物料衡算基本理论
物料衡算
物料衡算的目的有以下几点：⑴确定物系，并找出该物系物料衡算的界限；⑵解释开放与封闭物系之间的差异；⑶写出一般物料衡算所用的反应式、进出物料量等相关内容；⑷引入的单元操作不发生累积，不生成或消耗，不发生质量的进入或流出的情况；⑸列出输入==输出等式，利用物料衡算确定各物质的量；⑹解释某一化合物进入物系的质量和该化合物离开物系的质量的情况。
物料衡算的类型:在医药生产中，按照物质的变化过程，可将物料衡算分为两类。
一类是物理过程的物料衡算。
即在生产系统中，物料没有发生化学反应的过程，它所发生地只是相态和浓度的变化。
这类物理过程在医药工业中主要体现为混合和分离过程。
如流体输送、吸附、结晶、过滤、干燥、粉碎、蒸馏、萃取等单元操作。
另一类是化学过程的物料衡算。
即由于化学反应、原子与分子之间形成新的化学键，从而形成完全不同的新物质的过程。
在进行计算时候，经常用到组分平衡和化学元素平衡，特别是当化学反应计量系数未知或很复杂以及只有参加反应的各物质的化学分析数据时，用元素平衡最方便，有时甚至只能用该方法才能解决。
同时，在化学反应中，还涉及化学反应速率、转化率、产物收率等因素。
此外，物料衡算还可以按照操作方式的不同分为两类。
一类是连续操作的物料衡算。
如生产枸橼酸铋钾的喷雾干燥操作，需要向干燥器中输送具有一定速度、湿度和温度的空气，同时湿物料从反方向以速度通过干燥器，尽管物料在干燥器中不断被加热，所处的状态在不断改变，但对某一具体部位而言，其所处的状态是不随时间的改变而改变。
另一类是间歇操作的物料衡算。
在过程开始时原料一次性进入体系，经过一段时间以后立即一次性移出所有的产物，其间没有物质进出体系。
在生物制药中，经常会用到有机溶剂沉淀的方法来分离，该方法是很典型的间歇操作。
如硫酸软骨素的制备即是一例。
在经过提取后的滤液中，加入95%乙醇搅拌，沉淀析出，取出即得产品，这种操作的特点是操作过程的状态随时间的变化而改变。
物料衡算的基本理论物料衡算是物料的平衡计算，是制药工程计算中最基础最重要的内容的之一，是进行药物生产工艺设计、物料查定、过程经济评估以及过程控制、过程优化的基础。
物料衡算
物料衡算物料衡算是化工计算中最基本、也是最重要的内容之一，它是能量衡算的基础。
一般在物料衡算之后，才能计算所需要提供或移走的能量。
通常，物料衡算有两种情况，一种是对已有的生产设备或装置，利用实际测定的数据，算出另一些不能直接测定的物料量。
用此计算结果，对生产情况进行分析、作出判断、提出改进措施。
另一种是设计一种新的设备或装置，根据设计任务，先作物料衡算，求出进出各设备的物料量，然后再作能量衡算，求出设备或过程的热负荷，从而确定设备尺寸及整个工艺流程。
物料衡算的理论依据是质量守恒定律，即在一个孤立物系中，不论物质发生任何变化，它的质量始终不变（不包括核反应，因为核反应能量变化非常大，此定律不适用）。
3－1物料衡算式1、化工过程的类型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。
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，必须先了解生产过程的类别。
闻歇操作过程：原料在生产操作开始时一次加入，然后进行反应或其他操作，一直到操作完成后，物料一次排出，即为间歇操作过程。
此过程的特点是在整个操作时间内，再无物料进出设备，设备中各部分的组成、条件随时间而不断变化。
连续操作过程：在整个操作期间，原料不断稳定地输入生产设备，同时不断从设备排出同样数量（总量）的物料。
设备的进料和出料是连续流动的，即为连续操作过程。
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。
稳定状态操作就是整个化工过程的操作条件（如温度、压力、物料量及组成等）如果不随时间而变化，只是设备内不同点有差别，这种过程称为稳定状态操作过程，或称稳定过程。
如果操作条件随时间而不断变化的，则称为不稳定状态操作过程，或称不稳定过程。
间歇过程及半连续过程是不稳定状态操作。
物料衡算名词解释
物料衡算名词解释
物料衡算是指在制造过程中，根据成本核算的理论，以资料为基础，将原材料的各种性质及其单位成本合理的衡量，最终以此为依据衡量出原材料的成本，从而完成成本计算的一种技术方法。
物料衡算的基本原理是根据生产时间，原材料的损耗及给予的报酬，以及原材料的价值用量等各方面，综合考虑原材料的单位成本，以确定最合适和最实用的原材料成本衡量方法。
物料衡算从材料准备到物料入库，包括材料价格核算、库存管理、供应商经营分析等，让管理者适当控制添加费用，从而达到节省成本的作用。
为了使物料衡算更加科学有效，以达到节约成本的目的，管理者应该把握以下几个重点：
首先，应研究市场规律，对原材料的购入价格进行趋势分析和计算，以便采取有针对性的处理措施;其次，把握原材料价值用量，按需采购，根据不同阶段的价格变动适时进行调节;再次，科学控制库存，根据生产力量的变化，做好库存的统计和管理;最后，规定供应商的标准，对供应商的服务进行合理的考核，以确保原材料的可靠供应。
物料衡算是企业管理的一项重要工作，应当把它作为全面成本核算的重要组成部分，切实执行物料衡算技术，以便有效地降低资源投入，提高经济效果，实现企业的节约和增效目标。
以上就是对物料衡算的简单解释。
物料衡算不仅能够有效地控制
原材料的成本，而且可以更好地把握供应商，实施库存管理等，更好地实现企业节约和增效的目标。
物料衡算
4.2.2
衡算基准
1、时间基准 对连续稳定流动体系，以单位时间作基准。该基准 可与生产规模直接联系 对间歇过程，以处理一批物料的生产周期作基准。 2、质量基准 对于液、固系统 ，因其多为复杂混合物选择一定 质量的原料或产品作为计算基准 。 若原料产品为单一化合物或组成已知，取物质量 （mol）作基准更方便。
要注意： （1）对多个设备过程，并非每个体系写出的所有 方程式都是独立的； （2）对各个体系独立物料衡算式数目之和>对总过 程独立的物料衡算式数目。 过程独立方程式数目最多=组分数×设备数 过程由M个设备组成，有C个组分时则最多可能列 出的独立物料衡算式的数目 = MC个。
对全塔进行总物料衡算得
D+W=200 (a)
对苯进行物料衡算得
DxD +0.01W =2000.4 (b)
由塔顶馏出液中苯的回收率得
DxD =2000.4 0.985 (c)
联解式(a)、(b)和(c)得
D=80kmolh-1，W=120 kmolh-1，xD=0.985
3、体积基准
对气体选用体积作基准。通常取标况下体积
Nm3(Hm3)
在进行物料衡算或热量衡算时，均须选择相
应的衡算基准。合理地选择衡算基准，不仅
可以简化计算过程，而且可以缩小计算误差
基准选取中几点说明：
（1）上面几种基准具体选哪种（有时几种共用） 视具体条件而定，难以硬性规定。
（2）通常选择已知变量数最多的物料流股作 基准 较方便。 （3）取一定物料量作基准，相当于增加了一个已 知条件（当产物和原料的量均未知时，使隐条件明 朗化）。 （4）选取相对量较大的物流作基准，可减少计算 误差。
4 物料衡算
七、计算数据说明
1、转化率 2、收率 3、选择性 4、回流比 5、单耗
6、流量或者流速 7、分配系数 8、摩尔分数或者质量分数 9、含水量 10、湿度
例 甲苯用浓硫酸磺化制备对甲苯磺酸。已知甲苯的投料
量为1000kg，反应产物中含对甲苯磺酸1460kg，未反应的
甲苯20kg。试分别计算甲苯的转化率、对甲苯磺酸的收率 和选择性。
G
HNO 3
= 0.461000
对H2SO4进行物料衡算得
0.925
0.02
G
G H 2 SO 4
+ 0.69 G 废 = 0.461000
G H 2 SO 4 +0.31 G 废 =
对H2O进行物料衡算得
HNO 3
+0.075
0.081000
混酸配制过程的物料平衡表
物料 名称 输 硝酸 硫酸 入 废酸 总计 131.1 工业品 量/kg 469.4 399.5 质量组 成/% HNO3：98 H2O：2 输
∑G1 ∑GA ∑G0
稳态过程： ∑G1= ∑G0
2、化学过程 元素的物料衡算：∑Gi= ∑Go+∑GA。 组分的物料衡算：平衡方程式可表示为 ∑GIi+ ∑GPi = ∑GOi+ ∑GRi + ∑GAi ∑GIi—输入体系的i组分的量； ∑Goi—输出体系的i组分的量； ∑GPi—体系中因化学反应而产生的i组分的量； ∑GRi—因化学反应而消耗的i组分的量； ∑GAi—组分的累积量
四、衡算基准：
在进行物料衡算或热量衡算时，都必须选择相应的衡算
基准作为计算的基础。根据过程特点合理地选择衡算基
准，不仅可以简化计算过程，而且可以缩小计算误差。 1. 单位时间 2. 单位质量 3. 单位体积
《化工设计》 第三章物料衡算和热量衡算
对于没有化学反应的过程，一般上列写各组分的衡算方程， 只有涉及化学反应量，才列写出各元素的衡算方程。
• 稳态过程（连续），体系内无物料积累。
F
x f1
P
xp1
W
xw1
F
x f2
P xp2
W
xw2
7.将物料衡算结果列成输入－输出物料表（物料平 衡表），画出物料平衡图。
物料衡算表
组分
输入
质量，kg/d
组分
输出
质量，kg/d
杂质 合计
杂质 合计
8.校核计算结果（结论）。
五、无化学反应的物料衡算
• 在系统中，物料没有发生化学反应的过程， 称为无反应过程。
（三）、物料衡算基准 物料衡算过程，必须选择计算基准，并在整个运算
中保持一致。若基准选的好，可使计算变得简单。
①时间基准 （单位时间可取1d、1h或1s等等）。 ②批量基准； ③质量基准 例如: 可取某一基准物流的质量为100Kg
为基准计算。 ④物质的量基准； ⑤标准体积基准；
（四）、物料衡算的基本程序
100.00
解：
水F1 1200kg/h
吸 收 塔
混合气体F2，1.5 （mol）%丙酮
空气F3
蒸 馏 塔
冷凝器
废料F5:丙酮5%，
95% 水
产品F4 丙酮99%，水1%
本系统包括三个单元．即吸收塔、蒸馏塔和冷凝器。由于 除空气进料外的其余组成均是以质量百分数表示的，所以 将空气-丙酮混合气进料的摩尔百分数换算为质量百分数。 基准：100kmol气体进进料。
物料衡算基本理论
物料衡算基本理论四、衡算方法和步骤1，明确衡算目的通过物料衡算确定生产能力、纯度、收率2，明确衡算对象划定衡算范围，绘出物料衡算示意图3，对有化学反应的体系应写出化学反应方程式4，收集与物料衡算有关的计算数据○1生产规模；原辅材料、中间体及产品规格；○2有关定额和消耗指标（产品单耗、配料比、回收率、提取率、收率）○3有关的物理化学常数（密度、蒸汽压、相平衡常数）5，选定衡算基准6，列出物料衡算方程式7，根据物料横算结果，编制物料平衡表物料衡算举例一、物理过程物料衡算实例6-1 硝化混酸配制过程物料衡算。
已知混酸组成为硫酸46%（质量百分比，下同）、硝酸46%、水8%，配制混酸用的原料92.5%的工业硫酸、98%的硝酸以及含硫酸69%的硝化废酸。
试通过物料衡算确定配制1000kg混酸时各原料的用量。
为简化计算，设原料中除水外的其他杂质可忽略不计。
明确衡算目的明确衡算对象以搅拌釜为衡算范围，绘制混酸配制过程物料衡算示意图G H2SO4 G HNO3G 废图中共有4股物料，3个未知数，需3个独立方程 对硝酸进行物料衡算对硫酸进行物料衡算 对水进行物料衡算联立方程解得混酸过程物料衡算表30.980.461000HNO G =⨯240.9250.690.461000H SO G G +=⨯废2430.0750.020.310.081000H SO HNO G G G ++=⨯废243399.5469.4131.1H SO HNO G kg G kg G kg===废二，化学过程的物料衡算 1，化学过程的几个概念 转化率收率（产率） 选择性例6-2 甲苯用浓硫酸磺化制备对甲苯磺酸。
已知甲苯的投料量为1000kg ，反应产物中含有对甲苯磺酸1460kg ，未反应的甲苯20kg 。
试分别计算甲苯的转化率、对甲苯磺酸的收率和选择性。
则甲苯的转化率为则甲苯磺酸的收率为100%A x A =⨯反应物A 的反应消耗量反应物的投料量100%y A =⨯按目标产物收得量折算的反应物A 的量反应物的投料量100%A ϕ=⨯按目标产物收得量折算的反应物A 的量反应物的反应消耗量CH 3+H 2SO4CH 3SO 3H+H 2O110-140100020100%98%1000A x -=⨯=146092100%78.1%1000172y ⨯=⨯=⨯则甲苯磺酸的选择性为总收率 总收率为各个工序的收率之积3，连续操作过程的物料衡算 实例6-4在催化剂作用下，乙醇脱氢可制备乙醛，其反应方程式为同时存在副反应已知原料为无水乙醇（纯度以100%计），流量为1000kgh-1，其转化率为95%，乙醛收率为80%，试对该过程进行物料衡算。
Aspen物料衡算与能量衡算文档资料
物料衡算的结果也是能量衡算的依据，掌握物料带入或带 出体系的能量多少，以计算化工过程需要提供或移除的热量， 控制能量的供给速率和放热速率，进—步算出物质之间交换 的热量以及整个过程的热量分布情况。
包
Approach State Approach Model Approach
宗 宏
Predicted number of stages
11
7
42
required
Approximate cost in dollars 520,000
390,000
880,000
常见有机化合物极性增加顺序：
烃烃烃
醚 醚醚醚
P<1MPa
SR-POLAR,
PRWS, RKSWS 及其衍生方程
南
京
工 业
模拟
大 学
体系
包 宗 宏
不含电解质 含极性物质
含电解质
P>1MPa
有二元交互 作用参数
无二元交互 作用参数
不含极性物质
ELECNRTL, PITZER 及其衍生方程
PSRK, PR, RKS 及其衍生方程
NRTL, UNIQUAC 及其衍生方程
学
包
宗 宏
“Datapkg” 文件夹：包含了15个综合化工过程的“.bkp” 数据包
文件。
2.1.4 用软件进行物料衡算与能量衡算的要点
(7)学会判断计算结果的正确性。当一个模拟过程运算正常收 敛后，软件状态栏上提示 “Results Available”，表示计算有了 结果，这并不表示结果正确。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
物料衡算基本理论
四、衡算方法和步骤
1，明确衡算目的通过物料衡算确定生产能力、纯度、收率
2，明确衡算对象划定衡算范围，绘出物料衡算示意图
3，对有化学反应的体系应写出化学反应方程式
4，收集与物料衡算有关的计算数据
○1生产规模；原辅材料、中间体及产品规格；
○2有关定额和消耗指标（产品单耗、配料比、回收率、提取率、收率）○3有关的物理化学常数（密度、蒸汽压、相平衡常数）
5，选定衡算基准
6，列出物料衡算方程式
7，根据物料横算结果，编制物料平衡表
物料衡算举例
一、物理过程物料衡算
实例6-1 硝化混酸配制过程物料衡算。
已知混酸组成为硫酸46%（质量百分比，下同）、硝酸46%、水8%，配制混酸用的原料%的工业硫酸、98%的硝酸以及含硫酸69%的硝化废酸。
试通过物料衡算确定配制1000kg混酸时各原料的用量。
为简化计算，设原料中除水外的其他杂质可忽略不计。
明确衡算目的明确衡算对象
以搅拌釜为衡算范围，绘制混酸配制过程物料衡算示意图
G H2SO4 G HNO3
G 废
图中共有4股物料，3个未知数，需3个独立方程 对硝酸进行物料衡算 对硫酸进行物料衡算
对水进行物料衡算
联立方程解得
混酸过程物料衡算表
3
0.980.461000HNO G =⨯240.9250.690.461000
H SO G G +=⨯废2430.0750.020.310.081000
H SO HNO G G G ++=⨯废243399.5469.4131.1H SO HNO G kg G kg G kg
===废
二，化学过程的物料衡算 1，化学过程的几个概念 转化率
收率（产率） 选择性
例6-2 甲苯用浓硫酸磺化制备对甲苯磺酸。
已知甲苯的投料量为1000kg ，反应产物中含有对甲苯磺酸1460kg ，未反应的甲苯20kg 。
试分别计算甲苯的转化率、对甲苯磺酸的收率和选择性。
则甲苯的转化率为
则甲苯磺酸的收率为
100%
A x A =⨯反应物A 的反应消耗量反应物的投料量
100%
y A =⨯按目标产物收得量折算的反应物A 的量反应物的投料量
100%
A ϕ=⨯按目标产物收得量折算的反应物A 的量反应物的反应消耗量
CH 3
+
H 2SO
4
CH 3
SO 3H
+
H 2O
110-140
100020100%98%
1000
A x -=⨯=146092100%78.1%
1000172
y ⨯=⨯=⨯
则甲苯磺酸的选择性为
总收率 总收率为各个工序的收率之积
3，连续操作过程的物料衡算 实例6-4
在催化剂作用下，乙醇脱氢可制备乙醛，其反应方程式为
同时存在副反应
已知原料为无水乙醇（纯度以100%计），流量为1000kgh-1，其转化率为95%，乙醛收率为80%，试对该过程进行物料衡算。
以反应器为衡算范围，绘出物料衡算示意图，如图6-4所示 乙醇：1000kg/h 纯度100%
图中，1股进料，1股出料， 衡算目的：确定出料的组成
衡算基准：以单位时间内的进料量为基准 主反应方程式
25C H OH
32
CH CHO H +2
5
C H OH
2 3252
2CH COOC H H +79.7%
y x
ϕ
==
副反应方程式
出料：乙醇流量为：
乙醛流量为：
乙酸乙酯流量为：
氢气流量为： 乙醇催化脱氢过程物料衡算表
25C H OH
32
CH CHO H +25C H OH
2 3252
2CH COOC H H +11000(10.95)50.0()
kg h -⨯-=g 144
10000.950.8727.0()
46
kg h -⨯⨯⨯=g 1
8810000.95(10.8)181.7()92
kg h -⨯⨯-⨯=g 1
100050727181.741.3()
kg h ----=g
随堂练习
拟用连续精馏塔分离苯和甲苯混合液。
已知混合液的进料量为200kmol·h-1，其中含苯（摩尔分数，下同），其余为甲苯。
若规定塔底釜液中苯的含量不高于，塔顶馏出液中苯的回收率不低于%，试通过物料衡算确定塔顶馏出液、塔釜釜液的流量及组成，以摩尔流量和摩尔分数表示
明确衡算目的 D ，xD 横算范围确定
绘出物料衡算示意图 F=200kmol·h-1
xF=
衡算基准
摩尔流量和摩尔分数
W ，Xw=
精 馏 塔。