Aspen 物料衡算与能量衡算

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化工原理物料衡算和热量衡算

化工原理物料衡算和热量衡算引言化工工程涉及许多物料的处理和转化过程，同时也需要考虑热量的平衡。

物料衡算和热量衡算是化工原理的重要内容，对于工程实践和过程优化具有重要的意义。

本文将介绍化工原理中的物料衡算和热量衡算的基本原理和计算方法。

物料衡算物料衡算是指对于化工工程中物料流动和转化过程的计算和分析。

在化工工程中，物料的流动和转化是实现各种反应和分离操作的基础，因此正确的物料衡算是保证工程设计和操作的关键。

在物料衡算中，我们通常需要考虑以下几个方面： 1. 物料的质量衡算：即对物料的质量输入和输出进行计算和分析。

对于物料的质量衡算，我们需要注意物料流动的平衡原则，即质量的输入必须等于输出。

2. 物料的能量衡算：即对物料的能量输入和输出进行计算和分析。

能量的输入和输出会影响物料的温度和相变过程，因此在能量衡算中需要考虑物料的热力学性质。

3. 物料的流动速度衡算：即对物料流动速度进行计算和分析。

物料的流动速度决定了反应和分离操作的效率，因此在物料衡算中需要合理地确定流量和速度的关系。

4. 物料的浓度衡算：即对物料中组分浓度的计算和分析。

物料的浓度会影响其反应和分离的速率和效果，因此在物料衡算中需要考虑不同组分浓度的变化规律。

物料衡算通常使用质量守恒和能量守恒等基本原理进行计算。

同时，还可以利用化学反应平衡的原理和质量流动的平衡原则进行衡算过程中的参数确定。

热量衡算热量衡算是化工工程中热力学过程的计算和分析。

在化工工程中，热量的平衡是保证反应和分离操作能够正常进行的基础。

热量衡算需要考虑以下几个方面： 1. 热量的输入和输出：即对于热量的输入和输出进行计算和分析。

在化工工程中，我们通常需要对热量的输入和输出进行平衡，以保证工程操作的稳定性。

2. 热量的传递和转化：即对于热量的传递和转化过程进行计算和分析。

热量的传递可以通过传导、对流和辐射等方式进行，因此在热量衡算中需要考虑传热方式的影响。

3. 热平衡的计算：即对于反应和分离过程中热量平衡的计算和分析。

Aspen物料衡算与能量衡算

<7>校核计算结果.当计算全部完成后,对计算结果进行整理, 编制物料热量平衡表或绘制物料流程图.通过物料热量平衡表可以直接检查计算是否准确,分析结果组成是否合理,并易于发现存在问题,从而判断其合理性,提出改进方案.
南京工业大学包宗宏
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2.1.4 用软件进行物料衡算与能量衡算的要点 <1> 选择合适的因次模板.因次模板是ASPEN PLUS软件为不同工艺过程编制的因次集,分为普通模拟过程与石油加工过程两大类,每大类又含有若干套,每套都包含英制与公制两种因次集, 如表2-1.
几乎所有的单元操作模型都需要热力学性质与传递性质的计算,
南京
其中主要有逸度系数、相平衡常数、焓、熵、Gibbs自由能、
工业
密度、粘度、导热系数、扩散系数、表面张力等.
大
学
包没有任何一个热力学模型与传递模型能适用于所有的物系和所
宗宏
有的过程.因此,性质方法的恰当选择和正确使用决定着计算结
果的准确性、可靠性和模拟成功与否.
均用缩略语表示,很难记忆.在编制物料平衡表时,需要同时列出
南京
各物流的物性,这就要向软件提出输出特定物性数据的要求,若
工业
能熟悉软件常用物性术语的缩写方式,则可方便地输出物流的物
大学
性.
包宗宏
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2.1.4 用每软个数件据进包文行件物对模料拟衡体系算的与组分能、量工艺衡条算件、的要点 <6>尽量使用软物热性力件方学自法基已础带经数的确据定,部过,分尤程还其包是数含包据了含动了包力针.在学对数该软据体件系. 的安装目录中,有一个"GUI"文件夹,包含了多个软件模拟计算例题的子文件夹.

化工生产过程物料衡算能量衡算介绍课件

化工生产过程的特点
01 连续性：化工生产过程通常为连续生产，以保证生产效率和产品质量。
02 复杂性：化工生产过程涉及多种化学反应和物理变化，过程复杂，需要精确控制。
03 安全性：化工生产过程涉及易燃、易爆、有毒等危险物质，需要严格控制生产条件和操作流程，确保生产安全。
04 环保性：化工生产过程会产生废气、废水、废渣等污染物，需要采取有效措施进行环保处理，降低对环境的影响。
物料衡算能量衡算在化工生产过程中的作用
物料衡算：计算物料的投入和产出，确保生产过程的物料平衡，提高生产效率。
能量衡算：计算生产过程中的能量消耗和产出，优化生产工艺，降低能耗，提高能源利用率。
物料衡算能量衡算相结合：综合考虑物料和能量的平衡，优化生产工艺，降低生产成本，提高生产效益。
物料衡算能量衡算在化工生产过程中的应用：广泛应用于化工生产过程的设计、优化和改进，提高生产过程的安全性、环保性和经济性。
物料衡算在质量管理中的应用：物料衡算可以帮助分析产品质量情况，从而制定质量控制措施和优化质量管理。
能量衡算的概念
能量衡算是化工生产过程中对能量进行计算和分析的方法
能量衡算的目的是为了优化生产过程，提高能源利用效率
能量衡算主要包括热能、机械能、电能等能量的计算和分析
能量衡算可以帮助企业降低生产成本，减少能源消耗，提高生产效率
视觉效果：运用色彩、图片、动画等元素，提高课件的视觉效果和吸引力
互动设计：设置提问、讨论、练习等互动环节，提高学员的参与度和学习效果
课件制作工具：选择合适的课件制作工具，如 PowerPoint、Keynote等，提高制作效率和质量
能量衡算的应用
优化生产工艺：通过能量衡算，可以优化生产工艺，提高生产效率

Aspen 物料衡算与能量衡算

对的二元交互作用参数。以软件自带的“.bkp” 数据包文件作为模拟计算的起点，可以免除物性方法选择、反应方程式输入等步骤，直接进行流程绘制与物流输入，模拟计算结果正确的可能性要大得 “Asy”文件夹：提供原始实验数据，包含了全球各地原油的实多。如果“.bkp” 数据包文件中的组分与操作者欲模拟计算过程的沸点数据；组分有少量的差异，也可以对数据包文件中的组分进行调整。南京工业大学包宗宏对于电解质过程，数据包文件中包含了体系中的全部分子组分与离
南京工业大学包宗宏
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(5)画出工艺流程示意图。着重考虑物流热流的流向，对设备的外形、尺寸、比例等并不严格要求，与物料、能量衡算有关内容必须无一遗漏，所有物流热流管线均须画出。
2.1.3 衡算的基本步骤 (6) 根据工艺流程图抽象出模拟流程。要充分理解基本工艺路线，明ห้องสมุดไป่ตู้本流程的主干与枝干，选择软件中合适的模块、或模块组合构成软件模拟流程，以反映流程的模拟需求。 (7)校核计算结果。当计算全部完成后，对计算结果进行整理，编制物料热量平衡表或绘制物料流程图。通过物料热量平衡表可以直接检查计算是否准确，分析结果组成是否合理，并易于发现存在问题，从而判断其合理性，提出改进方案。
工业大学
对于含电解质的过程，要考虑可能存在的离子反应，借助于软件中的电解质向导，确认体系中的真实组分、表观组分、结晶包宗化合物。
宏
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2.1.4 用软件进行物料衡算与能量衡算的要点 (4)熟悉模块功能及其计算方法。软件中的模块本质上是计算方法的图形显示，有的一个模块仅对应一种算法，有的一个模块可包含几种算法，可根据运算操作者意愿选择运行。熟悉软件的模块功能，可快速正确地建立起物料衡算的模拟流程。

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(4)确定计算任务。根据工艺流程示意图和化学反应方程式，分析物流热流经过每一过程、每一设备在数量、组成、及物流热流走向所发生的变化。
南
京工
(5)画出工艺流程示意图。着重考虑物流热流的流向，对设
业大
备的外形、尺寸、比例等并不严格要求，与物料、能量衡算有
学关内容必须无一遗漏，所有物流热流管线均须画出。
学件中的电解质向导，确认体系中的真实组分、表观组分、结晶
包宗
化合物。
宏
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2.1.4 用软件进行物料衡算与能量衡算的要点
(4)熟悉模块功能及其计算方法。软件中的模块本质上是计算方法的图形显示，有的一个模块仅对应一种算法，有的一个模块可包含几种算法，可根据运算操作者意愿选择运行。熟悉软件的模块功能，可快速正确地建立起物料衡算的模拟流程。
醛醛醛醛
酮酮酮酮
酯酯酯
酮酮酮酮
酯酯酯
醇醇醇醇
二二醇二醇二醇醇
水水水水
11
含极性物质
PR, LK-PLOCK,
PR-BM, PKS, RKSBM及其衍生方程
模拟体系
南
京
不含极性物质
工
业
大
学
包宗宏
全是真实组分
CHAO-SEA, GRAYSON, BK10
P>0.1MPa
含虚拟组分真空
BK10, IDEAL
(5)了解软件对物性术语的缩写。ASPEN PLUS是全英文软
件，操作界面上的指令都用英文全名表示，易于理解。但物流
的物性均用缩略语表示，很难记忆。在编制物料平衡表时，需

南京
要同时列出各物流的物性，这就要向软件提出输出特定物性数

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。

化工生产过程物料衡算和能量衡算

主要内容
一、物料衡算 Mass Balance 二、能量衡算 Energy Accounting or Energy Balance
一、物料衡算
1.物料衡算的理论基础
质量守恒定律
2.物料衡算的范围
物料衡算针对的体系可以人为选定
3.物料衡算基本方程式
输入物料的总质量=输出物料的质量+系统内积累的物料质量+系统损耗的物料质量
硫酸 1678.3kg
水
334.5+238.1=572.6kg
废酸总量 58.4+1678.3+572.6=2309.3kg
4.列出物料衡算表
组分
HNO3 H2SO4 H2O 乙苯杂质对硝基乙苯邻硝基乙苯间硝基乙苯合计
输入物料 kg/d 891.9 1678.3 334.5 1404.6 74
4.查取手册得到有关热力学数据
各组分的标准生成焓△HFiθ和25～500℃间的平均摩尔定压热容CP,m见下表：
组分 △HFθ/（kJ·kmol） CP,m/（kJ·kmol·℃-1） △t/℃ △HFiθ+ CP25-500△t/（kJ·kmol）
CH4
-74.85×103
48.76
475
-51689
物理过程
5.物料衡算计算方法
化学过程
建立物料衡算式的方法必须考虑化学反应中生成和消耗的物料量。有直接计算法、衡算联系物法、终点衡算法。
示例1 甲烷气蒸汽转化过程的物料衡算
某石化企业甲烷蒸汽转化车间，在装有催化剂的管式转化器中进行甲烷转化反应。甲烷蒸汽转化的反应式为：
CH4+H2O == CO+3H2 （3-4） CH4+CO2 ==2CO+2H2 （3-5） CO+H2O == CO2+H2 （3-6）水蒸气与甲烷的物质的量比为2.5，甲烷的转化率为75%，蒸汽转化温度为500℃，离开转化器的混合气体中CO和 CO2之比以反应(3-6)达到化学平衡时的比率确定。已知 500℃时，式(3-6)的平衡常数为0.8333。若每小时通入的甲烷为1kmol，求反应后气体混合物的组成。

化工设计之物料衡算和热量衡算

1、无化学反应体系，能列出的独立物料衡算式数目，最多等于输入和输出物料中化学组分的数目。
2、首先列出含有未知量数目最少的物料衡算方程，以便于解题。
3、若体系内具有很多多组分的物料，则最好将每个流股编号，并列出表表示出已知的量和组分，检查能列出的衡算方程数目是否等于未知量的数目。
（二）、有多个设备过程的物料衡算
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。
• 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。
化工单元操作
总物料衡算式：F=P＋W
每种组分衡算式：
F
x f1

P
xp1
W

xw1
F
x f
2

P xp2
W
xw2
对于连续不稳定过程，由于该过程内物料量及组成等随时间而变化，因此，物料衡算式须写成以时间为变量的微分方程，表示体系内在某一瞬时的平衡。
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。
（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
在下列情况下上式可简化为： ①稳定操作过程（ Fi－Fo）＋（Dp－ Dr ）＝ W ②系统内无化学反应的间歇操作：Fi－Fo ＝ W ③系统内无化学反应的稳态操作过程： Fi－Fo ＝ 0 对于没有化学反应的过程，一般上列写各组分的衡算方程，

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Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6（1—1）式中： Q1—所处理的物料带入设备总的热量，KJ;Q2—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;Q3—过程的热效率，（符号规定过程放热为“+”；过程吸热为“-”）Q4—反应终了时物料的焓（输出反应器的物料的焓）Q5—设备部件所消耗的热量，KJ;Q6—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。

物料衡算与能量衡算培训课件(ppt 41页)

/(g/mol)
C6H5C2H5 106
C6H5C2H3 104
C6H6 78
C6H5CH3 92
H2O 18
CH4 16
C2H4 C H2 28 12 2
选1000kg/h乙苯原料为计算基准
21
（3）计算各项物料流量
纯乙苯 1000kg/h×98%=980kg/h，9.245kmol/h；甲苯 1000kg/h×2%=20kg/h，即0.217kmol/h；蒸汽量 980kg/h×1.5=1470kg/h，即81.667kmol/h；乙苯转化率 0.4/0.9=0.4444；参加反应的乙苯量 980kg/h×0.4444=435.11kg/h，
24
组分
C6H5C2H5 C6H5CH3
H2O C6H5C2H3
C6H6 C2H4 CH4
C H2 合计
表3-2 乙苯脱氢反应器物料衡算数据
输入
摩尔流量 /(kmol/h)
质量流量/( kg/h)
30.046
3185
0.705
65
265.418
4777.5
--
--
--
--
--
--
--
--
--
--
--
c）系统内无化学反应的稳定操作过程：
((Fii FFo0))00
11
3.1.2 物料衡算举例无反应过程的物料衡算
无反应过程指流体输送、粉碎、换热、混合、分离（吸收、精馏、萃取、结晶、过滤、蒸发、闪蒸、提浓、脱水、增湿、干燥）等化工单元操作。
12
例3.1 从气体中回收丙酮的装置
物料衡算程序
4
3.1 物料衡算基本方法

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。

∑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。

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。

物料衡算和能量衡算全解

组成％(mol) kmol/h
CO2 28.56 285.1
CO H2 1.2 52.61 12.02 525.2
N2 17.05 170.2
CH4 0.575 5.74
合计 100 998.3
无化学反应的物料衡算
➢在化工过程中，一些只有物理变化，不发生化学反应的单元操作，如混合、蒸馏、蒸发、干燥、吸收、结晶、萃取等。这些过程都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。
率，催化剂状态、用量、回收方法、安全性能等； ➢ 原料及产品的分离方式，分离剂的用量，各步的回收率； ➢ 特殊化学品的物性：沸点、熔点、饱和蒸汽压、闪点等。 (3) 工艺流程示意图。
二、物料衡算基准物料衡算时须选择计算基准，并在计算过程中保持一致。一般计算过程的基准有以下几种：
(1) 时间基准——对连续生产过程，常以单位时间(如d、h、s）的投料量或产品量为计算基准。
例：甲醇氧化制甲醛，其反应过程为 CH3OH + 1/2O2 →HCHO + H2O
反应物及生成物均为气态。甲醇的转化率为75％，若使用50％的过量空气，试计算反应后气体混合物的摩尔组成。
解：画出流程示意图，如下图：
CH3 O空H气
催化反应器
（过量50%)
基准：1mol CH3OH
CH3OH + 1/2O2 →HCHO + H2O
物料衡算和能量衡算全解
4.1 物料衡算 4.2 能量衡算 4.3 化工模拟软件在化工设计中的应用
4.1 物料衡算物料衡算—运用质量守恒定律，对化工过程或设备进行定量计算。
通过物料衡算解决以下问题： ➢ 计算原料消耗量、副产品量； ➢ 输出过程物料的损耗量及三废的生成量； ➢ 在物料衡算基础上做能量衡算，计算蒸汽、水、电、煤或其他燃料

第四章物料衡算和能量衡算

Q =U 2. 流动体系的能量衡算方程——物料连续通过边界进出
能量输入速率-能量输出速率=能量积累速率
连续稳定流动过程的总能量衡算方程为： U g z1 u2 (p)v Q W 2
Hgz1 2u2QW s
3. 热量衡算式及说明
⑴ 热量衡算式
在反应器、蒸馏塔、蒸发器、换热器等化工设备中，W、Ek、
设计化工单元操作：闪蒸罐，间歇精馏器，蒸馏器，液－液抽提精馏器，侧线塔，压缩机，结晶器，旋流器，减压设备，溶解器，膨胀机，闪蒸，带有固体的闪蒸，LNG多股流换热器，精确核算型换热器，简单换热器，严格空冷器模型，加热/冷却曲线，混合器，相包络，管道，聚合物反应器，泵，回流泵，阀，刮膜式蒸发器，平衡反应器，转换反应器，吉布斯反应器，塞流反应器，平推流反应器，全混流反应器，间歇式反应器，固态颗粒分离器，分裂器，单变量控制器，多变量的控制器，物流计算器，流程优化器，过程数据，用户自定义操作单元，(电解质模块，SIMSCI外接的模块)等。用户扩展功能：用户自定义物流属性包；增加用户组份数据；增加热力学计算方法；增加自定义操作单元模块120个；增加自定义计算模型7个；增加自定义电解质模型20个等。分析工具：工况研究、优化器、单相变量控制器、多相变量控制器、加热/冷却曲线等。
目前用的较多的化工流程模拟计算软件有PRO/II、HYSYS、 ASPEN PLUS等。
PRO/II 流程模拟软件 PRO/II 由美国模拟科学（SIMSCI）公司研发提供的。是目前石
油化工行业最全面的流程模拟软件，已被广泛地应用于化学过程的严格的质量和能量平衡。
西安石油大学2006年也购买了该软件，20个用户终端。 PRO/II流程模拟软件功能特点
化工设计
第四章物料衡算与能量衡算 Chart4 materiel balance and energy balance

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。

化工设计第3章物料衡算与能量衡算

B-入口C3H8，mol。共有6个未知量，因此必须列6个独立方程。
列元素平衡：
C平衡：3B=P
H2平衡：4B=Q O2平衡：0.21A=M+P+Q/2 N2平衡：0.79A=N 烟道气总量：M+N+P+Q=100
过剩氧量：0.21A*0.25/1.25=M
按照反应式的化学计量关系，还可以列出另外几个线性方程，但是都
100 mol烟道气*1mol空气/1.068 mol烟道气=93.6 mol
25
3.1 物料衡算
（三）基准：100 mol 烟道气
设： N-烟道气N2，mol；
M-烟道气中O2，mol； P-烟道气中CO2，mol； Q-烟道气中H2O，mol； A-入口空气，mol；
烟道气：氮气，二氧化碳，水蒸气，氧气
各种衡算基准
⑴ 时间基准连续（小时，天……）间歇（釜，批……）
⑵ 质量基准 kg，mol， kmol ……
⑶ 体积基准 m3（STP），Nm3
⑷ 干湿基准干基（不含水），湿基（含水）
14
3.1 物料衡算
IV. 物料衡算的程序（步骤） 1. 搜集计算数据（物性参数与操作参数等） 2. 画出物料流程简图 3. 确定衡算体系 4. 写出化学反应方程式，包括主反应和副反应，标出有用的分子量
3个未知量。
总物料衡算式：x+y+z=100
(1)
H2SO4衡算式：0.57x+0.93y=100×0.6=60 (2) HNO3衡算式：0.23x+0.90z=100×0.27=27 (3)
解(1)-(3)方程，得x=41.8 kg废酸，y=39 kg浓H2SO4，z=19.2 kg浓HNO3

Aspen 物料衡算与能量衡算(教学材料)

专业课件
2.1.4 用软件进行物料衡算与能量衡算的要点
(2) 选择合适的物性计算方法。ASPEN PLUS软件把模拟计算一个流程所需要的热力学性质与传递性质的计算方法与计算模型都组合在一起，称之为性质方法，每种性质方法以其中主要的热力学模型冠名，软件中共有80多种性质方法供操作者选择使用。针对不同的模拟体系，选择合适的性质方法用于模拟过程是获得正确计算结果的前提。
Case Study - Acetone Recovery
Correct choice of physical property models and accurate physical property parameters are essential for obtaining accurate simulation results.
包
Approach State Approach Model Approach
宗宏
Predicted number of stages
11
7
42
required
专业课件
Approximate cost in dollars 520,000
2.1 衡算方法
2.1.1基本概念物料平衡的理论依据是质量守恒定律，即在一个孤立体系中
不论物质发生任何变化(不包括核反应)它的质量始终保持不变。
在化工过程中，能量衡算是根据能量守恒定律，利用能量传
递和转化的规则，以确定能量比例和能量转变定量关系的过程。
能量衡算的理论依据是热力学第一定律，即体系的能量总变化
南 (ΔE)等于体系所吸收的热减去环境对体系所做的功。
京
工
业大
简单化工操作单元的能量衡算可以手工进行，复杂化工流程的

石化年产25万吨苯乙烯项目-附表1.物料衡算及能量衡算表

石化年产25万吨苯乙烯项目物料衡算及能量衡算目录1.物料衡算 (1)1.1总述 (1)2.分工段物料衡算 (1)2.1轻烃裂解与吸收工段物料衡算 (1)2.2烷基化制乙苯工段物料衡算 (3)2.3乙苯脱氢与精制工段物料衡算 (4)3.主要设备的物料衡算 (5)3.1裂解炉系统物料衡算 (5)3.2催化精馏塔T-401物料衡算 (6)3.3三段绝热式固定床反应器物料衡算 (7)3.4苯乙烯粗馏塔物料衡算 (8)4.能量衡算 (9)4.1.总述 (9)4.2.能量衡算表 (9)4.2.1轻烃裂解与吸收工段能量衡算 (9)4.2.1.1裂解炉能量衡算 (9)4.2.2烷基化制乙苯工段能量衡算 (12)4.2.3乙苯脱氢与精制工段能量衡算 (17)4.2.4典型换热器（急冷换热器）能量衡算 (21)4.2.5典型泵（P-602）能量衡算 (21)4.2.6总结 (22)1.物料衡算1.1总述从原料入厂到产品输出，苯乙烯生产工艺流程分为三大工段：轻烃裂解与吸收工段，烷基化制乙苯工段和乙苯脱氢与精制工段。

物料衡算以Aspen Plus模拟的结果为依据进行计算。

项目的全流程模拟图如图5-1所示：图1-1项目全流程模拟图2.分工段物料衡算2.1轻烃裂解与吸收工段物料衡算轻烃裂解与吸收工段可以分为裂解炉、预分馏和气体精制三大部分，属于原料的处理与精制工段，该工段的流程模拟如图2-1所示：轻烃裂解与吸收工段烷基化制乙苯工段乙苯脱氢与精制工段图2-1轻烃裂解与吸收工段模拟流程图轻烃裂解与吸收工段的物料平衡表如表5-2所示：2.2烷基化制乙苯工段物料衡算烷基化制乙苯工段流程模拟如图5-3所示：图2-2烷基化制乙苯工段模拟流程图烷基化制乙苯工段流程模拟如表5-3所示：。