(4) 传递参数—如粘度、扩散系数、导热系数等。
通常这些数据可用下列方法得到： 1、查手册或文献资料。 2、估算。可以应用物理和化学的一些基本定律计算各种物 质的性质参数。 3、用实验直接测定。
第二节 物 料 衡 算
（一）物料衡算的基本方法
1、物料衡算进行的步骤
⑴画出物料衡算示意图(如方框图)。 ⑵写出化学反应方程式（包括主反应和副反应）。 ⑶列出已知数据和由物料平衡所需要求解的问题。
（四）过程的物料衡算
1、循环过程
例如在生产 中一般将未反应的原料与产品先分 离，后循环返回原料进口处，与新原料一起再进 入反应器反应。 例如苯直接加氢转化环己烷中的循环过程：
新鲜Ｈ2 循环Ｈ2 产物
混合器
80%Ｈ2
反应器
20%C6H6
泠凝器
3%H2
纯C6H6
1、循环过程
在没有循环时，一系列单元步骤的物料衡算可按 顺序依次进行，每次可取一个单元．但是，如果有 循环的话，由于循环量并不知道，所以逐次计算并 不能计算出循环量。其解法有二： 试差法：假定一个循环量估计值进行计算，将估 计值与计算值比较，若不符，重新假定一个估计值 ，一直计算到估计值与计算值之差在一定的误差范 围内。 代数解法：在循环存在时，列出物料平衡方程式 ，并求解。一般方程式中以循环量作为未知数，应 用联立方程式的方法进行求解。
FXFT =PXPT
丙酮 3% 空气 97% Ykg
水Zkg
吸 收 塔
丙酮20% 空气 (80%) Xkg
丙酮10%(50kg)
丙酮平衡:X×0.2=50×0.1+Y×0.03 X+Z=50+Y 0.8X=0.97Y 解得：X=28.53kg Y=23.53kg
Z=45kg
４、以节点进行计算
以流程中某一点的汇聚或分支处的交点，即节点来进 行计算可使计算简化，如原料加入到循环系统中、物料 的混合、溶液的配制以及精流塔塔顶回流和产品取出等， 均需采用节点来进行计算。
分流B B 分流A 分流C A
⊙
节点
⊙
节点 C
节点示意图
５、利用反应速率进行物料衡算
在以物质的量（摩尔）或质量进行衡算时， 由于发生了化学反应，将输入与输出速率之 差RC定义为物质C的量（摩尔）生成速率， 即 RC=F C，输入- F C，输出 因此，化学反应过程的物料衡算式可写成 F C，输出 = F C，输入 - RC
一种废酸，组成为23％(质量％)HNO3，57％ H2SO4和20％H2O，加入93％的H2SO4及90％的 浓HNO3，要求混合成27％HNO3及60％H2SO4的 混合酸，计算所需废酸及加入浓酸的数量。
解：设x为废酸量，kg； y为浓H2SO4量，kg； z为浓HNO3量, ㎏； ⑴画物料流程简图
⑷决定系统的边界。即根据由物料平衡所需要求 解的问题,确定计算范围。 ⑸选定计算基准。 ⑹收集计算所需要的数据。 ⑺进行物料衡算。 ⑻将物料衡算结果列成物料平衡表，画出物料平 衡图。
2、物料衡算式
物料衡算是研究某一个体系内进、出物料量及 组成的变化 所谓体系就是物料衡算的范围，它可以根据实 际需要人为的选定。体系可以是一个设备或几个 设备，也可以是一个单元操作或整个化工过程。 进行物料衡算时，必须首先确定衡算的体系。 根据质量守恒定律，对某一个体系，输入体系的 物料量应该等于输出物料量与体系内积累量之和。 所以，物料衡算的基本关系式应该表示为：
体系中积累=输入－输出+生成－消耗
式中生成或消耗是因反应而生成或消耗的量；积累 项可正可负。当积累项不为零时，称为非稳定过程； 积累项为零时,称为稳定过程。
稳定过程: 输入=输出－生成+消耗 对无反应的稳定过程: 输入=输出
如图，共有三个流股，进料F及出料P和W。有两个 组分。每个流股的流量及组成如图所示。图中x为 质量分数。
15 W 80000 (1 ) 12600 kg / h 17.8
进入第Ⅳ的料液量
80000-12600=67400kg/h
则第Ⅳ效的蒸发水量WⅣ为
17.8 67400 (1 ) 14300 kg / h 22.6
类推得：ＷⅡ＝15000kg/h
ＷⅠ＝18100kg/h
（三）反应过程的物料衡算
(三) 化工基础数据
(1) 基本物性数据—如临界常数（临界压力、临界温度、临界 体积）、密度或比容、状态方程参数、压缩系数、蒸气压、 气一液平衡关系等。 (2)热力学物性数据—如内能、焓、熵、热容、相变热、自由 能、自由焓等。 (3) 化学反应和热化学数据—如反应热、生成热、燃烧热、反 应速度常数、活化能，化学平衡常数等。
四效蒸发系统的物料平衡
四效蒸发系统的物料衡算过程
将整个系统简化为一个单元，可计算出总蒸发量
FX进=（F进-W）X出
X进 W F进 1 （ ） X出
则总蒸发水量为
15 W总 80000 1 ） 60000 kg / h （ 60
四效蒸发系统的物料衡算过程
第三效蒸发水量为
2、多单元系统 对有多个设备的过程，进行物料衡算时， 可以划分多个衡算体系。此时，必须选择 恰当的衡算体系，这是很重要的步骤。不 然会使计算繁琐，甚至无法求解。 造纸厂的碱回收工序有一个四效蒸发器,供 料方式为Ⅲ→Ⅳ→Ⅱ→Ⅰ,蒸发器的总处理 量为80000㎏/h造纸废液(黑液)。计算总蒸 发水量和每一效蒸发器的蒸发水量。
CH4 0.575 1.093
合计 100 190.99
列出该股气体的组成和流量表。 60000×0.6×1.05 解:小时产量为
300×24
=5.25t/h
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
苯直接加氢转化环己烷中的循环过程的衡算
解：反应为：C6H6+3H2→C6H12 基准：100kmol/h环己烷 查苯的转化率为99% 则生产100kmol/h环己烷需苯 100／0.99=101.01kmol/h 未反应的苯为 101.01-100=1.01kmol/h 产物中含H2,设含量为nH2
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) kmol
CO2 28.56 54.30
CO 1.2 2.29
H2 52.61 100.04
N2 17.05 32.43
12.02 525.2
（二）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。 这些过程都可以根据物料衡算式，列出 总物料和各组分的衡算式，再用代数法求 解。 1、简单过程的物料衡算 2、多单元系统
1、简单过程的物料衡算 简单过程是指仅有一个设备或一个单元 操作或整个过程简化成一个设备的过程。 这种过程的物料衡算比较简单，在物料流 程简图中，设备边界就是体系边界。 下面举例说明计算步骤和计算方法。
F x f1 x f2 1
过 程
2 3
P x p1 x p2 W x w1 x w2
无化学反应的 连续过程物料衡算


可列出物料衡算式：
总物料衡算式 每种组分衡算式 F=P+W F·f1 = P·p1 + W·w1 x x x
F·f2 = P·p2 + W·w2 x x x
3、物料衡算的基准
氧的出量＝0.75－0.75×0.5=0.375
水的出量＝0.75
计算结果如下表：
组分
mol
CH3OH
0.250
HCHO H2O O2
0.750 0.750 0.375
N2
2.820
总计
4.945
摩尔分数（％） 5.0
15.2
15.2
7.6
57.0
100.0
２、元素衡算法
元素衡算是物料衡算的一种重要形式。在作 这类衡算时，并不需要考虑具体的化学反应， 而是按照元素种类被转化及重新组合的概念 表示为： 输入(某种元素)＝输出(同种元素) 对反应过程中化学反应很复杂，无法用一、 两个反应式表示的物料衡算题，可以列出元 素衡算式，用代数法求解。
基准选得适当可是计算简化。究竟采用什么作基准视具 体情况而定，不宜硬性规定，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，适宜采用重量作基准；无化学变化 的过程，以重量或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
丙烷充分燃烧时，要供给的空气量为理论量的125%， 问每10mol燃烧产物，需多少mol的空气？反应： C3H8+5O2
空气 （O2 N2）
3CO2+4H2O
燃 烧
CO2 H2O O2 N2
基准：100mol烟道气： 设：N-N2的mol Q-H2O,mol M-O2的mol A-空气 mol P-CO2的mol B-输入丙烷，mol 列平衡式：C平衡：P=3B H2平衡：Q=4B O2平衡：0.21A=M+P+1/2Q 烟道气总量:N+M+P+Q=100 过剩氧气(A-A/1.25)*0.21=M 求解即 可
３、用联系组分作衡算
“联系组分”是指随物料输入体系，但完全不参 加反应，又随物料从体系输出的组分，在整个反 应过程中，它的数量不变。