物料衡算 化学反应过程的物料衡算
化工原理物料衡算公式
化工原理物料衡算公式好嘞，以下是为您生成的关于“化工原理物料衡算公式”的文章：咱先来说说化工原理里的物料衡算公式，这玩意儿可重要啦！就像咱们过日子得算计着柴米油盐一样，化工厂里也得把各种物料的进出算得明明白白。
物料衡算公式简单来说，就是“进去的等于出来的”。
这听起来好像挺简单，可实际操作起来，那可得费一番心思。
我还记得有一次去一家化工厂参观，那是个生产化肥的厂子。
我看到工人们在控制台前忙碌着，各种仪表数据不停地跳动。
当时我就好奇，这生产过程中到底怎么保证原料不浪费，产品质量又有保障呢？后来和厂里的技术员交流才知道，物料衡算公式在这里面发挥了大作用。
比如说，他们要生产一定量的化肥，就得先根据物料衡算公式，算出需要投入多少原料。
而且，这个过程可不只是简单的加减乘除。
就拿氮元素来说吧，从原材料里含有的氮，到反应过程中氮的转化，再到最终产品里氮的含量，都得精确计算。
要是哪一步算错了，要么原料浪费了，增加成本；要么产品不合格，影响销售。
在化工生产中，物料衡算公式就像是一个严格的管家。
它能告诉我们每个环节物料的流向和变化，帮助我们优化生产工艺，提高生产效率，降低成本。
比如说，在一个连续的反应装置中，如果我们知道了进料的流量和组成，通过物料衡算公式，就能算出出料的流量和组成。
这就好比我们知道了家里每个月进了多少米、面、油，就能大概算出能做出多少顿饭一样。
而且，物料衡算公式还能帮助我们发现生产中的问题。
如果实际的出料和通过公式计算出来的结果不一样，那就说明可能哪里出了故障，比如有物料泄漏啦，或者反应不完全啦。
再举个例子，假设一个化工厂要生产一种塑料，需要用到两种原材料 A 和 B 。
根据化学反应式和物料衡算公式，我们知道每生产一定量的塑料，需要消耗一定比例的 A 和 B 。
如果在实际生产中，发现 A 消耗得比预期多，而 B 还有剩余，那就要找找原因了，是不是反应条件没控制好，还是某个设备出了问题？总之啊，化工原理中的物料衡算公式虽然看起来只是一些数字和符号的组合，但它背后可是有着大学问。
物料衡算的基本方法
西南科技大学
§3-6 化工过程的物料衡算 （一）物料衡算的基本方法
2、物料衡算式 物料衡算是研究某一个体系内进、出物料量及组成的变化 所谓体系就是物料衡算的范围，它可以根据实际需要人为 的选定。体系可以是一个设备或几个设备，也可以是一个单
schoolofmaterialsscienceandengineeringswust化工工艺设计chemicalprocessdesign西南科技大学第6节物料衡算一物料衡算的基本方法二无化学反应的物料衡算三反应过程的物料衡算四过程的物料衡算36化工过程的物料衡算一物料衡算的基本方法1物料衡算进行的步骤2物料衡算式3物料衡算的基准36化工过程的物料衡算一物料衡算的基本方法1物料衡算进行的步骤画出物料衡算示意图如方框图写出化学反应方程式包括主反应和副反应列出已知数据和由物料平衡所需要求解的问题决定系统的边界
体系中积累=输入－输出+生成－消耗
式中生成或消耗是因反应而生成或消耗的量 ; 积累项
可正可负 .当积累项不为零时，称为非稳定过程 ;积累
项+消耗 输入=输出
对无反应的稳定过程:
化工工艺设计(Chemical Process Design)
总质量平衡式 总物质的量平衡式 组分质量平衡式 组分物质的量平衡式
无化学反应 有化学反应
是 是 是 是 是 非 非 非
组分平衡式
元素原子 平衡式
元素原子质量平衡式
元素原子物质的量平衡式
是 是
是 是
西南科技大学
化工工艺设计(Chemical Process Design)
§3-6 化工过程的物料衡算 （一）物料衡算的基本方法
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
化工计算第四章物料衡算及课后习题及答案
第一节 物料衡算式 4—1 化工过程得类型
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 部分得组成和条件随时间而变。 半连续操作中,设备内各点得参 数(组成、条 件)随时间而变。
N元素平衡
2×0、79A＝2N
烟道气总量
M+N+P+Q＝100
过剩氧量
0、21A×0、25／1、25
＝M 解上述6个方程得要求得结果。(过程略)
由上例可知计算基准选取恰当与否,对计算难 易影响。所以要重视计算基准选取。
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。
4、 写出化学反应方程式
包括所有主副反应,且为配平后得,将各反应 得选择性、收率注明。
5、选择合适得计算基准,并在流程图上注明基准值 计算中要将基准交代清楚,过程中基准变换时,
要加以说明。 6、列出物料衡算式,然后求解
1)列物料衡算式
无化学反应体系,按:(4—1)、(4—3)(连续稳定过程) 式。
(二)取1mol 空气为计算基准 1mol 空气为计算基准中氧量为0、21mol
燃烧丙烷耗氧量 0、21／1、25＝0、168 mol 燃烧丙烷得量 0、168／5＝0、 0336mol
衡算结果列于下表:
输
入
输
出
组分 摩尔 克 组分 摩尔 克
C3H8 0、
44 CO2 0、101 132
0336
O2 0、21 200 H2O 0、135 72
第三章物料衡算(新)
C2H4 + 3 O2
以100kmol进料为基准，用x和y分别代表环氧乙 烷和二氧化碳的生成量，根据题给组成和该系统 的化学反应方程式，可列出下表3-5。
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表3-5 物料组成
由于反应器出口气体中乙烯和氧的浓度已知， 所以可列出下面两个方程：
解：设 2A+B→2D+E A+D→2C+E C+2B→2F
速率为r1 速率为r2 速率为r3
22
各物质在反应中的变化如表3-4所示 A 进料
/(mol.h-1)
B 100 － r1
C 0
D 0 2r1
E 0 r1
F 0`
200 r2
－2r3
200-2r1-r2 100-r1-2r3
14
有循环物料的反应系统，有两种不同含义的转化 率。一种是新鲜原料通过反应器一次所达到的转 化率，叫单程转化率。这可以理解为以反应器进 口物料为基准的转化率。另一种是新鲜原料进入 反应系统起到离开反应系统止所达到的转化率， 称为全程转化率。显然，全程转化率大于单程转 化率。 （4）收率：转化率是针对反应物而言的，收率则 是针对产物而言的。收率的定义式为：
2.物料衡算基准 选定一个计算基准，并在整个运算中保持一致。 （1）t基准：1d，1h，1s等。 （2）批量基准：每批物料量，Kg/批 。 （3）质量基准：例如取100Kg，一般取某一己知 变量最多或未知变量最少的物流作为基准最为合 适。 （4）体积基准：对气体物料，采用标准体积为基 准，m3,L等。 （5）物质的量基准：有化学反应的取物质的量基 准，mol。
化工计算第三章-3化学反应过程物料衡算
= 0 . 9952
( 995 4 . 75 ) kmol h
= 0 . 0048
衡算体系：混合器
MF 1 = FF 1 R 1
-1
-1
代入数据得：MF 1 = (100 995 ) kmol h
= 1095 kmol h
-1
MF 2 = R 2 = 4 . 75 kmol h
第三章物料横算
一般反应过程的物料衡算 对有化学反应过程的物料衡算，由于各组 输入(某种元素)＝ 分在过程中发生了化学反应，因此就不能简单 输出(同种元素) 地列组分的衡算式，必须考虑化学反应中生成 对反应过程中化学反应 或消耗的量，应该根据化学反应式，列衡算方 很复杂，无法用一、两 程。对一般的反应过程，可用下列几种方法求 个反应式表示的物料衡 解。 算题，可以列出元素衡 1、直接求解法 有些化学反应过程的物料衡算， 算式，用代数法求解。 有时只含一个未知量或组成，这类问题比较简 单，通常可根据化学反应式直接求解，不必列 出衡算式。 2、元素衡算法 元素衡算是物料衡算的一种重 要形式。在作这类衡算时，并不需要考虑具体 的化学反应，而是按照元素种类被转化及重新 组合的概念表示为
R
FF
MF 混合器 反应器
RP
分离器
P
图 4-27
循环过程的物料流程图
另外，具有循环过程的体系还有两个过程限制参数，通 常称为循环比和混合比，定义如下：
循环比=
循环物流流量 产品物流流量
循环物流流量 新鲜原料流量
＝
R P
R
（4-15）
混合比=
＝
FF
（4-16）
在对分离器和混合器进行物料衡算时这两个参数很重要，
化学反应过程的物料衡算ppt课件
5
第四节 化学反应过程的物料衡算
生成的C6H6： RP4 MF2 80% 98% 11.76mol h1 CH4的量：
RP3 MF2 80% 98% MF2 80% (1 98%) 7 MF3 (11.76 1.68 10)mol h1 23.44mol h1
4
基准：进反应器混合原料：100 mol h1 衡算体系：反应器
进料：由已知，MF3 100mol h1 10% 10mol h1
总物料：MF1 MF2 10mol h1 100 mol h（1 1）
MF1 5 MF2
（2）
解（1）、（2）式得： MF1 75mol h1
MF2 15mol h1
物质的量（mol·h-1） 75
MF 摩尔分数%
75
物质的量（mol·h-1） 60.84
RP
摩尔分数%
61.43
物质的量（mol·h-1） P
摩尔分数%
物质的量（mol·h-1） 60.84
S
摩尔分数%
72.19
物质的量（mol·h-1） 25.96
R
摩尔分数%
72.19
物质的量（mol·h-1） 34.88
H2的量：
RP1 MF1 MF2 80% 98% MF2 80% (1 98%) 10 (75 11.76 2.4)mol h1 60.84mol h1
出料的总量：
RP (60.84 3 23.44 11.76)mol h1 99.04mol h1
6
第四节 化学反应过程的物料衡
10
第5节 物料衡算的计算机解题
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。
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3.2.3 化学反应过程的物料衡算
1.一般反应过程的物料衡算
（1）直接计算法
例4 在鼓泡反应器（间歇）中进行苯的氯化反应生产氯苯，
主反应为 C6H6+Cl2=C6H5Cl+HCl 同时有副反应生成二氯苯和三氯苯，反应式分别为： C6H6+2Cl2=C6H4Cl2+2HCl C6H6+3Cl2=C6H3Cl3+3HCl 已知鼓泡反应器的产品中，主副反应产物和未反应的苯的 重量比为：氯苯:二氯苯:三氯苯:苯=1:0.08:0.016:2。 求：（1）苯的转化率；（2）氯苯的收率；（3）反应的选 择性；（4）反应生成氯化氢的总量；（5）反应消耗的氯 气的总量。
CO2 H2O O2 N2
解： 以100mol/h合成气为计算基准，则合成气中各组 分的量为：
CH4：0.4mol/h；CO：38.3mol/h； CO2：5.5mol/h； H2：52.8mol/h；O2：0.1mol/h； N2：2.9mol/h；
设加入的空气量为Amol/h，燃烧气中各组分的量分别为： CO2 a mol/h，H2O b mol/h，O2 c mol/h，N2 d mol/h 列元素平衡式有： C：0.4 38.3 5.5 a a 44.2mol/h H：4 0.4 2 52.8 2b b 53.6mol/h
2.564 0 0.889 0.0544 0.0088 1.023 4.5392
可见，质量平衡，摩尔数也平衡，是摩尔数不变的化学反应。
3.2.3 化学反应过程的物料衡算
1.一般反应过程的物料衡算 （2）元素衡算法
• 元素衡算法是物料衡算的一种重要形式，是以反 应过程中参与反应的各种元素为对象列出平衡方程 式而进行的物料衡算。无需考虑具体的化学反应， 按照元素种类被转化及重新组合的概念表示为：
合成气 CH4 CO CO2 H2 O2 N2 0.4% 38.3% 5.5% 52.8% 0.1% 22 N2
CO2 H2O O2 N2
3.2.3 化学反应过程的物料衡算
1.一般反应过程的物料衡算 （1）直接计算法 方法：利用反应物在反应过程中的消耗量和产 物的生成量之间符合化学计量系数之比，来进行 反应物消耗和生成物生成量之间的换算，以达到 进行反应器的物料衡算的目的，这种方法就叫直 接计算法。 适用：反应过程有明确的化学反应方程式，且 反应过程比较简单，没有很多的副反应发生，并 且已知条件比较充分的情况。这样的计算比较简 便，不必按前面所介绍的方法列出物料衡算式。
输入（元素)= 输出（同元素） • 当反应过程比较复杂，同时发生多个反应但详细 分配情况不清楚或化学反应式无法写出时，用元素 衡算法比较合适，如石油裂解过程。
3.2.3 化学反应过程的物料衡算
1.一般反应过程的物料衡算 （2）元素衡算法
例5 已知合成气的组成为CH4 0.4%(体积分数)，CO 38.3%，CO2 5.5%，H2 52.8%，O2 0.1%和N2 2.9%，现 用10%过量空气燃烧，燃烧后生成的燃烧气中不含CO， 计算燃烧气组成。
例4
进出口物流表： 组分 输入 kg kmol kg 输出 kmol
C6H6 Cl2 C6H5Cl C6H4Cl2 C6H3Cl3 HCl
合计
274.263 72.72 0 0 0 0 346.983
3.516 1.024 0 0 0 0 4.54
200 0 100 8 1.6 37.34 346.94
例4
解： 以100kg产物氯苯为计算基准，则反应器出口混
合物中各组分的量为: 苯：200kg；二氯苯：8kg；三氯苯：1.6kg 按照化学计量关系有：
100 78 69 .33kg 生成氯苯消耗苯的量为 112 .5 100 消耗氯气的量为 71 63 .11kg 112 .5 100 产生的氯化氢的量为 36.5 32.4kg 112 .5
合成气 CH4 CO CO2 H2 O2 N2 0.4% 38.3% 5.5% 52.8% 0.1% 2.9% 燃烧气
燃 烧 器
空气 O2 N2
CO2 H2O O2 N2
合成气 CH4 CO CO2 H2 O2 N2 0.4% 38.3% 5.5% 52.8% 0.1% 2.9%
燃烧气
燃 烧 器
空气 O2 N2
例4
8 78 4.245 kg 生成二氯苯消耗苯的量为 147 8 71 2 7.728 kg 消耗氯气的量为 147 8 产生的氯化氢的量为 36.5 2 3.97 kg 147 1 .6 78 0.688 kg 生成三氯苯消耗苯的量为 181 .5 1 .6 71 3 1.878 kg 消耗氯气的量为 181 .5 1 .6 36 .5 3 0.966 kg 产生的氯化氢的量为 181 .5
例4
故苯的加入量为 200 69.33 4.245 0.688 274.263kg 生成氯化氢总量为 32.4 3.97 0.966 37.34kg 消耗氯气总量为63.11 7.728 1.878 72.72kg
274 .263 200 27.08% （1）苯的转化率 X 274 .263 69.33 25.28% （2）氯苯的收率 Y 274 .263 Y 0.2528 S 0.9335 （3）氯苯反应的选择性 X 0.2708
3.2.3 化学反应过程的物料衡算
• 化学反应过程的物料衡算比无化学反应过程的计 算要复杂得多，所考虑的因素也多得多。 • 在进行化学反应过程的物料衡算时必然会涉及到 原料的配比、反应的转化率、产物的收率、选择 性等许多因素。 • 以进行化学反应为主要任务的设备是反应器，对 化学反应过程进行物料衡算就是以反应器为衡算 体系。 • 反应过程有不同的特点，需根据反应过程的不同 特点而灵活选用不同的计算方法，本部分主要介 绍四种对反应器的物料衡算适用的方法。