注册化工工程师物料衡算

发布时间：2023-01-26 18:34:22


第一章物料衡算和能量衡算

物料衡算和能量衡算是化工工艺设计的基础，是进行化工工艺设计及经济评价的基本依据。通过对全过程或单元过程的物料和能量衡算，可以确定工厂生产装置设备的设计规模和能力，可以计算出原料消耗定额、能量消耗定额和三废排放量及组成，是设备选择和计算的依据，是改进生产和降低生产成本的依据。
第一节物料衡算
1.1物料平衡分析和计算方法1.质量守恒与物料平衡式
根据质量守恒算定律写出的平衡关联式：（1）总质量平衡关联
GGG（1）
1
2
3
G是输入系统物料质量总和；G
1
2
是从系统输出物料质量总和；G3是物料损失质量总和。

该式表达了任何体系，总质量是守恒的。（2）组分平衡关联
物理过程中，各组分的质量和摩尔数守恒，化学反应过程中，不发生化学反应的惰性组分的质量和摩尔数守恒，对参与化学反应的组分，要考虑该组分在反应过程中质量和摩尔数的变化，对某一体系的组分Ａ：
加入系统（或单元设备）Ａ的量＝在系统（或单元设备）中转化的Ａ量＋离开系统（或单元设备）
Ａ的量＋在系统（或单元设备）中积累Ａ的量
对于连续定态的生产过程，物料无积累。（3）元素平衡关联
无论是物理过程还是化学过程，元素都是平衡的。元素守恒包括元素的质量平衡守恒和元素的摩尔数平衡。对化学反应过程，在进行物料平衡计算时，常用组分平衡和元素平衡，尤其是化学反应计量系数未知或很复杂，以及只有参加反应各物质的化学分析数据时，用元素平衡最为方便。有的时候，也只有元素守恒才可求解。
2.物料平衡计算方法
物料平衡计算的方法有直接解法、联系物解法和代数解法。
直接解法适用于求解单元设备的简单体系，有已知数据，用四则运算直接求解未知数据。



联系物解法对于单元设备的简单体系和复杂体系都适用。对于化工过程，惰性物或惰性组分不参与化学反应，若一种或多种惰性物质由一物流全部转入另一物流，可用惰性物把两股物流的流量联系起。对于多种惰性物质可作为联系物时，一般选数量大的惰性物作联系物。
代数解法对于单元设备的复杂体系和复杂化工过程的各种体系，以及含多个未知量和多个方程的情况都适用。
3.物料平衡计算基准
平衡计算的基准选择很重要，基准选择适当可大大简化计算。对于基准的选择要根据具体的情况，非硬性规定，基准选择的经验：
（1）
已知进料组成时，若进料组成用质量百分数表示，则用100kg/h或100g/h进料为基准，
若为摩尔百分数时，用100mol/h或100kmol/h进料为基准；
（2）
已知出料组成时，若出料组成用质量百分数表示，则用100kg/h或100g/h出料为基准，
若为摩尔百分数时，用100mol/h或100kmol/h出料为基准；
（3）（4）（5）（6）
以1t产品为基准；以1mol反应物为基准；以每一批生产量为基准；
对液固体系，常选单位质量作基准，对气体物料，若环境条件已定，选体积做基准，对
连续流动体系，用单位时间作基准。
4.物料平衡计算步骤
（1）画出物料平衡计算方框图；（2）写出化学反应方程式；
（3）写明指定年产量、年工作日或每昼夜生产能力、产率、产品纯度等；（4）选定计算基准；（5）收集计算需要的数据；（6）进行物料平衡计算；
（7）将物料平衡计算结果列成物料平衡表，画出物料平衡图。
例1某尿素厂的生产能力为6×10t尿素/年，年操作日300天，尿素的氨耗为0.6t氨/尿素,生产过程的氨损失按5%（质量百分数）考虑，已知以1t氨为基准的某股气体的组成如表1所示。计算完成生产任务所需的该股气体的流量。
表1物料组成

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