第三节物料衡算

第一节 物料衡算式

4－1 化工过程的类型

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。或行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型。

间歇操作过程：

4－2 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。根据质量守恒定律，对某一个体系，输入体系的物料量应该等于输出物料量与体系内积累量之和。所以，物料衡算的基本关系式应该表示为；

如果体系内发生化学反应，则对任一个组分或任一种元素作衡算时，必须把由反应消耗或生成的量亦考虑在内。所以(4—1)式成为：

上式对反应物作衡算时．由反应而消耗的量，应取减号，对生成物作衡算时，由反应而生成的量，应取加号。

但是，列物料衡算式时应该注意，物料平衡是指质量平衡，不是体积或物质的量(摩尔数)平衡。若体系内有化学反应，则衡算式中各项用摩尔／时为单位时，，必须考虑反应式中的化学计量系数。出为反应前后物料中的分子数不守恒。

第二节 物料衡算的基本方法

进行物料衡算时，为了能顺利地解题，避免错误，必须掌握解题技巧，按正确的解题方法和步骤进行。尤其是对复杂的物料衡算题，更应如此，这样才能获得准确的计算结果。

4－3 画物料流程简图方法 求解物料衡算问题，首先应该根据给定的条件画出流程简图。图中用简单的方框表示过程中的设备，用线条和箭头表示每个流股的途径和流向。并标出每个流股的已知变量（如流量、组成)及单位。对一些未知的变量，可用符号表示。

4—4 计算基准及其选择

进行物料、能虽衡算时，必须选择一个计算基准。从原则上说选择任何一种计算基准，都能得到正确的解答。但是，计算基准选择得恰当，可以使计算简化，避免错误。

对于不同化工过程，采用什么基准适宜，需视具体情况而定，不能什硬性规定。

根据不同过程的特点，选样计算基准时，应该注意以下几点：

1. 应选择已知变量数最多的流股作为计算基准。

赵县职教中心职高二年级化工原理教学案

课 题 复习：全塔物料衡算——操作线方程 备课人 姚

复习目标

要求 1、掌握吸收塔的物料衡算

2、掌握吸收塔的操作线方程与操作线

学习方法 自主——合作——探究

学 习 过 程

【知识回顾】

1、下列说法错误的是：____________

A.溶解度系数H值很大，为易溶气体

B.相平衡常数m值很大，为难溶气体

C.亨利系数E值很大，为易溶气体

D.亨利系数E值很大，为难溶气体

2、总结：溶解度系数H、亨利系数E、相平衡常数m值的大小与温度、气体溶解度的关系

【复习要点】

一、吸收塔的物料衡算

1、 写出全塔物料衡算式：

2、以塔内任一截面m-n与塔底为衡算范围写出物料衡算式：

3、确定吸收操作线方程

4、吸收率ΨA指的是

定义式为

5、以上的物料衡算式仅取决于

，而与 无关。

二、吸收塔的操作线与平衡线的关系

1、操作线是一条通过点（ ），斜率为 的直线，其中斜率 为吸收操作的液气比

2、吸收操作线在平衡线 （填“上方”或“下方”）

3、吸收操作线距离平衡线的远近和推动力有何关系？

【复习检测】

第四章 物料衡算

1 物料衡算

1.教学目的与要求

掌握物料衡算的基本方法，学会对无化学反应的物料衡算及有化学反应的物料衡算

进行计算。

2.主要教学内容

掌握物料衡算式、画物料流程简图的方法；计算基准的选择；无化学反应的物料衡

算，有化学反应的物料衡算。

3.重点与难点：

重点：无化学反应及有化学反应物料衡算的计算方法

难点：有化学反应物料衡算的计算方法

4.学时分配：8+6S 学时

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）。

第一节 物料衡算式

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。 第四章 物料衡算

2 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。

第三节 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）