物料衡算练习
制药工艺设计习题库第三章 物料衡算
[例3-1] 某药厂要求设计一套从气体中挥发丙酮的装置系统，并计算回收丙酮的费用。
系统的流程框图见图3-9，要求由已知的数据，列出各物流的流率（Kg/h ），以便能确定设备的大小，并计算蒸馏塔的进料组分。
解：本系统包括吸收塔、蒸馏塔和冷凝器三个单元操作。
由于除空气进料的其余组成均是质量百分数表示的，所以将空气-丙酮混合气进料的摩尔百分数换算为质量百分数。
基准：100kmol 气体进料。
进入系统的物流为两个，离开系统的物流为三个，其中已知一个物流量，因此有四个物流是未知的。
可列出总物料平衡方程式：1200+F 2=F 3+F 4+F 5各组分平衡式：丙酮 0.0295F 2=0.99F 4+0.05F 5 水1200=0.01F 4+0.95F 5空气 0.9705F 2=F 3以上4个方程式，实际上独立方程式数为3个，因此本方案求解尚缺少数据，其补充的数据可以是：（1）每小时进入系统的气体混合物，离开系统的产品或废液的物流量； （2）进入蒸馏塔的组分此例子体现了物料平衡式中未知变量数与独立方程式数目不相等时，需补充数据才能进行衡算或与能量衡算联立解算才能求解。
[例3-2] 年产量700吨非那西丁烃化工段的物料衡算。
设计基本条件：工作日：300天/年；收率：总收率为83.93%，其中烃化工段收率为93%，还原工段为95%，酰化工段精制收率为95%。
设产品的纯度为99。
5%。
已知生产原始投料量 投料物 对硝基氯苯 乙醇 碱液 投料量 含量2000 95%514.46 95%4653 46%解：日产纯品量=3001000700⨯×99.5%=2321.67㎏每天所需纯对消投料量=%95%95%9322.17956.15767.2321⨯⨯⨯⨯=2431.81（其中：179.22为非那西丁的摩尔质量，157.56为对硝基氯苯的摩尔质量） NO 2+NaOH+C 2H 5OHNO 22H 5+H 2O+NaClcat.157.56 40.00 46.07 167.17 18.02 ⑴ 进料量：95% 对硝基氯苯的量为：2431.81/95%=2559.80㎏ 其中杂质为：2559.80-2431.81=127.99㎏ 95%的乙醇的量为：2559.80/2000×514.56=658.59㎏ 其中纯品量为：658.59×95%=625.66㎏杂质的量为：658.59-625.66=32.93㎏46%的碱液的量为：2559.80×4653/2000=5955.37㎏纯品量为：5955.37×46%=2739.47㎏水的量为：5955.37-2739.47=3215.90㎏39.5%的催化剂的量为：2559.80×344.68/2000=441.16㎏纯催化剂的量为：441.16×39.5%=174.26㎏纯乙醇的量为：441.16×56.95%=251.3㎏杂质的量为：441.16-174.26-251.24=15.6㎏（2）出料量设转化率为99.3%反应用的NO2的量为：2431.81×99.3%=2414.79㎏剩余的量为：2431.81-2414.79=17.02㎏用去的NaOH的量为：56.157% 3.9981.2431⨯×40.00=613.08㎏剩余的NaOH的量为：2739.47-613.08=2126.39㎏用去的乙醇的量为：56.157% 3.9981.2431⨯×46.07=706.08㎏进料中的乙醇的量为：625.66+251.3=876.96㎏剩余的乙醇的量为：876.96-706.08=170.88㎏生成的水的量为：56.157% 3.9981.2431⨯×18.02=276.18㎏总的水量：276.18+3215.90=3492.08㎏生成的NaCl的量：56.157% 3.9981.2431⨯×55.84=895.66㎏生成的O2NC6H4OC2H5的量为：56.157% 3.9981.2431⨯×167.17=2562.07㎏杂质总量为：15.6+32.93+127.99=176.52㎏衡算数据汇总表3-5。
第三章物料衡算习题1
kg
水的生成量为 ：
200 × 1404.8 kg = 989.3 284
18 × 1404.8 = 89.1 kg 284
由于生产过程中要求己醇少过量40%， 即实际生产过程中己醇用量为 1513.6*40%+1513.6=2119 kg ∴生产过程中的投料比为：顺酐比己醇
O C C O OC6H13 OC6H13
+
OC6H13
NaHSO3
280 x
104 y
388 1919.2
∴马来酸双酯的消耗量为
284 × 1919.2 = 1404.8 388
kg
亚硫酸氢钠的消耗量为
104 × 1919.2 = 530.5 388
而NaHSO3用质量分数为30%的溶液， 故NaHSO3为530.5
969 2119 = = 1 : 2 .1 98 102
表2-2 反应釜各物料数据表 反应釜物料衡算表 选料 969.5 2119 0 0 1768.3 0 9.695
物料 顺酐 正乙醇 马来酸双酯 马来酸单酯 NaHSO3 水 催化剂
出料 0 0 1404.8 989.3 0 89.1 9.695
5500T/年
• • • •
4、根据计算结果画出物料衡算流程图
5631.6 吨 5851T/年
造粒工段
(5558.4+292.6)
挤出成型工段
制品
351T/年(损失+下脚料)
• •
最后根据上表（每吨产品的消耗定额kg）填表 配方 原材料消耗综合表 每吨产品
序号 名称 规格 单位 消耗定额 每时 每天
2020.2 × 95% = 1919.2
化工基础 例题答案
【例1-1（物料衡算）】如图所示，浓度为20%（质量百分数，下同）的KNO3水溶液以1000kg/hr流量送入蒸发器，在某温度下蒸出一部分水而得到浓度为50%的KNO3水溶液，再送入结晶器冷却析出含有4%水分的KNO3晶体并不断取走。
浓度为37.5%的KNO3饱和母液则返回蒸发器循环处理，该过程为连续稳定过程，试求：1. 结晶产品量P，水分蒸发量W；2. 循环母液量R，浓缩量S。
例题1-1图A解： 1. 衡算对象：总物料KNO3衡算范围：如图所示的用一条封闭的虚线所包围的部分衡算基准：单位时间--每小时列方程：凡是穿过封闭虚线进入的衡算范围的物料为入；凡是穿出封闭虚线排出的衡算范围的物料为出；总物料ΣMλ=ΣM出则F = W + P （1）同理，对KNO30.2F = 0×W + P（1-4%）（2）将（1）（2）代入数据后组成方程组1000 = W + P0.2×1000 = P（1-4%）解这个方程组得：P = 208.3 kg/hrW = 791.7 kg/hr2. 衡算对象的基准不变，改变衡算范围如图1-2B所示。
总物料S =R + PKNO3 0.5 × S = 0.375 × R + P（1-4%）将上两式代入数据联解得：R = 766.6 kg/hrS = 947.9 kg/hr 即为所求例题1-1图B【例1-2 (热量衡算)】在一热交换器中用压强为136kpa 的饱和蒸汽加热298k 的空气，空气流量为1kg/s ，蒸汽的流量为0.01kg/s ，冷凝水在饱和温度381K 下排出。
若取空气的平均比热为1.005kJ/kg·k ，试计算空气出口温度（热损失忽略不计）。
例题1-2图解：过程如图所示：数量基准 每秒钟蒸汽、空气的流量温度基准 取进口空气温度298K ，因而其焓为零，即H 冷空气 =0相态基准 压强为136kpa 的饱和蒸汽，查得其焓H 蒸汽.281K =2690KJ/kg ，同时查得H 冷凝水281K =452.9KJ/kg 衡算范围 封闭虚线所示范围 对此连续稳定过程 ΣQ 入=ΣQ 出其中： ΣQ 入=ΣQ 蒸汽 + ΣQ 冷空气=0.001×H 蒸汽 +1 × H 冷空气 ΣQ 出=ΣQ 热空气 + ΣQ 冷凝水=1×1.005（T-298） + 0.001 × H 冷空气 T ：热空气温度 将数据代入解得T=320.3K 【例1-3（单位换算）】已知2033.11-⋅=cmkgf atm ,试将此压强换算为SI 单位。
干燥设计物料衡算系列习题
1、一常压干燥器欲将1200kg/h 的湿含量为5%的湿物料干燥至1%(湿基),所用空气的t 0=20℃、ϕ0=75%、湿空气量V=2500m 3/h 。
干燥器出口空气的干球温度为50℃。
假定为绝热干燥过程。
又已知预热器以125 ℃的饱和水蒸气加热空气，其传热系数为40W/m 2℃，求单位面积预热器所需传热量（预热器热损失不计）。
解：X 1=5/95=0.0526 X 2=1/99=0.0101G c = 1200(1-0.05)=1140kg/hW=1140(0.0526-0.0101)=48.45kg/h根据t 0 =20℃、ϕ0 =75% ，由t-H 图，查得H 0=0.011kg/kg 干气()()27320273011.0244.1773.027*******.1773.0000+⨯+=++=t H v H=0.844m 3/kg 干气L=2500/0.844=2961kg 干气/hH 2=W/L+H 1=48.45/2961+0.011=0.0274 kg/kg 干气I 0=(1.01+1.88×0.011)×20+2492×0.011=48.0kJ/kg 干气I 2=(1.01+1.88×0.0274)×50+2492×0.0274=121.3kJ/kg 干气绝热干燥过程I 1=I 2，即I 1=(1.01+1.88×0.011)t 1+2492×0.011=121.3t 1=91.1℃预热器：q p =2961×(121.3-48.0)/3600=60.3kW2．在恒定干燥条件下的箱式干燥器内，将湿染料由湿基含水量45%干燥到3%，湿物料的处理量为8000㎏湿染料，实验测得：临界湿含量为30%，平衡湿含量为1%，总干燥时间为28h 。
试计算在恒速阶段和降速阶段平均每小时所蒸发的水分量。
解：w1 = 0.45 818.01111=-=w w X kg 水/kg 干料 w2 = 0.03 031.01222=-=w w X kg 水/kg 干料同理 X0 = 0.429 kg 水/kg 干料 X* = 0.01 kg 水/kg 干料 τ = 28h()0101X X Au G c -=τ*2*00*02ln )(X X X X Au X X G c ---=τ ()31.001.0031.001.0429.0ln 01.0429.0429.0818.0ln )(*2*0*00121=----=----=X X X X X X X X ττ∴ τ1 = 0.31τ2又 ∵ τ1+ τ2 = τ = 28h ∴ τ1 = 6.6h τ2 = 21.4h818.01111=-=w w X 818.01111=-=w w XGc = 8000×(1－0.45) = 4400 kg 干料()3.259101=-τX X G c kg 水/h ()8.81220=-τX X G c kg 水/h3、某物料经过6小时的干燥，干基含水量自0.35降至0.10，若在相同干燥条件下，需要物料含水量从0.35降至0.05，试求干燥时间。
化工设计习题及解答第三章
第三章物料衡算与热量衡算习题1连续常压蒸馏塔进料为含苯质量分数(下同)38％(wt)和甲苯62％的混合溶液，要求馏出液中能回收原料中97％的苯，釜残液中含苯不低于2％。
进料流量为20000kg ／h ，求馏出液和釜残液的流量和组成。
解：苯的相对分子质量为78，甲苯的相对分子质量为92。
以下标B 代表苯。
进料中苯的摩尔分数 38780.419638627892FB x ==+釜残液中苯的摩尔分数 2780.023*********WB x ==+进料平均相对分子质量 0.419678(10.4196)9286.13M =⨯+-⨯=进塔原料的摩尔流量 2000232.2/86.13F kmol h == 依题意，馏出液中能回收原料中97%的苯，所以 97.430.9794.51/DB Dx kmol h =⨯=作全塔苯的质量衡算得 FB DB WB Fx Dx Wx =+ 作全塔总质量衡算得 F W D =+ 将已知数据代人上述质量衡算方程得 232.20.419694.510.02351⨯=+ 232.2W D =+解得 124.2/,108/W kmol h D kmol h ==所以，94.5194.510.8752DB x ===习题2 采用蒸发方法将浓度为10%NaOH （质量浓度）及10%NaCl 的水溶液进行浓缩。
蒸发时只有部分水分汽化成为水蒸气而逸出，部分NaCl 结晶成晶粒而留在母液中。
操作停止后，分析母液的成分为：50%NaOH ，2%NaCl 及48%H 2O 。
若每批处理1000kg 原料液，试求每批操作中：1）获得的母液量，2）蒸发出的水分量，3）结晶出的NaCl 量。
解：所选择的基准为：每批处理量，1000kg 原料液总物料衡算F1 = F2 + F3 + F4组分物料衡算原料液F2 kg晶体,F3 kg 10%NaOH 10%NaCl 80%H 2O48%H 2ONaOH 平衡 1000×0.1=0.5F4 NaCl 平衡 1000×0.1=0.02F4+F3 H 2O 平衡 1000（1-0.1-0.1）=F2+0.48F4 解得： F2=704kg ，F3=96kg ，F4=200kg 习题3 丙烷充分燃烧时要使空气过量25％，燃烧反应方程式为： 38222534C H O CO H O +→+试计算得到100摩尔燃烧产物（又称烟道气）需要加入的空气的摩尔量。
化工计算第四章物料衡算及课后习题及答案
第一节 物料衡算式 4—1 化工过程得类型
间歇操作 操作方式 半连续操作
连续操作
间歇操作: 原料一次加入,然后操作,最后一次出 料。
半连续操作: 进料分批,出料连续;或进料连 续,出料分批或一次。
特点: 间歇操作中,无物料进出设备,且设备内各 部分得组成和条件随时间而变。 半连续操作中,设备内各点得参 数(组成、条 件)随时间而变。
N元素平衡
2×0、79A＝2N
烟道气总量
M+N+P+Q＝100
过剩氧量
0、21A×0、25／1、25
＝M 解上述6个方程得要求得结果。(过程略)
由上例可知计算基准选取恰当与否,对计算难 易影响。所以要重视计算基准选取。
基准选取中几点说明:
(1)上面几种基准具体选哪种(有时几种共 用)视具体条件而定,难以硬性规定。
4、 写出化学反应方程式
包括所有主副反应,且为配平后得,将各反应 得选择性、收率注明。
5、选择合适得计算基准,并在流程图上注明基准值 计算中要将基准交代清楚,过程中基准变换时,
要加以说明。 6、列出物料衡算式,然后求解
1)列物料衡算式
无化学反应体系,按:(4—1)、(4—3)(连续稳定过程) 式。
(二)取1mol 空气为计算基准 1mol 空气为计算基准中氧量为0、21mol
燃烧丙烷耗氧量 0、21／1、25＝0、168 mol 燃烧丙烷得量 0、168／5＝0、 0336mol
衡算结果列于下表:
输
入
输
出
组分 摩尔 克 组分 摩尔 克
C3H8 0、
44 CO2 0、101 132
0336
O2 0、21 200 H2O 0、135 72
第三章物料衡算习题1
2020.2 × 95% = 1919.2
kg
以此作为物料衡算基准
反应釜的物料衡算图见图2—1
马来酸双酯 NaHSO3 反应釜 磺基琥珀酸双已酯钠
设主反应过程中消耗的马来酸双酯为x吨， 亚硫酸氢钠y吨，则根据反应方程式 磺基反应：
O CH CH C C O OC6H13 CH cat NaSO3 CH
H+
2C 4 H 2 O3 + 3C 6 H 14 OH → C 6 H 28 O 4 + C10 H 16 O 4 + H 2 O
2*98
3 *102 z
284
200
18
w
1404.8
u
p
顺酐的消耗量为：
2 × 98 × 1404.8 kg = 969.5 284
乙醇的消耗量为：
3 × 102 × 1404.8 = 1513.6 284
马来酸单酯生成量为：
kg
水的生成量为 ：
200 × 1404.8 kg = 989.3 284
18 × 1404.8 = 89.1 kg 284
由于生产过程中要求己醇少过量40%， 即实际生产过程中己醇用量为 1513.6*40%+1513.6=2119 kg ∴生产过程中的投料比为：顺酐比己醇
×
物料衡算的方法与步骤 物料衡算是在给定某些物料量的值的情况下求解另一些 物料量的值。步骤如下： 1.收集计算数据 （1）原料、辅料、中间产物及产品的规格 （2）过程中单位时间内的物流量 （3）有关消耗定额 （4）有关转化率、选择性、单程收率 （5）有关物理化学常数的相对密度、视比重、 相平衡常数。 2．画流程图 3．确定衡算范围 4．选定计算基准 5．列出输入—输出物料平衡表
干燥例题-物料衡算
采用常压干燥器干燥湿物料。
每小时处理湿物料1000kg，干燥操作使物料的湿基含量由40%减至5%，干燥介质是湿空气，初温为20℃，湿度H0=0.009kg水/kg绝干空气，经预热器加热至120℃后进入干燥器中，离开干燥器时废气温度为40℃，若在干燥器中空气状态沿等焓线变化。
试求：(1)水分蒸发量W kg/s；(2)绝干空气消耗量L kg绝干气/s；(3)如鼓风机装在新鲜空气进口处，风机的风量应为多少m3/s? 解：(1) 物料衡算：W=Gc(X 1-X 2)湿基变干基：X 1=0.4/(1-0.4)=0.667 X 2=0.05/(1-0.05)=0.0526 Gc=1000(1-0.4)=600 （kg 绝干料/h ）∴ W=600(0.667-0.0526) =368.64kg/h=0.1024 kg/s(2) 物料衡算 ： 20W L H H =-其中 H 1=H 0=0.009 kg 水/kg绝干气干燥器出口空气湿度H未知？2确定干燥器出口状态可通过焓变和进出温度求算，本题：t1=120℃,t2=20℃；I1=I2I1=(1.01+1.88H1)t1+2490H1=1.01t1+ (1.88t1+2490)H1I2=(1.01+1.88H2)t2+2490H2=1.01t2+ (1.88t2+2490)H2∴H2=(1.01×120+(1.88×120+2490)×0.009-1.01×40)/(1.88×40+2490)=0.041 kg水/kg绝干气∴L=0.1024/(0.041-0.009)=3.1974 kg绝干气/s(3)体积流量：V=L×v H=3.1974[(0.772+1.244H0)(t0+273)/2 73]=3.1974[(0.772+1.244×0.009)×(20+ 273)/273]=2.69 m3/s。
工厂设计概论-物料平衡计算例题
工厂设计概论-物料平衡计算例题例 题 计 算 过 程1.某厂年产100万m 2釉面砖，产品规格152×152×5mm ，物料平衡计算的主要参数及结果见表1及表2。
表1 主要生产工序处理量产品名称规格 mm 单位面积质量kg/m 2年 产 量 釉 烧 万m 2 t 损失率%万m 2/年t/年 釉面砖152×152×5101008装窑、施釉素烧、干燥 损失率万m 2/年t/年 坯：釉 灼减% 损失率%万m 2/年t/年 194:6815成 型喷雾干燥 新坯料加工量（干基）损失率% 万m 2/年 万片/年t/年 损失率%t/年 成型回坯率%喷干回坯率% t/年 10583表2 坯料配方原料名称 石英 长石 砂石 石灰石 滑石 苏州土 紫木节 东湖泥 废素坯 合计配方（%）2332810467119100解：A 计算过程如下 ⑴年产量年出窑量=100×104m 2×10kg/m 2×10-3kg=10000 （t ） ⑵釉烧 年装窑量=烧成废品率年出窑量-1=)/(7.108%8110022年万万m m =- =年/10870t⑶装窑、施釉年施釉量=%11/7.10812-=-年万施釉废品率年装窑量m=年年/10980/109832t m =年需釉料量10980×6%=658.8t/年 ⑷素烧、干燥年干燥量（釉+坯）=%1518.109,1-=-干燥损失率素烧年施釉量=年万/2.1292m换算成t/年：Θ坯：釉=94:6 ∴坯重9.4kg/m 2坯年干燥量=灼减坯重坯釉年干燥量-⨯+1)(%8110/4.9102.1293224-⨯⨯⨯=-m kg m=)/(13198年t⑸成型年成型量=%1012.12912-=-年万成型损失率坯年干燥量m)/(6.1432年万m ==)/(14665%10113198年t =-规格152×152×5mm 的釉面砖1m 2以44片计 成型量（万片/年）=143.6×44=6314(万片/年)⑹喷雾干燥年喷雾干燥量=年喷干损失率年成型量/15437%51146651t =-=-⑺新坯料加工量（干基）新坯料加工量（干基）年回坯量年喷雾干燥量-=)(成型回坯率年成型量喷干回坯率年喷干量年喷雾干燥量⨯+⨯-= =)/%](814665%315437[)/(15437年年t t ⨯+⨯==)/(13800年t表2 坯用原料加工量计算表（干基）原料名称石英长石砂石石灰石滑石苏州士3#紫木节东湖泥废素坯合计配方（%）23 3 28 10 4 5 7 11 910新坯料加工量（t/年）317441438641380552690 966151812421380球磨、过筛除铁损失率%1 1 1 1 1 1 1 1 1t/年320641839031394558697 976153312551394轮碾损失率%2 2 2 2 2 2 2 2 2t/年327142739831422569711 996156512814224粗碎损失率%2 2 2 2 2 - - - 2t/年333843640461451581711 9961565130611176洗选损失率%10 10 10 5 10 5 15 10 5t/年37094844516152864574911711738173515915原料进厂量储运损失率%3 3 3 3 3 3 3 3 -含水率%- - - - - 5 7 14 -湿基t/年38244994655157566581212992084137515413釉用原料加工量计算方法同坯料计算。
工厂设计概论物料平衡计算例题
例 题 计 算 过 程1.某厂年产100万m 2釉面砖，产品规格152×152×5mm ，物料平衡计算的主要参数及结果见表1及表2。
解：A 计算过程如下 ⑴年产量年出窑量=100×104m 2×10kg/m 2×10-3kg=10000 （t ） ⑵釉烧 年装窑量=烧成废品率年出窑量-1=)/(7.108%8110022年万万m m =- =年/10870t⑶装窑、施釉年施釉量=%11/7.10812-=-年万施釉废品率年装窑量m=年年/10980/109832t m =年需釉料量10980×6%=658.8t/年⑷素烧、干燥年干燥量（釉+坯）=%1518.109,1-=-干燥损失率素烧年施釉量=年万/2.1292m换算成t/年：坯：釉=94:6 ∴坯重9.4kg/m 2坯年干燥量=灼减坯重坯釉年干燥量-⨯+1)(%8110/4.9102.1293224-⨯⨯⨯=-m kg m=)/(13198年t⑸成型年成型量=%1012.12912-=-年万成型损失率坯年干燥量m)/(6.1432年万m ==)/(14665%10113198年t =-规格152×152×5mm 的釉面砖1m 2以44片计 成型量（万片/年）=143.6×44=6314(万片/年) ⑹喷雾干燥年喷雾干燥量=年喷干损失率年成型量/15437%51146651t =-=-⑺新坯料加工量（干基）新坯料加工量（干基）年回坯量年喷雾干燥量-=)(成型回坯率年成型量喷干回坯率年喷干量年喷雾干燥量⨯+⨯-= =)/%](814665%315437[)/(15437年年t t ⨯+⨯==)/(13800年t表2 坯用原料加工量计算表（干基）釉用原料加工量计算方法同坯料计算。
⑻各种原料年新坯料加工量（干基）各种原料年新坯料加工量（干基）=年新坯料加工量×该原料在配方中的百分比如：石英=13800×23%=3174t/年，其它依此类推。
物料衡算例题3-4
例3：转化率计算例3：丁二烯溶液聚合采用等温连续釜式操作，聚合属于一级反应。
图X：串联的槽式聚合反应釜现通过实验测得：镍催化体系油溶剂丁二烯的表观动力学反应速度常数的关联式如下：k=[c*]=kp*a* [b0]kp=3.637*108*exp(-4455/T)对于一级反应，连续槽式反应器的反应转化率与反应速度常数之间的关系为：cn=c0/(1+kτ)Nxn=1-cn/c0=1-1/(1+kτ)N式中：c0—反应物初始浓度，mol/Lcn—第N台釜内反应物的浓度, mol/Lxn—第N台釜内的反应物转化率k—聚合反应表观速率常数,min-1τ（用pt表示）—反应平均停留时间,minN—连续槽式反应器的台数[b0]—主催化剂的浓度,mol/Lkp—链增长速率常数,L/(mol.min)[c*]—活性链总浓度,mol/Lt—反应温度,Ka—催化剂利用率且已知：c0=1.92-5mol/L，聚合釜体积为12M3，平均停留时间为60min，聚合温度94℃，聚合温度下催化剂的利用率为0.27。
若聚合采用4釜串联操作，试确定满足聚合转化率为85℅时的主催化剂浓度和各釜纯转化率与累积转化率。
解：逐釜列出转化率的计算方程如下:--------------------------------------------------c0=1a=0.27pt =60T=273+94Kp=3.637*108*exp(-4455/T)--------------------------------------------------根据条件，可列方程求出k：--------------------------------------------------0.85-(1-1/(1+k*pt)4)=0 未知变量为k--------------------------------------------------b0=k/(kp*a)--------------------------------------------------c1=c0/(1+k*pt) 出口浓度x1=(c0-c1)/c0=(1-c1/c0) 纯转化率也是累积转化率y1=(1-c1/c0) 累积转化率--------------------------------------------------c2=c1/(1+k*pt)2x2=(c1-c2)/c1= (1-c2/c1) 纯转化率y2=(c0-c2)/c0= (1-c2/c0) 累积转化率--------------------------------------------------c3=c2/(1+k*pt)3x3=(1-c3/c2)y3=(1-c3/c0)--------------------------------------------------c4=c3/(1+k*pt)4x3=(1-c3/c4)y4=(1-c4/c0)--------------------------------------------------======================================================================计算文件与结果：VarName VarInit fx start reach CalcStyle rootN 1 2 3 4 5 6 71 c0 1 1 1 1 1 12 a 1 0.27 1 1 1 0.273 pt 1 60 1 1 1 604 t 1 273.15+94 0 0 1 367.153.67*100000000*exp(-4455/t)0 0 1 1972.12561223571 5 kp 10.001 1 0 0.01011420202243836 k 0.01 0.85-(1-1/power(1+k*pt,4))7 b0 0.001k/(kp*a) 1E-60.01 1 1.89947349341323E-58 c1 1 c0/(1+k*pt) 0 0 1 0.6223348040030929 x1 1 1-c1/c0 0 0 1 0.37766519599690810 y1 1 1-c1/c0 0 0 1 0.37766519599690811 c2 1 c1/(1+k*pt) 0 0 1 0.387300608273567x2 1 1-c2/c1 0 0 1 0.3776651959969081213 y2 1 1-c2/c0 0 0 1 0.61269939172643314 c3 1 c2/(1+k*pt) 0 0 1 0.241030648140208x3 1 1-c3/c2 0 0 1 0.3776651959969081516 y3 1 1-c3/c0 0 0 1 0.75896935185979217 c4 1 c3/(1+k*pt) 0 0 1 0.150001761169075x4 1 1-c4/c3 0 0 1 0.3776651959969081819 y4 1 1-c4/c0 0 0 1 0.849998238830925 计算条件：求根精度：0.000001；松弛因子：0.9；允许迭代次数：20；实际迭代次数：9。
石油化工技术《物料衡算习题》
物料衡算习题
一、选择题
1．物料和能量衡算一般在哪项工作完成之后进行〔〕。
A 工艺路线与生产方法确实定
B 设备选型
C 车间平面立面布置
D 管道布置
2．化工计算包括工艺设计中的〔〕
A 物料衡算、能量衡算、设备计算
B 物料衡算、能量衡算、设备选型和计算
C 设备选型和计算、管路计算
D 物料衡算、能量衡算、管路计算
3．物料衡算基准有〔〕
A 时间
B 批
次
C 质量
D 体积
4．在化工计算中有一表达式为：生成目的产物的原料量/原料投料量 100%，请问以下哪一选择项正确：〔〕。
A 该式表示反响的转化率；
B 该式表示反响的选择性
C 该式表示反响的单程收率
D 都不是
5．转化率、选择性与收率是衡量一个化工过程的重要指标。
以下关于转化率、选择性与收率说法错误的选项是：
A 转化率是针对反响物而言的
B 选择性是针对目的产物而言的
C 转化率越高，选择性也越高
D 收率
等于转化率与选择性之积
二、填空题
1．化工计算包括工艺设计中的、以及设备选型和计算三个内容。
2．物料衡算的依据是。
3．物料衡算应用于两种情况：一种是对；另一种是对。
一、选择题参考答案
1A 2B 4C 5C
二、填空题参考答案
1物料衡算能量衡算
2守恒定律
3已有装置进行标定新装置进行设计。
【最新精选】第三章物料衡算
计算题：1. 在离心过程中将含有25％(质量比)的诺氟沙星料浆进行过滤，料浆的进料流量为2000Kg/h。
滤饼含有90％的固体，而滤液含有1％的固体，试计算滤液和滤饼的流量？（答案：1460.7Kg/h；539.3Kg/h）2.一精馏塔的进料流量为loooKg/h，组成(质量％)为：苯60％，甲苯25％，二甲苯15％。
精馏塔顶馏出物的组成(质量％)为：苯94％，甲苯3.5％，二甲苯2.5％。
塔底产物中的二甲苯占进料二甲苯的95％。
求馏出物、塔底产物的流量和塔底产物的组成。
（答案见下表）3.某药厂用清水吸收含有5%（体积）SO2的混合气，需处理的混合气量为1000m3/h，吸收率为90%，吸收水温20℃，操作压力1atm，试计算用水量。
已知SO2溶解度数据如下（20℃）：SO 2 [kgSO 2／100kg H 2O] 1 0.7 0.5 0.3 0.2 0.15液面上S02分压[mmHg] 59 39 26 14.7 8.4 5.8（答案：26100Kg/h ）4.过量10%的硫酸加到乙酸钙中制备乙酸，反应方程式如下：Ca(Ac)2+H 2SO 4 CaSO 4+2HAc反应收率为90%，未反应的乙酸钙和硫酸则从产物中分离出来，参见下面流程。
以100Kg/h 进料为基准，计算：（1）每小时的循环量。
（2）每小时制成的乙酸的千克数。
（答案：110Kg 乙酸钙/h ；760 Kg 乙酸/h ） 5.水杨酸钠从水溶液重结晶处理工艺是将每小时4500mol 含33.33%（mol ）的水杨酸钠新鲜溶液和另一股含有36.36%（mol ）水杨酸钠的循环液合并加入至一台蒸发器中，蒸发温度为120℃，用0.3MPa 的蒸汽加热。
从蒸发器放出的浓缩料液含49.4%（mol ）水杨酸钠进入结晶罐，在结晶罐被冷却，冷至40℃，用冷却水冷却（冷却水进出口温度5℃）。
然后过滤，获得含水杨酸钠结晶滤饼和含有36.36%（mol ）水杨酸钠的滤液循环，滤饼中的水杨酸钠占滤饼总物质量的95%。
第三章物料衡算习题2
Gc G2 = 1 − w2
代入式a得
w1 L ( H 2 − H 1 ) = Gc ⋅ 1 − w1
w2 − Gc ⋅ 1 − w2
L( H 2 − H 1 ) = Gc ( X 1 − X 2 )
Gc
——湿物料中绝干料的质量流量，
(VIII )
kg干料 ⋅ s −1
，
∴w =
X 1+ X
由
w=
X 1+ X
可推得
w X = 1− w
如图9-9所示，湿物料与热空气并流进入干燥器，连续操作
图3-20 干燥器物料衡算
对干燥器中的水分进行衡算：
LH 1 + G1 w1 = LH 2 + G2 w2
L( H 2 − H 1 ) = G1 w1 − G2 w2
(a )
Q Gc = G1 (1 − w1 ) = G2 (1 − w2 )
1.物料含水量的两种表示方法 湿基含水量 湿物料中水分的质量
湿物料的总质量
干基含水量
X
=
湿物料中水分的质量 湿物料中绝对干料的质量
X与W之间的换算关系的推导：设水分质量为 mw ,绝干料质量为 mc
mw w= m w + mc
X =
mw mc
则二式相除得
X m w + mc = = 1+ X w mc
∴L =
W H 2 − H1
(IX )
设单位空气消耗量为
l
kg干空气 ⋅ kg −1水分
L 1 l= = W H 2 − H1
若须选定风机型号，则须计算湿空气的流量
V'
m 3 ⋅ s −1
物料衡算练习
物料衡算练习：例5 在间歇釜式反应器中用浓硫酸磺化甲苯生产对甲苯磺酸，其工艺流程如图所示，试对该过程进行物料衡算。
已知每批投料量为：甲苯1000kg ，纯度99.9%(wt%，下同)；浓硫酸1100kg ，纯度98%；甲苯的转化率为98%，生成对甲苯磺酸的选择性为82%，生成邻甲苯磺酸的选择性为9.2%，生成间甲苯磺酸的选择性为8.8%；物料中的水约90%经连续脱水器排出。
此外，为简化计算，假设原料中除纯品外都是水，且在磺化过程中无物料损失。
解：以间歇釜式反应器为衡算范围，绘出物料衡算示意图。
原料甲苯：1000kg 纯度99.9% → 甲 苯 →磺化液浓硫酸：1100kg 纯度98% → 磺化釜→排水器脱水图中共有4股物料，物料衡算的目的就是确定各股物料的数量和组成，并据此编制物料平衡表。
对于间歇操作过程，常以单位时间间隔(一个操作周期)内的投料量为基准进行物料衡算。
进料：原料甲苯中的甲苯量为：1000⨯0.999=999kg 原料甲苯中的水量为：1000-999=1kg 浓硫酸中的硫酸量为：1100⨯0.98=1078kg 浓硫酸中的水量为：1100-1078=22kg进料总量为：1000+1100=2100kg ，其中含甲苯999kg ，硫酸1078kg ，水23kg 。
出料：反应消耗的甲苯量为：999⨯98%=979kg未反应的甲苯量为：999-979=20kg 主反应：副反应I副反应II110~140 C+ H 2O+ H 2SO 4CH 3SO 3H CH 3CH 3CH 3SO 3H+ H 2SO 4+ H 2O110~140 0CCH 3CH 33H + H 2SO 4+ H 2O110~140 C⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧水硫酸甲苯间甲苯磺酸邻甲苯磺酸对甲苯磺酸分子量 92 98 172 18反应生成的对甲苯磺酸量为：反应生成的邻甲苯磺酸量为： 反应生成的间甲苯磺酸量为：反应生成的水量为：经脱水器排出的水量为：(23+191.5)⨯90%=193.1kg 磺化液中剩余的水量为：(23+191.5)-193.1=21.4kg反应消耗的硫酸量为： kg未反应的硫酸量为：1078-1042.8=35.2kg磺化液总量为：1500.8+168.4+161.1+20+35.2+21.4=1906.9kg工艺优化例题：例1：为了提高某药物中间体的转化率，选择了三个有关因素进行试验，即反应温度（A)、反应时间（B ）、用碱量（C ），并确定了它们的试验范围（A,80～90℃; B ：90～150 分钟；C,5%～7%）。
物料衡算题目 (2)
食品工厂设计实训作业浓缩苹果汁生产苹果醋工段物料衡算姓名：袁玥班级：食品质量与安全2班学号：1311441059指导教师：杨俊杰提交日期：2016年5月4日已知：班产量1000kg,瓶装规格为275ml 的苹果醋的配方对其进行物料衡算。
一、浓缩苹果汁生产苹果果醋原料及产品规格表一 生产1吨苹果醋饮料消耗的原料和包装材料的定额65-78%，吸光度：<0.300，浊度：<1.0），酵母，醋酸菌干粉，纯净水。
二、工艺技术指标及基础数据表二 苹果醋生产技术指标和基础数据色泽：浅黄色。
香气：具有苹果香气，较为浓郁。
滋味：具有一定的酸味，有苹果滋味。
形态：呈透明状液体，长时间放置会有一定的沉淀。
杂质：无肉眼可见的漂浮物。
2、理化指标可溶性固形物：≧3.5%（20°折光仪测定）总酸：1.5-4.5g/L砷：≤0.2mg/kg铅：≤0.3mg/kg铜：≤5mg/kg食品添加剂按照GB2760的规定执行。
3、微生物指标菌落总数≤100cfu/ml大肠杆菌≤6MPN/100ml不能含有致病菌4、检验方法感官理化指标按照GB/T10972中的有关规定检验微生物指标按照GB4789.2,GB4789.中的有关规定检验重金属指标按照GB/T5009.11,GB/T5009.13中的有关规定检验菌落总数，大肠杆菌群按照GB4789.2，GB4789.3中的有关规定检验三、工艺流程图四.浓缩苹果汁生产苹果果醋物料衡算过程(一)、根据配方求出班产量为1000kg时各物料的投放量1、发酵液计算浓缩苹果汁：100kg纯净水：100×70%=(100＋纯净水)×10% 计算得纯净水600kg待发酵果汁：100＋600=700kg酒精培养液：700×2‰=1.4kg酒精发酵液：700＋1.4=701.4kg醋酸发酵液：701.4×15%=105.2kg发酵液：701.4＋105.2=806.6kg100kg 浓缩苹果汁生产苹果醋的衡算调配液：806.6×(6/1000＋2/1000＋7/1000＋7/1000)÷0.1=177.5kg2、生产1000kg苹果醋所需原料的衡算浓缩果汁需要量： 100÷36.44×1000=119.55kg纯净水需要量： 600÷836.44×1000=717.33kg酵母培养液需要量： ( 119.55＋717.33)×2‰=1.67kg醋酸菌培养液需要量： ( 119.55＋717.33＋1.67)×15%=125.78kg醋酸发酵液： 119.55＋717.33＋1.67＋125.78=964.33kg调配液： 964.33×(6/1000＋2/1000＋7/1000＋7/1000)÷0.1=212.15kg (二)、加工后的成品质量与正常损失浓缩苹果汁需要量：119.55－119.55×2%=117.16kg纯净水需要量： 717.33－717.33×3%=695.81kg酵母培养液需要量： 1.67－1.67×1.6%=1.64kg醋酸菌培养液需要量： 125.78－125.78×0.8%=124.77kg调配液： 212.15－212.15×1.3%=209.39kg成品醋计算：(212.15＋964.33)×(1－15%)=1000.008kg五、浓缩苹果汁生产苹果果醋物料衡算表项目每班实际量每天实际量每年实际量浓缩果汁需要量117.16kg 351.48kg 105444kg 纯净水717.33kg 2151.99kg 645597kg 酵母培养液 1.67kg 5.01kg 1503kg 醋酸菌培养液量125.78kg 377.34kg 113202kg 醋酸发酵液量964.32kg 2892.96kg 867888kg 调配液量212.15kg 636.45kg 190935kg 成品醋的量1000.008kg 3000.024kg 900007.2kg 工作日300天，采用四班三运转每班生产5000kg。
物料衡算作业
（1）设计一套从气体中回收丙酮的装置系统，并计算回收丙酮的费用。
系统的流程框图如图所示，要求由已知的条件，列出各物流的流率（kg/h），以便能确定设备的大小，并计算蒸馏塔的进料组分。
2
（mol）%丙酮
（2）某厂用空气氧化邻二甲苯生产苯酐。
原料流量为：205 kg/h邻二甲苯，4500 m3 (STP) /h空气。
从反应的计量关系可知，生成1 mol的苯酐需要反应掉1 mol的邻二甲苯。
经化验得到反应器出口气体组成如下：
试计算：邻二甲苯的转化率，苯酐的收率、反应的选择性；苯酐的年产量（年工作日按330天计算）。
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物料衡算练习：
例5 在间歇釜式反应器中用浓硫酸磺化甲苯生产对甲苯磺酸，其工艺流程如图所示，试对该过程进行物料衡算。
已知每批投料量为：甲苯1000kg ，纯度99.9%(wt%，下同)；浓硫酸1100kg ，纯度98%；甲苯的转化率为98%，生成对甲苯磺酸的选择性为82%，生成邻甲苯磺酸的选择性为9.2%，生成间甲苯磺酸的选择性为8.8%；物料中的水约90%经连续脱水器排出。
此外，为简化计算，假设原料中除纯品外都是水，且在磺化过程中无物料损失。
解：以间歇釜式反应器为衡算范围，绘出物料衡算示意图。
原料甲苯：1000kg 纯度99.9% → 甲 苯 →磺化液
浓硫酸：1100kg 纯度98% → 磺化釜
→排水器脱水
图中共有4股物料，物料衡算的目的就是确定各股物料的数量和组成，并据此编制物料
平衡表。
对于间歇操作过程，常以单位时间间隔(一个操作周期)内的投料量为基准进行物料衡算。
进料：
原料甲苯中的甲苯量为：1000⨯0.999=999kg 原料甲苯中的水量为：1000-999=1kg 浓硫酸中的硫酸量为：1100⨯0.98=1078kg 浓硫酸中的水量为：1100-1078=22kg
进料总量为：1000+1100=2100kg ，其中含甲苯
999kg ，硫酸1078kg ，水23kg 。
出料：反应消耗的甲苯量为：999⨯98%=979kg
未反应的甲苯量为：999-979=20kg 主反应：
副反应I
副反应II
110~140 C
+ H 2O
+ H 2SO 4
CH 3
SO 3H CH 3
CH 3
CH 3
SO 3H
+ H 2SO 4
+ H 2O
110~140 0C
CH 3
CH 3
3H + H 2SO 4
+ H 2O
110~140 C
⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪
⎨
⎧
水硫酸甲苯间甲苯磺酸邻甲苯磺酸对甲苯磺酸
分子量 92 98 172 18
反应生成的对甲苯磺酸量为：
反应生成的邻甲苯磺酸量为： 反应生成的间甲苯磺酸量为：
反应生成的水量为：
经脱水器排出的水量为：(23+191.5)⨯90%=193.1kg 磺化液中剩余的水量为：(23+191.5)-193.1=21.4kg
反应消耗的硫酸量为： kg
未反应的硫酸量为：1078-1042.8=35.2kg
磺化液总量为：1500.8+168.4+161.1+20+35.2+21.4=1906.9kg
工艺优化例题：
例1：为了提高某药物中间体的转化率，选择了三个有关因素进行试验，即反应温度（A)、反应时间（B ）、用碱量（C ），并确定了它们的试验范围（A,80～90℃; B ：90～150 分钟；C,5%～7%）。
试验目的是为了搞清楚因子A 、B 、C 对转化率指标有什么影响，哪些是主要的，哪些是次要的，从而确定最佳工艺条件。
（1）找出制表因子，确定水平数
CH 3
CH 3
SO 3H
+ H 2SO 4
+ H 2O
110~140 0C
8.1500%8292172979=⨯⨯kg 4.168%2.992
172979=⨯⨯kg
1.161%8.892172979=⨯⨯kg
5.1919218979=⨯kg 8.10429298979=⨯
对A 、B 、C三个因子分别确定以下三水平。
进行试验并记录结果
计算方法如下：
K1A = x1 + x2 + x3 = 31+54+38=123
k1 = K1A/3=123/3=41
K2A = x4 + x5+ x6 =53+49+42=144
k2 = K2A/3=144/3=48
K3A = x7 + x8+ x9 = 57+62+64=183
k3 = K3A/3=183/3=61
同理可以算出：
K1B = x1 + x2 + x3 = 31+53+57=141
k1 = K1B/3=141/3=47
K2B = x4 + x5+ x6 =54+49+62=165
k2 = K2B/3=165/3=55
K3B = x7 + x8+ x9 = 38+42+64=144
k3 = K3B/3=183/3=48
对于C与此同理
①获得试验结果
从表中9个试验中直接用转化率最高的试验号9号，此反应条件（反应温度90 ℃，反应时间150 min ，用碱量6％）作为最佳反应条件，代表性较好。
②计算分析试验结果 80℃
85℃
90℃
③分析试验结果
极差R 的大小可用衡量试验中相应因子作用的大小。
因子水平完全一致时，R 大的因素为主要影响因素，R 小的因素为次要影响因素。
本例中主要影响因素A （温度）。
K1、K2、K3中数据最大者对应的水平为最佳水平，即转化率最高。
本例中的最佳水平组合为
A 3
B 2
C 2,即最佳工艺条件为反应温度90 ℃，反应时间120分钟，用碱量6％。
413
38
543111=++==-X K 483
42
495322=++==-X K 613
64
625733=++==-X K 20416113=-=-=K K R。