物料衡算和能量衡算課件

化工設(shè)計第四章物料衡算與能量衡算Chart4materielbalanceandenergybalance化工設(shè)計第四章物料衡算與能量衡算4.1物料衡算4.2能量衡算4.3化工模擬軟件在化工設(shè)計中的應(yīng)用4.1物料衡算4.1物料衡算物料衡算—運用質(zhì)量守恒定律，對化工過程或設(shè)備進行定量計算。通過物料衡算解決以下問題：計算原料消耗量、副產(chǎn)品量；輸出過程物料的損耗量及三廢的生成量；在物料衡算基礎(chǔ)上做能量衡算，計算蒸汽、水、電、煤或其他燃料的消耗定額。計算產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。

為生產(chǎn)設(shè)備和輔助設(shè)備的選型及設(shè)計、管路設(shè)施與公用工程的設(shè)計等方面提供依據(jù)。4.1物料衡算物料衡算—運用質(zhì)量守恒定律，對化工過程或設(shè)衡算計算范圍示意圖：

圖中方框表示一個體系，虛線表示體系邊界。共有三個流股，進料1、2及出料3。123衡算計算范圍示意圖：圖中方框表示一個體系，虛線表示體一、物料衡算依據(jù)

1.理論依據(jù)——質(zhì)量守恒定律物料衡算范圍單元操作的物料衡算——化工設(shè)備設(shè)計的前提化工過程的物料衡算——化工過程設(shè)計的前提物料衡算的一般表達式為：

輸入量－輸出量＋生成量－消耗量＝積累量

對穩(wěn)定操作過程，積累量=0輸入量-輸出量+生成量-消耗量=0對無化學(xué)反應(yīng)的過程：輸入量－輸出量＝積累量

對無化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定操作過程：輸入量＝輸出量

一、物料衡算依據(jù)1.理論依據(jù)——質(zhì)量守恒定律物料衡算范圍對有化學(xué)反應(yīng)的過程：總物料衡算+元素衡算式2.數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

(1)技術(shù)方案、操作方法、生產(chǎn)能力、年工作時。(2)建設(shè)單位或研究單位的要求、設(shè)計參數(shù)、小試及中試數(shù)據(jù)：化工單元過程的化學(xué)反應(yīng)式、原料配比、轉(zhuǎn)化率、選擇率、總收率，催化劑狀態(tài)、用量、回收方法、安全性能等；原料及產(chǎn)品的分離方式，分離劑的用量，各步的回收率；特殊化學(xué)品的物性：沸點、熔點、飽和蒸汽壓、閃點等。(3)工藝流程示意圖。二、物料衡算基準(zhǔn)

物料衡算時須選擇計算基準(zhǔn)，并在計算過程中保持一致。一般計算過程的基準(zhǔn)有以下幾種：對有化學(xué)反應(yīng)的過程：總物料衡算+元素衡算式2.數(shù)據(jù)基礎(chǔ)((1)時間基準(zhǔn)——對連續(xù)生產(chǎn)過程，常以單位時間(如d、h、s）的投料量或產(chǎn)品量為計算基準(zhǔn)。(2)批量基準(zhǔn)——以每批操作或一釜料的生產(chǎn)周期為基準(zhǔn)。㎏/批(3)質(zhì)量基準(zhǔn)——當(dāng)系統(tǒng)介質(zhì)為液、固相時，選擇一定質(zhì)量的原料或產(chǎn)品作為計算基準(zhǔn)較適合。(4)物質(zhì)的量基準(zhǔn)：對于有化學(xué)反應(yīng)的過程因化學(xué)反應(yīng)的按摩爾進行的，用物質(zhì)的量基準(zhǔn)更方便。(5)標(biāo)準(zhǔn)體積基準(zhǔn)：對氣體物料進行衡算，可采用標(biāo)準(zhǔn)體積基準(zhǔn)，Nm3(STP)，既排除T、p的影響，又可直接換算為摩爾。(6)干濕基準(zhǔn)：由于物料中均含有一定量的水分，選用基準(zhǔn)時就有算不算水分的問題。濕基計算水分，干基不計算水分。

實際計算時，必須根據(jù)具體情況選擇合適的基準(zhǔn)，過程的物料衡算及能量衡算應(yīng)在同一基準(zhǔn)上進行。(1)時間基準(zhǔn)——對連續(xù)生產(chǎn)過程，常以單位時間(如d、h、可建議：以1t產(chǎn)品為基準(zhǔn)以1mol某反應(yīng)物為基準(zhǔn)在連續(xù)操作中，以單位時間，即㎏/h或kmol/h作基準(zhǔn)；在間歇操作中，以㎏/批為基準(zhǔn)有化學(xué)變化的過程，適宜采用質(zhì)量作基準(zhǔn)；無化學(xué)變化的過程，以質(zhì)量或kmol/h為基準(zhǔn)對于液固系統(tǒng)常用單位質(zhì)量作基準(zhǔn)，而液相常用單位體積作基準(zhǔn)可建議：三、物料衡算的基本程序

(1)確定衡算對象和范圍，畫出計算對象的草圖。注意物料種類和走向，明確輸入和輸出。(2)確定計算任務(wù)，明確已知項、待求項，選擇數(shù)學(xué)公式，力求使計算方法簡化。(3)確定過程所涉及的組分，并對所有組分依次編號。(4)對物流的流股進行編號，并標(biāo)注物流變量。(5)收集數(shù)據(jù)資料（設(shè)計任務(wù)所規(guī)定已知條件，與過程有關(guān)物理化學(xué)參數(shù)）：

生產(chǎn)規(guī)模（設(shè)計任務(wù)所規(guī)定，t/年）和生產(chǎn)時間（指全年有效生產(chǎn)天數(shù)300~330天/年，計約8000h）。有關(guān)定額的技術(shù)指標(biāo)，通常指產(chǎn)品單耗、配料比、循環(huán)比、固液比、氣液比、回流比、利用率、單程收率、回收率等等。三、物料衡算的基本程序(1)確定衡算對象和范圍，畫出計算原輔材料、產(chǎn)品、中間產(chǎn)品的規(guī)格；與過程有關(guān)有物理化學(xué)參數(shù)，如臨界參數(shù)、密度或比體積、狀態(tài)方程參數(shù)、蒸汽壓、氣液平衡常數(shù)或平衡關(guān)系等。(6)列出過程全部獨立物料平衡方程式及其相關(guān)約束式，對有化學(xué)反應(yīng)的還要寫出化學(xué)反應(yīng)方程式，指出其轉(zhuǎn)化率和選擇性。約束式分數(shù)約束式設(shè)備約束式①進料配比為一常數(shù)；②分流器出口物流具有相同的組成；③相平衡常數(shù)；④化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)；⑤化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、選擇性或其他限度。原輔材料、產(chǎn)品、中間產(chǎn)品的規(guī)格；(6)列出過程全部獨立物料(7)選擇計算基準(zhǔn)；(8)統(tǒng)計變量個數(shù)與方程個數(shù)，確定設(shè)計變量個數(shù)及全部設(shè)計變量。(9)整理并校核計算結(jié)果，并根據(jù)需要換算基準(zhǔn)，最后列成表格即物流表。(10)繪制物料流程圖，編寫物流表作為設(shè)計文件成果編入正式設(shè)計文件。(7)選擇計算基準(zhǔn)；衡算計算范圍示意圖：邊界線（BoundaryLine）圍起來的區(qū)域構(gòu)成衡算范圍。衡算計算范圍示意圖：邊界線（BoundaryLine）圍起

例:某尿素廠的生產(chǎn)能力為6萬t尿素/a,年操作日300d，尿素的氨耗為0.6t氨/t尿素，生產(chǎn)過程的氨損失按5%考慮，已知以1t氨為基準(zhǔn)的某股氣體的組成和量如下表所示。組成CO2COH2N2CH4

合計％(mol)28.561.252.6117.050.575100kmol54.302.29100.0432.431.093190.99列出該股氣體的組成和流量表。解:小時氨耗為

60000×0.6×1.05300×24

=5.25t/h例:某尿素廠的生產(chǎn)能力為6萬t尿素/a,年操作日300d

以1t氨為基準(zhǔn)的各組分的kmol量乘以5.25所得結(jié)果為流量。氣體的流量和組成如下表所示:組成CO2COH2N2CH4

合計％(mol)28.561.252.6117.050.575100kmol/h285.112.02525.2170.25.74998.3以1t氨為基準(zhǔn)的各組分的kmol量乘以5.25所得結(jié)果為無化學(xué)反應(yīng)的物料衡算1、簡單過程的物料衡算2、多單元系統(tǒng)在化工過程中，一些只有物理變化，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的單元操作，如混合、蒸餾、蒸發(fā)、干燥、吸收、結(jié)晶、萃取等。這些過程都可以根據(jù)物料衡算式，列出總物料和各組分的衡算式，再用代數(shù)法求解。

無化學(xué)反應(yīng)的物料衡算1、簡單過程的物料衡算在化工過程中，一些1、簡單過程的物料衡算

簡單過程是指僅有一個設(shè)備或一個單元操作或整個過程簡化成一個設(shè)備的過程。這種過程的物料衡算比較簡單，在物料流程簡圖中，設(shè)備邊界就是體系邊界。例：一種廢酸，組成為23％(質(zhì)量％)HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的H2SO4及90％的濃HNO3，要求混合成27％HNO3及60％H2SO4的混合酸，計算所需廢酸及加入濃酸的數(shù)量。

1、簡單過程的物料衡算簡單過程是指僅有一個設(shè)備或一個單元

解：設(shè)x為廢酸量，kg；

y為濃H2SO4量，kg；

z為濃HNO3量,㎏；

⑴畫物料流程簡圖解：設(shè)x為廢酸量，kg；⑵選擇基準(zhǔn):可以選廢酸或濃酸的量為基準(zhǔn)，也可以用混合酸的量為基準(zhǔn)，因為四種酸的組成均已知，選任何一種作基準(zhǔn)計算都很方便。

⑶列物料衡算式，該體系有3種組分，可以列出3個獨立方程，所以能求出3個未知量。基準(zhǔn)：100kg混合酸總物料衡算式

x+y+z=100(1)H2SO4的衡算式

0.57x+0.93y=100×0.6=60

(2)HNO3的衡算式

0.23x+0.90z=100×0.27=27

(3)

解(1)，(2)，(3)方程，得x=41.8kg廢酸

y=39kg濃H2SO4

z=19.2kg濃HNO3即由41.8kg廢酸、39kg濃H2SO4和19.2kg濃HNO3可以混合成100kg混合酸。⑵選擇基準(zhǔn):可以選廢酸或濃酸的量為基準(zhǔn)，也可以用混合2、多單元系統(tǒng)對有多個設(shè)備的過程，進行物料衡算時，可以劃分多個衡算體系。此時，必須選擇恰當(dāng)?shù)暮馑泱w系，這是很重要的步驟。不然會使計算繁瑣，甚至無法求解。

例：造紙廠的堿回收工序有一個四效蒸發(fā)器,供料方式為Ⅲ→Ⅳ→Ⅱ→Ⅰ,蒸發(fā)器的總處理量為80000㎏/h造紙廢液(黑液)。計算總蒸發(fā)水量和每一效蒸發(fā)器的蒸發(fā)水量。2、多單元系統(tǒng)對有多個設(shè)備的過程，進行物料衡算時，可以劃分多四效蒸發(fā)系統(tǒng)的物料平衡四效蒸發(fā)系統(tǒng)的物料平衡四效蒸發(fā)系統(tǒng)的物料衡算過程將整個系統(tǒng)簡化為一個單元，可計算出總蒸發(fā)量則總蒸發(fā)水量為FX進=（F進-W）X出四效蒸發(fā)系統(tǒng)的物料衡算過程將整個系統(tǒng)簡化為一個單元，可計算出四效蒸發(fā)系統(tǒng)的物料衡算過程第三效蒸發(fā)水量為則第Ⅳ效的蒸發(fā)水量WⅣ為進入第Ⅳ的料液量80000-12600=67400kg/h類推得：ＷⅡ＝15000kg/h

ＷⅠ＝18100kg/h四效蒸發(fā)系統(tǒng)的物料衡算過程第三效蒸發(fā)水量為則第Ⅳ效的蒸發(fā)水量反應(yīng)過程的物料衡算1、直接計算法在物料衡算中，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式，運用化學(xué)計量系數(shù)進行計算的方法，稱為直接計算法。例：甲醇氧化制甲醛，其反應(yīng)過程為

CH3OH+1/2O2→HCHO+H2O反應(yīng)物及生成物均為氣態(tài)。甲醇的轉(zhuǎn)化率為75％，若使用50％的過量空氣，試計算反應(yīng)后氣體混合物的摩爾組成。反應(yīng)過程的物料衡算1、直接計算法在物料衡算中，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式

解：畫出流程示意圖，如下圖：催化反應(yīng)器CH3OH空氣（過量50%)CH3OHHCHOH2OO2N2

基準(zhǔn)：1molCH3OHCH3OH+1/2O2→HCHO+H2O根據(jù)反應(yīng)式：需氧＝0.5氧入=0.5×1.5=0.75

氮入＝氮出＝0.75×(79/21)=2.82解：畫出流程示意圖，如下圖：催化反應(yīng)器CH3OH空氣反應(yīng)的甲醇量＝0.75×1=0.75甲醛的出量＝0.75甲醇的出量＝1－0.75=0.25氧的出量＝0.75－0.75×0.5=0.375水的出量＝0.75計算結(jié)果如下表：

組分CH3OHHCHOH2OO2N2

總計

mol0.2500.7500.7500.3752.8204.945摩爾分數(shù)（％）5.015.215.27.657.0100.0反應(yīng)的甲醇量＝0.75×1=0.75甲醛的出量＝0.75２、元素衡算法

元素衡算是物料衡算的一種重要形式。在作這類衡算時，并不需要考慮具體的化學(xué)反應(yīng)，而是按照元素種類被轉(zhuǎn)化及重新組合的概念表示為：

輸入(某種元素)＝輸出(同種元素)對反應(yīng)過程中化學(xué)反應(yīng)很復(fù)雜，無法用一、兩個反應(yīng)式表示的物料衡算，可以列出元素衡算式，用代數(shù)法求解。

２、元素衡算法元素衡算是物料衡算的一種重要形式。在作這類衡C3H8+5O23CO2+4H2O基準(zhǔn)：100mol煙道氣：設(shè)：N-煙道氣中N2的molQ-煙道氣中H2O,molM-煙道氣中O2的molA-輸入空氣molP-煙道氣中CO2的molB-輸入丙烷，mol

列平衡式：C平衡：3P=BN2平衡:0.79A=NH2平衡：4Q=B過剩氧氣:0.21A×0.25/1.25=MO2平衡：0.21A=M+P+2Q

煙道氣總量:N+M+P+Q=100

丙烷充分燃燒時，要供給的空氣量為理論量的125%，問每100mol燃燒產(chǎn)物，需多少mol的空氣？反應(yīng)：

燃燒丙烷空氣（O2N2）CO2H2OO2N2

C3H8+5O23CO2+4H2O基準(zhǔn)：３、用聯(lián)系組分作衡算

“聯(lián)系組分”是指隨物料輸入體系，但完全不參加反應(yīng)，又隨物料從體系輸出的組分，在整個反應(yīng)過程中，它的數(shù)量不變。如果體系中存在聯(lián)系組分，那么輸入物料和輸出物料之間就可以根據(jù)聯(lián)系組分的含量進行關(guān)聯(lián)。例如，F(xiàn)、P分別為輸入、輸出物料，T為聯(lián)系組分。T在F中的質(zhì)量分數(shù)為XFT，在P中的質(zhì)量分數(shù)為XPT，則F與P之間的關(guān)系為：FXFT=PXPT

３、用聯(lián)系組分作衡算“聯(lián)系組分”是指隨物料輸入體系，但完全某廠用空氣和鄰二甲苯生產(chǎn)苯酐。原料流量為：205kg/h鄰二甲苯，4500m3（STP）/h空氣，從反應(yīng)的計量關(guān)系可知，生成1mol苯酐需要反應(yīng)掉1mol的鄰二甲苯。經(jīng)化驗得到反應(yīng)器出口氣體的組成為：試計算：1）鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率，苯酐收率；2）苯酐的年產(chǎn)量（年工作日330天）某廠用空氣和鄰二甲苯生產(chǎn)苯酐。原料流量為：205kg/h鄰二循環(huán)過程的物料衡算例如在生產(chǎn)中一般將未反應(yīng)的原料與產(chǎn)品先分離，后循環(huán)返回原料進口處，與新原料一起再進入反應(yīng)器反應(yīng)。例如苯直接加氫轉(zhuǎn)化環(huán)己烷中的循環(huán)過程：混合器泠凝器新鮮Ｈ2純C6H6循環(huán)Ｈ280%Ｈ220%C6H6產(chǎn)物3%H2反應(yīng)器循環(huán)過程的物料衡算例如在生產(chǎn)中一般將未反應(yīng)的原料與產(chǎn)品先分苯直接加氫轉(zhuǎn)化環(huán)己烷中的循環(huán)過程的衡算解：反應(yīng)為：C6H6+3H2→C6H12

基準(zhǔn)：100kmol/h環(huán)己烷查苯的總轉(zhuǎn)化率為99%則生產(chǎn)100kmol/h環(huán)己烷需苯

100／0.99=101.01kmol/h未反應(yīng)的苯為

101.01-100=1.01kmol/h產(chǎn)物中含H2,設(shè)含量為nH2苯直接加氫轉(zhuǎn)化環(huán)己烷中的循環(huán)過程的衡算解：反應(yīng)為：C6H6+總產(chǎn)量＝100+1.01+3.12=104.13kmol/h其摩爾分數(shù)為H2的進料率為100×3＋3.12=303.12kmol/h苯的進料率為101.01kmol/h設(shè)H2循環(huán)量為RR=100.92kmol/h總產(chǎn)量＝100+1.01+3.12=104.13kmol/h

在沒有循環(huán)時，一系列單元步驟的物料衡算可按順序依次進行，每次可取一個單元．但是，如果有循環(huán)的話，由于循環(huán)量并不知道，所以逐次計算并不能計算出循環(huán)量。其解法有二：代數(shù)法：在循環(huán)存在時，列出物料平衡方程式，并求解。一般方程式中以循環(huán)量作為未知數(shù)，用聯(lián)立方程式的方法進行求解。迭代法：假定一個循環(huán)量估計值進行計算，將估計值與計算值比較，若不符，重新假定一個估計值，一直計算到估計值與計算值之差在一定的誤差范圍內(nèi)。聯(lián)立方程法：在沒有循環(huán)時，一系列單元步驟的物料衡算可按順序依次進迭代法求解循環(huán)問題——序貫?zāi)K法

今有一反應(yīng)器/分離器系統(tǒng)，它將100kmol/h的組分A轉(zhuǎn)化為等物質(zhì)的量的B。每一單程有80%的A被轉(zhuǎn)化，在分離器內(nèi)沒有物質(zhì)的變化，分離后的98%的A和1%的B再循環(huán)。迭代法求解循環(huán)問題——序貫?zāi)K法今有一反應(yīng)器/分離器物料衡算和能量衡算課件物料衡算和能量衡算課件例：丙烷在催化反應(yīng)器中脫氫生成丙烯，其反應(yīng)式為：

C3H8C3H6+H2丙烷的總轉(zhuǎn)化率為95%，反應(yīng)生成物經(jīng)分離器分成產(chǎn)物P和循環(huán)物料R，產(chǎn)品中含有C3H8、C3H6及H2，其中C3H8的量為未反應(yīng)C3H8的0.555%，循環(huán)物料中含有C3H8和C3H6，其中C3H6的量是產(chǎn)品中C3H6的5%，試計算產(chǎn)品組成、循環(huán)物料組成和單程轉(zhuǎn)化率。例：丙烷在催化反應(yīng)器中脫氫生成丙烯，其反應(yīng)式為：物料衡算匯總表(1)產(chǎn)品消耗定額產(chǎn)品消耗定額物料衡算匯總表產(chǎn)品消耗定額主要原料、輔助材料的品種、規(guī)格及年需求量(2)原輔材料需求一覽表主要原料、輔助材料的品種、規(guī)格及年需求量(2)原輔材料需求一4.2能量衡算

化工生產(chǎn)中，需要通過能量衡算解決的問題：⑴確定物料輸送機械和其他操作機械所需功率。⑵確定各單元過程所需熱量或冷量及其傳遞速率。⑶化學(xué)反應(yīng)所需的放熱速率和供熱速率。⑷做好余熱綜合利用。能量衡算的基本方程式

在物料衡算基礎(chǔ)上進行能量衡算，能量衡算的步驟與物料衡算相同。

根據(jù)熱力學(xué)第一定律，能量衡算方程可寫為：Q+W=E=Ek+Ep+UW=Wt+Ws，Wt為流動功，Ws為軸功；

4.2能量衡算化工生產(chǎn)中，需要通過能量衡算解決的問題：1.封閉體系的能量衡算方程

封閉體系特點：與環(huán)境只有能量交換，而無物質(zhì)交換，如間歇操作過程，體系物質(zhì)的動能、位能、壓力能無變化，則：U=Q+W若體系與環(huán)境沒有功的交換，即W=0，則：Q=U

2.流動體系的能量衡算方程——物料連續(xù)通過邊界進出能量輸入速率-能量輸出速率=能量積累速率連續(xù)穩(wěn)定流動過程的總能量衡算方程為：1.封閉體系的能量衡算方程封閉體系特點：與環(huán)境只有能量交3.熱量衡算式及說明

⑴熱量衡算式

在反應(yīng)器、蒸餾塔、蒸發(fā)器、換熱器等化工設(shè)備中，W、Ek、Ez與Q、U和H的相比，可以忽略?？偰芰亢馑闶綖椋?/p>

封閉體系Q=?U

敞開體系Q=?H

對這些設(shè)備做能量衡算的實質(zhì)就是進行熱量衡算。連續(xù)穩(wěn)定流動體系的熱量衡算：

Q=H1–H2或

Q=U1–U2實際計算時，還常使用下式：Qin=QoutQ1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6Q1——物料帶入熱量；Q2——加熱介質(zhì)供給或輸出的熱量，輸入為正，輸出為負；3.熱量衡算式及說明⑴熱量衡算式連續(xù)穩(wěn)定流動體系的熱量Q3——過程的熱效應(yīng)，吸正放負；Q4——物料帶出熱量；Q5——消耗在加熱設(shè)備各部件上的熱量；Q6——設(shè)備向四周的散熱損失；⑵熱量衡算的步驟

①建立單位時間為基準(zhǔn)的物料流程圖或物料平衡表。②選定計算基準(zhǔn)溫度和計算相態(tài)：可選0℃(273K)、25℃(298K)或其他溫度作為基準(zhǔn)溫度。③在物料流程圖上標(biāo)明已知溫度、壓力、相態(tài)等條件，查出或計算每個物料的焓值，標(biāo)注在圖上。④列出熱量衡算式，用數(shù)學(xué)方法求解。⑤當(dāng)生產(chǎn)過程及物料組成較復(fù)雜時，可列出熱量衡算表。Q3——過程的熱效應(yīng)，吸正放負；⑵熱量衡算的步驟①建立4.機械能衡算式

連續(xù)穩(wěn)定流動過程的總能量衡算方程為：

在一些單元操作中，Q、U與動能和位能變化及外功相比，相對較小，如流體流入流出貯罐、貯槽、工藝設(shè)備、輸送設(shè)備、廢料排放，管道流動等過程。單位質(zhì)量不可壓縮流體流動時的機械能衡算式：4.機械能衡算式連續(xù)穩(wěn)定流動過程的總能量衡算方程為：4.3化工模擬軟件在化工設(shè)計中的應(yīng)用計算機用于化工設(shè)計的主要環(huán)節(jié)：物性數(shù)據(jù)檢索(物理性質(zhì)、熱力學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù))；化工過程模擬設(shè)計(CAPD)；計算機輔助繪圖設(shè)計(CAD)；計算機輔助工程(CAE)等

目前用的較多的化工流程模擬計算軟件有PRO/II、HYSYS、ASPENPLUS等。

PRO/II流程模擬軟件

PRO/II由美國模擬科學(xué)（SIMSCI）公司研發(fā)提供的。是目前石油化工行業(yè)最全面的流程模擬軟件，已被廣泛地應(yīng)用于化學(xué)過程的嚴格的質(zhì)量和能量平衡。4.3化工模擬軟件在化工設(shè)計中的應(yīng)用計算機用于化工設(shè)計西安石油大學(xué)2006年也購買了該軟件，20個用戶終端。

PRO/II流程模擬軟件功能特點

適用行業(yè)：油/氣加工、煉油、化工、化學(xué)工程、建筑、聚合物、精細化工/制藥模擬應(yīng)用：新工藝設(shè)計、評估改變的裝置配置、改進現(xiàn)有裝置、消除裝置工藝瓶頸、優(yōu)化和改進裝置產(chǎn)量和效益。組份數(shù)據(jù)庫：2000多純組分庫、1900多組分/種類電解質(zhì)庫等?；旌衔飻?shù)據(jù)：用于3000多VLE二元作用參數(shù)、2200在線共沸混合物用于參數(shù)估算、專用數(shù)據(jù)包等。熱力學(xué)計算方法：60多個熱力學(xué)模型。熱力學(xué)數(shù)據(jù)：特殊包：胺，乙二醇，酒精；超過5000個二元交互參數(shù)；專用的水溶性數(shù)據(jù)；超過550個Henry系數(shù)；二元交互參數(shù)預(yù)測；熱力學(xué)數(shù)據(jù)回歸。西安石油大學(xué)2006年也購買了該軟件，20個用戶終端。PR設(shè)計化工單元操作：閃蒸罐，間歇精餾器，蒸餾器，液－液抽提精餾器，側(cè)線塔，壓縮機，結(jié)晶器，旋流器，減壓設(shè)備，溶解器，膨脹機，閃蒸，帶有固體的閃蒸，LNG多股流換熱器，精確核算型換熱器，簡單換熱器，嚴格空冷器模型，加熱/冷卻曲線，混合器，相包絡(luò)，管道，聚合物反應(yīng)器，泵，回流泵，閥，刮膜式蒸發(fā)器，平衡反應(yīng)器，轉(zhuǎn)換反應(yīng)器，吉布斯反應(yīng)器，塞流反應(yīng)器，平推流反應(yīng)器，全混流反應(yīng)器，間歇式反應(yīng)器，固態(tài)顆粒分離器，分裂器，單變量控制器，多變量的控制器，物流計算器，流程優(yōu)化器，過程數(shù)據(jù)，用戶自定義操作單元，(電解質(zhì)模塊，SIMSCI外接的模塊)等。用戶擴展功能：用戶自定義物流屬性包；增加用戶組份數(shù)據(jù)；增加熱力學(xué)計算方法；增加自定義操作單元模塊120個；增加自定義計算模型7個；增加自定義電解質(zhì)模型20個等。分析工具：工況研究、優(yōu)化器、單相變量控制器、多相變量控制器、加熱/冷卻曲線等。設(shè)計化工單元操作：閃蒸罐，間歇精餾器，蒸餾器，液－液抽提精餾二、三種化工模擬軟件的對比一般認為，PROII在煉油工業(yè)應(yīng)用更為準(zhǔn)確些，因其數(shù)據(jù)庫中有不少經(jīng)驗數(shù)據(jù)；而ASPEN在化工領(lǐng)域表現(xiàn)更好。HYSYS主要用于天然氣的加工處理及煉油工業(yè)。Aspenplus計算較準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)庫比較完善。不過由于它考慮的方面非常全面，所以學(xué)起來比較費勁。三、化工模擬軟件存在問題還沒有成熟的化工軟化可用于石油化工過程部分主要裝置的模擬（如催化裂化、加氫裂化的反應(yīng)部分）。國際上大的從事流程模擬的公司在模型上實行技術(shù)封鎖，我國的石化企業(yè)長期幾乎完全依賴外國相關(guān)產(chǎn)品，現(xiàn)有產(chǎn)品價格昂貴。二、三種化工模擬軟件的對比三、化工模擬軟件存在問題現(xiàn)有產(chǎn)品主要集中在比較成熟的精餾過程的建模和優(yōu)化，在其他一些主要裝置，如反應(yīng)器、反應(yīng)精餾、聚合等過程還沒有模型或只有簡單的模型，對石化企業(yè)好設(shè)計部門來說，花巨資購買的軟件只能在某些裝置上使用。開發(fā)出針對我國石化企業(yè)，覆蓋主要生產(chǎn)裝置的流程模擬、過程控制好過程優(yōu)化軟件將具有很強的市場競爭力?，F(xiàn)有產(chǎn)品主要集中在比較成熟的精餾過程的建模和優(yōu)化，在其他一些化工設(shè)計第四章物料衡算與能量衡算Chart4materielbalanceandenergybalance化工設(shè)計第四章物料衡算與能量衡算4.1物料衡算4.2能量衡算4.3化工模擬軟件在化工設(shè)計中的應(yīng)用4.1物料衡算4.1物料衡算物料衡算—運用質(zhì)量守恒定律，對化工過程或設(shè)備進行定量計算。通過物料衡算解決以下問題：計算原料消耗量、副產(chǎn)品量；輸出過程物料的損耗量及三廢的生成量；在物料衡算基礎(chǔ)上做能量衡算，計算蒸汽、水、電、煤或其他燃料的消耗定額。計算產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。

為生產(chǎn)設(shè)備和輔助設(shè)備的選型及設(shè)計、管路設(shè)施與公用工程的設(shè)計等方面提供依據(jù)。4.1物料衡算物料衡算—運用質(zhì)量守恒定律，對化工過程或設(shè)衡算計算范圍示意圖：

圖中方框表示一個體系，虛線表示體系邊界。共有三個流股，進料1、2及出料3。123衡算計算范圍示意圖：圖中方框表示一個體系，虛線表示體一、物料衡算依據(jù)

1.理論依據(jù)——質(zhì)量守恒定律物料衡算范圍單元操作的物料衡算——化工設(shè)備設(shè)計的前提化工過程的物料衡算——化工過程設(shè)計的前提物料衡算的一般表達式為：

輸入量－輸出量＋生成量－消耗量＝積累量

對穩(wěn)定操作過程，積累量=0輸入量-輸出量+生成量-消耗量=0對無化學(xué)反應(yīng)的過程：輸入量－輸出量＝積累量

對無化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定操作過程：輸入量＝輸出量

一、物料衡算依據(jù)1.理論依據(jù)——質(zhì)量守恒定律物料衡算范圍對有化學(xué)反應(yīng)的過程：總物料衡算+元素衡算式2.數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

(1)技術(shù)方案、操作方法、生產(chǎn)能力、年工作時。(2)建設(shè)單位或研究單位的要求、設(shè)計參數(shù)、小試及中試數(shù)據(jù)：化工單元過程的化學(xué)反應(yīng)式、原料配比、轉(zhuǎn)化率、選擇率、總收率，催化劑狀態(tài)、用量、回收方法、安全性能等；原料及產(chǎn)品的分離方式，分離劑的用量，各步的回收率；特殊化學(xué)品的物性：沸點、熔點、飽和蒸汽壓、閃點等。(3)工藝流程示意圖。二、物料衡算基準(zhǔn)

物料衡算時須選擇計算基準(zhǔn)，并在計算過程中保持一致。一般計算過程的基準(zhǔn)有以下幾種：對有化學(xué)反應(yīng)的過程：總物料衡算+元素衡算式2.數(shù)據(jù)基礎(chǔ)((1)時間基準(zhǔn)——對連續(xù)生產(chǎn)過程，常以單位時間(如d、h、s）的投料量或產(chǎn)品量為計算基準(zhǔn)。(2)批量基準(zhǔn)——以每批操作或一釜料的生產(chǎn)周期為基準(zhǔn)。㎏/批(3)質(zhì)量基準(zhǔn)——當(dāng)系統(tǒng)介質(zhì)為液、固相時，選擇一定質(zhì)量的原料或產(chǎn)品作為計算基準(zhǔn)較適合。(4)物質(zhì)的量基準(zhǔn)：對于有化學(xué)反應(yīng)的過程因化學(xué)反應(yīng)的按摩爾進行的，用物質(zhì)的量基準(zhǔn)更方便。(5)標(biāo)準(zhǔn)體積基準(zhǔn)：對氣體物料進行衡算，可采用標(biāo)準(zhǔn)體積基準(zhǔn)，Nm3(STP)，既排除T、p的影響，又可直接換算為摩爾。(6)干濕基準(zhǔn)：由于物料中均含有一定量的水分，選用基準(zhǔn)時就有算不算水分的問題。濕基計算水分，干基不計算水分。

實際計算時，必須根據(jù)具體情況選擇合適的基準(zhǔn)，過程的物料衡算及能量衡算應(yīng)在同一基準(zhǔn)上進行。(1)時間基準(zhǔn)——對連續(xù)生產(chǎn)過程，常以單位時間(如d、h、可建議：以1t產(chǎn)品為基準(zhǔn)以1mol某反應(yīng)物為基準(zhǔn)在連續(xù)操作中，以單位時間，即㎏/h或kmol/h作基準(zhǔn)；在間歇操作中，以㎏/批為基準(zhǔn)有化學(xué)變化的過程，適宜采用質(zhì)量作基準(zhǔn)；無化學(xué)變化的過程，以質(zhì)量或kmol/h為基準(zhǔn)對于液固系統(tǒng)常用單位質(zhì)量作基準(zhǔn)，而液相常用單位體積作基準(zhǔn)可建議：三、物料衡算的基本程序

(1)確定衡算對象和范圍，畫出計算對象的草圖。注意物料種類和走向，明確輸入和輸出。(2)確定計算任務(wù)，明確已知項、待求項，選擇數(shù)學(xué)公式，力求使計算方法簡化。(3)確定過程所涉及的組分，并對所有組分依次編號。(4)對物流的流股進行編號，并標(biāo)注物流變量。(5)收集數(shù)據(jù)資料（設(shè)計任務(wù)所規(guī)定已知條件，與過程有關(guān)物理化學(xué)參數(shù)）：

生產(chǎn)規(guī)模（設(shè)計任務(wù)所規(guī)定，t/年）和生產(chǎn)時間（指全年有效生產(chǎn)天數(shù)300~330天/年，計約8000h）。有關(guān)定額的技術(shù)指標(biāo)，通常指產(chǎn)品單耗、配料比、循環(huán)比、固液比、氣液比、回流比、利用率、單程收率、回收率等等。三、物料衡算的基本程序(1)確定衡算對象和范圍，畫出計算原輔材料、產(chǎn)品、中間產(chǎn)品的規(guī)格；與過程有關(guān)有物理化學(xué)參數(shù)，如臨界參數(shù)、密度或比體積、狀態(tài)方程參數(shù)、蒸汽壓、氣液平衡常數(shù)或平衡關(guān)系等。(6)列出過程全部獨立物料平衡方程式及其相關(guān)約束式，對有化學(xué)反應(yīng)的還要寫出化學(xué)反應(yīng)方程式，指出其轉(zhuǎn)化率和選擇性。約束式分數(shù)約束式設(shè)備約束式①進料配比為一常數(shù)；②分流器出口物流具有相同的組成；③相平衡常數(shù)；④化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)；⑤化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、選擇性或其他限度。原輔材料、產(chǎn)品、中間產(chǎn)品的規(guī)格；(6)列出過程全部獨立物料(7)選擇計算基準(zhǔn)；(8)統(tǒng)計變量個數(shù)與方程個數(shù)，確定設(shè)計變量個數(shù)及全部設(shè)計變量。(9)整理并校核計算結(jié)果，并根據(jù)需要換算基準(zhǔn)，最后列成表格即物流表。(10)繪制物料流程圖，編寫物流表作為設(shè)計文件成果編入正式設(shè)計文件。(7)選擇計算基準(zhǔn)；衡算計算范圍示意圖：邊界線（BoundaryLine）圍起來的區(qū)域構(gòu)成衡算范圍。衡算計算范圍示意圖：邊界線（BoundaryLine）圍起

例:某尿素廠的生產(chǎn)能力為6萬t尿素/a,年操作日300d，尿素的氨耗為0.6t氨/t尿素，生產(chǎn)過程的氨損失按5%考慮，已知以1t氨為基準(zhǔn)的某股氣體的組成和量如下表所示。組成CO2COH2N2CH4

合計％(mol)28.561.252.6117.050.575100kmol54.302.29100.0432.431.093190.99列出該股氣體的組成和流量表。解:小時氨耗為

60000×0.6×1.05300×24

=5.25t/h例:某尿素廠的生產(chǎn)能力為6萬t尿素/a,年操作日300d

以1t氨為基準(zhǔn)的各組分的kmol量乘以5.25所得結(jié)果為流量。氣體的流量和組成如下表所示:組成CO2COH2N2CH4

合計％(mol)28.561.252.6117.050.575100kmol/h285.112.02525.2170.25.74998.3以1t氨為基準(zhǔn)的各組分的kmol量乘以5.25所得結(jié)果為無化學(xué)反應(yīng)的物料衡算1、簡單過程的物料衡算2、多單元系統(tǒng)在化工過程中，一些只有物理變化，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的單元操作，如混合、蒸餾、蒸發(fā)、干燥、吸收、結(jié)晶、萃取等。這些過程都可以根據(jù)物料衡算式，列出總物料和各組分的衡算式，再用代數(shù)法求解。

無化學(xué)反應(yīng)的物料衡算1、簡單過程的物料衡算在化工過程中，一些1、簡單過程的物料衡算

簡單過程是指僅有一個設(shè)備或一個單元操作或整個過程簡化成一個設(shè)備的過程。這種過程的物料衡算比較簡單，在物料流程簡圖中，設(shè)備邊界就是體系邊界。例：一種廢酸，組成為23％(質(zhì)量％)HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的H2SO4及90％的濃HNO3，要求混合成27％HNO3及60％H2SO4的混合酸，計算所需廢酸及加入濃酸的數(shù)量。

1、簡單過程的物料衡算簡單過程是指僅有一個設(shè)備或一個單元

解：設(shè)x為廢酸量，kg；

y為濃H2SO4量，kg；

z為濃HNO3量,㎏；

⑴畫物料流程簡圖解：設(shè)x為廢酸量，kg；⑵選擇基準(zhǔn):可以選廢酸或濃酸的量為基準(zhǔn)，也可以用混合酸的量為基準(zhǔn)，因為四種酸的組成均已知，選任何一種作基準(zhǔn)計算都很方便。

⑶列物料衡算式，該體系有3種組分，可以列出3個獨立方程，所以能求出3個未知量。基準(zhǔn)：100kg混合酸總物料衡算式

x+y+z=100(1)H2SO4的衡算式

0.57x+0.93y=100×0.6=60

(2)HNO3的衡算式

0.23x+0.90z=100×0.27=27

(3)

解(1)，(2)，(3)方程，得x=41.8kg廢酸

y=39kg濃H2SO4

z=19.2kg濃HNO3即由41.8kg廢酸、39kg濃H2SO4和19.2kg濃HNO3可以混合成100kg混合酸。⑵選擇基準(zhǔn):可以選廢酸或濃酸的量為基準(zhǔn)，也可以用混合2、多單元系統(tǒng)對有多個設(shè)備的過程，進行物料衡算時，可以劃分多個衡算體系。此時，必須選擇恰當(dāng)?shù)暮馑泱w系，這是很重要的步驟。不然會使計算繁瑣，甚至無法求解。

例：造紙廠的堿回收工序有一個四效蒸發(fā)器,供料方式為Ⅲ→Ⅳ→Ⅱ→Ⅰ,蒸發(fā)器的總處理量為80000㎏/h造紙廢液(黑液)。計算總蒸發(fā)水量和每一效蒸發(fā)器的蒸發(fā)水量。2、多單元系統(tǒng)對有多個設(shè)備的過程，進行物料衡算時，可以劃分多四效蒸發(fā)系統(tǒng)的物料平衡四效蒸發(fā)系統(tǒng)的物料平衡四效蒸發(fā)系統(tǒng)的物料衡算過程將整個系統(tǒng)簡化為一個單元，可計算出總蒸發(fā)量則總蒸發(fā)水量為FX進=（F進-W）X出四效蒸發(fā)系統(tǒng)的物料衡算過程將整個系統(tǒng)簡化為一個單元，可計算出四效蒸發(fā)系統(tǒng)的物料衡算過程第三效蒸發(fā)水量為則第Ⅳ效的蒸發(fā)水量WⅣ為進入第Ⅳ的料液量80000-12600=67400kg/h類推得：ＷⅡ＝15000kg/h

ＷⅠ＝18100kg/h四效蒸發(fā)系統(tǒng)的物料衡算過程第三效蒸發(fā)水量為則第Ⅳ效的蒸發(fā)水量反應(yīng)過程的物料衡算1、直接計算法在物料衡算中，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式，運用化學(xué)計量系數(shù)進行計算的方法，稱為直接計算法。例：甲醇氧化制甲醛，其反應(yīng)過程為

CH3OH+1/2O2→HCHO+H2O反應(yīng)物及生成物均為氣態(tài)。甲醇的轉(zhuǎn)化率為75％，若使用50％的過量空氣，試計算反應(yīng)后氣體混合物的摩爾組成。反應(yīng)過程的物料衡算1、直接計算法在物料衡算中，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式

解：畫出流程示意圖，如下圖：催化反應(yīng)器CH3OH空氣（過量50%)CH3OHHCHOH2OO2N2

基準(zhǔn)：1molCH3OHCH3OH+1/2O2→HCHO+H2O根據(jù)反應(yīng)式：需氧＝0.5氧入=0.5×1.5=0.75

氮入＝氮出＝0.75×(79/21)=2.82解：畫出流程示意圖，如下圖：催化反應(yīng)器CH3OH空氣反應(yīng)的甲醇量＝0.75×1=0.75甲醛的出量＝0.75甲醇的出量＝1－0.75=0.25氧的出量＝0.75－0.75×0.5=0.375水的出量＝0.75計算結(jié)果如下表：

組分CH3OHHCHOH2OO2N2

總計

mol0.2500.7500.7500.3752.8204.945摩爾分數(shù)（％）5.015.215.27.657.0100.0反應(yīng)的甲醇量＝0.75×1=0.75甲醛的出量＝0.75２、元素衡算法

元素衡算是物料衡算的一種重要形式。在作這類衡算時，并不需要考慮具體的化學(xué)反應(yīng)，而是按照元素種類被轉(zhuǎn)化及重新組合的概念表示為：

輸入(某種元素)＝輸出(同種元素)對反應(yīng)過程中化學(xué)反應(yīng)很復(fù)雜，無法用一、兩個反應(yīng)式表示的物料衡算，可以列出元素衡算式，用代數(shù)法求解。

２、元素衡算法元素衡算是物料衡算的一種重要形式。在作這類衡C3H8+5O23CO2+4H2O基準(zhǔn)：100mol煙道氣：設(shè)：N-煙道氣中N2的molQ-煙道氣中H2O,molM-煙道氣中O2的molA-輸入空氣molP-煙道氣中CO2的molB-輸入丙烷，mol

列平衡式：C平衡：3P=BN2平衡:0.79A=NH2平衡：4Q=B過剩氧氣:0.21A×0.25/1.25=MO2平衡：0.21A=M+P+2Q

煙道氣總量:N+M+P+Q=100

丙烷充分燃燒時，要供給的空氣量為理論量的125%，問每100mol燃燒產(chǎn)物，需多少mol的空氣？反應(yīng)：

燃燒丙烷空氣（O2N2）CO2H2OO2N2

C3H8+5O23CO2+4H2O基準(zhǔn)：３、用聯(lián)系組分作衡算

“聯(lián)系組分”是指隨物料輸入體系，但完全不參加反應(yīng)，又隨物料從體系輸出的組分，在整個反應(yīng)過程中，它的數(shù)量不變。如果體系中存在聯(lián)系組分，那么輸入物料和輸出物料之間就可以根據(jù)聯(lián)系組分的含量進行關(guān)聯(lián)。例如，F(xiàn)、P分別為輸入、輸出物料，T為聯(lián)系組分。T在F中的質(zhì)量分數(shù)為XFT，在P中的質(zhì)量分數(shù)為XPT，則F與P之間的關(guān)系為：FXFT=PXPT

３、用聯(lián)系組分作衡算“聯(lián)系組分”是指隨物料輸入體系，但完全某廠用空氣和鄰二甲苯生產(chǎn)苯酐。原料流量為：205kg/h鄰二甲苯，4500m3（STP）/h空氣，從反應(yīng)的計量關(guān)系可知，生成1mol苯酐需要反應(yīng)掉1mol的鄰二甲苯。經(jīng)化驗得到反應(yīng)器出口氣體的組成為：試計算：1）鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率，苯酐收率；2）苯酐的年產(chǎn)量（年工作日330天）某廠用空氣和鄰二甲苯生產(chǎn)苯酐。原料流量為：205kg/h鄰二循環(huán)過程的物料衡算例如在生產(chǎn)中一般將未反應(yīng)的原料與產(chǎn)品先分離，后循環(huán)返回原料進口處，與新原料一起再進入反應(yīng)器反應(yīng)。例如苯直接加氫轉(zhuǎn)化環(huán)己烷中的循環(huán)過程：混合器泠凝器新鮮Ｈ2純C6H6循環(huán)Ｈ280%Ｈ220%C6H6產(chǎn)物3%H2反應(yīng)器循環(huán)過程的物料衡算例如在生產(chǎn)中一般將未反應(yīng)的原料與產(chǎn)品先分苯直接加氫轉(zhuǎn)化環(huán)己烷中的循環(huán)過程的衡算解：反應(yīng)為：C6H6+3H2→C6H12

基準(zhǔn)：100kmol/h環(huán)己烷查苯的總轉(zhuǎn)化率為99%則生產(chǎn)100kmol/h環(huán)己烷需苯

100／0.99=101.01kmol/h未反應(yīng)的苯為

101.01-100=1.01kmol/h產(chǎn)物中含H2,設(shè)含量為nH2苯直接加氫轉(zhuǎn)化環(huán)己烷中的循環(huán)過程的衡算解：反應(yīng)為：C6H6+總產(chǎn)量＝100+1.01+3.12=104.13kmol/h其摩爾分數(shù)為H2的進料率為100×3＋3.12=303.12kmol/h苯的進料率為101.01kmol/h設(shè)H2循環(huán)量為RR=100.92kmol/h總產(chǎn)量＝100+1.01+3.12=104.13kmol/h

在沒有循環(huán)時，一系列單元步驟的物料衡算可按順序依次進行，每次可取一個單元．但是，如果有循環(huán)的話，由于循環(huán)量并不知道，所以逐次計算并不能計算出循環(huán)量。其解法有二：代數(shù)法：在循環(huán)存在時，列出物料平衡方程式，并求解。一般方程式中以循環(huán)量作為未知數(shù)，用聯(lián)立方程式的方法進行求解。迭代法：假定一個循環(huán)量估計值進行計算，將估計值與計算值比較，若不符，重新假定一個估計值，一直計算到估計值與計算值之差在一定的誤差范圍內(nèi)。聯(lián)立方程法：在沒有循環(huán)時，一系列單元步驟的物料衡算可按順序依次進迭代法求解循環(huán)問題——序貫?zāi)K法

今有一反應(yīng)器/分離器系統(tǒng)，它將100kmol/h的組分A轉(zhuǎn)化為等物質(zhì)的量的B。每一單程有80%的A被轉(zhuǎn)化，在分離器內(nèi)沒有物質(zhì)的變化，分離后的98%的A和1%的B再循環(huán)。迭代法求解循環(huán)問題——序貫?zāi)K法今有一反應(yīng)器/分離器物料衡算和能量衡算課件物料衡算和能量衡算課件例：丙烷在催化反應(yīng)器中脫氫生成丙烯，其反應(yīng)式為：

C3H8C3H6+H2丙烷的總轉(zhuǎn)化率為95%，反應(yīng)生成物經(jīng)分離器分成產(chǎn)物P和循環(huán)物料R，產(chǎn)品中含有C3H8、C3H6及H2，其中C3H8的量為未反應(yīng)C3H8的0.555%，循環(huán)物料中含有C3H8和C3H6，其中C3H6的量是產(chǎn)品中C3H6的5%，試計算產(chǎn)品組成、循環(huán)物料組成和單程轉(zhuǎn)化率。例：丙烷在催化反應(yīng)器中脫氫生成丙烯，其反應(yīng)式為：物料衡算匯總表(1)產(chǎn)品消耗定額產(chǎn)品消耗定額物料衡算匯總表產(chǎn)品消耗定額主要原料、輔助材料的品種、規(guī)格及年需求量(2)原輔材料需求一覽表主要原料、輔助材料的品種、規(guī)格及年需求量(2)原輔材料需求一4.2能量衡算

化工生產(chǎn)中，需要通過能量衡算解決的問題：⑴確定物料輸送機械和其他操作機械所需功率。⑵確定各單元過程所需熱量或冷量及其傳遞速率。⑶化學(xué)反應(yīng)所需的放熱速率和供熱速率。⑷做好余熱綜合利用。能量衡算的基本方程式

在物料衡算基礎(chǔ)上進行能量衡算，能量衡算的步驟與物料衡算相同。

根據(jù)熱力學(xué)第一定律，能量衡算方程可寫為：Q+W=E=Ek+Ep+UW=Wt+Ws，Wt為流動功，Ws為軸功；

4.2能量衡算化工生產(chǎn)中，需要通過能量衡算解決的問題：1.封閉體系的能量衡算方程

封閉體系特點：與環(huán)境只有能量交換，而無物質(zhì)交換，如間歇操作過程，體系物質(zhì)的動能、位能、壓力能無變化，則：U=Q+W若體系與環(huán)境沒有功的交換，即W=0，則：Q=U

2.流動體系的能量衡算方程——物料連續(xù)通過邊界進出能量輸入速率-能量輸出速率=能量積累速率連續(xù)穩(wěn)定流動過程的總能量衡算方程為：1.封閉體系的能量衡算方程封閉體系特點：與環(huán)境只有能量交3.熱量衡算式及說明

⑴熱量衡算式

在反應(yīng)器、蒸餾塔、蒸發(fā)器、換熱器等化工設(shè)備中，W、Ek、Ez與Q、U和H的相比，可以忽略?？偰芰亢馑闶綖椋?/p>

封閉體系Q=?U

敞開體系Q=?H

對這些設(shè)備做能量衡算的實質(zhì)就是進行熱量衡算。連續(xù)穩(wěn)定流動體系的熱量衡算：

Q=H1–H2或