物料衡算培训课件(PPT55页).pptx
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物料衡算与热量衡算培训课件
结果分析
F1=138 kg/h H2SO4 Z1,1=0.40
1
H2O Z1,2=0.60
F2=862 kg/h
2
H2SO4 Z2,1=0.98
H2O Z2,2=0.02
混 合
3 F3=1000 kg/h
H2SO4 Z3,1=0.90
器
H2O Z3,2=0.10
图5.3 硫酸简单混合系统计算结果
几个组分就有几个独立方程； 几个组分就有几个独立变量； 几个组分流股方程中就有几项。
(i-C4)，20%异戊烷(i-C5)和40%正戊烷(n-C5)的混合物
引入精馏塔分离，塔顶馏分为含50%C3，44%i-C4，
5%i-C5和 1%n-C5的混合物，塔底引出流股中仅含1%
的C3。完成物料衡算。
物料衡算的作用与意义
➢ 物料衡算还可以检验生产过程的完善程度，对生产 工艺设计工作也有着重要指导作用。物料衡算是计 算原料与产品之间的定量关系，由此定出原料和辅 助材料的用量、制订原料和辅助材料的单耗指标以 及生产过程中各个阶段的原料和辅助材料的损耗量 及其组成。
➢ 物料衡算也是能量衡算、定型设备选型、非定型设 备工艺计算和其他工艺计算的基础。通过物料衡算 可以算出各工段所处理的物料量(各组分的成分、重 量和体积)，便可以定出生产过程所需设备台数、容 量和主要尺寸以及计算管道尺寸等。所以物料衡算 是复合材料工艺计算的重要部分。
F1=? H2SO4 Z1,1=0.40
1Hale Waihona Puke H2O Z1,2=0.60
F2=?
2
H2SO4 Z2,1=0.98
H2O Z2,2=0.02
混 合
3 F3=1000 kg/h
精选物料平衡计算培训课件PPT
碎石最大粒径，mm 16 20 31.5 40 200 185 175 165 210 195 185 175 220 205 195 185 230 215 205 195
（2）水灰比小于0.40的混凝土以及采用特殊成型工艺的混凝土单位用 水量应通过试验确定。 （3）流动性和大流动性混凝土： ✓不掺外加剂时，以坍落度90mm的用水量为基础，按坍落度每增大 20mm，用水量增加5kg计算； ✓掺外加剂时混凝土的单位用水量可按下式计算：
横向配置 纵向配置 每块板混 φ10预应力 Φ20精轧螺 凝土用量 钢筋（根） 纹钢筋（根） （m³）
6450
2550
200
8.6
60
6
3.45
二、混凝土配合比计算
❖配合比四项要求
▪ 确满足结构设计的强度等级要求； ▪ 满足混凝土施工所要求的和易性； ▪ 满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求；
▪ 符合经济原则，即节约水泥以降低混凝土成本。
βs——混凝土砂率。
7.计算基准配合比
（1）以1m3混凝土中各组成材料的实际用量表示。
（2）以组成材料用量之比表示：mc0：ms0：mg0＝1：x：y， mw/mc ＝？
(二) 试配调整，确定设计配合比
1.试配
按基准配合比称取一定质量的组成材料，拌制15L或25L混凝土，分 别测定其和易性、强度。
0.65
0.60
200
260
300
混凝土配合比计算
❖ 确定1立方米混凝土用水量
由碎石的最大粒径为20mm，坍落度35~50mm， 查混凝土单位用水量选用表得W0=195kg。使用 减水剂后 （减水率为18%），则
物料平衡计算的作用：
❖ 1．计算从原料进厂至成品出厂各工序所需处理的物 料量，作为确定车间生产任务、设备选型及人员编制 的依据。
物料衡算与能量衡算培训课件(PPT 48页)
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南京工业大学 包宗宏
2.1.3 衡算的基本步骤 (3)确定化学反应方程式。列出各个过程的主、副化学反应 方程式，明确反应和变化前后的物料组成及各个组分之间的定 量关系，若计算反应器大小，还需要掌握反应动力学数据。
(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。
结果是否正确，不能指望模拟软件提供结论, 而应依靠自己的 判断。判断的基础是运算操作者对模拟过程的细致了解、化工 专业知识的深刻领会、模拟过程工业背景的熟悉程度、工业装 置的现场操作数据等综合评价。
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2.2 简单物理过程
2.2.1 混合过程 多股物料的混合与一股物料分流成多股物料是化工生产中 常见的操作，其物料衡算可以用ASPEN PLUS 中的混合器与 分流器进行模拟。
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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。
连续流动系统的总能量衡算式是柏努利方程式，即：
在进行设备的能量衡算时，位能变化、动能变化、外功等项 相对较小，可忽略不计，因此稳流系统总能量衡算可简化为热 量衡算。
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2.1.3 衡算的基本步骤
(1)收集数据资料。一般需要收集的数据和资料包括生产规模 和生产时间(即年生产时数)、有关的定额、收率、转化率、原 料、辅助材料、产品、中间产品的规格、与过程计算有关的物 理化学常数等。
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2.1.3 衡算的基本步骤 (3)确定化学反应方程式。列出各个过程的主、副化学反应 方程式，明确反应和变化前后的物料组成及各个组分之间的定 量关系，若计算反应器大小，还需要掌握反应动力学数据。
(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。
结果是否正确，不能指望模拟软件提供结论, 而应依靠自己的 判断。判断的基础是运算操作者对模拟过程的细致了解、化工 专业知识的深刻领会、模拟过程工业背景的熟悉程度、工业装 置的现场操作数据等综合评价。
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2.2 简单物理过程
2.2.1 混合过程 多股物料的混合与一股物料分流成多股物料是化工生产中 常见的操作，其物料衡算可以用ASPEN PLUS 中的混合器与 分流器进行模拟。
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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。
连续流动系统的总能量衡算式是柏努利方程式，即：
在进行设备的能量衡算时，位能变化、动能变化、外功等项 相对较小，可忽略不计，因此稳流系统总能量衡算可简化为热 量衡算。
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2.1.3 衡算的基本步骤
(1)收集数据资料。一般需要收集的数据和资料包括生产规模 和生产时间(即年生产时数)、有关的定额、收率、转化率、原 料、辅助材料、产品、中间产品的规格、与过程计算有关的物 理化学常数等。
物料衡算和能量平衡培训课件
(D)
50% 水 50% 固形物
图1-3 脱水过程物料组成和流向图
（五）食品配料的混合
• 总质量守恒及组分衡算 • 【例1-4】
X kg 65% solids Y kg
100 kg
45% solids
45% solids
图1-4 浓缩果汁混合过程中物料平衡和组分流向
物料衡算的步骤：
根据题意画出各物料的流程示意图，物料的流向用箭头表示，并标上已 知数据与待求量。 规定衡算基准，一般选用单位进料量或排料量、时间及设备的单位体 积等作为计算的基准。在较复杂的流程示意图上应圈出衡算的范围，列 出衡算式，求解未知量。
第一章
物料衡算和能量平 衡
第一章
物料衡算和能量平衡
本章重点和难点
掌握物料衡算的方法；
掌握能量平衡的原则和方法；
掌握食品比热的计算方法和焓的计算； 掌握食品在冷冻过程中焓变的计算方法； 了解通过数学模型解决工程问题的思路。
一 、 物料衡算（Material balance）
依据质量守恒定律，进入与离开某一过程的物料质量之差，等于该过程中 累积的物料质量，即： 输入量－输出量＝累积量 Inflow - Outflow = Accumulation 对于连续操作的过程，若各物理量不随时间改变，即处于稳定操作状态时， 过程中不应有物料的积累，则物料衡算关系为： 输入量＝输出量 用物料衡算式可由过 程的已知量求出未知 量。
20% NaCl 15 kg
Mixer
水
10% NaCl
x kg
图1-2 稀释过程物料组成和流向图
例2中，联系物为NaCl，整个过程中总量不变；计算基础15kg，则x kg稀盐水 中NaCl质量与稀释前一样，为3 kg，所以x＝30 kg, 即需要加水15 kg。
《物料与热量衡算》课件
介绍了物料衡算的定义、原理、计算方法和应用领 域。
热量衡算的基本概念
阐述了热量衡算的定义、计算方法、影响因素和在 工业生产中的应用。
物料与热量衡算的实际案例分析
通过具体案例的解析，深入浅出地讲解了物料与热 量衡算在实际生产中的应用。
物料与热量衡算的发展趋势
智能化技术的发展
随着智能化技术的不断发展，物料与热量衡算将更加依赖 于大数据、云计算和人工智能等技术，实现更加精准和高 效的计算。
热量衡算旨在优化工业过程的能源利 用，提高能源效率，减少能源浪费， 降低生产成本，同时确保生产过程的 稳定性和安全性。
热量衡算在工业中的应用
能源平衡计算
通过热量衡算，可以计算出工业 过程中各种能源的输入和输出， 分析能源利用效率和能源损失， 为节能减排提供数据支持。
工艺过程优化
通过热量衡算，可以优化工艺过 程，提高产品质量和产量，降低 生产成本，提高经济效益。
物料衡算在工业中的应用
在化工、制药、食品、冶金等工业领 域，物料衡算被广泛应用于生产过程 的控制和优化。
通过物料衡算，可以确定原料的投入 量、产品的产出量以及中间产物的量 ，从而优化生产流程、提高生产效率 并降低成本。
物料衡算的基本原理
物料衡算基于质量守恒定律，即在一个封闭系统中，进入系统的质量等于离开系 统的质量加上系统内积累的质量。
根据燃料化学反应方程式，确 定燃料、氧气和产物的质量关 系，再根据质量守恒定律和能 量守恒定律进行物料与热量衡 算。
能源工业、环境工程、航空航 天等。
案例三：蒸发过程的物料与热量衡算
总结词
蒸发过程是液态物质转化为 气态物质的过程，需要精确 的物料与热量衡算。
详细描述
蒸发过程中，液态物质的质 量、气态物质的质量以及吸 收或释放的热量需要进行精 确计算，以确保蒸发过程的 稳定和高效。这涉及到相变 焓的计算和热量传递的计算 。
热量衡算的基本概念
阐述了热量衡算的定义、计算方法、影响因素和在 工业生产中的应用。
物料与热量衡算的实际案例分析
通过具体案例的解析，深入浅出地讲解了物料与热 量衡算在实际生产中的应用。
物料与热量衡算的发展趋势
智能化技术的发展
随着智能化技术的不断发展，物料与热量衡算将更加依赖 于大数据、云计算和人工智能等技术，实现更加精准和高 效的计算。
热量衡算旨在优化工业过程的能源利 用，提高能源效率，减少能源浪费， 降低生产成本，同时确保生产过程的 稳定性和安全性。
热量衡算在工业中的应用
能源平衡计算
通过热量衡算，可以计算出工业 过程中各种能源的输入和输出， 分析能源利用效率和能源损失， 为节能减排提供数据支持。
工艺过程优化
通过热量衡算，可以优化工艺过 程，提高产品质量和产量，降低 生产成本，提高经济效益。
物料衡算在工业中的应用
在化工、制药、食品、冶金等工业领 域，物料衡算被广泛应用于生产过程 的控制和优化。
通过物料衡算，可以确定原料的投入 量、产品的产出量以及中间产物的量 ，从而优化生产流程、提高生产效率 并降低成本。
物料衡算的基本原理
物料衡算基于质量守恒定律，即在一个封闭系统中，进入系统的质量等于离开系 统的质量加上系统内积累的质量。
根据燃料化学反应方程式，确 定燃料、氧气和产物的质量关 系，再根据质量守恒定律和能 量守恒定律进行物料与热量衡 算。
能源工业、环境工程、航空航 天等。
案例三：蒸发过程的物料与热量衡算
总结词
蒸发过程是液态物质转化为 气态物质的过程，需要精确 的物料与热量衡算。
详细描述
蒸发过程中，液态物质的质 量、气态物质的质量以及吸 收或释放的热量需要进行精 确计算，以确保蒸发过程的 稳定和高效。这涉及到相变 焓的计算和热量传递的计算 。
物料衡算与热量衡算培训课件
简单混合例题
例5.1 将含有40%(质量百分率)硫酸的废液与98%浓硫 酸混合生产90%的硫酸，产量为1000kg/h。各溶液的 第二组分为水，试完成其物料衡算。
F1=? H2SO4 Z1,1=0.40
1
H2O Z1,2=0.60
F2=?
2
H2SO4 Z2,1=0.98
H2O Z2,2=0.02
混 合
M jV j 0
j 1
M jV j 0
( j 1,2,, NC )
式中 Vj——反应中第 j 组分的化学计量系数； (反应物为消失负，生成物为正)
Mj——第 j 组分的分子量。
质量守恒： 转化物质总质量＝产生物质总质量
转化物质量 生成物质量
NC
M jV j 0
j 1
NC
NC
衡算式：
3
1: C3 Z3,1= 0.01 2: i-C4 Z3,2 = 0.05
3: i-C5 Z3,3 = 0.30
4: n-C5 Z3,4 = 0.64
流股组分 流股 进料 (i=1) 塔顶馏分 (i=2) 塔底液 (i=3) 编号 j 组分 kmol/h 组成 kmol/h 组成 kmol/h 组成
1: C3 Z1,1=0.20
精
2: i-C4 Z1,2=0.20 1
馏
3: i-C5 Z1,3=0.20
塔
4: n-C5 Z1,4=0.40
表3. 例5.2 精馏塔的自由度分析
项目
精馏塔
单元变量数
12
MB方程
4
已知单元变量数
7
附加方程
0
自由度
1
2
F2= ？
1: C3 Z2,1=0.50
物料衡算与热量衡算培训课件(PPT122张)
M V
j 1 j
NC
j
0
Vk为关键组分化学计量系数，这里是指甲醇)
例4.ห้องสมุดไป่ตู้ 计算过程
项 目
1.按化学计量式计算 /(kmol/h) CH3OH 100.0 O2 50.0 75.0 37.5 75.0 25.0 100.0
0.219
惰性组分
HCHO 100.0
H2 O 100.0
CH3OH+0.5O2 282.1
i=1,2, ……, NT-1 j=1,2, ……, NC
简单混合例题
例5.1 将含有40%(质量百分率)硫酸的废液与98%浓硫 酸混合生产90%的硫酸，产量为1000kg/h。各溶液的 第二组分为水，试完成其物料衡算。
F1=? H2SO4 Z1,1=0.40 H2 O Z1,2=0.60 F2=? H2SO4 Z2,1=0.98 H2 O Z2,2=0.02
HCHO+H2O
2.过剩50%空气,试剂量/(kmol/h) 100.0
3.对于甲醇转化率75%时
转化物质 产生物质 /(kmol/h) /(kmol/h) 37.5 75.0
0.164
75.0
75.0
未转化物质 /(kmol/h) 4.总计 /(kmol/h)
∑F损--总的损失量； ∑F积--系统中积累量。 分批操作（间歇操作）的设备，当终点时，物料全部 排出则系统内物料积累为零，对于稳定连续操作，系统 物料累积量亦为零。在此情况下，上式可写成： ∑F进=∑F出+∑F损
4.1 简单的物料衡算
4.1 简单的物料衡算
质量守恒定律：
物料衡算的基本准则是质量守恒定律。 以稳态为例：
kg/h 质量分率 kg/h 质量分率 kg/h 质量分率
物料衡算培训课件(000002)
2020/1/8
解：混酸配制过程可在搅拌釜中进行。以搅拌釜为衡 算范围，绘出混酸配制过程的物料衡算示意图。图 中 G H2SO4 为92.5%的硫酸用量，G HNO 3 为98%的硝酸用 量，G 废 为含69%硫酸的废酸用量。
G H2SO4
G HNO3
G废
混酸配制 搅拌釜
硝化混酸 1000kg
图4-1 混酸配制过程物料衡算示意图
比回收率、转化率、效价等 • 假定值（设定值、借用、推断值）：如产品
的纯度要求，物料的损失率等。
2020/1/8
2.列出反应方程式，包括主反应和副反应
• 若有化学反应，要写出所有物系的化学反应 方程式。
• 如硫酸磺化甲苯生产对甲苯磺酸
主反应 • 副反应I
CH3 + H2SO4 110~140 0C
2020/1/8
解：取设备为衡算体系，1000千克混酸为计算基准
• 对HNO3进行物料衡算得
• 0.98 G硝酸= 0.461000
(a)
• 对H2SO4进行物料衡算得
• 0.925 G硫酸+ 0.69G废酸=0.461000 (b)
• 对H2O进行物料衡算得
• 0.02G硝酸+0.075G硫酸+0.31G废酸=0.081000 (c)
C3H8+5O2＝＝3CO2+4H2O 问100mol 燃烧产物需要多少摩尔空气？
解：画出物料流程示意图
C3H8 1
空气 O221％, 2 N279％
燃烧过程
3 CO2 H2O O2 N2
2020/1/8
（一）取1mol C3H8 为计算基准
完全燃烧所需氧的理论量
5mol
实际供氧量
解：混酸配制过程可在搅拌釜中进行。以搅拌釜为衡 算范围，绘出混酸配制过程的物料衡算示意图。图 中 G H2SO4 为92.5%的硫酸用量，G HNO 3 为98%的硝酸用 量，G 废 为含69%硫酸的废酸用量。
G H2SO4
G HNO3
G废
混酸配制 搅拌釜
硝化混酸 1000kg
图4-1 混酸配制过程物料衡算示意图
比回收率、转化率、效价等 • 假定值（设定值、借用、推断值）：如产品
的纯度要求，物料的损失率等。
2020/1/8
2.列出反应方程式，包括主反应和副反应
• 若有化学反应，要写出所有物系的化学反应 方程式。
• 如硫酸磺化甲苯生产对甲苯磺酸
主反应 • 副反应I
CH3 + H2SO4 110~140 0C
2020/1/8
解：取设备为衡算体系，1000千克混酸为计算基准
• 对HNO3进行物料衡算得
• 0.98 G硝酸= 0.461000
(a)
• 对H2SO4进行物料衡算得
• 0.925 G硫酸+ 0.69G废酸=0.461000 (b)
• 对H2O进行物料衡算得
• 0.02G硝酸+0.075G硫酸+0.31G废酸=0.081000 (c)
C3H8+5O2＝＝3CO2+4H2O 问100mol 燃烧产物需要多少摩尔空气？
解：画出物料流程示意图
C3H8 1
空气 O221％, 2 N279％
燃烧过程
3 CO2 H2O O2 N2
2020/1/8
（一）取1mol C3H8 为计算基准
完全燃烧所需氧的理论量
5mol
实际供氧量
物料衡算与能量衡算培训课程(PPT 54页)
选择什么物流作衡算基准，如何列出平衡表达 式。
25
第二节 车 间（装 置） 的 物 料 衡 算
在一个车间（装置）中物料的添加和分离比较频
繁，并且经常伴随着化学反应的发生，部分产品的循
环（如回流），物料衡算比较复杂。
1.单元模块
第 三
计算步骤:
章
⑴过程整体分析;
物 料
⑵写出各单元的方程式和约束式;
衡
反应物的反应量 反应物的进料量
xA =
nA0 nA n A0
⑵ 选择性
第 三 章
选择性 =
生成目的产物所反 消应 耗物 的量 原料的反应量 100%
物
料 衡 算
β = (nC nC0)/ c
与 能
(nA0 nA)/ a
量
衡
算
13
⑶ 收率 收率 = 转化率×选择性
生成目的产物所消耗反的应物量
33
（1）标准生成热
H
0 f
在标准状态下，由构成组成的元素生成1mol组分时 的焓差。任何反应的标准反应热可以由反应物和生成 物的生成热计算得到。反之，组分的生成热也可以由 反应热计算得到。
第 三 章
物 料 衡 算 与 能 量 衡 算
34
由于物质本身的热函是无法测定的，一般所能测定 的是物质热函的变化量，因此人为地规定在标准状 态下，元素生成热取为零。
量 衡
99%液体
算
15
总平衡式
输入的料浆=输出的滤液+输出的滤饼 F1= F2+F3
第 三
液体平衡式 F1x11= F2x21+F3x31
章
物 料 衡 算 与 能 量 衡 算
16
精馏过程 三个未知数需三个方程
25
第二节 车 间（装 置） 的 物 料 衡 算
在一个车间（装置）中物料的添加和分离比较频
繁，并且经常伴随着化学反应的发生，部分产品的循
环（如回流），物料衡算比较复杂。
1.单元模块
第 三
计算步骤:
章
⑴过程整体分析;
物 料
⑵写出各单元的方程式和约束式;
衡
反应物的反应量 反应物的进料量
xA =
nA0 nA n A0
⑵ 选择性
第 三 章
选择性 =
生成目的产物所反 消应 耗物 的量 原料的反应量 100%
物
料 衡 算
β = (nC nC0)/ c
与 能
(nA0 nA)/ a
量
衡
算
13
⑶ 收率 收率 = 转化率×选择性
生成目的产物所消耗反的应物量
33
（1）标准生成热
H
0 f
在标准状态下，由构成组成的元素生成1mol组分时 的焓差。任何反应的标准反应热可以由反应物和生成 物的生成热计算得到。反之，组分的生成热也可以由 反应热计算得到。
第 三 章
物 料 衡 算 与 能 量 衡 算
34
由于物质本身的热函是无法测定的，一般所能测定 的是物质热函的变化量，因此人为地规定在标准状 态下，元素生成热取为零。
量 衡
99%液体
算
15
总平衡式
输入的料浆=输出的滤液+输出的滤饼 F1= F2+F3
第 三
液体平衡式 F1x11= F2x21+F3x31
章
物 料 衡 算 与 能 量 衡 算
16
精馏过程 三个未知数需三个方程
《物料衡算》幻灯片PPT
4—6 简单过程的物料衡算
简单过程—— 只包括一种单元操作或整个过程可 简化成一个设备的过程。
分几种情况讨论： 〔一〕、混合 例题 在石油分馏中，直馏得重石脑油A与催裂化 得的重石脑油B混合后作为催化重整的原料，进混 合器的A的量为200kmol/min,组成为C6为60％，C8 为40％，B的量为100kmol/min,组成为C6为50％， C8为50％〔均为mol%)。求混合物的组成？
B——入口C3H8的量，mol。 6个未知量，需列6个独立方程。 对元素列平衡式：
C元素平衡 H元素平衡
3B＝P 8B＝2Q
O元素平衡
2×0.21A＝2M+2P+Q
N元素平衡 烟道气总量 过剩氧量
2×0.79A＝2N M+N+P+Q＝100 0.21A×0.25／1.25＝M
解上述6个方程的要求的结果。〔过程略〕
画流程简图步骤及要点如下：
〔1〕 流程简图中的设备可用方框表示; 〔2〕用线条和箭头表示物料流股的途径和流向； 〔3〕标出流股的变量〔流量、组成等〕和单位； 〔4〕未知量用符号表示。
4—4 计算基准的选择
计算基准有以下几种： 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。
〔4〕选取相对量较大的物流作基准，可减 少计算误差。
4—5 物料衡算的步骤
物料衡算的步骤为：
1、搜集计算数据 如流量〔G〕、温度〔T〕、压力〔P〕、浓度
〔C〕、密度〔ρ〕、饱和蒸汽压〔Ps〕等。 实验、中试或生产装置测定
获取数据的途径 手册或专业书籍查取 估算
注意所得数据的单位要统一。
2、画出物料流程图
第三节 无化学反响过程的物料衡算
物料衡算与热量衡算培训课件
∑F损--总的损失量； ∑F积--系统中积累量。 分批操作（间歇操作）的设备，当终点时，物料全部 排出则系统内物料积累为零，对于稳定连续操作，系统 物料累积量亦为零。在此情况下，上式可写成：
∑F进=∑F出+∑F损
4.1 简单的物料衡算
4.1 简单的物料衡算
质量守恒定律： 物料衡算的基本准则是质量守恒定律。 以稳态为例：
简单混合例题
例5.1 将含有40%(质量百分率)硫酸的废液与98%浓硫 酸混合生产90%的硫酸，产量为1000kg/h。各溶液的 第二组分为水，试完成其物料衡算。
F1=? H2SO4 Z1,1=0.40
1
H2O Z1,2=0.60
F2=?
2
H2SO4 Z2,1=0.98
H2O Z2,2=0.02
混 合
(i-C4)，20%异戊烷(i-C5)和40%正戊烷(n-C5)的混合物
引入精馏塔分离，塔顶馏分为含50%C3，44%i-C4，
5%i-C5和 1%n-C5的混合物，塔底引出流股中仅含1%
NT
F1 Fi i2
NT
F1Z1, j Fi Zi, j i2 F1=F2+F3；
1
分
2离Biblioteka 器3图5.4 简单分离系统示意图
( j =1,2, ……, NC )
F1 Z1, j Fi Zi, j
(i 2,3, , NT ) ( j 1,2, , NC )
b.简单分离例题-自由度分析
例5.2 将一个含有20%(摩尔分率)丙烷(C3), 20%异丁烷
物料衡算常用基本概念和方法
质量守恒定律 质量守恒定律是指“进入一个系统的全部物料量必等 于离开这个系统的全部物料量，再加上过程中损失量和 在系统中积累量”。依据质量守恒定律，对一研究系统 作物料衡算，可用下式表示：
∑F进=∑F出+∑F损
4.1 简单的物料衡算
4.1 简单的物料衡算
质量守恒定律： 物料衡算的基本准则是质量守恒定律。 以稳态为例：
简单混合例题
例5.1 将含有40%(质量百分率)硫酸的废液与98%浓硫 酸混合生产90%的硫酸，产量为1000kg/h。各溶液的 第二组分为水，试完成其物料衡算。
F1=? H2SO4 Z1,1=0.40
1
H2O Z1,2=0.60
F2=?
2
H2SO4 Z2,1=0.98
H2O Z2,2=0.02
混 合
(i-C4)，20%异戊烷(i-C5)和40%正戊烷(n-C5)的混合物
引入精馏塔分离，塔顶馏分为含50%C3，44%i-C4，
5%i-C5和 1%n-C5的混合物，塔底引出流股中仅含1%
NT
F1 Fi i2
NT
F1Z1, j Fi Zi, j i2 F1=F2+F3；
1
分
2离Biblioteka 器3图5.4 简单分离系统示意图
( j =1,2, ……, NC )
F1 Z1, j Fi Zi, j
(i 2,3, , NT ) ( j 1,2, , NC )
b.简单分离例题-自由度分析
例5.2 将一个含有20%(摩尔分率)丙烷(C3), 20%异丁烷
物料衡算常用基本概念和方法
质量守恒定律 质量守恒定律是指“进入一个系统的全部物料量必等 于离开这个系统的全部物料量，再加上过程中损失量和 在系统中积累量”。依据质量守恒定律，对一研究系统 作物料衡算，可用下式表示：
物料衡算与能量衡算培训教材.pptx
能量衡算的基础是物料衡算，而物料衡算 和能量衡算又是设备计算的基础。
全面的能量衡算应该包括热能、动能、电 能、化学能和辐射能等。但化工生产中最 常用的能量形式为热能，故化工设计中经 常把能量衡算称为热量衡算。
2.1 热量衡算的主要任务(三大任务)
计算流程中某些设备的热负荷或换热量
计算换热设备的热负荷 包括热交换器,加热器,冷却器,汽化 器,冷凝器,蒸饱塔塔顶冷凝器,蒸馏塔再沸器等。
熟悉物料衡算和能量衡算的方法与程序,并熟练掌握运用。
一、物料衡算的目的、任务、方法及程序
1. 物料衡算的目的
可确定原材料消耗定额,判断是否达到设计要求。 可确定各设备的输入及输出的物流量,摩尔分率组
成及其他组成表示方法.并列表,在此基础上进行设 备的选型及设计,并确定三废排放位置、数量及组 成,有利于进一步提出三废治理的方法。 作为热量计算的依据。 根据计算结果绘出物流图，可进行管路设计及材法及程序
2. 物料衡算的任务
根据所需设计项目的年产量,运用质量守恒 定律,对全过程或单元过程或设备进行研究, 计算输入或输出的物流量及组分等。
整理计算结果,将计算的结果整理并根据所 需的换算基准列成原材料消耗表。
绘制物料流程图。
一、物料衡算的目的、任务、方法及程序 3. 物料衡算的方法
• 收集可靠的依据或数据（即 物料衡算的依据）
• 恰当地选择计算基准
• 根据不同的过程，列出合适 的平衡式,并进行计算。
3.1 物料衡算的依据
设计任务书中确定的技术方案、产品生产能力、年工作 时及操作方法。
建设单位或研究单位所提供的要求、设计参数及实验室 试验或中试等数据,主要有:
化工单元过程的主要化学反应方程式、反应物配比、转 化率、选择性、总收率、催化剂状态及加入配比量、催 化剂是否回收使用、安全性能(爆炸上下限)等。
全面的能量衡算应该包括热能、动能、电 能、化学能和辐射能等。但化工生产中最 常用的能量形式为热能，故化工设计中经 常把能量衡算称为热量衡算。
2.1 热量衡算的主要任务(三大任务)
计算流程中某些设备的热负荷或换热量
计算换热设备的热负荷 包括热交换器,加热器,冷却器,汽化 器,冷凝器,蒸饱塔塔顶冷凝器,蒸馏塔再沸器等。
熟悉物料衡算和能量衡算的方法与程序,并熟练掌握运用。
一、物料衡算的目的、任务、方法及程序
1. 物料衡算的目的
可确定原材料消耗定额,判断是否达到设计要求。 可确定各设备的输入及输出的物流量,摩尔分率组
成及其他组成表示方法.并列表,在此基础上进行设 备的选型及设计,并确定三废排放位置、数量及组 成,有利于进一步提出三废治理的方法。 作为热量计算的依据。 根据计算结果绘出物流图，可进行管路设计及材法及程序
2. 物料衡算的任务
根据所需设计项目的年产量,运用质量守恒 定律,对全过程或单元过程或设备进行研究, 计算输入或输出的物流量及组分等。
整理计算结果,将计算的结果整理并根据所 需的换算基准列成原材料消耗表。
绘制物料流程图。
一、物料衡算的目的、任务、方法及程序 3. 物料衡算的方法
• 收集可靠的依据或数据（即 物料衡算的依据）
• 恰当地选择计算基准
• 根据不同的过程，列出合适 的平衡式,并进行计算。
3.1 物料衡算的依据
设计任务书中确定的技术方案、产品生产能力、年工作 时及操作方法。
建设单位或研究单位所提供的要求、设计参数及实验室 试验或中试等数据,主要有:
化工单元过程的主要化学反应方程式、反应物配比、转 化率、选择性、总收率、催化剂状态及加入配比量、催 化剂是否回收使用、安全性能(爆炸上下限)等。
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三、确定计算任务： 在生产任务已定的前提下，根据消耗定额和工艺指 标可以求得羰化工序各项进料量，然后按流程顺序从 前往后计算。
四、收集数据：
1、全装置工艺数据；
(1)、生产规模：年产500吨100%丙酮；
(2)、生产时间：年工作时数7200h；
(3)、反应塔空时产率：350~500g/l*h;
(4)、选择性：95%以上； (5)、氧转化率：50~60%； (6)、氯化钯生产能力：30~40 g/g*h (7)、丙烯单程转化率：95~99%。
CH3—CH=CH2+1/2O2
Pdcl2, Cucl2
║ CH3—C—CH3
+69kcal/mol
1、羰化塔 2、羰化分离器 3、闪蒸塔 4、酸水缸 5、氧化塔 6、气液分离器 7、缓冲罐 8、氧化吸收塔 9、尾气冷凝器 10、羰化吸收塔 11、初馏塔 12、塔顶冷凝器 13、气液分离器 14、排醛塔 15、塔顶冷凝器 16、气液分离器 17、丙醛冷凝器 18、精馏塔 19、塔顶冷凝器 20、气液分离器 21、丙醛计量槽 22、成品贮槽 23、丙醛贮槽 24、粗丙酮贮槽 25、进料泵 26、进料泵 27、吸收液槽 28、进料泵 29、吸收液贮槽 30、水泵 31、催化剂循环压缩机
2、工艺操作条件及控制指标：
(1)氧化塔：
塔底压力：11.5 atm (表压) 塔顶压力：9.5 atm (表压) 塔底温度：105℃
塔顶温度：100 ℃ (2)羰化塔：
塔底压力：9 atm (表压) 塔顶压力：8 atm (表压) 塔底温度：107 ℃ 塔顶温度：103 ℃ 丙烯量(100%，kg/h)/催化剂循环量(M3/h)=4.4~3.44
• 7.结论与验算
二 连续过程的物料衡算
为了更好地说明连续生产过程的物料衡算，我们以一实例来说明： 丙烯直接氧化法制丙酮年产500吨丙酮装置的物料衡算。（此例仅以说 明方法，所用数据并不反映实际生产情况）
一、根据工艺流程图画物料流程示意图： (见下页)
二、写出化学反应方程式：
丙烯直接氧化合成丙酮的总反应式为：O
进料温度：58 ℃ 塔顶冷凝液出口温度：52 ℃
(8)精馏塔： 塔顶压力：0.05~0.1 atm (表压) 塔底压力：0.1~0.15 atm (表压) 塔顶温度：57 ℃ 塔底温度：100 ℃ 进料温度：59 ℃ 冷凝液出口温度：50 ℃
五、计算基准： 此过程属于连续操作过程，有化学反应发生，故选kg/h作为基准。
第五章 物料衡算
质量守恒定律是自然界的普通规律，物料的平衡与计算 是这一规律在化工计算中的具体应用。
在工艺设计中，流程设计和物料衡算是最先开展的项目，在流程设计初步定 型后，就需进行物料衡算来确定各种原料、中间产品及产物的数量。
根据物料衡算的结果，才能计算各个设备的尺寸和公用工程物料的需求量， 从而完成流程设计的定量工作。六、计算：源自1、羰化塔：(1)进气
丙酮产量：500吨/年 (纯) 每天产量：500/300=1.666t/d=1666kg/d 每时产量：1666/24=69.45kg/h=1.195kmol/h 根据中试数据：丙烯转化率：95%
选择性：95% 收率：94% 总收率：85%
需纯丙烯：1.195/0.85=1.41kmol/h=59.2kg/h 采用巴陵公司的丙烯原料：丙烯为95%(wt%)
冷凝液出口温度：50 ℃
塔底温度：101 ℃ 进料温度： 吸收液进料：25 ℃
闪蒸塔顶气进料：60 ℃ 回流比：5 塔底、顶的浓度要求：见计算部分 塔顶压力：0.2~0.3 atm (表压) 塔底压力：0.3~0.4 atm (表压)
(7)排醛塔：
塔 顶压力：0.1~0.2atm (表压) 塔底压力：0.2atm (表压) 塔顶温度：55 ℃ 塔底温度：60 ℃
2、闪蒸塔：
(1)进料：丙酮 1.273 kmol/h
副产物：0.067 kmol/h 未反应气：0.141kmol/h 催化剂循环量： 18立方米/h 酸水：100kg/h (由中试数据放大所得) (2)塔底出料：催化剂：18立方米/h
• 3. 确定衡算系统和衡算方法 • 对化学反应，给出反应方程式，方程式中注明计量关系，注明
各反应物料的状态条件和反应转化率、选择性，计算生成物的 组成与数量。
• 4. 选择合适的计算基准
• 5.列出物料衡算式，用数学方法求解
• 对组成较复杂的物料，列出输入输出物料表。将未知量用代数 符号表示。
• 6.将计算结果列成输入输出物料表。
(3)闪蒸塔：
压力：0.3~0.5 atm (表压) 塔顶温度：90 ℃ 塔底温度：105 ℃ (4)氧化吸收塔： 出口压力：40mmHg 吸收液温度：27 ℃ 丙酮吸收率：80% (5)羰化吸收塔：
出口压力：40mmHg 吸收液温度：27 ℃ 吸收液浓度：10% (Wt %) 要求吸收率：95% (6)初馏塔： 塔顶温度：60 ℃
丙烷为5%(wt%)
故需粗丙烯：59.2/0.95=62.3kg/h
(2)出料： 丙烯转化：1.41*95%=1.34kmol/h
其中：丙酮1.34*0.95=1.273kmol/h=73.9kg/h 副产物 1.34*0.05=0.067kmol/h=3.88kg/h
副产物分析结果：丙醛 0.017kmol/h 氯丙酮 0.05kmol/h
可以说物料衡算是能量衡算及其它工艺计算和设备计算的基础。
一 物料衡算的基本步骤
1. 收集数据 原始数据要严格依据现场实测数据，当某些数据不能精确测 定或无法查到时，可在工程设计计算所允许的范围内借用、 推算或假定。
2.画出流程示意图 针对要衡算的过程，画出示意流程图，将所有原始数据标 注在图的相应部位。
未反应气体：丙烯 0.07kmol/h=2.94kg/h 丙烷 0.071kmol/h=3.12kg/h
(3)催化剂需要量和循环量： 根据中试数据，取时空率：400g/lh 所以羰化塔需催化剂的量：
73.9*1000/400=184.5 L=0.1845立方米=0.185立方米
催化剂循环量：
取丙烯流量：催化剂循环量=3.44 得催化剂循环量：62.3/3.44=18.11立方米/h