物料衡算基本理论
物料衡算
物料衡算的目的有以下几点：⑴确定物系，并找出该物系物料衡算的界限；⑵解释开放与封闭物系之间的差异；⑶写出一般物料衡算所用的反应式、进出物料量等相关内容；⑷引入的单元操作不发生累积，不生成或消耗，不发生质量的进入或流出的情况；⑸列出输入==输出等式，利用物料衡算确定各物质的量；⑹解释某一化合物进入物系的质量和该化合物离开物系的质量的情况。
物料衡算的类型:在医药生产中，按照物质的变化过程，可将物料衡算分为两类。
一类是物理过程的物料衡算。
即在生产系统中，物料没有发生化学反应的过程，它所发生地只是相态和浓度的变化。
这类物理过程在医药工业中主要体现为混合和分离过程。
如流体输送、吸附、结晶、过滤、干燥、粉碎、蒸馏、萃取等单元操作。
另一类是化学过程的物料衡算。
即由于化学反应、原子与分子之间形成新的化学键，从而形成完全不同的新物质的过程。
在进行计算时候，经常用到组分平衡和化学元素平衡，特别是当化学反应计量系数未知或很复杂以及只有参加反应的各物质的化学分析数据时，用元素平衡最方便，有时甚至只能用该方法才能解决。
同时，在化学反应中，还涉及化学反应速率、转化率、产物收率等因素。
此外，物料衡算还可以按照操作方式的不同分为两类。
一类是连续操作的物料衡算。
如生产枸橼酸铋钾的喷雾干燥操作，需要向干燥器中输送具有一定速度、湿度和温度的空气，同时湿物料从反方向以速度通过干燥器，尽管物料在干燥器中不断被加热，所处的状态在不断改变，但对某一具体部位而言，其所处的状态是不随时间的改变而改变。
另一类是间歇操作的物料衡算。
在过程开始时原料一次性进入体系，经过一段时间以后立即一次性移出所有的产物，其间没有物质进出体系。
在生物制药中，经常会用到有机溶剂沉淀的方法来分离，该方法是很典型的间歇操作。
如硫酸软骨素的制备即是一例。
在经过提取后的滤液中，加入95%乙醇搅拌，沉淀析出，取出即得产品，这种操作的特点是操作过程的状态随时间的变化而改变。
物料衡算的基本理论物料衡算是物料的平衡计算，是制药工程计算中最基础最重要的内容的之一，是进行药物生产工艺设计、物料查定、过程经济评估以及过程控制、过程优化的基础。
物料衡算
物料衡算物料衡算是化工计算中最基本、也是最重要的内容之一，它是能量衡算的基础。
一般在物料衡算之后，才能计算所需要提供或移走的能量。
通常，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。
用此计算结果，对生产情况进行分析、作出判断、提出改进措施。
另一种是设计一种新的设备或装置，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。
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）。
3－1物料衡算式1、化工过程的类型化工过程操作状态不同，其物料或能量衡算的方程亦有差别。
化工过程根据其操作方式可以分成间歇操作、连续操作以及半连续操作三类。
或者将其分为稳定状态操作和不稳定状态操作两类。
在对某个化工过程作物料或能量衡算时，必须先了解生产过程的类别。
闻歇操作过程：原料在生产操作开始时一次加入，然后进行反应或其他操作，一直到操作完成后，物料一次排出，即为间歇操作过程。
此过程的特点是在整个操作时间内，再无物料进出设备，设备中各部分的组成、条件随时间而不断变化。
连续操作过程：在整个操作期间，原料不断稳定地输入生产设备，同时不断从设备排出同样数量（总量）的物料。
设备的进料和出料是连续流动的，即为连续操作过程。
在整个操作期间，设备内各部分组成与条件不随时间而变化。
半连续操作过程：操作时物料一次输入或分批输入，而出料是连续的，或连续输入物料，而出料是一次或分批的。
稳定状态操作就是整个化工过程的操作条件（如温度、压力、物料量及组成等）如果不随时间而变化，只是设备内不同点有差别，这种过程称为稳定状态操作过程，或称稳定过程。
如果操作条件随时间而不断变化的，则称为不稳定状态操作过程，或称不稳定过程。
间歇过程及半连续过程是不稳定状态操作。
物料衡算名词解释
物料衡算名词解释
物料衡算是指在制造过程中，根据成本核算的理论，以资料为基础，将原材料的各种性质及其单位成本合理的衡量，最终以此为依据衡量出原材料的成本，从而完成成本计算的一种技术方法。
物料衡算的基本原理是根据生产时间，原材料的损耗及给予的报酬，以及原材料的价值用量等各方面，综合考虑原材料的单位成本，以确定最合适和最实用的原材料成本衡量方法。
物料衡算从材料准备到物料入库，包括材料价格核算、库存管理、供应商经营分析等，让管理者适当控制添加费用，从而达到节省成本的作用。
为了使物料衡算更加科学有效，以达到节约成本的目的，管理者应该把握以下几个重点：
首先，应研究市场规律，对原材料的购入价格进行趋势分析和计算，以便采取有针对性的处理措施;其次，把握原材料价值用量，按需采购，根据不同阶段的价格变动适时进行调节;再次，科学控制库存，根据生产力量的变化，做好库存的统计和管理;最后，规定供应商的标准，对供应商的服务进行合理的考核，以确保原材料的可靠供应。
物料衡算是企业管理的一项重要工作，应当把它作为全面成本核算的重要组成部分，切实执行物料衡算技术，以便有效地降低资源投入，提高经济效果，实现企业的节约和增效目标。
以上就是对物料衡算的简单解释。
物料衡算不仅能够有效地控制
原材料的成本，而且可以更好地把握供应商，实施库存管理等，更好地实现企业节约和增效的目标。
物料衡算
4.2.2
衡算基准
1、时间基准 对连续稳定流动体系，以单位时间作基准。该基准 可与生产规模直接联系 对间歇过程，以处理一批物料的生产周期作基准。 2、质量基准 对于液、固系统 ，因其多为复杂混合物选择一定 质量的原料或产品作为计算基准 。 若原料产品为单一化合物或组成已知，取物质量 （mol）作基准更方便。
要注意： （1）对多个设备过程，并非每个体系写出的所有 方程式都是独立的； （2）对各个体系独立物料衡算式数目之和>对总过 程独立的物料衡算式数目。 过程独立方程式数目最多=组分数×设备数 过程由M个设备组成，有C个组分时则最多可能列 出的独立物料衡算式的数目 = MC个。
对全塔进行总物料衡算得
D+W=200 (a)
对苯进行物料衡算得
DxD +0.01W =2000.4 (b)
由塔顶馏出液中苯的回收率得
DxD =2000.4 0.985 (c)
联解式(a)、(b)和(c)得
D=80kmolh-1，W=120 kmolh-1，xD=0.985
3、体积基准
对气体选用体积作基准。通常取标况下体积
Nm3(Hm3)
在进行物料衡算或热量衡算时，均须选择相
应的衡算基准。合理地选择衡算基准，不仅
可以简化计算过程，而且可以缩小计算误差
基准选取中几点说明：
（1）上面几种基准具体选哪种（有时几种共用） 视具体条件而定，难以硬性规定。
（2）通常选择已知变量数最多的物料流股作 基准 较方便。 （3）取一定物料量作基准，相当于增加了一个已 知条件（当产物和原料的量均未知时，使隐条件明 朗化）。 （4）选取相对量较大的物流作基准，可减少计算 误差。
4 物料衡算
七、计算数据说明
1、转化率 2、收率 3、选择性 4、回流比 5、单耗
6、流量或者流速 7、分配系数 8、摩尔分数或者质量分数 9、含水量 10、湿度
例 甲苯用浓硫酸磺化制备对甲苯磺酸。已知甲苯的投料
量为1000kg，反应产物中含对甲苯磺酸1460kg，未反应的
甲苯20kg。试分别计算甲苯的转化率、对甲苯磺酸的收率 和选择性。
G
HNO 3
= 0.461000
对H2SO4进行物料衡算得
0.925
0.02
G
G H 2 SO 4
+ 0.69 G 废 = 0.461000
G H 2 SO 4 +0.31 G 废 =
对H2O进行物料衡算得
HNO 3
+0.075
0.081000
混酸配制过程的物料平衡表
物料 名称 输 硝酸 硫酸 入 废酸 总计 131.1 工业品 量/kg 469.4 399.5 质量组 成/% HNO3：98 H2O：2 输
∑G1 ∑GA ∑G0
稳态过程： ∑G1= ∑G0
2、化学过程 元素的物料衡算：∑Gi= ∑Go+∑GA。 组分的物料衡算：平衡方程式可表示为 ∑GIi+ ∑GPi = ∑GOi+ ∑GRi + ∑GAi ∑GIi—输入体系的i组分的量； ∑Goi—输出体系的i组分的量； ∑GPi—体系中因化学反应而产生的i组分的量； ∑GRi—因化学反应而消耗的i组分的量； ∑GAi—组分的累积量
四、衡算基准：
在进行物料衡算或热量衡算时，都必须选择相应的衡算
基准作为计算的基础。根据过程特点合理地选择衡算基
准，不仅可以简化计算过程，而且可以缩小计算误差。 1. 单位时间 2. 单位质量 3. 单位体积
《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。
物料衡算基本理论
物料衡算基本理论四、衡算方法和步骤1，明确衡算目的通过物料衡算确定生产能力、纯度、收率2，明确衡算对象划定衡算范围，绘出物料衡算示意图3，对有化学反应的体系应写出化学反应方程式4，收集与物料衡算有关的计算数据○1生产规模；原辅材料、中间体及产品规格；○2有关定额和消耗指标（产品单耗、配料比、回收率、提取率、收率）○3有关的物理化学常数（密度、蒸汽压、相平衡常数）5，选定衡算基准6，列出物料衡算方程式7，根据物料横算结果，编制物料平衡表物料衡算举例一、物理过程物料衡算实例6-1 硝化混酸配制过程物料衡算。
已知混酸组成为硫酸46%（质量百分比，下同）、硝酸46%、水8%，配制混酸用的原料92.5%的工业硫酸、98%的硝酸以及含硫酸69%的硝化废酸。
试通过物料衡算确定配制1000kg混酸时各原料的用量。
为简化计算，设原料中除水外的其他杂质可忽略不计。
明确衡算目的明确衡算对象以搅拌釜为衡算范围，绘制混酸配制过程物料衡算示意图G H2SO4 G HNO3G 废图中共有4股物料，3个未知数，需3个独立方程 对硝酸进行物料衡算对硫酸进行物料衡算 对水进行物料衡算联立方程解得混酸过程物料衡算表30.980.461000HNO G =⨯240.9250.690.461000H SO G G +=⨯废2430.0750.020.310.081000H SO HNO G G G ++=⨯废243399.5469.4131.1H SO HNO G kg G kg G kg===废二，化学过程的物料衡算 1，化学过程的几个概念 转化率收率（产率） 选择性例6-2 甲苯用浓硫酸磺化制备对甲苯磺酸。
已知甲苯的投料量为1000kg ，反应产物中含有对甲苯磺酸1460kg ，未反应的甲苯20kg 。
试分别计算甲苯的转化率、对甲苯磺酸的收率和选择性。
则甲苯的转化率为则甲苯磺酸的收率为100%A x A =⨯反应物A 的反应消耗量反应物的投料量100%y A =⨯按目标产物收得量折算的反应物A 的量反应物的投料量100%A ϕ=⨯按目标产物收得量折算的反应物A 的量反应物的反应消耗量CH 3+H 2SO4CH 3SO 3H+H 2O110-140100020100%98%1000A x -=⨯=146092100%78.1%1000172y ⨯=⨯=⨯则甲苯磺酸的选择性为总收率 总收率为各个工序的收率之积3，连续操作过程的物料衡算 实例6-4在催化剂作用下，乙醇脱氢可制备乙醛，其反应方程式为同时存在副反应已知原料为无水乙醇（纯度以100%计），流量为1000kgh-1，其转化率为95%，乙醛收率为80%，试对该过程进行物料衡算。
Aspen物料衡算与能量衡算文档资料
物料衡算的结果也是能量衡算的依据，掌握物料带入或带 出体系的能量多少，以计算化工过程需要提供或移除的热量， 控制能量的供给速率和放热速率，进—步算出物质之间交换 的热量以及整个过程的热量分布情况。
包
Approach State Approach Model Approach
宗 宏
Predicted number of stages
11
7
42
required
Approximate cost in dollars 520,000
390,000
880,000
常见有机化合物极性增加顺序：
烃烃烃
醚 醚醚醚
P<1MPa
SR-POLAR,
PRWS, RKSWS 及其衍生方程
南
京
工 业
模拟
大 学
体系
包 宗 宏
不含电解质 含极性物质
含电解质
P>1MPa
有二元交互 作用参数
无二元交互 作用参数
不含极性物质
ELECNRTL, PITZER 及其衍生方程
PSRK, PR, RKS 及其衍生方程
NRTL, UNIQUAC 及其衍生方程
学
包
宗 宏
“Datapkg” 文件夹：包含了15个综合化工过程的“.bkp” 数据包
文件。
2.1.4 用软件进行物料衡算与能量衡算的要点
(7)学会判断计算结果的正确性。当一个模拟过程运算正常收 敛后，软件状态栏上提示 “Results Available”，表示计算有了 结果，这并不表示结果正确。
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。
第三章物料衡算
例题 例题4.
C
整个系统的物 料衡算
结晶罐的 物料衡算
解：1. R的质量分数
以1kg水为基准时，饱和循环物流含1.6kg溶液，故R的质量 分数为 0.6/1.6＝0.375 kg A/kg溶液
2. 对A进行总物料衡算，以一小时10000kg料液为基准，列物 料衡算式：
一般在衡算时，先进行总的过程衡算，再对循 环系统衡算，列出方程式求解。
3.1串联
单元设备串联有三种情况：分离设备与分离设 备串联，反应器与反应器串联，分离器和反应 器串联；
单元设备串联体系对物料衡算一般采用逐步解 法，对每个单元设备进行物料衡算。也可将串 联单元作为一个体系来衡算。
3.2 并联和旁路
1. 吸收过程的物料衡算:
V (Y 1 Y 2 ) L (X 1 X 2 )
2. 最小液气比:
3L. min V
Y1 Y2 X* X2
4. x*:与气相平衡的液相浓度;
吸收剂量: L=(1.2~2.0)Lmin
2. 蒸馏过程的物料衡算 总物料衡算:
FDW
易挥发组分的物料衡算:
FF xDDxWwx
3. 干燥过程的物料衡算 进入干燥器的湿物料质 量G1,离开干燥器的湿物 料质量G2,干燥前后物料 的湿基含水量分别为w1 和w2。绝干物料的量G 是不变的，即
附、结晶、过滤、干燥、粉碎、蒸馏、萃取 化学过程的物料衡算：用组合平衡和化学元素平衡。
按照操作方式的不同分为两类： 连续操作的物料衡算和间歇操作的物料衡算。
物料衡算的基本理论： 以质量守恒定律和化学计量关系为基础。 衡算方程式：在一个特定的体系中，进入物系的全部物料质
量加上所有生成量之和减去离开该系统的全部产物和消耗 掉的量等于累积的量。
第3章_物料衡算
适等，同时及时发现和解决流程设计中存在的问题。
工厂设计概论 Conspectus of Manufactory-design
§3.2 连续生产过程的物料衡算
第 3 章
直接求算法 对反应比较简单或仅有一个反应且只有一个未知数 的情况可直接求算；对反应比较复杂，物料衡算应依物 料流动顺序分步进行。 利用结点进行衡算 在化工生产中常有某些产品的组成需要用旁路调节才 能送往下一个工序的情况，可采用结点进行衡算如图3-1
物 料 衡 算
率、单程收率、回收率等) 、质量标准(原料、助剂、
中间产物和产品规格、组成及相关物理化学常数) 、化 学变化及物理化学变化的变化关系。 选择计算基准及计算单位 整个计算过程应保持计算基准与计算单位一致,避免
出错。有时根据特殊需要局部工序或设备可另设计算
基准及单位,最后要求进行单位换算建立各工序或各设 备之间正确的物料时间平衡关系。
② 物理化学变化（相变化）。在各酯化釜中，由于反应
第 3 章
温度高于水和EG的沸点,酯化生成的水被蒸出反应体系。
根据气液平衡关系，反应液中仍含有少量的水,水蒸出时 夹带出一定比例的EG, 蒸出的EG经分离后全部返回到反 应器中，因此各酯化反应器中原料配比不变,即Mr＝Mr0 。 在缩聚反应釜中，为了使缩聚反应向生成聚合物的方 向移动，需尽量降低反应液中EG的含量，因此,缩聚阶段 特别是反应后期，需在高真空的条件下进行, 各缩聚釜中 生成的EG大部分被蒸出，使Mr< Mr0 。
物 料 衡 算
工厂设计概论 Conspectus of Manufactory-design
第 3 章
3.1.2 物料衡算的基本概念
进入生产装臵的各种原料 之间的比例关系,如质量比、 摩尔比 反应物参加反应的百分率 生成目标产物的反应物数 量占参加反应的反应物数 量的百分比 生产为目标产物的反应物
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。
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
制药工程学5 物料衡算
计算举例
收
% 1 0 0
H 2S O H 2O 合 计
H N O H 2S O H 2O 合 计
H N O
V 1 1 0 6
组 成 N C B C B H 2S O H 2O 合 计
粗 硝 基 物
重 量 5 6 9 6 2 0 .3 .1 .4 .2 % 9 8 1 0 0 .4 .0 .4 .0 9 6 2 3
物理过程的物料平衡方程
式中 G 输入 量
G 输入
G 输出 G 累积
—— 输入体系的总物料 —— 输出体系的总
G
输出
物料量 特别地:
稳态系统 G累积 —— 物料在体系中的总 ——若物料在体系内没有累积，则输入体系的物料 累积量 量
G 输入 G 输出 等于输出体系的物料量
化学过程的物料平衡方程
本章主要内容
• 基本概念 • 基本理论 • 物料衡算的方法和步骤 • 物料衡算的意义 • 计算举例
基本概念
• 物料平衡
——在单位时间内进入系统或体系的全部物料质量必 定等于离开该系统的全部物料质量再加上损失掉的和 积累起来的物料质量。
• 物料衡算
——是以质量守恒定律为基础对物料平衡进行计算的 过程，是物料平衡计算的简称。
V 1 1 0 3
组 成 N C B C B 合 计
萃 取 氯 苯
重 量 1 8 .7 4 0 3 .4 4 2 2 .1 % 4 .4 9 5 .6 1 0 0 .0
V 1 1 0 5
硝 基 物 层 废 酸 层 合 计
分
离
5 7 8 .0 3 3 1 .4 9 0 9 .4
H N O H 2S O H 2O N C B 合 计
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
(完整版)物料衡算
F1X11=F2X21+F3X31 代入数据 得 ： 2000=F2+F3
0.75*2000=0.99F2+0.10F3 解得： F2=1460.7kg/h 、F3=539.3kg/h 可以利用固态平衡式来进行校核
0.25*2000=0.10*1460.7+0.9*539.3
例如利用压缩空气进行有氧发酵，在红霉素的生产
中，空气组成通常取含氧21%，含氮79%，是干基计 算，如把水分计算在内，氧气、氮气的体积变了。年 产福尔马林5000t，系指湿基。
➢ 设备操作时间
车间设备每年正常开工生产的天数， 一般以 330d计算，余下的36d作为车间 的检修时间。对于工艺技术尚未成熟或 腐蚀性大的车间一般以300d或更少一 些时间计算。
主副产品的产量
物
原材料消耗定额
料
物料的浪费
生产过程中的损耗
衡
生产过程的反常现象
三废产生量
算
物料衡算的理论基础
质量守恒定律
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。
物料平衡用公式表示如下： ∑G进料+∑G生成=∑G出料+∑G累积+∑G消耗
吸收过程 蒸馏过程 干燥过程 萃取过程
无化学变化的物料衡算
1.吸收是用适当的液体吸收剂处理气体混合物， 以除去其中的一种或多种组分的操作。
2.蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发度的差异 而进行分离的一种单元操作。
3.干燥是一个物料对湿分的吸附或解析过程。
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物料衡算基本理论
四、衡算方法和步骤
1，明确衡算目的通过物料衡算确定生产能力、纯度、收率
2，明确衡算对象划定衡算范围，绘出物料衡算示意图
3，对有化学反应的体系应写出化学反应方程式
4，收集与物料衡算有关的计算数据
○1生产规模；原辅材料、中间体及产品规格；
○2有关定额和消耗指标（产品单耗、配料比、回收率、提取率、收率）○3有关的物理化学常数（密度、蒸汽压、相平衡常数）
5，选定衡算基准
6，列出物料衡算方程式
7，根据物料横算结果，编制物料平衡表
物料衡算举例
一、物理过程物料衡算
实例6-1 硝化混酸配制过程物料衡算。
已知混酸组成为硫酸46%（质量百分比，下同）、硝酸46%、水8%，配制混酸用的原料%的工业硫酸、98%的硝酸以及含硫酸69%的硝化废酸。
试通过物料衡算确定配制1000kg混酸时各原料的用量。
为简化计算，设原料中除水外的其他杂质可忽略不计。
明确衡算目的明确衡算对象
以搅拌釜为衡算范围，绘制混酸配制过程物料衡算示意图
G H2SO4 G HNO3
G 废
图中共有4股物料，3个未知数，需3个独立方程 对硝酸进行物料衡算 对硫酸进行物料衡算
对水进行物料衡算
联立方程解得
混酸过程物料衡算表
3
0.980.461000HNO G =⨯240.9250.690.461000
H SO G G +=⨯废2430.0750.020.310.081000
H SO HNO G G G ++=⨯废243399.5469.4131.1H SO HNO G kg G kg G kg
===废
二，化学过程的物料衡算 1，化学过程的几个概念 转化率
收率（产率） 选择性
例6-2 甲苯用浓硫酸磺化制备对甲苯磺酸。
已知甲苯的投料量为1000kg ，反应产物中含有对甲苯磺酸1460kg ，未反应的甲苯20kg 。
试分别计算甲苯的转化率、对甲苯磺酸的收率和选择性。
则甲苯的转化率为
则甲苯磺酸的收率为
100%
A x A =⨯反应物A 的反应消耗量反应物的投料量
100%
y A =⨯按目标产物收得量折算的反应物A 的量反应物的投料量
100%
A ϕ=⨯按目标产物收得量折算的反应物A 的量反应物的反应消耗量
CH 3
+
H 2SO
4
CH 3
SO 3H
+
H 2O
110-140
100020100%98%
1000
A x -=⨯=146092100%78.1%
1000172
y ⨯=⨯=⨯
则甲苯磺酸的选择性为
总收率 总收率为各个工序的收率之积
3，连续操作过程的物料衡算 实例6-4
在催化剂作用下，乙醇脱氢可制备乙醛，其反应方程式为
同时存在副反应
已知原料为无水乙醇（纯度以100%计），流量为1000kgh-1，其转化率为95%，乙醛收率为80%，试对该过程进行物料衡算。
以反应器为衡算范围，绘出物料衡算示意图，如图6-4所示 乙醇：1000kg/h 纯度100%
图中，1股进料，1股出料， 衡算目的：确定出料的组成
衡算基准：以单位时间内的进料量为基准 主反应方程式
25C H OH
32
CH CHO H +2
5
C H OH
2 3252
2CH COOC H H +79.7%
y x
ϕ
==
副反应方程式
出料：乙醇流量为：
乙醛流量为：
乙酸乙酯流量为：
氢气流量为： 乙醇催化脱氢过程物料衡算表
25C H OH
32
CH CHO H +25C H OH
2 3252
2CH COOC H H +11000(10.95)50.0()
kg h -⨯-=g 144
10000.950.8727.0()
46
kg h -⨯⨯⨯=g 1
8810000.95(10.8)181.7()92
kg h -⨯⨯-⨯=g 1
100050727181.741.3()
kg h ----=g
随堂练习
拟用连续精馏塔分离苯和甲苯混合液。
已知混合液的进料量为200kmol·h-1，其中含苯（摩尔分数，下同），其余为甲苯。
若规定塔底釜液中苯的含量不高于，塔顶馏出液中苯的回收率不低于%，试通过物料衡算确定塔顶馏出液、塔釜釜液的流量及组成，以摩尔流量和摩尔分数表示
明确衡算目的 D ，xD 横算范围确定
绘出物料衡算示意图 F=200kmol·h-1
xF=
衡算基准
摩尔流量和摩尔分数
W ，Xw=
精 馏 塔。