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%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