物料与热量衡算
物料衡算和热量衡算
物料衡算和热量衡算1. 引言物料衡算和热量衡算是在工程设计和过程优化中常用的方法和工具。
物料衡算是指通过对物料的进出量、质量和组成等参数的分析，计算出物料的平衡以及物料流动过程中的相关参数。
热量衡算是指通过对热量的进出量、热平衡等参数的分析，计算出热量在系统中的平衡和流动情况。
本文将介绍物料衡算和热量衡算的基本概念、方法和应用。
2. 物料衡算2.1 物料平衡物料平衡是对物料流动系统中物料的进出量进行分析和计算的过程。
物料平衡的基本原理是质量守恒定律，即在封闭系统中，物料的质量不会发生净变化。
物料平衡可用于分析物料的流动路径、损耗情况以及优化物料的使用和回收。
2.2 物料衡算的方法常用的物料衡算的方法包括输入-输出法和组分衡算法。
- 输入-输出法：通过记录系统中物料的进出量，计算出物料的平衡情况。
该方法适用于物料流动较简单且没有复杂反应的系统。
具体步骤包括确定进料和产出物料的量和质量，计算进出物料的差值，并检查误差，使其趋近于零。
- 组分衡算法：通过对物料组分的平衡进行计算，得到物料的进出量。
该方法适用于需要考虑物料成分变化的系统。
具体步骤包括确定进料和产出物料的组分及其相对含量，计算进出物料组分的差值，并检查误差。
2.3 物料衡算的应用物料衡算在化工、冶金、环境工程等领域有广泛的应用，例如： - 在化工生产中，物料衡算可以用于优化原料的使用和能源的消耗，减少产品的损耗和废物的排放。
- 在冶金过程中，物料衡算可以用于优化矿石的选矿和冶炼过程，提高生产效率和产品质量。
- 在环境工程中，物料衡算可以用于分析和优化废物处理和排放过程，减少对环境的污染。
3. 热量衡算3.1 热量平衡热量平衡是对热量在系统中的分布和流动进行分析和计算的过程。
热量平衡的基本原理是热力学第一定律，即能量守恒定律。
热量衡算可以用于分析热量的传递、损失和利用情况，以及优化热能的使用和节约。
3.2 热量衡算的方法常用的热量衡算的方法包括输入-输出法和能量平衡法。
化工原理物料衡算和热量衡算
化工原理物料衡算和热量衡算引言化工工程涉及许多物料的处理和转化过程，同时也需要考虑热量的平衡。
物料衡算和热量衡算是化工原理的重要内容，对于工程实践和过程优化具有重要的意义。
本文将介绍化工原理中的物料衡算和热量衡算的基本原理和计算方法。
物料衡算物料衡算是指对于化工工程中物料流动和转化过程的计算和分析。
在化工工程中，物料的流动和转化是实现各种反应和分离操作的基础，因此正确的物料衡算是保证工程设计和操作的关键。
在物料衡算中，我们通常需要考虑以下几个方面： 1. 物料的质量衡算：即对物料的质量输入和输出进行计算和分析。
对于物料的质量衡算，我们需要注意物料流动的平衡原则，即质量的输入必须等于输出。
2. 物料的能量衡算：即对物料的能量输入和输出进行计算和分析。
能量的输入和输出会影响物料的温度和相变过程，因此在能量衡算中需要考虑物料的热力学性质。
3. 物料的流动速度衡算：即对物料流动速度进行计算和分析。
物料的流动速度决定了反应和分离操作的效率，因此在物料衡算中需要合理地确定流量和速度的关系。
4. 物料的浓度衡算：即对物料中组分浓度的计算和分析。
物料的浓度会影响其反应和分离的速率和效果，因此在物料衡算中需要考虑不同组分浓度的变化规律。
物料衡算通常使用质量守恒和能量守恒等基本原理进行计算。
同时，还可以利用化学反应平衡的原理和质量流动的平衡原则进行衡算过程中的参数确定。
热量衡算热量衡算是化工工程中热力学过程的计算和分析。
在化工工程中，热量的平衡是保证反应和分离操作能够正常进行的基础。
热量衡算需要考虑以下几个方面： 1. 热量的输入和输出：即对于热量的输入和输出进行计算和分析。
在化工工程中，我们通常需要对热量的输入和输出进行平衡，以保证工程操作的稳定性。
2. 热量的传递和转化：即对于热量的传递和转化过程进行计算和分析。
热量的传递可以通过传导、对流和辐射等方式进行，因此在热量衡算中需要考虑传热方式的影响。
3. 热平衡的计算：即对于反应和分离过程中热量平衡的计算和分析。
干燥过程的物料衡算与热量衡算
干燥过程的物料衡算与热量衡算1. 引言在工业生产中，许多物料需要经过干燥过程才能达到所需的水分含量。
干燥过程是将物料中的水分蒸发或驱除的过程，其中物料的衡算和热量的衡算是非常重要的。
本文将介绍干燥过程中的物料衡算和热量衡算的基本原理和方法。
2. 物料衡算物料衡算是指在干燥过程中对物料的质量进行衡量和追踪的过程。
通常情况下，物料的衡算可以分为进料衡算和出料衡算两个部分。
2.1 进料衡算在干燥过程中，物料的进料衡算是指对进入干燥设备的物料进行质量的测量和记录。
通常情况下，进料衡算可以通过称重装置、质量流量计等设备进行。
物料的进料衡算可以用以下公式表示：进料量 = 初始物料质量 - 终止物料质量2.2 出料衡算在干燥过程中，物料的出料衡算是指对从干燥设备中出来的物料进行质量的测量和记录。
同样地，出料衡算也可以通过称重装置、质量流量计等设备进行。
物料的出料衡算可以用以下公式表示：出料量 = 初始物料质量 - 终止物料质量3. 热量衡算热量衡算是指在干燥过程中对热量的衡量和追踪的过程。
热量衡算是确定干燥设备所需的热量输入和物料中的水分蒸发所需的热量的关键。
3.1 热量平衡公式热量平衡公式是用于计算干燥过程中所需的热量输入和物料中的水分蒸发所需的热量的关系。
热量平衡公式如下：热量输入 = 热量输出 + 热量损失其中，热量输入是指干燥设备所需的热量输入，热量输出是指物料中的水分蒸发所需的热量，热量损失是指在干燥过程中因为传导、对流和辐射等现象导致的热量损失。
3.2 热量输入的计算热量输入可以通过以下公式计算：热量输入 = 干燥空气的热量 + 干燥空气的水分蒸发热量 + 加热设备的热量其中，干燥空气的热量可以通过湿空气焓值表或湿空气定压比热容表进行查找，干燥空气的水分蒸发热量可以通过水的蒸发热量进行计算，加热设备的热量可以通过加热元件的功率和加热时间进行计算。
3.3 热量输出的计算热量输出可以通过以下公式计算：热量输出 = 出料量 * 物料的比热 * (物料的初始水分含量 - 物料的终止水分含量)其中，出料量是指干燥过程中物料的出料量，物料的比热可以通过物料的物性表进行查找，物料的初始水分含量和物料的终止水分含量可以通过物料的质量衡算进行计算。
物料衡算和热量衡算
3 物料衡算依据原理：输入的物料量=输出的物料量+损失的物料量3.1 衡算基准年生产能力：2000吨/年年开工时间：7200小时产品含量：99%3.2 物料衡算反应过程涉及一个氧化反应过程，每批生产的产品相同，虽然有原料对叔丁基甲苯和溶剂甲苯的循环，第一批以后循环的物料再次进入反应，但每批加料相同。
在此基础上，只要计算第一个批次的投料量，以后加料一样。
反应釜内加热时间2h、正常的反应时间18h、冷却时间1h。
加上进料和出料各半个小时，这个生产周期一共2+18+1+1=22h。
所以在正常的生产后，每22小时可以生产出一批产品。
每年按300天生产来计算，共开工7200小时，可以生产327个批次。
要求每年生产2000吨对叔丁基苯甲酸，则每批生产2000÷327＝6.116吨。
产品纯度99 %( wt %)实际过程中为了达到高转化率和高反应速率，需要加入过量对叔丁基甲苯做溶剂，反应剩余的原料经分离后循环使用。
3.2.1 各段物料(1) 原料对叔丁基甲苯的投料量设投料中纯的对叔丁基甲苯为X kg，则由C11H16C11H14O2 M 148.24 178.23m x 6054.8得x=6054.8×148.24÷178.23=5036.0 kg折合成工业原料的对叔丁基甲苯质量为5036.0÷0.99=5086.9kg实际在第一批生产过程加入的对叔丁基甲苯为6950.3kg（2）氧气的通入量生产过程中连续通入氧气,维持釜内压力为表压0.01MPa,进行氧化反应。
实际生产过程中,现场采集数据结果表明,通入的氧气量为1556.8 kg，设反应消耗的氧气量为x kg3/2O2C11H14O2 M 31.99 178.23m x 6054.8 得x= 3/2×6054.8×31.99÷178.23=1630.1kg此时采用的空气分离氧气纯度可达99%，因此折合成通入的氧气为1630.1÷0.99=1646.6 kg即在反应过程中，需再连续通入1646.6kg氧气。
化工过程设计 第三章 物料衡算与热量衡算(1)
各流股组份数一览表
HAC 24%
11 循环流 进料 HAC 30％ H2O 69.8% H2SO4 0.2% 萃 取 塔 4
流股号 1 2 3
组份数 3 3 3 4 2 2 2 2
1
2
12
3
混合器1
4
5 6 7 8 9 10 11 12
E 7% HAC H2O H2SO4 混合器2
溶 剂 回 收 塔
7（2） E 99% H2O 1％
附加关系式数
自由度
9（4）
（2）溶剂提馏塔及整体的自由度分析
11（2） 循环流
HAC 24%
进料 HAC 30％ 1（3） H2O 69.8% H2SO4 0.2% 混合器1 2（3）
萃 取 塔
3（3） 12（2） 溶 剂 回 收 塔 产品流 HAC 99% H2O 1% 产 品 精 馏 塔
独立MB方程数
已知流股变量数 已知其它关系式数 自由度 2、具体MB计算（略）
在开始下一节讲授之前，大家先考虑一个精馏塔的MB问题。 例题：有人提出了一个无反应的单精馏塔流程的方案，试做其MB计算:
100 C3 i-C4 i-C5 C5 kmol/h 0.20 0.30 0.20 0.30
2 1 精 馏 塔 3
MB与HB计算是化工工艺设计中最基本，也是最主要的计算内容。
一、化工流程（过程）中MB、HB、EB三者之间的关系 1、MB与HB之间的关系 MB有可能能单独（不依赖HB而独立）求解； HB一般不能单独求解； （间壁式换热器除外） 当MB不能独立求解时，它就必须与HB联合起来，求解CB。 2、EB与HB之间的关系 流程压力水平不高，而且压力变化也不大，系统能量只考虑其热 焓，而忽略其动能、势能等机械能，在这种情况下：
化工设计物料衡算和热量衡算
化工设计物料衡算和热量衡算化工设计中的物料衡算和热量衡算是其重要组成部分，对于化工过程的正常运行和优化具有重要意义。
物料衡算主要是指对于化工过程中的原料、中间产物和最终产物的质量和数量进行计算和控制的过程。
而热量衡算则是指对于化工过程中的能量平衡的计算和分析。
化工设计中的物料衡算首先需要确定化工过程的原料组成和性质，包括原料的化学成分、物理性质和纯度等。
根据原料的性质和化学反应方程，可以计算出原料的消耗量和产物的生成量。
同时，还需要考虑到原料的损失和副反应的发生，以及可能的回收和再利用，从而对原料的总需求进行准确的衡算。
此外，物料的运输和储存也需要考虑到，包括原料的装卸和包装，以及仓库的容量和仓储条件等。
在化工过程中，热量的衡算是不可或缺的。
热量衡算主要包括热量输入和输出的计算和分析。
热量输入一般是通过化学反应或物理过程得到的，主要包括燃烧、加热和蒸发等。
热量输出则是指化工过程中热量的损失和传递，包括冷却、换热和放热等。
通过准确的热量衡算，可以确定化工过程中的热能转化效率和能量消耗情况，从而对能源的利用进行优化和改进。
在物料衡算和热量衡算中，还需要考虑到化工过程中可能存在的变化和调整。
化工过程中的原料组成和性质可能会随着时间的推移而发生变化，例如反应的进程或携带物等。
因此，在衡算过程中需要对变化因素进行考虑，并进行相应的调整。
例如，可以通过实验和模拟等手段对原料的性质和反应条件进行测定和预测，从而对衡算结果进行修正和优化。
总之，物料衡算和热量衡算是化工设计中的重要内容，对于化工过程的正常运行和优化具有重要的影响。
通过准确的物料衡算，可以确定化工过程中的原料需求和产物生成量，并进行合理的储存和管理。
通过热量衡算，可以确定化工过程中的能量平衡和热能转化效率，从而对能源的利用进行优化。
这些衡算结果可以为化工过程的生产计划、产品质量控制和能源管理提供重要参考。
最新第三章物料衡算和能量衡算(热量)
例题： • 两种组成不同的煤气在预热器中混合。并从25℃加热到127℃，
以供燃烧炉使用。两种煤气的流量分别为0.4kmol/s和0.1kmol/s。 预热器的热损失为150kJ/s。试计算预热器应提供的热量。 计算中煤气的焓取下列数值： 25℃时，第一种煤气为765kJ／kmol；第二种煤气为846kJ／kmol。 127℃时，混合煤气的焓值为3640kJ／kmol。
p
' c
和假临界温度
T
' c
，求得
混合气体的对比压力和对比温度，
解： 以1s为计算基准。根据公式：
( ) ∑ ∑ ( ) ∑ Q =n iH io- utn jH jin
Q Q 提 ＋ Q 供 损 Q 提 1 供 k 5J0
H o＝ u ( 0 t .4 0 .1 ) 3k 6 J 1 4k 8 0J 20
H in ( 0 . 4 7 0 6 . 1 8 5 ) k 4 3 J 6 . 6 k 9J 0
• 例题： 已知常压下气体甲烷0～t℃的平均定压摩尔热容数据如下：
• 试求常压下甲烷在200℃到800℃温度范围的平均定压摩尔热容， 并计算15kmol甲烷在常压下从800℃降温到200℃所放出的热量。
解：假设如下热力学途径：
• 从 C p,m t 表中查得，
Cp,m3.9 6k6J/k ( mK o)l Cp,m5.5k6J/k ( mK o)l
• 1、热容 • 2、焓 • 3、汽化热 • 4、反应热
1. 热容
(1)热容与温度的关系 • 热容是给定条件下，系统每升高1K所吸收的热。随温度
而变。根据过程不同，用分为等压热容和等容热容。 • 描述定压热容Cp与温度之间的关系一般有三种方法：
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）。
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解：总转化率＝
×100%
＝
×100%
＝70%
2021/2/7
8
3．产率（或选择性）
产率表示了参加主反应的原料量与参加反应的原料量之间 的数量关系。 即参加反应的原料有一部分被副反应消耗掉了,而没有生成 目的产物。产率越高，说明参加反应的原料生成的目的产物 越多。
产率＝
×100%
2021/2/7
23.51+(3+4)+(6.25-5)=31.76mol 所以，100mol燃烧气所需空气量为:
100/31.76 * 29.76= 93.7mol
2021/2/7
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例:在间歇釜式反应器中用浓硫酸磺化甲 苯生产对甲苯磺酸.
试对该过程进行物料衡算。
已知每批操作的投料量为：甲苯 1000kg,纯度99．9％(质量百分比，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。
＝ ＝78.5%
×100%
2021/2/7
10
4．收率
表示进入反应器的原料与生成目的产物所消耗的原料之间的数量关系。 收率越高,说明进入反应器的原料中，消耗在生产目的产物上的数量越多。
收率也有单程收率和总收率之分。
单程收率＝
×100%
总收率＝ 例:条件同上例，求乙烯的收率。
×100%
解：单程收率＝
解：消耗的原料量＝4550＋2450×5% ＝4550＋122.5 ＝4672.5kg/h
消耗定额＝
＝
＝1.4
2021/2/7
12
二、间歇过程的物料衡算 按物料衡算的步骤进行,同时要注意建立时间平衡关系。
例:丙烷充分燃烧时，要供入的空气量为理论量的125%，反应式为： C3H8＋5O2―――3CO2＋4H2O
2021/2/7
14
解:以间歇釜式反应器为衡算范围,绘出物料衡箅示意图 物料衡算的目的就是确定各股物料的数量和组成。
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：
1000kg×0.999 = 999kg 原料甲苯中的水量为：
1000 kg－999kg =1kg 浓硫酸中的硫酸量为：
8、绘制物料流程图，并编入设计文件
2021/2/7
4
生产过程的常用指标
1、生产能力 2、转化率 3、产率（选择性） 4、收率 5、消耗定额
2021/2/7
5
一、生产能力 化工装置在单位时间内生产的产品量或在单位时，kt／a，Mt／a等。 化工装置在最佳条件下可以达到的最大生产能力称为设计能力。
1100kg×98％＝1078kg 浓硫酸中的水量为：
1100kg－1078kg＝22kg 进料总量为：
×100%
＝
×100%＝51%
2021/2/7
11
5．消耗定额
消耗定额是指生产单位产品所消耗的原料量,即每生产一 吨100%的产品所需要的原料数量。
消耗定额＝
例:以乙烷为原料裂解生产乙烯，通入反应器的乙烷为 7000 kg/h ，参加反应的乙烷量为4550 kg/h，没有参加反应 的乙烷的5%损失掉，其余都循环回裂解炉。得到乙烯 3332kg/h，求乙烯的原料消耗定额。
1、画出物料衡算示意图
标明各股物料的进出方向、数量、组成以及温度、压力等
操作条件,待求的未知数据也应以适当的符号表示。
2、写出主、副反应式
3、确定计算任务
4、收集数据资料
生产规模、生产时间、原料、助剂、中间产物和产品的规格和组成
及有关的理化常数
5、选定计算基准（为了简化计算）
6、展开计算
7、整理计算结果，画出物料衡算一览表
2、物料衡算的类型 1）间歇操作物料衡衡算 2）连续操作物料称衡算 3）循环过程物料衡算
2021/2/7
2
3、物料衡算通式（质量守恒定律） ［单位时间内进入系统的全部物料质量］
＝ ［单位时间内离开系统的全部物料质量］ ＋［单位时间内过程中的损失量］ ＋［单位时间内系统内的积累］
2021/2/7
3
一、物料衡算的方法和步骤
二、转化率 转化率是原料中某一反应物转化掉的量（摩尔）与初始反应物
的量（摩尔）的比值，它是化学反应进行程度的一种标志 工业生产中有单程转化率和总转化率，其表达式为:
2021/2/7
6
（1）单程转化率
单程转化率＝
×100%
＝
×100%
例: 以乙烷为裂解原料生产乙烯,在一定的生产条件下， 通入裂解炉的乙烷量为7000kg/h，反应后，尾气中含乙烷 2450kg/h，求乙烷的转化率。
问每100摩尔燃烧产物需要多少摩尔空气? 解：（1）画出物料流程图
（2）选定基准，以1mol丙烷为基准 （3）展开计算 由题意知氧气供入量为5＊1.25＝6.25mol 则：空气供入量为6.25/0.21＝29.76mol
氮气量为29.76＊0.79＝23.51mol 则：29.76mol空气所生成的燃烧气为:
解：单程转化率＝
×100%
＝
×100%
＝65%
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（2）总转化率
对于有循环和旁路的生产过程,常用总转化率。
总转化率＝
×100%
例:用乙烷作原料裂解生产乙烯，通入裂解炉的新鲜原料 乙烷为5000 kg/h ，裂解气分离后，没有反应的乙烷2000kg/h又 返回了裂解炉进行反应，最终分析裂解气中含乙烷1500 kg/h， 求乙烷的总转化率。
已经确定:硝基氯苯生产工艺以及所有设备的型式。 是不是可以购买设备,准备安装建设?
2021/2/7
1
3.工艺计算（物料衡算、热量衡算、设备选型计算）
3.1 物料衡算
1、物料衡算的作用 1）操作型计算:装置已建,分析生产能力，挖掘潜力，技改。 2）设计型计算：根据生产任务，设计计算，为热量衡算、 设备选型计算提供条件
9
例:用乙烷作裂解原料生产乙烯,在一定的生产条件
下，通入裂解炉的乙烷量为7000kg/h，反应后，尾气中含乙
烷2450kg/h，得到乙烯量为3332 kg/h，求乙烯的产率。
解：C2H6 → C2H4 + H2
30
28
X
3332
生成目的产物所消耗的原料量X＝3332×
＝3570 kg/h
产率＝
×100%