第三章物料衡算和能量衡算(热量)

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）。

2化工设计概论第三章_物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算是化工设计中非常重要的内容，本文将从物料衡算和能量衡算两个方面进行介绍。

一、物料衡算物料衡算是指在化工生产过程中，对各种原料、中间体和产品的质量、数量和成分进行准确计算的过程。

物料衡算的目的是确定生产过程中各种物料的需求量，确保生产过程稳定和产品质量符合要求。

物料衡算的方法主要有质量衡算和量衡衡算两种。

质量衡算是以物料的质量为基础进行计算，通过分析反应进入和离开反应器的质量，计算物料的损失和转化率等。

量衡衡算是以物料的容积或重量为基础进行计算，通过对物料流动的速度、压力、体积和化学反应速率等参数的测量，来计算物料的数量和流动性。

物料衡算的具体步骤包括：确定物料流程图，定义物料的属性和流动参数，编写物料表，进行物料平衡方程的建立，计算各物料的需求量和产量等。

二、能量衡算能量衡算是指在化工生产过程中，对能量的输入、输出和损失进行准确计算和分析的过程。

能量衡算的目的是确保生产过程中的能量平衡和能源利用效率的提高。

能量衡算的方法主要有热平衡法和能量流平衡法两种。

热平衡法是基于热力学原理，通过测量和计算热量的流入和流出来进行能量衡算。

能量流平衡法是基于能量守恒原理，通过对能量流动的速度、温度和压力等参数的测量，来计算能量的输入和输出。

能量衡算的具体步骤包括：确定能量流程图，定义能量的属性和流动参数，编写能量表，进行能量平衡方程的建立，计算各能量的输入量和输出量等。

三、物料衡算和能量衡算的关系在进行物料衡算和能量衡算时，需要考虑以下几个方面：1.反应进程的热力学和动力学特性对物料和能量衡算有重要影响。

在确定衡算方法和参数时，需考虑反应的热效应和速率等因素。

2.物料的组成和性质对衡算结果有重要影响。

不同物料具有不同的热容量、蒸发潜热和燃烧热等参数，这些参数直接影响到能量衡算的结果。

3.流程设计和设备选择对衡算结果也有影响。

不同的流程和设备对物料流动的速度、压力和温度等参数有不同的要求，这些参数直接影响到物料和能量衡算的结果。

化工设计概论第三章_物料衡算与能量衡算物料衡算与能量衡算是化工设计中非常重要的环节，它们是进行化工过程的关键步骤，对化工产品的质量和产量有着直接的影响。

本章将介绍物料衡算与能量衡算的概念、原则和方法，并结合实际案例进行详细说明。

一、物料衡算物料衡算是指在化工过程中对物料的输入、输出量进行定量分析和计算，以确定每种物料的用量和流量。

物料衡算的目的是保证化工过程中物料的平衡，确保物料的流动和转化符合设计要求。

物料衡算的基本原则是质量守恒定律和能量守恒定律。

根据质量守恒定律，物理系统中的物质质量是不变的，即输入物质的总质量等于输出物质的总质量。

根据能量守恒定律，物理系统中的能量总量是不变的，即输入能量的总量等于输出能量的总量。

物料衡算的方法主要有两种：物质衡算和元素衡算。

物质衡算是根据物料的化学组成进行衡算，以化学方程式为基础，通过分子计数法和平衡方程法计算物料的输入和输出量。

元素衡算是根据物料中各元素的含量进行衡算，以确定每种元素的输入和输出量。

物料衡算的步骤一般包括以下几个方面：确定衡算参考物质，编写化学方程式，计算输入物质的总质量，计算输出物质的总质量，计算每种物质的输入和输出量。

在实际衡算过程中，还需要考虑补料和损耗等因素，对补料和损耗进行补偿。

二、能量衡算能量衡算是指在化工过程中对能量的输入、输出量进行定量分析和计算，以确定每种能量的用量和转化效率。

能量衡算的目的是保证化工过程中能量的平衡，以提高能量利用效率。

能量衡算的基本原则是能量守恒定律和能量转化效率的最大化。

根据能量守恒定律，物理系统中的能量总量是不变的，即输入能量的总量等于输出能量的总量。

能量转化效率是指能量输入与输出的比值，衡量能量转化过程的效果。

提高能量转化效率有助于降低能源消耗和环境污染。

能量衡算的方法主要有两种：热力衡算和焓能衡算。

热力衡算是根据化学反应的热效应进行衡算，以热平衡方程为基础，计算输入和输出热量的总量。

焓能衡算是根据物料的热焓变化进行衡算，以焓平衡方程为基础，计算输入和输出焓能的总量。

北京理工大学BEIJING INSTITUTE O F TECHNOLOGY第3章物料衡算、能量衡算及反应器工艺计算授课教师：赵芸化工与环境学院•反应器设计基础•物料衡算•热量衡算•反应器工艺计算典型化工过程反应器设计基础•化学反应的特点及其对反应器的要求•反应器的分类及特点•反应器设计的相关概念•反应器放大方法•化学反应复杂：平行反应，连串反应，可逆反应及链反应•反应物料的相态多样化：气、液、固非均相系统•许多反应过程热效应大•工艺条件变化范围宽：多步反应T\P高低•反应介质的腐蚀性强一、化学反应的特点及其对反应器的要求停留时间传质传热耐热耐压耐腐蚀二、反应器分类及特点•根据反应器的结构形式•根据反应器的传热方式•根据反应器内物料相态•根据反应器的操作方式（一）反应器的结构形式•釜式反应器•管式反应器•固定床反应器•滴流床反应器•塔式反应器•流化床反应器•喷射式反应器•泵式反应器•膜反应器（燃料电池）•等等1、釜式反应器液体介质内进行的各种反应结晶型产物或需静止分层的产物加压下的反应带固体沉淀物的反应需要不断粉碎结块固体的场合2、管式反应器气相或均液相反应非均液相反应气液相反应，带悬浮固体的液固或气液固反应粘稠物料与半固态物料的反应高压低密度聚乙烯：1000~2000 atm，10万吨/年3、固定床反应器●催化剂为固体；●催化剂固定在反应器床层内；●温度分布不均；●不易于更换催化剂气固、液固、气液固相催化反应反应热较大的快速气固相催化反应天然气制气4、滴流床反应器•+高空速•+ 小返混•+无催化剂夹带•-高床层压降•-长混合时间•-流动分布差•-仅能并流操作5、塔式反应器气液相反应气液固三相反应气体的化学吸收气液相逆流操作的反应，要求伴随蒸馏的化学反应非均相反应及要求伴随萃取的反应6、流化床反应器•气固流化床反应器•气液固三相流化床反应器–鼓泡式气液固三相反应器–循环式气液固三相流化床反应器气固流化床反应器•催化剂为固体颗粒；•催化剂在气体作用下进行流化；•温度均一；•易于更换催化剂高低并列的提升管FCC 装置鼓泡式气液固三相反应器•可实现恒温操作•易于取热•有效利用反应热•可随时卸、补催化剂•气体强化气液传质•通气量大循环式气液固三相反应器•可实现恒温操作•易于取热•有效利用反应热•可随时卸、补催化剂•气体强化气液传质•通气量小2011/9/23217、喷射反应器气液、液液相快速反应8、泵式反应器液相、气液相快速反应（二）反应器的传热方式•间壁传热式•绝热式•自热式T0CLLL•直接传热式（冷激式）•蒸发传热式•外循环传热式L T℃t (hr) T℃（三）反应器内物料相态•均相反应器–气相反应器–均液相反应器•非均相反应器–气液两相反应器–液液两相反应器–气固两相反应器–气液固三相反应器（四）反应器的操作方式•分批（或间歇式）操作–参与反应的物料一次投入，反应完毕后产物一次卸出•连续式操作–反应物料连续通过反应器的操作方式•半分批（或半连续）操作–一部分物料一次投入反应器内，另一部分物料则连续地加入或排出反应器，反应完毕后放料搅拌釜式反应器串联釜式反应器管式,塔式反应器搅拌釜式反应器•沸腾温度下进行的强放热反应•严控A 浓度•B 浓度高，A 、C 浓度低对反应有利的场合•可逆反应•严控A 浓度•低温进行的放热反应•A 浓度低，B 浓度高对反应有利的场合•控制产物C （如沉淀反应）•A 、B 浓度低对反应有利的场合•控制产物C （如沉淀反应）•可逆反应BA CB CACA BA BC三、反应器设计相关概念•反应相关基本概念•反应器内物料流动模型（一）反应相关基本概念•转化率•产率•选择性•时间•返混转化率2011/9/2331•转化率：反应所消耗掉的物料量与投入反应器的物料量之比x A =反应消耗A 组分的量投入反应器A 组分的量针对主要原料产率•产率：收率，主产物的实际得量与按投入原料计算的理论产量之比反应后主产物实际得量投入反应器原料计算的理论产量η=反应后主产物实际得量折成原料量投入反应器的原料量η=或针对主产物•阶段收率：某阶段产品的实际得量与理论得量的比例百分率。