物料衡算与能量衡算分析解析
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第四章
物料衡算
物料衡算的定义
计算输入或输出的物流量及组分等。 物料衡算的理论依据是质量守恒定律，即 在一个孤立物系中，不论物质发生任何变化， 它的质量始终不变（不包括核反应，因为核反 应能量变化非常大，此定律不适用）。
是工艺设计的基础！
物料衡算与热量衡算计算是化工工艺设计中最
基本，也是最主要的计算内容。物料衡算是热
浓HNO3，要求混合成27％HNO3及60％H2SO4的混
合酸，计算所需废酸及加入浓酸的质量。
总式 x+y+z=100 硫酸衡算式 0.57x+0.93y=60
(1) (2)
4.3.2 连续蒸馏过程 例1
4.3.3 增湿
4.3.4 气体混合物的部分冷凝 4.3.5 液体混合物的部分气化 4.3.6 闪蒸
不参加反应，又随物料从体系输出的组分，
在整个反应过程中，它的数量不变（惰性组
分）。
如果体系中存在联系组分，那么输入物料和
输出物料之间就可以根据联系组分的含量进
行关联。
用联系组分作衡算，尤其是对含未知量较多
N
4.7 复杂反应体系使用产物、副产物各自的收率
数据作物料衡算
１.反应转化率、选择性及收率等概念 （1）限制反应物：化学反应原料不按化学计量比配料
的性质参数（如经验公式）。
3、用实验直接测定。
4.3 物理过程的物料衡算
在系统中，物料没有发生化学反应的过程，
称 为无反应过程。这类过程通常又称为化工单
元操作，诸如流体输送、粉碎、换热、混合、
分离（吸收、精馏、萃取、结晶、过滤、干燥）
等。
这种过程的物料衡算比较简单，在物料流程
（2）写出化学反应方程式，包括主反应和副反应。
（计算分子量）
（3）确定计算任务，确定过程所涉及的组分，明确哪 些是已知项，哪些是待求项，如年产量、生产能力、 年工作日、产率、产品纯度要求等。
要进行衡算计算，就要确定衡算的范围。化工流程设计衡算 的范围可能有如下几种情况： a、流程中某一个单元设备； b、流程中某几个单元设备组合的子流程； c、整个流程。 衡算计算范围示意图：
个数，只能采用试差法或计算机来解题。
（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。 校核计算结果。
4.1.2 物料衡算式
进行物料衡算时，根据质量守恒定律，对
某一个衡算体系，物料衡算的基本关系式
应该表示为：
4.1.3 物料衡算的基准
进行物料、能量衡算时，必须选择一个计算基 准。从原则上说选择任何一种计算基准，都能 得到正确的解答。但是，计算基准选择得恰当，
可以使计算简化，避免错误。
根据过程特点，计算基准一般可以从以下几个
方面考虑：
当已知进料（出料）时，则用100Kmol或100Kg进料（出料） 作基准
4.2 物料计算中用到的基本量
4.2.1 流体的流量和流速 4.2.2 摩尔分数和质量分数 4.2.3 混合物的平均分子量 4.2.4 气体的体积 4.2.5 气体的密度
边界线（Boundary Line）围起来的区域构成衡算范围。
（2）写出化学反应方程式，包括主反应和副反
应。（计算分子量）
（3）确定计算任务，确定过程所涉及的组分，
明确哪些是已知项，哪些是待求项，如年产量、
生产能力、年工作日、产率、产品纯度要求等。
（4）选择计算基准
（5）收集计算需要数据资料 （6）列出物料衡算方程式,进行物料衡算 列出过程的全部独立物料平衡方程式及其他相 关约束式,当未知变量数等于独立方程个数，可 以用代数法求解。当未知变量数多于独立方程
丙烷
A=93.76mol B=3.148mol
4.5 直接使用反应计量方程式作物料衡算
直接求解法 有些化学反应过程的物料衡算，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。
4.6 利用联系物料作物料衡算
“联系组分”是指随物料输入体系，但完全
4.3.7 物理吸收
*/
4.3.8 提浓 4.3.9 脱水
4.4 用元素的原子平衡的方法作物料衡算
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：
输入(某种元素)＝输出(同种元素)
对反应过程中化学反应很复杂，无法用一、两 个反应式表示（无法写出）的物料衡算题，可 以列出元素衡算式，用代数法求解。
量衡算的基础。
设计一种新的设备或装置，必须根据设计任务，
先作物料衡算，求出进出各设备的物料量，然后
再作能量衡算，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。
4.1 物料衡算的基本方法
4.1.1 物料衡算进行的主要步骤
（1）确定衡算的范围（对象、体系与环境），并画出 物料衡算方框图。对于整个生产流程，要画出物料流 程示意图（或流程方框图）。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。
简图中，设备边界就是衡算体系边界。
对有多个设备的过程，进行物料衡算时，可以 划分多个衡算体系。此时，必须选择恰当的衡算体 系，这是很重要的步骤。不然会使计算繁琐，甚至 无法求解。
4.3.1 混合过程
Βιβλιοθήκη Baidu
例1
一种废酸，组成为23％(质量％)HNO3，57％
H2SO4和20％H2O，加入93％的浓H2SO4及90％的
液平衡关系等。
(2 )热力学物性数据—如内能、焓、熵、热容、相变热、自由能、 自由焓等。 (3) 化学反应和热化学数据—如反应热、生成热、燃烧热、反应 速度常数、活化能，化学平衡常数等。 (4) 传递参数—如粘度、扩散系数、导热系数等。 通常这些数据可用下列方法得到： 1、查手册或文献资料 2、计算。可以应用物理和化学的一些基本定律计算各种物质
4.2.6 液体的密度
4.2.7 物质的饱和蒸汽压
4.2.8 溶液上方蒸汽中各组分的分压 4.2.9 转化率、收率和选择性 4.2.10 汽液平衡常数
化工基础数据
(1) 基本物性数据—如临界常数（临界压力、临界温度、临界体 积）、密度或比容、状态方程参数、压缩系数、蒸气压、气一
物料衡算
物料衡算的定义
计算输入或输出的物流量及组分等。 物料衡算的理论依据是质量守恒定律，即 在一个孤立物系中，不论物质发生任何变化， 它的质量始终不变（不包括核反应，因为核反 应能量变化非常大，此定律不适用）。
是工艺设计的基础！
物料衡算与热量衡算计算是化工工艺设计中最
基本，也是最主要的计算内容。物料衡算是热
浓HNO3，要求混合成27％HNO3及60％H2SO4的混
合酸，计算所需废酸及加入浓酸的质量。
总式 x+y+z=100 硫酸衡算式 0.57x+0.93y=60
(1) (2)
4.3.2 连续蒸馏过程 例1
4.3.3 增湿
4.3.4 气体混合物的部分冷凝 4.3.5 液体混合物的部分气化 4.3.6 闪蒸
不参加反应，又随物料从体系输出的组分，
在整个反应过程中，它的数量不变（惰性组
分）。
如果体系中存在联系组分，那么输入物料和
输出物料之间就可以根据联系组分的含量进
行关联。
用联系组分作衡算，尤其是对含未知量较多
N
4.7 复杂反应体系使用产物、副产物各自的收率
数据作物料衡算
１.反应转化率、选择性及收率等概念 （1）限制反应物：化学反应原料不按化学计量比配料
的性质参数（如经验公式）。
3、用实验直接测定。
4.3 物理过程的物料衡算
在系统中，物料没有发生化学反应的过程，
称 为无反应过程。这类过程通常又称为化工单
元操作，诸如流体输送、粉碎、换热、混合、
分离（吸收、精馏、萃取、结晶、过滤、干燥）
等。
这种过程的物料衡算比较简单，在物料流程
（2）写出化学反应方程式，包括主反应和副反应。
（计算分子量）
（3）确定计算任务，确定过程所涉及的组分，明确哪 些是已知项，哪些是待求项，如年产量、生产能力、 年工作日、产率、产品纯度要求等。
要进行衡算计算，就要确定衡算的范围。化工流程设计衡算 的范围可能有如下几种情况： a、流程中某一个单元设备； b、流程中某几个单元设备组合的子流程； c、整个流程。 衡算计算范围示意图：
个数，只能采用试差法或计算机来解题。
（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。 校核计算结果。
4.1.2 物料衡算式
进行物料衡算时，根据质量守恒定律，对
某一个衡算体系，物料衡算的基本关系式
应该表示为：
4.1.3 物料衡算的基准
进行物料、能量衡算时，必须选择一个计算基 准。从原则上说选择任何一种计算基准，都能 得到正确的解答。但是，计算基准选择得恰当，
可以使计算简化，避免错误。
根据过程特点，计算基准一般可以从以下几个
方面考虑：
当已知进料（出料）时，则用100Kmol或100Kg进料（出料） 作基准
4.2 物料计算中用到的基本量
4.2.1 流体的流量和流速 4.2.2 摩尔分数和质量分数 4.2.3 混合物的平均分子量 4.2.4 气体的体积 4.2.5 气体的密度
边界线（Boundary Line）围起来的区域构成衡算范围。
（2）写出化学反应方程式，包括主反应和副反
应。（计算分子量）
（3）确定计算任务，确定过程所涉及的组分，
明确哪些是已知项，哪些是待求项，如年产量、
生产能力、年工作日、产率、产品纯度要求等。
（4）选择计算基准
（5）收集计算需要数据资料 （6）列出物料衡算方程式,进行物料衡算 列出过程的全部独立物料平衡方程式及其他相 关约束式,当未知变量数等于独立方程个数，可 以用代数法求解。当未知变量数多于独立方程
丙烷
A=93.76mol B=3.148mol
4.5 直接使用反应计量方程式作物料衡算
直接求解法 有些化学反应过程的物料衡算，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。
4.6 利用联系物料作物料衡算
“联系组分”是指随物料输入体系，但完全
4.3.7 物理吸收
*/
4.3.8 提浓 4.3.9 脱水
4.4 用元素的原子平衡的方法作物料衡算
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：
输入(某种元素)＝输出(同种元素)
对反应过程中化学反应很复杂，无法用一、两 个反应式表示（无法写出）的物料衡算题，可 以列出元素衡算式，用代数法求解。
量衡算的基础。
设计一种新的设备或装置，必须根据设计任务，
先作物料衡算，求出进出各设备的物料量，然后
再作能量衡算，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。
4.1 物料衡算的基本方法
4.1.1 物料衡算进行的主要步骤
（1）确定衡算的范围（对象、体系与环境），并画出 物料衡算方框图。对于整个生产流程，要画出物料流 程示意图（或流程方框图）。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。
简图中，设备边界就是衡算体系边界。
对有多个设备的过程，进行物料衡算时，可以 划分多个衡算体系。此时，必须选择恰当的衡算体 系，这是很重要的步骤。不然会使计算繁琐，甚至 无法求解。
4.3.1 混合过程
Βιβλιοθήκη Baidu
例1
一种废酸，组成为23％(质量％)HNO3，57％
H2SO4和20％H2O，加入93％的浓H2SO4及90％的
液平衡关系等。
(2 )热力学物性数据—如内能、焓、熵、热容、相变热、自由能、 自由焓等。 (3) 化学反应和热化学数据—如反应热、生成热、燃烧热、反应 速度常数、活化能，化学平衡常数等。 (4) 传递参数—如粘度、扩散系数、导热系数等。 通常这些数据可用下列方法得到： 1、查手册或文献资料 2、计算。可以应用物理和化学的一些基本定律计算各种物质
4.2.6 液体的密度
4.2.7 物质的饱和蒸汽压
4.2.8 溶液上方蒸汽中各组分的分压 4.2.9 转化率、收率和选择性 4.2.10 汽液平衡常数
化工基础数据
(1) 基本物性数据—如临界常数（临界压力、临界温度、临界体 积）、密度或比容、状态方程参数、压缩系数、蒸气压、气一