第三章物料衡算与能量衡算

Chemical Engineering Design
化工设计
(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
组分质量平衡式
组分摩尔平衡式 元素原子平衡式
元素原子质量平衡式
元素原子摩尔平衡式
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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、
计文件。
第三章 物料衡算与能量衡算
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物料衡算的基本步骤
第一节 连续过程的物料衡算
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➢ 原辅材料、产品、中间产品的规格；
➢ 与过程有关有物理化学参数，如临界参数、密度或比体积、状
态方程参数、蒸汽压、气液平衡常数或平衡关系等。
(6) 列出过程全部独立物料平衡方程式及其相关约束式，对有化 学反应的还要写出化学反应方程式，指出其转化率和选择性。
分数约束式
约束式
设备约束式
① 进料配比为一常数； ② 分流器出口物流具有相同的组成； ③ 相平衡常数； ④ 化学反应平衡常数；
化学参数）： ➢ 生产规模（设计任务所规定，t/年）和生产时间（指全年有
效生产天数300~330天/年，计约8000h）。 ➢ 有关定额的技术指标，通常指产品单耗、配料比、循环比、
固液比、气液比、回流比、利用率、单程收率、回收率9等/51等。 第三章 物料衡算与能量衡算
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第一节 连续过程的物料衡算
第一节 连续过程的物料衡算
• 教学内容：
结合具体实例，理解利用化学反应速率进行
反应过程的物料衡算的方法。
• 重点和难点：
重点掌握利用化学反应速率进行反应过程的 物料衡算的方法。
难点是衡算基准的选择，包括基准物流的名 称和单位选择，以及物料平衡方程、摩尔分数 约束式及设备约束式的内容和形式。
物料衡算及能量衡算应在同一基准上进行。
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第三章 物料衡算与能量衡算
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例：100kg湿物料，其中含水10kg， 按湿基：含水率为10%； 若按干基：含水率为 10/（100-10）×100%=11.11%
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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：
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⑤ 化学反应的转化率、选择性或其他 限度。
第三章 物料衡算与能量衡算
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(7) 选择计算基准； (8) 统计变量个数与方程个数，确定设计变量个数及全部设计变量。 (9) 整理并校核计算结果，并根据需要换算基准，最后列成表格即
物流表。 (10) 绘制物料流程图，编写物流表作为设计文件成果编入正式设
对有化学反应的过程：总物料衡算+元素衡算式
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
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第一节 连续过程的物料衡算
物料平衡形式
总平衡式 总质量平衡式
总摩尔平衡式 组分平衡式
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物料衡算的基本程序 (1) 确定衡算对象和范围，画出计算对象的草图。注意物料种类
和走向，明确输入和输出。 (2) 确定计算任务，明确已知项、待求项，选择数学公式，力求
使计算方法简化。 (3) 确定过程所涉及的组分，并对所有组分依次编号。 (4) 对物流的流股进行编号，并标注物流变量。 (5) 收集数据资料（设计任务所规定已知条件，与过程有关物理
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
有算不算水分的问题。湿基计算水分，干基不计算水分。
实际计算时，必须根据具体情况选择合适的基准，过程的
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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、主副产品量； ➢ 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
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第三章 物料衡算与能量衡算
第一节 连续过程的物料衡算 第二节 车间（装置）的物料衡算 第三节 化学反应过程的能量衡算 第四节 计算机在物料衡算与能量衡
算中的应用
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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。
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第一节 连续过程的物料衡算
连续过程的物料衡算
一般表示式 系统中积累 = 输入– 输出 + 生成 – 消耗 稳态过程时 输入 = 输出 – 生成 + 消耗 无化学反应的稳态过程 输入 = 输出