼲燥塔⼊⼝⽓体带⽔设出塔⽓体中含⽔量为30.1g/m，则⼲燥后⽓体带⽔量为：(0.1÷1000)×19372.98=1.94kg/h2.1.4 循环酸量决定循环酸量的⽅法⼀般有两种，⼀种是根据进出⼝酸浓度差决定，酸浓度差⼀般选在0.2%~0.4%范围内，第⼆个是根据塔的喷淋密度来决定，喷淋密度⼀般选在14~20m3/(m2·h)的范围内。
在这⾥采⽤浓度差计算循环酸量。
H SO⽐重 1.7993⼊塔酸：浓度93.00%24m/h温度50O C 酸量x3出塔酸：浓度92.7%⼲燥塔吸收⽔量=(1115.81＋24.19)－1.94=1138.06kg/h由物料平衡得：X×1.7993×1000×93%=(X×1.7993×1000＋1146)×92.7%X=195.44m3/h所以采⽤扬量为200m3/h酸泵,型号为IHIHF125-100-250酸泵。
2.2 ⼲燥塔热量衡算2.2.1 炉⽓带⼊热量Q1t=40O C时SO2带⼊热量：q1=76.98×40×41.57=127997.80KJ/hO2带⼊热量：q2=69.28×40×29.37=81389.60KJ/hN 2带⼊热量： q 3=709.05×40×28.45=806894.52KJ/hH 2O 带⼊热量： q 4=（1.34+61.94）×40×32.716=82810.74KJ/h式中41.57，29.37，28.45，32.716分别为0~40O C 时SO 2、O 2、N 2、H 2O 的摩尔热熔KJ/(mol·K) 。
5干燥过程的物料衡算与热量衡算
五、空气进、出干燥器的状态变化：
在干燥操作中，空气通过预热器时，状态变化过程为温度 升高而湿度不变。若预热后的空气温度t1为已知，则空气的状 态也就确定了。而空气通过干燥器时，由于空气和物料间进行 热和质的交换，而且还受外加热量的影响以及热损失等，所以 其状态变化过程是比较复杂的。通常，根据干燥过程中空气焓 的变化情况，将干燥过程分为等焓与非等焓干燥过程。
湿物料中水分的质量 X 100% 湿物料中绝干物料的质量
X 1
X 1 X
质量分数 以湿物料为基准 质量比 以干物料为基准
3、湿物料的比热容
Cm=Cs+XCw=Cs+4.187X Cw:物料中所含水分的比热容 Cw=4.187KJ/(Kg水℃)
4、湿物料的焓
I’=Is+XIw=Csθ+XCwθ =（Cs+4.187X）θ =Cmθ
课题：干燥过程的物料衡算与热量衡算
干燥过程的物料衡算与热量衡算
一、 湿物料的性质
二 、 干燥系统的物料衡算 三 、 干燥系统的热量衡算
四 、干燥系统的热效率
五、空气进、出干燥器的状态变化：
一、湿物料的性质 湿物料：干物料+水
1、湿基含水量
湿物料中水分的质量 100% 湿物料的总质量
2、干基含水量
'
Q1 100% Q P QD
'
若蒸发水分量为W，空气出干燥器时温度为t2，物料进干燥 器温度为t1’，则干燥器内蒸发（气化）水分所需Q1可用下 式计算:
Q1 W 2492 1.88t2 4.187t1 '
干燥操作中干燥器的热效率表示干燥器操作的性能，效率愈 高表示热利用程度愈好。 在干燥操作中，若将离开干燥器的空气温度降低而湿度增大 ，则亦能提高干燥效率和节省空气的消耗量以降低输送空气的能 量。但是空气的湿度增加，会使物料和空气间的传质推动力（即 HW—H）减小。一般地吸水性物料的干燥，空气出口的温度应高 一些，而湿度应低些。通常，在实际干燥操作中，空气出干燥器 之温度t1需比进入干燥器时的绝热饱和温度高20到50℃，这样去 保证在干燥器以后的设备中空气不致分出水滴，以免造成设备材 料的腐蚀等问题。此外，废气中热量的回收利用对提高干燥操作 的热效率也具有实际意义。当然还应注意干燥设备和管路的保温 ，以减少干燥系统的热损失。
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四、干燥过程在湿焓图上的表达
1 典型干燥过程
将热量衡算式各项除以W:
G l( I2 - I1 ) = QD - W ( I'2 -I'1 ) - QL
代入： l 1 H2 H1
ε
=
I2 H2
-
I1 H1
=
QD
G W
(
I'2 -I'1
) - QL
B
根据e 的值，把干燥器分成两大类： t2
湿空气进出干燥器时的焓分别为：
I0 cgt0 IV 0H0 I2 cgt2 IV 2H2
I2 I0 cg t2 t0 IV 2 H2 H0
I2 I0 cg t2 t0 r0 c02t2 H2 H0 1.01t2 t0 2490 1.88t2 H2 H0
可见，向干燥系统输入的热量用于：加热空气、加热物 料、蒸发水分、热损失。
cm = cs + Xcw
干燥系统的热效率
蒸发水分所需的热量
向干燥系统输入的总热量 100%
?
蒸发水分所需的热量为
QV W 2490 1.88t2 4.187q1W
忽略物料中水分带入的焓
学号 请回答！
QV W 2490 1.88t2
条状：马铃薯切条、刀豆、香肠等； 膏糊状：如麦乳精、巧克力浆等； 粉末状：淀粉、奶粉等；
液态：包括各种溶液、悬浮液和乳浊液如牛奶、蛋液、 果汁等。
湿物料按其物理化学性质不同粗略分为如下两大类：
（1）含水分的液体
溶液：如葡萄糖、味精等的水溶液及食品的浸出液。 胶体溶液：如蛋白体溶液、果胶溶液等。
（2） 含水分的固体
结晶质的固体：如糖和食盐等。 胶质分散系：如明胶、淀粉质物料等。
其中，后一类是多见的。胶质固体又可分为三类。 弹性胶体是典型的胶质固体，如明胶、洋胶、洋菜、面团 等。当除去水分后，这种物体将收缩，但保持其弹性。脆 性胶体除去水分后变脆，干燥后可能变化为粉末，如木炭、 陶质物料。第三类是胶质毛细孔物料，如面包、谷物，其 毛细管壁具有弹性，干燥时收缩，干燥后变脆。
湿物料进出干燥器的焓分别为:
I1 cm1q1
I2 cm2q2
I2 I1 cm q2 q1
Q Qp QD LI2 I0 GI2 I1 QL
L1.01t2 t0 2490 1.88t2 H2 H0
(5-33)
单位时间内干燥系统消耗的总热量为
Q Qp QD LI2 I0 GI2 I1 QL
(5-34) —— 连续干燥系统热量衡算的基本方程式
假设： a）新鲜干空气中水汽的焓等于离开干燥器废气中水汽的焓
IV 0 IV 2
b）湿物料进出干燥器时的比热取平均值 cm
(5-28)
实
际
需H
的
0
空
气
：l
l (1
H0
)
G
X
G1
w1
G2
w2
三、热量衡算
L
H0,t0,I0
预热
Qp
QL
L
H1,t1,I1
G1,w1, q1,I’1
干燥
L
H2,t2,I2
G2,w2, q2,I’2
QD
整个系统： 进入 离开
热空气 物料 加入 损失
LI0 LI2 GI′1 GI′2
Qp+QD QL
2 水分气化量 W G1 G2 G( X1 X 2) 绝干物料量 G = G1(1- w1 ) = G2(1-w2 )
单位!
3 干空气消耗量
由：
LH1+GX1=LH2+GX2
得：
L G(X1 X2) W
H2 H1 H2 H1
或：
L
1
l
W H2 H1
l 比空气用量：每蒸发1kg水所需干空气的量，与空气 的初、终温度有关。
W 2490 1.88t2 100%
Q
W (2490 1.88t2 ) 100 %
Qp QD
一般地，废气温度低而湿度高时， 就高。但t2应
比tas高20~50ºC，以保证在干燥后不致返潮。
0：示意图 1：W 2：L0 3：V”（体积流量）
4：Qp 5：Q 6： QD 7：
2 物料湿含量的表示方法（P254）
（1）湿基含水量w 定义：水分在湿物料中的质量百分数
（2）干基含水量X 定义：水分质量与绝干物料质量之比
X=w/(1-w) (5-23)
w=X/(1+X) (5-22)
（3）湿物料的比热容 cm
cm = cs + X cw = cs + X·4.187
(5-24)
（4）湿物料的焓I’
包括：绝干物料的焓（0C为基准）和
物料中水分的焓（0C、液态水为基准 ）
二、物料衡算
新鲜空气
L, t0 , H0
预热
1 产品量
G1 , w1( X1 )湿物料
热空气
L, t1, H1
产品
干燥
G2 , w2( X2 )
废气
L, t2 , H 2
G2
1 1
w1 w2
G1
(5-30)
忽略预热器的热损失，以1s为基准，对预热器列焓衡算:
LI0 Qp LI1 (5-31/32)
预热器： Qp=L(I1-I0) kW
对干燥器列焓衡算，以1s为基准
LI1 GI1 QD LI2 GI2 QL
单位时间内向干燥器补充的热量为
QD LI2 I1 GI2 I1 QL
第二节 物料衡算和热量衡算 p254
一、湿物料的性质 二、物料衡算 三、热量衡算 四、干燥过程在湿焓图上的表达
一、湿物料的形态和含水量表示
1 湿物料的形态
湿物料按其外观形态的不同二分为下列几种：
散粒状：如谷物、各种油料种籽； 晶体：经过滤分离后的各种晶体，如葡萄糖、柠 檬酸、盐等； 块状：如马铃薯、胡萝卜、面包等； 片状：如果蔬、肉片、葱、蒜片、饼干等；
C
（1）e 0，称为理想干燥器
t1 A
或等焓干燥器 (P260文字说明) t0
Gcm q2 q1 QL
L W
W
H 2 H1 H 2 H 0
Q
1.01Lt2
t0
H
W 2
H
0
2490
1.88t2
H 2
H0
Gcmq2 q1 QL
(5-36)
1.01Lt2 t0 W 2490 1.88t2 Gcmq2 q1 QL