物料衡算与能量衡算培训资料课件演示(20张)

❖ 2、选择基准
基准：100kg混合酸
❖ 3、列物料衡算式
总物料衡算式 x + y + z=100
(1)
H2SO4的衡算式 0.57x + 0.93y=100×0.6=60 (2)
HNO3的衡算式 0.23x + 0.90z=100×0.27=27 (3)
解(1)，(2)，(3)方程，得:
上节课主要教学内容
❖ 常用化工典型设备（泵、压缩机、换热 器、反应器、蒸馏塔）的自控方案。
❖ 泵：离心泵、容积式、泵真空泵 。 ❖ 压缩机：往复、离心。 ❖ 换热器：无相变、有相变。 ❖ 反应器：釜式反应器、固定床反应器。 ❖ 蒸馏塔：提馏段指标控制、精馏段指标
控制、蒸馏塔的双温差控制。 ❖ 自控设计条件。
衡表)。 ❖ 8、校核计算结果
第一节 连续过程的物料衡算
❖ 稳态过程，体系内无物料积累。（3-1)
Ns
Nr
F ixij jm rm0(j1,2,..N .C,)
i1
m 1
❖ Fi—第i股物流物质的量流量； ❖ xij—第j组分在第i股物流中的摩尔分数； ❖ vjm—第j组分在第m个化学反应中的化学计量系数; ❖ rm—第m个化学反应的反应速率； ❖ Nr—过程中所包含的化学反应个数。
百分含量。
流股号
1 2 3
流量/ kg/h
100 P W
组分/mol %
A
B
C
20
30
50
x
y 1-x-y
0.5
5.5 94.0
[例3-0B]解• P·x ＝ 100×20%×98.7%=19.74kg(1)
• A组分衡算式 100×20%=W×0.5%+19.74 (2)
A 0.20 B 0.30 C 0.50
冷凝器
蒸 馏 塔
3 塔底产物 W kg/h A 0.005 B 0.055 C 0.94
2 馏出物 P kg/h
A? B? C 1-A-B
[例3-0B]解
❖ 1、画物料流程简图 （见上页图）
❖ 2、选择基准
基准：100kg/h 输入物料 令 x = 馏出物中A的百分含量，y = 馏出物中B的
半连续操作过程：操作时物料一次输入或分批输入， 而出料是连续的，或连续输入物料，而出料是一次 或分批的。
稳定状态操作就是整个化工过程的操作条件不随时 间而变化。
一、物料衡算的基本方法
❖ 物料平衡方程
进入过程 单元的 物料量
流出过程 单元的 物料量
在过程单 元内生成 的物料量
在过程单 元内消耗 的物料量
X=41.8kg, y=39kg, z=19.2kg;
水量=41.8×0.2+39×0.07+19.2×0.10=13kg.
[例3-0B]
❖ 有一个蒸馏塔，输入和输出物料量及组成如下图. 输入物料中A组分的98.7％自塔顶蒸出。求每千 克输入物料可得到塔顶馏出物2的量及其组成。
进料100kg/h 1
二、物料衡算的基本程序
❖ 1、搜集计算数据。 ❖ 2、画出物料流程简图。 ❖ 3、确定衡算体系。 ❖ 4、写出化学反应方程式，包括主反应和副反
应，标出有用的分子量。 ❖ 5、选择合适的计算基准，并在流程图上注明
所选的基准值。 ❖ 6、列出物料衡算式，然后用数学方法求解。 ❖ 7、将计算结果列成输入－输出物料表(物料平
• 1–x–y = 2.33%
4、物料平衡表
序号 物料名称 占进料/% 占流股/% 流量/kg/h
1 进料A 20
20
20
入 2 进料B 30
30
30
3 进料C 50
方
合计
100
50
50
100
100
4 塔顶A 19.74 41.13 19.74
出 5 塔顶B 27.14
56.54 27.14
6 塔顶C 1.12
H2SO4 0.93 H2O 0.07
废酸 x kg
H NO3 0.23 H2SO4 0.57 H2O 0.20
混合过程
混合酸
H NO3 0.27 H2SO4 0.60 H2O 0.13
[例3-0A]解：
❖ 设 x-废酸量，y-浓H2SO4量，z-浓HNO3量；(kg） ❖ 1、画物料流程简图 （见上页图）
2.33
1.12
7 塔底A 0.26
0.5
0.26
8 塔底B 2.86
5.5
方 9 塔底C
48.88
94
2.86 48.88
合计
100
100
二、反应过程的物料衡算
第三章 物料衡算和能量衡算
❖ 化工过程的物料衡算和能量衡算，是利用物理 与化学的基本定律，对化工过程单元及化工过 程单元系统的物料平衡与能量平衡进行定量的 计算。
❖ 确定原材料的消耗与定额。 ❖ 确定各物流的流量、组成和状态。 ❖ 确定每一设备内物质转换与能量传递的速度。 ❖ 为确定操作方案、设备选型及设备尺寸的确定、
过程单元 内累积的
物料量
(Fi)
(Fo)
(Dp)
(Dr)
(W)
❖ (Fi-Fo)+(Dp-Dr)=W ❖ 稳定操作过程(Fi-Fo)+(Dp-Dr)=0 ❖ 系统内无化学反应(Fi-Fo)=W ❖ 系统内无化学反应的稳态操作过程(Fi-Fo)=0
❖ 物料衡算基准
❖ 时间基准、批量基准、质量基准、物质的量基准、标准体积基 准。
• W=52 kg
• 总物料衡算式 100 = P + W
(3)
• P=100－52=48 kg
• B组分衡算式 100×30%=5.5×W+P×y (4)
• y=56.54%
• x =19.74/P=19.74/48=41.13%
• C组成 1–x–y=1–41.13%–56.54=2.33%
• 由C组分衡算式 100×50%=52×94%+48(1–x–y)
一、非反应过程的物料衡算
❖ [例3-0A]一种废酸，组成为23％(质量％)HNO3，
57％H2SO4和20％H2O，加入93％的浓H2SO4
及90％的浓HNO3，要求混合成27％HNO3及
60％H2SO4的混合酸，计算所需废酸及加入浓酸
的数量。
z kg y kg
H NO3 0.90 H2O 0.10
管路设施与公用工程的设计提供依据。
第 0节 物料衡算的基本方法和程序
一、物料衡算的基本方法
❖ 化工过程的类型
间歇操作过程：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。
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。