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2 物料衡算和热量衡算 第一章 重点 1、化工厂特点 2、化工基本建设程序 3、我国化工工程设计的种类 4、我国化工设计的四级审核制度 5、化工设计阶段的划分及依据 6、化工工程初步设计（扩初设计）的程序和相应的设计成果 2.1 物料衡算 本章主要内容 2.2 热量衡算 本章重点： 物料衡算方法 2.3 常用化工计算软件 热量衡算方法 物料衡算、热量衡算是工艺设计的基础，在生产方法和工艺流程确定后即可进行。 根据所需设计项目的年产量，通过对全过程或单元过程的物料衡算，可以计算出原料的消耗量、副产品量以及输出过程物料的损耗量及三废生成量； 作能量衡算，计算出蒸汽、水、电、煤或其他燃料的消耗定额； 确定所生成产品的技术经济指标； 根据衡算所得的各单元设备的物流量及其组成、能量负荷及其等级，对生产设备和辅助设备进行选型或设计，从而对过程所需设备的投资及其项目可行性进行估价。 物料衡算的目的 主要内容： 物料衡算的依据 物料衡算举例 物料衡算的基准 2.1 物料衡算 物料衡算的程序 一、物料衡算的目的 2.1 物料衡算 (1)确定原材料消耗定额； (2)确定各设备的输入及输出的物流量，摩尔分率组成及其他组成表示方法。并列表，在此基础上进行设备的选型及设计，并确定三废排放位置、数量及组成，有利于进一步提出三废治理的方法； (3)作为热量计算的依据； (4)根据计算结果绘出物流图，可进行管路设计及材质选择，仪表及自控设计等。 二、物料衡算的依据 2.1 物料衡算 (1)设计任务书中确定的技术方案、产品生产能力、年工作时及操作方法。 (2)建设单位或研究单位所提供的要求、设计参数及实验室试验或中试等数据，主要： a)化工单元过程的主要化学反应方程式、反应物配比、转化率、选择性、总收率、催化剂状态及加入配比量、催化剂是否回收使用、安全性能(爆炸上下限)等。 b)原料及产品的分离方式，各步的回收率，采用物料分离剂时，加入分离剂的配比。 c)特殊化学品的物性，如沸点、熔点、饱和蒸汽压、闪点等。 (3)工艺流程示意图。 2.1 物料衡算 三、物料衡算基准 时间基准 质量基准 体积基准 干湿基准 1、时间基准 对于连续生产，以一段时间间隔作为计算基准，如1秒、1小时、1天等的投料量或产品量。这种基准可直接联系到生产规模和设备设计计算，如年产100万吨真空制盐装置，年操作时间为8000h，每小时的平均产量为125t。 对间歇生产，一般可以一釜或一批料的生产周期作为基准。 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是合适的。如以煤、石油、矿石为原料的化工过程采用一定量的原料，例如：1kg、1000kg等作基准。如果所用原料或产品系单一化合物，或者由已知组成百分数和组分分子量的多组分组成，那么用物质的量（摩尔）作基准更方便。 2、质量基准 2.1 物料衡算 4、干湿基准 2.1 物料衡算 3、体积基准 对气体物料进行衡算时选用体积基准。这时应将实际情况下的体积换算为标准状态下的体积，即标准体积，用m3（STP）表示。 生产中的物料，不论是气态、液态和固态，均含有一定的水分，因而在选用基准时就有算不算水分在内的问题。不计算水分在内的称为干基，否则为湿基。 四、物料衡算的程序 2.1 物料衡算 （1）确定衡算的对象、体系与环境，并画出计算对象的草图。对于整个生产流程，要画出物料流程示意图（或流程框图）。绘制物料流程图时，要着重考虑物料的种类和走向，输入和输出要明确； （2）确定计算任务，明确哪些是已知项，哪些是待求项，选择适当的数学公式，力求计算方法简便； （3）确定过程所涉及的组分； （4）对物流流股进行编号，并标注物流变量； 2.1 物料衡算 （5）收集数据资料 （6）列出物料衡算方程 （7）列出过程的全部独立物料平衡方程式及其他相关约束式 （8）选择计算基准 （9）统计变量个数与方程个数，确定设计变量的个数及全部设计变量 （10）整理计算结果 （11）绘制物料流程图 2.1 物料衡算 数据资料收集包括： 设计任务所规定的已知条件 与过程有关的物理化学参数 生产规模和生产时间。生产时间指全年的有效生产天数，应根据全厂检修、车间检修、生产过程和设备的特殊性、生产管理水平等因素考虑。 有关的定额和技术指标。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、转化率、选择性、单程收率、总收率等。有些数据由经验确定。 原辅材料、产品、中间产品的规格，包括原料的有效成分和杂质含量，气体或液体混合物的组成等。 与过程有关的物理化学参数。如临界参数、密度或比体积、状态方程参数、蒸气压、气液平衡常数或平衡关系等。 2.1 物料衡算 物料衡算方程：质量守恒定律 式中： FI——输入系统的物料量； Fo——