化工中物料衡算和熱量衡算公式

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1、物料衡算和熱量衡算物料衡算根據(jù)質(zhì)量守恒定律，以生產(chǎn)過程或生產(chǎn)單元設(shè)備為研究對象，對其進(jìn)出口處進(jìn)行定量計(jì)算，稱為物料衡算。通過物料衡算可以計(jì)算原料與產(chǎn)品間的定量轉(zhuǎn)變關(guān)系，以及計(jì)算各種原料的消耗量，各種中間產(chǎn)品、副產(chǎn)品的產(chǎn)量、損耗量及組成。物料衡算的基礎(chǔ)物料衡算的基礎(chǔ)是物質(zhì)的質(zhì)量守恒定律，即進(jìn)入一個系統(tǒng)的全部物料量必等于離開系統(tǒng)的全部物料量，再加上過程中的損失量和在系統(tǒng)中的積累量?！艷1=∑G2+∑G3+∑G4∑G2：——輸人物料量總和；∑G3：——輸出物料量總和；∑G4：——物料損失量總和；∑G5

2、：——物料積累量總和。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)物料積累量為零時，上式可以寫成：∑G1=∑G2+∑G3物料衡算是所有工藝計(jì)算的基礎(chǔ)，通過物料衡算可確定設(shè)備容積、臺數(shù)、主要尺寸，同時可進(jìn)行熱量衡算、管路尺寸計(jì)算等。物料衡算的基準(zhǔn)(1)對于間歇式操作的過程，常采用一批原料為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。(2)對于連續(xù)式操作的過程，可以采用單位時間產(chǎn)品數(shù)量或原料量為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。物料衡算的結(jié)果應(yīng)列成原材料消耗定額及消耗量表。消耗定額是指每噸產(chǎn)品或以一定量的產(chǎn)品(如每千克針劑、每萬片藥片等)所消耗的原材料量；而消耗量是指以每年或每日等時

3、間所消耗的原材料量。制劑車間的消耗定額及消耗量計(jì)算時應(yīng)把原料、輔料及主要包裝材料一起算入。熱量衡算制藥生產(chǎn)過程中包含有化學(xué)過程和物理過程，往往伴隨著能量變化，因此必須進(jìn)行能量衡算。又因生產(chǎn)中一般無軸功存在或軸功相對來講影響較小，因此能量衡算實(shí)質(zhì)上是熱量衡算。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的熱量或冷量會使物料溫度上升或下降，為了保證生產(chǎn)過程在一定溫度下進(jìn)行，則外界須對生產(chǎn)系統(tǒng)有熱量的加入或排除。通過熱量衡算，對需加熱或冷卻設(shè)備進(jìn)行熱量計(jì)算，可以確定加熱或冷卻介質(zhì)的用量，以及設(shè)備所需傳遞的熱量。熱量衡算的基礎(chǔ)熱量衡

4、算按能量守恒定律“在無軸功條件下，進(jìn)入系統(tǒng)的熱量與離開熱量應(yīng)該平衡”，在實(shí)際中對傳熱設(shè)備的衡算可由下式表示Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6（1—1）式中：Q1—所處理的物料帶入設(shè)備總的熱量，KJ;Q2—加熱劑或冷卻劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量（符號規(guī)定加熱劑加入熱量為“+”，冷卻劑吸收熱量為“-”），KJ;Q3—過程的熱效率，（符號規(guī)定過程放熱為“+”；過程吸熱為“-”）Q4—反應(yīng)終了時物料的焓（輸出反應(yīng)器的物料的焓）Q5—設(shè)備部件所消耗的熱量，KJ;Q6—設(shè)備向四周散失的熱量，又稱熱損失,KJ;

5、熱量衡算的基準(zhǔn)可與物料衡算相同，即對間歇生產(chǎn)可以以每日或每批處理物料基準(zhǔn)。（計(jì)算傳熱面積的熱負(fù)荷必須以每小時作為基準(zhǔn)，而該時間必須是穩(wěn)定傳熱時間）熱量衡算溫度基準(zhǔn)，一般規(guī)定25℃。熱量衡算式中各項(xiàng)計(jì)算從（1—1）式中可得：Q2=Q4+Q5+Q6-Q1-Q3(1—2)式中各項(xiàng)可用以下計(jì)算方法（1）Q1和Q4的計(jì)算Q1和Q4均可以用下式計(jì)算：Q=∑miciT1(T2)式中：mi—反應(yīng)物體系中組分I的質(zhì)量，Kg;ci—組分i在0—T℃時的平均比熱容，KJ/(Kg*℃)或KJ/(Kmol·℃);T1(T

6、2)—反應(yīng)物系反應(yīng)前后的溫度，℃（2）Q3的計(jì)算Q3作為過程的熱效率分為化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)和物理過程熱效應(yīng)，在這次反應(yīng)中由于物理過程熱效應(yīng)較低，相比化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)可忽略不計(jì)，故過程熱效應(yīng)可由下式表示：式中—化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)，KJ；—物理過程熱效應(yīng)，KJ；(可忽略不計(jì))可通過標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱計(jì)算：式中—標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱，KJ/mol；—參與化學(xué)反應(yīng)的A物質(zhì)質(zhì)量，Kg；—A物質(zhì)分子量。反應(yīng)體系中各物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)焓為：乙苯（40.219KJ/mol）苯（33.871KJ/mol）甲苯（18.029KJ/mol）=（3

7、3.871+18.029-40.219）KJ/mol=51.86KJ/mol==(1000×35430×51.86/104.15)=17641860.78KJQ5=∑Micpi(T2—T1)Mi——設(shè)備上i部件質(zhì)量，kg；cpi——設(shè)備上i部件比熱容，kJ／(kg?℃)T1——設(shè)備各部件初溫，℃；T2——設(shè)備各部件終溫，℃。設(shè)備向四周散失的熱量(Q6)的計(jì)算Q6=∑Aαt(TW2一T0)t×10-3A——設(shè)備散熱表面積，m2；αt——散熱表面向四周介質(zhì)的聯(lián)合給熱系數(shù)，W／(m2?℃)；Tw2——

8、四壁向四周散熱時的表面溫度，℃；To——周圍介質(zhì)溫度，℃；t——過程持續(xù)時間，s。由加熱劑或冷卻劑傳給設(shè)備和物料的熱量的計(jì)算Q2=Q4+Q5+Q6-Q1-Q3選定加熱劑(或冷卻劑)，即可從有關(guān)手冊查出該物質(zhì)cp，再確定其進(jìn)出口溫差ΔT，則加熱劑(或冷卻劑)的用量為：w=Q2／cp?ΔTQ2=κA1?ΔTmκ——傳熱系數(shù)，kJ／(m2?h．℃)；Al——傳熱面積，m2；ΔTm——對數(shù)平均溫差，℃。ΔTm=(ΔT1—ΔT2)/ln(ΔTl／ΔT2)從上式即可計(jì)算所需的傳熱面積。對不需加熱或冷卻的設(shè)備