物料和能量平衡和例题讲解
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进入体系的物料量=输出体系的物料量
列出总物料和各组分的衡算式，再用代数法求解。
1.2.3 无化学反应过程的物料平衡
若每个股流有n个组分，
P, xPi
则可列出下列衡算式：
F, xFi
1
过程
2
总物流衡算式
FPW
3
W, xWi
各组分的衡算式
FF xiPP xiWW xi
F——进入体系的物料； P、W——输出体系的物料； xFi、xPi、xWi——分别为F、P、W中组分i的质量分数（对 于没有化学反应的过程，也可用摩尔数）。
1.2.3 无化学反应过程的物料平衡
若物料中有n个组分，可列出n个组分的衡算式和一 个总物料衡算式，共n+1个衡算方程
归一定律
xF 1xF2xF＝ n1
n
xF i 1
i 1
xP 1xP2xP＝ n1 xW 1xW 2xW ＝ n 1
n
xP i 1
i 1
n
xW i1
i 1
n+1个方程中，只有任意n个方程是独立的。 对有n个组分的体系，只需求解n个未知量。
1.2.2 基本方法
例：含CH4 90％和 C2H6 10％(mol％)的天然气与空 气在混合器中混合，得到的混合气含CH4 8％。 试计算100mol天然气应加入的空气量及得到的 混合气量。
100mol 天然气 CH4 0.90 C2H6 0.10
1 2
Amol 空气
混合过程
Mmol 混合气 CH4 0.08 C2H6 x 空气 1-0.08-x
化工过程操作状态不同，其物料或能量衡算的方程 亦有差别。
1.2 物料平衡
1.2.1 基本概念
进行物料衡算的理论依据是质量守恒定律，即在一 个独立的体系中，无论物质发生怎样的变化，其质 量保持不变。 物料衡算基本式
进入体系的物料量出＝体输系的物料量 ＋体系积累的物料量
1.2.1 基本概念
若体系内有化学反应发生，在作衡算时，要把由反 应消耗或生成的量考虑在内
进入体系的量 反应生成或消耗的量 ＝输出体系的量＋积体累系的量
在对反应物作衡算时，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。
1.2.2 基本方法
画出物料流程简图，选择计算基准及物料衡算式。
(1) 物料流程简图 求解物料衡算问题，应先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 已知变量及单位。 对一些未知的变量，可用符号表示。
5)选择恰当的计算基准，在流程图上注明所选的基 准值，过程的物料衡算和能量衡算应在同一基准 上进行。
6)列出物料衡算式，用数学方法求解。对组成较复 杂的物料，可先列出输入-输出物料表，便于整 理已知条件和计算结果。
7)完成输入-输出物料表。
1.2.3 无化学反应过程的物料平衡
在化工过程中，一些没有发生化学反应，只发生物 理变化的单元操作，比如混合、蒸馏、蒸发、干燥、 吸收、结晶、萃取等。如果体系没有积累，这些稳 定过程的物料衡算都可以根据物料衡算式
1)收集已知数据，如进入或输出体系的物料的流量、 温度、压力、浓度、密度等。
2)作流程简图，在图中应作出所有物料线，标上所 有已知和未知量。若过程中有多股物流，则可将 各股物流编号。
3)确定衡算体系，根据已知条件及计算要求进行确 定，可在流程图中用虚线表示体系边界。
1.2.2 基本方法
4)写出化学反应方程式，包括主副反应，注明分子 量。若无化学反应发生，可免去此步。
(1) 简单过程的物料衡算
1.1 概述
间歇操作过程：原料在生产操作开始时一次加入， 然后进行反应或其它操作，一直到操作完成后，物 料一次排出。在整个操作时间内，。
连续操作过程：在整个操作期间，设备的进料和出 料是连续流动的，原料不断稳定地输人生产设备， 同时不断从设备排出总量相等的物料。在整个操作 期间，设备内各部分组成与条件不随时间而变化。
半连续操作过程：操作时物料一次输入或分批输入， 而出料是连续的；或连续输入物料，而出料是一次 或分批的。
1.1 概述
稳定状态操作过程（稳定过程）：整个化工过程的 操作条件（如温度、压力、物料量及组成等）不随 时间而变化，只是设备内不同点有差别。
不稳定状态操作过程（不稳定过程）：操作条件随 时间而不断变化的过程。
3
1.2.2 基本方法
(2)选择计算基准 进行物料、能量衡算时，必须选择一个计算基准。 从原则上讲，任何一种计算基准都能得到正确的解 答，但计算基准选择得恰当，可以使计算简化，避 免错误。
1.2.2 基本方法
根据过程特点，选择计算基准时应注意以下几点：
1)应选择已知变量数最多的流股作为计算基准。例 如：某一个体系，反应物组成只知其主要成份， 而产物的组成已知，就可以选用产物的单位质量 或单位体积作基准，反之亦然。
通过物料平衡和能量衡算可以确定各物料的流量、 组成、状态和物化性质，从而为确定设备尺寸、管 道设计、仪表设计、公用工程设计以及建筑、结构 设计提供依据。
1.1 概述
物料和能量衡算是化工技术人员必须掌握的基本技 能，也是学习和对化工过程进行深入研究时，推导 数学模型基本方程的重要基础。
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。或者将其分为稳定状态 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，必须了解生产过程的类别。
物料和能量平衡和例题讲解
1.1 概述
物料衡算和能量衡算是化工工艺设计的基础，也是 进行化工工艺设计及经济评价的基本依据。
通过对全过程或单元过程的物料和能量衡算，可以 确定工厂生产装置设备的设计规模和能力；同时， 可以计算出主、副产品的产量，原料的消耗定额， 生产过程的物料损耗以及三废的排放量、蒸汽、水、 电、燃料等公用工程消耗。
2)对液体或固体的体系，常选取单位质量作基准。
3)对连续流动体系，用单位时间作计算基准有时较 方便。例如：以1小时、1天等的投料量或产品量 作基准。
4)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。
1.2.2 基本方法
(3)根据过程的不同情况选择物料衡算式进行计算。 具体进行物料计算时，可采用下列步骤
列出总物料和各组分的衡算式，再用代数法求解。
1.2.3 无化学反应过程的物料平衡
若每个股流有n个组分，
P, xPi
则可列出下列衡算式：
F, xFi
1
过程
2
总物流衡算式
FPW
3
W, xWi
各组分的衡算式
FF xiPP xiWW xi
F——进入体系的物料； P、W——输出体系的物料； xFi、xPi、xWi——分别为F、P、W中组分i的质量分数（对 于没有化学反应的过程，也可用摩尔数）。
1.2.3 无化学反应过程的物料平衡
若物料中有n个组分，可列出n个组分的衡算式和一 个总物料衡算式，共n+1个衡算方程
归一定律
xF 1xF2xF＝ n1
n
xF i 1
i 1
xP 1xP2xP＝ n1 xW 1xW 2xW ＝ n 1
n
xP i 1
i 1
n
xW i1
i 1
n+1个方程中，只有任意n个方程是独立的。 对有n个组分的体系，只需求解n个未知量。
1.2.2 基本方法
例：含CH4 90％和 C2H6 10％(mol％)的天然气与空 气在混合器中混合，得到的混合气含CH4 8％。 试计算100mol天然气应加入的空气量及得到的 混合气量。
100mol 天然气 CH4 0.90 C2H6 0.10
1 2
Amol 空气
混合过程
Mmol 混合气 CH4 0.08 C2H6 x 空气 1-0.08-x
化工过程操作状态不同，其物料或能量衡算的方程 亦有差别。
1.2 物料平衡
1.2.1 基本概念
进行物料衡算的理论依据是质量守恒定律，即在一 个独立的体系中，无论物质发生怎样的变化，其质 量保持不变。 物料衡算基本式
进入体系的物料量出＝体输系的物料量 ＋体系积累的物料量
1.2.1 基本概念
若体系内有化学反应发生，在作衡算时，要把由反 应消耗或生成的量考虑在内
进入体系的量 反应生成或消耗的量 ＝输出体系的量＋积体累系的量
在对反应物作衡算时，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。
1.2.2 基本方法
画出物料流程简图，选择计算基准及物料衡算式。
(1) 物料流程简图 求解物料衡算问题，应先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 已知变量及单位。 对一些未知的变量，可用符号表示。
5)选择恰当的计算基准，在流程图上注明所选的基 准值，过程的物料衡算和能量衡算应在同一基准 上进行。
6)列出物料衡算式，用数学方法求解。对组成较复 杂的物料，可先列出输入-输出物料表，便于整 理已知条件和计算结果。
7)完成输入-输出物料表。
1.2.3 无化学反应过程的物料平衡
在化工过程中，一些没有发生化学反应，只发生物 理变化的单元操作，比如混合、蒸馏、蒸发、干燥、 吸收、结晶、萃取等。如果体系没有积累，这些稳 定过程的物料衡算都可以根据物料衡算式
1)收集已知数据，如进入或输出体系的物料的流量、 温度、压力、浓度、密度等。
2)作流程简图，在图中应作出所有物料线，标上所 有已知和未知量。若过程中有多股物流，则可将 各股物流编号。
3)确定衡算体系，根据已知条件及计算要求进行确 定，可在流程图中用虚线表示体系边界。
1.2.2 基本方法
4)写出化学反应方程式，包括主副反应，注明分子 量。若无化学反应发生，可免去此步。
(1) 简单过程的物料衡算
1.1 概述
间歇操作过程：原料在生产操作开始时一次加入， 然后进行反应或其它操作，一直到操作完成后，物 料一次排出。在整个操作时间内，。
连续操作过程：在整个操作期间，设备的进料和出 料是连续流动的，原料不断稳定地输人生产设备， 同时不断从设备排出总量相等的物料。在整个操作 期间，设备内各部分组成与条件不随时间而变化。
半连续操作过程：操作时物料一次输入或分批输入， 而出料是连续的；或连续输入物料，而出料是一次 或分批的。
1.1 概述
稳定状态操作过程（稳定过程）：整个化工过程的 操作条件（如温度、压力、物料量及组成等）不随 时间而变化，只是设备内不同点有差别。
不稳定状态操作过程（不稳定过程）：操作条件随 时间而不断变化的过程。
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1.2.2 基本方法
(2)选择计算基准 进行物料、能量衡算时，必须选择一个计算基准。 从原则上讲，任何一种计算基准都能得到正确的解 答，但计算基准选择得恰当，可以使计算简化，避 免错误。
1.2.2 基本方法
根据过程特点，选择计算基准时应注意以下几点：
1)应选择已知变量数最多的流股作为计算基准。例 如：某一个体系，反应物组成只知其主要成份， 而产物的组成已知，就可以选用产物的单位质量 或单位体积作基准，反之亦然。
通过物料平衡和能量衡算可以确定各物料的流量、 组成、状态和物化性质，从而为确定设备尺寸、管 道设计、仪表设计、公用工程设计以及建筑、结构 设计提供依据。
1.1 概述
物料和能量衡算是化工技术人员必须掌握的基本技 能，也是学习和对化工过程进行深入研究时，推导 数学模型基本方程的重要基础。
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。或者将其分为稳定状态 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，必须了解生产过程的类别。
物料和能量平衡和例题讲解
1.1 概述
物料衡算和能量衡算是化工工艺设计的基础，也是 进行化工工艺设计及经济评价的基本依据。
通过对全过程或单元过程的物料和能量衡算，可以 确定工厂生产装置设备的设计规模和能力；同时， 可以计算出主、副产品的产量，原料的消耗定额， 生产过程的物料损耗以及三废的排放量、蒸汽、水、 电、燃料等公用工程消耗。
2)对液体或固体的体系，常选取单位质量作基准。
3)对连续流动体系，用单位时间作计算基准有时较 方便。例如：以1小时、1天等的投料量或产品量 作基准。
4)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。
1.2.2 基本方法
(3)根据过程的不同情况选择物料衡算式进行计算。 具体进行物料计算时，可采用下列步骤