【正文】 估算。 化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源 查手冊或文獻(xiàn)資料 有關(guān)常用物質(zhì)的物性數(shù)據(jù)，前人已系統(tǒng)地進(jìn)行歸納總結(jié)，從表格或圖的形式表示。 13/106 167。 (3) 化學(xué)反應(yīng)和熱化學(xué)數(shù)據(jù) — 如反應(yīng)熱 、 生成熱 、 燃燒熱 、 反應(yīng)速度常數(shù) 、 活化能 ， 化學(xué)平衡常數(shù)等 。 (1) 基本物性數(shù)據(jù) — 如臨界常數(shù) （ 臨界壓力 、 臨界溫度 、 臨界體積 ） 、 密度或比容 、 狀態(tài)方程參數(shù) 、 壓縮系數(shù) 、 蒸氣壓 、 氣一液平衡關(guān)系等 。 工藝基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 167。 工藝過程及過程參數(shù) 167。 由于化學(xué)反應(yīng)或產(chǎn)物的分離可用不同的方法來完成 ， 因此 ， 設(shè)計流程時 ， 必須選擇一個安全 、 可靠 、 經(jīng)濟(jì)效益高的最佳方案 。 當(dāng)然 ， 最終取決于是否有經(jīng)濟(jì)效益 。 化工過程的開發(fā) 化工過程開發(fā)是指一個化學(xué)反應(yīng)從實驗室過渡到第一套生產(chǎn)裝置的全部過程 。 化工過程 10/106 167。 9/106 167。 簡化的流程圖可以用方框來表示設(shè)備或設(shè)備組 ， 稱 方框流程圖 。 化工過程 化工過程常用 流程圖 來表示 。 8/106 167。 體系的物性 、 相態(tài) 、 熱性質(zhì) 、 傳遞性質(zhì) 、 傳熱傳質(zhì)方式 、 物料（ 流體及固體 ） 輸送 、 反應(yīng)技術(shù) 、 分離技術(shù)等 。 工藝過程及過程參數(shù) 167。 化工過程 化 工 設(shè) 備 所 進(jìn) 行 的 主 要 操 作 混合 化學(xué)反應(yīng)是整個化工過程的核心。 6/106 167。 如流體輸送 、 傳熱 、 蒸餾 、 干燥 、 蒸發(fā) 、 結(jié)晶 、 萃取 、 吸收 、 吸附 、過濾和破碎等 反應(yīng)過程：改變物料的化學(xué)性質(zhì) 。 工藝過程及過程參數(shù) 167。 物料通過各設(shè)備時 ， 完成某種化學(xué)或物理處理 ， 最終成為合格的產(chǎn)品 。 化工過程 化工過程： 是指由原料經(jīng)化學(xué)處理和物理處理加工成化學(xué)產(chǎn)品或中間產(chǎn)品的生產(chǎn)過程 。 4/106 167。 化工計算 主要是應(yīng)用守恒定律來研究化工過程的物料衡算和能量衡算問題。1/106 第三章 物料衡算 與能量衡算 ?0 2/106 ?化工過程及過程參數(shù) ?化工工藝流程 ?物料衡算 ?熱量衡算 主要內(nèi)容 3/106 167。 工藝過程及過程參數(shù) 主要內(nèi)容包括： 1. 化工過程； 2. 化工工藝流程； 3. 化工過程開發(fā)； 4. 化工過程基本參數(shù) — 溫度、壓力、流量、化學(xué)組成等基本概念。在進(jìn)行計算時，必須熟悉有關(guān)化工過程的一些術(shù)語及基礎(chǔ)知識。 工藝過程及過程參數(shù) 167。 它包括許多工序 ， 每個工序又由若干個或若干組設(shè)備 （ 如反應(yīng)器 、 蒸餾塔 、 吸收塔 、 干燥塔 ，分離器 、 換熱器及輸送設(shè)備等等 ） 組合而成 。 化工過程 單元操作 反應(yīng)過程 5/106 167。 化工過程 化工過程 單元操作：不改變物料的化學(xué)性質(zhì) ， 只改變物理性質(zhì) 。 如氫和氮合成氨的反應(yīng)；乙烯氧化成環(huán)氧乙烷的反應(yīng) 。 工藝過程及過程參數(shù) 167。 平衡收率 反應(yīng)速度 控制或減少副反應(yīng) 分離或提純 蒸餾 結(jié)晶 萃取 改變溫度 改變壓力 7/106 167。 化工過程 發(fā)現(xiàn)一種新的化學(xué)反應(yīng)使之實施于生產(chǎn)或開發(fā)一個新的化工過程 ， 從技術(shù)角度來考察 ， 主要決定于下述三類因素： （ 3）機械設(shè)備、儀表及控制手段： （ 1）化學(xué)工藝因素： （ 2）化學(xué)工程因素： 反應(yīng)體系本性、溫度、壓力、組成、催化劑等操作條件以及體系的反應(yīng)速度、轉(zhuǎn)化率、循環(huán)比等。 設(shè)備材料 、 制造 、 貯運 、 安裝 、 維修 、 檢測 、 備品備件 、 正常操作及事故處理等 。 工藝過程及過程參數(shù) 167。 所謂流程圖 ， 就是把生產(chǎn)過程中物料經(jīng)過的設(shè)備按其形狀畫出示意圖 ， 并畫出各設(shè)備之間的主要物料管線及其流向 。 在工藝流程設(shè)計中 ， 還有其他類型的流程圖 ， 如表明物料量的 物料流程圖 、 以裝置為單元的 裝置流程圖 、 以管線為主的 管線流程圖 以及 帶測量儀表控制點的流程圖 等 。 工藝過程及過程參數(shù) 167。 工藝過程及過程參數(shù) 167。 化工過程開發(fā) ， 首先是決定于化學(xué)反應(yīng)的可能性 、 轉(zhuǎn)化率及反應(yīng)速度是否具有工業(yè)價值 ， 產(chǎn)物分離的難易程度以及機械 、 設(shè)備 、材料是否可行 。 化工過程開發(fā)的第一步就是要設(shè)計一個流程圖 。 11/106 167。 化工過程的開發(fā) 實例： 3H2＋ N2 2NH3 Fe 高溫、高壓 基本工藝步驟 1. 氣體的壓縮 2. 氣體的預(yù)熱和合成 3. 氨的分離 4. 未反應(yīng)氫、氮氣體的循環(huán) 5. 惰性氣體的排放 12/106 167。 化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)種類 在化工計算以及化工工藝和設(shè)備設(shè)計中，必不可少地要用到有關(guān)化合物的物性數(shù)據(jù)。 (2 )熱力學(xué)物性數(shù)據(jù) — 如內(nèi)能 、 焓 、 熵 、 熱容 、 相變熱 、 自由能 、 自由焓等 。 (4) 傳遞參數(shù) — 如粘度 、 擴散系數(shù) 、 導(dǎo)熱系數(shù)等 。 工藝基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 167。這些致?lián)蓮挠嘘P(guān)的化學(xué)化工類手冊或?qū)I(yè)性的化工手冊中查到。可以應(yīng)用物理和化學(xué)的一些基本定律計算各種物質(zhì)的性質(zhì)參數(shù)。 14/106 167。 化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源 外文 中文 15/106 167。 間歇操作、連續(xù)操作以及半連續(xù)操作 1. 聞歇操作過程： 1. 原料在生產(chǎn)操作開始時一次加入 ， 然后進(jìn)行反應(yīng)或其他操作 ， 一直到操作完成后 ， 物料一次排出 ， 即為間歇操作過程 。 2. 連續(xù)操作過程： 1. 在整個操作期間 ， 原料不斷穩(wěn)定地輸入生產(chǎn)設(shè)備 ， 同時不斷從設(shè)備排出同樣數(shù)量 （ 總量 ） 的物料 。 在整個操作期間 ， 設(shè)備內(nèi)各部分組成與條件不隨時間而變化 。 16/106 167。 穩(wěn)定狀態(tài)操作和不穩(wěn)定狀態(tài)操作 整個化工過程的操作條件 （ 如溫度 、 壓力 、 物料量及組成等 ）如果不隨時間而變化 ， 只是設(shè)備內(nèi)不同點有差別 ， 這種過程稱為穩(wěn)定狀態(tài)操作過程 ， 或稱穩(wěn)定過程 。 間歇過程及半連續(xù)過程是不穩(wěn)定狀態(tài)操作 。 ?0 17/106 167。 基本原理 A. 物料衡算的目的 1. 確定原材料的消耗定額，判斷是否達(dá)到設(shè)計要求。 3. 作為熱量計算的依據(jù)。 物料衡算 167。 2. 建設(shè)單位或研究單位所提供的要求 、 設(shè)計參數(shù)及試驗室試驗或中試等數(shù)據(jù) ， 主要有： ① 化工單元過程的主要化學(xué)反應(yīng)方程式 、 反應(yīng)物配比 、 轉(zhuǎn)化率 、選擇性 、 總收率 、 催化劑狀態(tài)及加入配比量 、 催化劑是否回收使用 、 安全性能 （ 爆炸上下限 ） 等 。 ③ 特殊化學(xué)品的物性 ， 如沸點 、 熔點 、 飽和蒸汽壓 、 閃點等 ?0 19/106 167。 基本原理 C. 物料衡算的基準(zhǔn) 1. 時間基準(zhǔn)： ① 連續(xù)生產(chǎn)：一段時間的投料量或生產(chǎn)產(chǎn)品量作為計算基準(zhǔn)； ② 間歇生產(chǎn)：一釜或一批料的生產(chǎn)周期作為基準(zhǔn) 例：年產(chǎn) 300kt乙烯裝置，年操作時間為 8000h，則每小時的平均產(chǎn)量為 。 ?0 20/106 167。 基本原理 C. 物料衡算的基準(zhǔn) 2. 質(zhì)量基準(zhǔn)： ① 當(dāng)系統(tǒng)介質(zhì)為液、固相時，選擇一定質(zhì)量的原料或產(chǎn)品作為計算基準(zhǔn) ② 如果原料或產(chǎn)品是單一化合物，或由已知組成百分?jǐn)?shù)和組分分子量的多組分組成，可用物質(zhì)的量作為計算基準(zhǔn) 例：以石油、煤、礦石為原料的化工廠，可采用一定量的原料為基準(zhǔn)。 ?0 21/106 167。 基本原理 C. 物料衡算的基準(zhǔn) 3. 體積基準(zhǔn)： ① 對氣體物料進(jìn)行衡算時選用體積基準(zhǔn) ② 應(yīng)將實際情況下的體積換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積 例：在化工生產(chǎn)過程中經(jīng)常使用的干空氣以及在合成氨中使用的原料煤氣和水煤氣就可以用體積為基準(zhǔn) 用 m3（ STP）表示 ?0 22/106 167。 基本原理 C. 物料衡算的基準(zhǔn) 生產(chǎn)中的物料 ， 不論是氣態(tài) 、 液態(tài)還是固態(tài) ， 均含有一定量的水分 ， 因而在選用基準(zhǔn)時就有算不算水分在內(nèi)的問題 ， 不計算水分在內(nèi)的稱為干基 ， 否則為濕基 。 甲烷水蒸氣催化轉(zhuǎn)化制取氫氣 ， 轉(zhuǎn)化爐的進(jìn)料量 ， 以干基計算為7 103m3（ STP)/h， 如以濕基計算則可達(dá)到 3 104m3（ STP)/h 濕基：化肥 、 農(nóng)藥等化工產(chǎn)品 ， 尿素 、 甲醛 、 乙醇 。 物料衡算 167。 物料衡算 167。 3. 確定過程所涉及的組分。 物料衡算 167。 物料衡算 167。 物料衡算 167。 物料衡算舉例 167。 系統(tǒng)的流程框圖如圖所示 ，要求有已知的資料 ， 列出各物流的流率 （ kg/h） ， 以便能確定設(shè)備的大小 ， 并計算蒸餾塔的進(jìn)料組分 。 物料衡算舉例 167。 除混合氣體外均以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示 ， 所以及其換算成質(zhì)量分?jǐn)?shù) 。 組成 kmol kg 質(zhì)量 ,(mol)% 丙酮 87 空氣 2860 總計 100 2947 以 100kmol為基準(zhǔn) 總物料平衡式： 1200＋ F2＝ F3 ＋ F4 ＋ F5 丙酮： ＝ F4 ＋ 水： 1200 ＝ F4 ＋ 空氣： ＝ F3 結(jié)論：只有 3個獨立方程，不能求解，應(yīng)補充數(shù)據(jù)： 1. 每小時進(jìn)入系統(tǒng)的氣體混合物、離開系統(tǒng)的產(chǎn)品或廢液的物流量 2. 進(jìn)入蒸餾塔的組分 30/106 167。 無反應(yīng)過程的物料衡算 例 : 一種廢酸 ， 組成為 23％ (質(zhì)量 ％ )HNO3， 57％ H2SO4和 20％ H2O， 加入 93％的濃 H2SO4及 90％ 的濃 HNO3， 要求混合成 27％ HNO3及 60％ H2SO4的混合酸 ， 計算所需廢酸及加入濃酸的數(shù)量 。 物料衡算舉例 167。 (3) 列物料衡算式，該體系有 3種組分，可以列出 3個獨立方程，所以能求出 3個未知量 基準(zhǔn)： 100kg混合酸 總物料衡算式 x + y + z=100 (1) H2SO4的衡算式 + =100 =60 (2) HNO3的衡算式 + =100 =27 (3) 32/106 167。 無反應(yīng)過程的物料衡算 解 (1)， (2)， (3)方程 ， 得 x = y = 39kg濃 H2SO4 z = HNO3 即由 、 39kg濃 H2SO4和 HNO3可以混合成 100kg混合酸 。 以上物料衡算式 ， 亦可以選 總物料衡算式及 H2O與 HNO3二個衡算式或 H2SO HNO3和 H2O三個組分衡算式進(jìn)行計算 ，均可以求得上述結(jié)果 。 物料衡算舉例 167。計算蒸餾 1000 mol/h原料所得個流股的量及進(jìn)塔 II物料的組分。 物料衡算舉例 167。 體系 A（塔 I）： 總物料 1000 ＝ S2 ＋ S3 (1) 苯 1000 ＝ ＋ x3B S3 (2) 甲苯 1000 ＝ ＋ x3T S3 (3) 體系 B（塔 II）： 總物料 S3 ＝ S4 ＋ S5 (4) 苯 x3B S3 ＝ ＋ S5 (5) 甲苯 x3T S3 ＝ ＋ S5 (6) 體系 C（整個過程）：總物料 1000 ＝ S2 ＋ S4 ＋ S5 (7)