物料衡算和能量衡算

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1、第五章物料衡算和能量衡算5.1物料衡算5.2能量衡算物料衡算的作用与意义依据质量守衡定律，以设备或生产过程作为研究系统，对其进、出口处进行定量计算，称之为物料衡算。在复合材料生产过程中，物料衡算对于控制生产过程有着重要的指导意义。在实际生产过程中，物料衡算可以揭示物料的浪费和生产过程的反常现象，从而帮助找出改进措施，提高成品率及减少副产品、杂质和三废排放量。物料衡算还可以检验生产过程的完善程度，对生产工艺设计工作也有着重要指导作用。物料衡算是计算原料与产品之间的定量关系，由此定出原料和辅助材料的用量、制订原料和辅助材料的单耗指标以及生产过程中各个阶段的原料

2、和辅助材料的损耗量及其组成。物料衡算的作用与意义物料衡算也是能量衡算、定型设备选型、非定型设备工艺计算和其他工艺计算的基础。通过物料衡算可以算出各工段所处理的物料量(各组分的成分、重量和体积)，便可以定出生产过程所需设备台数、容量和主要尺寸以及计算管道尺寸等。所以物料衡算是复合材料工艺计算的重要部分。物料衡算可分操作型计算和设计型计算。操作型计算是指对已建立的工厂、车间或单元操作及设备等进行计算。设计型计算是指对建立一个新的工厂、车间或单元操作及设备进行物料衡算，这是设计计算的第一步，也是整个设计的基础，在此基础上进行热量衡算、设备工艺计算，则可以确定设备

3、选型、工艺尺寸、台数以及公用工程所需水、电、汽、冷冻、真空及压缩空气等需要量。物料衡算常用基本概念和方法质量守恒定律质量守恒定律是指“进入一个系统的全部物料量必等于离开这个系统的全部物料量，再加上过程中损失量和在系统中积累量”。依据质量守恒定律，对一研究系统作物料衡算，可用下式表示：∑G进=∑G出+∑G损+∑G积式中∑G进--输入物料总和；∑G出--离开物料量总和；∑G损--总的损失量；∑G积--系统中积累量。分批操作（间歇操作）的设备，当终点时，物料全部排出则系统内物料积累为零，对于稳定连续操作，系统物料累积量亦为零。在此情况下，上式可写成：∑G进=∑G

4、出+∑G损车间收率和阶段收率在作整个车间的物料衡算时，常需要用车间总收率、阶段收率这些基本概念。车间收率和车间产品及原料消耗关系如下：车间收率或阶段收率则表示一个工段或工序的产品或半成品输出量，折算为投入物料量与实际投入物料量之间的比例关系，可用下式表示：车间收率与阶段收率之间关系可用下式表示：η总=η1.η2.η3.……ηn式中η1，η2，η3，…，ηn为各阶段收率。物料衡算的方法及步骤顺程法返程法一个工艺流程，常由多个生产工序组成，要进行各工序、各设备的物料衡算，则需按一定的顺序进行。从原料进入系统开始，沿着物料走向，逐一计算从最后的产品开始，按物料流

5、程逆向的顺序进行计算对一些复杂的工艺流程作物料衡算，需要同时应用顺程法和返程法才能完成。物料衡算的步骤1)画出物料衡算流程示意图绘制物料流程图时，要着重确定生产工艺路线，考虑物料的来龙去脉。每一种物料都要表示在图上，并注明每种物料的重量、组成、体积、温度和压力等数据，不允许有差错和遗漏，并反复核对。如果是待求项，需用字形符号标写清楚。2)列出化学反应式列出各个过程的主、副化学反应式，明确反应前后的物料组成和它们之间的定量关系。需要注意的是，当副反应很多时，对那些次要的，而且所占比重很小的副反应可以略去，而对那些产生有毒物质或明显影响产品质量的副反应，其量虽

6、小，却不能略去，因为这是以后进行某些精制分离设备设计和三废治理设计的重要依据。物料衡算的步骤3)确定计算项目根据物料流程示意图和化学反应式，分析物料在每一台设备中的数量、成分和品种发生了哪些变化。近一步明确已知项和待求项。根据已知项和待求项的数学关系，寻找简捷的计算方法，以节省计算时间和减少错误发生率。物料衡算的步骤4)收集数据计算项目确定后，需要收集的数据和资料也就明确了。应收集的数据资料一般包括：生产规模、生产时间（年工作时数）、有关收率和转化率、原料、辅助材料，中间产品和产品的规格、有关物理化学常数等。在查找有关数据时应注意数据资料的正确性、可靠性和

7、适用范围。物料衡算的步骤5)选准计算基准在物料衡算过程中，计算基准选得适当，可以大大简化计算手续。按照不同情况可以采用吨、公斤、m3作为计算单位。一般，对于气体采用m3作为计算单位比较方便。间歇生产过程的物料衡算一般以每批产量作为计算基准，而连续过程的物料衡算则采用每小时产量作为计算基准。在计算过程中还必须注意，将各个量的单位统一为同一单位制，保持前后一致，以避免发生差错。物料衡算的步骤6)进行物料衡算根据物质质量守恒定律，凡是进入设备进行操作的物料量必须等于操作后离开设备的物料量。但实际上，在生产过程中物料必然有损失，即产出量少于投入量，其差额即为物料损

8、失量。∑G入＝∑G出＋∑G损式中∑G入----进入物料量的总和；∑