物料衡算和能量衡算全解

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物料衡算和热量衡算

物料衡算和热量衡算1. 引言物料衡算和热量衡算是在工程设计和过程优化中常用的方法和工具。

物料衡算是指通过对物料的进出量、质量和组成等参数的分析，计算出物料的平衡以及物料流动过程中的相关参数。

热量衡算是指通过对热量的进出量、热平衡等参数的分析，计算出热量在系统中的平衡和流动情况。

本文将介绍物料衡算和热量衡算的基本概念、方法和应用。

2. 物料衡算2.1 物料平衡物料平衡是对物料流动系统中物料的进出量进行分析和计算的过程。

物料平衡的基本原理是质量守恒定律，即在封闭系统中，物料的质量不会发生净变化。

物料平衡可用于分析物料的流动路径、损耗情况以及优化物料的使用和回收。

2.2 物料衡算的方法常用的物料衡算的方法包括输入-输出法和组分衡算法。

- 输入-输出法：通过记录系统中物料的进出量，计算出物料的平衡情况。

该方法适用于物料流动较简单且没有复杂反应的系统。

具体步骤包括确定进料和产出物料的量和质量，计算进出物料的差值，并检查误差，使其趋近于零。

- 组分衡算法：通过对物料组分的平衡进行计算，得到物料的进出量。

该方法适用于需要考虑物料成分变化的系统。

具体步骤包括确定进料和产出物料的组分及其相对含量，计算进出物料组分的差值，并检查误差。

2.3 物料衡算的应用物料衡算在化工、冶金、环境工程等领域有广泛的应用，例如： - 在化工生产中，物料衡算可以用于优化原料的使用和能源的消耗，减少产品的损耗和废物的排放。

- 在冶金过程中，物料衡算可以用于优化矿石的选矿和冶炼过程，提高生产效率和产品质量。

- 在环境工程中，物料衡算可以用于分析和优化废物处理和排放过程，减少对环境的污染。

3. 热量衡算3.1 热量平衡热量平衡是对热量在系统中的分布和流动进行分析和计算的过程。

热量平衡的基本原理是热力学第一定律，即能量守恒定律。

热量衡算可以用于分析热量的传递、损失和利用情况，以及优化热能的使用和节约。

3.2 热量衡算的方法常用的热量衡算的方法包括输入-输出法和能量平衡法。

化工过程设计第三章物料衡算与热量衡算(1)

各流股组份数一览表
HAC 24%
11 循环流进料 HAC 30％ H2O 69.8% H2SO4 0.2% 萃取塔 4
流股号 1 2 3
组份数 3 3 3 4 2 2 2 2
1
2
12
3
混合器1
4
5 6 7 8 9 10 11 12
E 7% HAC H2O H2SO4 混合器2
溶剂回收塔
7（2） E 99% H2O 1％
附加关系式数
自由度
9（4）
（2）溶剂提馏塔及整体的自由度分析
11（2）循环流
HAC 24%
进料 HAC 30％ 1（3） H2O 69.8% H2SO4 0.2% 混合器1 2（3）
萃取塔
3（3） 12（2）溶剂回收塔产品流 HAC 99% H2O 1% 产品精馏塔
独立MB方程数
已知流股变量数已知其它关系式数自由度 2、具体MB计算（略）
在开始下一节讲授之前，大家先考虑一个精馏塔的MB问题。例题：有人提出了一个无反应的单精馏塔流程的方案，试做其MB计算:
100 C3 i-C4 i-C5 C5 kmol/h 0.20 0.30 0.20 0.30
2 1 精馏塔 3
MB与HB计算是化工工艺设计中最基本，也是最主要的计算内容。
一、化工流程（过程）中MB、HB、EB三者之间的关系 1、MB与HB之间的关系 MB有可能能单独（不依赖HB而独立）求解； HB一般不能单独求解；（间壁式换热器除外）当MB不能独立求解时，它就必须与HB联合起来，求解CB。 2、EB与HB之间的关系流程压力水平不高，而且压力变化也不大，系统能量只考虑其热焓，而忽略其动能、势能等机械能，在这种情况下：

精选3物料衡算与能量衡算

97.05
总计
100
2947
100.00
例题3-1解
可列出总物料平衡式： 1200+F2= F3+ F4+ F5各组分平衡式：丙酮 0.0295 F2 =0.99 F4+0.05 F5 水 1200=0.01 F4 +0.95 F5 空气 0.9705 F2 = F3
图3－3
解
基准：物流1为100mol/h；正反应的反应速率为r（mol/h）（1）过程先由总单元过程摩尔衡算式进行计算，总衡算式为：N2衡算 F5，N2 =0.78×100＝78mol/hCO平衡 0＝0.2×100+0.5F2 – rH2O平衡 F5,H2O＝F3 – rCO2平衡 F5,CO2＝0.02×100 + rH2平衡 F5,H2＝0.5F2 + r
（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＝＝式中为I物质的转化率。已知反应器1中CO的转化率为0.80，由此得反应器1的反应速率： r＝＝0.8[0.2×100 + 0.5×214] ＝101.6mol/h
（2）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品作为计算基准是合适的。如以煤、石油、矿石为原料的化工过程采用一定量的原料，例如：1kg、1000kg等作基准。如果所用原料或产品系单一化合物，或者由已知组成百分数和组分分子量的多组分组成，那么用物质的量（摩尔）作基准更方便。
（3）体积基准
解：（1）画出流程示意图，确定计算范围。
图3.2
（2）原料乙苯量1
G1 G2 G3 G4 G5 M：106.17 63 151.17 18.02
对气体物料进行衡算时选用体积基准。这时应将实际情况下的体积换算为标准状态下的体积，即标准体积，用m3（STP）表示。

化工设计概论第三章_物料衡算与能量衡算

化工设计概论第三章_物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算是化工设计中非常重要的环节，它们是进行化工过程的关键步骤，对化工产品的质量和产量有着直接的影响。

本章将介绍物料衡算与能量衡算的概念、原则和方法，并结合实际案例进行详细说明。

一、物料衡算物料衡算是指在化工过程中对物料的输入、输出量进行定量分析和计算，以确定每种物料的用量和流量。

物料衡算的目的是保证化工过程中物料的平衡，确保物料的流动和转化符合设计要求。

物料衡算的基本原则是质量守恒定律和能量守恒定律。

根据质量守恒定律，物理系统中的物质质量是不变的，即输入物质的总质量等于输出物质的总质量。

根据能量守恒定律，物理系统中的能量总量是不变的，即输入能量的总量等于输出能量的总量。

物料衡算的方法主要有两种：物质衡算和元素衡算。

物质衡算是根据物料的化学组成进行衡算，以化学方程式为基础，通过分子计数法和平衡方程法计算物料的输入和输出量。

元素衡算是根据物料中各元素的含量进行衡算，以确定每种元素的输入和输出量。

物料衡算的步骤一般包括以下几个方面：确定衡算参考物质，编写化学方程式，计算输入物质的总质量，计算输出物质的总质量，计算每种物质的输入和输出量。

在实际衡算过程中，还需要考虑补料和损耗等因素，对补料和损耗进行补偿。

二、能量衡算能量衡算是指在化工过程中对能量的输入、输出量进行定量分析和计算，以确定每种能量的用量和转化效率。

能量衡算的目的是保证化工过程中能量的平衡，以提高能量利用效率。

能量衡算的基本原则是能量守恒定律和能量转化效率的最大化。

根据能量守恒定律，物理系统中的能量总量是不变的，即输入能量的总量等于输出能量的总量。

能量转化效率是指能量输入与输出的比值，衡量能量转化过程的效果。

提高能量转化效率有助于降低能源消耗和环境污染。

能量衡算的方法主要有两种：热力衡算和焓能衡算。

热力衡算是根据化学反应的热效应进行衡算，以热平衡方程为基础，计算输入和输出热量的总量。

焓能衡算是根据物料的热焓变化进行衡算，以焓平衡方程为基础，计算输入和输出焓能的总量。

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工程和科学领域中常用的方法，用于描述和研究物质和能量的流动。

物料衡算关注物质的进出和转化过程，而能量衡算关注能量的转化和利用情况。

本文将对物料衡算和能量衡算进行概述，并介绍其在不同领域中的应用。

1. 物料衡算物料衡算是对物质的进出和转化过程进行量化和分析的方法。

它主要基于质量守恒定律，即不可创造或破坏物质。

物料衡算通常涉及以下几个方面的内容：1.1 进料和出料物料衡算中的进料和出料是指物质从系统的外部进入或离开系统的过程。

进料和出料可以是固体、液体或气体，可以通过不同的方式进行，如输送带、管道或容器。

衡算这些进料和出料的数量和质量可以帮助我们了解物质的流动情况和系统的整体效率。

1.2 转化和反应物料衡算还涉及物质的转化和反应过程。

在这些过程中，我们可以追踪和量化物质的变化，以及转化或生成的产物。

这对于研究化学反应、工艺过程和生态系统中的物质转化至关重要。

物料衡算可以帮助我们优化转化过程，提高反应效率，并监测环境中的物质循环。

1.3 混合和分离物料衡算还涉及物质的混合和分离过程。

在这些过程中，不同组分的物质可以混合在一起，或者通过特定的方法进行分离。

衡算混合物和分离物的组分和比例可以帮助我们优化混合和分离过程，并控制产品的质量和纯度。

1.4 废物和排放物料衡算还关注废物和排放物的产生和处理。

在生产和工艺过程中，废物和排放物可能对环境造成负面影响。

通过衡算废物和排放物的产生量和组分，我们可以找到减少和处理这些废物的方法，以减少对环境的影响。

2. 能量衡算能量衡算是对能量的转化和利用过程进行量化和分析的方法。

它基于能量守恒定律，即能量既不能创造也不能破坏，只能从一种形式转化为另一种形式。

能量衡算通常涉及以下几个方面的内容：2.1 能量流动能量衡算关注能量的流动。

能量可以通过传导、传热、传质和传动等方式在系统中传递和转移。

衡算能量流动的路径、速度和效率可以帮助我们了解能量转化的过程和系统的能量利用效率。

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。

第四章物料衡算与能量衡算

第四章物料衡算与能量衡算本设计的产量为320吨/年的清爽沐浴露，工作时间250天，则每天的产量：G1=320×1000÷250=1280Kg，根据本设计的特点选用的是间歇式的批量化生产工艺，本工厂设计每天的工作时数是8小时，并分2批进行生产。

则每批产量G2=1280÷2=640Kg 每批生产所需要的时间为8÷2=4h。

在生产过程中，由于设备的问题，如加热、冷却、过滤、包装和输送等都会造成原料和成品的不同程度的损失，对总的生产来说这个损失是不可忽略的，必须把损失量算入到总的生产量中去，本工厂设计设计的产品的收率都为97%，损失量为3%。

因此，沐浴露一年的实际原料用量：G=320÷97%=329.89t每天的实际原料用量: G‵=329.89×1000÷250=1319.56Kg每批的实际原料用量：G批=1319.56Kg÷2=659.78kg根据物料衡算式可知：∑G1=∑G2+∑G3，式中的∑G1表示输入原料的总量，∑G2表示为输出后的总量，∑G3表示生产过程中损失总量。

现以每批的原料为计算的基准，得：∑G1=659.78kg ，∑G2=∑G1×97%=659.78×97%=640kg ，∑G3=∑G1×3%=659.78kg×3%=19.79kg1.输入原料的用量如下：G MAP=∑G1×38.5%=494.84×38.5%=254.02kgG月桂酸=∑G1×11%=72.57 kgG乙二醇二硬脂酸酯=∑G1×2%=13.19kgG KOH =∑G1×3.8%=25.07 kgG5-羟磺酸甜菜碱=∑G1×6%=39.59 kgG羟乙基纤维素=∑G1×0.8%=5.28 kgG珠光片=∑G1×1.5%=9.90 kgG EDTA-2Na=∑G1×0.1%=0.66 kgG凯松=∑G1×0.1%=0.66kgG香精=∑G1×0.3%=1.98 kgG柠檬酸=∑G1×0.1%=0.66kgG M550=∑G1×1.6%=10.56 kgG薄荷脑=∑G1×0.5%=3.30kgG 水=∑G1×66.3%=437.43kg2.输出原料用量如下G MAP=∑G2×38.5%=640×38.5%=246.4kg G月桂酸=∑G2×11%=70.4 kgG乙二醇二硬脂酸酯=∑G2×2%=12.8kgG KOH =∑G2×3.8%=24.32kgG5-羟磺酸甜菜碱=∑G2×6%=38.4 kgG羟乙基纤维素=∑G2×0.8%=5.12kgG珠光片=∑G2×1.5%=9.6kgG EDTA-2Na=∑G2×0.1%=0.64 kgG凯松=∑G2×0.1%=0.64kgG香精=∑G2×0.3%=1.92 kgG柠檬酸=∑G2×0.1%=0.64kgG M550=∑G2×1.6%=10.24 kgG薄荷脑=∑G2×0.5%=3.5 kgG 水=∑G2×66.3%=424.32kg3. 由以上的数据可得沐浴露生产的物料衡算表如下：能量衡算已知能量衡算式如下：∑Q入=∑Q出+∑Q设备式中∑Q入表示物料进入时带入反应釜的热量，∑Q出表示物料带出时热量，∑Q设备表示设备带出的热量。

精选4物料衡算与热量衡算cks

3. 用分解反应作反应物的物料衡算，各组分在各个步骤中的数量分配列于下表中，其中x表示过剩的氧量，y表示进量中的氮。
CnHm+RO2→nCO2+0.5mH2O式中 R=n+0.25m。该反应可分解为C与H2的燃烧反应，即 C+O2→CO2 H2+0.5O2→H2O
(i=1,2, ……,NT)
(张量基本知识)
(j=1,2, ……,NC)
4.1.2 混合器和分离器的物料衡算
a. 简单混合
(j=1,2, ……, NC)
图3.2 简单混合系统示意图
i=1,2, ……, NT-1j=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。
解: 水： 0.6F1+0.02F2=0.1F3=100
联立：F1= 138 kg/h F2= 862 kg/h
计算结果
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。
结果分析
b.简单分离
100.0100.075.025.0100.025.00.05
50.075.037.537.575.037.50.08
282.1282.1282.1282.10.57
100.075.075.00.15
100.075.075.00.15
表4.4 计算结果
例4.3 计算结果
4.1.4 简单的过程计算
100.0
引出气体的组成 (摩尔分数)%
引出气体 494.6
进入气体 457.1

乙烯生产工艺条件的确定—物料、热量衡算知识

包括求解系统、衡算范围、衡算边界
3. 物料衡算
3.2 物料衡算
2. 确定计算任务； 3. 确定过程所涉及的组分； 4. 对物流流股进行编号，并标注物流变量； 5. 收集数据资料：
一类为设计任务所规定的已知条件；一类为与过程有关的物理化学参数。 6. 列出物料衡算方程参数。
3. 物料衡算
3.2 物料衡算
物料衡算的基准时间基准：对连续稳定过程，用单位时间的物料量作基准。质量基准：固体或液体物料，选用单位质量为基准；体积基准：气体物料，选用m3（STP），因它不随T、P变化。当量基准：对化学反应过程，选用kmol，因为反应为等当量
反应。
3. 物料衡算
3.2 物料衡算
7. 列出过程的全部独立物料平衡方程式及其他相关约束式。 8. 选择计算基准。 9. 统计变量个数与方程个数，确定设计变量的个数及全部设
进入衡算单元的物料量Fi
-
流出衡算单元的物料量Fo
+
在衡算单元内生成的物料量Dp
-
在衡算单元内消耗的物料量Dr
=
衡算单元内积累的物料量W
( Fi Fo ) ( Dp Dr ) W a）稳定操作过程（即稳流过程）：
( Fi Fo ) ( Dp Dr ) 0 b）系统内无化学反应：
3. 物料衡算和能量衡算
3.1 物料衡算和能量衡算概述 2、物料衡算与能量衡算的意义
物料衡算与能量衡算是进行化工工艺过程设计及技术经济评价的基本依据。通过对全生产过程或单元过程的物料和能量的衡算，计算得到：
主、副产品产量；原材料的消耗定额，过程的物料损耗； “三废”的生成量及组成；水、电、汽或其他燃料等消耗定额；设计物料流程图。
对有反应的过程，一般取25℃为计算基准。

化工原理内容总结(1)

化工原理内容总结绪论篇1.物料衡算、能量衡算步骤。

步骤：画出简单流程示意图，并用带箭头的简单线条表明物料的流入、流出关系，且标注已知流量和单位。

确定好衡算范围、衡算基准。

列出衡算式。

能量衡算的步骤：[1]列出已知条件，即物料衡算的量和选定的工艺参数[2]选定计算基准，一般以KJ/h 计[3]对输入、输出热量分项进行计算[4]列出热平衡方程式，求出传热介质的量[5]热量衡算式如下:Q1+Q2=Q3+Q4+Q5式中:Q1-所处理原料带入热量Q2-由加热剂(或制冷剂)传给设备(或物料)的热量Q3+-所处理的物料从设备中带走的热量Q4-消耗在设备上的热量Q5-设备向四周散发的热量(热损失)2.物料衡算式中，积累量等于0和积累量不等于0的情况判别？因为，输人物料的总和∑G i =输出物料的总和∑G0+累积的物料量∑G a积累量=0则：输人物料的总和=输出物料的总和属于稳态过程,一般连续不断的流水作业(即连续操作)为稳态过程,其特点是在设备的各个不同位置上,物料的流速、浓度、温度、压强等参数可各自不相同，但在同一位置上这些参数都不随时间而变。

积累量<>0,则属于非稳态过程,一般间歇操作(即分批操作)属于非稳态过程,在设备的同一位置上诸参数随时间而变。

3.国际单位制中的基本单位是哪七个？七个基本单位：长度（m）、质量（kg）、时间（s）、温度（k）、物质量（mol）、电流强度（A）、发光强度（烛光或坎德拉，cd）4.哪几个单元操作同时遵循传热和传质基本规律？哪几个遵循流体流动基本规律？各种单元操作依据不同的物理化学原理,采用相应的设备,达到各自的工艺目的。

对于单元操作,可从不同角度加以分类。

根据各单元操作所遵循的基本规律,将其划分为如下几种类型。

①遵循流体动力学基本规律的单元操作,包括流体输送、沉降、过滤、物料混合(搅拌)等。

②遵循热量传递基本规律的单元操作,包括加热、冷却、冷凝、蒸发等。

③遵循质量传递基本规律的单元操作,包括蒸馏、吸收、萃取、吸附、膜分离等。

第五章物料衡算与能量衡算

传递参数—如粘度、扩散系数、导热系数等。
2020/4/23
8
化工基础数据获取方法
查手册或文献资料估算用实验直接测定
2020/4/23
9
2. 工程性资料的收集：
（1）气象、地质资料。（2）公用工程的消耗量，辅助设施能力。（3）总图运输、原料输送方式、储存方式。（4）上、下水资料。（5）配电工程资料。（6）仪表自控资料等。
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：
①
C O2 CO2
C
1 2
O2
CO
CO
1 2
O2
CO2
② ③ ④
CO2 C 2CO
这4个反应是否是独立的呢？如何判断呢？
2020/4/23
24
❖ 反应过程中，若有m种元素和n个组分参与反应时
，独立反应数为： N反应=n-m 上例中，m=2, n=4 ∴ 独立反应数： N反应= 4-2=2
n
yi 1
i 1
返回ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
31
例从气体中回收丙酮的装置
变量和设计变量
2020/4/23
32
进入系统的物流为两个，离开系统的物流为三个，其中一个已知物流量，四个物流是未知的。可列出总物料平衡式：
1200 F2 F3 F4 F5
各组分平衡式：
丙酮： 0.0295F2 0.99F4 0.05F5 水： 1200 0.01F4 0.95F5 空气： 0.9705F2 F3
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；
2020/4/23
18
物料衡算程序
1.确定衡算的对象、体系与环境，并画出计算对象的草图。

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。

物料衡算和能量衡算概括

4.109kmol/h
未反应的乙苯量（980-435.11）kg/h=544.89 kg/h，即为5.140kmol/h 由苯乙烯选择性，生成苯乙烯量4.109 kmol/h×90%=3.698 kmol/h，即为384.60kg/h 由各物质的选择性，有输出的甲苯量4.109 kmol/h×5%+0.217 kmol/h =0.423 kmol/h，即为38.92kg/h 生成的苯量4.109 kmol/h×3% =0.123 kmol/h，即为9.60kg/h 生成的乙烯量4.109 kmol/h×3% =0.123 kmol/h，即为3.44kg/h 生成的碳量4.109 kmol/h×2%×7 =0.575 kmol/h，即为6.9kg/h 生成的甲烷量4.109 kmol/h×（5%+2%） =0.288 kmol/h，即为4.61kg/h 输出的氢量4.109 kmol/h×（90%-5%+2%×3） =3.739 kmol/h，即为7.48kg/h 输出水量=输入水量（不参与反应）1470kg/h，即为81.667kmol/h 实际每小时要求苯乙烯的产量10000×1000kg/8000h=1250kg/h 比例系数1250/384.60=3.25
滤饼
F3=？kg/h 90%固体 10%液体
【例3】某蒸发过程及已知条件如下图所示求：⒈ 母液量； ⒉ 蒸发水分量； ⒊ 结晶出的NaCl量
水蒸汽F2
解：本题为间歇过程总平衡： F1=F2＋F3＋F4 NaOH平衡：0.1F1=0.5F4 NaCl平衡：0.1F1=0.02F4＋F3
联解上三式可得： F4 = 200kg F2 = 704kg F3 = 96kg
❖
❖ C6H5C2H5

Aspen物料衡算与能量衡算

2.1 衡算方法
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。
南京工业大学包宗宏
含虚拟组分真空
BK10, IDEAL
P<1MPa
SR-POLAR,
PRWS, RKSWS 及其衍生方程
南
京
工业
模拟
大学
体系
包宗宏
不含电解质含极性物质
含电解质
P>1MPa
有二元交互作用参数
无二元交互作用参数
不含极性物质
ELECNRTL, PITZER 及其衍生方程
PSRK, PR, RKS 及其衍生方程
连续流动系统的总能量衡算式是柏努利方程式，即：
南
京
工
业
大学
在进行设备的能量衡算时，位能变化、动能变化、外功等项
包相对较小，可忽略不计，因此稳流系统总能量衡算可简化为热
宗宏
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。

食品工程原理课件--第一章物料衡算和能量平衡

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（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。
（三）基准和联系物
联系物（Tie material）－－即在过程中能够联系不同物质流关系的组分。通常这个联系物在整个过程中是不变化的。基准（Basis）－－在未给定初始质量的情况下，如果要求的结果是比率或百分比，则可以假设一个基准方便解决问题。
（四）与稀释、浓缩、干燥关联的物料衡算（稳态）
式中：F——脂肪含量； SNF——为非脂肪固形物含量； M——水分含量。水在冰点以上时的比热值为4186.8 J/(kg· ℃)，非脂固体的比热为837.36 J/(kg· ℃)。
【例1-7】计算含15%蛋白质、20%脂肪和65%水的烤牛肉的比热。解：由式（1－1）得：Cavg = 0.65(4186.8) +0.15(837.36) + 0.2(1674.72) = 3182 J/(kg· ℃) 注：Siebel’s方程在计算食品体系比热时还是过于简单，因为这个方程假设各种类型的非脂固体的比热是相同的。 Siebel’s方程在计算冰点以下时的食品比热时，假设此状态下所有的水都是冻结的，这是不准确的。

物料衡算和能量衡算

并联管路
qV1 : qV 2 : qV 3
d15 :
1l1
d25 :
2l2
d35
3l3
（3）总流量与支管流量关系：
qV qV1 qV 2 qV 3
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流体输送管路计算
管路计算
计算用例：在上图所示的输水管路中，已知水的总流量为 3m3/s，
水温为 20℃ 。各支管总长度分别为 l1=1200m，l2=1500m，l3=800m；管径 d1=600 mm, d2=500 mm，d3=800 mm；求 AB 间的阻力损失及各管的流量。已知输水管为铸铁管，ε=0.3 mm 。
数 1 20 。支管很短，除阀门阻
力外其他阻力可以忽略，试求：
（1）当所有阀门全开 (ξ=6.4) 时，总流量为多少 m3/s?
计算用图
（2）再增设同样支路10个，各支路阻力同前，总流量有何变化?
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流体输送管路计算
管路计算
解答：
（1）忽略分流点阻力，在液面1与支管出口端面2间列机械能衡算
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概
述
物料衡算有两种情况，一种是对已有的生产设备或装置，利用实际测定的数据，算出另一些不能直接测定的物料量。用此结果对生产情况进行分析、做出判断、提出改进措施。
另一种是设计一种新的设备工装置，根据设计任务，先做物料衡算，求出进出各设备的物料量，然后再做能量衡算，求出设备或过程的热负荷，从而确定设备尺寸及整个工艺流程。
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概
述
物料衡算的理论依据是质量守恒定律，即在一个孤立的物系中，不论物质发生任何变化，它的质量始终不变。

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。