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文档简介
1、第二章第二章 化工工艺基础化工工艺基础原料资源及其加工原料资源及其加工化工生产过程及流程化工生产过程及流程化工过程的主要效率指标化工过程的主要效率指标反应条件对化学平衡和反应速率的影响反应条件对化学平衡和反应速率的影响催化剂的性能及使用催化剂的性能及使用反应过程中的物料衡算和热量衡算反应过程中的物料衡算和热量衡算 讲授内容讲授内容第一节第一节 原料资源及其加工原料资源及其加工无机化学矿及其加工无机化学矿及其加工(自学)(自学)石油及其加工石油及其加工天然气及其加工天然气及其加工煤及其加工煤及其加工生物质及其加工生物质及其加工无无机化学矿及其加工机化学矿及其加工盐矿、硫矿、磷矿、钾盐、铝土矿、硼
2、矿、锰矿、盐矿、硫矿、磷矿、钾盐、铝土矿、硼矿、锰矿、钛矿、锌矿、钡矿、天然沸石、硅藻土、铁矿等钛矿、锌矿、钡矿、天然沸石、硅藻土、铁矿等 掌握掌握石油的组成;石油的组成; 原油一次加工和二次加工过程定义;原油一次加工和二次加工过程定义;掌握掌握催化重整、催化裂化、加氢裂化、等催化重整、催化裂化、加氢裂化、等石油加石油加 工工艺的定义、原料、产品性质及工艺原理工工艺的定义、原料、产品性质及工艺原理石油及其加工石油及其加工利用原油中各组分沸点的差别进行分离利用原油中各组分沸点的差别进行分离 常压蒸馏和减压蒸馏常压蒸馏和减压蒸馏石油石油一次加工一次加工石油石油加工加工石油一次加工得到主要产品石油一
3、次加工得到主要产品气体(气体(C1-C4烷烃),石脑油,煤油,柴油,烷烃),石脑油,煤油,柴油,蜡油,常压渣油,减压渣油蜡油,常压渣油,减压渣油 催化重整催化重整 (catalytic reforming) 催化裂化催化裂化 (catalytic cracking) 催化加氢裂化催化加氢裂化 (catalytic hydrocracking) 烃类热裂解烃类热裂解 (pyrolysis of hybrocarbons)二次加工二次加工 馏分油的化学加工馏分油的化学加工 调整烃类的组成调整烃类的组成催化裂化工艺:催化裂化工艺:是原料在催化剂的作用下是原料在催化剂的作用下, ,在在470-5304
4、70-530和和0.1-0.1-0.3MPa0.3MPa下下, ,发生裂解等一系列反应发生裂解等一系列反应, ,将重质原料油转将重质原料油转化为气体、汽油、柴油等轻质产品和焦炭的工艺过化为气体、汽油、柴油等轻质产品和焦炭的工艺过程。程。 催化裂化原料催化裂化原料减压蜡油减压蜡油, ,焦化蜡油焦化蜡油, ,常压渣油常压渣油, ,焦化蜡油焦化蜡油,脱沥青油脱沥青油催化裂化产品催化裂化产品 干气干气 C1-C2 5C1-C2 5 液化气液化气 C3-C4 10-16 C3-C4 10-16 汽油汽油 RON=88-90 30-60 RON=88-90 30-60 柴油柴油 CN40 20-40CN
5、褐煤褐煤 烟煤烟煤 无烟煤无烟煤 碳含量碳含量: 60-70%,70-80%,80-90, 90-93%: 60-70%,70-80%,80-90, 90-93% 煤及其加工利用煤及其加工利用l高温干馏(炼焦):高温干馏(炼焦):900-1100900-1100 焦碳、焦炉气、粗苯、氨、煤焦油焦碳、焦炉气、粗苯、氨、煤焦油l低温干馏:低温干馏:500-600500-600 半焦、低温焦油、煤气半焦、低温焦油、煤气l煤气化:煤气化:900-1300 900-1300 氢气、一氧化碳氢气、一氧化碳l煤液化(直接液化煤液化(直接液化 间接液化)间接液化) 烃类燃料、含氧化合物燃料烃类燃料、含氧化合物
6、燃料煤的加工方法煤的加工方法糠醛的生产糠醛的生产生物质及其加工利用生物质及其加工利用HC CHC5H10O5CCOCHO + 3 + 3 H2O 含多缩戊糖生物质在硫酸催化剂含多缩戊糖生物质在硫酸催化剂,180,180,1.0MPa,1.0MPa水解为戊糖,戊糖进一步水解为戊糖,戊糖进一步环化脱水制得糠醛环化脱水制得糠醛H2OH2O2(C2H10O5)n (淀粉)(淀粉)C12H22O11( (麦芽糖麦芽糖) )2C6H12O6( (葡萄糖)葡萄糖)C6H12O6酵母酵母2CH3CH2OH + 2CO2乙醇的生产乙醇的生产 丙二醇的生产丙二醇的生产 葡萄糖经微生物发酵葡萄糖经微生物发酵 生物柴
7、油生物柴油第二节第二节 化工生产过程及流程化工生产过程及流程化工生产过程化工生产过程 原料预处理原料预处理 化学反应化学反应 产品的分离和精制产品的分离和精制 化工生产工艺流程化工生产工艺流程 工艺流程和流程图工艺流程和流程图 化工生产工艺流程的组织化工生产工艺流程的组织产品分离与精制产品分离与精制 化学反应化学反应 原料预处理原料预处理 化工生产过程化工生产过程达到所需状态和规格达到所需状态和规格原料到产物的转变原料到产物的转变,核心核心得到符合规格的产品得到符合规格的产品回收利用副产物回收利用副产物 工艺流程和流程图工艺流程和流程图 原料需要经过包括物质和能量转换的一系列加工,原料需要经过
8、包括物质和能量转换的一系列加工,方能转变成所需产品方能转变成所需产品, ,按物料加工顺序按物料加工顺序将各功能单元将各功能单元有机地组合起来,则构筑成工艺流程。有机地组合起来,则构筑成工艺流程。生产工艺流程图生产工艺流程图工艺流程多采用图示方法来表达,称为工艺流程图工艺流程多采用图示方法来表达,称为工艺流程图(flow sheet(flow sheet或或process flowsheet)process flowsheet)。 化工生产工艺流程化工生产工艺流程常见的常见的生产工艺流程图生产工艺流程图 单元过程流程图(单元过程流程图(P26 图图2-9) 关键(主要)设备流程图(关键(主要)设
9、备流程图(P106,P86图图3-19) 原则工艺流程图(一般是将单元过程和重要设备以框图形原则工艺流程图(一般是将单元过程和重要设备以框图形式画出来。式画出来。P101,图,图3-32) PID图(图(Piping & Instrument Diagram,又称带控制点的,又称带控制点的工艺流程图。包括所有的管路,反应器,储罐,泵,换热器工艺流程图。包括所有的管路,反应器,储罐,泵,换热器等化工设备等化工设备,以及各种阀门等以及各种阀门等 )化工生产工艺流程化工生产工艺流程化工生产工艺流程组织化工生产工艺流程组织工艺流程的组织是化工过程的开发和设计的工艺流程的组织是化工过程的开发和设计的 重
10、要环节。重要环节。是对化工过程进行:技术经济评价、安全评是对化工过程进行:技术经济评价、安全评 价、环境评价、能耗评价等的依据价、环境评价、能耗评价等的依据推论法推论法 功能法功能法 形态分析法形态分析法 从从“目标目标”出发寻找实现出发寻找实现“目标目标”的的“前提前提”,将,将不同功能的单元进行逻辑组合,形成具有整体功能不同功能的单元进行逻辑组合,形成具有整体功能的系统的系统化工工艺过程的化工工艺过程的 “洋葱洋葱”模型模型反应器反应器分离与再循环分离与再循环换热网络换热网络公用工程公用工程推论分析法推论分析法功能分析法功能分析法分析每个单元的基本功能和属性,列出不同方案分析每个单元的基本
11、功能和属性,列出不同方案不同功能单元的实施方法不同功能单元的实施方法不同设备型式不同设备型式不同流程方案不同流程方案形态分析法形态分析法对不同流程方案精确分析评价,择优汰劣对不同流程方案精确分析评价,择优汰劣原原 则则l 是否满足所要求的技术指标是否满足所要求的技术指标l 经济指标的先进性经济指标的先进性l 环境、安全和法律环境、安全和法律l 技术资料的完整性和可信度技术资料的完整性和可信度 例例 丙烯液相水合制异丙醇丙烯液相水合制异丙醇, ,在在20MPa20MPa和和200200300300及硅钨酸催化剂水溶液中进行,该工艺异丙及硅钨酸催化剂水溶液中进行,该工艺异丙醇选择性为醇选择性为98
12、989999,但尚有,但尚有30304040的丙的丙烯未反应,丙烯是价贵的原料,若直接排放既浪烯未反应,丙烯是价贵的原料,若直接排放既浪费又污染环境。因此,费又污染环境。因此,提高原料利用率是关键的提高原料利用率是关键的问题。问题。 将未反应的反应物从产物中分离出来,再返回反应将未反应的反应物从产物中分离出来,再返回反应器是一个有效的方法,这样就需采用器是一个有效的方法,这样就需采用循环流程循环流程。 丙烯液相水合制异丙醇流程方框图丙烯液相水合制异丙醇流程方框图压缩压缩压缩压缩水水和和反反应应分离分离精制精制丙烯丙烯水水异丙醇异丙醇循环丙烯循环丙烯催化剂水溶液催化剂水溶液 例例 丙烯氨氧化制丙
13、烯腈生产过程丙烯氨氧化制丙烯腈生产过程主反应:主反应: C C3 3H H6 6+NH+NH3 3+1/2O+1/2O2 2 CHCH2 2=CHCN=CHCN + H + H2 2O O主要副产物:主要副产物: HCN CHHCN CH3 3CNCN Q ? Q ?如何从吸收塔底流出的水溶液中分离出丙烯腈和副如何从吸收塔底流出的水溶液中分离出丙烯腈和副产物呢?产物呢? 方案一:方案一:将丙烯腈和各副产物同时从水溶液中蒸发出将丙烯腈和各副产物同时从水溶液中蒸发出来,冷凝后再逐个精馏分离;来,冷凝后再逐个精馏分离; Q Q? 丙烯腈丙烯腈(77.3)(77.3)与乙腈与乙腈(81.6)(81.6
14、)的沸的沸点相近,普通精馏方法难于将它们分离点相近,普通精馏方法难于将它们分离方案二:方案二: 采用萃取精馏法先将丙烯腈和采用萃取精馏法先将丙烯腈和HCNHCN解吸出来,乙腈留解吸出来,乙腈留在水溶液中,然后再分离丙烯腈和在水溶液中,然后再分离丙烯腈和HCNHCN 乙腈与水完全互溶,而丙烯腈在水中的溶解度很乙腈与水完全互溶,而丙烯腈在水中的溶解度很小,用水作萃取剂,使两者精馏分离变得很容易小,用水作萃取剂,使两者精馏分离变得很容易第三节第三节 化工过程的主要效率指标化工过程的主要效率指标 生产能力和生产强度生产能力和生产强度 化学反应的效率化学反应的效率合成效率合成效率 转化率选择性转化率选择
15、性 收率收率 平衡转化率和平衡产率平衡转化率和平衡产率生产能力生产能力 一个设备、一套装置或一个工厂在单位时间内生产一个设备、一套装置或一个工厂在单位时间内生产的产品量或处理的原料量的产品量或处理的原料量 单位单位 千克千克/ /时(时(kg/hkg/h) 吨吨/ /天天(t/d) (t/d) 万吨万吨/ /年年(10kt/a)(10kt/a) 设计能力:设计能力:在最佳条件下可以达到的最大生产能力在最佳条件下可以达到的最大生产能力设备的单位体积(或面积)的生产能力设备的单位体积(或面积)的生产能力 单位:单位: kg/hmkg/hm3 3,t/dmt/dm3 3, kg/hmkg/hm2 2
16、,t/dmt/dm2 2生产强度生产强度时空收率时空收率(催化剂的生产强度催化剂的生产强度) ) 单位时间、单位体积(质量)催化剂所得产品量单位时间、单位体积(质量)催化剂所得产品量或处理原或处理原料的量料的量有效生产周期有效生产周期 开工因子开工因子= =全年开工生产天数全年开工生产天数/365/365化学反应效率化学反应效率-合成效率合成效率原子经济性原子经济性AE(atom ecnomy)-B.M.Trost 环境因子环境因子-荷兰荷兰Sheldon%100jjjiiiMFMPAE目标产物质量废物质量E P28例题计算例题计算转化率转化率 关键反应物的转化率关键反应物的转化率所谓关键反应
17、物指的是反应物中价值最高的组分,为所谓关键反应物指的是反应物中价值最高的组分,为使其尽可能转化,常使其它反应组分过量。使其尽可能转化,常使其它反应组分过量。对于不可逆反应,关键组分的转化率最大为对于不可逆反应,关键组分的转化率最大为100%100%;对于可逆反应,关键组分的转化率最大为其平衡转对于可逆反应,关键组分的转化率最大为其平衡转化率。化率。 (反应器)(反应器)(反应系统)(反应系统)循循 环环 流流 程程该反应物的转化总量应物的量转化为目的产物的某反S表达主、副反应进行程度的大小表达主、副反应进行程度的大小反映原料的利用是否合理反映原料的利用是否合理选择性选择性 S= S= 实际所得
18、目的产物量实际所得目的产物量 按某反应物的转化总量计算得到的目的产物理论量按某反应物的转化总量计算得到的目的产物理论量 从产物角度来描述反应过程的效率从产物角度来描述反应过程的效率?单程收率?单程收率 总收率总收率?平衡转化率平衡产率?平衡转化率平衡产率?转化率、选择性和收率的关系?转化率、选择性和收率的关系(Y=SX)(Y=SX) 该反应物的起始量应物的量转化为目的产物的某反Y收率收率( (产率产率) )质量收率质量收率 指投入单位质量的某原料所能生产的目的产物的质量指投入单位质量的某原料所能生产的目的产物的质量 目的产物的质量目的产物的质量 Y Ym m 某原料的起始质量某原料的起始质量温
19、度的影响温度的影响 温度对化学平衡的影响;温度对化学平衡的影响; 温度对反应速率的影温度对反应速率的影响响浓度的影响浓度的影响 反应物浓度对化学平衡和反应速率的影响反应物浓度对化学平衡和反应速率的影响 提高反应物浓度的方法提高反应物浓度的方法压力的影响压力的影响 第四节第四节 化学反应条件化学反应条件 对化学平衡和反应速率的影对化学平衡和反应速率的影响响不可逆反应不可逆反应-不考虑不考虑可逆反应,平衡常数与温度的关系可逆反应,平衡常数与温度的关系CRTHK)303. 2/(log0温度的影响温度的影响 l 吸热反应吸热反应标准反应焓差标准反应焓差HH00,K K值随着温度升值随着温度升高而增大
20、高而增大, ,有利于平衡产率增加有利于平衡产率增加l 放热反应放热反应标准反应焓差标准反应焓差HH00,K K值随着温度升值随着温度升高而减小,降低温度使平衡产率增加高而减小,降低温度使平衡产率增加温度对温度对化学平衡化学平衡的影响的影响 温度对温度对反应速率反应速率的影响的影响l总是随温度的升高而增加总是随温度的升高而增加l 不可逆反应,产物生成速率随温度的升高而加快不可逆反应,产物生成速率随温度的升高而加快l 可逆吸热反应,可逆吸热反应,净速率净速率随温度的升高而增高随温度的升高而增高l 可逆放热反应,在可逆放热反应,在最佳反应温度最佳反应温度下下净反应速率净反应速率最大最大K=AK=Ae
21、xp(-E/exp(-E/RT)RT)阿类尼乌斯方程阿类尼乌斯方程a aA+A+b bB B d d D D可逆放热反应可逆放热反应, ,净速率随温度变化的三种可能净速率随温度变化的三种可能温度较低时温度较低时, ,净反应速率随温度的升高而增高净反应速率随温度的升高而增高超过某值后超过某值后, ,净反应速率随温度的升高而降低净反应速率随温度的升高而降低净反应速率极大值净反应速率极大值最佳反应温度最佳反应温度浓度的影响浓度的影响反应物浓度对反应平衡的影响:反应物浓度对反应平衡的影响:反应物浓度越高,反应物浓度越高,越有利于平衡向产物方向移动使廉价易得的反应越有利于平衡向产物方向移动使廉价易得的反
22、应物过量,提高价贵难得反应物的利用率物过量,提高价贵难得反应物的利用率反应物浓度对反应速度的影响:反应物浓度对反应速度的影响:反应物浓度愈高,反应物浓度愈高,反应速率愈快。反应初期,反应物浓度高,反应速反应速率愈快。反应初期,反应物浓度高,反应速率大;末期率大;末期反应物浓度降低,反应速率减小反应物浓度降低,反应速率减小提高反应物浓度的方法提高反应物浓度的方法液相反应液相反应-溶剂提高溶解度溶剂提高溶解度, ,蒸发或冷冻产物蒸发或冷冻产物气相反应气相反应-压缩或降低惰性物含量压缩或降低惰性物含量可逆反应可逆反应反应物浓度和平衡浓度之差(反应推反应物浓度和平衡浓度之差(反应推 动力)动力), ,
23、反应远离平衡反应远离平衡-反应精馏等反应精馏等对固相和液相反应的影响:对固相和液相反应的影响:影响较小影响较小 对气相反应平衡的影响对气相反应平衡的影响 分子数增加的反应,降低压力可以提高平衡产率分子数增加的反应,降低压力可以提高平衡产率 分子数减少的反应,提高压力可以提高平衡产率分子数减少的反应,提高压力可以提高平衡产率 分子数不变的反应,压力对平衡产率无影响分子数不变的反应,压力对平衡产率无影响压力的影响压力的影响压力对反应平衡的影响压力对反应平衡的影响压力对气相反应速率的影响压力对气相反应速率的影响 一定范围内加压,对加快反应速率有一定好处,但一定范围内加压,对加快反应速率有一定好处,但
24、 压力过高,反而不经济压力过高,反而不经济惰性气体对反应速率和平衡产率的影响惰性气体对反应速率和平衡产率的影响 惰性气体的存在,降低反应物的分压,对反应速率惰性气体的存在,降低反应物的分压,对反应速率 不利,但有利于分子数增加反应的平衡产率不利,但有利于分子数增加反应的平衡产率催化剂的作用催化剂的作用催化剂的基本特征催化剂的基本特征催化剂的分类催化剂的分类 工业催化剂的使用工业催化剂的使用 第五节第五节 催化剂的性能及使用催化剂的性能及使用催化剂的定义催化剂的定义 能够改变某一化学反应速率,但在反应前后的数量能够改变某一化学反应速率,但在反应前后的数量 和化学性质不变的物质。和化学性质不变的物
25、质。 自催化作用自催化作用 化学反应所产生的产物加快了反应速度的现象化学反应所产生的产物加快了反应速度的现象负催化剂或阻化剂负催化剂或阻化剂 降低化学反应速率的物质降低化学反应速率的物质催化剂概念催化剂概念催化剂的作用催化剂的作用 提高反应速率和选择性提高反应速率和选择性 改进操作条件改进操作条件 催化剂有助于开发新的反应过程,发展新催化剂有助于开发新的反应过程,发展新 的化工技术的化工技术 催化剂在能源开发和消除污染中可发挥重催化剂在能源开发和消除污染中可发挥重 要作用要作用催化剂的基本特征催化剂的基本特征催化剂是参与了反应的,但反应终了时,催化剂是参与了反应的,但反应终了时, 催催化剂本身
26、未发生化学性质和数量的变化化剂本身未发生化学性质和数量的变化 催化剂只能缩短达到化学平衡的时间(即加速催化剂只能缩短达到化学平衡的时间(即加速作用),但不能改变平衡作用),但不能改变平衡 催化剂具有明显的选择性,特定的催化剂只能催化剂具有明显的选择性,特定的催化剂只能催化特定的反应催化特定的反应 催化剂的分类催化剂的分类 按催化反应体系的物相均一性按催化反应体系的物相均一性 均相催化剂均相催化剂 非均相催化剂非均相催化剂 按反应类别按反应类别 加氢、脱氢、氧化、裂化、水合、聚合、烷基化、加氢、脱氢、氧化、裂化、水合、聚合、烷基化、异构化、芳构化、羰基化、卤化异构化、芳构化、羰基化、卤化 按反应
27、机理按反应机理 氧化还原型催化剂、酸碱催化剂氧化还原型催化剂、酸碱催化剂 按使用条件下的物态按使用条件下的物态 金属催化剂、氧化物催化剂、硫化物催化剂、金属催化剂、氧化物催化剂、硫化物催化剂、酸催化剂、碱催化剂、络合物催化剂和生物催酸催化剂、碱催化剂、络合物催化剂和生物催化剂化剂工业催化剂的使用性能工业催化剂的使用性能 活性活性 选择性选择性 寿命寿命 l 化学稳定性化学稳定性l 热稳定性热稳定性l 力学性能稳定性力学性能稳定性 耐毒性耐毒性影响寿命的因素影响寿命的因素 许多固体催化剂在出售时的状态一般是较稳定的,许多固体催化剂在出售时的状态一般是较稳定的,这种稳定状态不具有催化性能,使用前对
28、其进行活这种稳定状态不具有催化性能,使用前对其进行活化,使其转化成具有活性的状态。化,使其转化成具有活性的状态。 不同类型的催化剂要用不同的活化方法,有还原,不同类型的催化剂要用不同的活化方法,有还原,氧化,硫化,酸化、热处理等等氧化,硫化,酸化、热处理等等催化剂的活化催化剂的活化 失活原因失活原因 超温过热,使催化剂表面发生烧结,晶型超温过热,使催化剂表面发生烧结,晶型 转变或物相转变;转变或物相转变; 原料气中混有毒物杂质,使催化剂中毒;原料气中混有毒物杂质,使催化剂中毒; 有污垢覆盖催化剂表面有污垢覆盖催化剂表面催化剂的失活和再生催化剂的失活和再生 暂时性中毒是可逆的,当原料中除去毒物后
29、,催暂时性中毒是可逆的,当原料中除去毒物后,催化剂可逐渐恢复活性化剂可逐渐恢复活性 永久性中毒则是不可逆的。永久性中毒则是不可逆的。 催化剂积碳可通过烧碳再生催化剂积碳可通过烧碳再生无论是暂时性中毒后的再生,还是积碳后的再生,无论是暂时性中毒后的再生,还是积碳后的再生,均会引起催化剂结构的损伤,致使活性下降均会引起催化剂结构的损伤,致使活性下降催化剂再生催化剂再生反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算 物料衡算的基本方程物料衡算的基本方程 间歇操作的物料衡算间歇操作的物料衡算 稳定流动过程的物料衡算稳定流动过程的物料衡算反应过程的热量衡算反应过程的热量衡算 原理与步骤原理与步骤 反应过程中涉及焓
30、变反应过程中涉及焓变 第六节第六节 反应过程的物料衡算和热量衡算反应过程的物料衡算和热量衡算 通过物、热衡算,计算生产过程的原料消耗指通过物、热衡算,计算生产过程的原料消耗指标、热负荷和产品产率等,为设计和选择反应器和标、热负荷和产品产率等,为设计和选择反应器和其它设备的尺寸、类型及台数提供定量依据;其它设备的尺寸、类型及台数提供定量依据; 核查生产过程中各物料量及有关数据是否正常,核查生产过程中各物料量及有关数据是否正常,有否泄漏,热量回收、利用水平和热损失的大小,有否泄漏,热量回收、利用水平和热损失的大小,从而查出生产上的薄弱环节和限制部位,为改善操从而查出生产上的薄弱环节和限制部位,为改
31、善操作和进行系统的最优化提供依据。作和进行系统的最优化提供依据。物料衡算和热量衡算的意物料衡算和热量衡算的意义义衡算系统的物料衡算通式衡算系统的物料衡算通式输入物料的总质量输入物料的总质量 = = 输出物料的总质量输出物料的总质量 + + 系统内积累的物料质量系统内积累的物料质量理论依据理论依据: : 质量守恒定律质量守恒定律 反应过程的物料衡算反应过程的物料衡算间歇操作过程的物料衡算间歇操作过程的物料衡算以每批生产时间为基准以每批生产时间为基准输入物料量:每批投入的所有物料质量的总和输入物料量:每批投入的所有物料质量的总和(包括反应物、溶剂、充入的气体、催化剂等)(包括反应物、溶剂、充入的气
32、体、催化剂等)输出物料量:该批卸出的所有物料质量的总和输出物料量:该批卸出的所有物料质量的总和(包括目的产物、副产物、剩余反应物、抽出的(包括目的产物、副产物、剩余反应物、抽出的气体、溶剂、催化剂等)气体、溶剂、催化剂等)投入料总量与卸出料总量之差为残存在反应器内投入料总量与卸出料总量之差为残存在反应器内的物料量及其它机械损失的物料量及其它机械损失稳定流动过程的物料衡算稳定流动过程的物料衡算系统中各点的参数(温度、压力、浓度和流量等)系统中各点的参数(温度、压力、浓度和流量等)不随时间而变化,系统中没有积累不随时间而变化,系统中没有积累输入系统的物料总质量输入系统的物料总质量 = = 输出系统
33、的物料总质量输出系统的物料总质量组分衡算组分衡算 (mmi i)入入 = =(mmi i)出出+ m+ mi i 原子衡算原子衡算 输入物料中所有原子的输入物料中所有原子的摩尔数摩尔数之和之和 = = 输出物料输出物料中所有原子的中所有原子的摩尔数摩尔数之和之和 物料衡算的步骤物料衡算的步骤绘出流程的方框图,以便选定衡算系统绘出流程的方框图,以便选定衡算系统写出化学反应方程式并配平写出化学反应方程式并配平选定衡算基准选定衡算基准( (一般单位质量原料或产品,单一般单位质量原料或产品,单位时间位时间),),以计算方便为原则以计算方便为原则收集或计算必要的各种数据收集或计算必要的各种数据设未知数,
34、列方程式组,联立求解设未知数,列方程式组,联立求解计算和核对计算和核对报告计算结果报告计算结果衡算原理:衡算原理:输入能量输入能量= =输出能量输出能量+ +累计能量累计能量 稳态连续,累计能量稳态连续,累计能量=0=0 反应过程的热量衡算反应过程的热量衡算热量衡算的步骤热量衡算的步骤首先要确定衡算对象,即明确系统及其周围环境的首先要确定衡算对象,即明确系统及其周围环境的范围范围选定物料衡算基准,物、热衡算方程式要联立求解,选定物料衡算基准,物、热衡算方程式要联立求解,均应有同一物料衡算基准均应有同一物料衡算基准确定温度基准,多以确定温度基准,多以298K298K(或(或273K273K)为基
35、准温度)为基准温度注意物质的相态,计算相应的焓变注意物质的相态,计算相应的焓变反应过程中涉及焓变反应过程中涉及焓变涉及涉及: :相变过程的焓变相变过程的焓变 反应的焓变反应的焓变( (在相同的始末温度和压力条件下,在相同的始末温度和压力条件下,由反应物转变为产物并且不做非体积功的过程焓变)由反应物转变为产物并且不做非体积功的过程焓变)反应热反应热 显焓变显焓变(无相焓变和化学焓变,只有温度和(无相焓变和化学焓变,只有温度和 压力变化)压力变化)焓是状态函数焓是状态函数,与变化途径无关与变化途径无关非标准状态下反应过程的总焓变非标准状态下反应过程的总焓变H=Hout-Hin=H1+H2+HR+H3+H46 6(反应反应CO+H2O=H2+CO2平衡常数平衡常数)(1 1)绘出流程的方框图,以便选定衡算系统)绘出流程的方框图,以便选定衡算系统(2 2)写出化学反应方程式并配平)写出化学反应方程式并配平CHCH4 4+H+H2 2O=CO+HO=CO+H2 2,
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