二、物料衡算基准
物料衡算时须选择计算基准，并在计算过程中保持一致。 一般计算过程的基准有以下几种：
化工设计电子课件
(1) 时间基准——对连续生产过程，常以单位时间(如d、h、s）的投料 量或产品量为计算基准。 (2) 批量基准——以每批操作或一釜料的生产周期为基准。 ㎏/批 (3) 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 品作为计算基准较适合。 (4) 物质的量基准：对于有化学反应的过程因化学反应的按摩尔进行的， 用物质的量基准更方便。 (5) 标准体积基准：对气体物料进行衡算，可采用标准体积基准， Nm3(STP)，既排除T、p的影响，又可直接换算为摩尔。 (6) 干湿基准：由于物料中均含有一定量的水分，选用基准时就有算不 算水分的问题。湿基计算水分，干基不计算水分。 实际计算时，必须根据具体情况选择合适的基准，过程的物料衡 算及能量衡算应在同一基准上进行。
化工设计电子课件
可建议： 以1t产品为基准 以1mol某反应物为基准 在连续操作中，以单位时间，即㎏/h或kmol/h作基准；在 间歇操作中，以㎏/批为基准
有化学变化的过程，适宜采用质量作基准；无化学变化的过 程，以质量或kmol/h为基准
对于液固系统常用单位质量作基准，而液相常用单位体积作 基准
化工设计电子课件
衡算计算范围示意图：
1
2
3
图中方框表示一个体系，虚线表示体系边界。 共有三个流股，进料1、2及出料3。
化工设计电子课件
一、物料衡算依据 1. 理论依据——质量守恒定律
物料衡 算范围
单元操作的物料衡算——化工设备设计的前提 化工过程的物料衡算——化工过程设计的前提 输入量－输出量＋生成量－消耗量＝积累量
化工设计电子课件
例:某尿素厂的生产能力为6万t尿素/a,年操作日300d，尿素 的氨耗为0.6t氨/t尿素，生产过程的氨损失按5%考虑，已知以 1t氨为基准的某股气体的组成和量如下表所示。
组成 ％(mol) CO2 28.56 CO 1.2 H2 52.61 N2 17.05 CH4 0.575 合计 100
化工设计电子课件
(7) 选择计算基准； (8) 统计变量个数与方程个数，确定设计变量个数及全部设计变量。 (9) 整理并校核计算结果，并根据需要换算基准，最后列成表格即物 流表。 (10) 绘制物料流程图，编写物流表作为设计文件成果编入正式设计 文件。
化工设计电子课件
衡算计算范围示意图：
边界线（Boundary Line）围起来的区域构成衡算范围。
物料衡算的一般表达式为：
对稳定操作过程，积累量=0 输入量-输出量+生成量-消耗量=0 对无化学反应的过程： 输入量－输出量＝积累量
对无化学反应的稳定操作过程：输入量＝输出量
化工设计电子课件
对有化学反应的过程：总物料衡算+元素衡算式 2. 数据基础 (1) 技术方案、操作方法、生产能力、年工作时。 (2) 建设单位或研究单位的要求、设计参数、小试及中试数据： 化工单元过程的化学反应式、原料配比、转化率、选择率、总收 率，催化剂状态、用量、回收方法、安全性能等； 原料及产品的分离方式，分离剂的用量，各步的回收率； 特殊化学品的物性：沸点、熔点、饱和蒸汽压、闪点等。 (3) 工艺流程示意图。
化工设计电子课件
原辅材料、产品、中间产品的规格； 与过程有关有物理化学参数，如临界参数、密度或比体积、状态方 程参数、蒸汽压、气液平衡常数或平衡关系等。 (6) 列出过程全部独立物料平衡方程式及其相关约束式，对有化学反 应的还要写出化学反应方程式，指出其转化率和选择性。 分数约束式 约束式 设备约束式 ① 进料配比为一常数； ② 分流器出口物流具有相同的组成； ③ 相平衡常数； ④ 化学反应平衡常数； ⑤ 化学反应的转化率、选择性或其他限 度。
kmol
54.30
2.29
100.04
32.43
1.093
190.99
列出该股气体的组成和流量表。 60000×0.6×1.05 解:小时氨耗为 300×24
=5.25t/h
化工设计电子课件
以1t氨为基准的各组分的kmol量乘以5.25所得结果为流量。
气体的流量和组成如下表所示:
组成 ％(mol) kmol/h CO2 28.56 285.1 CO 1.2 H2 52.61 N2 17.05 170.2 CH4 0.575 5.74 合计 100 998.3
化工设计电子课件
三、物料衡算的基本程序 (1) 确定衡算对象和范围，画出计算对象的草图。注意物料种类和走向， 明确输入和输出。 (2) 确定计算任务，明确已知项、待求项，选择数学公式，力求使计算 方法简化。 (3) 确定过程所涉及的组分，并对所有组分依次编号。 (4) 对物流的流股进行编号，并标注物流变量。 (5) 收集数据资料（设计任务所规定已知条件，与过程有关物理化学参 数）： 生产规模（设计任务所规定，t/年）和生产时间（指全年有效生 产天数300~330天/年，计约8000h）。 有关定额的技术指标，通常指产品单耗、配料比、循环比、固液 比、气液比、回流比、利用率、单程收率、回收率等等。
化工设计电子课件
化工设计
第四章 物料衡算与能量衡算
Chart4 materiel balance and energy balance
化工设能量衡算
4.3 化工模拟软件在化工设计中的应用
化工设计电子课件
4.1 物料衡算 物料衡算—运用质量守恒定律，对化工过程或设备进行定量计算。 通过物料衡算解决以下问题： 计算原料消耗量、副产品量； 输出过程物料的损耗量及三废的生成量； 在物料衡算基础上做能量衡算，计算蒸汽、水、电、煤或其他燃料 的消耗定额。 计算产品的技术经济指标。 为生产设备和辅助设备的选型及设计、管路设施与公用工程的设 计等方面提供依据。
12.02 525.2
化工设计电子课件
无化学反应的物料衡算 在化工过程中，一些只有物理变化，不发生化学反应的单元 操作，如混合、蒸馏、蒸发、干燥、吸收、结晶、萃取等。