第二章 物料衡算
化工计算与软件应用(包宗宏)2
OVHD
FEED
COLUMN
5000 lbmol/hr
10 mole % acetone
90 mole % water
BTMS
南
京 工
Specification: 99.5 mole % acetone recovery
业
大 学
Ideal
Equation of
Activity Coefficient
“App”文件夹：对对 子各于 组电分种解，化质各过级工程电过，离数过程据程完包的文反整件应模中方包程拟含式的了、体化文系学件中 反的 应；全 平部 衡分 常子 数组 与分 各与 离离 子
对的二元交互作用参数。以软件自带的“.bkp” 数据包文件作为模
拟计算的起点，可以免除物性方法选择、反应方程式输入等步骤，
8/40
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。
(2)选定计算基准。温度的因次可采用“℃”或“K”，压力 的因次可采用“kPa”、“atm” 或其它，压力基准可选用绝对压 力或表压。
物流量的计算基准可选质量基准、摩尔基准、体积基准。对
南 京
于连续生产，以“s、h、d”作为投料量或产品量的时间基准。
工 业
用模拟软件进行衡算时，以单位时间的投料量为起点进行计
包
Approach State Approach Model Approach
物料衡算
第一节物料衡算式4－1 化工过程的类型化工过程根据其操作方式可以分成间歇操作、连续操作以及半连续操作三类。
或行将其分为稳定状态操作和不稳定状态操作两类。
在对某个化工过程作物料或能量衡算时，必须先了解生产过程的类型。
间歇操作过程：4－2 物料衡算式物料衡算是研究某一个体系内进、出物料量及组成的变化。
根据质量守恒定律，对某一个体系，输入体系的物料量应该等于输出物料量与体系内积累量之和。
所以，物料衡算的基本关系式应该表示为；如果体系内发生化学反应，则对任一个组分或任一种元素作衡算时，必须把由反应消耗或生成的量亦考虑在内。
所以(4—1)式成为：上式对反应物作衡算时．由反应而消耗的量，应取减号，对生成物作衡算时，由反应而生成的量，应取加号。
但是，列物料衡算式时应该注意，物料平衡是指质量平衡，不是体积或物质的量(摩尔数)平衡。
若体系内有化学反应，则衡算式中各项用摩尔／时为单位时，，必须考虑反应式中的化学计量系数。
出为反应前后物料中的分子数不守恒。
第二节物料衡算的基本方法进行物料衡算时，为了能顺利地解题，避免错误，必须掌握解题技巧，按正确的解题方法和步骤进行。
尤其是对复杂的物料衡算题，更应如此，这样才能获得准确的计算结果。
4－3 画物料流程简图方法求解物料衡算问题，首先应该根据给定的条件画出流程简图。
图中用简单的方框表示过程中的设备，用线条和箭头表示每个流股的途径和流向。
并标出每个流股的已知变量（如流量、组成)及单位。
对一些未知的变量，可用符号表示。
4—4 计算基准及其选择进行物料、能虽衡算时，必须选择一个计算基准。
从原则上说选择任何一种计算基准，都能得到正确的解答。
但是，计算基准选择得恰当，可以使计算简化，避免错误。
对于不同化工过程，采用什么基准适宜，需视具体情况而定，不能什硬性规定。
根据不同过程的特点，选样计算基准时，应该注意以下几点：1. 应选择已知变量数最多的流股作为计算基准。
2.对液体或固体的体系，常选取单位质量作基准。
食品工程原理 第二章 衡算方程
qm1
m
qm2
dm
qm1 - qm2 d 流动为稳定流动时，积累量为零，上式即转化为连续性方程。
（二）无化学反应的多组分系统 对单个组分分别进行质量衡算：
qm 2i
- qm1i
dmi
d
0
qm 2 w2 i
- qm1w1i
dmi
d
0
对于n个组分，可写出n个衡算方程，加上总衡算方程，共
在无物料损失的情况下，对于稳态过程，应有：
m
n
qm1i qm2 j
i 1
j 1
m
n
qm1i w1iA qm2 j w2 jA
i 1
j1
解简单流动系统质量衡算问题的步骤： （1）画出过程框图，标出物料的名称、物料量、组分浓 度、温度、密度等； （2）选择计算基准； （3）列物料衡算方程，对每一种组分均可作物料衡算， 然后解此方程组。
qn2 x2i
- qn1 x1i
dni
d
Ri
总质量衡算式：
dn
qn2 - qn1 d R
总摩尔生成速率R应根据反应的化学计量关系确定。可以 选择一种产物或生成物作为基准，用此基准来表示其它组 分的摩尔生成速率。
[例2-1-3]甲醇的制造按下列反应式进行：
CO+2H2
CH3OH
生产流程如附图所示，将反应气体通入以ZnO-Cr2O3为催
01 2
01 2
解：选择附图中虚线所示的范围为控制体，其控制面为截面
S1、S2和靠近大管内壁的流体层（不包括管壁）。由于流体 作一维流动，流速u与ux相等，并且流速与截面S1、S2的法
线方向平行，cosa=±1。在湍流条件下，截面上的速度分布
物料衡算
三.工艺设计计算3.1 物料横算3.1.1物料衡算的意义物料横算，是在已知产品规格和产量前提下算出所需原料量、废品量及消耗量。
同时，还可拟定出原料消耗定额，并在此基础上做能量平衡计算。
通过物料横算可算出：(1)实际动力消耗量(2)生产过程所需热量或冷量(3)为设备选型、决定规格、台数（或台时产量）提供依据(4)在拟定原料消耗定额的基础上，可进一步计算日消耗量，每小时消耗量等设备所需的基础数据。
综上所述，物料衡算是紧密配合车间生产工艺设计而进行的，因此，物料衡算是工艺设计过程的一项重要的计算内容。
3.1.2物料横算的方法塑料制品的生产过程多采用全流程、连续操作的形式。
物料衡算的步骤如下：(1)确定物料衡算范围，画出物料衡算示意图，注上与物料衡算有关的数据。
物料衡算示意图如下：(2)说明计算任务。
如：年产量、年工时数等。
(3)选定计算基准。
生产上常用的计算基准有：①单位时间产品数量或单位时间原谅投入量，如：kg/h，件/h，t/h（连续操作常采用此种基准）；②加入设备的原料量（间歇操作常采用此种基准）。
(4)由已知数据，根据下列公式进行物料衡算：ΣG1=ΣG1+ΣG3式中：ΣG1——进入设备的物料量总和ΣG2——离开设备的正品量和次品量总和ΣG3——加工过程中物料损失量总和(5)收集数据资料。
一般包括以下方面：①年生产时间：连续生产300~350 d间歇生产200~250 d连续生产时，年生产的天数较多，在300d左右，其他时间将考虑全长检修，车间检修或5%~10%意外停机。
当间歇生产时，就要减去全年的休息日，目前为双休日加上法定假日全年约为110d，所以间歇生产比连续生产少110个工作日。
总之，确定了每年有效地工作时数后就能正确定出物料衡算的时间基准，算出每小时的生产任务，进而在以后的计算中选定设备的规格。
具体的选择天数要通过分析得出。
②有关定额、合格率、废品率、消耗率、回收率等。
在任何一个产品加工过程中，合格产品都不是百分之百。
物料衡算
4．选择物料计算基准
•计算基准即作物料衡算时先确定的某一股物料的量。
•在物料、能量衡算中，计算基准的选取至关重要，从 原则上说选择任何一种计算基准，都能得到正确的解 答。
•在一般化工计算中，根据过程的特点选择计算基准大 致可以从以下几个方面考虑：
（1）时间基准：以一段时间的投料量或产量作基准
（2）质量基准：当系统为液、固相时，选择一年的质 量原料或产品作为计算准则
第一节 概述 第二节 物理过程的物料衡算 第三节 化学过程的物料衡算 第四节 连续过程的物料衡算 第五节 物料流程图
学习目标和重点
重点：
✓ 物料衡算的作用、任务 ✓ 物料衡算一般工程式及基本概念，物料衡算方法及步骤 ✓ 物理过程的物料衡算（吸收过程的物料衡算，整流过程的物料
衡算，干燥过程的物料衡算，萃取过程的物料衡算） ✓ 化学反应过程的物料衡算（简单的反应器，复杂的反应器） ✓ 连续的物料衡算（串联，并联和旁路，循环）
根据不同过程的特点，选择计算基准时，应 该算基准。
对液体或固体的体系，常选取单位质量作基准。
对连续流动体系，用单位时间作计算基准有时较 方便。
对于气体物料，如果环境条件（如温度、压力） 已定，则可选取体积作基准。
对于间歇体系，可选择加入设备的批量作基准。
系统）
2、非稳定操作状态 非稳定操作时，积累的物料量不为零 （1）有化学反应 输入的物料量－输出的物料量－反应消耗的物料量
+反应生成的物料量=积累的物料量 即为通式。 （2）无化学反应
输入的物料量－输出的物料量=积累的物料量
四、物料衡算的基本方法和步骤
进行物料衡算时，必须首先确定衡算的体系。 所谓体系就是物料衡算的范围，它可以是一个设备或 几个设备，也可以是一个单元操作或整个化工过程， 可以根据实际需要人为地选定，体系的确定以能简化 解题为原则。
化工中物料衡算和热量衡算公式
化工中物料衡算和热量衡算公式一、物料衡算公式1.物料总量计算公式物料总量计算公式可以根据物质的密度（ρ）和体积（V）来计算。
公式如下：物料总量=密度×体积2.物料质量计算公式物料质量计算公式可以根据物质的密度（ρ）、体积（V）和物质的质量（m）之间的关系得出。
公式如下：质量=密度×体积3.物料浓度计算公式物料浓度计算公式可以根据溶质的质量（m）和溶液的体积（V）来计算。
公式如下：浓度=质量/体积4.溶液的重量和体积之间的关系溶液的重量可以根据溶液的密度（ρ）和溶液的体积（V）相乘得到。
公式如下：重量=密度×体积1.热量传递计算公式热量传递计算公式可以用于计算传热功率（Q）和传热面积（A）之间的关系。
公式如下：Q=h×A×ΔT其中，h为传热系数，ΔT为温差。
2.物料的热量计算公式物料的热量计算公式可以根据物料的质量（m）、比热容（Cp）和温度变化（ΔT）来计算。
公式如下：热量=质量×比热容×温度变化3.水的蒸发热计算公式水的蒸发热计算公式可以根据水的质量（m）和蒸发热（ΔHvap）来计算。
热量=质量×蒸发热三、补充说明1. 密度（ρ）是物质单位体积的质量，常用的单位有千克/立方米（kg/m^3）或克/立方厘米（g/cm^3）。
2. 比热容（Cp）是物质单位质量的热容量，表示单位质量物质温度升高1℃所需的热量，常用的单位是千焦/千克·℃（kJ/kg·°C）或焦/克·℃（J/g·°C）。
3.传热系数（h）是衡量热传导性能的参数，表示单位面积上的热量流入或流出的速率，常用的单位是瓦特/平方米·℃（W/m^2·°C）。
4.温度变化（ΔT）是物质的温度差，常用的单位是摄氏度（℃）或开尔文（K）。
5. 蒸发热（ΔHvap）是物质从液态转变为气态所需的热量，常用的单位是焦耳/克（J/g）或千焦/千克（kJ/kg）。
(2)物料衡算及设备选型
目 录 上 一 页 下 一 页 退 出
设备选型方法：
1. 应根据每一个品种 单位时间（小时或分钟）产量 的物料
平衡情况和设备生产能力来确定所需设备的台数；
2. 若有几种产品都需要共同的设备，在不同时间使用时，应 按处理量最大的品种所需要的台数来确定； 3. 关键设备应考虑有备用设备； 4. 后道工序设备的生产能力要略大于前道工序。
■真空浓缩设备：
（按加热器结构分有）盘管式、中央循环式、升膜 式、降膜式、片式、刮板式、外加热式等。
■排气设备、杀菌设备：
立式、卧式、常压连续式、回转式等。
3、热处理设备
（1）热交换设备
■列管式热交换器：广泛应用在蕃茄汁/果汁/乳品等液体食 品的生产过程中，大多用作高温短时或超高温短时杀菌 和杀菌后的及时冷却； ■板式热交换器：用于牛奶高温短时或超高温杀菌，也可 作为食品液料的加热杀菌和冷却； ■辊筒式杀菌器：一般作鲜奶及稀奶油的消毒，适于中小 型乳品厂； ■夹层锅：用于物料的热烫/预煮，调味液配制及熬煮一些 浓缩产品； ■连续预煮机：广泛用于蘑菇/青刀豆/青豆/蚕豆等各种原料 的预煮。
５、 设备结构 合理， 材料性能 可适应各种工作条 件（如温度、湿度、压力、酸碱度等）。 ６、在温度、压力，真空度、浓度，时间、速度， 流量、液位，计数和程序等方面有合理的控制系 统，并尽量采用自动控制方式。
二、食品工厂主要设备的选择
【食品厂设备类型】
食品工厂生产设备大体可分四个类型：
计量和储存设备 通用机械设备
9．原材料单耗 (1)主原料(t/t产品) (2)辅料(t/t产品) (3)水(t/t产品) (4)电(kWh/t产品) (5)蒸汽(t/t产品) (6)冷量(kJ/t产品) 10．总投资(万元) (1)设备价值 (2)材料费 (3)运杂费 (4)建筑工程费 (5)工资 (6)其他
化工——第二章_3(衡算)
分析： 求流量qv 已知d 求u 直管
qv 3600u
判断能否应用？
4
d2
任取一截面
气体
柏努利方程
解：取测压处及喉颈分别为截面1-1’和截面2-2’
截面1-1’处压强 ：
P1 Hg gR 13600 9.81 0.025 3335 Pa(表压）
截面2-2’处压强为 ：
1.20kg / m
2
3
2
u1 3335 u 2 4905 2 1.20 2 1 .2
化简得：
u 2 u1 13733
由连续性方程有：
2
2
(a)
2
u1S1 u2 S 2
0.08 d1 u1 u 2 u1 d 0.02 2
求△Z
柏努利方程
并以截面2-2’的中心线为基准水平面，在两截面间列柏努利
方程式：
u p1 u2 p2 gZ1 H e gZ 2 hf 2 2
2 1
2
式中： Z2=0 ；Z1=?
P1=0(表压) ； P2=9.81×103Pa(表压）
qv qv 5 u2 1.62 m / s 2 S d 2 3600 0.033 4 4
④静压能（流动功）
1 2 单位质量流体所具有的动能 u ( J / kg ) 2
通过某截面的流体具有的用于
克服压力功的能量
流体在截面处所具有的压力
F pS
流体通过截面所走的距离为
V pV ( J ) 流体通过截面的静压能 Fl pS S V 单位质量流体所具有的静压能 p p / ( J / kg ) m
工厂设计-物料衡算
➢ 物料衡算是化工计算的主要内容之一。 ➢ 化工计算包括工艺设计中的物料衡算、能量
衡算、设备选型及计算三部分内容。
➢ 物料衡算是工艺计算的基础，在整个工艺计 算工作中开始的最早，并且是最先完成的项 目。
➢ 当生产方法确定并完成了工艺流程示意图设 计后，即可进行物料衡算。
➢ 由此设计工作由定性分析转入定量计算。
4.2.3 食品机械结构特征代号是表示食品机械的主要工作部件 动作的形式（如冲、印、滚、压等），用汉语拼音第一个大写 字母表示。
4.2.4 食品机械生产能力代号是表示食品机械在单位时间内， 所加工出的产品的实际能力，用阿拉伯数字表示。应以kg/h、 L/h、m/h、m3/h、瓶/h、只/h等为计量单位。
18
■ 物料衡算是设备选型的根据，而设备选型则 要符合工艺的要求。设备选型是保证产品质量 的关键和体现生产水平的标准，又是工艺布置 的基础，并且为动力配电，水、汽用量计算提 供依据。
■设备选型应根据每一个品种单位时间（小时 或分）产量的物料平衡情况和设备生产能力采 确定所需设备的台数。若有几种产品都需要共 同的设备，在不同时间使用时，应按处理量最 大的品种所需要的台数来确定。对生产中的关 键设备，除按实际生产能力所需的台数配备外， 还应考虑有备用设备。后道工序设备的生产能 力要略大于前道工序，以防物料积压。
豆制品 加工机
械
冷饮加 工机械
肉类蛋 品加工
机械
G
糕点（饼干）成型加工机械及包馅、油炸、蒸制等 加工机械和包装机械
T
糖果制品成型加工机械和设备及熬糖、包糖等机械
D
豆类、淀粉类加工机械及其除杂、清洗、破碎等机 械
L
小型汽车水饮料加工设备及冷冻食品等加工机械
第二章 物料衡算
基准：1kg进料
(对于蒸馏塔∵四个未知数，∴应列四个独立方程：总1、组分1、其他2)
总物料：1+R=B+D C5H12组分：0.5×1+0.95R=0.04B+0.95D 另外： 解得： D=W+R
⑴ ⑵ ⑶
R/W=0.6
⑷
W=0.51(kg)；B=0.49(kg)；R=0.31kg)；D=0.82(kg)
第二节
物料衡算的基本方法
进行物料衡算时，为了避免错误，必须掌握解
题技巧，按正确的解题方法和步骤进行。 物料衡算的一般步骤：（P77）
1、收集计算数据。 如，流量、温度、压力、浓度、密度等。这些
数据，在进行设计时，常常是给定值。如果从生产
现场收集，应尽量准确。 2、画出物料流程简图。 在图中，应注明所有已知和未知变量，并标出 每个流股编号。使衡算思路更明朗。
F物流：X f1 X f 2 ...... X f k 1 P物流：X p1 X p2 ...... X pk 1 W物流：X w1 X w2 ...... X wk 1
所以，在组分物料衡算式中,任意一个组分的
质量分数均可用其它组分的质量分数替换。即， 在K个组分衡算式中，只有(K-1)个方程是独立的。 所以，对于简单过程，若有K个组分的(K+1)个 物料衡算式中，K个衡算式是独立的。
(各精馏塔为一个设备，则有 2个设备、有6个独立方程)
物料衡算方程： 对于塔Ⅰ： 总物料 对于苯 1000=S2+S3 0.5×1000=0.95 S2+X3BS3 ⑴ ⑵
对于甲苯
0.3×1000=0.03 S2+X3TS3
⑶
对于塔Ⅱ：
名词解释物料衡算法
名词解释物料衡算法
物料衡算法（Material Balance Method）是一种基于质量守恒定律的物料管理方法，它用于计算和监控生产过程中的物料流动和消耗。
物料衡算法的核心原则是，进入系统的物料总量必须等于系统中物料的变化量加上离开系统的物料总量。
这种方法可以用来分析生产过程中的物料效率，识别物料的损失和浪费，以及优化物料的使用。
物料衡算法的关键步骤包括：
1. 定义系统边界：确定物料衡算的起始点和结束点，即物料的流入和流出点。
2. 物料流量测量：测量进入和离开系统的物料的数量和质量。
3. 物料平衡计算：计算物料的流入量、流出量和系统内的变化量，确保它们之间符合质量守恒定律。
4. 数据分析：分析物料平衡数据，识别物料的损失、效率低下或不符合预期的流动路径。
5. 优化建议：基于物料平衡分析的结果，提出改进物料管理的建议，如减少浪费、提高物料利用率等。
物料衡算法在化工、冶金、食品和饮料等行业中广泛应用，有助于企业提高资源利用效率，降低成本，并实现可持续发展。
1。
化工设计--物料衡算
目录
•1 •概述
•2 •计算中用的基本量
•3 •物理过程的物料衡 算
•4 •化学反应的物料衡算
物理过程的物料衡算
无化学反应发生 属于化工单元操作过程的衡算如过滤、混
合、吸收、干燥、结晶、精馏等
•1. 过滤： 用过滤设备把液固分开的操作
例：在过滤机中把含有25%（质量%）固体的浆料进行 过滤，现在料浆的进料量为2000kg/h 滤饼含有90%固 体，滤液含1%固体。试计算滤液，滤饼的量（设过滤 有一个稳态连续过程）
•2）非理想溶液 •活度系数，ri＝ai/ xi •由范拉尔方程或威尔逊方程求得
•7. 气液平衡常数
•1）完全理想系 •低压下组分结构十分相似的溶液
•2）理想系 •中压(< 1.5~2.0Mpa)的理想溶液
•7. 转化率x、收率Y 和选择性S
•Y = Sx
•限制反应物 •过量反应物
•起始量的选择： •连续反应器 反应器进口处原料的状态为起始状态 •间歇反应器 反应开始时的状态为起始状态 •串联反应器 进入第一个反应器的原料组成为计算基准
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 骤据
➢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）
生产规模在设计任务书中已有，若是中间车间应根据消耗 定额来确定生产规模，要考虑物料在车间回流的情况。 大型化工厂一般8000小时/年 对要经常维修或试验性车间一般7200小时/年 很少的厂可达8400小时/年
•2. 蒸发：把溶质不挥发的溶液加热至沸腾，使溶剂气化
(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。
化工基础全部计算公式
公 式第一章绪论物料衡算：进入系统的物料量＝出系统的物料量＋系统的积累量无积累量则：进入系统的物料量＝出系统的物料量能量衡算：体系能量增量＝体系与环境交换的能量第二章流体流动与输送１、密度m v ρ= 比体积1V m νρ== 气体的密度1122m M M y M y =+m pMv RTρ== 平均摩尔质量1122m M M y M y =+２、流体的压强（压力）Pp A=绝压＝表压＋大气压 绝压＝表压－真空度 ３、流体静力学基本方程式：211220()p p Z Z g p p h g ρρ=+-=+或 ４、液注压力计（Ｕ形管压差计） ①正置②12()i p p p Rg ρρ∆=-=-倒置12()i p p p Rg ρρ∆=-=-５、伯努利利方程式：①单位质量2212112222f u u Zg p E Z g p E ρρρρρρ+++=+++②单位体积221112211222f p p Z g u E Z g u E ρρ+++=+++６、直管阻力22L l u E d λ=或22L l u h d gλ=当量长度法22e c l u E d λ= 阻力系数法22c u E ζ= 总阻力22e f l l u E d λ+=∑和2()2f l u E d λζ=+∑ 降低阻力的途径阻力还可表示为225()81e sf l l V E d λπ+=∑７、有效功率s s N W E V Hg ρ== 轴功率a NN η=８、汽蚀余量211()2v p p u h g g g ρρ∆=+-８、最大安装高度1v g f p ph h h g gορρ=---∆ 第四章传热 １、平壁12()Q A t t λδ=- 圆筒壁1211(ln )n i i i i L t Q r r πλ=∆=+∑或1211(ln )ni i ii L tQ d d πλ=∆=+∑ ２、对流给热()w tQ A T T λδ=-令λαδ=传热系数111i iK R R i οοδαλα=++++和11i m i iK d d dR R d d id οοοοοοδαλα=++++和111iiiK οοοαααααα==++第六章吸收B B A AA A Ax M W x M x M =+A AA A BA BW M x W W M M =+*A A AmX Y 1(1m)X =+-或*A Y m A X =第七章蒸馏B A A Bp pX p p οοο-=-A A A p x y pο=1(1)AA Ax y x αα=+-minmin 1D q D qx y R R x x -=+- min D q q qx y R y x -=-1(1)FF Fx y x αα=+-第八章干燥w w g gn M H n M =w wg wn p n p p =- 0.622ssp H p p ϕϕ=-0.622w wp H p p =- 00100wsp p ϕ=⨯ (0.622)SpHH p ϕ=+273(0.773 1.244)273H t V H +=+⨯()H g w I c t c t r H ο=++(1.01 1.88)2490H t H =++ 1w a X a=-或1wwX a X =+ 21()W L H H =-或21l H H ο=-总硬度: (毫克当量/升) =2EDTA EDTA M V V ⨯水样×1000CaO 毫克/升=10001000Ca EDTA EDTAF M V V ⨯水样×1000=EDTA EDTA Ca M V F V 水样×10002H In -紫红色(＜6.3)21H In -蓝色(6.3~11.55)3In -橙色(PH ＞11.55) M gIn - (酒红色)。
物料衡算的步骤与方法
物料衡算的步骤与方法以物料衡算的步骤与方法为标题，写一篇文章物料衡算是企业在生产过程中进行的一项重要工作，它能帮助企业准确计算和控制物料的使用量，从而提高生产效率和降低生产成本。
本文将介绍物料衡算的步骤和方法，帮助读者了解如何进行物料衡算。
一、物料衡算的步骤物料衡算的步骤主要包括以下几个方面：1. 确定衡算对象：首先需要确定需要进行物料衡算的对象，可以是整个生产过程、某个工序或者某个产品。
2. 收集数据：收集与衡算对象相关的数据，包括物料的用量、损耗率、成本等。
这些数据可以通过生产记录、库存管理系统等途径获取。
3. 分析数据：对收集到的数据进行分析，计算出每个物料在衡算对象中的使用量和成本。
可以通过数学统计和数据挖掘等方法进行分析。
4. 制定衡算方案：根据分析结果制定物料衡算方案，确定每个物料在不同生产阶段的使用量和成本。
可以根据不同的衡算对象和目的制定不同的方案。
5. 实施衡算方案：根据制定的衡算方案，将其应用到实际生产中，监控物料的使用量和成本，并及时进行调整和优化。
6. 审核和验证：对衡算结果进行审核和验证，确保其准确性和可靠性。
可以通过抽样检验、比对实际产出和理论产出等方式进行验证。
7. 持续改进：根据衡算结果和验证情况，进行持续改进，优化物料的使用量和成本，提高生产效率和降低成本。
二、物料衡算的方法物料衡算的方法可以根据具体情况选择，常用的方法包括：1. 标准成本法：根据产品的设计要求和生产工艺，确定每个物料在生产过程中的使用量和成本，以此作为衡算的标准。
2. 直接成本法：根据实际的生产情况，统计每个物料在生产过程中的使用量和成本，以此作为衡算的依据。
3. 统计分析法：通过对历史数据进行统计分析，得出物料的平均使用量和成本，以此作为衡算的参考。
4. 动态调整法：根据实际生产情况，及时调整衡算方案，以适应生产的变化和需求。
5. 标准工时法：根据物料的使用量和生产工艺，将物料的使用量转化为标准工时，以此作为衡算的依据。
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质量流量W: 单位时间内流经设备的流体质 量。单位: Kg/min; kg/s
12
流体的线速度: 流体每单位时间在流动的方
向上所流经的距离。m/s u=Vo/A
摩尔流量: 单位时间内流经设备的流体的物
质的量。单位: Kmol/h; kmol/min; kmol/s
质量流量、体积流量、线速度之间的关系: W=Voρ= uAρ
※
对于只有一个或两个循环物流的简单情况，只要
计算基准和系统边界选择适当，计算常常可以简化。
※ 一般在衡算时，先进行总的过程的衡算，再对循
环系统列出方程式求解。
33
例4.9
34
35
例：乙苯用混酸硝化，原料（工业用）乙苯的纯
度为95%，混酸中(HNO332%、H2SO456%、
H2O12%)，HNO3过剩率（HNO3过剩量与理论消耗 量之比）为0.052，乙苯的转化率99%，转化为对、
但随温度的变化较显著。常温常压的密度易得
ρ1 =ρ0 + αT + βT2 + γT3
式中ρ1－ 液体的密度； α、β、γ－ 常数
17
5、多组分液体混合物的密度 液体混合时体积变化不大
1/ρ= Σ(ωi/ρi)
ωi － i组分的质量分数
18
6、 多组分液体混合物的体积流量
（1）产量为已知时按反应计量式折算原料的质量流量。
液在常压、19℃的密度 。
4） 反应物密度为250kg.m-3，每天生产2400Kg 乙酸丁脂，如果要求乙酸转化率为50%，求初始 浓度CA0与原料流量。乙酸与丁醇摩尔比相等。
43
5）含有苯（B）、甲苯（T）、二甲苯（X）
分别为50%、30%、20%的混合物，以 30000kg/d的流量进入一个由两座精馏塔组成
氯苯的收率；
反应的选择性；
反应生成的氯化氢总量；
反应消耗的氯气总量。 78，112.5，147，181.5
21
解: 以100产物氯苯为计算基准。苯、氯苯、二氯苯、三
氯苯的分子量分别为78，112.5，181.5。按此基准出口
产品混合物中有苯200kg，氯苯100kg，二氯苯8kg，三
算不能算出循环量。 这类问题有两种解法。 (1) 试差法：估计循环流量，继续循环至循环回流的那一 点。 一直计算到估计值与计算值之差在一定误差范围内。
将估计值与计算值进行比较，并重新估计一个循环值，
32
(2) 代数解法：在循环存在时，列出物料平衡方程式，
并求解。一般方程中以循环量为未知数，
应用联立方程的方法求解。
39
(5)反应消耗乙苯： 剩余乙苯：
（6）反应消耗HNO3：
剩余HNO3： （7）反应生成的H2O：
40
最后将物料衡算列成表格：
41
42
作业：1） 一混合物中苯和甲苯的质量分数分别为
0.4和0.6, 求苯和甲苯的摩尔分数。 2） 混合物中乙醇和水的质量分数分别为 0.6和0.4, 求此混合物的平均分子量。 3） 常压19℃下, 液体乙醇的密度为0.795g/cm3,水的 密度为0.9982g/cm3,估算质量分数为30%的乙醇水溶
邻、间位分别为52%、43%和4%，若年产300吨
对硝基乙苯，年工作日300天，试以一天为基准作
硝化反应的物料衡算。
36
解：1）每天应生产的对硝基乙苯的量为： 300× 1000/300=1000kg （2）每天需投料乙苯：
106 .17 1000 1351kg x 151 .17 0.52
单元时间作为空间基准和时间基准。
衡算式：对任一组分A在单元时间Δτ、单元体积ΔV内：
[A的进入量] =[A的积累量]+[A的离开量]+[A的反应量]
目的：给出反应物浓度或转化率随反应器内位置或时
间变化的函数关系。
5
三、物料衡算的基本方程式
微元时间，微元体积内: W入 = W出 + W消耗 + W累积
“化工三算”
反应器计算依据： 物料恒算 热量恒算
设备计算
1
反应器计算基本方程式
反应器计算中所应用的基本方程式：
－物料衡算式；
－热量衡算式；
－反应动力学方程式； －动量衡算式（较大压力降并影响反应速 度）。
2
2.5
物料衡算
一、物料衡算的目的
（1）原材料消耗定额，判断是否达到设计要求。 （2）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。 （3）作为热量计算的依据。
苯，主反应为：
C6H6 + Cl2
式如下：
C6H5Cl + HCl
同时有副反应发生，生成二氯苯和三氯苯， 反应
C6H6 + 2Cl2 C6H6 + 3Cl2
C6H4Cl2 + 2HCl C6H3Cl3 + 3HCl
20
已知鼓泡反应器的产物中， 主、副反应产物和未反 应的苯的重量比为：
氯苯：二氯苯：三氯苯：苯=1：0.08：0.016：2， 求 苯的转化率；
Vo =(G1+G2+U惰)/ρ混 CAO= (ωA G/ MA )/ Vo
（2）已知反应混合物的密度求初始浓度。
CAO=1×ρ混/ (1×MA+Mini)
ni －A 为基准(1摩尔)时的其它物质的摩尔比。
19
八、物料衡算例题
1、 直接使用反应计量方程作物料衡算
例4.5 在鼓泡反应器中进行苯的氯化反应生成氯
氯苯1.6kg，需要加入反应器的苯量计算如下（100%）：
22
23
24
25
2、 复杂反应体系使用产物、副产物 各自的收率数据作物料衡算
化工生产中，比较方便的办法是到生产现场或中 间试验厂实测主产物和副产物各自的收率。如果
设计的项目，它的生产条件与实测收率的生产条
件相近，就可以用生产现场或中试得到的收率来 做物料衡算。
(1) 物理变化过程衡算：总质量或总分子物质的量恒等； (2) 化学反应过程衡算： 原子的总量衡算等 。
6
四、物料衡算的基准
（1）时间基准
连续操作过程，单位时间可取1d、1h、或1s等
（2）批量基准
间歇操作过程，按投入一批物料的数量为基准
（3） 质量、量、体积等为基准
7
26
27
28
29
3、 带有物料循环的流程的物料衡算
带有物料循环的流程示意图
30
对循环系统来说，有单程转化率、单程收率和总
转化率、总收率之分，由于原料循环，新鲜原料
在系统内经过反应器若干次，达到的转化率和收
率比经过反应器一次的转化率和收率高。
31
如果有循环物流的话，由于循环量不知道，逐次单元计
x
j 1
Nc
ij
1(i 1,2,, N s )
式中xij
Ns Ne
第j组分在第i股物流中的摩尔分数；
物流的股数 物流组分数
9
（II）设备约束式
常见的设备约束式有：
① 进料比为一常数
② 两股物流具有相同的组成
③ 相平衡常数
④ 化学平衡常数
⑤ 化学反应过程中的转化率、选择性或其他限度。
13
2、 摩尔分数和质量分数
摩尔分数: 混合物中某组分物质的量与混合 物的物质的量之比。xi=ni/nt ni — i组分的物质的量，mol ； nt — 混合物的物质的量，mol。
14
对于流动物系； xi=Fi/Ft ， Fi – i组分的摩尔流量； Ft － 混合物总物汁的量。
质量分数：混合物中，某组分的质量与混
合物质量之比。ωi
Байду номын сангаас
15
质量分数与摩尔分数的相互转换:
摩尔分数 xi=(ωi/Mi) ÷ (ωi/Mi +ωj/Mj)
质量分数 ωi=(xiMi) ÷ (xiMi + xjMj)
3、混合物的平均分子量:
M = Σ (Mixi)
Mi－i组分相对分子质量
16
4、 单组分液体的密度
在一般压力下，液体的密度随压力的变化不大，
3
二、物料衡算的依据
年工作时间及操作方法。
（1）设计任务书中确定的技术方案、产品生产能力、 （2）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。
（3）工艺流程示意图。
例：生产能力为1000t/a的硝基苯生产中，对苯的硝
化阶段进行物料衡算。P3页例题
4
物料平衡的方程---质量守恒定律 基 准： 取温度、浓度等参数保持不变的单元体积和
10
常见物理过程的物料衡算
1. 混合
2. 连续蒸馏
3. 增湿 4. 气体混合物部分冷凝 5. 液体混合物部分汽化 6. 闪蒸 7. 物理吸收 8. 提浓
11
七、 物料衡算中用到的基本量
1、 流体的流量和流速
体积流量Q: 单位时间内流经设备的流体体 积。单位: m3/min; m3/s
五、物料衡算步骤：
①陈述的问题 ②列出可获得的数据 ③画出衡算方框图 ④对物流流股及各组分编号