物料衡算与能量衡算概论(PPT136页).pptx

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⑤标准体积基准 对于气体物料，可采用标准体积基准，因标准状态下1moL气体相当于 22.4×10－3m3标准体积的气体。
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在计算过程中，经常要用到组成单位的换算常用字的是质量分数与摩尔分数 的互换，有时也需进行干基和湿基的互换。
练习：丙烷充分燃烧时，要使空气过量25%，燃烧反应方程式为：
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即 ： （ Fi－Fo）＋ （Dp－ Dr ）＝ W 上式：即可对总物料，也可以对其中任一组分或元素列出。 在下列情况下上式可简化为： ①稳定操作过程（ Fi－Fo）＋ （Dp－ Dr ）＝ 0 ②系统内无化学反应：Fi－Fo ＝ W ③系统内无化学反应的稳态操作过程： Fi－Fo ＝0 对于没有化学反应的过程，一般上列写各组分的衡算方程，只有涉及化学反应量，才列写出
各元素的衡算方程。
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2、物料衡算基准
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。
①时间基准 对于连续操作过程，选用单位时间作为基准是很自然的，单位时间可取1d、 1h或1s等等。此时得到的物料流量可以直接与设备或管道尺寸相联系。
②批量基准 对于间歇操作，按投入物料的数量为基准，最方便，即以一批/次作为基准。
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③质量基准 取已知变量最多（或未知变量最少）的物流作为基准最为合适。

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章物料衡算
与能量衡算
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主要内容
化工过程及过程参数 化工工艺流程 物料衡算 热量衡算
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§3.1 工艺过程及过程参数
化工计算主要是应用守恒定律来研究化工过程的物料衡算和 能量衡算问题。在进行计算时，必须熟悉有关化工过程的一些 术语及基础知识。
主要内容包括：
• 化工过程； • 化工工艺流程； • 化工过程开发； 1. 化工过程基本参数—温度、压力、流量、化学组成等基本概念。
空气 F3
吸
蒸
收Hale Waihona Puke 馏塔塔冷凝器
产品 F4 丙酮99%,水1%
混合气体 F2 1.5(mol)%丙
酮
废料 F5：丙酮5%，水95%
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2、估算。可以应用物理和化学的一些基本定律计算各种物 质的性质参数。
3、用实验直接测定。
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§3.2 工艺基础数据 §3.2.2 化工基础数据来源
外文
中文
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§3.3 化工过程类型 §3.3.1 间歇操作、连续操作以及半连续操作
• 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。
材料是否可行。当然，最终取决于是否有经济效益。
化工过程开发的第一步就是要设计一个流程图。由于化学反应
或产物的分离可用不同的方法来完成，因此，设计流程时，必须选
择一个安全、可靠、经济效益高的最佳方案。
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§3.1 工艺过程及过程参数

对温标。 其0度为-459.67℉（-460℉）。 • 四种温度的关系：
• 二）压力(压强） • 三）流量 • 四）组成
3.1 物料衡算 3.2 能量衡算 3.3 化工模拟软件在化工设计中的应用
本 章要求
• 掌握非反应过程的物料衡算及反应过程 的物料衡算；
• 掌握装置的物料衡算； • 掌握以反应热效应为基础的计算方法，
• ③作物料衡算可以检查各物料的计量、分析测定数据是 否正确；检查生产运行是否正常。
• ④作系统各设备及管路的物料衡算时，可以检查出生产 上的薄弱环节或限制部位。从而找出相应的强化措施。
• ⑤物料衡算和能量衡算是传统最优化和经济核算的基础 。
• ⑥物料衡算和能量衡算的方程往往用于求取生产过程中 的某些未知量或操作条件。
一、物料衡算依据 1. 理论依据——质量守恒定律
物料衡 算范围
单元操作的物料衡算——化工设备设计的前提 化工过程的物料衡算——化工过程设计的前提
物料衡算的一般表达式为：
输入量－输出量＋生成量－消耗量＝积累量
对稳定操作过程，积累量=0 输入量-输出量+生成量-消耗量=0
对无化学反应的过程： 输入量－输出量＝积累量 对无化学反应的稳定操作过程：输入量＝输出量
化工过程基本参数
过程参数：生产过程中影响过程运行和状态的物理量。 一）温度
表示物体冷热程度的物理量。温标。 1、摄氏温标，℃
水的正常冰点：0℃ 水的正常沸点：100℃ 其间均分100等份 其单位为℃ 2、开尔文温标，K（又叫热力学温度，热力学温标）
单位是“开尔文”，英文是“Kelvin”简称“开”，国际代号“K”。开 尔文是为了纪念英国物理学家Lord Kelvin而命名的。
物料、能量衡算的目的和内容

比热 模型二：Choi and Okos 方程
Choi and Okos (1987):冻结前食品的比热是食品中各组分的温 度(◦C)的函数。
C a v P ( c g p ) p F ( c p ) f C ( c p ) c F ( c p ) f i A ( i c p ) a X ( c w )(a 1-2f )
应一个单独的物料平衡方程。
精品课件
（二）组分物料衡算
M a ssfra c tio n A m a sso fc o m p o n e n tA to ta lm a sso fm ix tu re c o n ta in in g A
totm aa losm fsixcto un reta A im nia n osc g fsompAonent mafrsa s cotfA ion
(1-1)
式中：F——脂肪含量； SNF——为非脂肪固形物含量； M——水分含量。
水在冰点以上时的比热值为4186.8 J/(kg·℃)，非 脂固体的比热为837.36 J/(kg·℃)。
精品课件
【例1-7】计算含15%蛋白质、20%脂肪和65%水的烤牛肉的比热。
解：由式（1－1）得：Cavg = 0.65(4186.8) +0.15(837.36) + 0.2(1674.72) = 3182 J/(kg·℃)
T(25℃)代入相关计算式，得到Cpp = 2037.6 ; Cpf = 2018.0; Cpc = 1594.1; Cpfi =1891.3; Cpa = 1137.5; Cwaf = 4179.6，以上单位均为
J/(kg·℃)。代入式(1-2)得：
Cpavg = 0.15(2037.6) + 0.2(1594.1) + 0.01(1891.3) + 0.005(1137.5)+0.2(2018) + 0.435(4179.6) = 2870.8 J/(kg·℃)