第六章 物料与能量衡算
精选物料衡算与能量衡算培训课件PPT48页
南京工业大学 包宗宏
Case Study - Acetone Recovery
Correct choice of physical property models and accurate physical property parameters are essential for obtaining accurate simulation results.
在模拟计算起始向软件输入组分时，一定要把化学反应中可能 新生成的组分添加进去。
对于非数据库组分，可按照1.3节介绍的方法，将运行模式改成 “Property Estimation”，对非数据库组分的物性进行估算后， 再将软件运行模式改成 “Flowsheet”进行物料衡算。
对于含电解质的过程，要考虑可能存在的离子反应，借助于软 件中的电解质向导，确认体系中的真实组分、表观组分、结晶 化合物。
简单化工操作单元的能量衡算可以手工进行，复杂化工流程的 能量衡算手工计算非常困难，而任何情况下使用模拟软件进行 化工过程的能量衡算都是很方便的。
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南京工业大学 包宗宏
2.1.2 衡算方程式 化工工艺计算中的物料平衡是指“在单位时间内进入衡算系 统的全部物料质量，必定等于离开该系统的全部物料质量、加 上损失掉与积累起来的物料质量。”
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南京工业大学 包宗宏
2.1.4 用每软个数件据进包文行件物对模料拟衡体系算的与组分能、量工艺衡条算件、的要点 (6)尽量使用软物 的件热性力方自学法带已基经础的确数过定据，，程尤部数其分是还据包包包含含了了。针动在对力该学软体数件系据。安装目录中，有 一个“GUI”文件夹，包含了多个软件模拟计算例题的子文件夹。
“App”文件夹：对对 子各于 组电分种解，化质各过级工程电过，离数过程据程完包的文反整件应模中方包程拟含式的了、体化文系学件中 反的 应；全 平部 衡分 常子 数组 与分 各与 离离 子
物料衡算和能量衡算概述
物料衡算和能量衡算概述物料衡算和能量衡算是在工程和科学领域中经常用到的两个概念。
物料衡算是指在工程过程中对物料流动进行计算和分析的过程，而能量衡算则是对能量转移和转换进行计算和分析的过程。
物料衡算涉及到物料的流动和传递。
在工业过程中，物料（例如原材料、中间产品和最终产品）通过不同的装置和管道进行运输和处理。
物料衡算可以帮助工程师们了解物料在系统中的流动情况，如流速、流量和浓度等。
通过对物料衡算的分析，可以得到物料在不同过程中的质量变化和传递速率等重要参数，从而为工艺设计和控制提供依据。
能量衡算则是对能量的转移和转换进行计算和分析。
在能源系统中，能量以各种形式进行传递和转化，如热能、电能、化学能等。
能量衡算可以帮助工程师们了解能源在系统中的利用情况，如能量的输入、输出和转换效率等。
通过对能量衡算的分析，可以提高能源系统的效率，减少能源浪费，并优化系统的设计和控制。
物料衡算和能量衡算常常是相互关联的，尤其是在工业过程中。
物料的流动往往伴随着能量的转移和转换，例如在化工生产中，物料的传递往往伴随着能量的输入和输出。
因此，在进行物料衡算时，也需要考虑能量的变化和转换。
相反地，在进行能量衡算时，也需要考虑物料的流动和传递。
总而言之，物料衡算和能量衡算是工程和科学领域中重要的分析工具。
通过物料衡算和能量衡算，可以深入了解物料和能量在系统中的流动和转移情况，从而优化工艺设计和能源利用效率。
这对于提高工程效率、降低成本和保护环境都具有重要意义。
物料衡算和能量衡算是工程和科学领域中非常重要的分析工具。
它们可以为工程师们提供关键的信息和数据，用于优化工艺设计、提高能源效率、降低成本并保护环境。
在物料衡算中，关键的概念包括物料流动、物料传递和物料质量变化。
物料流动是指物料在系统中通过管道、设备和机械的运输过程。
物料的传递是指物料从一个位置或系统到另一个位置或系统的移动过程。
物料的质量变化包括物料的添加、消耗、转化和转移等。
化工中的物料衡算和能量衡算
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。
物料与能量衡算
组分
苯酐
顺 酐 邻二甲苯
O2
N2
其他
合计
%（mol） 0.65
0.04
0.03
16.58
78
4.70
100
O-xylene air
【O】 Conversion
O-xylene
O2 Benzoic acid anhydride
Cis-butenedioic anhydride
N2 Others
４、以节点进行计算
）
则总蒸发水量为
W总
8000（0 1
15 ） 60
60000k
g
/
h
四效蒸发系统的物料衡算过程
第三效蒸发水量为
15
W
80000(1
) 17.8
12600kg
/
h
进入第Ⅳ的料液量 80000-12600=67400kg/h
则第Ⅳ效的蒸发水量WⅣ为
67400(1 17.8 ) 14300kg / h 22.6
输入(某种元素)＝输出(同种元素) ➢对反应过程中化学反应很复杂，无法用一、 两个反应式表示的物料衡算，可以列出元素 衡算式，用代数法求解。
丙烷充分燃烧时，要供给的空气量为理论量的125%，问每 10mol燃烧产物，需多少mol的空气？反应：
C3H8+5O2
3CO2+4H2O
丙烷 空气 （O2 N2）
101.01
0.2
101.01 303.12 R
R=100.92kmol/h
Eg1-4 合成氨方面的工艺计算
循环气R
原料F1 F2 1%氩气、 甲烷
reactor
驰放气F4
12.5%惰性气 体
物料衡算与能量衡算概论
物料衡算与能量衡算概论物料衡算与能量衡算是在工业领域中广泛应用的两个重要概念。
物料衡算是指对物质流动的量与质进行测量、监测和分析的过程，用来确定物料的输入、输出以及处理过程中的损耗情况。
而能量衡算则是指对能量流动的量和质进行测量、监测和分析的过程，用来确定能源的输入、输出以及转化利用的效率。
物料衡算和能量衡算在工业生产中都具有重要的作用。
首先，它们可以帮助企业确定物料和能量的浪费情况，找出能源的低效率使用和损耗问题，从而提出改善措施，节约物料和能源，降低生产成本。
其次，物料衡算和能量衡算可以帮助企业优化生产流程，提高产能和效率。
通过对物料和能量的输入、输出以及处理过程的分析，企业可以找出生产过程中不必要的浪费和瓶颈，并进行改进和优化。
此外，物料衡算和能量衡算也可以帮助企业监测和评估环境压力，实施环境保护措施，达到可持续发展的目标。
物料衡算和能量衡算的方法和技术主要包括数据采集、监测和分析。
在物料衡算中，通常会采集和监测物料的进出量、质量以及转化过程中的损耗情况。
常用的方法有称量、计量、流量计、采样等。
在能量衡算中，通常会采集和监测能源的进出量、质量以及转化过程中的损耗情况。
常用的方法有电表、气表、温度计、压力表等。
通过这些数据的分析，可以得出物料和能源的流动情况，评估效率和损耗，并进一步进行改进和优化。
需要注意的是，物料衡算和能量衡算虽然互相关联，但并不完全一致。
物料衡算主要关注物质流动的量和质，而能量衡算则关注能量流动的量和质。
在实际应用中，物料衡算和能量衡算往往结合起来进行，通过对物料和能量的双重衡算，可以更全面地了解生产过程中的问题和优化方向。
综上所述，物料衡算和能量衡算是工业生产中重要的概念和方法。
它们的应用可以帮助企业节约物料和能源，提高生产效率，降低成本。
同时，物料衡算和能量衡算也有助于企业实施环境保护措施，实现可持续发展。
因此，在现代工业生产中应该重视物料衡算和能量衡算，积极推广和应用。
物料衡算和能量衡算概述
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
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。
化工设计物料和能量衡算
化工设计物料和能量衡算1. 引言化工设计中的物料和能量衡算是一个关键的步骤，它涉及到化工工艺过程中物料的数量和能量的转化。
在化工过程中，物料进出口的计算和能量的平衡是确保工艺过程运行稳定和效果良好的重要因素。
本文将介绍化工设计中物料和能量衡算的基本原理和方法，并通过实例来说明。
2. 物料衡算物料衡算是指在化工过程中对物料质量和流量进行计算的过程。
它的目的是确定原料的消耗量、产物的产量和中间物的转化量，从而满足工艺过程的要求。
在物料衡算中，我们需要考虑以下几个方面：2.1 原料消耗量计算原料消耗量计算是衡算中的一个重要环节。
通常，化工工艺过程中会使用多种原料，而这些原料的消耗量会直接影响到产品的产量和质量。
原料消耗量的计算需要考虑原料的化学组成、反应的摩尔比以及反应的转化率等因素。
通过这些数据，我们可以对原料的消耗量进行准确的计算。
2.2 产物产量计算产物产量计算是另一个重要的衡算环节。
在化工过程中，我们通常希望得到高产量的产品。
产物产量的计算需要考虑反应的转化率以及反应过程中的损耗和副产物的生成等因素。
通过对这些因素的分析和计算，我们可以确定最终产品的产量，并优化工艺过程以提高产量。
2.3 中间物转化量计算中间物转化量计算是指在化工过程中，各种中间产物的转化量的计算。
中间产物是指在反应过程中生成的但不是最终产品的化合物。
中间物转化量的计算需要考虑反应的转化率以及反应过程中中间物的生成和消耗等因素。
通过对这些因素的计算，我们可以确定各个中间物的转化量，从而优化工艺过程。
3. 能量衡算能量衡算是指化工工艺过程中能量的转化和平衡的计算。
能量衡算的目的是确定工艺过程中的能量损失和能量转化效率，以提高工艺过程的能源利用效率和减少能源的消耗。
在能量衡算中，我们需要考虑以下几个方面：3.1 能量输入输出计算能量输入输出计算是能量衡算的一个基本环节。
在化工过程中，能量的输入通常是燃料或电能，而能量的输出包括产品的热能和工艺过程中的损耗。
流体稳态流动时的物料衡算和能量衡算.ppt
• 二者关系：ｑｍ＝ ｑｖ﹒ρ
• ２、流速：
•工程中的流速指的是的是平均流速。 W＝Ｖ／Ａ。单位：［m／s］
• 三、流体稳态流动时的物料衡算——连 续性方程
当流体在管内做稳态流动时，流过各截 面的质量流量都相等。即
• 本节重点：
• 1、连续性方程式及其应用。
• 2、理想流体和实际流体的伯努利方程式 及其应用。
q q q
m1
m2
m3
对不可压缩流体，
q q q
v1
v2
v3
即：
A w A w A w
11
22
33
• 例：在φ７６×３的钢管中流动的气体 的绝对压强为１００ｋｐａ，若该气体 保持温度不变，加压到５００ｋｐａ后 在另一细钢管中流动，气体的质量流量 保持不变，并且要求流速变化也很小， 是选择此管的直径。
2、系统与外界交换的能量。 １、与热交换器交换的能量Ｑe ２、输送机械向系统输入的功ｍ﹒Ｈe
伯努利方程
３、能量衡算
若流体在流动过程中，温度不变，且与外
界无热量交换。则
mgz1 1 mw12 p1 m mHe
2
mgz2 1 mw2 2 P2 m mhf
2
化简为：
Z1
qm qv. w.A.
• 三、流体稳态流动时的物料衡算——连续性方程
qm1 qm2 qm3
• 四、流体稳态流动时的能量衡算——伯努利方程
一、稳态流动与非稳 态流动
1、稳态流动： 在一个正常的连续 生产过程中，管路 及设备内任何与流 动方向垂直的截面 上，流体的温度、 压强、组成、流量 等都有确定的数，并
物料衡算与能量衡算概述
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。
物料衡算与能量衡算概述
物料衡算与能量衡算概述物质衡算是指在化学等相关领域中，对物质的转化过程进行计算、推导和分析的过程。
这种衡算分为平衡和不平衡两种情况。
在平衡衡算中，假设没有产生或消失物质的情况下，通过观察、实验和数据收集，可以建立起物质之间的关系，并用化学方程式表示。
通过分析化学方程式中的反应物和生成物的摩尔比例关系，可以计算出物质的应有摩尔数或质量。
平衡衡算通常用于确定反应物和生成物的物质量之间的关系。
在能量衡算中，主要计算的是物质转化中伴随的能量变化。
能量衡算是根据能量守恒定律，在一个封闭系统中分析物质变化的能量转移过程。
通过考虑反应实际发生时的热交换、温度变化或焓变化等因素，可以计算出反应的能量变化。
能量衡算通常用于评估反应的热效应、反应的热力学性质和计算化学反应的热平衡常数。
在物质衡算和能量衡算中，常用的计算方法包括摩尔计算、质量计算和体积计算。
通过摩尔计算可以确定反应物和生成物之间的摩尔比例关系。
质量计算则是根据物质的质量和摩尔质量之间的关系计算出物质的摩尔数或质量。
体积计算则是根据反应物和生成物的摩尔比例关系以及气体的状态方程计算出气体的体积。
物质衡算和能量衡算在化学 reaction 的研究中非常重要。
通过衡算，可以了解化学反应的定量关系，探究反应热力学性质，预测反应的产物以及确定反应的条件和效率。
这种衡算方法在工业生产、环境保护和药物研发等领域具有重要的应用价值。
物料衡算和能量衡算是化学等领域研究中非常重要的工具和方法。
在化学反应和化学工艺过程中，通过对物质的转化和能量的转移进行衡算和计算，可以深入了解反应的过程和性质，为科学研究和工程实践提供重要的指导和依据。
物料衡算是通过观察、实验和数据收集，对物质的转化过程进行计算和推导的方法。
关于物质衡算的基本规则是质量守恒和摩尔守恒。
质量守恒是指在一个封闭系统中，物质不能被创造也不能被消灭，因此，反应物的质量必须等于生成物的质量。
摩尔守恒是指在一个反应中，摩尔比例关系是恒定的，反应物和生成物之间的摩尔比必须符合化学方程式中的系数。
物料衡算和能量衡算概述
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。
物料衡算和能量衡算(热量)
H
298
)
表示，常用物质的
(
H
T
H
298
)
大都被计算出来，这些数据
可以查“常用物质标准焓差数据表”。
•
在使用时把两个不同温度Tl和T2下
(
H
T
H
298
)
的相减，所
得差值是此物质在Tl和T2的理想气体状态的焓差，并不需
要也不可能知道绝对数值。
• b．某些理想气体焓的多项式 • c．热力学图表
Q提供 1579 .4kJ
四. 热量的计算方法
(1)等压条件下 在没有化学反应和聚集状态变化时，物质温度从Tl变化到T2时， 过程放出或吸收的热按下式计算：
∫ Q = n
T2 T1
C
p,m
dT
∫ Q = m
T2 T1
c
pdT
Q也可以用T1－T2温度范围的平均摩尔热容计算出来，计算式为：
Q nC p,m (T2 T1 )
解： 以1s为计算基准。根据公式：
( ) ∑ ∑( ) ∑ Q = niHi out - njH j in
Q Q提供＋Q损 Q提供 150kJ
Hout＝(0.4 0.1) 3640kJ 1820kJ
Hin (0.4 765 0.1846)kJ 390.6kJ
Q提供 150 kJ 1820 kJ 390 .6kJ
p1 p2
4 反应热
• 在很多情况下是查不到反应热数据的 • 可通过物质的标准生成热数据和燃烧热数据来计算
反应热 • 因为标准生成热和燃烧热数据可在一般手册上查到 • 特别是对有机反应，使用燃烧热求算反应热是一个
普遍使用的方法。
• 用下面的公式从标准生成热求算反应热：
物料衡算和能量衡算
并联管路
qV1 : qV 2 : qV 3
d15 :
1l1
d25 :
2l2
d35
3l3
（3）总流量与支管流量关系：
qV qV1 qV 2 qV 3
2020年3月1日星期日
29
流体输送管路计算
管路计算
计算用例：在上图所示的输水管路中，已知水的总流量为 3m3/s，
水温为 20℃ 。各支管总长度分别为 l1=1200m，l2=1500m，l3=800m； 管径 d1=600 mm, d2=500 mm，d3=800 mm； 求 AB 间的阻力损失及各 管的流量。已知输水管为铸铁管 ，ε=0.3 mm 。
数 1 20 。支管很短，除阀门阻
力外其他阻力可以忽略，试求：
（1）当所有阀门全开 (ξ=6.4) 时， 总流量为多少 m3/s?
计算用图
（2）再增设同样支路10个，各支路阻力同前，总流量有何变化?
2020年3月1日星期日
24
流体输送管路计算
管路计算
解答：
（1）忽略分流点阻力，在液面1与支管出口端面2间列机械能衡算
2020年3月1日星期日
2
概
述
物料衡算有两种情况，一种是对已有的生产设备或装置，利用实际 测定的数据，算出另一些不能直接测定的物料量。用此结果对生产情况 进行分析、做出判断、提出改进措施。
另一种是设计一种新的设备工装置，根据设计任务，先做物料衡算， 求出进出各设备的物料量，然后再做能量衡算，求出设备或过程的热负 荷，从而确定设备尺寸及整个工艺流程。
2020年3月1日星期日
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概
述
物料衡算的理论依据是质量守恒定律，即在一个孤立的物系中， 不论物质发生任何变化，它的质量始终不变。
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。
物料与能量衡算
一、 德士古煤气化流程物料能量计算1、物料衡算德士古煤气化法是一种粉煤加压液态排渣法。
该法要求原料煤粒度小于0.1mm ，制成悬浮状的水煤浆，煤的浓度为70%。
用泵加入气化炉，与入炉氧气在01400C 和4.0M Pa 下进行煤气化反应。
生成熔融灰渣，以液态排出。
图一 德士古煤气化法流程原料煤性质：灰分质量分数：6%~28%；硫质量分数：0.6%~3.9%；挥发分质量分数：16%~42%；灰分熔点：1280~14500C 。
干煤（含灰分10%）产煤气：18503m /t ；干煤（含灰分10%）耗氧气：0.653m /kg ；气化反应完全，碳转化率可达95%~99%，气化效率76%。
水和煤按比重5:2配制水煤浆。
生成煤气的典型组成：成分CO 2H 2C O 2N 4C H 2H S φ/% 54.0 34.0 11.0 0.6 0.01~0.1 0.3主反应22C+H O CO+H副反应F62222222C +H O C O +H C O +H O C O +H C O +C C O→→→24242C +H C H C O +H C H +H O →→基准：以年产15000t 无水氢氟酸企业为例，煤气发生炉年用煤量0.6万吨，生产1吨的无水氟化氢需要煤为0.4吨。
以生产1吨的氟化氢为计算标准。
（1）、混合器5F 各组分质量：0.4吨煤粉中含煤的质量 0.410000.9360(kg )⨯⨯=0.4吨煤粉中含灰分的质量 0.410000.140(kg )⨯⨯=（2）、气化炉、旋风分离器和袋式除尘器出口6F 煤气的体积。
318500.4740(m )⨯=（3）、气化炉入口3F 的体积 30.650.41000260(m )⨯⨯=（4）、氮氧分离器的各组分的体积:1F 的体积 32601238.1(m )0.21≈ 2F 的体积 31238.10.79978.1(m )⨯≈ （5）、混合器中加入水的质量4F ： 0.410002.51000⨯⨯= （7）、气化炉中排放的炉渣7F 的质量：灰分的质量 0.410000.140(kg )⨯⨯=没参加反应煤的质量 0.410000.70.051⨯⨯⨯= 水的质量 7400.3418/22.4202.2(kg )⨯⨯=2、能量衡算二、 萤石粉干燥工段物料计算1、 物料衡算、萤石粉的干燥是运用水煤气在干燥炉中燃烧产生高温，使湿的萤石粉中的水汽化，并带出干燥体系.温度达到o1400C原料的性质：湿萤石粉夹带的水份一般为30%，干燥萤石粉夹带的水份一般为0.1~0.2%，煤气的成分为 成分CO 2H 2C O 2N 4C H 2H S φ/% 54.0 34.0 11.0 0.6 0.01~0.1 0.32、 能量衡算三、 萤石粉预反应工段物料计算1、 物料衡算图3 萤石粉预反应工段流程图原料的性质： 干燥萤石粉夹带的水份一般为0.1~0.2%，98%的浓硫酸中一般含水分1%左右。
第六章 能量衡算
1mol
CH3OH(汽) 450℃
1mol
CH3OH(汽)
T=？℃
基准：1mol CH3OH, 0.2mol H2O 条件： H2O(液)0℃， CH3OH(汽) 450℃ 查热容和焓值： Cp,甲醇=19.05+9.15×10-2T kJ/mol· K (H水)20℃=83.74kJ/kg=1507kJ/mol (H水汽) 4.5atm=2747.8kJ/kg=49460kJ/mol
第六章 能量衡算
郭宁
guoning@
一、能量的形式
动能(EK)
m u2 EK 2
位能(EP)
EP=mgZ 内能(U)
U=U(T,V)
U U dU ( )V dT ( )T dV CV dT T V
二、几个重要的物理量
热量(Q) 由于温差而引起的能量交换叫热量。 功(W) 力与位移的乘积。 常见的有体积功、流动功、旋转轴的机械功 环境向体系作的功为正，反之为负。
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42780kJ mol /
总能量衡算 Q=ΔH=Σn出H出- Σn进H进 =17630kJ/mol
反应过程中的能量衡算
第一种基准: 如果已知标准反应热，可选298K， 1atm为反应物及产物的计算基准。
H
nARH r0
A
输出 ni H i 输入 ni H i
第二种基准:已组成反应物及产物的元素，在25℃， 1atm时的焓为零，非反应分子以任意适当的温度为 基准。
一般情况 ΔEK=ΔEP ≈0
绝热过程(Q=0) ΔH=W
无做功过程(W=0)
ΔH=Q 无功、无热量传递过程(Q=0, W=0) ΔH=0 间歇过程 Δ(PV)=0 ΔU=Q+W
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第二节 能量衡算
能量衡算的主要目的是确定物料所处的状 态参数（温度等）及设备的热负荷，根据各设 备热负荷的大小，所处理物料的性质及工艺要 求再选择传热面的型式，计算传热面积，确定 设备的主要工艺尺寸，以及传热所需要的加热 剂或冷却剂的用量。另外，能量衡算也是为了 更合理的用能，通过计算热利用效率及余热分 布情况等进行相应设计，进而达到节能降耗的 目的。
能量衡算的理论基础
能量衡算的理论基础是能量守衡定律。但对
于一个体系依据能量守衡定律总存在如下平 衡关系： 由环境输入到系统的能量=由系统输出 到环境的能量+系统内积累的能量
能量衡算的步骤
确定能量衡算的设备或系统，并列出进出设备或系 统物料组成及流量 确定能量计算的基准 对设备或系统进行热量分析，找出产热因素及散热 因素 收集数据资料 根据能量守衡定律，列出热量平衡方程，并求解方 程 传热剂用量的计算
物料衡算的理论基础
物料衡算的理论基础是质量守衡定律。依据
质量守衡定律可进行物料平衡计算、物质平 衡计算及元素平衡计算。物料衡算的通用关 系为： 输入量+生成量－输出量－消耗量=积累量 稳态过程：m入+r生=m出+r消 非稳态过程：dm/dt=m入－m出+r生－r消
物衡算的步骤
绘制工艺流程示意图 写出生物或化学反应的计量方程式 确定计算任务 收集数据资料 选择计算基准，并确定衡算体系
培养过程中的总碳消耗△C(S)为： △C(S)= [△C(S)]G+[△C(S)]M+[△C(S)]P+…… 微生物生长代谢过程中氮平衡 氮平衡的计算与碳平衡的计 算相同，即培养过程中的总氮消耗△N(S)为： △N(S)= [△N(S)]G+[△N(S)]M+[△N(S)]P+ …… 微生物生长过程中的氧平衡 A[△C(S)]=B[△C(X)]+ △n(O2)+C [△C(P)] 式中 A——基质S完全氧化的需氧量；B——菌体X完全氧化 的需氧量；C——产物P完全氧化的需氧量。 △C(S)、△C(X)、△C(P)——消耗的基质、生成的菌体、生 成产物量，mol。 方程中△n(O2)是指微生物生长代谢消耗氧量，它由三部分 组成，一部分用于微生物维持生命活动的耗氧，一部分为 生长菌体的耗氧，最后一部分为产物合成的耗氧。
根据焓值进行计算
Hi——进入系统或设备的各股 物料焓值，kJ/h； Hj——出系统或设备的各股物 料焓值，kJ/h； H损——系统的热损失，kJ/h。
H=N··T
H——物料焓值，kJ/h； N——物料流量, kg/h； ——物料由0℃或25℃～T范围内的平均恒压或恒容分子热容， kJ/(kmol· ℃)。对于混合物料其 =∑ （ · i）， 为混合物料中某组 y 分的平均恒压或恒容分子热容，yi为混合物料中某组分的摩尔分率； T——物料的温度，℃
列出平衡方程及附加关系方程，进行物料衡算
列出物料平衡表：（1）输入与输出物料平衡
表（2）“三废”排量表（3）原辅料消耗定额 表。
物料衡算的方法
一般过程的物料衡算 这里所指的一般过程是指对于不发生生物或 化学反应的过程，对于稳流物系其物料组成及流 量的计算可基于如下几种方式进行计算： 依据物料流量进行衡算 设系统含有S种组分，进 料有M股物流，出料有K股物流，则总物料平衡有
化学工业出版社
第六章 物料与能量衡算
第一节 物料衡算 第二节 能量衡算
学习目标
①掌握物料与能量衡算的基本方法、基本步 骤及基本内容； ②理解物料与能量衡算的理论基础及其在生 产实际过程中的具体应用。
第一节 物料衡算
物料衡算有两种情况：一种是在已有的装置上， 利用实际操作数据进行计算核查，算出另外一些不能直 接测定的物料量，由此对生产情况进行分析，找出问题， 为改进生产水平提供措施。另一种是对新车间、工段与 设备作设计，利用已有实际数据，进行分析比较，选定 先进而切实可行的数据作为新设计的指标，再根据生产 任务进行衡算，计算原料、产品、中间产品、副产物和 废料的数量及组成，或在已知原料量的情况下算出产品、 副产品和三废的生成量及组成，再计算设备的负荷、工 艺尺寸及设计带控制点的工艺流程。
传热面积的计算 系统能量平衡计算，列出能量消耗综合表。
能量衡算的方法
一般过程的物料衡算 对于只发生热交换，而不发生化学反应及相变化 过程，设系统有M股供热物料，N股吸热物料
式中 Qi——各股供热物料放出的热，kJ/h； Qj——各股吸热物料吸收的热, kJ/h； Q损——系统的热损失，kJ/h Q=N·· 2-T1） （T 式中 Q——物料吸收或放出的热，kJ/h； N——物料流量, kg/h； ——物料由T1～T2范围内的平均恒压或恒容分 子热容，kJ/(kmol· ℃),可近似用（T1+T2）/2温 度下的平均恒压或恒容分子热容代替； T1，T2——物料进出系统或设备的温度，℃。
依据某种组分进行衡算 如果依据某种组分进行衡算， 可以列出S个任意组分的平衡方程,即
对于某些设备可能要计算收 率及转化率。收率及转化率的 计算可根据原料进出该设备的 变化情况进行计算，用符号Y 表示收率，用η表示转化率
依据元素量进行衡算
培养过程中物料衡算
实际得率与菌体生长速率的关系 如果用μ表示菌体的比 生长率，QP表示产物的比生产率，Yps表示理论产物得 率，Ygs表示纯生长得率，ms表示维持因数，则实际菌 体得率YX/S、实际产物得率YP/S与菌体生长速率之间存在 如下关系： 1/YX/S=1/Ygs+(ms+QP /Yps)/ μ 1/YP/S=1/Yps+(ms+μ/Ygs)/QP 微生物培养过程中的基质平衡 微生物培养过程中，基质 的消耗不外乎用于菌体维持、菌体的生长和产物的合成 三个方面，因此，基质的平衡存在如下关系： (－△S)= (－△S)M+(－△S)G+(－△S)P
当系统发生相变化而无生物或化学反应时
用热量进行平衡计算：
用焓值进行平衡计算：
对于有生物或化学反应的过程
用热量进行平衡计算：
用焓值进行平衡计算：
培养过程中热量衡算
微生物代谢放热量的理论计算 在发酵过程中，放热量△Q 可用下式进行计算： △Q=（-△HS）（-△CS）+（-△HN）（-△CN）－（△HC）（△CX）－∑（-△HPI）（△CPI） 总的热平衡
发酵热：Q=Q生物+ Q搅拌- Q蒸发- Q辐射- Q显 对于发酵过程系统热平衡：
Q显=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射- Q移
Q移= hA△T 式中 h——总传热系数，W/（m2· ℃）；A——总传热面积， m2；△T——主体发酵液与冷却介质间的温度推动力，℃。
培养过程中的总碳消耗△C(S)为： △C(S)= [△C(S)]G+[△C(S)]M+[△C(S)]P+…… 微生物生长代谢过程中氮平衡 氮平衡的计算与碳平衡的计 算相同，即培养过程中的总氮消耗△N(S)为： △N(S)= [△N(S)]G+[△N(S)]M+[△N(S)]P+ …… 微生物生长过程中的氧平衡 A[△C(S)]=B[△C(X)]+ △n(O2)+C [△C(P)] 式中 A——基质S完全氧化的需氧量；B——菌体X完全氧化 的需氧量；C——产物P完全氧化的需氧量。 △C(S)、△C(X)、△C(P)——消耗的基质、生成的菌体、生 成产物量，mol。 方程中△n(O2)是指微生物生长代谢消耗氧量，它由三部分 组成，一部分用于微生物维持生命活动的耗氧，一部分为 生长菌体的耗氧，最后一部分为产物合成的耗氧。