选择能使已知数据和所需平衡最易于表达的计算基准。 对于中试规模的物料平衡分析，应根据现有的进料或产品信息、待计算的变量以及最方便的单位速率，选择明确的质量、摩尔、体积、流股数量或操作时间基准。请明确说明基准和物理单位，因为这样做可以固定参考量，消除至少一个未知数，并为检查结果或进行工艺放大建立一致的基础。
最佳基准是与数据匹配、反映工艺化学特性并最大限度减少换算的基准。对于间歇操作，使用批次投料量；对于连续操作，使用时间或流量基准；对于质量组成数据，使用质量基准；当计算受化学计量或摩尔组成控制时，使用摩尔基准。
从数据和工艺边界开始
使用指定的进料或产品数量
如果中试数据指定了进料量、产品速率或批次产量，在可行的情况下，直接使用该数量作为基准。
例如，指定的 100 kg 产品产出可作为计算所需进料、副产品和回收率的基准。这避免了引入不必要的放大变量。
首先定义工艺边界
基准适用于定义的工艺边界，例如混合器、反应器、分离器或中试装置的集成序列。
选择一个包含被评估设备且具有足够已知进料或出料信息的边界。在集成工厂中，从具有指定数据的流股附近开始，可以使平衡按顺序穿过其余单元。
优先选择信息充足的边界以进行求解
一个有用的边界通常具有可控数量的未知数和独立方程。自由度分析可以确认所选基准和现有测量值是否足以求解平衡。
选择一个在应用已知规格后自由度为零或接近零的子系统，可以减少不必要的联立计算。
使基准与操作模式相匹配
对间歇设备使用批次投料量
对于间歇中试操作，通常的基准是一次完整的原材料投料或一个定义的批次生产量。
此基准与测量的批次输入、最终产品回收率、累积废物以及批次过程中的组成变化自然吻合。
对连续操作使用时间或流量
对于连续稳态设备，使用定义的操作间隔或流股速率，例如 1 小时操作、1 kg/h 进料 或 100 kmol/h 气体。
当中试测量值记录为流量时，时间基准特别有用。它将每个流股转换为同一间隔内的共同吞吐量。
当速率不是核心时使用流股数量
如果现有数据报告为总进料或产品数量而非速率，请选择一个方便的流股量，例如 100 kg 进料 或 100 kmol 工艺气体。
只要工艺条件和组成保持可比性，完成的平衡就可以放大到实际的中试吞吐量。
使基准与组成和化学特性相匹配
对质量百分比数据使用质量基准
当流股组成以重量百分比给出时，质量基准通常是最有效的选择。
100 kg 或 100 lb 的基准使每个质量百分比值直接等于参考流股中相应的组分质量。这减少了液体和固体混合物的换算步骤和算术错误。
对摩尔百分比数据使用摩尔基准
当组成以摩尔分数或摩尔百分比提供时，请选择摩尔基准，例如 100 mol、100 kmol 或其他方便的数量。
这允许将组成值直接用作组分摩尔量，对于气体混合物特别有用。
涉及反应时使用摩尔基准
反应中试设备的物料平衡通常应以摩尔为基准制定，因为反应化学计量是由摩尔关系定义的。
摩尔基准使反应物消耗、产物生成、限制反应物计算、转化率和收率与反应方程式保持一致。质量平衡仍然适用，但它们可能需要额外的分子量换算，并且可能会掩盖化学计量关系。
对非反应分离使用质量基准
对于混合、蒸发、冷凝、吸收和物理分离等非反应操作，质量基准通常很方便，因为总质量和组分质量流率是直接守恒的。
当测量的组成、平衡关系或设备模型基于摩尔时，摩尔基准可能仍然更可取。工艺类型提供了指导，但实际的数据格式应作为决定性因素。
仅在密度或气体条件可靠时使用体积基准
体积基准仅在体积测量可靠且已知向质量或摩尔的换算关系时才适用。
对于液体和固体，需要密度将体积转换为质量。对于气体，体积必须与定义的温度、压力和报告条件挂钩；否则，相同的体积可能代表不同的摩尔量。
选择方便的归一化基准
当组成为主要输入时使用 100 单位
当多个流股由百分比描述时，100 质量单位 或 100 摩尔单位 的归一化基准非常有用。
对于 100 kg 的质量基准，含有 35 wt% 某组分的流股包含 35 kg 该组分。对于 100 kmol 的摩尔基准，含有 35 mol% 的流股包含 35 kmol 该组分。
在整个计算过程中保留单位
基准应包括数值和物理单位。
“基准 = 100”是不完整的。“基准 = 100 kg 总进料”、“基准 = 100 kmol 气体进料”或“基准 = 一个 250 kg 批次投料”明确了正在归一化的对象，并防止了以后的歧义。
仅在平衡完成后进行放大
归一化基准是一个中间参考，不一定是最终的操作能力。
一旦计算出组分平衡和性能量，就将结果放大到实际的中试进料速率、批次大小或生产目标。这仅在工艺行为在所考虑的放大范围内适当线性时才有效。
使用基准改进计算工作流程
标注相对于基准的每个流股
从显示所有进入和离开流股、组成、流率和未知量的流程图开始。
每个流股应以所选单位一致地表示，例如每批次 kg、每小时 kmol 或每参考进料量 mol。
在编写平衡方程前转换测量值
中试数据可能结合了质量流量、体积流量、浓度、组成和传感器读数。
在应用总平衡和组分平衡之前，使用密度、分子量、浓度定义和操作条件将这些测量值转换为兼容的单位。
明确应用辅助关系
物料平衡通常需要的不仅仅是守恒方程。回收率、转化率、冷凝分数、分流分数或产品纯度等工艺规格可能提供求解系统所需的额外关系。
这些关系应与所选基准一起记录，而不是作为隐含假设处理。
检查自由度
计算未知流股数量，并将其与独立的物料平衡方程和工艺规格进行比较。
如果系统欠定，更改基准不会产生缺失的信息。需要额外的测量值或有效的工艺关系。
先求解最简单的方程
在处理耦合单元或多级设备之前，先编写涉及未知数最少的方程。
这减少了联立方程求解的需要，并使中试数据中的差异更容易定位。
理解权衡
方便的基准无法修复糟糕的数据
选择良好的基准可以简化算术，但不能纠正不一致的流量测量、缺失的组成、不正确的密度值或未识别的泄漏。
计算完成后，应根据总平衡和组分平衡检查中试数据。
质量基准和摩尔基准在没有换算的情况下不可互换
质量百分比不能视为摩尔百分比，在反应平衡中质量流量不能替代摩尔流量。
在质量和摩尔量之间进行换算时，请使用分子量和定义明确的组成基准。
体积基准可能会引入隐藏条件
气体体积计算高度依赖于压力和温度。液体体积计算取决于密度，密度可能会随组成和操作条件而变化。
缺乏定义条件的体积基准可能会产生表面上精确但物理上不一致的结果。
归一化结果可能无法线性放大
将平衡从 100 kg 进料放大到更大的操作，假设组成、回收率、转化率、损耗和操作状态保持可比性。
中试设备可能会表现出滞留、热损耗、混合、停留时间和壁效应差异，因此归一化物料平衡应支持放大分析，而不是取代它。
时间基准可能会掩盖瞬态行为
一小时基准适用于稳态操作，但在启动、停机、不稳定操作或进料条件变化期间可能会产生误导。
对于瞬态中试运行，请使用定义的时间间隔，并考虑设备内的库存变化。
为您的目标做出正确的选择
基准应在求解平衡之前选择，并与工艺边界、操作状态和单位一起记录。
- 如果您的主要重点是批次性能： 使用一次完整的原材料投料或一个定义的批次产量作为基准，并在相关时包括设备滞留或残留物料。
- 如果您的主要重点是连续稳态操作： 使用共同的时间间隔或流股流率，例如 1 小时操作或 1 kg/h 进料。
- 如果您的主要重点是液体或固体组成数据： 使用质量基准，当组成以重量百分比报告时，最好使用 100 kg 或其他方便的质量量。
- 如果您的主要重点是气体组成或反应化学计量： 使用摩尔基准，例如 100 mol 或 100 kmol，以便摩尔分数和化学计量比保持直接关系。
- 如果您的主要重点是体积中试测量： 仅在定义相关的密度、温度和压力条件后使用体积基准。
- 如果您的主要重点是工艺放大或数据核对： 选择一个可以一致地应用于测量流股并明确放大到目标操作速率的基准。
一个站得住脚的计算基准是能够使数据具有可比性、方程可解且所得工艺结论透明的基准。
汇总表：
| 操作或数据重点 | 推荐基准 | 主要益处 | 关键条件 |
|---|---|---|---|
| 间歇操作 | 一次完整的批次投料或定义的批次产量 | 匹配测量的输入、回收率、废物和滞留量 | 包括残留物料和库存变化 |
| 连续稳态操作 | 时间间隔或流股流率 | 将所有流股置于共同的吞吐量基准上 | 确认稳态条件 |
| 质量组成数据 | 100 kg 或其他定义的质量量 | 将重量百分比直接转换为组分质量 | 保持质量单位一致 |
| 摩尔组成数据 | 100 mol, 100 kmol 或其他摩尔量 | 简化摩尔分数和气体混合物计算 | 定义气体的压力和温度 |
| 反应过程 | 摩尔基准 | 与化学计量、转化率、收率和限制反应物计算保持一致 | 转换为质量时使用分子量 |
| 非反应分离 | 质量基准 | 简化总守恒和组分守恒 | 当模型或平衡数据基于摩尔时，使用摩尔基准 |
| 体积测量 | 定义的体积基准 | 使用直接测量的流量或批次体积 | 验证密度、温度、压力和气体条件 |
| 放大分析 | 归一化进料、批次或操作速率基准 | 使中试结果更易于比较和放大 | 确认回收率和操作行为保持可比性 |
| 欠定平衡 | 任何定义明确的基准加上补充数据 | 阐明未知数和方程 | 新基准不能替代缺失的测量值或规格 |
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