物料衡算中能量消耗量的计算
能量衡算
能量衡算4.1热量衡算的目的热量衡算主要是为了确定设备的热负荷，根据设备热负荷的大小、所处理物料的性质及工艺确定设备的主要工艺尺寸。
4.2热量衡算依据热量衡算的主要依据是能量守恒定律，以车间物料衡算的结果为基础而进行的，所以，车间物料衡算表是进行车间热量衡算的首要条件。
4.3液化加热蒸汽量4.3.1加热蒸汽消耗量D可按下式计算:D＝GC(t2－t1)/(I－λ﹚式中：G——淀粉浆量(kg/h)C——淀粉浆比热容[kJ/(kg·K)]t1——浆料初温(10+273=293K)t2——液化温度(90+273=363K)I——加热蒸汽焓2738kJ/kg(0.3Mpa ，表压)λ——加热蒸汽凝结水的焓，在363K时为377kJ/kg4.3.2淀粉浆量G根据物料衡算,日投工业淀粉1543.84Kg，由于为连续化液化，1543.84/24=64.3(Kg/h) 。
加水量为1：2.5，粉浆量为G= 64.3× 3.5=225.14（kg/h）4.3.3 粉浆干物质浓度64.3× 86% × 100%÷225.14=24.6%4.3.4粉浆干物质C可按下式计算：C=C o*X+C水*(100-X)式中：C o——淀粉质比热容,取1.55kJ/(kg·K)X——粉浆干物质含量,24.6%C水——水的比热容4.18KJ/(kg·K)C=1.55×24.6/100＋4.18×(100-24.6)/100=3.53[kJ/kg·K]4.3.5蒸汽用量D=64.3×3.53×(363-283)/(2738-377)=7.68(kg/h)灭菌是将液化液由90℃加热至100℃，在100℃时的λ为419kJ/kg ，则灭菌所用蒸汽量：D灭=64.3×3.53×(100-90)/(2738-419)=9.8（kg/h )。
热量衡算
热量衡算1计算方法与原则1.1热量衡算的目的及意义热量衡算的主要目的是为了确定设备的热负荷。
根据设备热负荷的大小、所处理物料的性质及工艺要求再选择传热面的形式、计算传热面积、确定设备的主要工艺尺寸。
传热所需的加热剂或冷却剂的用量也是以热负荷的大小为依据而进行计算的。
1.2热量衡算的依据及必要条件热量衡算的主要依据是能量守恒定律，其数学表达式为Q1+ Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 式1其中：Q1——物料带入到设备的热量，kJQ2——加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量，kJQ3——过程热效应，kJQ4——物料离开设备所消耗的热量，kJQ5——加热或冷却设备所消耗的热量，kJQ6——设备向环境散失的热量，kJQ1（Q4）=Σ mC P(t2- t0) kJ式2m——输入或输出设备的物料质量，kgC P——物料的平均比热容，kJ/(kg•℃)t2——物料的温度，℃t0——基准温度，℃Q5=Σ C P M (t2-t1) kJ式3M——设备各部件的质量，kgC P——设备各部件的比热容，kJ/(kg•℃)t1——设备各部件的初始温度，℃t——设备各部件的最终温度，℃2Q5+Q6=10%Q总式4热量衡算是在车间物料衡算的结果基础上而进行的，因此，车间物料衡算表是进行车间热量衡算的首要条件。
其次还必须收集有关物质的热力学数据，例如比热容，相变热，反应热等。
本设计还将涉及到的所有物料的热力学数据汇总成表4，以便于后期的计算。
1.3热量衡算基准因为物料衡算计算的是各个岗位的天处理量，所以热量衡算计算的也是某个设备天换热介质消耗量，同时温度基准采用的是0℃做基准。
当然，进行传热面积校核时，是根据批处理量计算。
2全车间物料热力学数据的估算2.1所用纯化合物比热的推算0i i pMc n C ∑=式 5式中M ——化合物分子量；n i ——分子中同种元素原子数； c i ——元素的原子比热容，kJ/(kg•℃)查《制药工程工艺设计》P111，得到原子的摩尔热容相关数据，见表1表1 元素原子的摩尔热容单位：kcal/( kmol•℃)(当物质为固体时，各原子的C a 取值近似值）原子 C a 原子 C a 原子 C a 碳C 2.8 氧O 6.0 氮N 2.6 氢H4.3硫S7.4其他8.0(当物质为液体时，各原子的C a 取值近似值）而在实际生产的过程中遇到的物质大多是混合物，极少数的混合物有实验测定的热容数据，一般都是根据混合物内各种物质的热容和组成进行推算的，其中杂质的含量极少，热效应可以忽略不计。
化工设计——第三章物料衡算和能量衡算
第一节 连续过程的物料衡算
二、物料衡算的基本程序 确定衡算的对象和范围。 (1) 确定衡算的对象和范围。 确定计算任务。 (2) 确定计算任务。 确定过程所涉及的组分， (3) 确定过程所涉及的组分 ， 并对所有组分依 次编号。 次编号。 对物流流股进行编号，并标注物流变量。 (4) 对物流流股进行编号，并标注物流变量。 收集数据资料。 (5) 收集数据资料。
2C2 H 4 + O2 → 2C2 H 4O
同时存在副反应： 同时存在副反应： C
2
H 4 + 3O2 → 2CO2 + 2 H 2O
如果进料物质的流量为1000mol/h，进料中含C 如果进料物质的流量为1000mol/h，进料中含C2H4 1000mol/h 摩尔分数为10% 乙烯的转化率为25% 10%， 25%， 摩尔分数为10%，乙烯的转化率为25%，生成产物的 的选择性为80% 80%， C2H4的选择性为80%，计算反应器出口物流的流量与 组成。 组成。
第一节 连续过程的物料衡算
四、反应过程的物料衡算
Ns Nr
∑ F x + ∑V
i =1 i ij m =1
jm m
r = 0( j = 1, 2, ⋅⋅⋅, N c )
第一节 连续过程的物料衡算
[例3-1]在化学反应器中，利用乙烯部分氧化制 1]在化学反应器中， 在化学反应器中 取环氧乙烷， 取环氧乙烷，是将乙烯在过量空气存在条件下通 过银催化剂进行。主反应： 过银催化剂进行。主反应：
第一节 连续过程的物料衡算
2、 选择基准 ， 可以选废酸或浓酸的量为 、 选择基准， 基准，也可以用混合酸的量为基准， 基准，也可以用混合酸的量为基准，因为 四种酸的组成均已知， 四种酸的组成均已知，选任何一种作基准 计算都很方便。 计算都很方便。 3、列物料衡算式，该体系有 种组分，可 种组分， 、列物料衡算式，该体系有3种组分 以列出3个独立方程 所以能求出3个未知 个独立方程， 以列出 个独立方程，所以能求出 个未知 量。 基准： 基准：100kg混合酸 混合酸
物料衡算——精选推荐
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。
化工生产过程物料衡算和能量衡算
化工生产过程物料衡算和能量衡算一、物料衡算物料衡算主要是对物料在生产过程中的流动进行定量分析和计算。
它包括物料的进出口流量、过程中的转化和损失等方面。
物料衡算的目的是确定物料的流动情况，以控制和优化生产过程。
物料衡算通常涉及以下几个方面：1.原料的输入和产物的输出：从化工生产过程的角度来看，物料衡算的第一步是确定原料的输入和产物的输出。
这可以通过物料的质量或体积以及流量来衡量。
2.过程中的转化：化工生产过程中，原料经过一系列的化学反应、物理过程和分离步骤，转化成所需的产物。
物料衡算需要确定过程中每个反应、过程或分离步骤涉及的物料流量和转化率，以及产物的纯度和收率。
3.丢失与损耗：化工生产过程中常常存在物料的丢失和损耗，如挥发、固体颗粒的落地损失等。
物料衡算需要考虑这些损耗，并尽量减少它们的发生。
物料衡算的重要性在于通过对物料流动的定量分析，可以帮助工程师了解和控制生产过程中的物料转化、损耗和产物生成情况，从而优化生产过程。
二、能量衡算能量衡算是对化工生产过程中能量转换的定量分析和计算。
它涉及到能源的输入与输出以及能量的转化。
能量衡算可用于改善能源效率，减少能源消耗和废弃物的排放。
能量衡算主要包括以下几个方面：1.能源输入：能源是化工生产过程中的重要驱动力之一，常见的能源包括电能、燃料、蒸汽等。
能量衡算需要确定能源的类型、质量或热值、消耗量和运用效率。
2.能量转化：化工生产过程中会发生能量的转化，如化学反应产生的热能、电能转化为机械能等。
能量衡算需要考虑这些能量转化过程，并计算能量的转化率和损耗。
3.能源的输出：化工生产过程中也会有能源的输出，如废热、废气、废水等。
能量衡算需要确定这些能源输出的类型、质量或热值、排放量以及处理方式。
能量衡算的目的是优化能源的利用，提高能源效率，减少能源消耗和环境污染。
通过定量分析和计算能量流动，能量衡算可以帮助工程师了解和控制能源输入与输出，寻找能源转化和能耗的瓶颈，提出改进方案，提高生产过程的能量利用率。
化工设计第二章物料衡算和能量衡算
第二章 物料衡算和能量衡算
导言 计算前的准备工作 2.1 物料衡算 2.2 能量衡算
导言 设计计算前的准备工作
工艺性资料的收集 1. 1.工艺性资料的收集
（1）物料衡算提纲。 生产步骤和化学反应（包括主、副反应） 各步骤所需的原料，中间体规格和物理化学性质 成品的规格和物化性质 每批加料量或单位时间进料量 各生产步骤的产率 （2）工艺流程图及说明。 ΔH、Cp、K、λ、α等）。 （3）热量计算参数和设备计算数据（ ）热量计算参数和设备计算数据（Δ （4）流体输送过程参数（粘度 μ、密度 ρ、摩擦系数 等）。 ）流体输送过程参数（粘度μ 、密度ρ
4.几本常用的化工设计资料和手册
（1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） Industrical Chemicals Encyclopedia of Chemical Technology Science and Technology Chemical Abstracts （C.A） Handbook of Technology I.C.T （物性手册） 化工工艺设计手册 材料与零部件手册
4.物料衡算的基本程序
衡算对象和范围 ，画出计算对象的草图。注意物料种类 确定衡算对象和范围 衡算对象和范围，画出计算对象的草图。注意物料种类 (1) 确定 和走向，明确输入和输出。 计算任务 ，明确已知项、待求项，选择数学公式，力求 确定计算任务 计算任务，明确已知项、待求项，选择数学公式，力求 (2) 确定 使计算方法简化。 涉及的组分 ，并对所有组分依次编号。 (3) 确定过程所 确定过程所涉及的组分 涉及的组分，并对所有组分依次编号。 流股进行编号 ，并标注物流变量。 对物流的流股进行编号 流股进行编号，并标注物流变量。 (4) 对物流的 （设计任务所规定已知条件，与过程有关物理 (5) 收集数据资料 收集数据资料（设计任务所规定已知条件，与过程有关物理 化学参数）：
第五章物料衡算和能量衡算
（3） 冷麦汁量为： 584.92×（1－0.075）=541.05L
（4） 发酵成品液量： 541.05×（1－0.016）=532.39L
（5） 清酒量（过滤）为：532.39×（1－0.015）=524.41L
（6） 成品啤酒量为： 524.41×（1－0.02）=计算方法
（三） 用气量的衡算 （一）“单位产品耗气量定额”估算法
（二）用气量的计算法
谢谢观赏！
2020/11/5
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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。
（四）计算步骤
③ 选定计算基准，一般以吨/日或kg/h为单位。 ④ 列出物料衡算式，然后用数学方法求解。
在食品生产过程中，一些只有物理变化、未发生化学反应的单元操作，如混合、 蒸馏、干燥、吸收、结晶、萃取等，这些过程可以根据物料衡算式，列出总物料 和各组分的衡算式，再用代数法求解。 对于有化学反应的单元操作，可以采用化学反应式进行衡算。
第二节 能量衡算
在食品工厂生产中，能量的消耗是一项重要的技术经济指标，它是衡量工艺过 程、设备设计、操作制度是否先进合理的主要指标之一。
能量衡算的基础是物料衡算，只有在进行完物料衡算后才能做能量衡算。
（一）热量衡算 （1）热量衡算的依据
（2）热量衡算的依据
（3）热量衡算的方法和步骤
热量衡算实例— 棉籽油热量计算实例
由上述可得100kg混合原料可制得的热麦汁量为：
（73.16÷12）×100=609.66（kg）
又知汁在20℃时的相对密度为1.084，而100℃热麦汁比20℃时的麦汁 体积增加
化工设计之物料衡算及热量衡算
每小时需要的乙苯量： ＝530Kg/h 每小时需要的乙苯量： 530/0.98＝540.8Kg/h 每小时需要的水蒸气的量： 540.8×2.6＝1406.08Kg/h 其余为甲苯，则甲苯量为：540.8×0.02=10.8Kg/h （2）产物组成 苯乙烯的产率为90%，可知理论苯乙烯的量为： 208.3/0.9＝231.4Kg/h
能量衡算
特殊过程能量衡算时的简化如下：
• • • •
绝热过程（Q ＝ 0） △H ＝W 无做功过程（W ＝ 0） △H ＝Q 无功、无热量传递过程(Q ＝0，W ＝0) △H ＝0 间歇过程△(PV) ＝0 △U ＝Q ＋W
化学反应过程的能量衡算
• 对于无化学反应的能量衡算问题，由于都是物理 过程，所以只要计算进出口流股相对于参考态的焓， 即可计算出焓值
- h 2.22
=25.81kJ/mol
- h 42.22
=42.9kJ/mol
则溶液稀释后能量的变化为 △H=（42.9-25.81）*3.125=53.41KJ 该能量使得水的温度升高
根据Q=Cm△T Q为总能量， C为水的比热容， m为水的质量， △T为温度变化量
查水的比热容为
4.2 103 kJ / kg ℃
每小时转化的乙苯量为： ＝235.9Kg/h＝2.23Kmol/h 未反应的乙苯量为：540.8－235.9＝304.9Kg/h 生成的甲苯量： 2.23×0.05×92＋10.8＝21.1Kg/h
生成的苯量：
2.23×0.03×78＝5.22Kg/h
生成的焦炭量：
2.23×0.02×7×12＝3.75Kg/h
第二种基准中的物质，是组成反应物和产物的、以自然 形态存在的原子。
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