第三章物料衡算和能量衡算

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。

第三章物料衡算与热量衡算习题1连续常压蒸馏塔进料为含苯质量分数(下同)38％(wt)和甲苯62％的混合溶液，要求馏出液中能回收原料中97％的苯，釜残液中含苯不低于2％。

进料流量为20000kg ／h ，求馏出液和釜残液的流量和组成。

解：苯的相对分子质量为78，甲苯的相对分子质量为92。

以下标B 代表苯。

进料中苯的摩尔分数 38780.419638627892FB x ==+釜残液中苯的摩尔分数 2780.023*********WB x ==+进料平均相对分子质量 0.419678(10.4196)9286.13M =⨯+-⨯= 进塔原料的摩尔流量 2000232.2/86.13F kmol h == 依题意，馏出液中能回收原料中97%的苯，所以97.430.9794.51/DB Dx kmol h =⨯=作全塔苯的质量衡算得 FB DB WB Fx Dx Wx =+作全塔总质量衡算得 F W D =+ 将已知数据代人上述质量衡算方程得 232.20.419694.510.02351⨯=+ 232.2W D =+解得 124.2/,108/W kmol h D kmol h == 所以，94.5194.510.8752DB x ===习题2 采用蒸发方法将浓度为10%NaOH （质量浓度）及10%NaCl 的水溶液进行浓缩。

蒸发时只有部分水分汽化成为水蒸气而逸出，部分NaCl 结晶成晶粒而留在母液中。

操作停止后，分析母液的成分为：50%NaOH ，2%NaCl 及48%H 2O 。

若每批处理1000kg 原料液，试求每批操作中：1）获得的母液量，2）蒸发出的水分量，3）结晶出的NaCl 量。

解：所选择的基准为：每批处理量，1000kg 原料液总物料衡算F1 = F2 + F3 + F4组分物料衡算NaOH 平衡 1000×0.1=0.5F4 NaCl 平衡 1000×0.1=0.02F4+F3H 2O 平衡 1000（1-0.1-0.1）=F2+0.48F4 解得： F2=704kg ，F3=96kg ，F4=200kg 习题3 丙烷充分燃烧时要使空气过量25％，燃烧反应方程式为： 38222534C H O CO H O +→+试计算得到100摩尔燃烧产物（又称烟道气）需要加入的空气的摩尔量。

物料衡算和能量衡算概述物料衡算和能量衡算是工程和科学领域中常用的方法，用于描述和研究物质和能量的流动。

物料衡算关注物质的进出和转化过程，而能量衡算关注能量的转化和利用情况。

本文将对物料衡算和能量衡算进行概述，并介绍其在不同领域中的应用。

1. 物料衡算物料衡算是对物质的进出和转化过程进行量化和分析的方法。

它主要基于质量守恒定律，即不可创造或破坏物质。

物料衡算通常涉及以下几个方面的内容：1.1 进料和出料物料衡算中的进料和出料是指物质从系统的外部进入或离开系统的过程。

进料和出料可以是固体、液体或气体，可以通过不同的方式进行，如输送带、管道或容器。

衡算这些进料和出料的数量和质量可以帮助我们了解物质的流动情况和系统的整体效率。

1.2 转化和反应物料衡算还涉及物质的转化和反应过程。

在这些过程中，我们可以追踪和量化物质的变化，以及转化或生成的产物。

这对于研究化学反应、工艺过程和生态系统中的物质转化至关重要。

物料衡算可以帮助我们优化转化过程，提高反应效率，并监测环境中的物质循环。

1.3 混合和分离物料衡算还涉及物质的混合和分离过程。

在这些过程中，不同组分的物质可以混合在一起，或者通过特定的方法进行分离。

衡算混合物和分离物的组分和比例可以帮助我们优化混合和分离过程，并控制产品的质量和纯度。

1.4 废物和排放物料衡算还关注废物和排放物的产生和处理。

在生产和工艺过程中，废物和排放物可能对环境造成负面影响。

通过衡算废物和排放物的产生量和组分，我们可以找到减少和处理这些废物的方法，以减少对环境的影响。

2. 能量衡算能量衡算是对能量的转化和利用过程进行量化和分析的方法。

它基于能量守恒定律，即能量既不能创造也不能破坏，只能从一种形式转化为另一种形式。

能量衡算通常涉及以下几个方面的内容：2.1 能量流动能量衡算关注能量的流动。

能量可以通过传导、传热、传质和传动等方式在系统中传递和转移。

衡算能量流动的路径、速度和效率可以帮助我们了解能量转化的过程和系统的能量利用效率。

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。

物料衡算与能量衡算概述物料衡算和能量衡算是工程和科学领域中常用的两种衡算方法。

它们通过对物质和能量的流动、转化和交换进行计量和分析，帮助我们深入了解和优化各种过程。

物料衡算是对物质流动进行计量和分析的方法。

它涉及到物质的进入、转化、分配和产出。

物料衡算可以应用于各种领域，如化学工程、环境工程、制造业等。

通过物料衡算，我们可以了解物质的流动路径、转化效率、丢失情况等，从而优化生产过程、减少资源浪费和环境污染。

物料衡算的基本原理是质量守恒定律。

质量守恒定律指出，在封闭系统中，物料的总质量是恒定的。

根据这一原理，我们可以建立物料衡算的数学模型，通过收集输入、输出和转化过程中的数据，计算出不同组分的质量变化和物料平衡。

能量衡算是对能量流动进行计量和分析的方法。

它涉及到能量的转换、传输和耗散过程。

能量衡算可以应用于热力学、能源工程、电力系统等领域。

通过能量衡算，我们可以了解能量的流向、转化效率、损耗情况等，从而提高能源利用效率、降低能源消耗和环境影响。

能量衡算的基本原理是能量守恒定律。

能量守恒定律指出，在封闭系统中，能量是守恒的，不能被创造或毁灭。

根据这一原理，我们可以建立能量衡算的数学模型，通过收集输入、输出和转化过程中的能量数据，计算出能量的变化和能量平衡。

物料衡算和能量衡算是相互关联的。

在许多实际问题中，物料和能量是同时存在和相互转化的。

比如，在化学反应过程中，原料物料进入反应器，经过反应转化为产物，并伴随能量的释放或吸收。

这时，物料衡算和能量衡算可以结合起来，共同揭示反应过程中物质和能量的变化和平衡。

总之，物料衡算和能量衡算是重要的工程和科学分析方法，通过对物质和能量的衡量和分析，帮助我们深入了解和优化各种过程。

物料衡算和能量衡算的应用可以促进可持续发展和资源节约的实现。

物料衡算和能量衡算作为工程和科学领域中的重要分析方法，广泛应用于化工、环境、制造等许多领域。

通过物料和能量的衡算，我们可以深入了解和优化各种过程，并促进可持续发展和资源节约的实现。

物料衡算和能量衡算概述物料衡算和能量衡算是重要的工程技术方法，用于分析和评估生产过程中的物质流动和能源消耗情况。

物料衡算是计算和跟踪物料进入和离开系统的方法，而能量衡算则是评估能源在系统中的利用情况。

物料衡算的基本原理是物质守恒定律，即在一个封闭的系统中，物质的总量应保持恒定。

通过跟踪物料的进出流量，并对物料在过程中的转化和转移进行记录和检测，可以更好地了解生产过程中物质的变化情况。

物料衡算可应用于各种行业，例如化工、制造业和环境工程等。

能量衡算是评估能源利用情况的方法，其基本原理是能量守恒定律，即能量在一个封闭的系统中不会凭空消失或产生。

通过分析能源输入和输出的数量和质量，并计算能源在不同过程中的转化损失，可以评估能源利用的效率和效益。

能源衡算在能源管理和环境保护中起到了重要作用，可帮助企业降低能源消耗和减少环境污染。

物料衡算和能量衡算常常结合使用，相互补充。

通过将物料流和能量流结合起来分析，可以更精确地评估生产过程中的资源利用效率，并提出改进措施。

这些技术方法对于企业实施节能减排、提高生产效率和降低生产成本具有重要意义。

总之，物料衡算和能量衡算是分析和评估生产过程中物质流动和能源消耗的重要工程技术方法。

它们基于守恒定律的原理，通过计算和跟踪物料和能量的进出流量，评估资源利用效率，为企业的持续发展和可持续发展做出贡献。

物料衡算和能量衡算是工程领域中的重要方法，用于分析和评估生产过程中的物质流动和能源消耗情况。

这些衡算方法的应用范围广泛，可以应用于各个行业和领域，包括制造业、化工、能源与环境等。

下面将对物料衡算和能量衡算进行更详细的介绍。

物料衡算是一种计算和追踪物料进入和离开系统的方法，目的是了解物料在生产过程中的变化情况。

物料衡算基于物质守恒定律，即在一个封闭的系统中，物质的总量应保持不变。

通过记录和追踪每个物料的进出流量，并对物料在过程中的转化和转移进行计算和检测，可以更好地了解生产过程中物质的变化情况。

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Q 1+Q 2+Q 3=Q 4+Q 5+Q 6 （1—1）式中： Q 1—所处理的物料带入设备总的热量，KJ;Q 2—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;Q 3—过程的热效率，（符号规定过程放热为“+”；过程吸热为“-”）Q 4—反应终了时物料的焓（输出反应器的物料的焓）Q 5—设备部件所消耗的热量，KJ;Q 6—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。