制药工程工艺设计第04章.ppt

CHAPTER4

物料衡算

MATERIALBALANCE;Chapter4MaterialBalance;4.1Introduction;物料衡算的依据：

工艺流程示意图、物料衡算收集的有关资料。;4.2.1物料平衡方程式

MaterialbalanceEquations;一物料平衡方程式质量守恒定律

1.物理过程

;稳态过程，物料在体系内没有累积

对于物理过程，假设物料在体系内没有累积，那么输入体系的物料量等于离开体系的物料量，不仅总质量平衡，而且对其中的任一组分或元素也平衡。;2.化学过程

对于有化学反响的体系，式(4-1)和(4-2)仍可用于体系的总物料衡算或任一元素的物料衡算，但不能用于组分的物料衡算。;2化学过程

对组分i的物料衡算

;二衡算基准;〔1〕单位时间

间歇生产过程：单位时间间隔常取一批操作的生产周期。

连续生产过程：单位时间间隔可以是1秒、1小时、1天或1年。;例：对于给定的生产规模,以时间天为基准如何进行物料衡算？

解：根据产品的年产量和年生产日计算出产品的日产量,再根据产品的总收率折算出1天操作所需的投料量,并以此为根底进行物料衡算。;产品的年产量、日产量和年生产日之间的关系为

式中的年产量由设计任务所规定；年生产日要视具体的生产情况而定。;〔2〕单位质量

对于间歇生产过程和连续生产过程，一般以1kg、1000kg(1吨)或1mol、1kmol的原料或产品为基准进行物料衡算。;〔3〕单位体积

所处理的物料为气相，用单位体积的原料或产品为基准进行物料衡算。

注：操作状态下的气体体积需换算成标准状态下的体积,即以1m3(标况下)的原料或产品为基准进行物料衡算。;三衡算范围

根据衡算目的和对象的不同,衡算范围一般为：

一台设备、一套装置、一个工段、一个车间、一个工厂等。

衡算范围一经划定,即可视为一个独立的体系。凡进入体系的物料均为输入项，离开体系的物料均为输出项。;四衡算方法和步骤

(1)明确衡算目的通过物料衡算确定生产能力、纯度、收率等。

(2)明确衡算对象划定衡算范围，绘出物料衡算示意图。

(3)对??有化学反响的体系，应写出化学反响方程式，以确定反响前后的物料组成及各组分之间的摩尔比。;(4)收集与物料衡算有关的计算数据

生产规模和年生产日；

原辅材料、中间体及产品的规格；

有关的定额和消耗指标〔产品单耗、配料比、回收率

有关的物理化学常数〔密度、蒸气压、相平衡常数〕

(5)选定衡算基准。

(6)列出物料平衡方程式，进行物料衡算。

(7)编制物料平衡表。;4.3Examples;1物理过程的物料衡算

例4-1硝化混酸配制过程的物料衡算。混酸组成为H2SO446%(质量百分比，下同)、HNO346%、H2O8%，配制混酸用的原料为92.5%的工业硫酸、98%的硝酸及含H2SO469%的硝化废酸。试通过物料衡算确定配制1000kg混酸时各原料的用量。为简化计算，设原料中除水外的其它杂质可忽略不计。;解：混酸配制过程可在搅拌釜中进行。以搅拌釜为衡算范围，绘出混酸配制过程的物料衡算示意图。图中为92.5%的硫酸用量，为98%的硝酸用量，为含69%硫酸的废酸用量。;硝化混酸

1000kg

?

;4.3.1MaterialBalancesinNon-reactingSystems;表4-1混酸配制过程的物料平衡表;例4-2拟用连续精馏塔别离苯和甲苯混合液。混合液的进料流量为200kmol?h-1，其中含苯0.4(摩尔分率，下同)，其余为甲苯。假设规定塔底釜液中苯的含量不高于0.01，塔顶馏出液中苯的回收率不低于98.5%，试通过物料衡算确定塔顶馏出液、塔釜釜液的流量及组成，以摩尔流量和摩尔分率表示。;图4-2苯和甲苯混合液精馏过程物料衡算;对全塔进行总物料衡算得

(a)

对苯进行物料衡算得

(b)

由塔顶馏出液中苯的回收率得