物料衡算和能量衡算1物料

3.1 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； ➢ 在物料衡算基础做能量衡算，计算蒸汽、水、电、煤或其他燃料的
消耗定额。 ➢ 计算产品的技术经济指标。
为生产设备和辅助设备的选型及设计、管路设施与公用工程的设 计等方面提供依据。
一、物料衡算依据 1. 理论依据——质量守恒定律
物料衡 算范围
单元操作的物料衡算——化工设备设计的前提 化工过程的物料衡算——化工过程设计的前提
物料衡算的一般表达式为：
输入量－输出量＋生成量－消耗量＝积累量
对稳定操作过程，积累量=0 输入量-输出量+生成量-消耗量=0
对无化学反应的过程： 输入量－输出量＝积累量 对无化学反应的稳定操作过程：输入量＝输出量
• ③作物料衡算可以检查各物料的计量、分析测定数据是 否正确；检查生产运行是否正常。
• ④作系统各设备及管路的物料衡算时，可以检查出生产 上的薄弱环节或限制部位。从而找出相应的强化措施。
• ⑤物料衡算和能量衡算是传统最优化和经济核算的基础。 • ⑥物料衡算和能量衡算的方程往往用于求取生产过程中
的某些未知量或操作条件。
对有化学反应的过程：总物料衡算+元素衡算式 2. 数据基础
(1) 技术方案、操作方法、生产能力、年工作时。 (2) 建设单位或研究单位的要求、设计参数、小试及中试数据： ➢ 化工单元过程的化学反应式、原料配比、转化率、选择率、总收
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。
物料、能量衡算的目的和内容
• 在于定量研究生产过程，为过程设计和操 作最佳化提供依据。
• 对过程中的各个设备和工序，逐个计算各 物料的流量、组成及热流量和温度，定量 地表示所研究的对象。
物料、能量衡算的意义
• ①计算生产过wenku.baidu.com的原材料消耗指标、能耗定额和产品产 率等 。
• ②根据物料衡算和能量衡算数据和设备恰当的生产强度， 可以设计或选择设备的类型、台数及尺寸。物料衡算和 能量衡算是设备计算的依据。
4、兰金温标，°R 与开氏温标相似，也是以最低理论温度为0度的一种绝
对温标。 其0度为-459.67℉（-460℉）。 • 四种温度的关系：
• 二）压力(压强） • 三）流量 • 四）组成
3.1 物料衡算 3.2 能量衡算 3.3 化工模拟软件在化工设计中的应用
本 章要求
• 掌握非反应过程的物料衡算及反应过程 的物料衡算；
或原料连续加入→过程→产品一次排出
• 根据操作状态分
– 稳定状态操作（定态操作）过程参数=f(x、y、z) – 不稳定状态操作（非定态操作）过程参数=f(x、y、z、t)
化工过程基本参数
过程参数：生产过程中影响过程运行和状态的物理量。 一）温度
表示物体冷热程度的物理量。温标。 1、摄氏温标，℃
水的正常冰点：0℃ 水的正常沸点：100℃ 其间均分100等份 其单位为℃ 2、开尔文温标，K（又叫热力学温度，热力学温标）
反应器、蒸馏塔、吸收塔、干燥塔，分离器、换热器及输 送设备等等）组合而成。 • 物料通过各设备时，完成某种化学或物理处理，最终成为 合格的产品。
• 在不同的生产过程中，有一些具有共性的物理操作，它们 不改变物料的化学性质，只改变物料的物理性质，这类操 作被称为单元操作，如流体输送、传热、蒸馏、干燥、蒸 发、结晶、萃取、吸收、吸附、过滤及破碎等操作。
• 化工过程中还包括一些改变物料的化学性质的反应过程， 如氢与氮合成氨反应、乙烯氧化成环氧乙烷反应等等。
• 化工过程就是由反应过程和若干个单元操作组合而成的一 个系统。
化工过程的类型
• 根据其操作方式分
– 间歇操作 原料一次加入→过程→产品一次排出 – 连续操作 原料连续加入→过程→产品连续排出 – 半连续操作 原料一次加入→过程→产品连续排出
品作为计算基准较适合。
(4) 物质的量基准：对于有化学反应的过程因化学反应的按摩尔进行
的，用物质的量基准更方便。
(5) 标准体积基准：对气体物料进行衡算，可采用标准体积基准，
Nm3(STP)，既排除T、p的影响，又可直接换算为摩尔。
(6) 干湿基准：由于物料中均含有一定量的水分，选用基准时就有算不
化工设计
第三章 物料衡算与能量衡算 Chart3 Materiel Balance and Energy Balance
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。
一、 化工过程 • 所谓化工过程，是指由原料经化学处理和物理处理加工成
化学产品或中间产品的生产过程。 • 它包括许多工序，每个工序又由若干个或若干组设备（如
单位是“开尔文”，英文是“Kelvin”简称“开”，国际代号“K”。开 尔文是为了纪念英国物理学家Lord Kelvin而命名的。
以绝对零度（0K）为最低温度，规定水的三相点的温度为 273.16K， 开定义为水三相点热力学温度的1/273.15。
3 华氏温标,℉ 水盐混合物的温度：0℉ ；健康人的血液温度：96℉ 水的正常冰点：32℉；水的正常沸点：212℉ 其间均分180等份 其单位为℉
• 掌握装置的物料衡算； • 掌握以反应热效应为基础的计算方法，
以及以生成热为基础的计算方法。 • 本章重、难点：物料衡算及热量衡算。
物料、能量衡算 在化工技术中的作用
• 物料、能量衡算是所有设计计算的基础，是反应 器和设备设计的根据，也是过程、设备各系统经 济核算和最优化的依据。一般来说，在设计一个 生产系统，或者计算某个单元操作及设备时，首 先必须作物料、能量衡算。
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。
(2) 批量基准——以每批操作或一釜料的生产周期为基准。 (3) 质量基准——当系统介质为液、固相时，选择一定质量的原料或产