论述质量衡算和能量衡算的方法、计算及应用。
论述质量衡算和能量衡算的方法、计算及应
用。
质量衡算（Mass balance）和能量衡算（Energy balance）是工业生产过程中常用的重要分析方法，它们用于计算原料、产品、废弃物和能源的输入和输出量，以确定各种物质在工业生产中的流动和损失情况，并优化生产流程和资源利用。
质量衡算的方法即对于一个封闭系统，输入的物料总量等于输出的物料总量和补偿物料总量，用数学方程表示为：
Input = Output + Accumulation（补偿物料）
其中，积累物料指在系统内与反应无关的物料的累积。
例如，对于一条化肥生产线，输入的氨气和硫酸的质量等于产生的硫酸铵化肥、水蒸汽和废水的质量和积累的废料和废气的质量，质量衡算可以帮助生产工厂确定原料的使用效率、产品的质量和废弃物的处理方案等问题。
能量衡算的方法则是用物料的热力学性质，计算输入和输出能量的总量是否相等。能量衡算的表达方式和质量衡算类似，用方程表示为：
Input Energy = Output Energy + Accumulation Energy（补偿能量）
其中，能量积累指在系统内无损失的能量积累。
例如，对于生产炼钢的高炉，输入的焦炭和铁矿石的化学能量等
于产生的铁和熔融物的化学能量加上各种能源（如空气、煤气、燃油）的能量输出以及积累的热量，能量衡算可以帮助工厂确定产出的合理
能量利用方案和资源消耗管理。
应用方面，质量衡算和能量衡算广泛应用于工业生产、环境保护
和能源管理。其可以通过数据分析和计算，评估生产效率、资源利用
和环境质量，优化生产流程，节省能源消耗，降低废物产生和减少污
染物排放。同时，它也为企业实现可持续发展提供重要的决策依据和
技术手段。
物料衡算和热量衡算
物料衡算和热量衡算 1. 引言 物料衡算和热量衡算是在工程设计和过程优化中常用的方 法和工具。物料衡算是指通过对物料的进出量、质量和组成等参数的分析，计算出物料的平衡以及物料流动过程中的相关参数。热量衡算是指通过对热量的进出量、热平衡等参数的分析，计算出热量在系统中的平衡和流动情况。本文将介绍物料衡算和热量衡算的基本概念、方法和应用。 2. 物料衡算 2.1 物料平衡 物料平衡是对物料流动系统中物料的进出量进行分析和计 算的过程。物料平衡的基本原理是质量守恒定律，即在封闭系统中，物料的质量不会发生净变化。物料平衡可用于分析物料的流动路径、损耗情况以及优化物料的使用和回收。 2.2 物料衡算的方法 常用的物料衡算的方法包括输入-输出法和组分衡算法。 - 输入-输出法：通过记录系统中物料的进出量，计算出物料的 平衡情况。该方法适用于物料流动较简单且没有复杂反应的系统。具体步骤包括确定进料和产出物料的量和质量，计算进出物料的差值，并检查误差，使其趋近于零。 - 组分衡算法： 通过对物料组分的平衡进行计算，得到物料的进出量。该方法适用于需要考虑物料成分变化的系统。具体步骤包括确定进料和产出物料的组分及其相对含量，计算进出物料组分的差值，并检查误差。
2.3 物料衡算的应用 物料衡算在化工、冶金、环境工程等领域有广泛的应用， 例如： - 在化工生产中，物料衡算可以用于优化原料的使用 和能源的消耗，减少产品的损耗和废物的排放。 - 在冶金过 程中，物料衡算可以用于优化矿石的选矿和冶炼过程，提高生产效率和产品质量。 - 在环境工程中，物料衡算可以用于分 析和优化废物处理和排放过程，减少对环境的污染。 3. 热量衡算 3.1 热量平衡 热量平衡是对热量在系统中的分布和流动进行分析和计算 的过程。热量平衡的基本原理是热力学第一定律，即能量守恒定律。热量衡算可以用于分析热量的传递、损失和利用情况，以及优化热能的使用和节约。 3.2 热量衡算的方法 常用的热量衡算的方法包括输入-输出法和能量平衡法。 - 输入-输出法：通过记录系统中热量的进出量，计算出热量的 平衡情况。该方法适用于热量流动较简单且没有复杂变化的系统。具体步骤包括确定热量的进出量和供热负荷，计算进出热量的差值，并检查误差。 - 能量平衡法：通过对系统中能量 的平衡进行计算，得到热量的分布和流动情况。该方法适用于需要考虑热力学性质和相变等复杂变化的系统。具体步骤包括确定系统中各部分的能量输入、输出和转化，计算能量的差值，并检查平衡误差。 3.3 热量衡算的应用 热量衡算在能源工程、热力学系统设计等领域有广泛的应用，例如： - 在能源工程中，热量衡算可以用于评估系统的 热能利用效率，优化能源的分配和使用，提高系统的节能性能。
热量衡算
热量衡算 1计算方法与原则 1.1热量衡算的目的及意义 热量衡算的主要目的是为了确定设备的热负荷。根据设备热负荷的大小、所处理物料的性质及工艺要求再选择传热面的形式、计算传热面积、确定设备的主要工艺尺寸。传热所需的加热剂或冷却剂的用量也是以热负荷的大小为依据而进行计算的。 1.2热量衡算的依据及必要条件 热量衡算的主要依据是能量守恒定律，其数学表达式为 Q1+ Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 式1 其中： Q1——物料带入到设备的热量，kJ Q2——加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量，kJ Q3——过程热效应，kJ Q4——物料离开设备所消耗的热量，kJ Q5——加热或冷却设备所消耗的热量，kJ Q6——设备向环境散失的热量，kJ Q1（Q4）=Σ mC P(t2- t0) kJ式2 m——输入或输出设备的物料质量，kg C P——物料的平均比热容，kJ/(kg?℃) t2——物料的温度，℃ t0——基准温度，℃ Q5=Σ C P M (t2-t1) kJ式3 M——设备各部件的质量，kg C P——设备各部件的比热容，kJ/(kg?℃)
t1——设备各部件的初始温度，℃ t ——设备各部件的最终温度，℃ 2 Q5+Q6=10%Q总式4 热量衡算是在车间物料衡算的结果基础上而进行的，因此，车间物料衡算表是进行车间热量衡算的首要条件。其次还必须收集有关物质的热力学数据，例如比热容，相变热，反应热等。本设计还将涉及到的所有物料的热力学数据汇总成表4，以便于后期的计算。 1.3热量衡算基准 因为物料衡算计算的是各个岗位的天处理量，所以热量衡算计算的也是某个设备天换热介质消耗量，同时温度基准采用的是0℃做基准。当然，进行传热面积校核时，是根据批处理量计算。
第五章能量衡算
第五章能量衡算 第一节概述 第二节热量衡算 第三节过程的热效应 第四节热量衡算举例 第五节加热剂、冷却剂及其其他能量消耗的计算 5.1 概述 5.1.1 能量衡算的目的和意义计算过程能耗指标进行方案比较，选定先进生产工艺。能量衡算数据是设备选型和计算的依据；是组织、管理、生产、经济核算和最优化的基础 5.1.2 能量衡算的的依据及必要条件依据为能量守恒定律条件：物料衡算的数据，相关热力学物性数据。 5.1.3 能量守恒的基本方程 输出能量+消耗能量+积累能量=输入能量+生成能量 5.1.4 能量衡算的分类单元设备的能量衡算和系统的能量衡算 5.2 热量衡算 5.2.1 热量平衡方程式 Q —物料带入设备的热量，kJ ; Q2—加热剂或冷却剂传给设备及所处理物料的热量，kJ ; Q3 —过程的热效应，kJ;（注意符号规定） Q4—物料带出设备的热量，kJ ； Q5—加热或冷却设备所消耗的热量或冷量，kJ ； Q6 —设备向环境散失的热量，kJ。 注意各Q勺符号规定 Q为设备的热负荷。若Q为正值，需要向设备及所处理的物料提供热量; 反之，表明需要从设备及所处理的物料移走热量。 对间歇操作，按不同的时间段分别计算Q的值，并取其最大值作为设备热负荷的设计依据。
522 各项热量的计算 1、计算基准 一般情况下，可以0C和1.013 105Pa为计算基准 有反应的过程，也常以25C和1.013 105Pa为计算基准。 2、Q或Q的计算 无相变时 物料的恒压热容与温度的函数关系常用多项式来表示： 若知物料在所涉及温度范围内的平均恒压热容，贝心 3、Q的计算 过程的热效应由物理变化热Q和化学变化热Q两部分组成 物理变化热是指物料的浓度或状态发生改变时所产生的热效应。若过程为纯物理过程，无化学反应发生，如固体的溶解、硝化混酸的配制、液体混合物的精馏等，则Q C= 0 。 化学变化热是指组分之间发生化学反应时所产生的热效应，可根据物质的反应量和化学反应热计算。 4、Q的计算 稳态操作过程Q 5= 0 非稳态操作过程由下式求Q Q=' GC (T2-T1) G-设备各部件的质量，kg; G—设备各部件材料的平均恒压热容，kJ kg-1「C-1; T1—设备各部件的初始温度，C； T2—设备各部件的最终温度，C。 与其他各项热量相比，Q的数值一般较小，因此，Q常可忽略不计 5、Q的计算 对有保温层的设备或管道，r可用下列公式估算。 (1) 空气在保温层外作自然对流，且T W 150 C 在平壁保温层外，:T= 9.8+0.07 (T w-T) 在圆筒壁保温层外，r= 9. 4 +0.0 5 2 ( T^-T) (2) 空气沿粗糙壁面作强制对流 当空气流速u不大于5ms-1时，"可按下式估算 :T= 6.2+4.2u 当空气速度大于5ms1 〉T可按下式估算 时, ：T= 7.8u 0.78 （3）对于室内操作的釜式反应器，:T的数值可近似取为io wm c-。
液体制剂能量衡算简单的剂型
液体制剂能量衡算简单的剂型 液体制剂能量衡算简单的剂型 一、简介 液体制剂是一种常见的药用剂型，广泛应用于医疗领域。它包括溶液、悬浮液和乳剂等。液体制剂的主要特点是易于服用和吸收，因此被广 泛用于口服、注射和局部应用等途径。在制剂开发过程中，了解液体 制剂的能量衡算是必不可少的，有助于正确使用和评估这些剂型的治 疗效果。 二、液体制剂的能量衡算 1. 药物溶解度：对于溶液剂型，药物的溶解度是一个重要的参数，它 决定了药物在溶液中的浓度和释放速率。溶解度与药物的化学性质有关，可以通过实验测定。药物的溶解度越高，剂型的能量衡算越简单，因为药物可以以较高的浓度溶解在液体中。 2. 摩尔浓度：液体制剂中药物的摩尔浓度对剂型的能量衡算至关重要。摩尔浓度是指单位体积溶液中所含的溶质的摩尔数，它可以通过溶剂 的体积和溶质的摩尔数计算得出。摩尔浓度越高，单位体积溶液中所
含的药物分子数就越多，因此剂型的能量衡算相对简单。 3. 药物量：液体制剂中药物的量是指单位剂型中所含的药物的质量或 摩尔数。药物量越大，剂型的能量衡算相对简单。药物量通常通过称 量的方式确定，对于需要准确衡量的剂型，应使用精确的称量器具。 4. 药物释放速率：液体制剂中药物的释放速率是指药物从剂型中释放 到体内的速度。药物释放速率受多种因素影响，包括药物的溶解度、 摩尔浓度和溶液的流动性等。释放速率越快，药物的能量衡算相对简单。 三、液体制剂能量衡算的应用 1. 药物剂量的计算：液体制剂的能量衡算可用于计算药物的剂量。通 常情况下，医生会根据病人的体重、芳龄和疾病状态来确定药物的剂量。通过知道剂型中药物的摩尔浓度和剂型中所含的体积，可以准确 计算出所需要的药物剂量。 2. 药物疗效的评估：液体制剂的能量衡算还可以用于评估药物的疗效。药物的摩尔浓度决定了药物在体内达到的浓度，从而决定了药效的强 度和持续时间。通过衡量剂型中药物的摩尔浓度和疗效，可以评估药 物的治疗效果和安全性。
第二章 质量衡算与能量衡算课后答案
2.1 某室内空气中O 3的浓度是0.08×10-6（体积分数），求： （1）在1.013×105Pa 、25℃下，用μg/m 3表示该浓度； （2）在大气压力为0.83×105Pa 和15℃下，O 3的物质的量浓度为多少？ 解：理想气体的体积分数与摩尔分数值相等 由题，在所给条件下，1mol 空气混合物的体积为 V 1＝V 0·P 0T 1/ P 1T 0 ＝22.4L×298K/273K ＝24.45L 所以O 3浓度可以表示为 0.08×10－6mol×48g/mol×（24.45L ）－1＝157.05μg/m 3 （2）由题，在所给条件下，1mol 空气的体积为 V 1＝V 0·P 0T 1/ P 1T 0 =22.4L×1.013×105Pa×288K/(0.83×105Pa×273K ） ＝28.82L 所以O 3的物质的量浓度为 0.08×10－6mol/28.82L ＝2.78×10－9mol/L 2.2 假设在25℃和1.013×105Pa 的条件下，SO 2的平均测量浓度为400μg/m 3，若允许值为0.14×10-6，问是否符合要求？ 解：由题，在所给条件下，将测量的SO 2质量浓度换算成体积分数，即 33 965108.31429810400100.15101.0131064 A A RT pM ρ--???=??=??? 大于允许浓度，故不符合要求 2.3 试将下列物理量换算为SI 制单位： 质量：1.5kgf·s 2/m= kg 密度：13.6g/cm 3= kg/ m 3 压力：35kgf/cm 2= Pa 4.7atm= Pa 670mmHg= Pa
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。 总结： 物料衡算和能量衡算是化工生产过程中重要的工具。物料衡算可以帮助工程师了解和控制生产过程中的物料流动情况，优化物料的转化和减少损耗；能量衡算可以帮助工程师优化能源的利用和减少能源消耗，提高能源效率。通过物料衡算和能量衡算，可以帮助化工企业提高生产效率，减少资源浪费和环境污染。
能量衡算
第七章 能量衡算 7.1 能量衡算经验式 如下的能量平衡经验式是在不输入轴功并且内能和机械能不变时总结出的。这个经验式说明了进入到系统的能量等于流出系统的热量。它的表达式如下： 654321Q Q Q Q Q Q ++=++ （7-1） 经验式里： 1Q 是能量改变中由物料进入设备引起的那一部分，单位是千焦; 2Q 是能量改变中由加热物质和冷却物质引起的那一部分，单位是千焦； 3Q 热量变化中由反应过程引起的那一部分，单位是千焦； 4Q 是能量改变中由物料离开引起的那部分，单位是千焦； Q 5是设备加热和冷却时引起的那部分能量变化，单位是千焦； 6Q 是由设备能量流失而引起的那部分热量变化，单位是千焦。 这个经验式运用时，其他的有可能是正值。还有可能是负值。要记在心里只有1Q 和4Q 一直为正值。例如Q3的规定不同于热力学的。一定要注意。如果操作过程有热量放出，3Q 的符号是正的，同理如果单元操作要吸收热量，3Q 符号是负的， Q2又叫热负荷，能根据经验式来计算。要是算出的2Q 是正的，说明操作过程设备和被处理的物料的温度会下降，需要外界提供热量才能平衡。如果2Q 是负的值，则说明操作过程中需设备和物料温度会降低，得需要外界带走热量才能使系统平衡。还有，间歇操作情况比较特殊，通常情况下时间段不一样则操作也不一样的，这样一来，Q2应该分不同的操作段来计算，根据各个段的计算结果，找出绝对值最大的作为热负荷。 想要得出反应容器的热负荷，必须从热量平衡经验式入手。求出经验式中其他各项值以后就可以算出Q2了。 7.2 反应能量衡算示意图 对环化脱水过程进行热量衡算的目的是确定环化脱水过程中需要转移 的热量。依题意可将苯嗪草酮环化脱水的反应装置作为衡算对象。若将过程的热效应作为输入热量来考虑，则可绘出如下图所示的衡算示意图。
论述质量衡算和能量衡算的方法、计算及应用。
论述质量衡算和能量衡算的方法、计算及应 用。 质量衡算（Mass balance）和能量衡算（Energy balance）是工业生产过程中常用的重要分析方法，它们用于计算原料、产品、废弃物和能源的输入和输出量，以确定各种物质在工业生产中的流动和损失情况，并优化生产流程和资源利用。 质量衡算的方法即对于一个封闭系统，输入的物料总量等于输出的物料总量和补偿物料总量，用数学方程表示为： Input = Output + Accumulation（补偿物料） 其中，积累物料指在系统内与反应无关的物料的累积。 例如，对于一条化肥生产线，输入的氨气和硫酸的质量等于产生的硫酸铵化肥、水蒸汽和废水的质量和积累的废料和废气的质量，质量衡算可以帮助生产工厂确定原料的使用效率、产品的质量和废弃物的处理方案等问题。 能量衡算的方法则是用物料的热力学性质，计算输入和输出能量的总量是否相等。能量衡算的表达方式和质量衡算类似，用方程表示为： Input Energy = Output Energy + Accumulation Energy（补偿能量）
其中，能量积累指在系统内无损失的能量积累。 例如，对于生产炼钢的高炉，输入的焦炭和铁矿石的化学能量等 于产生的铁和熔融物的化学能量加上各种能源（如空气、煤气、燃油）的能量输出以及积累的热量，能量衡算可以帮助工厂确定产出的合理 能量利用方案和资源消耗管理。 应用方面，质量衡算和能量衡算广泛应用于工业生产、环境保护 和能源管理。其可以通过数据分析和计算，评估生产效率、资源利用 和环境质量，优化生产流程，节省能源消耗，降低废物产生和减少污 染物排放。同时，它也为企业实现可持续发展提供重要的决策依据和 技术手段。
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。
质量衡算与能量衡算习题及答案
质量衡算与能量衡算习题及答案 1、 某室内空气中O 3的浓度是0.08×10-6（体积分数），求： （1）在1.013×105Pa 、25℃下，用μg/m 3表示该浓度； （2）在大气压力为0.83×105Pa 和15℃下，O 3的物质的量浓度为多少？ 解：理想气体的体积分数与摩尔分数值相等 由题，在所给条件下，1mol 空气混合物的体积为 V 1＝V 0·P 0T 1/ P 1T 0 ＝22.4L×298K/273K ＝24.45L 所以O 3浓度可以表示为 0.08×10－6mol×48g/mol×（24.45L ）－1＝157.05μg/m 3 （2）由题，在所给条件下，1mol 空气的体积为 V 1＝V 0·P 0T 1/ P 1T 0 =22.4L×1.013×105Pa×288K/(0.83×105Pa×273K ） ＝28.82L 所以O 3的物质的量浓度为 0.08×10－6mol/28.82L ＝2.78×10－9mol/L 2、 假设在25℃和1.013×105Pa 的条件下，SO 2的平均测量浓度为400μg/m 3，若允许值为0.14×10-6，问是否符合要求？ 解：由题，在所给条件下，将测量的SO 2质量浓度换算成体积分数，即 33 965108.31429810400100.15101.0131064 A A RT pM ρ--???=??=??? 大于允许浓度，故不符合要求 3、 试将下列物理量换算为SI 制单位： 质量：1.5kgf·s 2/m= kg 密度：13.6g/cm 3= kg/ m 3
压力：35kgf/cm2= Pa 4.7atm= Pa 670mmHg= Pa 功率：10马力＝kW 比热容：2Btu/(lb·℉)= J/（kg·K） 3kcal/（kg·℃）= J/（kg·K） 流量：2.5L/s= m3/h 表面张力：70dyn/cm= N/m 5 kgf/m= N/m 解： 质量：1.5kgf·s2/m=14.709975kg 密度：13.6g/cm3=13.6×103kg/ m3 压力：35kg/cm2=3.43245×106Pa 4.7atm=4.762275×105Pa 670mmHg=8.93244×104Pa 功率：10马力＝7.4569kW 比热容：2Btu/(lb·℉)= 8.3736×103J/（kg·K） 3kcal/（kg·℃）=1.25604×104J/（kg·K） 流量：2.5L/s=9m3/h 表面张力：70dyn/cm=0.07N/m 5 kgf/m=49.03325N/m 4、密度有时可以表示成温度的线性函数，如 ρ＝ρ0+At 式中：ρ——温度为t时的密度，lb/ft3； ρ0——温度为t0时的密度，lb/ft3。 t——温度，℉。 如果此方程在因次上是一致的，在国际单位制中A的单位必须是什么？解：由题易得，A的单位为kg/（m3·K）
化工计算能量衡算
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。通过热平衡和物质平衡的计算，可以对化工过程中能量的流动和转化进行定量分析，为化工过程的优化和改善提供科学依据。
能量衡算解析能量衡算包括热能动能电能化学能和辐射能等
（二）能量衡算解析 能量衡算包括热能、动能、电能、化学能和辐射能等 1、能量衡算的主要任务 ⑴确定各单元过程所需热量或泠量以及传热速率，为其他工程，如供汽给水等提供设计依据 ⑵化学反应常伴有热效应，导致体系的温度变化，需确定为保持一定的反应温度所需的放热速率或传热速率 ⑶确定泵、压缩机等输送机械和搅拌、过滤等操作机械所需功率 ⑷通过能量衡算，分析工程设计和操纵中热量利用是否经济合理，以提高热量利用水平 2、能量衡算式 能量积累率=能量进入率－能量流出率 +反应热生成率－反应热消耗率（1）当过程没有化学反应时 能量积累率=能量进入－能量输出 （2）当过程没有化学反应，且处于稳态时 能量进入率=能量流出 在化工生产中，热量是一种最主要的能量形式。在本章中，主要讨论热量衡算。 3、热量衡算 ⑴单元设备热量衡算 进出设备的热量大致可分如下几种： ①物料带入设备的热量 ②过程的热效应 ③反应物带出的热量 ④传热剂传入或传出的热量 ⑤设备的热损失等等 衡算步骤 ①确定热量衡算式 即按设备热平衡图中标注的各种形式的热量，列出热量衡算式 ②收集有关资料
即收集物料量、物料的状态和有关物质的热力学参数，如比热容、潜热、反应热、溶解热、稀释热和结晶热等 ③有关物质的热力学参数的收集途径： ④有关的物性参数手册、书刊等资料工厂生产实际数据 根据有关热力学关联式计算 通过实验测定 选择计算基准温度：一般选0℃为基准,计算各种形式热量的值（其方法见下）,列热量平衡表（并检查热量是否平衡）, 热量计算方法 物料带入或带出的热量 Q=∑WCPt 发生相变时，需计入相变热：Q=∑WI 式中W-质量,㎏;CP-比热容KJ／㎏℃;t-温度,℃;I-相变热,KJ∕㎏（二）能量衡算解析 过程热效应的计算 主要有反应热、熔解热、结晶热等 Q=∑WI′ I′-反应热、熔解热、结晶热等的热值,KJ∕㎏ 设备热量损失的计算 Q=∑Aα﹙tw－t﹚τ 式中A-设备散热面积, ㎡; α-设备表面向周围介质的传热系数,KJ∕㎡h℃tw-设备壁面温度℃;τ-周围介质过程持续时间,h α=34=0.2tw (tw:50-350℃,且空气自然对流) 热损失可估算为总热量的10%计,传热剂传热量的计算 常见的加热剂有:水蒸气、烟道气、导热油或道氏载热体等； 有时也可用直接加热的方式 泠却（冻）剂有水、空气、泠冻卤水等 可根据∑Q入=∑Q出进行计算 热量计算时需注意的问题
能量衡算方程式
能量衡算方程式 在图1-9所示的定态流动系统中，流体从截面1-1′流入，经粗细不同的管道，从截面2-2′流出。管路上装有对流体作功的泵2及向流体输入或从流体取出热量的换热器1。 衡算范围：内壁面、1-1′与2-2′截面间。 衡算基准：1kg流体。 基准水平面：o-o′ 设u1、u2分别为流体在截面1-1′与2-2′处的流速，m/s；p1、p2分别为流体在截面1-1′与2-2′处的压强，Pa。 1kg流体进、出系统时输入和输出的能量有下面各项： （1）内能物质内部能量的总和称为内能。1kg流体输入与输出的内能分别以U1和U2表示，其单位为J/kg。 （2）位能流体因受重力的作用，在不同的高度处具有不同的位能，相当于质量为m的流体自基准水平面升举到某高度Z所作功，即： 位能=mgZ 位能的单位是N·m或者J。 1kg流体输入与输出的位能分别为gZ1与gZ2，其单位为J/kg。位能是个相对值，随所选的基准水平面位置而定，在基准水平面以上的位能为正值，以下的为负值。 （3）动能流体以一定的速度运动时，便具有一定的动能．质量为m，流速为u的流体所具有的动能为： 动能=mu2/2 动能的单位是N·m或J 1kg流体输入与输出的动能分别为u12/2与u22/2，其单位为J/kg。 （4）静压能(压强能) 静止流体内部任一处都有一定的静压强。流动着的流体内部任何位置也都有一定的静压强。如果在内部有液体流动的管壁上开孔，并与
一根垂直的玻璃管相接，液体便会在玻璃管内上升，上升的液柱高度便是运动着流体在该截面处的静压强的表现。对于图1-9所示的流动系统，流体通过截面 1-1′时，由于该截面处流体具有一定的压力，这就需要对流体作相应的功，以克服这个压力，才能把流体推进系统里去。于是通过截面1-1′，的流体必定要带着与所需的功相当的能量进入系统，流体所具有的这种能量称为静压能或流动功。设质量为m、体积为Vl的流体通过截面1-1′，把该流体推进此截面所需的作用力为p1A1，而流体通过此截面所走的距离为V1/A1，则流体带入系统的静压能为： 对1kg流体，则： 同理，1kg流体离开系统时输出的静压能为p2v2，其单位为J/kg。 图1-9所示的定态流动系统中，流体只能从截面1-1′流入，面从截面2-2′流出，因此上述输入与输出系统的四项能量，实际上就是流体在截面1-1′及2-2′上所具有的各种能量，其中位能、动能及静压能又称为机械能，三者之和称为总机械能或总能量。 此外，在图1-9中的管路上还安装有换热器和泵，则进，出该系统的能量还有： (1)热设换热器向1kg流体供应的或从1kg流体取出的热量为Qc，其单位为J/kg。若换热器对所衡算的流体加热，则Qc为从外界向系统输入的能量，若换热器对所衡算的流体冷却，则Qc为系统向外界输出的能量。 (2)外功(净功) 1kg流体通过泵(或其他输送设备)所获得的能量，称为外功或净功，有时还称为有效功，以Wc表示，其单位为J/kg。 根据能量守恒定律，连续定态流动系统的能量衡算是以输入的总能量等于输出的总能量，为依据的，于是便可列出1ks流体为墓准的能量衡算式，即： （1-17） 令 式1-17又可写成： （1-17a）
热量衡算
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： Q 1+Q 2+Q 3=Q 4+Q 5 其中式中： Q 1——初始物料带入设备中的热量，kJ Q 2——加热剂或冷却剂与设备和物料传递的热量，kJ Q 3——物理变化及化学变化的热效应，kJ Q 4——离开设备物料带走的热量，kJ Q 5——反应器系统热量损失，kJ 4.1 反应过程的能量方框图 图4-1 反应工段能量衡算图 4.2 反应器能量横算过程 根据图4-1及能量守恒可知：Q 2=Q 4+Q 5-Q 1-Q 3 4.2.1 Q 1和Q 4的计算 Q=∑M i ×C i （t 1-t 2） （Q 1和Q 4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/kg.K ； 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.℃）
所以： ()21i i 4t C M Q t -=∑ =9.4000×6.96×(370-145)+8124.3234×1.15×225+70547.000×1.06×225+9990.0000×5.23×225+796.1912×4 .52×225+162.0164×4.52×225+273.9496×4.91×225+574.4248×5.18×225+4972.6368×4.18×225+411.8582×1.11×225+2830.2066×1.45×225 =38347694.4kJ 4.2.2 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 +1302.2kJ Q 3-1=67.5000×103×1302.2 =87898.5×103kJ/h 副反应：CH 3C 6H 4CH 3+7.5O 2→C 4H 2O 3（顺酐）+4CO 2+4H 2O +3177.9kJ Q 3-2=8.1244×103×3177.9 =25818.5308×103kJ/h CH 3C 6H 4CH 3+3O 2→C 6H 5COOH （苯甲酸）+CO 2+2H 2O +1339.8kJ Q 3-3=4.7084×103×1339.8 =6308.3143×103kJ/h CH 3C 6H 4CH 3+2O 2→C 8H 6O 2（苯酞）+2H 2O +837.4kJ Q 3-4=2.0444×103×837.4 =1711.9806×103kJ/h CH 3C 6H 4CH 3+4.5O 2→C 5H 5O 3（柠槺酐）+3CO+3H 2O +1674.8kJ Q 3-5=1.4338×103×1674.8 =2401.3282×103kJ/h CH 3C 6H 4CH 3+6.5O 2→8CO+5H 2O +2177.2kJ Q 3-6=1.28×103×2177.2 =2786.8×103kJ/h CH 3C 6H 4CH 3+10.5O 2→8CO 2+5H 2O +4576.4kJ Q 3-7=3.38×103×4576.4 =15468.2×103kJ/h 继而得到： Q 3 = Q 3-1+Q 3-2+Q 3-3+Q 3-4+Q 3-5+Q 3-6+Q 3-7 =142387.6539×103kJ/h
质量衡算的三个要素
质量衡算的三个要素 质量衡算是一种基本的数学思维方法，它是计算机科学、物理学、化学等领域中不可或缺的一部分。在质量衡算中，有三个要素是至关重要的，它们分别是质量、衡量和算法。在本文中，我们将深入探讨这三个要素的含义和在质量衡算中的作用。 一、质量 质量是指物体所具有的重量或质量大小。在质量衡算中，质量是一个非常重要的概念，它是计算机程序中处理数据的基础。在现代计算机科学中，一切数据都是以二进制形式存储的，而质量就是这些二进制数据的基础。 在质量衡算中，我们需要对不同的数据类型进行分类，以便正确地进行计算。例如，整数、浮点数、字符等都是不同的数据类型，它们具有不同的质量。 二、衡量 衡量是指对物体进行量化和比较的过程。在质量衡算中，我们需要对不同的数据进行衡量和比较，以便进行正确的计算。 在计算机程序中，我们通常使用比较运算符（如“>”、“<”、“==”等）来比较不同的数据。比较运算符可以帮助我们判断两个数据之间的大小关系，并根据这些关系进行不同的操作。 三、算法 算法是指一系列解决问题的步骤。在质量衡算中，算法是实现计算机程序的关键。正确的算法可以帮助我们高效地解决问题，而错误
的算法则会导致计算结果的错误。 在计算机程序中，我们通常使用循环、条件语句、函数等结构来实现算法。这些结构可以帮助我们将复杂的计算过程分解成简单的步骤，并逐步实现计算结果。 总结 质量、衡量和算法是质量衡算中的三个重要要素，它们相互依存，共同构成了计算机程序的基础。在实际应用中，我们需要根据具体问题的特点选择不同的算法和数据类型，以便高效地解决问题。 因此，掌握质量衡算的基本原理和方法对于计算机科学的学习和实践都是非常重要的。只有深入理解这些概念，才能够更好地应用它们来解决实际问题。
物料衡算的基本方法
物料衡算的基本方法 物料衡算是化学工程和工艺过程中常用的一种计算方法。它通过对化学反应或物理操作过程中物料的输入和输出进行定量计算，以确定过程中物质的质量平衡关系。这种方法的理论基础是质量守恒定律，即在一个封闭系统中，进入系统的质量必须等于离开系统的质量。 在进行物料衡算时，通常需要以下几个方面： 1、确定计算边界：在进行物料衡算前，需要明确计算的范围和边界，以确定哪些物质需要纳入计算范围，哪些不需要。 2、收集相关数据：收集过程中各个阶段物料的流量、浓度、温度、压力等数据，以便进行定量计算。 3、分析物质平衡关系：根据质量守恒定律，分析物质在输入和输出之间的平衡关系，建立方程式进行求解。 4、解算方程：通过解算方程，求出过程中各个阶段物料的流量、浓度等数据，以便进行深入分析和优化。 下面通过一个实际案例来说明物料衡算的应用。假设一个化工厂生产过程中，需要将A、B两种原料按照一定比例混合后进行反应。为了
确保生产效率和产品质量，需要对两种原料的流量进行精确控制。通过物料衡算，可以计算出A、B两种原料在进入反应器前后的流量、浓度等数据，进而建立起精确的控制策略，有效提高生产效率和产品质量。 在总结时，物料衡算是一种非常实用的计算方法，它可以帮助我们更好地理解和解决实际问题。在实际操作过程中，需要注意以下几点：首先，要明确计算范围和边界，以免造成计算失误；其次，要收集足够的相关数据，以便进行定量计算和分析；再者，要认真分析物质平衡关系，确保计算结果的准确性；最后，要根据实际情况选择合适的计算方法和模型，以便获得更精确的结果。 总之，物料衡算是一种非常重要的计算方法，它可以帮助我们更好地理解和解决许多实际问题。在实际应用中，要注重其理论依据和质量守恒定律的应用，同时要根据实际情况选择合适的计算方法和模型。通过物料衡算的应用，我们可以更好地优化和控制化工生产过程，提高生产效率和产品质量。 在化工生产中，物料衡算是一个至关重要的环节。它涉及到对原料、产物以及过程中各种物理量如热量、质量、体积等进行精确的计算和控制。对于特定合成工艺，如合成盐酸，物料衡算不仅是保证产品质
化学工程中的质量平衡计算
化学工程中的质量平衡计算 化学工程是将化学原理与工程技术相结合，以实现物质转化、能量转换和产品 制造等目标的学科。在化学工程的实践中，质量平衡计算是非常重要的一部分。质量平衡计算是指在化学过程中，对物质的进出、转化和积累进行量化和分析的过程。本文将介绍质量平衡计算的基本概念、应用以及一些常见的计算方法。 一、质量平衡计算的基本概念 质量平衡计算是化学工程中的一项基本技能，它是建立在质量守恒定律的基础 上的。质量守恒定律指出，在一个封闭系统中，物质的质量不会凭空消失或增加，而是保持不变。因此，对于一个化学过程，我们可以通过质量平衡计算来确定物质的输入、输出和转化情况。 质量平衡计算的基本原则是质量守恒定律，即输入物质的质量等于输出物质的 质量加上转化物质的质量。在实际应用中，我们常常使用质量守恒方程来进行质量平衡计算。质量守恒方程可以表示为： 输入物质的质量 = 输出物质的质量 + 转化物质的质量 二、质量平衡计算的应用 质量平衡计算在化学工程中有着广泛的应用。它可以用于确定化学反应过程中 各种物质的输入和输出，以及反应转化率的计算。此外，质量平衡计算还可以用于设计和优化化学工程过程，以提高产品的质量和产量。 例如，在化学反应工程中，质量平衡计算可以用于确定反应物的摩尔比例、反 应物的转化率以及产物的选择性。通过对反应过程进行质量平衡计算，可以优化反应条件，提高反应效率和产物的纯度。
在化工装置设计中，质量平衡计算也起着重要的作用。通过对装置中各个部分 的质量平衡进行计算，可以确定物料的流动情况、设备的尺寸和操作条件等。这有助于设计出更加高效和可靠的化工装置。 三、质量平衡计算的方法 质量平衡计算可以通过多种方法进行，其中常用的方法包括代数法、图解法和 数值解法等。下面将介绍这些方法的基本原理和应用。 1. 代数法 代数法是最常用的质量平衡计算方法之一。它通过建立质量守恒方程，并利用 已知条件和未知变量之间的关系，通过代数运算求解未知变量的值。 例如，对于一个化学反应过程，我们可以通过代数法来计算反应物的摩尔比例。首先，我们需要建立质量守恒方程，然后利用已知的反应物质量和未知的反应物质量之间的关系，通过代数运算求解未知的反应物质量。 2. 图解法 图解法是一种直观和简便的质量平衡计算方法。它通过绘制质量守恒方程的图 形表示，利用图形的几何关系来求解未知变量的值。 例如，在一个化工装置中，我们可以通过绘制物料流动的流程图，将输入、输 出和转化物质的质量用箭头表示，并标注各个物料流动的质量。然后，通过观察图形的几何关系，可以直观地得出未知变量的值。 3. 数值解法 数值解法是一种利用计算机进行质量平衡计算的方法。它通过将质量守恒方程 转化为一组代数方程，并利用数值计算方法求解这组方程的解。 数值解法在复杂的化学工程过程中具有很大的优势。它不仅可以处理大规模的 质量平衡计算问题，还可以考虑多个变量之间的相互作用和非线性关系。
第二章 质量衡算与能量衡算
第 I 篇 环境工程原理基础 流体流动和热量、质量传递现象普遍存在于自然界和工程领域。在环境污染控制工程领域，无论是水处理、废气处理和固体废弃物处理处置，还是给水排水管道工程，都涉及流体流动和热量、质量传递现象。例如，在输送流体、沉降分离流体中的颗粒物、污染物的过滤净化过程中均存在流体流动；在加热、冷却、干燥、蒸发、蒸馏等进程以及管道、设备保温中涉及热量传递；在吸收、吸附、吹脱、萃取、膜分离以及化学反应和生物反应等过程中存在质量传递；很多过程还同时存在着热量和质量传递。 系统掌握流体流动和热量、质量传递过程的基础理论，对优化污染物的分离和转化过程、提高污染控制工程的效率具有重要意义。 本篇主要讲述质量衡算、能量衡算等环境工程中分析问题的基本方法，以及流体流动和热量、质量传递的基础理论。 本篇主要内容：第二章 质量衡算与能量衡算 第三章 流体流动 第四章 热量传递 第五章 质量传递 第二章 质量衡算与能量衡算 本章主要内容：第一节 常用物理量（常用物理量及单位换算、常用物理量及其表示方法） 第二节 质量衡算（衡算系统的概念、总质量衡算方程） 第三节 能量衡算（总能量衡算方程、热量衡算方程） 第一节 常用物理量 本节的主要内容：一、计量单位 二、物理量的单位换算 三、量纲和无量纲准数 四、常用物理量及其表示方法 一、计量单位 计量单位是度量物理量的标准。任何物理量的大小（除无量纲准数外）都由数值和计量单位两部分表示出来，即 物理量＝数值×单位 由于历史原因，用以度量物理量的单位有各种不同的单位制，如英制和米制。1960年第十一届国际计量大会通过了国际单位制，其国际符号为SI 。它具有科学、合理、精确、实用、简明等优点，因此在很多国家被广泛推广使用，国际性科技组织也都宣布采用国际单位制。 国际单位制规定了7个基本单位和2个辅助单位。 根据基本单位和辅助单位，可以导出很多其它物理量的单位。国际单位制规定，任何一个物理量的导出单位都是按照定义式由基本单位相乘或相除求得的，并且其导出单位的定义式中的比例系数永远取1。 以力的导出单位为例，按牛顿运动定律写出力的定义式，即 2t ms k t u km kma F === 式中：F ——力； m ——质量 ； a ——加速度；