物料衡算和能量衡算

第4章 物料衡算与热量衡算

4.1 物料衡算

物料衡算即是利用物料的能量守恒定律对其进行前后操作后物料总量与产品以及物料损失状况的计算方法，也就是进入设备用于生产的物料总数恒等于产物与物料损失的总量。物料衡算与生产经济效益有着直接的关系。

物料衡算需要在知道产量和产品规格的前提下进行所需的原、辅材料量、废品量以及消耗量的计算。

物料衡算的意义：

（1） 知道生产过程中所需的热量或冷量； （2） 实际动力消耗量；

（3） 能够为设备选型、台数、决定规格等提供依据；

（4） 在拟定原料消耗定额基础上，进一步计算日消耗量、时消耗量，

能够为所需设备提供必要的基础数据。

4.1.1 年工作日的选取

（1）年工作时间 365-11（法定节假日）=354×24=8496（小时） （2）设备大修 25天/年=600小时/年 （3）特殊情况停车 15天/年=360小时/年 （4）机头清理、换网过滤 6次/年 8小时/次

[354-(25+15)]×1/6次/天×8小时/次=396小时=16.5天=17天 （5）实际开车时间

365－11－25－15－17=297天 8496－600－360－396=7140小时 （6）设备利用系数

K=

物料衡算和热量衡算 物料衡算

根据质量守恒定律，以生产过程或生产单元设备为研究对象，对其进出口处进行定量计算，称为物料衡算。通过物料衡算可以计算原料与产品间的定量转变关系，以及计算各种原料的消耗量，各种中间产品、副产品的产量、损耗量及组成。 物料衡算的基础

物料衡算的基础是物质的质量守恒定律，即进入一个系统的全部物料量必等于离开系统的全部物料量，再加上过程中的损失量和在系统中的积累量。 ∑G1=∑G2+∑G3+∑G4 ∑G2：--输人物料量总和； ∑G3：--输出物料量总和； ∑G4：--物料损失量总和； ∑G5：--物料积累量总和。

当系统内物料积累量为零时，上式可以写成： ∑G1=∑G2+∑G3

物料衡算是所有工艺计算的基础，通过物料衡算可确定设备容积、台数、主要尺寸，同时可进行热量衡算、管路尺寸计算等。 物料衡算的基准

(1)对于间歇式操作的过程，常采用一批原料为基准进行计算。

(2)对于连续式操作的过程，可以采用单位时间产品数量或原料量为基准进行计算。物料衡算的结果应列成原材料消耗定额及消耗量表。

消耗定额是指每吨产品或以一定量的产品(如每千克针剂、每万片药片等)所消耗的原材料量；而消耗量是指以每年或每日等时间所消

名称及其结构

名称：乳聚丁苯橡胶，简称SBR（styrene-butadiene rubber） 分子式：

*HCCH2CH2CHCHCH2n*

其中n为平均聚合度，一般为350-10000

第6章 工艺计算

6.1 计算依据

一年产32000t丁苯橡胶，除去试车、检修等非生产时间，按8000h/a计算，一天24小时连续生产。根据典型配方，原料丁二烯70%，苯乙烯30%进料。

§6.2 生产过程总物料衡算

§6.2.1 总进料 SBR时产率：（1）需100%丁二烯： 4000?70%?2800kg/h

以2800kg/h为基准，扣除损耗3%丁二烯，则丁二烯流量为： 2800?(1?3%)?2716kg/h

按转化率60%计算，则100%丁二烯进料量为： 2716?60%?4526.667kg/h 折合摩尔流量：

4526.667?54?83.827kg/h

从原料车间来的丁二烯纯度一般达到99.5%，则需原料量： 4526.667?99.5%?4549.414kg/h 出料量：

320008000?4t/h?4000kg/h

4526.667?0.4?1810.667kg/h

4反应釜设计计算

本课程设计的任务是年产1万吨腈纶聚合釜设计，采用二步法间歇水相沉淀聚合，以丙烯腈、醋酸乙烯酯、甲基丙烯磺酸钠为单体进行共聚。课程设计的主要内容是聚合釜的设计，所以在下面的物料衡算中主要计算与聚合釜有关的物料，其他的不作说明。根据上文中原料的选择与配比可以有如下条件：

(1)聚合温度45℃，聚合时间1h，反应操作周期τt＝2h，单釜聚合转化率82%，总转化率为97%，聚合pH值为2.0±0.2。

(2)聚合反应配方，三种单体的进料比 AN:VAc:MAS = 90:9:1 ,总单体浓度为33%，表4-1列出了其他原料与总单体的进料比值。

4-1其他原料加入量

原料名称

NaClO3

用量(相对总单体量)

0.5% 0.001% 2.0%

原料名称

NaNO3

用量(相对总单体量)

0.9% 0.43%

CuSO4·5H2O

NaHSO3

β－ME

4.1聚合釜物料衡算 4.1.1计算条件

因为是间歇操作过程，所以基准为“批”，计算基准为kg·B?1。本课程设计的聚合釜的年产量是1万吨，年工作时数为7200小时，而丙烯腈三元共聚的反应操作周期τt=2h，这样一年就要生产的批次N( N= 7200／2=3600)。

4反应釜设计计算

本课程设计的任务是年产1万吨腈纶聚合釜设计，采用二步法间歇水相沉淀聚合，以丙烯腈、醋酸乙烯酯、甲基丙烯磺酸钠为单体进行共聚。课程设计的主要内容是聚合釜的设计，所以在下面的物料衡算中主要计算与聚合釜有关的物料，其他的不作说明。根据上文中原料的选择与配比可以有如下条件：

(1)聚合温度45℃，聚合时间1h，反应操作周期τt＝2h，单釜聚合转化率82%，总转化率为97%，聚合pH值为2.0±0.2。

(2)聚合反应配方，三种单体的进料比 AN:VAc:MAS = 90:9:1 ,总单体浓度为33%，表4-1列出了其他原料与总单体的进料比值。

4-1其他原料加入量

原料名称

NaClO3

用量(相对总单体量)

0.5% 0.001% 2.0%

原料名称

NaNO3

用量(相对总单体量)

0.9% 0.43%

CuSO4·5H2O

NaHSO3

β－ME

4.1聚合釜物料衡算 4.1.1计算条件

因为是间歇操作过程，所以基准为“批”，计算基准为kg·B?1。本课程设计的聚合釜的年产量是1万吨，年工作时数为7200小时，而丙烯腈三元共聚的反应操作周期τt=2h，这样一年就要生产的批次N( N= 7200／2=3600)。

名称及其结构

名称：乳聚丁苯橡胶，简称SBR（styrene-butadiene rubber） 分子式：

*HCCH2CH2CHCHCH2n*

其中n为平均聚合度，一般为350-10000

第6章 工艺计算

6.1 计算依据

一年产32000t丁苯橡胶，除去试车、检修等非生产时间，按8000h/a计算，一天24小时连续生产。根据典型配方，原料丁二烯70%，苯乙烯30%进料。

§6.2 生产过程总物料衡算

§6.2.1 总进料 SBR时产率：（1）需100%丁二烯： 4000?70%?2800kg/h

以2800kg/h为基准，扣除损耗3%丁二烯，则丁二烯流量为： 2800?(1?3%)?2716kg/h

按转化率60%计算，则100%丁二烯进料量为： 2716?60%?4526.667kg/h 折合摩尔流量：

4526.667?54?83.827kg/h

从原料车间来的丁二烯纯度一般达到99.5%，则需原料量： 4526.667?99.5%?4549.414kg/h 出料量：

320008000?4t/h?4000kg/h

4526.667?0.4?1810.667kg/h

三.工艺设计计算

3.1 物料横算

3.1.1物料衡算的意义

物料横算，是在已知产品规格和产量前提下算出所需原料量、废品量及消耗量。同时，还可拟定出原料消耗定额，并在此基础上做能量平衡计算。通过物料横算可算出：

(1) 实际动力消耗量

(2) 生产过程所需热量或冷量

(3) 为设备选型、决定规格、台数（或台时产量）提供依据

(4) 在拟定原料消耗定额的基础上，可进一步计算日消耗量，每小时消耗量等设备所需的基础数据。

综上所述，物料衡算是紧密配合车间生产工艺设计而进行的，因此，物料衡算是工艺设计过程的一项重要的计算内容。 3.1.2物料横算的方法

塑料制品的生产过程多采用全流程、连续操作的形式。 物料衡算的步骤如下：

(1) 确定物料衡算范围，画出物料衡算示意图，注上与物料衡算有关的数据。物料衡算示意图如下：

(2) 说明计算任务。如：年产量、年工时数等。

(3) 选定计算基准。生产上常用的计算基准有：①单位时间产品数量或单位时间原谅投入量，如：kg/h，件/h，t/h（连续操作常采用此种基准）；②加入设备的原料量（间歇操作常采用此种基准）。 (4) 由已知数据，根据下列公式进行物料衡算：

ΣG1=ΣG1+ΣG3

式中：ΣG1——进入设备的物

物料衡算和热量衡算

物料衡算

根据质量守恒定律，以生产过程或生产单元设备为研究对象，对其进出口处进行定量计算，称为物料衡算。通过物料衡算可以计算原料与产品间的定量转变关系，以及计算各种原料的消耗量，各种中间产品、副产品的产量、损耗量及组成。

物料衡算的基础

物料衡算的基础是物质的质量守恒定律，即进入一个系统的全部物料量必等于离开系统的全部物料量，再加上过程中的损失量和在系统中的积累量。 ∑G1=∑G2+∑G3+∑G4 ∑G2：--输人物料量总和； ∑G3：--输出物料量总和； ∑G4：--物料损失量总和； ∑G5：--物料积累量总和。

当系统内物料积累量为零时，上式可以写成： ∑G1=∑G2+∑G3

物料衡算是所有工艺计算的基础，通过物料衡算可确定设备容积、台数、主要尺寸，同时可进行热量衡算、管路尺寸计算等。

物料衡算的基准

(1)对于间歇式操作的过程，常采用一批原料为基准进行计算。

(2)对于连续式操作的过程，可以采用单位时间产品数量或原料量为基准进行计算。物料衡算的结果应列成原材料消耗定额及消耗量表。

消耗定额是指每吨产品或以一定量的产品(如每千克针剂、每万

物料衡算和热量衡算 物料衡算

根据质量守恒定律，以生产过程或生产单元设备为研究对象，对其进出口处进行定量计算，称为物料衡算。通过物料衡算可以计算原料与产品间的定量转变关系，以及计算各种原料的消耗量，各种中间产品、副产品的产量、损耗量及组成。 物料衡算的基础

物料衡算的基础是物质的质量守恒定律，即进入一个系统的全部物料量必等于离开系统的全部物料量，再加上过程中的损失量和在系统中的积累量。 ∑G1=∑G2+∑G3+∑G4 ∑G2：--输人物料量总和； ∑G3：--输出物料量总和； ∑G4：--物料损失量总和； ∑G5：--物料积累量总和。

当系统内物料积累量为零时，上式可以写成： ∑G1=∑G2+∑G3

物料衡算是所有工艺计算的基础，通过物料衡算可确定设备容积、台数、主要尺寸，同时可进行热量衡算、管路尺寸计算等。 物料衡算的基准

(1)对于间歇式操作的过程，常采用一批原料为基准进行计算。

(2)对于连续式操作的过程，可以采用单位时间产品数量或原料量为基准进行计算。物料衡算的结果应列成原材料消耗定额及消耗量表。

消耗定额是指每吨产品或以一定量的产品(如每千克针剂、每万片药片等)所消耗的原材料量；而消耗量是指以每年或每日等时间所消

第七章 能量衡算

7.1 能量衡算经验式

如下的能量平衡经验式是在不输入轴功并且内能和机械能不变时总结出的。这个经验式说明了进入到系统的能量等于流出系统的热量。它的表达式如下：

Q1?Q2?Q3?Q4?Q5?Q6 （7-1）

经验式里： Q1是能量改变中由物料进入设备引起的那一部分，单位是千焦; Q2是能量改变中由加热物质和冷却物质引起的那一部分，单位是千焦； Q3热量变化中由反应过程引起的那一部分，单位是千焦；

Q4是能量改变中由物料离开引起的那部分，单位是千焦； Q5是设备加热和冷却时引起的那部分能量变化，单位是千焦；

Q6是由设备能量流失而引起的那部分热量变化，单位是千焦。

这个经验式运用时，其他的有可能是正值。还有可能是负值。要记在心里只有Q1和Q4一直为正值。例如Q3的规定不同于热力学的。一定要注意。如果操作过程有热量放出，Q3的符号是正的，同理如果单元操作要吸收热量，Q3符号是负的，

Q2又叫热负荷，能根据经验式来计算。要是算出的Q2是正的，说明操作过程设备和被处理的物料的温度会下降，需要外界提供热量才能平衡。如果Q2是负的值，则说明操