化工计算能量衡算

化工中的物料衡算和能量衡算化72 王琪2007011897 在化工原理的绪论课上，戴老师曾强调过化工原理的核心内容是“三传一反”即传质、传动、传热和反应，而物理三大定律——质量守恒、动量守恒、能量守恒正是三传的核心与实质，因此这三大定律在化工中统一成一种核心的方法：衡算。

正是衡算，使原本复杂的物理定律的应用变得简单，实用性强，更符合工程学科的特点。

为此化工中的物料衡算和能量衡算很重要，本文将分别从物料衡算、能量衡算讨论化工中的衡算问题，然后将讨论二者结合的情况。

物料衡算在台湾的文献中称为“质量平衡”，它反映生产过程中各种物料之间量的关系，是分析生产过程与每个设备的操作情况和进行过程与设备设计的基础。

一般来说物料衡算按下列步骤进行，为表示直观，做成流程图。

绘制流程图时应注意：1.用简洁的长方形来表达一个单元，不必画蛇添足；2.每一条物质流线代表一个真实的流质流动情况；3.区别开放与封闭的物质流4.区别连续操作与分批操作（间歇生产）5.不必将太复杂的资料写在物质流线上确定体系也比较重要，对于不同体系，衡算基准和衡算关系会有不同。

合适的基准对于衡算问题的简化很重要，根据过程特点通常有如下几种：1.时间基准：连续生产，选取一段时间间隔如1s，1min，1h，1d；间歇生产以一釜或一批料的生产周期为基准，对于非稳态操作，通常以时间微元dt为基准。

2.质量基准，对于固相、液相体系，常采用此基准，如1kg，100kg，1t，1000lb等。

3.体积基准（质量基准衍生）：适用于气体，但要换成标准体积；适用于密度无变化的操作。

4.干湿基准：水分算在内和不算在内是有区别的，惯例如下：烟道气：即燃烧过程产生的所有气体，包括水蒸气，往往用湿基；奥氏分析：即利用不同的溶液来相继吸收气体试样中的不同组分从而得到气体组分，往往用干基。

化肥、农药常指湿基，而硝酸、盐酸等则指干基。

选取基准后，就要确定着眼物料了。

通常既可从所有物料出发，也可根据具体情况，从某组分或某元素着眼。

化工计算能量衡算能量衡算在化工工程中起着重要的作用，它是对化工过程中能量的流动和转化进行定量分析的方法。

通过能量衡算，可以评估化工过程的能源效率、分析能量损失和寻找节能措施，从而降低能耗和减少环境污染。

能量衡算的基本原理是能量守恒定律和热力学第一定律。

能量守恒定律表明在一个封闭的系统中，能量的总量不变，只能从一种形式转化为另一种形式。

热力学第一定律则描述了能量的转化过程中，能量的转化量等于外界对系统做功与系统从外界吸收的热量之和。

在化工过程中，能量衡算可以分为热平衡和物质平衡两个方面。

热平衡主要关注能量的转化和传递过程，物质平衡则主要关注物质的进出和转化过程。

热平衡是能量衡算的重要部分，它涉及到反应器、换热器、蒸馏塔等设备的能量平衡。

对于反应器而言，通过测量进出口温度、压力以及反应热等参数，可以计算出反应过程中的能量变化。

对于换热器而言，通过测量进出口温度、流体流量以及传热系数等参数，可以计算出传热过程中的能量变化。

对于蒸馏塔而言，通过测量进出口温度、压力以及回流比等参数，可以计算出蒸馏过程中的能量变化。

通过对这些设备进行能量平衡计算，可以评估它们的能量效率，找出能量损失的原因，并采取相应措施进行改善。

物质平衡是能量衡算的另一个重要部分，它涉及到化工过程中物质的进出和转化过程。

通过对物质的进出口流量、浓度以及反应速率等参数进行测量，可以计算出物质的转化率和反应速率，进而计算出化工过程中所需的能量。

物质平衡计算还可以用于确定化工过程的最优操作条件，从而达到节能的目的。

除了这些基本原理和方法，能量衡算还可以通过建立模型和使用计算软件进行复杂的能量计算。

化工过程中的能量转化往往非常复杂，涉及到多个反应过程、多个换热器以及各种流体流动过程。

通过对这些过程进行建模，并使用计算软件进行模拟和优化，可以更加准确和高效地进行能量衡算。

总之，能量衡算是化工工程中的重要环节，它可以评估能源效率、分析能量损失和寻找节能措施。

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。

化工计算能量衡算引言化工过程中，能量的衡算是一个重要的步骤。

能量衡算可以帮助工程师了解化工过程中的能量转化和能量损失情况，从而优化工艺和提高能源利用效率。

本文将介绍化工计算能量衡算的基本原理和方法，并以实际案例进行说明。

一、能量的基本概念在进行能量的衡算之前，我们需要先了解能量的基本概念和单位。

能量是物体或系统所具有的做功能力，它是物质存在的一种属性。

能量的单位通常用焦耳（J）表示。

以下是一些常见的能量单位：•千焦（kJ）= 10^3 J•兆焦（MJ）= 10^6 J•吉焦（GJ）= 10^9 J此外，化学工程中经常使用的能量单位还有千卡（kcal）和英尺磅（ft-lbf）等。

二、能量转化和传递能量在化工过程中会发生转化和传递。

常见的能量转化包括热能转化为机械能、化学能转化为热能等。

能量传递则是指能量从一个物体传递到另一个物体。

能量转化和传递的过程可以通过能量平衡方程表示。

能量平衡方程的一般形式为：$$E_{in} - E_{out} = \\Delta E_{sys}$$其中，E in表示系统收入的能量，E out表示系统输出的能量，$\\Delta E_{sys}$表示系统内能的变化。

能量平衡方程是能量衡算的基础，通过对各个能量项进行计算和衡量，可以得到系统能量的全面情况。

三、能量衡算的方法能量衡算的方法包括物料平衡法、焓平衡法和热力学计算法等。

下面分别介绍这些方法的主要原理和应用。

3.1 物料平衡法物料平衡法是一种根据物料的进出量来计算能量收支的方法。

它基于质量守恒定律，假设在化工过程中物料是不可压缩和不可消失的。

使用物料平衡法进行能量衡算的一般步骤如下：1.确定系统边界，包括进出口和反应器等；2.收集进出口的物料信息，包括物料的质量、温度、压力等；3.列出物料平衡方程，根据质量守恒定律得到进出口物质量的关系；4.根据进出口物料的属性，计算出相应的能量。

物料平衡法可以应用于各种化工过程，包括反应器、蒸馏塔、萃取塔等。

化工计算中的能量衡算是根据热力学第一定律，即能量守恒与转化定律，对化工过程进行能量计算。

化工生产中消耗的能量形式有机械能，电能和热能等等，其中以热能为主要形式，因此化工过程中的能量衡算重点是热量衡算。

本章具体对苯酐氧化反应器进行能量衡算如下：热量衡算方程式：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5其中式中：Q1——初始物料带入设备中的热量，kJQ2——加热剂或冷却剂与设备和物料传递的热量，kJQ3——物理变化及化学变化的热效应，kJQ4——离开设备物料带走的热量，kJQ5——反应器系统热量损失，kJ反应过程的能量方框图图4-1 反应工段能量衡算图反应器能量横算过程根据图4-1及能量守恒可知：Q2=Q4+Q5-Q1-Q3Q1和Q4的计算Q=∑M i×C i（t1-t2）（Q1和Q4的计算都适用）式中：M i ——反应物体系中组分的质量，kg ； C i ——组分i 在0-T ℃时的平均比热容，KJ/； t 1，t 2——反应物系在反应前后的温度，℃。

物料进入设备时的温度为145℃，热量衡算的基准为145℃，△T=0,则： Q 1=0查得各物项平均比热容数据： （kJ/kg.℃）表4-1 各物相平均比热容所以： ()21i i 4t C M Q t -=∑=××(370-145)+××225+××225+××225+××225+××225+××225+××225+××225+××225+××225= 过程Q 3的计算过程热效率可以分为两类：一类是化学过程的热效率即化学反应速率；另一类是物理过程热效率。

物料化学变化过程，除化学反应外，往往伴随着物料状态变化热效率，但本工艺流程中物理过程热效率较低，可以忽略不计，该过程皆为放热反应，则过程热效率可以由下式计算：主反应：C 8H 10+3O 2→C 8H 4O 3+3H 2O + Q 3-1=×103×=×103kJ/h副反应：CH 3C 6H 4CH 3+→C 4H 2O 3（顺酐）+4CO 2+4H 2O + Q 3-2=×103×=×103kJ/hCH3C6H4CH3+3O2→C6H5COOH（苯甲酸）+CO2+2H2O +Q3-3=×103×=×103kJ/hCH3C6H4CH3+2O2→C8H6O2（苯酞）+2H2O +Q3-4=×103×=×103kJ/hCH3C6H4CH3+→C5H5O3（柠槺酐）+3CO+3H2O +Q3-5=×103×=×103kJ/hCH3C6H4CH3+→8CO+5H2O +Q3-6=×103×=×103kJ/hCH3C6H4CH3+→8CO2+5H2O +Q3-7=×103×=×103kJ/h继而得到：Q3 = Q3-1+Q3-2+Q3-3+Q3-4+Q3-5+Q3-6+Q3-7=×103kJ/hQ5的计算该反应中的热损失按5%计算，即：Q5=5%×（Q1+Q3）=5%×（0+×103）=×103kJ/hQ2的计算Q2为熔岩移出反应器的热量，由反应器热量守恒可知：Q2=Q4+Q5-Q1-Q3=h反应器能量衡算表根据以上计算列出氧化反应工段能量衡算表格如下：表4-2 反应工段能量衡算表（吸收热量为“+”，释放热量为“-”）。

化工中物料衡算和热量衡算公式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。