【正文】 ? 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)做能量衡算，計算蒸汽、水、電、煤或其他燃料的 消耗定額。從而找出相應(yīng)的強化措施。 ? ②根據(jù)物料衡算和能量衡算數(shù)據(jù)和設(shè)備恰當(dāng)?shù)纳a(chǎn)強度，可以 設(shè)計或選擇設(shè)備的類型、臺數(shù)及尺寸。一般來說，在設(shè)計一個生產(chǎn)系統(tǒng)，或者計算某個單元操作及設(shè)備時， 首先必須作物料、能量衡算。 其 0度為 ℉ （ 460℉ ）。開爾文是為了紀(jì)念英國物理學(xué)家 Lord Kelvin而命名的。 化工過程的類型 ? 根據(jù)其操作方式分 – 間歇 操作 原料一次加入 → 過程 → 產(chǎn)品一次排出 – 連續(xù) 操作 原料連續(xù)加入 → 過程 → 產(chǎn)品連續(xù)排出 – 半連續(xù) 操作 原料一次加入 → 過程 → 產(chǎn)品連續(xù)排出 或原料連續(xù)加入 → 過程 → 產(chǎn)品一次排出 ? 根據(jù)操作狀態(tài)分 – 穩(wěn)定 狀態(tài)操作（定態(tài)操作）過程參數(shù) =f(x、 y、 z) – 不穩(wěn)定 狀態(tài)操作（非定態(tài)操作）過程參數(shù) =f(x、 y、 z、 t) 化工過程基本參數(shù) 過程參數(shù)：生產(chǎn)過程中影響 過程運行和狀態(tài)的物理量 。 應(yīng)用 守恒定律 來研究化工過程的物料衡算和能量衡算問題?；ぴO(shè)計 第三章 物料衡算與能量衡算 Chart3 Materiel Balance and Energy Balance 一、 化工過程 ? 所謂 化工過程 ，是指由 原料 經(jīng) 化學(xué)處理和物理處理 加工成 化學(xué)產(chǎn)品或中間產(chǎn)品 的生產(chǎn)過程。 ? 在不同的生產(chǎn)過程中，有一些具有共性的 物理操作 ，它們不改變物料的化學(xué)性質(zhì)，只改變物料的物理性質(zhì)，這類操作被稱為 單元操作 ，如流體輸送、傳熱、蒸餾、干燥、蒸發(fā)、結(jié)晶、萃取、吸收、吸附、過濾及破碎等操作。 一）溫度 表示物體冷熱程度的物理量。 以絕對零度（ 0K）為最低溫度，規(guī)定水的三相點的溫度為 ， 開定義為水三相點熱力學(xué)溫度的 1/。 ? 四種溫度的關(guān)系： ? 二）壓力 (壓強） ? 三）流量 ? 四）組成 物料衡算 能量衡算 化工模擬軟件在化工設(shè)計中的應(yīng)用 本 章 要求 ? 掌握 非反應(yīng)過程的物料衡算及反應(yīng)過程的物料衡算； ? 掌握 裝置的物料衡算； ? 掌握 以反應(yīng)熱效應(yīng)為基礎(chǔ)的計算方法，以及以生成熱為基礎(chǔ)的計算方法。 物料、能量衡算的 目的和內(nèi)容 ? 在于定量研究生產(chǎn)過程， 為過程設(shè)計和操作最佳化提供依據(jù)。 物料衡算和能量衡算是設(shè)備計算的依據(jù)。 ? ⑤ 物料衡算和能量衡算是 傳統(tǒng)最優(yōu)化和經(jīng)濟核算的基礎(chǔ)。 ? 計算產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。 (3) 工藝流程示意圖。 (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。濕基計算水分，干基不計算水分。 (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。 ? 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。 (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。 設(shè)計能力 —— 設(shè)備或裝置在最佳條件下可以達(dá)到的最大生產(chǎn)能力。 ? ⑶ 有效生產(chǎn)周期： ? 開工因子 通常在 ，開工因子大意味著停工檢修帶來的損失小，即設(shè)備先進可靠，催化劑壽命長。 X ? 某 一 反 應(yīng) 物 的 轉(zhuǎn) 化 總 量該 反 應(yīng) 物 的 起 始 量轉(zhuǎn)化率、選擇性和收率 對 循環(huán)過程 而言，有 單程轉(zhuǎn)化率 和 全程轉(zhuǎn)化率 。 S ? 實際所得的目的產(chǎn)物量按某反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化總量計算應(yīng)得到的目的產(chǎn)物理論量（ 3）收率（產(chǎn)率） ? 對同一反應(yīng)物 ， Y=S?X。 mY ?目的產(chǎn)物的質(zhì)量某原料的起始質(zhì)量 反應(yīng)過程物料衡算 （ 1）直接計算法 ? 主要是根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式，運用化學(xué)計量系數(shù)進行計算的方法，可使計算較為方便。一般燃燒器，空氣過量為 520%。 ? 注意：在部分燃燒反應(yīng)中，例如 C燃燒成 CO與 CO2，在計算過量空氣（氧氣）時，均以 C完全燃燒成 CO2的空氣量（氧氣量）為基準(zhǔn)來計算的。 ? 反應(yīng)式： C3H8+5O2 → 3CO2 + 4H2O ? 轉(zhuǎn)化量： 100 X Y Z ? X = 500mol Y = 300mol Z = 400mol ? 由于空氣中氧氣和氮氣的摩爾比為： ? O2∶ N2 = 21∶ 79 ? 理論空氣量 =500/= ? 則實際空氣量 =過量空氣 % 理論空氣量=125% 2380=2976 mol ? 反應(yīng)前 ： ? 反應(yīng)后 ： 氮氣不參加反應(yīng)，仍為 2351 mol。 21 nm ol??? ? ?氧 進 料 氧 氣 量 反 應(yīng) 轉(zhuǎn) 化 掉 的 氧 氣 量 4 45n m ol???水3 85n m ol?二 氧 化 碳 ==物料衡算結(jié)果一覽表 2 ? 從上表中可看出，仍然可以得出與表 1相同 的結(jié)論；比較表 1和表 2，可以看出， 雖然計算基準(zhǔn)不同，但進出物料的組成是一致的。 ? 按照所取的計算基準(zhǔn)，出口產(chǎn)品混合物中有苯200kg，氯苯 100kg，二氯苯 8kg，三氯苯 ，需要加入反應(yīng)器的苯 (100％ )的量計算如下： 生成氯苯消耗苯： 生成二氯苯消耗苯： 生成三氯苯消耗苯： ? 未反應(yīng)的苯 200kg，因此需要加入的苯的總量為：＋ ＋ ＋ 200＝ ?? 1478 ?? ??? （ 1）苯的轉(zhuǎn)化率 苯的轉(zhuǎn)化量＝ ＝ ,苯的加入量＝ 所以 苯的轉(zhuǎn)化率 X＝ ／ ＝ ? （ 2）氯苯的收率 Y ? （ 3）反應(yīng)的選擇性 S ＝＝加入的苯量轉(zhuǎn)化為氯苯的苯量?YXYS ???? （ 4）反應(yīng)生成的氯化氫總量 生成氯苯時同時生成的氯化氫： 生成二氯苯時同時生成的氯化氫： 生成三氯苯時同時生成的氯化氫： 因此，生成的氯化氫總量為： ＋ ＋ ＝ 100 ??1478 ??? ???? (5)反應(yīng)消耗的氯氣總量 生成氯苯消耗氯氣： 生成二氯苯消耗氯氣： 生成三氯苯消耗氯氣： ? 因此，反應(yīng)消耗的氯氣總量為： ＋ ＋ ＝ 100 ??1478 ??? ???（ 2）元素平衡法（原子衡算法） ? 方法 ：因為反應(yīng)前后的物質(zhì)雖然分子結(jié)構(gòu)不同，但都是由相同元素組成的。若用 10%過量空氣燃燒，設(shè)燃燒氣中不含 CO，試計算燃燒氣組成。其中各原子的量為： %CH %H %CO、%CO %O %N2 物料