第3章 物料衡算与能量衡算

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1、化学工程与工艺专业课程1化工厂设计的内容与程序化工设计2工艺流程设计3物料衡算和能量衡算4设备的工艺设计及化工设备图任课教师：张建5车间布置设计内蒙古科技大学化学与化工学院6管道布置设计内蒙古科技大学化学与化工学院7非工艺专业基本知识第三章8工程设计概算物料衡算与能量衡算9毕业设计化工过程的物料衡算和能量衡算，是利用物理和化学的基本定律，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。通过计算，从中找出主副产品的生成量，废物的排出量，确定原材料的消耗和定额，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

2、递的速度。从而为确定操作方式、设备选型以及设备尺寸的确定、管路设施与公用工程的设计提供依据。内蒙古科技大学化学与化工学院内蒙古科技大学化学与化工学院第一节连续过程的物料衡算第一节连续过程的物料衡算第一节连续过程的物料衡算第一节连续过程的物料衡算物料平衡形式一、连续过程的物料衡算总平衡式一般表示式为：*总质量平衡式总摩尔平衡式系统中积累=输入–输出+生成–消耗组分平衡式稳态过程时组分质量平衡式输入=输出–生成+消耗组分摩尔平衡式无化学反应的稳态过程元素原子平衡式输入=输出*元素原子质量平衡式*元素原子摩尔平衡式内蒙古科技大学化学与化工学院

3、内蒙古科技大学化学与化工学院第一节连续过程的物料衡算第一节连续过程的物料衡算第一节连续过程的物料衡算第一节连续过程的物料衡算物料衡算的基本步骤关于基准⑴画出流程示意图⑴时间基准⑵列出已知数据连续（小时，天……）⑶列出由物料平衡所需求解的问题。间歇（釜，批……）⑷决定系统的边界⑵质量基准⑸写出主、副产品的化学反应方程式。kg，mol，kmol……⑹约束条件⑶体积基准m3（STP）⑺选择计算基准⑷干湿基准⑻进行物料平衡计算干基（不含水），湿基（含水）⑼列出物料和能量平衡表，并进行校核例：100kg湿物料，其中含水10kg，⑽结论按湿基：含水

4、率为10%；若按干基：含水率为10/（100-10）×100%=11.11%内蒙古科技大学化学与化工学院内蒙古科技大学化学与化工学院第一节连续过程的物料衡算第一节连续过程的物料衡算第一节连续过程的物料衡算第一节连续过程的物料衡算C3H8+5O2=3CO2+4H2O（2）基准：1kmol空气每100kmol燃烧产物需要多少摩尔空气？实际供氧0.21/1.25=0.168kmol；燃烧C3H30.21/（5×1.25）=0.0336kmol；（1）基准：1kmol原料气C3H8燃烧用氧5kmol；供给空气量1kmol；实际供氧5×1.25=

5、6.25kmol；其中氮气量0.79kmol；供给空气量29.76kmol；产生：CO0.101kmol；2其中氮气量23.51kmolHO0.135kmol；2产生：CO23kmol；O0.042kmol；2H2O4kmol；N0.79kmol；2O21.25kmol；合计：1.068kmol；N223.51kmol；合计：31.76kmol；100100×29.76x==93.7kmolx==93.7kmol1.06831.76内蒙古科技大学化学与化工学院内蒙古科技大学化学与化工学院第一节连续过程的物料衡算第一节连续过程的物料衡算第

6、一节连续过程的物料衡算第一节连续过程的物料衡算（3）基准：100kmol烟道气物料平衡计算的条件以元素平衡法：C3H8+5O2=3CO2+4H2O1.方程式C平衡3B=P；⑴物料平衡方程式H2平衡4B=Q；⑵物流约束式O2平衡0.21A=M+Q/2+P；构成物流各组分的分率之和等于1N2平衡0.79A=N；∑x=1j烟道气总量N+M+P+Q=100；过剩氧气0.21A（0.25/1.25）=M2.变量解出：空气量A=93.7kmol；有Ns股物流，Nc个组分数，Np个设备参数C3H8B=3.148kmol；N2N=74.02kmol；总

7、变量数：Nv=Ns（Nc+1）+NpO2M=3.935kmol；设计变量CO2P=9.445kmol；H2OQ=12.59kmol。内蒙古科技大学化学与化工学院内蒙古科技大学化学与化工学院第一节连续过程的物料衡算第一节连续过程的物料衡算第一节连续过程的物料衡算第一节连续过程的物料衡算⑴转化率⑶收率反应物的反应量收率=转化率×选择性转化率=反应物的进料量生成目的产物所消耗的反应物量=nA0−nA反应物的进料量x=AnA0(n−n)/cψ=βx=CC0An/a⑵选择性A0⑷限制反应物生成目的产物所消耗的反应物量选择性=×100%原料的反应量

8、⑸过量反应物(n−n)/cβ=CC0(n−n)/aA0A内蒙古科技大学化学与化工学院内蒙古科技大学化学与化工学院第一节连续过程的物料衡算第一节连续过程的物料衡算第一节连续过程的物料衡第一节连续过程的物料衡无