化工设计概论第五章-第六章——物料衡算与能量衡算

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物料衡算和能量衡算概述

物料衡算和能量衡算概述物料衡算和能量衡算是在工程和科学领域中经常用到的两个概念。

物料衡算是指在工程过程中对物料流动进行计算和分析的过程，而能量衡算则是对能量转移和转换进行计算和分析的过程。

物料衡算涉及到物料的流动和传递。

在工业过程中，物料（例如原材料、中间产品和最终产品）通过不同的装置和管道进行运输和处理。

物料衡算可以帮助工程师们了解物料在系统中的流动情况，如流速、流量和浓度等。

通过对物料衡算的分析，可以得到物料在不同过程中的质量变化和传递速率等重要参数，从而为工艺设计和控制提供依据。

能量衡算则是对能量的转移和转换进行计算和分析。

在能源系统中，能量以各种形式进行传递和转化，如热能、电能、化学能等。

能量衡算可以帮助工程师们了解能源在系统中的利用情况，如能量的输入、输出和转换效率等。

通过对能量衡算的分析，可以提高能源系统的效率，减少能源浪费，并优化系统的设计和控制。

物料衡算和能量衡算常常是相互关联的，尤其是在工业过程中。

物料的流动往往伴随着能量的转移和转换，例如在化工生产中，物料的传递往往伴随着能量的输入和输出。

因此，在进行物料衡算时，也需要考虑能量的变化和转换。

相反地，在进行能量衡算时，也需要考虑物料的流动和传递。

总而言之，物料衡算和能量衡算是工程和科学领域中重要的分析工具。

通过物料衡算和能量衡算，可以深入了解物料和能量在系统中的流动和转移情况，从而优化工艺设计和能源利用效率。

这对于提高工程效率、降低成本和保护环境都具有重要意义。

物料衡算和能量衡算是工程和科学领域中非常重要的分析工具。

它们可以为工程师们提供关键的信息和数据，用于优化工艺设计、提高能源效率、降低成本并保护环境。

在物料衡算中，关键的概念包括物料流动、物料传递和物料质量变化。

物料流动是指物料在系统中通过管道、设备和机械的运输过程。

物料的传递是指物料从一个位置或系统到另一个位置或系统的移动过程。

物料的质量变化包括物料的添加、消耗、转化和转移等。

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中的物料衡算和热量衡算是其重要组成部分，对于化工过程的正常运行和优化具有重要意义。

物料衡算主要是指对于化工过程中的原料、中间产物和最终产物的质量和数量进行计算和控制的过程。

而热量衡算则是指对于化工过程中的能量平衡的计算和分析。

化工设计中的物料衡算首先需要确定化工过程的原料组成和性质，包括原料的化学成分、物理性质和纯度等。

根据原料的性质和化学反应方程，可以计算出原料的消耗量和产物的生成量。

同时，还需要考虑到原料的损失和副反应的发生，以及可能的回收和再利用，从而对原料的总需求进行准确的衡算。

此外，物料的运输和储存也需要考虑到，包括原料的装卸和包装，以及仓库的容量和仓储条件等。

在化工过程中，热量的衡算是不可或缺的。

热量衡算主要包括热量输入和输出的计算和分析。

热量输入一般是通过化学反应或物理过程得到的，主要包括燃烧、加热和蒸发等。

热量输出则是指化工过程中热量的损失和传递，包括冷却、换热和放热等。

通过准确的热量衡算，可以确定化工过程中的热能转化效率和能量消耗情况，从而对能源的利用进行优化和改进。

在物料衡算和热量衡算中，还需要考虑到化工过程中可能存在的变化和调整。

化工过程中的原料组成和性质可能会随着时间的推移而发生变化，例如反应的进程或携带物等。

因此，在衡算过程中需要对变化因素进行考虑，并进行相应的调整。

例如，可以通过实验和模拟等手段对原料的性质和反应条件进行测定和预测，从而对衡算结果进行修正和优化。

总之，物料衡算和热量衡算是化工设计中的重要内容，对于化工过程的正常运行和优化具有重要的影响。

通过准确的物料衡算，可以确定化工过程中的原料需求和产物生成量，并进行合理的储存和管理。

通过热量衡算，可以确定化工过程中的能量平衡和热能转化效率，从而对能源的利用进行优化。

这些衡算结果可以为化工过程的生产计划、产品质量控制和能源管理提供重要参考。

物料与能量衡算

组分
苯酐
顺酐邻二甲苯
O2
N2
其他
合计
%（mol） 0.65
0.04
0.03
16.58
78
4.70
100
O-xylene air
【O】 Conversion
O-xylene
O2 Benzoic acid anhydride
Cis-butenedioic anhydride
N2 Others
４、以节点进行计算
）
则总蒸发水量为
W总
8000（0 1
15 ） 60
60000k
g
/
h
四效蒸发系统的物料衡算过程
第三效蒸发水量为
15
W
80000(1
) 17.8
12600kg
/
h
进入第Ⅳ的料液量 80000-12600=67400kg/h
则第Ⅳ效的蒸发水量WⅣ为
67400(1 17.8 ) 14300kg / h 22.6
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、两个反应式表示的物料衡算，可以列出元素衡算式，用代数法求解。
丙烷充分燃烧时，要供给的空气量为理论量的125%，问每 10mol燃烧产物，需多少mol的空气？反应：
C3H8+5O2
3CO2+4H2O
丙烷空气（O2 N2）
101.01
0.2
101.01 303.12 R
R=100.92kmol/h
Eg1-4 合成氨方面的工艺计算
循环气R
原料F1 F2 1%氩气、甲烷
reactor
驰放气F4
12.5%惰性气体

物料衡算与能量衡算概论(PPT 108页)

0
章物料衡算
与能量衡算
1/106
主要内容
化工过程及过程参数化工工艺流程物料衡算热量衡算
2/1062
§3.1 工艺过程及过程参数
化工计算主要是应用守恒定律来研究化工过程的物料衡算和能量衡算问题。在进行计算时，必须熟悉有关化工过程的一些术语及基础知识。
主要内容包括：
• 化工过程； • 化工工艺流程； • 化工过程开发； 1. 化工过程基本参数—温度、压力、流量、化学组成等基本概念。
空气 F3
吸
蒸
收Hale Waihona Puke 馏塔塔冷凝器
产品 F4 丙酮99%,水1%
混合气体 F2 1.5(mol)%丙
酮
废料 F5：丙酮5%，水95%
28/10268
2、估算。可以应用物理和化学的一些基本定律计算各种物质的性质参数。
3、用实验直接测定。
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§3.2 工艺基础数据 §3.2.2 化工基础数据来源
外文
中文
14/10164
§3.3 化工过程类型 §3.3.1 间歇操作、连续操作以及半连续操作
• 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。
材料是否可行。当然，最终取决于是否有经济效益。
化工过程开发的第一步就是要设计一个流程图。由于化学反应
或产物的分离可用不同的方法来完成，因此，设计流程时，必须选
择一个安全、可靠、经济效益高的最佳方案。
10/10160
§3.1 工艺过程及过程参数

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概论

物料衡算与能量衡算概论物料衡算与能量衡算是在工业领域中广泛应用的两个重要概念。

物料衡算是指对物质流动的量与质进行测量、监测和分析的过程，用来确定物料的输入、输出以及处理过程中的损耗情况。

而能量衡算则是指对能量流动的量和质进行测量、监测和分析的过程，用来确定能源的输入、输出以及转化利用的效率。

物料衡算和能量衡算在工业生产中都具有重要的作用。

首先，它们可以帮助企业确定物料和能量的浪费情况，找出能源的低效率使用和损耗问题，从而提出改善措施，节约物料和能源，降低生产成本。

其次，物料衡算和能量衡算可以帮助企业优化生产流程，提高产能和效率。

通过对物料和能量的输入、输出以及处理过程的分析，企业可以找出生产过程中不必要的浪费和瓶颈，并进行改进和优化。

此外，物料衡算和能量衡算也可以帮助企业监测和评估环境压力，实施环境保护措施，达到可持续发展的目标。

物料衡算和能量衡算的方法和技术主要包括数据采集、监测和分析。

在物料衡算中，通常会采集和监测物料的进出量、质量以及转化过程中的损耗情况。

常用的方法有称量、计量、流量计、采样等。

在能量衡算中，通常会采集和监测能源的进出量、质量以及转化过程中的损耗情况。

常用的方法有电表、气表、温度计、压力表等。

通过这些数据的分析，可以得出物料和能源的流动情况，评估效率和损耗，并进一步进行改进和优化。

需要注意的是，物料衡算和能量衡算虽然互相关联，但并不完全一致。

物料衡算主要关注物质流动的量和质，而能量衡算则关注能量流动的量和质。

在实际应用中，物料衡算和能量衡算往往结合起来进行，通过对物料和能量的双重衡算，可以更全面地了解生产过程中的问题和优化方向。

综上所述，物料衡算和能量衡算是工业生产中重要的概念和方法。

它们的应用可以帮助企业节约物料和能源，提高生产效率，降低成本。

同时，物料衡算和能量衡算也有助于企业实施环境保护措施，实现可持续发展。

因此，在现代工业生产中应该重视物料衡算和能量衡算，积极推广和应用。

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。

第五章物料衡算,能量衡算及设备工艺计算与选择

补充说明1: 生化反应器工艺设计的要点（a）反应器选型
确定反应器的结构类型、操作方式、传递和流动方式等。
一般可根据酶或细胞中生化反应的动力学特性来选择合适的反应器形式；结合动力学和反应器两方面特性来确定操作方式和优化的操作设计等。
反应器工艺设计的要点
（b）设计反应器的结构、确定各种结构参数。
由于分子在不停地做着无规则热运动而具有的内动能．它与物体的温度有关（温度是分子平均动能的标志）．分子间存在相互作用力，分子间具有由它们的相对位置决定的势能，这就是分子内势能．它和物体的体积有关．
补充说明：能量的形式和概念
4.热量（Q）温度不同的两物体相接触或靠近，热量从热（温度高）的物体向冷（温度低）的物体流动，这种由于温度差而引起交换的能量，称为热量。
2.任务
参见P104 主要是确定车间内所有工艺设备的台数、型式和主要尺寸。
（二）设备设计与选型的原则
物料衡算是设备选型的根据，而设备选型则要符合工艺的要求。设备选型是保证产品质量的关键和体现生产水平的标准，又是工艺布置的基础，并且为动力配电，水、汽用量计算提供依据。
选型原则如下（P104书上为8点）：
注意：第一，热量是一种能量的形式，是传递过程中的能量形式；第二，一定要有温度差或温度梯度，才会有热量的传递。
补充说明：能量的形式和概念
5.功（W）功是力与位移的乘积。在化工中常见的有体积功（体系体积变化时，由于反抗外力作用而与环境交换的功）、流动功（物系在流动过程中为推动流体流动所需的功）以及旋转轴的机械功等。
如：混合物分离过程(超滤)
说明
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自变量的微分方程，表示体系内在某一瞬时的平衡。

化工设计第六章—物料衡算与能量衡算

能量衡算可以解决的问题
(1)确定物料输送机械和其它操作机械所需要的功率； (2)确定各单元操作过程所需热量或冷量，及其传递速率；
计算换热设备的工艺尺寸；确定加热剂或冷却剂的消耗量，为其他专业如供汽、供冷、供水专业提供设条件； (3)化学反应常伴有热效应，导致体系的温度上升或下降，为此需确定为保持一定反应温度所需的移出或加入的热传递速率； (4)为充分利用余热，必须采取有效措施，使过程的总能耗降低到最低程度。为提高能量利用率，降低能耗提供重要依据。 (5)最终确定总需求能量和能量的费用。
进行热量衡算注意事项
(3)计算结果是否正确适用，关键在于数据的正确性和可靠性。
(4)间歇操作设备，传热量Q随时间而变化，因此要用不均衡系数将设备的热负荷由千焦／台换算为千焦／小时。
(5)选定设备的换热面积要大于理论计算。
热量衡算举例
例1 某化工厂计划利用废气的废热，进入废热锅炉的废气温度为450℃，出口废气的温度为 260℃，进入锅炉的水温为25℃，产生的饱和水蒸气温度为233.7℃，3.0MPa，(绝压)，废气的平均热容为32.5 kJ／(kmol·℃)，试计算每100 kmol的废气可产生的水蒸汽量?
系统中的积累=输入-输出+生成-消耗
注：生成或消耗是因化学反应生成或消耗的量；积累项可正可负。
积累项=0，稳态过程，输入=输出-生成+消耗无化学反应，输入=输出
物料衡算的分类
1、按操作方式分为间歇操作、连续操作两类物料衡算；
2、按状态将其分为稳定状态操作和不稳定状态操作两类衡算。
3、按衡算范围分为单元操作过程(或单个设备)和全流程的两类物料衡算；
F4 = 200kg
物料衡算计算举例

化工工艺物料衡算和能量衡算

化工工艺物料衡算和能量衡算
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2024/2/9
化工工艺物料衡算和能量衡算
第一节连续过程的物料衡算
w 教学内容： w 结合具体实例，理解利用化学反应速率进行反
应过程的物料衡算的方法。 w 重点和难点： w 重点掌握利用化学反应速率进行反应过程的物
料衡算的方法。 w 难点是衡算基准的选择，包括基准物流的名称
•
第三章
物料衡算与能量衡算
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•输入：
•O2（需要）= 0.5mol；
• O2（输入）= 1.5×0.5 = 0.75mol；
• N2（输入）= N2（输出）= 0.75×（79/21）
•
= 2.82mol；
• 反应的CH3OH =0.75×1 = 0.75mol
•输出： • HCHO（输出）= 0.75mol； • CH3OH（输出）= 1－ 0.75 = 0.25mol； • O2（输出）= 0.75－ 0.75×0.5=0.375mol； • H2O（输出）= 0.75mol
• •
F2 x2B x2C
单元 Ⅰ单
元 Ⅱ
F3 x3B=0.025 x3C=0.35 x3D
F4 x4B=0.08 x4C=0.72
F5 x5C x5D
化工工艺物料衡算和能量衡算
•每一个单元列出一组平衡方程式，再列出整个系统的平衡方程式。
•
第三章
物料衡算与能量衡算
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•（3）孤立体系 •= 0
化工工艺物料衡算和能量衡算
•三、能量衡算的一般方法 • ⑴ 正确绘制系统示意图，标明已知条件和物料状态； • ⑵ 确定各组分的热力学数据； • ⑶ 选择计算基准（大部分在物料衡算的基础上进行）； • 同时，还要选取热力学函数的基准态。 • ⑷ 列出能量衡算方程式，进行求解。

化工设计物料衡算与能量衡算

• 1.求燃料气组成以C作联系组分，燃烧前后碳原子数不变，所以CO2mol数等于CH4的mol数，即CH4＝ 8.12mol，
• 需要氧气量为2×8.12＝16.24mol。
• 计算进料的空气量，以N2作联系组分，由烟道气中的N2 可得进料中的总氧气量：72.28×20.92/79=19.14mol,
Φ=
×100%
限制组分的消耗量
（5）收率
生成目的产物所消耗限制组分的量
η=
×100%
限制组分的输入量
η =xA· Φ
“独立”的含义
对有化学反应的过程，应写独立的反应方
程式或独立反应数。例如碳与氧的燃烧过
程：C O2 CO2 ①
C
1 2
O2
CO
② ③
CO
1 2
O2
CO2
CO2 C 2CO
湿纸浆浆： 0.29 水： 0.71
干燥器
干燥纸浆浆：？水：？
水分
• 例：每小时将20kmol含乙醇40％的酒精水溶液进行精馏，要求馏出液中含乙醇89％，残液中含乙醇不大于3％(以上均为摩尔分数)，试求每小时馏出液量和残液量。
• 解：由全塔物料衡算式可得
•
20 = D + W
(1)
• 20×0.4 = 0.89D + 0.03W
化工设计物料衡算与能量衡算
2021年7月13日星期二
化工基础数据
化工计算以及化工工艺和设备设计中，要用到有关化合物的物性数据。例如，进行化工过程物料与能量衡算时，需要用到密度或比容、沸点、蒸汽压、焓、热容及生成热等等的物性数据；设计一个反应器时，则需要知道化学反应热的数据；计算传热过程时，需要导热系数的数据等等。

化工设计物料和能量衡算

化工设计物料和能量衡算1. 引言化工设计中的物料和能量衡算是一个关键的步骤，它涉及到化工工艺过程中物料的数量和能量的转化。

在化工过程中，物料进出口的计算和能量的平衡是确保工艺过程运行稳定和效果良好的重要因素。

本文将介绍化工设计中物料和能量衡算的基本原理和方法，并通过实例来说明。

2. 物料衡算物料衡算是指在化工过程中对物料质量和流量进行计算的过程。

它的目的是确定原料的消耗量、产物的产量和中间物的转化量，从而满足工艺过程的要求。

在物料衡算中，我们需要考虑以下几个方面：2.1 原料消耗量计算原料消耗量计算是衡算中的一个重要环节。

通常，化工工艺过程中会使用多种原料，而这些原料的消耗量会直接影响到产品的产量和质量。

原料消耗量的计算需要考虑原料的化学组成、反应的摩尔比以及反应的转化率等因素。

通过这些数据，我们可以对原料的消耗量进行准确的计算。

2.2 产物产量计算产物产量计算是另一个重要的衡算环节。

在化工过程中，我们通常希望得到高产量的产品。

产物产量的计算需要考虑反应的转化率以及反应过程中的损耗和副产物的生成等因素。

通过对这些因素的分析和计算，我们可以确定最终产品的产量，并优化工艺过程以提高产量。

2.3 中间物转化量计算中间物转化量计算是指在化工过程中，各种中间产物的转化量的计算。

中间产物是指在反应过程中生成的但不是最终产品的化合物。

中间物转化量的计算需要考虑反应的转化率以及反应过程中中间物的生成和消耗等因素。

通过对这些因素的计算，我们可以确定各个中间物的转化量，从而优化工艺过程。

3. 能量衡算能量衡算是指化工工艺过程中能量的转化和平衡的计算。

能量衡算的目的是确定工艺过程中的能量损失和能量转化效率，以提高工艺过程的能源利用效率和减少能源的消耗。

在能量衡算中，我们需要考虑以下几个方面：3.1 能量输入输出计算能量输入输出计算是能量衡算的一个基本环节。

在化工过程中，能量的输入通常是燃料或电能，而能量的输出包括产品的热能和工艺过程中的损耗。

物料衡算与能量衡算

最后，由CO2和H2O平衡得： F5,CO2＝129mol/h；F5,H2O＝628-127＝501mol/h
➢ 2计算反应器1的反应速率;然后计算物流4的组成
由反应速率的定义式得：
r＝
＝
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
式中为F I物i,输质的出 F 转i,输化率/入 ; i Fi,输入i / i
已知反应 i器1中CO的转化率为0 80，由此得反应器1的反
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
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;
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
应速率：
r＝
＝0.80.2×100 + 0.5×214 ＝
101.6Fm,输o入 l/h/
物流4中每一物流的流率
已知r后;物流4中每一物流的流率可以用物料衡算求得，即：
N2平衡： F4,N2＝0 78×100＝78mol/h CO平衡： F4,co＝127 – r＝25.4mol/h H2O平衡： F4,H2O＝628 – r＝526.4mol/h CO2平衡： F4,CO2＝2 + r＝103.6mol/h H2平衡： F4,H2＝107 + r＝208.6mol/h

化工设计-物料衡算和能量衡算41页PPT

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29、在一切能够接受法律支配的人类的状态中，哪里没有法律，那里就没有自由。— —洛克
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30、风俗可以造就法律，也可以废除法律。 ——塞·约翰逊
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
化工设计-物料衡算和能量衡算
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26、我们像鹰一样，生来就是自由的，但是为了生存，我们不得不为自己编织一个笼子，然后把自己关在里面。 ——博莱索
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27、法律如果不讲道理，即使延续时间再长，也还是没有制约力的。— —爱·科克
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28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马克罗维乌斯
42、只有在人群中间，才能认识自己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育；而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联

第五章物料衡算和能量衡算

（3）冷麦汁量为： 584.92×（1－0.075）=541.05L
（4）发酵成品液量： 541.05×（1－0.016）=532.39L
（5）清酒量（过滤）为：532.39×（1－0.015）=524.41L
（6）成品啤酒量为： 524.41×（1－0.02）=计算方法
（三）用气量的衡算（一）“单位产品耗气量定额”估算法
（二）用气量的计算法
谢谢观赏！
2020/11/5
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图中用简单的方框表示过程中的设备，用线条和箭头表示每个流股的途径和流向。并标出每个流股的已知变量（如流量、组成）及单位。对一些未知的变量，可用符号表示。
（四）计算步骤
③ 选定计算基准，一般以吨/日或kg/h为单位。 ④ 列出物料衡算式，然后用数学方法求解。
在食品生产过程中，一些只有物理变化、未发生化学反应的单元操作，如混合、蒸馏、干燥、吸收、结晶、萃取等，这些过程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。对于有化学反应的单元操作，可以采用化学反应式进行衡算。
第二节能量衡算
在食品工厂生产中，能量的消耗是一项重要的技术经济指标，它是衡量工艺过程、设备设计、操作制度是否先进合理的主要指标之一。
能量衡算的基础是物料衡算，只有在进行完物料衡算后才能做能量衡算。
（一）热量衡算（1）热量衡算的依据
（2）热量衡算的依据
（3）热量衡算的方法和步骤
热量衡算实例— 棉籽油热量计算实例
由上述可得100kg混合原料可制得的热麦汁量为：
（73.16÷12）×100=609.66（kg）
又知汁在20℃时的相对密度为1.084，而100℃热麦汁比20℃时的麦汁体积增加

化工设计之物料衡算与能量衡算培训讲义

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。
循环过程的物料衡算
➢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：
新鲜Ｈ2
循环Ｈ2
混合器
纯C6H6
80%Ｈ2 20%C6H6
反应器
泠凝器
产物 3%H2
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环己烷查苯的总转化率为99%
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。
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。

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。