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1、第三章物料衡算与能量衡算引言:由前述的工艺设计和流程设计程序可知,当工艺方案确定后,就要进行物料衡算,然后依据物料衡算的结果作能量衡算。那么,为什么作衡算？物料衡算和能量衡算的任务是什么?(也就是说,算什么?)怎样算?(即衡算的方法和程序是什么?)因此,本章学习的主要目的是:明确物料衡算和能量衡算的目的与任务;熟悉物料衡算和能量衡算的方法与程序,并熟练掌握运用。可确定原材料消耗定额,判断是否达到设计要求。可确定各设备的输入及输出的物流量,摩尔分率组成及其他组成表示方法.并列表,在此基础上进行设备的选型及设计,并确定三废排放位置、数
2、量及组成,有利于进一步提出三废治理的方法。作为热量计算的依据。根据计算结果绘出物流图，可进行管路设计及材质选择，仪表及自控设计等。一、物料衡算的目的、任务、方法及程序1.物料衡算的目的2.物料衡算的任务一、物料衡算的目的、任务、方法及程序根据所需设计项目的年产量,运用质量守恒定律,对全过程或单元过程或设备进行研究,计算输入或输出的物流量及组分等。整理计算结果,将计算的结果整理并根据所需的换算基准列成原材料消耗表。绘制物料流程图。3.物料衡算的方法一、物料衡算的目的、任务、方法及程序收集可靠的依据或数据（即物料衡算的依据）恰当地选择
3、计算基准根据不同的过程，列出合适的平衡式,并进行计算。设计任务书中确定的技术方案、产品生产能力、年工作时及操作方法。建设单位或研究单位所提供的要求、设计参数及实验室试验或中试等数据,主要有:化工单元过程的主要化学反应方程式、反应物配比、转化率、选择性、总收率、催化剂状态及加入配比量、催化剂是否回收使用、安全性能(爆炸上下限)等。原料及产品的分离方式，各步的回收率，采用物料分离剂时，加入分离剂的配比。特殊化学品的物性，如沸点、熔点、饱和蒸汽压、闪点等。工艺流程示意图3.1物料衡算的依据时间基准：对于连续生产，以1段时间间隔，如1秒、
4、1小时、1天等的投料量或生产产品量作为计算基准。这种基准可直接联系到生产规模和设备设计计算．如年产300kt乙烯装置，年操作时间为8000h，每小时的平均产量为37.5t。对间歇生产，一般可以一釜或一批料的生产周期作为基准。质量基准：当系统介质为液、固相时，选择一定质量的原料或产品作为计算基准是合适的。如以煤、石油、矿石为原料的化工过程采用一定量的原料，例如：1kg、l00kg等作基准。如果所用原料或产品系单一化合物，或者由已知组成百分数和组分分子量的多组分组成，那么用物质的量(摩尔)作基准更为方便。3.2物料衡算基准体积基准：对
5、气体物料，选用体积标准。这时应将实际情况下的体积换算为标准状态下的体积，即标准体积，用m3(STP)表示。这样不仅排除了因温度、压力变化带来的影响，而且可直接换算为摩尔。气体混合物中组分的体积分率同其摩尔分率在数值上是相同的。干湿基准：不计算水分在内的称为干基，否则为湿基。例如，空气组成通常取含氧21％，含氮79％(体积)，这是以干基计算的；如果把水分(水蒸气)计算在内，氧气、氮气的百分含量就变了。又如，甲烷水蒸气催化转化制取氢气，转化炉的进料量，以干基计为7x103m3(STP)／h。而以湿基计则可达到3x103m3(STP)／
6、h。通常的化工产品，如化肥、农药均是指湿基。例如年产尿素480kt，年产甲醛5kt等均为湿基；而年产硝酸50kt，则为干基。3.2物料衡算基准平衡式类型物料平衡形式无化学反应有化学反应总平衡式总质量平衡式总物质的量平衡式是是是非组分平衡式组分质量平衡式组分物质的量平衡式是是非非元素原子平衡式元素原子质量平衡式元素原子物质的量平衡式是是是是3.3物料平衡形式（稳态过程）直接计算法；利用反应速率进行物料杨算；元素平衡；以化学平衡进行衡算；以结点进行衡算；利用联系组分进行衡算直接计算法是根据化学反应方程式,运用化学计量系数进行计算的方法
7、。化学反应过程物料衡算的方法有：4.物料衡算程序收集数据资料.包括两类:一类为设计任务所规定的已知条件;另一类为与过程有关的物理化学参数。画出流程框图.标出所有流股,已知和未知变量;若很多流股,则将每个流股编号(见P25图2-2).确定衡算体系.必要时,用虚线表示体系边界.写出反应式,包括主副反应,标出有用的分子量.选择合适的计算基准列出衡算式,然后用数学方法求解.整理计算结果,将计算的结果整理并根据所需的换算基准列成原材料消耗表(见图),画出物料流程图有时还列成输入-输出物料表.原材料消耗一览表(三聚氰胺装置物料衡算结果换算)物
8、料衡算示例—1500t/a醋酸乙酯车间酯化器的物料计算2.画出工艺流程示意图,标出有关数据,然后进行计算引言：能量衡算在物料衡算结束后进行。能量衡算的基础是物料衡算，而物料衡算和能量衡算又是设备计算的基础。全面的能量衡算应该包括热能、动能、电能、化
