化工物料衡算
化工计算物料衡算
质量守恒定律（不包括核反应）
基本方程
进入的Fi+生成的Dp=流出的Fo+反应的Dr+积累的W
适用范围
所有流程都适用 总物料适用 某一组分适用
具体过程的物料衡算
稳态过程 W=0 无反应过程 Dp=Dr=0 稳态无反应过程
Fi=Fo 稳态有反应过程
Fi+Dp=Fo+Dr
物料衡算方程为非线性方程（迭代求解）
例题
甲烷与水蒸气用镍催化剂进行转化反应生产 氢气。转化过程的主要反应为甲烷转化反应 和一氧化碳变换反应，即：
1. CH4+H2O CO+3H2 2. CO+H2O CO2+H2
已知水蒸汽与甲烷之比为2.5，温度为 760℃，压力为5大气压。假定上述反应达 到平衡．求产物的平衡组成。
写化学反应方程式
+3O2
2
+9O2
4
O
O +3H2O
O O
O + 6H2O
O
选基准
邻二甲苯 210kg/h
邻二甲苯 分子量
106
苯酐 148
顺酐 98
物料衡算
输入氧气量
4620 0.21 43.31kmol/ h 22.4
210kg/h邻二甲苯完全氧化所需的氧气
苯酐 顺酐
210 3 5.943kmol/ h 106 210 9 8.915kmol/ h 106 2
连续操作
连续性进料，连续性出料，浓度不随时间的变化而 变化，只随空间位置的变化而变化
2. 化工过程的分类（二）
稳态操作
操作条件不随时间的变化而变化，只随位置的 变化而变化（正常的连续操作过程）
化工生产过程物料衡算能量衡算介绍课件
化工生产过程的特点
01 连续性：化工生产过程通常为连续生产，以保证生产效 率和产品质量。
02 复杂性：化工生产过程涉及多种化学反应和物理变化， 过程复杂，需要精确控制。
03 安全性：化工生产过程涉及易燃、易爆、有毒等危险物质， 需要严格控制生产条件和操作流程，确保生产安全。
04 环保性：化工生产过程会产生废气、废水、废渣等污染物， 需要采取有效措施进行环保处理，降低对环境的影响。
物料衡算能量衡算在化工生产过程中的作用
物料衡算：计算物料的投入和产出，确保生产过程的物料平衡，提高生产效 率。
能量衡算：计算生产过程中的能量消耗和产出，优化生产工艺，降低能耗， 提高能源利用率。
物料衡算能量衡算相结合：综合考虑物料和能量的平衡，优化生产工艺，降 低生产成本，提高生产效益。
物料衡算能量衡算在化工生产过程中的应用：广泛应用于化工生产过程的设 计、优化和改进，提高生产过程的安全性、环保性和经济性。
物料衡算在质量管理中的应用：物料衡算可以帮助分析产品 质量情况，从而制定质量控制措施和优化质量管理。
能量衡算的概念
能量衡算是化工生产过程中对能量 进行计算和分析的方法
能量衡算的目的是为了优化生产过 程，提高能源利用效率
能量衡算主要包括热能、机械能、 电能等能量的计算和分析
能量衡算可以帮助企业降低生产成 本，减少能源消耗，提高生产效率
视觉效果：运用色彩、图片、动画等元素，提高课 件的视觉效果和吸引力
互动设计：设置提问、讨论、练习等互动环节，提 高学员的参与度和学习效果
课件制作工具：选择合适的课件制作工具，如 PowerPoint、Keynote等，提高制作效率和质量
能量衡算的应用
优化生产工艺：通过能量衡 算，可以优化生产工艺，提 高生产效率
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）。
化工中物料衡算和热量衡算公式
物料衡算和热量衡算物料衡算根据质量守恒定律，以生产过程或生产单元设备为研究对象，对其进出口处进行定量计算，称为物料衡算。
通过物料衡算可以计算原料与产品间的定量转变关系，以及计算各种原料的消耗量，各种中间产品、副产品的产量、损耗量及组成。
物料衡算的基础物料衡算的基础是物质的质量守恒定律，即进入一个系统的全部物料量必等于离开系统的全部物料量，再加上过程中的损失量和在系统中的积累量。
∑G1=∑G2+∑G3+∑G4∑G2：——输人物料量总和；∑G3：——输出物料量总和；∑G4：——物料损失量总和；∑G5：——物料积累量总和。
当系统内物料积累量为零时，上式可以写成：∑G1=∑G2+∑G3物料衡算是所有工艺计算的基础，通过物料衡算可确定设备容积、台数、主要尺寸，同时可进行热量衡算、管路尺寸计算等。
物料衡算的基准(1)对于间歇式操作的过程，常采用一批原料为基准进行计算。
(2)对于连续式操作的过程，可以采用单位时间产品数量或原料量为基准进行计算。
物料衡算的结果应列成原材料消耗定额及消耗量表。
消耗定额是指每吨产品或以一定量的产品(如每千克针剂、每万片药片等)所消耗的原材料量；而消耗量是指以每年或每日等时间所消耗的原材料量。
制剂车间的消耗定额及消耗量计算时应把原料、辅料及主要包装材料一起算入。
热量衡算制药生产过程中包含有化学过程和物理过程，往往伴随着能量变化，因此必须进行能量衡算。
又因生产中一般无轴功存在或轴功相对来讲影响较小，因此能量衡算实质上是热量衡算。
生产过程中产生的热量或冷量会使物料温度上升或下降，为了保证生产过程在一定温度下进行，则外界须对生产系统有热量的加入或排除。
通过热量衡算，对需加热或冷却设备进行热量计算，可以确定加热或冷却介质的用量，以及设备所需传递的热量。
热量衡算的基础热量衡算按能量守恒定律“在无轴功条件下，进入系统的热量与离开热量应该平衡”，在实际中对传热设备的衡算可由下式表示Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6（1—1）式中：Q1—所处理的物料带入设备总的热量，KJ;Q2—加热剂或冷却剂与设备和物料传递的热量（符号规定加热剂加入热量为“+”，冷却剂吸收热量为“-”），KJ;Q3—过程的热效率，（符号规定过程放热为“+”；过程吸热为“-”）Q4—反应终了时物料的焓（输出反应器的物料的焓）Q5—设备部件所消耗的热量，KJ;Q6—设备向四周散失的热量，又称热损失,KJ;热量衡算的基准可与物料衡算相同，即对间歇生产可以以每日或每批处理物料基准。
化工设计--物料衡算
化工设计–物料衡算1. 引言物料衡算在化工设计中扮演着重要的角色。
它涉及到原料的选取、配比、转化效率等问题，直接影响到生产过程的效益和产品的质量。
本文将介绍化工设计中物料衡算的基本概念、计算方法以及重要性。
2. 物料衡算的基本概念物料衡算是指在化工设计中，根据产品的需求和生产工艺要求，确定所需原料的数量和配比关系。
它是化工过程设计的基础，需要考虑到原料的成本、可用性、安全性等因素。
3. 物料衡算的计算方法物料衡算的计算方法根据不同的情况可以有多种选择。
下面介绍两种常用的计算方法。
3.1 百分比计算法百分比计算法是最常用的一种物料衡算方法。
它通过确定每种原料在配方中的百分比比例来计算所需原料的数量。
具体步骤如下： - 确定产品的配方，将每种原料的百分比表示出来。
- 根据产品的需求确定生产量。
- 根据生产量和配方中的百分比比例计算出每种原料所需的数量。
3.2 单位重量法单位重量法是另一种常用的物料衡算方法。
它通过确定每种原料的单位重量（通常是千克或吨）来计算所需原料的数量。
具体步骤如下： - 确定产品的配方。
- 根据产品的需求确定生产量。
- 根据配方中每种原料的单位重量计算出每种原料所需的数量。
4. 物料衡算的重要性物料衡算在化工设计中具有重要的意义。
它能够帮助工程师合理选取原料、确定合适的配比，并在一定程度上保证产品质量和生产效益。
- 合理选取原料：物料衡算能够帮助工程师考虑原料的成本、可用性和安全性等因素，从而选择合适的原料，避免不必要的浪费和问题。
- 确定合适的配比：物料衡算能够根据产品的特性和要求确定合适的配比关系，从而保持产品的稳定性和一致性。
- 提高生产效益：物料衡算能够通过优化原料的使用量和配比，提高生产效益，减少成本和资源浪费。
5. 物料衡算的案例分析为了更好地理解物料衡算的实际应用，下面我们以某化工企业生产涂料为例进行分析。
某涂料的配方如下： - A原料：40% - B原料：30% - C 原料：20% - D原料：10%假设生产1吨涂料，请根据百分比计算法和单位重量法计算所需的原料量。
化工计算电子课件第四章物料衡算
C3H8 空气
燃烧过程
燃烧产物（CO2、 N2、H2O、O2 ）
（O2、N2） 图 4-7 例 4-1 物料流程图
由流由程流图程图可可知知：：
该体该系体有系有三三股股物物流流：：丙烷丙、烷空、气、空燃气烧产、物燃。烧产物。
原则原上则基上基准准的的选选择择有有三种三方种法方： 法： 1.选一定量的空气为计算基准 2.选一1、定选量一定的量丙的烷空气为为计计算算基基准准 3.选一2、定选量一定的量燃的烧丙烷产为物计为算基计准算基准 下面分3、别选一以定这量三的燃种烧物产料物为为计基算准基，准 比较各种计算方法的难易程度，以说明合
第二节 物料衡算的基本方法
根据不同过程的特点，选择计算基准时，应该注意以 下几点： ⑴应选择已知变量数最多的流股作为计算基准。 ⑵对液体或固体的体系，常选取单位质量作时较方 便。
⑷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。
下面举例说明选择不同的计算基准对解题难简的影响 程度。
所以，每100mol燃烧产物所需空气量为： 100mol 29.76mol 93.7mol
31.76mol
第二节 物料衡算的基本方法
方法二 基准：1mol空气 按量因题为为意：1m供ol入空的气空中11气含m.2o5量氧l 为量0.8理为mo论0l .2量1m的o1l；25所%，以则理论上所需空气 供燃烧C3H8的氧量（即反应消耗氧）0.80.21mol 0.168mol 由反反应应产式生，的燃CO烧2量C3为H8的0.0量33为6mo0l.16358m0ol.1000.083m36omlol 反应产生的H2O量为 0.0336mol4 0.1344mol 反应后剩余的O2量为 (0.21 0.168)mol 0.042mol 通入1mol空气产生的燃烧产物的总量为：
物料衡算化工计算
•物料衡算两种情况 •设计新的设备或装置
第一节 物料衡算式
4—1 化工过程的类型
•间歇操作
• 操作方式 •半连续操作
•连续操
作
•间歇操作 •原料一次加入，然后操作，最后一
：
次出料。
•半连续操作 •进料分批，出料连续；或进
：
料连续，出料分批或一次。
• 特点 ：
•间歇操作中，无物料进出设备，且设备 内各 部分的组成和条件随时间而变。
4—2 物料衡算式
• 依据质量守恒定律。物料衡算首先要划定体系
。
•体系— •为讨论一个过程，人为地圈定这个过
—
程的全部或一部分作为一个完整的研究
对象，这个圈定的部分叫体系。
•环境—— •体系以外的部分叫环境。
•边界— •体系与环境的分界线（人为地圈定）。
— •
衡算中只涉及通过（进出）边界的物料流股。
•恰当的选取计算基准可简化计算。
•例题 丙烷充分燃烧时，通入的空气量为理论量 的125％，反应式为
•C3H8+5O2＝＝3CO2+4H2O •问100mol 燃烧产物需要多少摩尔空气？
•解：画出物料流程示意图
•C3H8 1 •空气 O221％, 2
• N279％
•燃烧过程
•3 •CO2 •H2O •O2 •N2
•B——入口C3H8的量，mol。 •6个未知量，需列6个独立方程。
•对元素列平衡式：
•C元素平衡
3B＝P
•H元素平衡
8B＝2Q
•O元素平衡
2×0.21A＝2M+2P+Q
•N元素平衡 • 烟道气总量 • 过剩氧量
2×0.79A＝2N M+N+P+Q＝100 0.21A×0.25／1.25＝M
注册化工工程师物料衡算
第一章物料衡算和能量衡算物料衡算和能量衡算是化工工艺设计的基础，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，可以计算出原料消耗定额、能量消耗定额和三废排放量及组成，是设备选择和计算的依据，是改进生产和降低生产成本的依据。
第一节物料衡算1.1物料半衡分析和计算方法1•质量守恒与物料平衡式根据质量守恒算定律写出的平衡关联式：（1）总质量平衡关联E G.=E G2+E G3 ⑴工q是输入系统物料质量总和；X G2是从系统输出物料质量总和；工q是物料损失质量总和。
该式表达了任何体系，总质量是守恒的。
（2）组分平衡关联物理过程中，各组分的质量:和摩尔数守恒，化学反应过程中，不发生化学反应的惰性组分的质量和摩尔数守恒，对参与化学反应的组分，要考虑该组分在反应过程中质量和摩尔数的变化，对某一体系的组分A：加入系统（或单元设备）A的量=在系统（或单元设备）中转化的A量+离开系统（或单元设备）A的量+在系统（或单元设备）中积累A的量对于连续定态的生产过程，物料无积累。
（3）元素平衡关联无论是物理过程还是化学过程，元素都是平衡的。
元素守恒包括元素的质量平衡守恒和元素的摩尔数平衡。
对化学反应过程，在进行物料平衡计算时，常用组分平衡和元素平衡，尤其是化学反应计量系数未知或很复朵，以及只有参加反应各物质的化学分析数据时，用元素平衡最为方便。
有的时候, 也只有元素守恒才可求解。
2.物料平衡计算方法物料平衡计算的方法有直接解法、联系物解法和代数解法。
直接解法适用「求解单元设备的简单体系，有己知数据，用四则运算直接求解未知数据。
联系物解法对于单元设备的简单体系和复朵体系都适用。
对丁•化工过程，惰性物或惰性组分不参与化学反应，若一种或多种惰性物质由一物流全部转入另一物流，可用惰性物把两股物流的流量联系起。
对于多种惰性物质可作为联系物时，一般选数量大的惰性物作联系物。
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第二节 物料衡算的基本方法
2．画出物料流程简图
画物料流程图的方法 a.用简单的方框表示过程中的设备，方框中标明过程的特点 或设备的名称 ； b.用带箭头的线条表示每股物流的途径和流向
第二节 物料衡算的基本方法
举例如例：4含-1C：H4含85%C和HC482H56%15%和（Cm2oHl%6）15的%天（然气摩与尔空气分在数混合）器的中天混合然。气得到与的空混气合气体含 CH41在0%混。试合计器算中100混mo合l 天。然气得应到加入的的混空合气量气及体得到含的C混H合4气10量%。。所画试的计物算料流1程00简m图o如l 图 4-5
第二节 物料衡算的基本方法
3．确定衡算体系
根据衡算对象的情况，用框图形式画出物料流程简图后， 必要时可在流程图中用虚线表示体系的边界，从虚线与物料流 股的交点可以很方便地知道进出体系的物料流股有多少。
4．确定求解步骤 当物料衡算过程较复杂，包含有很多设备时， 合理选择衡算体系对解题是很有帮助的，特别是第一个衡算体 系的确定，往往是解题的突破口，解决问题之关键，这时原则 上应选择已知条件最多、物料组分最多、未知变量最少的体系 作为第一个衡算系统，这些条件有时不一定能同时满足，可视 具体情况进行取舍。如果再不能确定衡算体系，需列表进行自 由度分析，检查给定的数据条件与求解的变量数目是否相符， 确定求解的步骤。
对于不同化工过程，采用什么基准适宜，需视具体情况而定，不能作硬性规定。 例如，当进料的组成未知时（比如以煤．原油等作为原料），只能选单位质量作
基准；当密度已知时，也可选体积作基准。
第二节 物料衡算的基本方法
根据不同过程的特点，选择计算基准时，应该注意以 下几点： ⑴应选择已知变量数最多的流股作为计算基准。 ⑵对液体或固体的体系，常选取单位质量作基准。
输量=积累的物料量
第一节 物料衡算式
1、稳定操作状态
稳定操作时，积累的物料量=0 （1）有化学反应，此时物料平衡关系式为： 输入的物料量－输出的物料量－反应消耗的物料量＋反应生成的物料量
=0 （2）无化学反应，反应消耗和生成的物料量为零，此时物料平衡关系式
为： 输入的物料量—输出的物料量=0
2非稳定操作状态 非稳定操作时，积累的物料量不为零 （1）有化学反应 输入的物料量—输出的物料量—反应消耗的物料量+反应生成的物料量=
积累的物料量 即为通式。 （2）无化学反应
输入的物料量—输出的物料量=积累的物料量
第二节 物料衡算的基本方法
一、物料衡算的范围 进行物料衡算时，必须首先确定衡算的体系。所谓体系
第四章 物料衡算
本章要求：
掌握物料衡算的原理 掌握物料衡算的基本步骤 掌握物料衡算的基本方法
主要内容：
物料衡算的理论依据 化工过程的类型 物料衡算式 物料衡算的基本方法 无化学反应过程的物料衡算
化学反应过程的物料衡算
前言
一、物料衡算的理论依据 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）。 二、物料衡算的意义 1．物料衡算必定是针对特定的衡算体系的，它主要研究在某 一个体系内进、出物料量及组成的变化。通过物料衡算可以知 道原料、产品、副产品及中间产品之间量的关系，从而计算出 原料的转化率、产品的收率、物料损失情况及原料的消耗定额。 2．通过物料衡算得到的数据是设计或选择设备类型、台数和 尺寸的依据，以便对设备作进一步的计算。 3．对新建车间、工段或装置的生产工艺指标进行预估，对化 工过程和设备进行设计。
就是物料衡算的范围，它可以是一个设备或几个设备，也可 以是一个单元操作或整个化工过程， 可以根据实际需要人为 地选定，体系的确定以能简化解题为原则。
二、物料衡算的基本步骤 进行物料衡算时，尤其是那些设备和过程较多的复杂体
系的物料衡算，应按照一定的计算步骤来进行。
第二节 物料衡算的基本方法
1．收集、整理计算数据
天然气应加入的空气量及得到的混合气量。所画的物料流程 所示简。 图如下图所示：混合过程的物料流程图
1 100mol 天然气 CH4 0.85 C2H6 0.15
2 A mol 空气
图 4-5
混合过程
3 Mmol 混合气 CH4 0.10 C2H6 x 空气 1-0.10-x
混合过程物料流程简图
在图中，应表示出所有物料线，并注明所有已知和未知变 量。如果过程中有很多股物流，则可将每股物流进行编号， 以避免出错。
第二节 物料衡算的基本方法
5．选择合适的计算基准，并在流程图上注明所选的基准值。
计算基准即作物料衡算时先确定的某一股物料的量。
在物料、能量衡算中，计算基准的选取至关重要，从原则上 说选择任何一种计算基准，都能得到正确的解答。 在一般化工计算中，根据过程的特点选择计算基准大致可以 从以下几个方面考虑： （1）时间基准 （2）质量基准 （3）物质的量基准 （4）体积基准
（1）设计任务数据 ①生产规模 根据设计任务、生产能力来确定。 ②生产时间 即年工作时数（操作时间），一般为7200-8000小 时左右。 ③有关工艺技术经济指标 即原料的消耗定额、转化率、收率、 选择性（或产率）等。 （2）物性数据 如摩尔质量、密度、浓度、反应平衡常数、相 平衡常数等，可以在有关资料、手册、数据汇编等处查找。查 找时应注意资料的可靠性，尽可能找原始资料并注意数据的适 用范围。所收集的数据应统一使用国际单位制。 （3）工艺参数 如温度、压力、流量、原料配比、停留时间等。
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第一节 物料衡算式
一、化工过程的类型 1．化工过程根据其操作方式可以分成连续操作、间歇操作 以及间歇连续操作（半间歇或半连续操作）三类。 2．化工过程按物系是否稳定，可分为稳定状态操作和非稳 定状态操作。
本章主要是以稳定状态操作过程为主介绍物料衡算的有关方 法，对不稳定状态操作过程只作简要的介绍。 二、物料衡算式 对任何一个体系，物料平衡关系式可表示为：