反应过程的物料衡算
过程的物料衡算
（四）过程的物料衡算
1、循环过程
例如在生产 中一般将未反应的原料与产品先分离，后循环返回原料进口处，与新原料一起再进入反应器反应
例如苯直接加氢转化环己烷中的循环过程：
在没有循环时，一系列单元步骤的物料衡算可按顺序依次进行，每次可取一个单元．但是，如果有循环的话，由于循环量并不知道，所以逐次计算并不能计算出循环量．
试差法：假定一个循环量估计值进行计算，将估计值与计算值比较，若不符，重新假定一个估计值，一直计算到估计值与计算值之差在一定的误差范围内．
代数解法：在循环存在时，列出物料平衡方程式，并求解一般方程式中以循环量作为未知数，应用联立方程式的方法进行求解．
苯直接加氢转化环己烷中的循环过程的衡算
解：反应为：C6H6+3H2→C6H12
基准：100kmol/h 环己烷
查苯的转化率为99%
则生产100kmol/h 环己烷需苯
100／0.99=101.01kmol/h
未反应的苯为
101.01-100=1.01kmol/h
产物中含H2,设含量为nH2
总产量＝100+1.01+3.12=104.13kmol/h
其摩尔分数为
H2的进料率为 100×3＋3.12=303.12kmol/h
苯的进料率为 101.01kmol/h
设H2循环量为R
R=100.92kmol/h
纯C 6H 6
20%C 6H 6 96.0126=H C x 01.066=H C x 03
.02=H x 3.001.110022=++H H n n h Kmol n H /12.32=2.012.30301.10101.101=++R。
物料衡算
物料衡算物料衡算的准则就是质量守恒定律，即“进入一个系统的全部物料必等于离开这个系统的全部物料，再加上过程损失量和在系统中积累量”。
依据质量守恒定律，对研究系统作物料衡算，可由下式表示[13]：∑G进=∑G出+∑G损+∑G积其中式中：∑G进——输入物料量总和；∑G出——输出物料量总和；∑G损——总的物料损失量；∑G积——系统中的积累量。
根据设计任务，苯酐生产能力为80000吨/年，产品纯度达到99.9wt%按照8000小时开工计算，每小时的生产能力：80000×1000×99.9%/8000= 9990kg/h3.1 反应器中氧化反应的物料衡算3.1.1 氧化反应过程的衡算基准本次设计以每小时生产9990kg为基准，进料量9400kg/h，转化率99.8%；生成苯酐的选择性约为0.8；空气与邻二甲苯进料比为9.5:1；主要副产品为苯酞、顺酐、苯甲酸、柠槺酐、二氧化碳、一氧化碳等。
3.1.2 氧化反应过程的物料衡算图画出衡算方框图，标出有关计算目标，然后进行计算：图3-1 反应过程物料衡算图3.1.3 氧化反应过程的物料衡算：邻二甲苯与空气催化氧化的主反应式：106 32 148 18x 3y 9990 z所以主反应中：(1)邻二甲苯消耗量：9990148106=x x = 7155 kg/h 氧气消耗量：9990148y 332=⨯ y =6480 kg/h 水的生成量： 9990148z 318=⨯ z = 3645 kg/h （2） 邻二甲苯转化率为99.8%，且邻二甲苯的进气量为9400kg/h ，所以： 邻二甲苯生产苯酐的选择性为：7155/9400/99.8%=77.27%。
（3）设计进料空邻比为9.5:1，所以空气进料量计算：5.91w 9400=w 空 =89300 kg/h 空气中 O 2所占的比例为21%，所以工艺空气中氧气的进料量：w 氧 = 89300×21%= 18753kg/h 。
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。
化工中的物料衡算和能量衡算
化工中的物料衡算和能量衡算化72 王琪2007011897 在化工原理的绪论课上，戴老师曾强调过化工原理的核心内容是“三传一反”即传质、传动、传热和反应，而物理三大定律——质量守恒、动量守恒、能量守恒正是三传的核心与实质，因此这三大定律在化工中统一成一种核心的方法：衡算。
正是衡算，使原本复杂的物理定律的应用变得简单，实用性强，更符合工程学科的特点。
为此化工中的物料衡算和能量衡算很重要，本文将分别从物料衡算、能量衡算讨论化工中的衡算问题，然后将讨论二者结合的情况。
物料衡算在台湾的文献中称为“质量平衡”，它反映生产过程中各种物料之间量的关系，是分析生产过程与每个设备的操作情况和进行过程与设备设计的基础。
一般来说物料衡算按下列步骤进行，为表示直观，做成流程图。
绘制流程图时应注意：1.用简洁的长方形来表达一个单元，不必画蛇添足；2.每一条物质流线代表一个真实的流质流动情况；3.区别开放与封闭的物质流4.区别连续操作与分批操作（间歇生产）5.不必将太复杂的资料写在物质流线上确定体系也比较重要，对于不同体系，衡算基准和衡算关系会有不同。
合适的基准对于衡算问题的简化很重要，根据过程特点通常有如下几种：1.时间基准：连续生产，选取一段时间间隔如1s，1min，1h，1d；间歇生产以一釜或一批料的生产周期为基准，对于非稳态操作，通常以时间微元dt为基准。
2.质量基准，对于固相、液相体系，常采用此基准，如1kg，100kg，1t，1000lb等。
3.体积基准（质量基准衍生）：适用于气体，但要换成标准体积；适用于密度无变化的操作。
4.干湿基准：水分算在内和不算在内是有区别的，惯例如下：烟道气：即燃烧过程产生的所有气体，包括水蒸气，往往用湿基；奥氏分析：即利用不同的溶液来相继吸收气体试样中的不同组分从而得到气体组分，往往用干基。
化肥、农药常指湿基，而硝酸、盐酸等则指干基。
选取基准后，就要确定着眼物料了。
通常既可从所有物料出发，也可根据具体情况，从某组分或某元素着眼。
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 。
反应工程物料衡算
摩尔流量：kmol/h、 kmol/min、 kmol/s
流体的线速度：流体单位时间内在流动的方向上所流 经的距离, m/s
线速度
uQ A
体积流量
GW A
质量流量
质量流速：单位时间内流经管道或设备的单位横截面积
的流体的质量 kg/h、 kg/min、 kg/s
反应选择性＝生成目的产物所消耗的关键组分量 已转化的关键组分量
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
输入＝ 输出
1. 过滤： 用过滤设备把液固分开的操作
反应工程物料衡算
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
概述
物料衡算是化工工艺设计中最基本的设计内容， 是工艺设计的基础。
主副产品的产量 原材料消耗定额
生产过程中的损耗
三废产生量
物
料
物料的浪费
衡
生产过程的反常现象
算
物料衡算的理论依据 “质量守衡定律”
在化工过程中，物料平衡是指：进入一个装置（或设备）的全部 物料的量，必定等于离开这个装置（或设备）的全部物料的量 （包括损失量）和系统内累积起来的物料的量。
常用计算方法 利用联系物做物料衡算 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 带有物料循环的流程的物料衡算
多步串联过程的物料衡算
1.常用计算方法
由于化学反应的存在，总摩尔平衡式，组分的质量，
催化重整反应系统物料衡算
2.芳烃潜含量、芳烃产率、芳烃转化率的计算（1）芳烃潜含量：所谓芳烃潜含量是指在催化重整生产芳烃时，把原料中全部烷烃转化为芳烃（一般指C6一C9芳烃）时所能生产的芳烃量。
C6芳烃潜含量=C6环烷（重%）×78/84+A6（重%）=（5.24×78/84+0.98）%=5.85% C7芳烃潜含量=C7环烷（重%）×92/98+A7（重%）=（10.8×92/98+2.36）%=12.50% C8芳烃潜含量=C8环烷（重%）1×06/112+A8（重%）=（11.31×106/112+4.28）%=14.98%C9芳烃潜含量=C9环烷（重%）×120/126+A9（重%）=（8.37×120/126+1.16）%=9.13%所以，芳烃潜含量=（5.85+12.50+14.98+9.13）%=42.46% （2）芳烃产率计算芳烃产率=重整稳定油收率*重整稳定油中芳烃含量A6产率=93.26%×5.14%=4.79% A7产率=93.26%×3.49%=12.58%A8产率=93.26%×9.09%=17.80% A9产率=93.26%×6.71%=15.58%所以，总芳烃产率=（4.79+12.58+17.80+15.58）%=50.75%（3）芳烃转化率计算芳烃转化率=芳烃产率/芳烃潜含量A6转化率=4.79%/5.85%=81.88% A7转化率=12.58%/12.50%=100.64%A8转化率=17.80%/14.98%=118.83% A9转化率=15.58%/9.13%=170.65%总芳烃转化率=50.75%/42.46%=119.52%上述数据汇于下表：由表中可以看出芳烃转化率为119.52%，超过了100%，说明除了环烷烃生成芳烃外，还有烷烃的环化脱氢发生。
这是铂铼重整的主要优点。
化工计算 第四章物料衡算 第三节无化学反应过程的物料衡算
高职高专“十一五”规划教材《化工计算》
第三节 无化学反应过程的物料衡算
1、混合 当物料的浓度不符合化工生产要求时，经常需要 通过加入其它浓度的物质来进行调整，这就是混 合，混合有气体和气体之间的混合，液体和液体 之间的混合。
基准：800kg 稀电池溶液 列总物料平衡： F1 F2 F3 列 H2SO4 组分平衡： F1 0.1243 F2 0.777 F3 0.1863 将已知数据代入（1）、（2）式得：800 F2 F3
0.1243 800 0.777 F2 0.1863 F3
联式（3）、（4）式求解得： F2 83.97kg
吸收剂
吸
收
原料气体
塔
精制气体
溶液 图 4-13 气体吸收过程示意图
高职高专“十一五”规划教材《化工计算》
第三节 无化学反应过程的物料衡算
例4-6：将含20%（质量百分数）丙酮与 80%空气的混合气输入吸收塔，塔顶用喷水 吸收丙酮。吸收塔塔顶出口气体含丙酮3%， 空气97%，吸收塔底得到50千克含10%丙酮 的水溶液，计算输入吸收塔气体的量。 解：详细过程如下所示
由上表可以看出，共有5个未知量，即P、W及流股2的组成A、 B、C，由于组成A、B、C的百分含量之和为1，所以只需求 得任意两个组成，如A、B（或B、C或C、A），第三个组成 就可求出。因此实际上是4个未知量，需要4个方程。但是输 入和输出物料中共有3个组分，因而只能写出3个独立物料衡 算式。第四个方程必须从另外给定的条件列出。
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：
物料衡算计算公式
物料衡算计算公式物料衡算是指根据产品的设计要求和生产工艺流程，计算出生产所需的物料数量和成本的过程。
其目的是为了保证生产的顺利进行，避免物料的浪费和成本的过度支出。
物料衡算的计算公式主要包括以下几个方面：1.总物料需求量计算公式总物料需求量=产品数量×单位产品所需物料数量这个公式用于计算生产特定数量产品所需的物料数量。
其中，产品数量是指计划生产的产品数量，单位产品所需物料数量是指生产一个产品所需的各种物料的用量。
2.物料补给计算公式物料补给=总物料需求量-物料库存量物料补给是指为满足生产需求而需要从供应商处采购的物料数量。
物料库存量是指当前仓库中已有的物料数量。
3.物料成本计算公式物料成本=物料单价×物料补给量物料成本是指为满足生产需求而采购物料所需支付的费用。
物料单价是指单个物料单位的价格，物料补给量是指需要从供应商处采购的物料数量。
4.物料利用率计算公式物料利用率=(总物料需求量-物料浪费量)/总物料需求量物料利用率是指生产过程中物料的有效利用程度。
物料浪费量是指因为工艺操作不当、设备故障等原因导致物料的损失量。
5.物料损耗计算公式物料损耗=总物料需求量-实际使用量物料损耗是指在生产过程中由于各种原因而导致的物料的损失量。
实际使用量是指实际上被用于生产的物料数量。
6.物料价格调整计算公式调整后物料价格=原物料价格×调整系数物料价格调整是指根据市场行情或其他因素调整物料价格的过程。
调整系数是一个根据实际情况确定的数值，用于对原物料价格进行调整。
总之，物料衡算的计算公式主要包括总物料需求量计算、物料补给计算、物料成本计算、物料利用率计算、物料损耗计算和物料价格调整计算等。
通过合理地运用这些公式，可以对物料需求和成本进行科学的计算和控制，从而提高生产效率和降低成本。
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-物料衡算
无反应过程的基本公式
稳态无反应过程
Fi=Fo
有一个蒸馏塔，输入输出物料组成见下图，塔顶A组分的回收率为98.7%，请对此塔作物料衡算。
蒸馏塔
冷凝器
F=100kg/h A 0.2 B 0.3 C 0.5
P kg/h A x B y C 1-x-y
W kg/h A 0.005 B 0.055 C 0.94
流程图
反 应 过 程
CH4 1mol
H2O 2.5mol
CH4 M mol CO x mol CO2 y mol
H2O W mol
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H2 z mol
物料平衡方程
元素衡算
H: 2+2.5=W+2M+z C: 1=M+x+y O: 2.5=W+x+2y
反应产物的总量
邻二甲苯 209.57×0.0003=0.06287kmol/h=6.664kg/h
顺酐 209.57×0.00066=0.1383kmol/h=13.55kg/h
产物中
苯酐 209.57×0.0654=1.370kmol/h=202.76kg/h
收率(mol) 苯酐 顺酐
P
R C3H8 R1 kmol/h C3H6 R2 kmol/h
流程图
物料衡算
P1=5 kmol/h
22%
P3=95 kmol/h
40%
P2=95 kmol/h
38%
过程物料衡算
产品组成
01
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分离器物料衡算
甲醇和硫化氢反应生成甲硫醇的物料衡算公式
甲醇和硫化氢反应生成甲硫醇的物料衡算公式甲醇和硫化氢反应生成甲硫醇的物料衡算公式甲硫醇是一种有机硫化合物，化学式为CH3SH。
它是一种无色、有刺激性气味的液体，常用于制造化学品和药品。
甲硫醇的制备方法之一是通过甲醇和硫化氢反应生成。
下面我们来看一下这个反应的物料衡算公式。
我们需要知道甲醇和硫化氢的化学式。
甲醇的化学式为CH3OH，硫化氢的化学式为H2S。
它们的反应式如下：CH3OH + H2S → CH3SH + H2O这个反应式告诉我们，甲醇和硫化氢在一定条件下反应，生成甲硫醇和水。
这个反应是一个化学平衡反应，反应物和生成物的浓度会随着反应的进行而变化。
接下来，我们来看一下这个反应的物料衡算公式。
物料衡算是化学工程中非常重要的一部分，它可以帮助我们计算反应过程中各种物质的质量和浓度。
假设我们要制备1000升甲硫醇，我们需要知道反应物的摩尔比例和反应的摩尔数。
根据反应式，甲醇和硫化氢的摩尔比例为1:1，即每1摩尔甲醇需要1摩尔硫化氢才能完全反应。
因此，我们需要1000摩尔甲醇和1000摩尔硫化氢。
接下来，我们需要计算反应过程中甲醇和硫化氢的摩尔数和浓度。
假设反应温度为25℃，反应压力为1 atm，甲醇和硫化氢的初始浓度均为 1 mol/L。
根据理想气体状态方程，我们可以计算出反应物的摩尔数和体积：n(CH3OH) = V(CH3OH) × C(CH3OH) = 1000 L × 1 mol/L = 1000 mol n(H2S) = V(H2S) × C(H2S) = 1000 L × 1 mol/L = 1000 mol根据反应式，每1摩尔甲醇需要1摩尔硫化氢才能完全反应，因此反应后甲醇和硫化氢的摩尔数均为0。
反应后甲硫醇的摩尔数为1000 mol，体积为1000 L，浓度为1 mol/L。
我们需要计算反应的产率和反应热。
产率是指实际得到的产物与理论产物的比值，反应热是指反应过程中放出或吸收的热量。
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。
化工设计物料衡算和热量衡算
化工设计物料衡算和热量衡算化工设计物料衡算和热量衡算是化工工程设计中非常重要的内容。
物料衡算是指在化工工程中对物料的流动进行计算和衡量的过程，而热量衡算则是指对化工工程中的热量流动进行计算和衡量的过程。
下面将详细介绍这两个内容。
首先，物料衡算是化工工程设计中的一个必不可少的环节。
物料衡算要基于反应的化学反应原理或工艺流程，计算出物料的各项数据，如流量、摩尔质量、摩尔仓数等。
具体的衡算步骤包括：确定物料的基本特性，如摩尔质量、密度等；确定物料的流动量和流速；根据反应方程式和反应器的驱动力，计算出反应速率；进一步计算出反应器的物料应用时间（HRT），以衡量物料在反应器中的停留时间。
物料衡算的目的是为了选择合适的设备和工艺流程，以确保化工工程的安全运行。
通过物料衡算，可以计算出物料在不同设备中的流速和停留时间，从而判断是否需要增加搅拌装置或延长反应器的体积等改进措施。
此外，物料衡算还能帮助设计人员确定各种物料转移设备的大小和形式，以满足工艺流程的需求。
其次，热量衡算是物料衡算的重要组成部分，也是化工工程中的关键环节。
热量衡算要根据物料的热力学特性及其运动过程，计算出热量的流动和传递。
具体的衡算步骤包括：测定物料的初始和终止温度；计算物料的比热容和比焓；计算物料在设备中的热量传递和损失；计算过程中发生的温度变化和热量变化；计算设备的热损失和热水平；最终评估设备的热效率。
热量衡算的目的是为了保证化工工程的热平衡和能量效率。
通过热量衡算，可以计算出各个设备和工艺过程的热量损失和热交换，从而判断是否需要增加散热装置或回收热量等改进措施。
此外，热量衡算还能帮助设计人员确定各种热交换设备的大小和形式，以满足工艺流程的需求。
总结来说，物料衡算和热量衡算是化工工程设计中非常重要的内容。
物料衡算可以帮助设计人员选择合适的设备和工艺流程，确保化工工程的安全运行；热量衡算则可以保证化工工程的热平衡和能量效率。
通过物料衡算和热量衡算，设计人员可以更好地优化工艺流程，提高化工工程的效率和经济性。
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。
催化重整反应系统物料衡算
2.芳烃潜含量、芳烃产率、芳烃转化率的计算（1）芳烃潜含量：所谓芳烃潜含量是指在催化重整生产芳烃时，把原料中全部烷烃转化为芳烃（一般指C6一C9芳烃）时所能生产的芳烃量。
C6芳烃潜含量=C6环烷（重%）×78/84+A6（重%）=（5.24×78/84+0.98）%=5.85% C7芳烃潜含量=C7环烷（重%）×92/98+A7（重%）=（10.8×92/98+2.36）%=12.50% C8芳烃潜含量=C8环烷（重%）1×06/112+A8（重%）=（11.31×106/112+4.28）%=14.98%C9芳烃潜含量=C9环烷（重%）×120/126+A9（重%）=（8.37×120/126+1.16）%=9.13%所以，芳烃潜含量=（5.85+12.50+14.98+9.13）%=42.46% （2）芳烃产率计算芳烃产率=重整稳定油收率*重整稳定油中芳烃含量A6产率=93.26%×5.14%=4.79% A7产率=93.26%×3.49%=12.58%A8产率=93.26%×9.09%=17.80% A9产率=93.26%×6.71%=15.58%所以，总芳烃产率=（4.79+12.58+17.80+15.58）%=50.75%（3）芳烃转化率计算芳烃转化率=芳烃产率/芳烃潜含量A6转化率=4.79%/5.85%=81.88% A7转化率=12.58%/12.50%=100.64%A8转化率=17.80%/14.98%=118.83% A9转化率=15.58%/9.13%=170.65%总芳烃转化率=50.75%/42.46%=119.52%上述数据汇于下表：由表中可以看出芳烃转化率为119.52%，超过了100%，说明除了环烷烃生成芳烃外，还有烷烃的环化脱氢发生。
这是铂铼重整的主要优点。
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F = P + W F· xf1 = P· xp1 + W· xw1 F· xf2 = P· xp2 + W· xw2
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§3-6 化工过程的物料衡算 （一）物料衡算的基本方法
物料平衡形式（稳态过程）
平衡式类型
总平衡式
物料平衡形式
总质量平衡式 总物质的量平衡式 组分质量平衡式 组分物质的量平衡式
无化学反应 有化学反应
是 是 是 是 是 非 非 非
组分平衡式
元素原子 平衡式
元素原子质量平衡式
元素原子物质的量平衡式
是 是
是 是
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化工工艺设计(Chemical Process Design)
§3-6 化工过程的物料衡算 （一）物料衡算的基本方法
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§3-6 化工过程的物料衡算 （一）物料衡算的基本方法
如图，共有三个流股，进料F及出料P和W。有两个组分。每 个流股的流量及组成如图所示。图中x为质量分数。
F x f1 x f2 1
过 程
2 3
ห้องสมุดไป่ตู้
P x p1 x p2 W x w1 x w2
无化学反应的 连续过程物料衡算
可列出物料衡算式： 总物料衡算式 每种组分衡算式
已知以1t氨为基准的某股气体的组成和量如下表所示。
组成 ％(mol) kmol CO2 28.56 54.30 CO 1.2 2.29 H2 52.61 100.04 N2 17.05 32.43 CH4 0.575 1.093 合计 100 190.99
列出该股气体的组成和流量表. 60000×0.6×1.05
量或kmol/h为基准 对于液固系统常用单位质量作基准，而其相常用单位体积作基准
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§3-6化工过程的物料衡算 （一）物料衡算的基本方法
某尿素厂的生产能力为6万t尿素/a,年操作日300d，尿 素的氨耗为0．6t氨/t尿素，生产过程的氨损失按5％考虑，
CO 1.2
H2 52.61
N2 17.05 170.2
CH4 0.575 5.74
合计 100 998.3
12.02 525.2
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§3-6 化工过程的物料衡算 （一）物料衡算的基本方法
2、物料衡算式 物料衡算是研究某一个体系内进、出物料量及组成的变化 所谓体系就是物料衡算的范围，它可以根据实际需要人为 的选定。体系可以是一个设备或几个设备，也可以是一个单
体系中积累=输入－输出+生成－消耗
式中生成或消耗是因反应而生成或消耗的量 ; 积累项
可正可负 .当积累项不为零时，称为非稳定过程 ;积累
项为零时,称为稳定过程.
稳定过程: 输入=输出－生成+消耗 输入=输出
对无反应的稳定过程:
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元操作或整个化工过程。
进行物料衡算时，必须首先确定衡算的体系。根据质量守
恒定律，对某一个体系，输入体系的物料量应该等于输出物
料量与体系内积累量之和。所以，物料衡算的基本关系式应 该表示为：
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§3-6 化工过程的物料衡算 （一）物料衡算的基本方法
3、物料衡算的基准
基准选得适当可是计算简化。究竟采用什么作基准视具体情况而定，
不宜硬性规定，可建议：
以1t产品为基准 以1mol某反应物为基准 在连续操作中，以单位时间，即㎏/h或kmol/h作基准；在间歇操作中， 以㎏/批为基准
有化学变化的过程，适宜采用重量作基准；无化学变化的过程，以重
解:小时产量为
300×24
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=5.25t/h
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§3-6 化工过程的物料衡算 （一）物料衡算的基本方法
以1t氨为基准的各组分的kmol量乘以5.25所得结果为流量. 气体的流量和组成如下表所示:
组成 ％(mol) kmol/h
CO2 28.56 285.1
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§3-6 化工过程的物料衡算 （一）物料衡算的基本方法
1、物料衡算进行的步骤
⑴画出物料衡算示意图(如方框图)
⑵写出化学反应方程式（包括主反应和副反应）
⑶列出已知数据和由物料平衡所需要求解的问题 ⑷决定系统的边界.即根据由物料平衡所需要求解的问题,确定计算范围. ⑸选定计算基准 ⑹收集计算所需要的数据 ⑺进行物料衡算 ⑻将物料衡算结果列成物料平衡表，画出物料平衡图
§3-6 化工过程的物料衡算
第6节 物料衡算
（一）物料衡算的基本方法 （二）无化学反应的物料衡算
（三）反应过程的物料衡算
（四）过程的物料衡算
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§3-6 化工过程的物料衡算
（一）物料衡算的基本方法
1、物料衡算进行的步骤 2、物料衡算式 3、物料衡算的基准