制药工程学第五章_物料衡算
物料衡算
物料衡算的目的有以下几点：⑴确定物系，并找出该物系物料衡算的界限；⑵解释开放与封闭物系之间的差异；⑶写出一般物料衡算所用的反应式、进出物料量等相关内容；⑷引入的单元操作不发生累积，不生成或消耗，不发生质量的进入或流出的情况；⑸列出输入==输出等式，利用物料衡算确定各物质的量；⑹解释某一化合物进入物系的质量和该化合物离开物系的质量的情况。
物料衡算的类型:在医药生产中，按照物质的变化过程，可将物料衡算分为两类。
一类是物理过程的物料衡算。
即在生产系统中，物料没有发生化学反应的过程，它所发生地只是相态和浓度的变化。
这类物理过程在医药工业中主要体现为混合和分离过程。
如流体输送、吸附、结晶、过滤、干燥、粉碎、蒸馏、萃取等单元操作。
另一类是化学过程的物料衡算。
即由于化学反应、原子与分子之间形成新的化学键，从而形成完全不同的新物质的过程。
在进行计算时候，经常用到组分平衡和化学元素平衡，特别是当化学反应计量系数未知或很复杂以及只有参加反应的各物质的化学分析数据时，用元素平衡最方便，有时甚至只能用该方法才能解决。
同时，在化学反应中，还涉及化学反应速率、转化率、产物收率等因素。
此外，物料衡算还可以按照操作方式的不同分为两类。
一类是连续操作的物料衡算。
如生产枸橼酸铋钾的喷雾干燥操作，需要向干燥器中输送具有一定速度、湿度和温度的空气，同时湿物料从反方向以速度通过干燥器，尽管物料在干燥器中不断被加热，所处的状态在不断改变，但对某一具体部位而言，其所处的状态是不随时间的改变而改变。
另一类是间歇操作的物料衡算。
在过程开始时原料一次性进入体系，经过一段时间以后立即一次性移出所有的产物，其间没有物质进出体系。
在生物制药中，经常会用到有机溶剂沉淀的方法来分离，该方法是很典型的间歇操作。
如硫酸软骨素的制备即是一例。
在经过提取后的滤液中，加入95%乙醇搅拌，沉淀析出，取出即得产品，这种操作的特点是操作过程的状态随时间的变化而改变。
物料衡算的基本理论物料衡算是物料的平衡计算，是制药工程计算中最基础最重要的内容的之一，是进行药物生产工艺设计、物料查定、过程经济评估以及过程控制、过程优化的基础。
制药工程学第五章物料衡算
系 ∴对复杂反应体系的计算很方便 对稳定流动过程: 输入物料中所有原子的物质的量（mol）之和 = 输出物料中所有原子的物质的量（ mol ）之和
总转化率 指新鲜原料进入反应系统到离开该系统所 达到的转化率。例如，原料中组分A的总转化率为
×100%
（7）选择性（selectivity） ∵存在生成目的产物的主反应和生成副产物的副反应∴只用转化率来衡量不够。有的反应原料转化率很高但大多数
转变成副产物，目的产物很少，意味着许多原料浪费 选择性:指体系中转化成目的产物的某反应物量与
已知数据及计算结果列成物料平衡表，表格可以有不同形式，但要全面反映输入及输出的各种物料和包含的组 分的绝对量和相对含量
5.1.6 衡算基准及选择 衡算基准:进行物料衡算所选择的起始物理量
包括物料名称、数量和单位，衡算结果得到的其他物料量均是相对该基准而言 衡算基准的选择以计算方便为原则，恰当地选择基准可使计算简化，同时也可缩小计算误差 选择基准大致有一下几种: ①以时间为基准 连续稳定过程:可选取以单位时间（1a ，1h，1min，1s等）的投料量或产品量为计算基准 这种基准可直接联系到生产规模和设备的生产能力 如年产300kt 乙烯的装置，年操作时间为8000 h ，
不断下降直到零
在实际生产中应保持高的净反应速率，不能等待反应达平衡，实际转化率和产率比平衡值低。
若平衡产率高，则可获得较高的实际产率
工艺学的任务之一是通过热力学分析，寻找提高平衡产率的有利条件，并计算出平衡产率
物料衡算
制药工业包括原料药工业和 制剂工业,其中 制药工业包括 原料药工业和制剂工业 其中 原料药工业 制剂工业的生产过程通常为物理过程,其物料 制剂工业的生产过程通常为物理过程 其 衡算比较简单。原料药的生产途径很多 如化 衡算比较简单。原料药的生产途径很多,如化 学合成、生物发酵、中草药提取等。 学合成、生物发酵、中草药提取等。 本章主要讨论化学过程的物料衡算。 本章主要讨论化学过程的物料衡算。
物料衡算方程
物料衡算的理论基础是质量守恒定律 ， 物料衡算的理论基础是 质量守恒定律， 运用该定 质量守恒定律 物料平衡方程式。 律可以得出各种过程的物料平衡方程式 律可以得出各种过程的物料平衡方程式。 1.物理过程 物理过程 根据质量守恒定律， 根据质量守恒定律，
∑ GI = ∑ GO + GA
在实际应用中， 根据需要， 在实际应用中 ， 根据需要 ， 也可对已经投 产的一台设备、一套装置、 产的一台设备、一套装置、一个车间或整个工 厂进行物料衡算，以寻找生产中的薄弱环节， 厂进行物料衡算，以寻找生产中的薄弱环节， 为改进生产、完善管理提供可靠的依据， 为改进生产、完善管理提供可靠的依据，并可 作为判断工程项目是否达到设计要求以及检查 原料利用率和三废处理完善程度的一种手段。 原料利用率和三废处理完善程度的一种手段。
(3) Criterion——Unit Volume
若所处理的物料为气相 ， 则可以单位体积的 若所处理的物料为 气相， 则可以 单位体积的 气相 为基准进行物料衡算。 原料或产品为基准进行物料衡算 原料或产品 为基准进行物料衡算 。 由于气体的 体积随温度和压力而变化， 因此， 体积随温度和压力而变化 ， 因此 ， 应将操作状 态下的气体体积全部换算成标准状态下的体积, 态下的气体体积全部换算成标准状态下的体积 标况下)的原料或产品 即以1m3(标况下 的原料或产品 为基准进行物料 标况下 的原料或产品为基准进行物料 衡算。 衡算 。 这样既能消除温度和压力变化所带来的 影响，又能方便地将气体体积换算成摩尔数。 影响，又能方便地将气体体积换算成摩尔数。
制药工程学各章习题
第一章制药工程设计概述一、名词解释1. 项目建议书2. 可行性研究报告3. 设计任务书4. 两阶段设计5. 试车二、简答题1. 简述工程项目从计划建设到交付生产所经历的基本工作程序。
2. 简述可行性研究的任务和意义。
3. 简述可行性研究的阶段划分及深度。
4. 简述可行性研究的审批程序。
5. 简述设计任务书的审批及变更。
6. 简述设计阶段的划分。
7. 简述初步设计阶段的主要成果。
8. 简述初步设计的深度。
9. 简述初步设计的审批及变更。
10. 简述施工图设计阶段的主要设计文件。
11. 简述施工图设计阶段的深度。
12. 简述制药工程项目试车的总原则。
第二章厂址选择和总平面设计一、名词解释1. 等高线2. 风向频率3. 主导风向4. 风玫瑰图5. 建筑系数6. 厂区利用系数7. 绿地率8. 生产车间9. 辅助车间10. 公用系统10. 地理测量坐标系11. 建筑施工坐标系12. 空气洁净度13. 洁净厂房二、简答题1. 简述厂址选择的基本原则。
2. 简述厂址选择程序。
3. 简述厂址选择报告的主要内容。
4. 简述总平面设计的依据。
5. 简述总平面设计的原则。
6. 简述总平面设计的内容和成果。
7. 简述GMP对厂房洁净等级的要求。
8. 简述洁净厂房总平面设计的目的和意义。
9. 简述洁净厂房总平面设计原则。
第三章工艺流程设计一、名词解释1. 报警装置2. 事故贮槽3. 安全水封4. 爆破片5. 安全阀6. 溢流管7. 阻火器8. 载能介质9. 设备位号10. 仪表位号10. 就地仪表11. 集中仪表二、简答题1. 简述工艺流程设计的作用。
2. 简述工艺流程设计的任务。
3. 简述工艺流程设计的基本程序。
4. 简述连续生产方式、间歇生产方法和联合生产方式的特点。
5. 简述工艺流程设计的成果。
三、设计题1. 离心泵是最常用的液体输送设备，常通过改变出口阀门的开度来调节其输出流量，试确定该方案带控制点的工艺流程图。
药物制剂工程物料衡算
物料衡算1.物料衡算的基础物质的质量守恒定律是物料衡算的基础，即进入一个系统的全部物料必等于离开系统的全部物料，再加上过程中的损失量和在系统中的积累量。
∑G1=∑G2+∑G3+∑G4式中：∑G1—输入物料量总和；∑G2—输出物料量总和；∑G3—物料损失量总和；∑G4—物料积累量总和。
当系统内部积累量为零时，上式可以写为：∑G1=∑G2+∑G32. 物料衡算的基准（1）对于间歇式操作过程,常采用一批原料进行计算；（2）对于连续式操作过程,可以采用单位时间产品数量或原料量为基准进行计算。
物料消耗的结果应列成原材料消耗定额和消耗量表，在计算时应把原料、辅料及主要包装材料一起算入。
3 .物料衡算条件年产量：10亿片一年按250个工作日计算，每天一个班次，每班实际工作8小时。
处方：阿卡波糖92.4g 微晶纤维素18g 预胶化淀粉10g 交联羧甲基纤维素钠14g 硬脂酸镁 1.4g 微粉硅胶4.2g 包衣液：醋酸纤维素钛酸酯500g 柠檬酸三乙酯5g 滑石粉37g 水458g片芯：500g共制1000片4 .物料衡算范围本设计以一个工段为单位进行计算。
凡进入体系的物料均为输入项。
离开体系的物料均为输出项。
3.5 原辅料的物料衡算阿卡波糖肠溶片产量：10亿片/年日产量：1000000000÷300=3333333片/天班产量：1111111片/班小时产量：138888片/h损耗：原辅料损耗2% 颗粒收得率98% 产品总收得率98%铝塑包装材料损耗1% 纸盒包装材料损耗0.5% 纸箱包装材料0.05%说明书材料损耗0.05%设所有原辅料的纯度为100%根据阿卡波糖肠溶片的处方和损耗率确定车间所需物料如下：每年的原辅料需求量：阿卡波糖（kg）94286 1885.72 104.762 2.0952 微晶纤维素（kg）18367 367.34 20.408 0.4082 预胶化淀粉（kg）10204 204.08 11.338 0.2268 交联羧甲基纤维素钠（kg）14286 285.72 15.873 0.3175 硬脂酸镁（kg）1428.6 28.572 1.587 0.03175 微粉硅胶（kg）4285.7 85.714 4.762 0.09524粉末直接压片法工艺流程图。
制药工程原理与设计物料衡算-PPT课件
根据pr 和Tr查 表得Z
pr
p pc
临界值
H2、He和Ne
pr
p pc 8
T Tr Tc
Tr
T Tc 8
g
Mp ZRT
如为混合气体
g
Mp Zmix RT
3） 真实气体混合物 仍用压缩因子法计算
pr
p pc '
假临界值
物料平衡表
基准：每小时 单位：kg
输入 名称 重量 组成%
输出
单重 名称 重量
组成%
单重
混酸
435 HNO3 H2SO4
47 204.5 49 213.1 废酸
H2O
4 17.4
氯 苯 394 C6H5Cl 92 362.5 硝基
混合料
NO2C6H4Cl 8 31.5 物层
共计 829
100
829 共计
料 1. 画出工艺流程示意图 T，配比等 ➢未知的，待求的未知项，用字母，
衡
符号标定清楚。
算
➢画出与物料衡算有关的设备及管线
的 2. 列出化学方程式 基 本 3. 确定计划任务 步 4. 收集数据 骤
➢写明反应过程的热效应 ➢省略次要的副反应
➢分析未知 ➢选择公式
收集数据
➢ 生产规模和生产时间（年生产时数）
➢ 与计算有关的物理化学常数 如密度，蒸汽压，相平衡常数
5. 选择计算基准
➢时间基准 ➢质量基准 ➢体积基准 ➢干湿基准
6. 建立物料平衡方程， 列出的数学关联式的数目应与
进行物料衡算
所求未知项的数目相同，若数学
式不够，用试差法求解。
7. 整理并校核计算结果
8. 绘制物料流程图， 填写物料平衡表。
制药工程学课件第五章 能量衡算
注意各Q的符号规定
Q2为设备的热负荷。若Q2为正值，需要向设备及所 处理的物料提供热量；反之，表明需要从设备及所 处理的物料移走热量。
对间歇操作，按不同的时间段分别计算Q2的值，并
取其最大值作为设备热负荷的设计依据。
5.2.2
各项热量的计算
1、计算基准 一般情况下，可以0℃和1.013105 Pa为计算基准 有反应的过程，也常以25℃和1.013105Pa为计算 基准。 2、Q1或Q4的计算 T2 无相变时
5.2.3
衡算方法和步骤
1、衡算方法和步骤 (1) 明确衡算目的，如通过热量衡算确定 某设备或装臵的热负荷、加热剂或冷却剂的 消耗量等数据。 (2) 明确衡算对象，划定衡算范围，并绘 出热量衡算示意图 (3) 搜集有关数据 由手册、书籍、数据库查取，由工厂实际生 产数据获取，通过估算或实验获得。
CP可是T0和T2下恒压热容的算术平均值，也可取T0和 T2平均温度下的恒压热容。 恒压下Q实质为焓值或焓变（基准态焓值为0）。
3、Q3的计算 过程的热效应由物理变化热QP和化学变化热QC两部分 组成
Q3 Q p Qc
物理变化热是指物料的浓度或状态发生改变时所 产生的热效应。若过程为纯物理过程，无化学反 应发生，如固体的溶解、硝化混酸的配制、液体 混合物的精馏等，则 QC＝0 。 化学变化热是指组分之间发生化学反应时所 产生的热效应，可根据物质的反应量和化学反应 热计算。
配制后H2O的摩尔数变为
1000 103 0.75 n H 2O 41666.7mol 18 41666.7 n2 16.33 2550.9
同前由表5-1得
中药制药工程原理与设备复习资料
03052中药制药工程原理与设备复习资料物料衡算：是以质量守恒定律为基础对物料平衡进行计算。
热量衡算：是能量衡算的一种形式，热量衡算的理论基础是能量守恒定律。
过程速率：是指物理或化学变化过程在单位时间内的变化率。
密度：单位体积的流体所具有的质量。
压力：流体垂直作用于单位面积上的力。
流量：流体在单位时间内流过管道任意一截面的流体量称为流量。
流速：单位时间内流体在流动方向所流过的距离。
直管阻力：流体经流直管时，由于流体的内摩擦而产生的阻力。
局部阻力：流体流经管路中管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等引起的阻力。
Re≤2000时，流动类型属于滞流，Re≥4000时，属于湍流，Re在2000-4000为过渡流。
滞流时平均流速为管中心的最大流速的0.5，湍流时的平均流速约为管中心的最大流速的0.8.层流底层：边界层内近壁面出一层薄膜，无论边界层的流型为层流或湍流，骑流动类型均为层流。
伯努利方程的物理意义：①理想流体在管道内作稳定流动时，在任一截面上总能量为一常②能量在不同形式间可以相互转化，当某一形式能量数值，因条件而发生变化时，相应地引起其他能量数值变化。
泵：用于液体提供能量的运输设备。
风机和压缩机：用于气体提供能量的运输设备。
离心泵的工作原理：泵的主要部件有叶轮、泵壳、泵轴、排出口和吸入口。
具有若干弯曲叶片的叶轮安装在泵壳内,并紧固于泵轴上.泵壳中央的吸入口与吸入管路相连接,侧旁的排出口与排出管路相连接.泵轴用电机或其他动力装置带动.启动前,先将泵壳内灌满被输送液体,启动后,泵轴带动叶轮一起旋转,充满叶片之间的液体也随着转动,在离心力的作用下,从叶轮中心被抛向叶轮外围,以很高流速(15-25m/s)流入泵壳,在壳内减速,经过能量转换,达到较高的压力,从泵的排出口通过管路,输送至所需的场所。
气缚：由于空气密度很小,所产生的离心力也很小,在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内,虽启动离心泵,但不能输送液体,此种现象称为气缚。
制药工程学5 物料衡算
计算举例
收
% 1 0 0
H 2S O H 2O 合 计
H N O H 2S O H 2O 合 计
H N O
V 1 1 0 6
组 成 N C B C B H 2S O H 2O 合 计
粗 硝 基 物
重 量 5 6 9 6 2 0 .3 .1 .4 .2 % 9 8 1 0 0 .4 .0 .4 .0 9 6 2 3
物理过程的物料平衡方程
式中 G 输入 量
G 输入
G 输出 G 累积
—— 输入体系的总物料 —— 输出体系的总
G
输出
物料量 特别地:
稳态系统 G累积 —— 物料在体系中的总 ——若物料在体系内没有累积，则输入体系的物料 累积量 量
G 输入 G 输出 等于输出体系的物料量
化学过程的物料平衡方程
本章主要内容
• 基本概念 • 基本理论 • 物料衡算的方法和步骤 • 物料衡算的意义 • 计算举例
基本概念
• 物料平衡
——在单位时间内进入系统或体系的全部物料质量必 定等于离开该系统的全部物料质量再加上损失掉的和 积累起来的物料质量。
• 物料衡算
——是以质量守恒定律为基础对物料平衡进行计算的 过程，是物料平衡计算的简称。
V 1 1 0 3
组 成 N C B C B 合 计
萃 取 氯 苯
重 量 1 8 .7 4 0 3 .4 4 2 2 .1 % 4 .4 9 5 .6 1 0 0 .0
V 1 1 0 5
硝 基 物 层 废 酸 层 合 计
分
离
5 7 8 .0 3 3 1 .4 9 0 9 .4
H N O H 2S O H 2O N C B 合 计
制药工程工艺设计物料衡算题过滤公式
制药工程工艺设计物料衡算题过滤公式
物料衡算是确定化工生产过程中物料比例和物料转变的定量关系的过程，是化工工艺计算中最基本、最重要的内容之一。
在化学工程中，设计或改造工艺流程和设备，了解和控制生产操作过程，核算生产过程的经济效益，确定主副产品的产率，确定原材料消耗定额，确定生产过程的损耗量，便于技术人员对现有的工艺过程进行分析，选择最有效的工艺路线，确定设备容量、数量及主要尺寸，对设备进行最佳设计以及确定最佳操作条件等都要进行物料衡算。
毫不夸张地说，一切化学工程的开发与放大都是以物料衡算为基础的。
目的是根据原料与产品之间的定量转化关系，计算原料的消耗量，各种中间产品、产品和副产品的产量，生产过程中各阶段的消耗量以及组成，进而为热量衡算、其他工艺计算及设备计算打基础。
物料衡算通式如式：
∑G投入= ∑G产品+ ∑G回收+ ∑G流失
式中：∑G投入—投入系统的物料总量；
∑G产品—系统产出的产品和副产品总量；
∑G流失—系统中流失的物料总量；
∑G回收—系统中回收的物料总量。
其中产品量应包括产品和副产品：流失量包括除产品、副产品及回收量以外各种形式的损失量，污染物排放量即包括在其中。
环境影响评价中的物料平衡计算法即是通过这个物料平衡的原理，在计算条件具备的情况下，估算出污染物的排放量。
药厂物料平衡计算的方法及流程
药厂物料平衡计算的方法及流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor. I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!药厂物料平衡计算是指在药品生产过程中，对投入的物料和产出的产品进行量化和比较，以确保生产过程的准确性和稳定性。
(完整版)物料衡算
F1X11=F2X21+F3X31 代入数据 得 ： 2000=F2+F3
0.75*2000=0.99F2+0.10F3 解得： F2=1460.7kg/h 、F3=539.3kg/h 可以利用固态平衡式来进行校核
0.25*2000=0.10*1460.7+0.9*539.3
例如利用压缩空气进行有氧发酵，在红霉素的生产
中，空气组成通常取含氧21%，含氮79%，是干基计 算，如把水分计算在内，氧气、氮气的体积变了。年 产福尔马林5000t，系指湿基。
➢ 设备操作时间
车间设备每年正常开工生产的天数， 一般以 330d计算，余下的36d作为车间 的检修时间。对于工艺技术尚未成熟或 腐蚀性大的车间一般以300d或更少一 些时间计算。
主副产品的产量
物
原材料消耗定额
料
物料的浪费
生产过程中的损耗
衡
生产过程的反常现象
三废产生量
算
物料衡算的理论基础
质量守恒定律
在化工过程中，物料平衡是指：进入一个装置（或设 备）的全部物料的量，必定等于离开这个装置（或设 备）的全部物料的量（包括损失量）和系统内累积起 来的物料的量。
物料平衡用公式表示如下： ∑G进料+∑G生成=∑G出料+∑G累积+∑G消耗
吸收过程 蒸馏过程 干燥过程 萃取过程
无化学变化的物料衡算
1.吸收是用适当的液体吸收剂处理气体混合物， 以除去其中的一种或多种组分的操作。
2.蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发度的差异 而进行分离的一种单元操作。
3.干燥是一个物料对湿分的吸附或解析过程。
制药工艺设计讲义版-2.5工艺计算-物料衡算
物料流程图 有三纵行 左边的表示原 料和中间体； 中间的表示单 元反应和单元 操作；
图2-4
框表示出 其数量 为了突出单元 过程，通常把 中间纵行的图 框绘成双线。
右边的表示副 产品和“三废” 排放物。
2 固体制剂车间
2.3 固体制剂车间设计 简单物理过程衡算
基准量：计算开始时选取某物质一定的量，针对这一步分物 料作计算，这种物料的一定量叫基准量。
2
2012-4-21
2.3.2 物料衡算
3.1MB计算基础
2.3.2.2 流程的操作状态及其对应的衡算计算基准 （1）基准量的选取
例：丙烷完全燃烧，要供给所需空气量的125％，反应式为： C3H8 ＋5O2＝3CO2 +4H2O 问每100 mol燃烧产物需要多少摩尔空气？ 解①：基准量1mol原料气C3H8 所需空气量为（按照反应式）：燃烧用氧 5mol 实际用氧5×1.25＝6.25mol 需供空气量[（空气中氧占21％（体积）]6.25÷21％＝29.76mol 其中氮气量为：29.76×79％＝23.51mol
2.3.2 物料衡算 2.3.2.1 根据计算目的选取衡算范围 2.3.2.2 流程的操作状态及其对应的衡算计 算基准
（1）基准量的选取 （2）流程的操作状态及其对应的衡算计算基准
2.3.2.3 2.3.2.4 2.3.2.5 2.3.2.6
联系物质 物料衡算的方法和步骤 物料流程图 生产计算实例
2.3.2 物料衡算
∑G进料+∑G生成=∑G出料+∑G累积+∑G消耗+∑G损失
2 固体制剂车间
2.3 固体制剂车间设计
2.3 固体制剂车间设计
2.3.2 物料衡算
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
通过能量衡算计算:
(1)水、电、蒸汽或其它燃料的消耗定额 (2)各单元设备的能量负荷及其等级
在物料及能量衡算的基础上，通过设备计算确定:
(1)设计和选择反应器和其他设备的类型、尺寸及台数
(2)所需设备的投资
对原有装置作物料衡算和能量衡算可以核查:
(1)生产过程中各物料量及有关数据是否正常，有否泄漏 (2)热量回收、利用水平和热损失的大小
(3）有效生产周期 开工因子通常在0.9左右，开工因子大意味着停工检 修带来的损失小，即设备先进可靠，催化剂寿命长 （4）原子经济性 是美国 Stanbrd大学的 B．M．Trost教授首次提出 因此获得1998年美国“总统绿色化学挑战奖”的学术奖 原子经济性AE定义：
式中:
Pj—目的产物分子中各类原子数 Fj一 反应原料中各类原子数 Mj 一相应各类原子的相对质量
11
②以质量为基准
对液体或固体物料，可选取一定量原料或产品（混合物用
1kg或 100kg；单一化合物或已知组成和相对分子质量的 混合物用1mol或 1kmol等）为基准 间歇操作，一般可选取一批或一釜原料或产品作为基准
③以体积为基准
对气体物料选取体积为基准， 用标准体积， m3(STP)表示，实际状况下的体积换算为标准体积
第二步 列出已知数据
衡算时须有足够的原始数据
如物性数据、工艺数据等。要注意数据的适用范围和条 件。所有的数据单位必须要统一
第三步 列出由物料平衡所求解的问题
9
第四步 确定计算范围 第五步 写出主副化学反应方程式。 第六步 选定衡算基准 第七步 设未知数，列方程式组，联立求解
有几个未知数则应列出几个独立的方程式，这些方程 式除物料衡算式外，有时尚需其他关系式，诸如组成 关系约束式、化学平衡约束式、相平衡约束式、物料 量比例等。
输入物料中所有原子的物质的量（mol）之和 = 输出物料中所有原子的物质的量（ mol ）之和
8
5.1.5
物料衡算基本步骤
做物料衡算时，应该按一定步骤来进行，才能给出清晰 的计算过程和正确的结果
通常遵循以下步骤:
第一步 绘出流程的方框图，以便选定衡算系统
图形表达方式宜简单，但代表的内容要准确，进、出物 料不能有任何遗漏，否则衡算会造成错误
①以时间为基准
连续稳定过程:可选取以单位时间（1a ，1h，1min，1s 等）的投料量或产品量为计算基准 这种基准可直接联系到生产规模和设备的生产能力 如年产300kt 乙烯的装置，年操作时间为8000 h ， 则每一小时的平均产量为37.5 t
一般年生产时间取为330天=7920 h 或取8000 h
18
对同一反应，若反应物不只一个，则不同反应组分 的转化率在数值上可能不同 对反应
反应物A和B的转化率分别:
XA ，XB — 分别为组分A和组分B的转化率 nA,0，nB,0— 分别为组分 A和组分 B的起始量，mol nA，nB— 分别为反应后组分A和B的剩余量，mol ν A ，ν B ， ν R ，ν S—化学计量系数 人们对关键(限制)反应物的转化率感兴趣， 关键反应物:反应物中价值最高的组分，使其尽可能转化， 常使其他反应组分（过量反应物）过量
②流动物系需要再加流率变量（物流变量）
对于每一单相物流：
Nv = f + 1 = c + 1 + 1 = c + 2
③如果所讨论的物系除物流外尚有与外界的热与功的
交换时则相应的增加Q、W 变量
15
5．1．8 主要工艺指标 ⑴生产能力
指一个设备、一套装置或一个工厂在单位时间内生产 的产品量，或在单位时间内处理的原料量 单位:kg／h，t/d或kt/a，万吨／a等 （2）生产强度 为设备单位特征几何量的生产能力 设备的单位体积的生产能力，或单位面积的生产能力 单位: kg／（h·m3），t／（d·m3）， 或kg／（h·m2），或t／（d·m2）等 主要用于比较那些相同反应过程或物理加工过程的 设备或装置的优劣 设备中进行的过程速率高，其生产强度就高 16
原料中组分A的单程转化率为产物计算 ×100%
总转化率 指新鲜原料进入反应系统到离开该系统所
达到的转化率。例如，原料中组分A的总转化率为 ×100%
21
（7）选择性（selectivity）
∵存在生成目的产物的主反应和生成副产物的副反应∴只 用转化率来衡量不够。有的反应原料转化率很高但大多 数转变成副产物，目的产物很少，意味着许多原料浪费
23
（9）平衡转化率和平衡产率
可逆反应达到平衡时的转化率 此时所得产物的产率平衡产率 X平衡 Y平衡
X平衡和Y平衡是可逆反应所能达到的极限值（最大值）
但反应达平衡往往需要相当长的时间。随着反应的进行， 正反应速率降低，逆反应速率升高，所以净反应速率 不断下降直到零 在实际生产中应保持高的净反应速率，不能等待反应达平 衡，实际转化率和产率比平衡值低。 若平衡产率高，则可获得较高的实际产率 工艺学的任务之一是通过热力学分析，寻找提高平衡产率 的有利条件，并计算出平衡产率
输入物料的总质量= 输出物料的总质量 十
系统内积累的物料质量
4
5.1.2 间歇操作过程的物料衡算
间歇操作:批量生产，一次投料到设备内进行处理， 处理后一次出料，后再进行第二批生产 特点: 在过程中浓度等参数随时间而变化 分批投料和分批出料也属于间歇操作 间歇操作过程的物料衡算: 以每批生产时间为基准，输入物料量为每批投入的
进料混合物（液体或汽体）通过部分汽化或部分冷凝得
到含有较多易挥发组分的汽相和含有较多难挥发组分
的液相的过程。是单级连续平衡分离过程
26
由二元T-(x)y图中看出，P一定时， 闪蒸温度应在 Tb≤T闪≤Td 若 T 闪＜T b ， 不能汽化， 为过冷液体； T 闪＞T d , 为过热蒸汽
27
5.2.2 闪蒸过程的物料衡算
第八步 计算和核对
第九步 整理计算结果
已知数据及计算结果列成物料平衡表，表格可以有不同 形式，但要全面反映输入及输出的各种物料和包含的 组分的绝对量和相对含量 10
5.1.6
衡算基准及选择
衡算基准:进行物料衡算所选择的起始物理量 包括物料名称、数量和单位，衡算结果得到的其他物 料量均是相对该基准而言 衡算基准的选择以计算方便为原则，恰当地选择基准可 使计算简化，同时也可缩小计算误差 选择基准大致有一下几种:
选择性:指体系中转化成目的产物的某反应物量与
参加所有反应而转化的该反应物总量之比。
用符号S表示，可按下式计算：
反应物计算 ×100%
产物计算
×100%
22
(8）收率（产率，yield） 从产物角度来描述反应过程的效率。 定义式: 对同一反应物，X、S和Y三者之间关系: ×100%
无副反应: S=1，故 Y=X， X ↗ Y ↗ 有副反应:S < 1，希望在S高的前提下X尽可能高 ∵使X提高的反应条件往往会使S降低， ∴不能单纯追求高X或高S 而要兼顾两者，使目的产物Y最高
6
5.1.3 稳定流动过程的物料衡算
连续式操作 ，设备或装置可连续运行很长时间，除了开
工和停工阶段外，在绝大多数时间内是处于 稳定状态
的流动过程，物料不断地流进和流出系统。
特点:系统中各点的参数(例如T、P、浓度和流量)
不随时间而变化，系统中没有积累
当然，设备内不同点或截面的参数可相同，也可不同 稳定流动过程的物料衡算式:
所有物料质量的总和（包括反应物、溶剂、充入的
气体、催化剂等）
5
投入料总量－卸出料总量=
残存在设备内的物料量及
其他机械损失
设备的生产能力=每批生产所获得的目的产物量/
每批操作循环耗费的总时间
间歇操作过程:包括投料、设备加盖密封、试漏、
气体置换、加压、升温、反应、吹净、
开盖、卸料和清洗设备等操作
完成一个循环的非反应时间较多，生产能力低
17
(5)环境因子 由荷兰化学家Sheldon提出 环境因子E的定义为： 指标从本质上反映其合成工艺是否最大限度地利用了 资源，避免废物的产生和由此而带来的环境污染
（6）转化率（conversion）
指某一反应物参加反应而转化的数量占该反应物起始量 的分率或百分率 定义式： ×100%
转化率表征原料的转化程度
25
②露点温度：一定组成y1,y2,y3, „,yc下的汽相混合物
在一定的压力P下冷却，当开始出现第一个液滴时的温
度，称为露点温度Td 则规定变量为 求解变量为 y1,y2,y3,„,yc-1, P x1,x2,x,„,xc-1，T
总之，求泡点：已知液相混合物xi求汽相混合物yi 求露点：已知汽相混合物yi求液相混合物xi (3)闪蒸的概念
从而查找出生产上的薄弱环节和瓶颈部位，为改善操作和 进行系统的最优化提供依据
3
5.1 物料衡算的基本原理
物料衡算:围绕一个特定范围进行 称此范围为衡算系统 衡算系统:一个总厂，一个分厂或车间，一套装置
一个设备，甚至一个节点等
5.1.1 物料衡算的质量守恒
理论依据:质量守恒定律
按此定律写出衡算系统的物料衡算通式为
输入系统的物料总质量= 输出系统的物料总质量
7
5.1.4 物料衡算形式
(1)总质量平衡式:
输入系统的物料总质量= 输出系统的物料总质量
(2)组分质量平衡式:
输入系统的i组分质量之和 = 输出系统的i组分质量之和
有化学反应的过程不成立
(3)元素原子平衡式: ∵在反应中，原子本身不发生变化∴可用元素的原子的 物质的量来做衡算 ∵不涉及化学反应式中的化学计量 关系 ∴对复杂反应体系的计算很方便 对稳定流动过程:
24
5.2 无化学反应过程的物料衡算 5.2.1 单级汽液平衡