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通过能量衡算计算:
(1)水、电、蒸汽或其它燃料的消耗定额 (2)各单元设备的能量负荷及其等级
在物料及能量衡算的基础上，通过设备计算确定:
(1)设计和选择反应器和其他设备的类型、尺寸及台数
(2)所需设备的投资
对原有装置作物料衡算和能量衡算可以核查:
(1)生产过程中各物料量及有关数据是否正常，有否泄漏 (2)热量回收、利用水平和热损失的大小
(3）有效生产周期 开工因子通常在0.9左右，开工因子大意味着停工检 修带来的损失小，即设备先进可靠，催化剂寿命长 （4）原子经济性 是美国 Stanbrd大学的 B．M．Trost教授首次提出 因此获得1998年美国“总统绿色化学挑战奖”的学术奖 原子经济性AE定义：
式中:
Pj—目的产物分子中各类原子数 Fj一 反应原料中各类原子数 Mj 一相应各类原子的相对质量
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②以质量为基准
对液体或固体物料，可选取一定量原料或产品（混合物用
1kg或 100kg；单一化合物或已知组成和相对分子质量的 混合物用1mol或 1kmol等）为基准 间歇操作，一般可选取一批或一釜原料或产品作为基准
③以体积为基准
对气体物料选取体积为基准， 用标准体积， m3(STP)表示，实际状况下的体积换算为标准体积
第二步 列出已知数据
衡算时须有足够的原始数据
如物性数据、工艺数据等。要注意数据的适用范围和条 件。所有的数据单位必须要统一
第三步 列出由物料平衡所求解的问题
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第四步 确定计算范围 第五步 写出主副化学反应方程式。 第六步 选定衡算基准 第七步 设未知数，列方程式组，联立求解
有几个未知数则应列出几个独立的方程式，这些方程 式除物料衡算式外，有时尚需其他关系式，诸如组成 关系约束式、化学平衡约束式、相平衡约束式、物料 量比例等。
输入物料中所有原子的物质的量（mol）之和 = 输出物料中所有原子的物质的量（ mol ）之和
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5.1.5
物料衡算基本步骤
做物料衡算时，应该按一定步骤来进行，才能给出清晰 的计算过程和正确的结果
通常遵循以下步骤:
第一步 绘出流程的方框图，以便选定衡算系统
图形表达方式宜简单，但代表的内容要准确，进、出物 料不能有任何遗漏，否则衡算会造成错误
①以时间为基准
连续稳定过程:可选取以单位时间（1a ，1h，1min，1s 等）的投料量或产品量为计算基准 这种基准可直接联系到生产规模和设备的生产能力 如年产300kt 乙烯的装置，年操作时间为8000 h ， 则每一小时的平均产量为37.5 t
一般年生产时间取为330天=7920 h 或取8000 h
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对同一反应，若反应物不只一个，则不同反应组分 的转化率在数值上可能不同 对反应
反应物A和B的转化率分别:
XA ，XB — 分别为组分A和组分B的转化率 nA,0，nB,0— 分别为组分 A和组分 B的起始量，mol nA，nB— 分别为反应后组分A和B的剩余量，mol ν A ，ν B ， ν R ，ν S—化学计量系数 人们对关键(限制)反应物的转化率感兴趣， 关键反应物:反应物中价值最高的组分，使其尽可能转化， 常使其他反应组分（过量反应物）过量
②流动物系需要再加流率变量（物流变量）
对于每一单相物流：
Nv = f + 1 = c + 1 + 1 = c + 2
③如果所讨论的物系除物流外尚有与外界的热与功的
交换时则相应的增加Q、W 变量
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5．1．8 主要工艺指标 ⑴生产能力
指一个设备、一套装置或一个工厂在单位时间内生产 的产品量，或在单位时间内处理的原料量 单位:kg／h，t/d或kt/a，万吨／a等 （2）生产强度 为设备单位特征几何量的生产能力 设备的单位体积的生产能力，或单位面积的生产能力 单位: kg／（h·m3），t／（d·m3）， 或kg／（h·m2），或t／（d·m2）等 主要用于比较那些相同反应过程或物理加工过程的 设备或装置的优劣 设备中进行的过程速率高，其生产强度就高 16
原料中组分A的单程转化率为产物计算 ×100%
总转化率 指新鲜原料进入反应系统到离开该系统所
达到的转化率。例如，原料中组分A的总转化率为 ×100%
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（7）选择性（selectivity）
∵存在生成目的产物的主反应和生成副产物的副反应∴只 用转化率来衡量不够。有的反应原料转化率很高但大多 数转变成副产物，目的产物很少，意味着许多原料浪费
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（9）平衡转化率和平衡产率
可逆反应达到平衡时的转化率 此时所得产物的产率平衡产率 X平衡 Y平衡
X平衡和Y平衡是可逆反应所能达到的极限值（最大值）
但反应达平衡往往需要相当长的时间。随着反应的进行， 正反应速率降低，逆反应速率升高，所以净反应速率 不断下降直到零 在实际生产中应保持高的净反应速率，不能等待反应达平 衡，实际转化率和产率比平衡值低。 若平衡产率高，则可获得较高的实际产率 工艺学的任务之一是通过热力学分析，寻找提高平衡产率 的有利条件，并计算出平衡产率
输入物料的总质量= 输出物料的总质量 十
系统内积累的物料质量
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5.1.2 间歇操作过程的物料衡算
间歇操作:批量生产，一次投料到设备内进行处理， 处理后一次出料，后再进行第二批生产 特点: 在过程中浓度等参数随时间而变化 分批投料和分批出料也属于间歇操作 间歇操作过程的物料衡算: 以每批生产时间为基准，输入物料量为每批投入的
进料混合物（液体或汽体）通过部分汽化或部分冷凝得
到含有较多易挥发组分的汽相和含有较多难挥发组分
的液相的过程。是单级连续平衡分离过程
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由二元T-(x)y图中看出，P一定时， 闪蒸温度应在 Tb≤T闪≤Td 若 T 闪＜T b ， 不能汽化， 为过冷液体； T 闪＞T d , 为过热蒸汽
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5.2.2 闪蒸过程的物料衡算
第八步 计算和核对
第九步 整理计算结果
已知数据及计算结果列成物料平衡表，表格可以有不同 形式，但要全面反映输入及输出的各种物料和包含的 组分的绝对量和相对含量 10
5.1.6
衡算基准及选择
衡算基准:进行物料衡算所选择的起始物理量 包括物料名称、数量和单位，衡算结果得到的其他物 料量均是相对该基准而言 衡算基准的选择以计算方便为原则，恰当地选择基准可 使计算简化，同时也可缩小计算误差 选择基准大致有一下几种:
选择性:指体系中转化成目的产物的某反应物量与
参加所有反应而转化的该反应物总量之比。
用符号S表示，可按下式计算：
反应物计算 ×100%
产物计算
×100%
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(8）收率（产率，yield） 从产物角度来描述反应过程的效率。 定义式: 对同一反应物，X、S和Y三者之间关系: ×100%
无副反应: S=1，故 Y=X， X ↗ Y ↗ 有副反应:S < 1，希望在S高的前提下X尽可能高 ∵使X提高的反应条件往往会使S降低， ∴不能单纯追求高X或高S 而要兼顾两者，使目的产物Y最高
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5.1.3 稳定流动过程的物料衡算
连续式操作 ，设备或装置可连续运行很长时间，除了开
工和停工阶段外，在绝大多数时间内是处于 稳定状态
的流动过程，物料不断地流进和流出系统。
特点:系统中各点的参数(例如T、P、浓度和流量)
不随时间而变化，系统中没有积累
当然，设备内不同点或截面的参数可相同，也可不同 稳定流动过程的物料衡算式:
所有物料质量的总和（包括反应物、溶剂、充入的
气体、催化剂等）
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投入料总量－卸出料总量=
残存在设备内的物料量及
其他机械损失
设备的生产能力=每批生产所获得的目的产物量/
每批操作循环耗费的总时间
间歇操作过程:包括投料、设备加盖密封、试漏、
气体置换、加压、升温、反应、吹净、
开盖、卸料和清洗设备等操作
完成一个循环的非反应时间较多，生产能力低
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(5)环境因子 由荷兰化学家Sheldon提出 环境因子E的定义为： 指标从本质上反映其合成工艺是否最大限度地利用了 资源，避免废物的产生和由此而带来的环境污染
（6）转化率（conversion）
指某一反应物参加反应而转化的数量占该反应物起始量 的分率或百分率 定义式： ×100%
转化率表征原料的转化程度
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②露点温度：一定组成y1,y2,y3, „,yc下的汽相混合物
在一定的压力P下冷却，当开始出现第一个液滴时的温
度，称为露点温度Td 则规定变量为 求解变量为 y1,y2,y3,„,yc-1, P x1,x2,x,„,xc-1，T
总之，求泡点：已知液相混合物xi求汽相混合物yi 求露点：已知汽相混合物yi求液相混合物xi (3)闪蒸的概念
从而查找出生产上的薄弱环节和瓶颈部位，为改善操作和 进行系统的最优化提供依据
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5.1 物料衡算的基本原理
物料衡算:围绕一个特定范围进行 称此范围为衡算系统 衡算系统:一个总厂，一个分厂或车间，一套装置
一个设备，甚至一个节点等
5.1.1 物料衡算的质量守恒
理论依据:质量守恒定律
按此定律写出衡算系统的物料衡算通式为
输入系统的物料总质量= 输出系统的物料总质量
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5.1.4 物料衡算形式
(1)总质量平衡式:
输入系统的物料总质量= 输出系统的物料总质量
(2)组分质量平衡式:
输入系统的i组分质量之和 = 输出系统的i组分质量之和
有化学反应的过程不成立
(3)元素原子平衡式: ∵在反应中，原子本身不发生变化∴可用元素的原子的 物质的量来做衡算 ∵不涉及化学反应式中的化学计量 关系 ∴对复杂反应体系的计算很方便 对稳定流动过程:
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5.2 无化学反应过程的物料衡算 5.2.1 单级汽液平衡