物料衡算化工计算.ppt

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1、第四章物料衡算第二节物料衡算的基本方法第五节物料衡算的计算机解题（自学）第四节有化学反应过程的物料衡算第三节无化学反应过程的物料衡算第一节物料衡算式物料衡算是化工计算中最基本也是最重要的内容。（1）是进行能量衡算和其他工艺设计，经济评价，节能分析及过程最优化的基础；（2）其与能量衡算存在共性，都满足守衡定律，其衡算步骤、数学表达式、解题方法和技巧也有许多共同之处。物料衡算两种情况对已有设备或装置进行衡算设计新的设备或装置第一节物料衡算式4—1化工过程的类型操作方式间歇操作半连续操作连续操作半连续操作：间歇操

2、作：原料一次加入，然后操作，最后一次出料。进料分批，出料连续；或进料连续，出料分批或一次。特点：间歇操作中，无物料进出设备，且设备内各部分的组成和条件随时间而变。半连续操作中，设备内各点的参数（组成、条件）随时间而变。不稳定操作——过程中参数随时间而变。上述两种操作物料衡算以一个操作周期作基准。连续操作：原料不断地稳定地输入生产设备,同时不断地从设备排出同样数量的物料。特点：设备内各部分参数不随时间而变。（稳定状态操作）衡算中以单位时间作基准。4—2物料衡算式依据质量守恒定律。物料衡算首先要划定体系。体系—

3、—为讨论一个过程，人为地圈定这个过程的全部或一部分作为一个完整的研究对象，这个圈定的部分叫体系。环境——体系以外的部分叫环境。边界——体系与环境的分界线（人为地圈定）。衡算中只涉及通过（进出）边界的物料流股。其余可不考虑。质量守恒定律的正确性爱因斯坦的质能互换定律ΔE=Δmc2c——光速，3×108m/s。ΔE——过程中体系能量变化值，J。Δm——过程中体系质量变化值kg。只要过程ΔE≠0，则过程Δm≠0。一般物理过程的ΔE更小，故质量守恒定律通常可用。一般化学反应过程，ΔE≤42kJ/g，则Δm=5×10

4、-12kg。变化量<十亿分之一。无化学反应的体系的物料衡算式：输入体系的物料量=输出体系的物料量+体系内积累的物料量（4—1）化学反应时，对任一组分或元素的物料衡算式为：输入体系的物料的量+反应生成的物料的量-反应消耗的物料的量=输出体系的物料的量+体系内积累的物料量（4—2）式可作为总物料衡算式组分物料衡算式元素物料衡算式(4-2)对稳定操作状态，积累量=0。无化学反应体系：输入体系的物料量=输出体系的物料量（4—3）对有化学反应的体系：输入体系的物料的量+反应生成的物料的量-反应消耗的物料的量=输出体系

5、的物料的量（4—4）守恒是指质量守恒，其体积和摩尔数不一定守恒。使用上述各式时要注意以下几点：1）当无化学反应时，各式对总物料、各组分或元素均成立，物料单位可用千克，也可用摩尔。2）当有化学反应时，（4—1）和（4—3）式可对总物料列衡算式，单位用千克，不能用摩尔；（4—2）和（4—4）式可对总物料、各个组分列衡算式，单位既可用千克，也可用摩尔。3）无论有无化学反应，各式对各元素均可使用。单位可用千克或摩尔。对图4—1所示过程列物料衡算式：衡算仅讨论通过体系边界的各物料流股间的关系。总物料衡算式：F=P+W

6、对组分1列式：FxF1=Pxp1+Wxw1对组分2列式：FxF2=Pxp2+Wxw2上面写出的方程式是否全是独立的？3过程1FxF1xF2P2xP1xP2WXw1xW2D对连续不稳定的过程，参数随时间变化，物料衡算式以微分方程式表示，时间t为自变量。dm=Fdt–Pdt–Wdt对间歇过程，无物料积累（dm=0）。在时间t0~tf对微分方程式积分得衡算式。第二节物料衡算的基本方法4—3画物料流程简图的方法画出流程简图，可将整个过程和各个设备的进出物流、已知变量和待求变量清晰地在图上表示出来。有助于体系的划定及

7、衡算方法的选择。画流程简图步骤及要点如下：（1） 流程简图中的设备可用方框表示;（2）用线条和箭头表示物料流股的途径和流向；（3）标出流股的已知变量（流量、组成等）和单位；（4）未知量用符号表示。4—4计算基准的选择计算基准有以下几种：1、时间基准对连续稳定流动体系，以单位时间作基准。该基准可与生产规模直接联系。对间歇过程，以处理一批物料的生产周期作基准。2、质量基准对于液、固系统，因其多为复杂混合物选择一定质量的原料或产品作为计算基准。3、体积基准对气体选用体积作基准。通常取标况下体积Nm3。4、干湿基准

8、干基不计所含水量，湿基考虑所含水量。若原料产品为单一化合物或组成已知，取物质量（mol）作基准更方便。恰当的选取计算基准可简化计算。例题丙烷充分燃烧时，通入的空气量为理论量的125％，反应式为C3H8+5O2＝＝3CO2+4H2O问100mol燃烧产物需要多少摩尔空气？3燃烧过程C3H81空气O221％,2N279％CO2H2OO2N2解：画出物料流程示意图（一）取1molC3H8为计算基准完全燃烧所需氧的理论量