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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。
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）。
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C11H16C11H14O2M 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 kg3/2O2C11H14O2M 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。
物料衡算与热量衡算的方法由于物料衡算与热量衡算是化工设计的基础，是生产中检查考核、定额分析的重要手段，也是本课程中化工计算的基础，因此，在进入后几章的学习之前，必须把物、热衡算的方法搞清楚。
一、物料衡算的具体作法对于连续稳定过程，物料衡算的方程是：ΣMλ=ΣM出或进 = 出为代数方程对不稳定过程，物料衡算的方程为：ΣMλ=ΣM出+M累积或进 = 出 + 累积为代数方程在本书的范围之内，绝大多数情况为连续稳定过程，故将重点讨论这种情况。
一般情况下，物料衡算的步骤如下：首先，确定衡算对象，根据题目要求它可以是总物料、某个组分、某个元素等；其次，确定衡算范围，根据题目要求它可以是一个系统、一个车间、某个设备；设备的某个局部等……；最后，确定衡算基准，根据题目要求它可以是单位质量，单位时间等。
在上述三者确定后，根据物料衡算方程分别列出具体的物料衡算方程（一个或多个），再解方程或方程组即可。
现举例如下：例1-1 如图1-2A所示，浓度为20%（质量百分数，下同）的KNO3水溶液以1000kg/hr流量送入蒸发器，在某温度下蒸出一部分水而得到浓度为50%的KNO3水溶液，再送入结晶器冷却析出含有4%水分的KNO3晶体并不断取走。
浓度为37.5%的KNO3饱和母液则返回蒸发器循环处理，该过程为连续稳定过程，试求：1. 结晶产品量P，水分蒸发量W；2. 循环母液量R，浓缩量S。
图1-2A解： 1. 衡算对象：总物料KNO3衡算范围：如图所示的用一条封闭的虚线所包围的部分衡算基准：单位时间--每小时列方程：凡是穿过封闭虚线进入的衡算范围的物料为入；凡是穿出封闭虚线排出的衡算范围的物料为出；总物料ΣMλ=ΣM出则 F = W + P （1）同理，对KNO30.2F = 0×W + P（1-4%）（2）将（1）（2）代入数据后组成方程组1000 = W + P0.2×1000 = P（1-4%）解这个方程组得：P = 208.3 kg/hrW = 791.7 kg/hr2. 衡算对象的基准不变，改变衡算范围如图1-2B所示。
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。
第3章物料与热量计算
原始数据:
（1）生产能力25万吨/年硬PVC-U塑钢型材；
（2）年生产时间6744小时；
（3）PVC-U型材合格率99%；
（4）产品规格：壁厚2.5mm,加强筋1.5mm。
3.1 生产能力计算
3.1.1 计算基准的选取
一年工作日的计算
（1）年工作小时数：365-27（法定假日）=338天×24=8112小时
（2）设备维修和检查：设定25天/年=600小时/年
（3）紧急情况停止生产：设定15天/年=360小时/年
（4）挤出机机头、滤网等部件的清洗与更换：设定1次/6天；8小时/次，则
[338天-（25天+15天）]×1/6次/天×8小时/次=397.33小时=17天
（5）实际生产时间则为：
365天-27天-25天-15天-17天=281天
281天×24=6744小时
综上所述，可得设备利用系数:
K=实际开车时间/年工作时间=6744/8112=0.831
3.2 物料衡算
3.2.1 挤出成型工段
（1）挤出成型工段物料损耗率见表3-1[13]
（2）物料衡算
总共混合料需求量：250000/0.94=254957.44t
自然损耗量：254957.44×0.1%=254.94t
扫地料：254957.44×0.4%=1019.83t
下脚料：254957.44×5.5%=14022.65t
下脚料回收破碎量(破碎损失为5%）：14022.65×(1-5%）=13331.52t
颗粒料中需加回收料量（总量的5%）：254957.44×5%=12747.88t
回收率：(12747.88/14022.65)×100%=90.91%
（3）挤出成型工段物料损耗量具体见表3-2。
3.2.2 挤出前各工段
（1）确定各岗位物料损失率
经过经验数据，由于工人操作不慎以及设备残留等因素,使物料有一定的损失，首先。
见表3-3[14]
进入工序的物料量=该工序总的出料量/（1-工序的损失率）
那么可得
进入输送的物料量：254957.44×（1-5%）=242209.57t（半成品混合料1吨其中有加入回收料5%）
242209.57/(1-0.2%)=242694.96t
进入冷辊机的物料量：242694.96/(1-0.1%)=242937.90t
进入高辊机的物料量：242937.90/(1-0.1%)=243181.10t
进入筛选输送物料量：243181.10/(1-0.5%)=244403.10t
（3）混合各段物料量，具体见表3-4：
表3-4 混合工段物料平衡表
3.2.3 物料中各组分的用量
物料中各组分需求量计算方法：
（1）年组分所需要用量(t)
物料年实际需要量×组分物料百分比=该组分物料年需要量
（2）日组分需要量(t)
组分物料年需要量÷实际工作天数（281）=改组分日需要量
（3）又上所述，可算的物料的年实际用量和每天物料的使用量
根据物料衡算，混合料年需要量为254957.44吨，计算出每年需要配好的粉料量为268376.25吨。
考虑到回收，所以实际料量=计算物料量-回收量
=268376.25-（268376.25-244403.10）
=244403.1t
3.3 能量衡算
3.3.1 电能
查得TSH-135双螺杆挤出机的生产能力5t/h，则需生产线条数：
254957.44/(6744×5)=7.56，则选择8条生产线满足生产要求。
（1）破碎机耗能
全年需要破碎下脚料为14022.65吨，选用PE-200×300型破碎机，破碎量力3-6/h，功率为7.5 kW，则全年的使用时间为：
14022.65÷6=2337.1h
消耗功率：
2337.1×7.5=17528.3 kW h
（2）研磨机
全年需磨粉废品量14022.65t，每小时破碎量为3-6t/h，功率10 kW，全年的使用时间：
14022.65÷6=2337.1h
消耗功率：
2337.1×10=23371 kW h
（3）混合机组
因为车间共有8条生产线，4条生产线需要一台混合机组。
选用WLD-H-35型高速加热/冷却混合机组。
功率为90 kW h
①热混机：
单次产量21000kg，混合时间10min；全年使用时间为：
254957.44÷21÷6=2023.5 h
2台热混设备的消耗功率：
2023.5×90×2=364230 kW h
②冷混机：
每锅使用时间：10min
254957.44÷21÷6=2023.5 h
2台热混设备的消耗功率：
2023.5×90×2=364230 kW h
（4）PVC-U型材生产线
生产线的配套设备见表3-6:
生产线功率:
125.25+4.75+3+1.1=134.1 kW
8条线总耗电量：
134.1×6744×8=7267147.2 kWh
(5) 照明设备
车间照明设备20盏，功率0.4kW使用时间取5000小时，则耗电量为:
0.4×20×5000×2=80000 kWh
车间的年耗电量见表3-7:
损耗系数一般为80%，则实际耗电量为: 8076506.5/80%=10095633.13kWh 3.3.2 冷却水
根据设备的技术参数:
混合机组:5m3/h
型材生产线:4m3/h
年总耗水量:
5×953.3+6744×4×2=58718.5m3
考虑到到一定的损耗量，取系数：冷却水1.20，则实际为：
58718.5×1.2=70462.2m3能量消耗统计，表3-8:。
