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1、4物料衡算与热量衡算依据质量守衡定律，以设备或生产过程作为研究对象，对其进、出口处进行定量计算，称之为物料衡算。在复合材料生产过程中，物料衡算对于控制生产过程有着重要的指导意义。在实际生产过程中，物料衡算可以揭示物料的浪费和生产过程的反常现象，从而帮助找出改进措施，提高成品率及减少副产品、杂质和三废排放量。物料衡算的作用与意义物料衡算还可以检验生产过程的完善程度，对生产工艺设计工作也有着重要指导作用。物料衡算是计算原料与产品之间的定量关系，由此定出原料和辅助材料的用量、制订原料和辅助材料的单耗指标以及生产过程中各个阶段的原料和辅助
2、材料的损耗量及其组成。物料衡算也是能量衡算、定型设备选型、非定型设备工艺计算和其他工艺计算的基础。通过物料衡算可以算出各工段所处理的物料量(各组分的成分、重量和体积)，便可以定出生产过程所需设备台数、容量和主要尺寸以及计算管道尺寸等。所以物料衡算是复合材料工艺计算的重要部分。物料衡算的作用与意义物料衡算可分操作型计算和设计型计算。操作型计算是指对已建立的工厂、车间或单元操作及设备等进行计算。设计型计算是指对建立一个新的工厂、车间或单元操作及设备进行物料衡算，这是设计计算的第一步，也是整个设计的基础，在此基础上进行热量衡算、设备工艺
3、计算，则可以确定设备选型、工艺尺寸、台数以及公用工程所需水、电、汽、冷冻、真空及压缩空气等需要量。物料衡算的类型物料衡算常用基本概念和方法质量守恒定律质量守恒定律是指“进入一个系统的全部物料量必等于离开这个系统的全部物料量，再加上过程中损失量和在系统中积累量”。依据质量守恒定律，对一研究系统作物料衡算，可用下式表示：∑F进=∑F出+∑F损+∑F积式中∑F进--输入物料总和；∑F出--离开物料量总和；∑F损--总的损失量；∑F积--系统中积累量。分批操作（间歇操作）的设备，当终点时，物料全部排出则系统内物料积累为零，对于稳定连续操作
4、，系统物料累积量亦为零。在此情况下，上式可写成：∑F进=∑F出+∑F损4.1简单的物料衡算4.1简单的物料衡算质量守恒定律：物料衡算的基本准则是质量守恒定律。以稳态为例：物质总流量守恒原子总数量守恒摩尔流率守恒(无化学反应)4.1简单的物料衡算分析问题；画流程图；确定系统，分析自由度；选定计算基准；列出衡算模型，并求解。美国黄石公园4.1.1简单的衡算模型总体物料衡算：组分的物料衡算：组成的约束条件：图5.1简单衡算系统示意图式中：Fi—第i个股的总流率，kg/h(kmol/h);Fi,j—第i个股中j组分的流率，kg/h(kmo
5、l/h);Zi,j—第i个股中j组分的组成;NI—进入流股数；NT—物质流股总数；NC—总组分数目;Vj—反应物中第j组分的化学计量系数，反应物为负，生成物为正。(i=1,2,……,NT)(张量基本知识)(j=1,2,……,NC)12NINI＋1NI＋2NT4.1.2混合器和分离器的物料衡算a.简单混合混合器12NT-1NT(j=1,2,……,NC)图3.2简单混合系统示意图i=1,2,……,NT-1j=1,2,……,NC简单混合例题例5.1将含有40%(质量百分率)硫酸的废液与98%浓硫酸混合生产90%的硫酸，产量为1000kg
6、/h。各溶液的第二组分为水，试完成其物料衡算。图5.3硫酸简单混合系统示意图123混合器F1=?H2SO4Z1,1=0.40H2OZ1,2=0.60F2=?H2SO4Z2,1=0.98H2OZ2,2=0.02F3=1000kg/hH2SO4Z3,1=0.90H2OZ3,2=0.10总：F1+F2=F3=1000流股组分40%硫酸(1)98%硫酸(2)90%硫酸(3)kg/h质量分率kg/h质量分率kg/h质量分率H2SO4H2O合计55.282.8138.00.400.601.00844.817.2862.0.980.021.00
7、900.0100.010000.900.101.00解:水：0.6F1+0.02F2=0.1F3=100联立：F1=138kg/hF2=862kg/h计算结果图5.3硫酸简单混合系统计算结果几个组分就有几个独立方程；几个组分就有几个独立变量；几个组分流股方程中就有几项。123混合器F1=138kg/hH2SO4Z1,1=0.40H2OZ1,2=0.60F2=862kg/hH2SO4Z2,1=0.98H2OZ2,2=0.02F3=1000kg/hH2SO4Z3,1=0.90H2OZ3,2=0.10结果分析b.简单分离F1=F2+F3
8、；123分离器图5.4简单分离系统示意图(j=1,2,……,NC)b.简单分离例题-自由度分析例5.2将一个含有20%(摩尔分率)丙烷(C3),20%异丁烷(i-C4)，20%异戊烷(i-C5)和40%正戊烷(n-C5)的混合物引入精馏塔分离，塔顶
