选择与已知信息及所需进行的平衡计算相匹配的基准。 只要有指定的进料或产品速率，就应使用该速率；否则，请选择一个方便的归一化数值，例如针对质量百分比数据选择 100 个质量单位，或针对摩尔百分比数据选择 100 个摩尔单位。对于连续设备，应将基准表示为一致的流率（通常为每小时），而批次操作通常基于一个完整的装料量或批次产量。
最佳的计算基准是能够消除未知数并最大限度减少转换工作的基准。请明确说明该基准，在整个平衡计算中保持单位一致，如果假设的基准不等于实际工厂的处理量，则在计算完成后对结果进行缩放。
从已知的工艺信息开始
在有指定物流时使用该物流
如果问题或中试工厂数据指定了物流数量，请直接将其用作基准。
例如，如果某单元操作处理 500 kg/h 的进料，则计算基准可以是 每小时 500 kg 进料。如果指定了所需的产品速率，该产品速率也可以作为基准，特别是在目标是确定所需进料或公用工程需求时。
这种方法避免了引入不必要的假设变量。
使基准与操作模式相匹配
对于 连续稳态操作，基于时间的基准（如 1 小时操作）通常很实用。此时所有物流数量都变为质量流率或摩尔流率，例如 kg/h 或 kmol/h。
对于 批次操作，请使用一个完整的批次装料量、一个批次周期或指定的批次产量。仅当计算专门涉及生产速率、周期时间或平均处理量时，时间基准才适用。
使基准与组成数据相匹配
对于质量百分比组成，使用质量基准
当组成以重量百分比或质量分数给出时，请选择质量基准。
100 kg、100 lb 或其他方便的总质量基准使得组分数量可以直接读取。例如，在 100 kg 基准下，含有 30 wt% 组分 A 的物流包含 30 kg 的 A。
这对于液体和固体混合物特别方便，因为这些混合物通常可获得质量流率数据。
对于摩尔百分比组成，使用摩尔基准
当组成以摩尔百分比或摩尔分数给出时，请选择摩尔基准。
100 mol、100 kmol 或相应的摩尔流率基准允许直接使用给定的组成。在 100 kmol 基准下，含有 25 mol% 组分 A 的气体物流包含 25 kmol 的 A。
这对于气体混合物、吸收系统以及其他以摩尔为单位报告气体组成的操作特别有用。
仅在平衡计算需要时进行转换
组成基准和平衡基准应该是兼容的，但它们在每个问题中不必完全相同。
例如，可以使用分子量在质量和摩尔之间转换来进行质量平衡。然而，选择一个已经与报告组成相匹配的基准通常可以减少算术运算并防止转换错误。
根据单元操作类型选择基准
非反应性分离可以使用质量或摩尔基准
对于过滤、蒸发、吸收、萃取和蒸馏等物理操作，质量平衡或摩尔平衡均有效。
选择最符合可用数据和控制关系的计算形式。质量基准通常适用于液体和固体系统，而摩尔基准对于汽液计算或气体混合物可能更自然。
反应系统需要化学计量一致性
反应计算通常在 摩尔基准 下最清晰，因为化学计量方程通过摩尔比将反应物和产物联系起来。
这并不意味着质量平衡在反应系统中无效。质量是守恒的，但反应转化率、选择性和化学计量通常以摩尔形式表达更为直接。
当反应复杂时考虑原子平衡
对于涉及多个反应的系统，原子平衡可以作为分子物种平衡的有效替代方案。
即使在形成或消耗分子物种时，碳、氢、氧和其他原子也是守恒的。应根据哪种方式能提供最清晰、最可解的方程组来选择适当的公式——分子平衡、原子平衡或反应进度。
当没有已知速率时使用归一化基准
当组成为主要信息时选择 100 个单位
如果未指定物流流率，归一化基准通常是最高效的选择。
针对质量百分比数据使用 100 个质量单位，针对摩尔百分比数据使用 100 个摩尔单位。这使得组分数量立即可得，并为计算所有其他物流建立了一个方便的参考。
在适当的情况下使用简单的单位基准
当工艺关系已经很简单时，1 kg、1 kmol、1 mol 或 1 小时操作 的基准可能比 100 个单位更好。
例如，如果进料组成以分数而非百分比给出，那么 1 kg 或 1 kmol 的进料基准产生的方程可能比 100 个单位的基准更简洁。
求解后进行缩放
假设的基准并非关于实际设备容量的声明。它是一个用于确定物流比例和组成的参考量。
一旦平衡计算完成，将每个物流按比例缩放到所需的中试工厂处理量、批次大小或生产速率。
在列出方程前明确基准
说明数量及其单位
基准应写成完整的陈述，而不能含糊不清。
示例如下：
- 基准：100 kg 进料
- 基准：100 kmol 进入的气体
- 基准：1 小时连续操作
- 基准：250 kg 的一个批次装料量
- 基准：100 kg/h 产品
此陈述为后续的每一个物流计算建立了参考。
保持质量和摩尔数量的区别
不要使用“100 个单位”而不说明单位是千克、磅、摩尔还是千摩尔。
同样，要区分总量和速率。100 kg 描述的是数量，而 100 kg/h 描述的是连续流率。
检查所得的自由度
一个好的基准消除了一个缩放歧义，并应使平衡更容易求解。
如果仍存在未知的流率、组成、反应进度或设备规格，请在继续之前进行自由度检查。方便的基准无法弥补缺失的独立数据。
理解权衡
100 个单位的基准并不总是最优的
100 kg 基准对于质量百分比很方便，但如果实际进料速率已经以 kg/h 为单位已知，它可能会产生不必要的转换。
同样，如果工艺是连续的且所有设备数据均以 kmol/h 报告，则 100 mol 基准可能不如 1 kmol/h 基准方便。
体积是条件性的，而非通用的
仅当直接指定体积或已知密度、温度、压力以及（在相关时）压缩系数时，才应使用体积基准。
对于气体，体积仅在定义的条件下才有意义。由于气体体积随温度和压力变化，除非操作条件明确固定，否则摩尔基准通常在物料平衡中更稳健。
质量和摩尔基准不可互换
除非明确应用分子量关系，否则 100 kg 基准不等同于 100 kmol 基准。
对于混合物，平均分子量可能在不同物流之间变化，因此将总质量基准转换为总摩尔基准需要组分层面的信息，而不是任意的转换因子。
不要混淆计算基准与设备容量
基准是核算参考，并不一定是装置的操作容量。
计算中使用 100 kg 并不意味着设备每批次或每小时处理 100 kg。最终结果必须按比例缩放到实际的操作需求。
将该方法应用于中试工厂平衡
以下顺序适用于大多数单元操作设备的物料平衡：
- 确定操作模式： 批次或连续。
- 列出已知的物流数据： 流率、批次数量、产品要求和组成。
- 如果可用，使用指定的物流数量。
- 使基准与组成相匹配： 质量分数使用质量基准，摩尔分数使用摩尔基准。
- 当速率是最有用的形式时，为连续操作选择时间基准。
- 用明确的单位写出基准。
- 执行组分平衡、总量平衡，以及（在适用时）原子或反应平衡。
- 检查自由度和量纲一致性。
- 将所有结果缩放到实际的中试工厂处理量。
如何将其应用于您的项目
适当的选择取决于平衡旨在确定的内容。
- 如果您的主要重点是指定的产品或进料速率： 直接使用该已知数量或流率作为基准，并计算剩余的物流。
- 如果您的主要重点是质量百分比混合物： 使用 100 kg、100 lb 或其他方便的质量基准，以便组分质量直接从组成中得出。
- 如果您的主要重点是摩尔百分比气体或蒸汽混合物： 使用 100 mol、100 kmol 或相应的摩尔流率基准，以直接保留给定的组成。
- 如果您的主要重点是连续中试工厂操作： 使用定义的时间基准（通常为一小时），并将所有物流报告为质量或摩尔流率。
- 如果您的主要重点是批次单元操作： 使用一个完整的装料量、批次产量或批次周期作为参考量。
- 如果您的主要重点是反应系统： 优先使用摩尔基准或反应进度公式，以便化学计量关系保持明确。
一个陈述清晰、与组成匹配的基准将使物料平衡成为对单元操作可缩放且可审计的描述。
汇总表：
| 操作条件或数据 | 推荐基准 | 主要益处 |
|---|---|---|
| 已知进料或产品速率 | 指定的物流数量或流率 | 消除不必要的未知数 |
| 质量百分比组成 | 100 kg、100 lb 或其他质量基准 | 组分质量直接得出 |
| 摩尔百分比组成 | 100 mol、100 kmol 或摩尔流率 | 保留既定组成 |
| 连续操作 | 质量或摩尔流率，通常为每小时 | 匹配稳态处理量 |
| 批次操作 | 一个完整的装料量、周期或批次产量 | 代表实际的批次事件 |
| 反应系统 | 摩尔基准或反应进度 | 简化化学计量计算 |
| 复杂反应网络 | 原子或元素基准 | 支持更清晰的守恒方程 |
| 未知工艺速率 | 方便的归一化基准 | 便于后续按比例缩放 |
| 气体或体积数据 | 仅在定义条件下使用体积基准 | 考虑温度、压力和密度 |
请务必明确说明基准和单位，检查自由度，保持量纲一致性，并将最终结果缩放到所需的工厂或中试工厂处理量。
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