1、第一章第一章 概論概論2主要內容主要內容1.1 化學工業的分類及特征化學工業的分類及特征1.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝1.3 化工工藝計算化工工藝計算31.1 化學工業的分類及特征化學工業的分類及特征1.1.1 化學工業的分類化學工業的分類（1 1）無機化學工業）無機化學工業合成氨、無機酸、堿、鹽和無機化學肥料（2 2）基本有機化學工業）基本有機化學工業合成醇、有機酸、醛、酯、酮以及烷烴、烯烴、芳烴系列產品（3 3）高分子化學工業）高分子化學工業合成塑料及樹脂、合成纖維、合成橡膠（4 4）精細化學工業）精細化學工業試劑、催化劑、助劑、添加劑、活性劑、染料、顏料、香料、涂料

2、、農藥、醫藥等（5 5）生物化學工業）生物化學工業有機酸、生物農藥、飼料蛋白、抗生素、維生素、疫苗等v 按按產品產品分類：分類：41.1 化學工業的分類及特征化學工業的分類及特征1.1.1 化學工業的分類化學工業的分類（1 1）石油化工）石油化工 以石油和天然氣為原料的化學工業（2 2）煤化工）煤化工 通過煤的氣化、干餾和生產的電石為原料的化學工業（3 3）生物化工）生物化工 采用農、林等生物資源以及非生物資源，通過發酵、水解、酶催化而生產的化工產品（4 4）礦產化工）礦產化工 以化學礦為原料的化工產品（5 5）海洋化工）海洋化工 從海水中提煉的化工產品v 按按原料原料分類：分類：51.1 化

3、學工業的分類及特征化學工業的分類及特征1.1.2 化學工業的特征化學工業的特征（1）化學工藝方法和設備更新快，產品日新月異，是一個技術密集型的工業。（2）多數化學工業，特別是工業化學工業，無論原料和動力，都要消耗能量，是一個能源密集型的工業。（3）化工過程往往是易燃、易爆、有毒、有腐蝕的過程，生產條件控制嚴格，是一個連續性和自動化程度較高的工業。61.1 化學工業的分類及特征化學工業的分類及特征（4）為提高經濟效益，綜合利用資源和能源，基本化學工業均向大型化方向發展。（5）化工生產是易產生廢氣、廢水、廢渣的過程，為防止污染環境，治理三廢是化工生產中的不可忽視的問題，而治理三廢的同時，有時又可得

4、到有價值的副產品。（6）化工生產是有利于能量綜合利用的過程，以節能為主要內容的技術改造，是降低生產能耗，提高經濟效益的重要途徑。7主要內容主要內容1.1 化學工業的分類及特征化學工業的分類及特征1.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝1.3 化工工藝計算化工工藝計算81.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝 化學工業最基本的原料是煤、石油、天然氣、化學礦以及農林副產物和海洋資源，其中絕大部分基本有機化學工業和部分的基本無機化學工業的原料主要是煤和天然氣。目前，世界化學工業主要以石油和天然氣為原料，約占90%以上；而我國的化學工業原料則以煤為主。91.2 化工原料、產品及

5、其工藝化工原料、產品及其工藝1.2.1 石油及其加工工藝石油及其加工工藝 從油田開采出來的石油稱為原油，原油是一種褐黃色或黑色的粘稠液體，具有特殊氣味，原有的化學組成非常復雜，主要有碳和氫兩種元素所組成的各種烴類，并含有少量的氮、氧、硫化合物。烴類化合物分為烷烴、環烷烴和芳香烴。石蠟基石蠟基原油含較多的石蠟，烷烴含量超過50%，密度小，凝固點高，含硫及膠質較少，大慶原油屬于此類。環烷基環烷基原油含有較多的環烷烴和芳香烴，密度較大，凝固點低，含硫及膠質較多，瀝青亦較多。中間基中間基原油的性質介于前兩類之間。 v 原油按原油按組成組成可分為：可分為：101.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品

6、及其工藝 以石油為原料加工出來的產品甚多，按其主要性質和用途可分為燃料油（汽油、煤油、柴油）、潤滑油、瀝青、石油焦以及基本化工產品六大類。 基本化工產品為烯烴（乙烯和丙烯）、芳烴（苯、甲苯、二甲苯）、液化石油氣和合成氣等。以這些物質為原料進一步加工，可以制得各種各樣的化工產品和日用產品。 石油經熱裂解生成重要的有機化工原料包括“三烯”（乙烯、丙烯、丁二烯）、“三苯”（苯、甲苯、二甲苯）等。111.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝121.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝 為了充分利用寶貴的石油資源，要對石油進行一次加工和二次加工，在生產出汽油、航空煤油、柴油、鍋爐

7、燃油和液化氣的同時，制取各類化工原料。一次加工：一次加工：原油的常壓蒸餾和減壓蒸餾過程。蒸餾是一種利用液體混合物中各組分揮發度的差別（沸點不同）進行分離的方法，是一種沒有化學反應的傳質、傳熱物理過程。二次加工：二次加工：常減壓蒸餾餾份油的進一步化學加工過程。主要包括重整、催化裂化、催化加氫裂化和烴類熱裂解。 131.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝141.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝1.2.2 天然氣及其加工工藝天然氣及其加工工藝主要成分：主要成分：氣態烴類，還含有少量的二氧化碳、氮氣和硫化物等雜質。來源：來源：伴生氣和非伴生氣。伴生氣是伴隨石油共生，通稱為

8、油田氣；非伴生氣為單獨的氣田資源，純氣田的天然氣主要成分是甲烷。干氣：干氣：每m3氣體中C5以上重質烴含量低于13.5 cm3（液體）濕氣：濕氣：每m3氣體中C5以上重質烴含量高于13.5 cm3（液體）貧氣：貧氣：含C3以上烴類高于94 cm3（液體）富氣：富氣：含C3以上烴類低于94 cm3（液體）151.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝產地組成（體積分數%）CH4C2H6C3H8C4H10C5H12H2S(mg/kg)COCO2H2N2四川 93.010.80.20.0520400.020.40.025.5勝利 92.073.12.320.860.10.680.84遼河

9、90.783.271.460.930.782005 0.281.5幾種氣田的天然氣組成幾種氣田的天然氣組成161.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝 天然氣作為化工原料時，主要是制取合成氣，而進一步加工成各種化工廠品；用天然氣為原料加工的基本化工產品，其成本一般較低。 天然氣是化學工業的重要原料，也是一種高熱值、低污染的清潔能源。由天然氣井、油田、煤層中產生的天然氣，不宜直接用作化工原料，還需脫除有害組分，并將各組分分離，然后才能將所得各種組分合理利用。 171.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝天然氣的初步加工處理工藝流程181.2 化工原料、產品及其工藝化工原料

10、、產品及其工藝天然氣的化學加工途徑191.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝1.2.3 煤及其加工工藝煤及其加工工藝v主要成分：主要成分：碳、氫和氧，并含有少量的氮、硫、磷等雜原子。 煤的種類C，wt%H，wt%O，wt%泥煤6070562535褐煤7080561525煙煤809045515無煙煤90981313不同煤的主要元素組成不同煤的主要元素組成201.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝211.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝 由于煤中含有大量的芳核結構，以它為原料來制取芳烴、稠環和雜環等類化合物(如苯類、酚類、喹啉、吡啶、咔唑等)，要比石油方

11、便。目前世界上由煤得到的苯約占苯總產量的25%，萘約占萘總產量的85%，蒽、苊、芘占其總產量的90%以上，咔唑、喹啉均占100%，炭黑占其總產量的25%。 221.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝v在煤化工范疇內的煤加工過程主要有煤的干餾、氣化、液化等。煤的干餾煤的干餾是在隔絕空氣的條件下加熱煤，使其分解生成焦炭、煤焦油、粗苯和焦爐氣的過程，也稱為煤的熱解或熱分解。高溫干餾：高溫干餾：煤在煉焦爐中隔絕空氣加熱到1000左右，經過干餾的一系列階段，最終得到焦炭，該過程也稱為高溫煉焦或簡稱煉焦。低溫干餾：低溫干餾：煤在終溫500700下進行的干餾過程，產生半焦、低溫焦油和煤氣等產物

12、。231.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝煤的氣化：煤的氣化：以煤或煤焦（半焦）為原料，以氧氣（空氣、富氧或純氧）、水蒸氣或氫氣等作為氣化劑（或稱氣化介質），在高溫（9001300）通過化學反應把煤或煤焦中的可燃部分轉化為氣體的過程。氣化時所得到的氣體稱為煤氣，其有效部分包括一氧化碳、氫氣和甲烷等。煤的液化：煤的液化：通過化學加工將煤轉化為液體燃料的過程。直接加氫液化：直接加氫液化：在高壓（1020MPa）、高溫（420480）和催化劑作用下轉化成液態烴的過程。間接液化：間接液化：將煤預先制成合成氣，然后在催化劑的作用下是合成氣轉化成烴類燃料、含氧化合物燃料的過程。241.2

13、化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝251.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝1.2.4 化學礦及其加工工藝化學礦及其加工工藝 固體化學礦的種類甚多，大多數化學礦是以化合物的形態存在，且含有多種元素。通常按某種元素在礦石中含量的高低分為高品位礦和低品位礦，低品位礦必須通過選礦富集才能作為原料。 化學礦主要用于制取金屬和無機鹽類產品。化學礦種類繁多，主要礦物舉例如下。261.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝鹽礦：鹽礦：巖鹽、海鹽或湖鹽等，用于制造純堿、燒堿、鹽酸和氯乙烯等硫礦：硫礦：硫磺(S)、硫鐵礦(FeS2)等，用于生產硫酸和硫磺磷礦：磷礦：氟磷灰石Ca

14、5F(PO4)3、氯磷灰石Ca5Cl(PO4)3，用于生產磷肥，磷酸及磷酸鹽等鉀鹽礦：鉀鹽礦：鉀石鹽(KCl和NaCl混合物)、光鹵石(KClMgCl26H2O)、鉀鹽鎂礬(KClMgSO43H2O)鋁土礦：鋁土礦：水硬鋁石(-Al2O3H2O)和三水鋁石(Al2O33H2O)的混合物硼礦：硼礦：硼砂礦(Na2O2B2O310H2O)、硼鎂石(2MgOB2O3H2O)等271.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝錳礦：錳礦：錳礦(和-MnO2)、菱錳礦(MnCO3)等鈦礦：鈦礦：金紅石(TiO2)、鈦鐵礦(FeTiO3)等鋅礦：鋅礦：閃鋅礦(ZnS)、菱鋅礦(ZnCO3)鋇礦：鋇礦

15、：重晶石(BaSO4)、毒晶石(BaCO3)等天然沸石：天然沸石：斜發沸石、絲光沸石、毛沸石(化學組成均為NaOAl2O3nSiO2xH2O)等硅藻土硅藻土(含83%89% SiO2nH2O) 膨潤土膨潤土(Mg, Ca)OAl2O35SiO2nH2O，可作吸附劑和催化劑載體281.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝 化學礦的加工方法主要有熱化學加工（煅燒、焙燒等）、浸取分離、萃取分離、提取分離和電化學等。除熱化學加工外，其他各種加工方法是用水或溶劑把所需的金屬化合物提取出來，這些方法通稱為濕法冶金。 291.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝主要礦物質的加工利用

16、301.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝1.2.5 生物質及其加工工藝生物質及其加工工藝來源：來源：農、林、牧、副、漁業的產品及其廢棄物（殼、芯、稈、糠、渣）等農副產品。利用方法：利用方法：一是直接提取其中固有的化學成分；二是利用化學或生物化學的方法將其分解為基礎化工產品或中間品。加工過程：加工過程：涉及萃取、微生物水解、酶水解、化學水解、裂解、催化加氫、皂化、氣化等一系列生產工藝和操作。 311.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝v 糠醛和糠醇的生產 (C5H8O4)n水解nC5H10O5脫水+3nH2OOCHOn加氫OCH2OHnH+多縮戊糖戊糖糠醛糠醇321

17、.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝v乙醇的生產 (C6H10O5)nnC12H22O112nH2O淀粉酶nH2O淀粉酶2nC6H12O6淀粉麥芽糖葡萄糖C6H12O6酵母2CH3CH3OH2CO2+33主要內容主要內容1.1 化學工業的分類及特征化學工業的分類及特征1.2 化工原料、產品及其工藝化工原料、產品及其工藝1.3 化工工藝計算化工工藝計算34 對于穩定的連續流動系統過程，無物料的積累，再若過程中無物料的損失，則輸入的總物料量 等于輸出的總物料量 ，即1.3 化工工藝計算化工工藝計算1.3.1 物料衡算物料衡算v物料衡算的依據是質量守恒定律：進入系統的物料量進入系統的物

18、料量 = 離開系統的物料量離開系統的物料量 + 系統內物料積累量系統內物料積累量FGEG FEG =G351.3 化工工藝計算化工工藝計算（1）必須選擇某一物料的數量作為計算的依據，稱為物料衡算的基準。（2）所選組分往往是不發生變化的惰性物料。對于發生復雜化學反應的過程，最好選用元素的物質的量（如kmol）。（3）在一個系統中進行各設備的物料衡算時，應采用同一個基準，以避免發生計算錯誤。v 在進行物料衡算時應注意的問題：361.3 化工工藝計算化工工藝計算冷卻塔濕 氣 體 （VF）水 （W）干 氣 體 （VE）1.3.1 物料衡算（物理變化過程）物料衡算（物理變化過程）FEV = V +WgF

19、gEV= VWFWEV= V+W總物料衡算式干氣體的物料衡算式水的物料衡算式37連續過程的物料衡算連續過程的物料衡算 一般表示式為：一般表示式為： 系統中積累系統中積累 = 輸入輸入 輸出輸出 + 生成生成 消耗消耗穩態過程時穩態過程時 輸入輸入 = 輸出輸出 生成生成 + 消耗消耗無化學反應的穩態過程無化學反應的穩態過程 輸入輸入 = 輸出輸出 38物料平衡形式 總平衡式總平衡式 *總質量平衡式總質量平衡式 總摩爾平衡式總摩爾平衡式 組分平衡式組分平衡式 組分質量平衡式組分質量平衡式 組分摩爾平衡式組分摩爾平衡式 元素原子平衡式元素原子平衡式 *元素原子質量平衡式元素原子質量平衡式 *元素原

20、子摩爾平衡式元素原子摩爾平衡式39物料衡算的基本步驟 畫出流程示意圖畫出流程示意圖 列出已知數據列出已知數據 列出由物料平衡所需求解的問題列出由物料平衡所需求解的問題 決定系統的邊界決定系統的邊界 寫出主、副產品的化學反應方程式寫出主、副產品的化學反應方程式40 約束條件約束條件 選擇計算基準選擇計算基準 進行物料平衡計算進行物料平衡計算 列出物料和能量平衡表，并進行校核列出物料和能量平衡表，并進行校核 結論結論41關于基準 時間基準時間基準 連續（小時，天連續（小時，天） 間歇（釜，批間歇（釜，批） 質量基準質量基準 kg，mol， kmol 體積基準體積基準 m3（STP） 干濕基準干濕基

21、準 干基（不含水），濕基（含水）干基（不含水），濕基（含水）例：例：100kg濕物料，其中含水濕物料，其中含水10kg， 按按 濕基：含水率為濕基：含水率為10%； 若按若按 干基：含水率為干基：含水率為 10/（100-10）100%=11.11%421.3 化工工藝計算化工工藝計算例例1-1 苯、甲苯、二甲苯混合物采用由兩個精餾塔組成的單元設備中進行分離，得到三種物流，各為一種物質的富集液，系統流程如圖1-10所示。已知料液流率為1000molh1，其組成為苯20%，甲苯30%，其余為二甲苯（均為摩爾分數）。在第一個精餾塔的釜底液中含苯2.5%和甲苯35%，然后進入第二個精餾塔分離，塔頂得

22、到含苯8%和甲72%的溜出液，試計算各個精餾塔得到的餾出液、釜底液及其組成。12345F1= 1000m ol/hx1B= 0.2x1T= 0.3x1x= 0.5F2x2Bx2TF4x4B= 0.08x4T= 0.72x4xF3x3B= 0.025x3T= 0.35F5x5Tx5x43解解 在系統流程圖上，標明各流股物料量，其中 、 和1.3 化工工藝計算化工工藝計算12345F1=1000m ol/hx1B=0.2x1T=0.3x1x=0.5F2x2Bx2TF4x4B=0.08x4T=0.72x4xF3x3B=0.025x3T=0.35F5x5Tx5x3Bx3Tx3xx分別表示流股3中苯、甲

23、苯和二甲苯的組成。 441.3 化工工藝計算化工工藝計算231000FF22B31000 0.2F0.025Fx22B31000 0.3F (1)0.35Fx345FF +F340.025F0.08F3455T0.35F0.72FF x該精餾過程可列出三組衡算方程，每組選出三個獨立方程，即：塔塔I：總物料苯甲苯塔塔II：總物料苯甲苯12345F1= 1000m ol/hx1B= 0.2x1T= 0.3x1x= 0.5F2x2Bx2TF4x4B= 0.08x4T= 0.72x4xF3x3B= 0.025x3T= 0.35F5x5Tx5x451.3 化工工藝計算化工工藝計算2451000FFF22

24、B41000 0.2F0.08Fx22B455T10000.3F (1)0.72FFxx整個過程：整個過程：總物料苯甲苯流股12345組分molh-1組成molh-1組成molh-1組成molh-1組成 molh-1組成苯2000.201800.90200.025200.08甲苯3000.30200.102800.351800.72100.10.182二甲苯5000.505000.625500.20449.90.818合計10001.002001.008001.002501.005501.00求解結果列表461.3 化工工藝計算化工工藝計算1.3.1 物料衡算（化學變化過程）物料衡算（化學變化

25、過程）燃燒塔爐 氣（VC OVC O2、VO2）氧（VO2F）碳（GCF）GC Ev 對于化學反應過程，同一種元素的摩爾數是不變的，故可以按元素的摩爾數列出物料衡算式。 v 各種元素的物料衡算式：CFCOCOCE2GVVGO FCOCOO E222G0.5VVG碳氧v總物料衡算式：CFO FCOCOOCE222G2V2V3V2VG471.3 化工工藝計算化工工藝計算C + O2 = CO2 C + 0.5O2 = CO v 獨立反應： v 組分數N等于元素總數M與獨立反應數R之和：N = M + R481.3 化工工藝計算化工工藝計算v 轉化率：轉化率：反應所消耗的物料量與投入反應的物料量之比

26、值稱為該組分的轉化率，一般以分率來表示，若用符號XA表示A組分的轉化率，則得： AAX =A反應消耗 組分的量投入反應 組分的量v 產率（或收率）：產率（或收率）：主產物的實際收得量與按投入原料計算的理論產量之比值。用分率或百分率來表示，若用符號Y來表示產率，則得：Y=主產物實際收得量按投入原料計算的理論產量Y=主產物收得量折算成原料量原料投料量491.3 化工工藝計算化工工藝計算v 選擇性：選擇性：表示各種主、副產物中，主產物所占的分率或百分率。用符號表S示，則得：S=主產物收得量折算成原料量反應掉的原料量v 相對于同一反應而言，轉化率、產率與選擇性之間存在如下關系：YX S501.3 化工

27、工藝計算化工工藝計算例例1-2 用鄰二甲苯氣相催化氧化生產鄰苯二甲酸酐（苯酐）。鄰二甲苯投料量205kg/h，空氣4500m3/h。反應器出口物料組成（摩爾分數）如表所示。計算鄰二甲苯轉化率、苯酐收率及反應選擇性。 組分苯酐順酐鄰二甲苯氧氣氮氣其他合計mol%0.650.040.0316.58784.70100+O2CH3CH3CCOOO+3H2O2511.3 化工工藝計算化工工藝計算解解 畫出物料流程圖：因尾氣中含有大量的惰性組分N2，故選擇N2作為物料衡算的聯系物。計算反應器出口物料的總流量：450079.2%22.4204(kmol/h)78%521.3 化工工藝計算化工工藝計算反應器出

28、口物料中苯酐和鄰二甲苯的流量：204 0.65%1.326(kmol/h)204 0.03% 106.176.50(kg/h)苯酐鄰二甲苯+O2CH3CH3CCOOO+3H2O2主反應式：M148.11M106.17苯酐鄰二甲苯鄰二甲苯的轉化率苯酐收率反應選擇性2056.5X100%96.83%2051.326Y100%68.67%205106.17Y68.67%S100%70.92%X96.83%531.3 化工工藝計算化工工藝計算例例1-3 苯甲酰苯甲酸（BB酸）脫水縮合制蒽醌，要求控制反應終點時硫酸組成為93.5%。每批投料工業BB酸400kg，含水10%，干品含純BB酸97%，縮合劑硫

29、酸的濃度為97.8%，求算濃硫酸的需用量。縮合反應的轉化率為99%（以上均為質量分數） 。C6H5(CO)C6H4COOH+H2OC6H4(CO)2C6H4H2SO4400 0.9 0.97349(kg)400 0.140(kg)4000.90.0311(kg)349 0.99 208/226318(kg)349 0.99 18/22627.5(kg)349 0.13.5(kg)400kg工業BB酸中含純BB酸含水含雜質反應生成蒽醌反應生成水未反應的BB酸0.01解解541.3 化工工藝計算化工工藝計算X 4027.5X 67.50.978X0.935X 67.5X1470(kg)147067

30、.51537.5(kg)反應后廢酸總量反應后廢酸濃度解得廢酸質量 設97.8%的H2SO4用量為X kg551.3 化工工藝計算化工工藝計算輸入輸出名稱質量/kg組成/%純重/kg名稱質量/kg組成/%純重/kg工業BB酸400BB酸 87.2H2O 10.0雜質 2.83494011粗蒽醌332.5蒽醌 95.6BB酸 1.1雜質 3.33183.511.0濃硫酸1470H2SO4 97.8H2O 2.21437.632.4廢酸1537.5H2SO4 93.5H2O 6.51437.5100合計1870187018701870每批物料平衡表每批物料平衡表 561.3 化工工藝計算化工工藝計算

31、v弛放過程：弛放過程：在帶有循環物流的過程中，由于有些惰性組分或某些雜質沒有分離掉，再循環中逐漸積累，會影響正常生產和正常操作。為了使循環系統中惰性組分保持在一定濃度范圍內，需要將一部分循環氣排放出去，這種排放稱為弛放過程。v在連續弛放過程中，穩態的條件為：v弛放物流中任一組分的濃度與進行馳放那一點的循環物流濃度相同。因此，馳放物流的流率由下式決定：弛放時惰性氣體排出量 = 系統惰性氣體進入量料液流率料液中惰性氣體濃度 = 弛放物流流率制定循環流中惰性氣體濃度571.3 化工工藝計算化工工藝計算例例1-4 由氫氣和氮氣生產合成氨時，原料氣中總含有一定數量的惰性氣體，如氬和甲烷。為了防止循環氫、

32、氮氣中惰性氣體的積累，因此應設置馳放裝置，如圖所示。假定原料氣的組成（摩爾分數）N2為24.75，H2為72.25，惰性氣體為1.00。N2的單程轉化率為25%，循環物料中惰性氣體為12.5%，NH3為3.75%（摩爾分數），試計算各股物流的流率和組成。581.3 化工工藝計算化工工藝計算解解 基準：原料氣100mol/h循環物流組成（以代表惰性組分）：因循環氣和馳放氣從同一節點分流，故循環物流組成與馳放氣組成相同。組成如下：3I = 0.125NH = 0.0375， 2N = (1 0.1250.0375)/40.20942H = 0.2094 3= 0.6281馳放氣流率F4由惰性氣體平

33、衡求出：44100 0.010.125FF8(mol)循環物流流率R由N2組分衡算求取：14(0.2475F 0.2094R ) (1 0.25) (F+R ) 0.2094 R 322.58(m ol) 14( 0 .2 4 7 5 F0 .2 0 9 4 R )( 10 .2 5 )( F + R )0 .2 0 9 4R3 2 2 .5 8 ( m o l) 591.3 化工工藝計算化工工藝計算進反應器混合氣的流率F2：21F = R+F = 322.58+100 = 422.58(mol)產品液氨的流率F3（由質量衡算得）：為簡化計算，將惰性氣體全部看作是Ar，取惰性氣體的相對分子質量

34、為40，則有：原料氣質量流率： 311 409929928881.5(g)44弛放氣質量流率：80 .1 2 54 080 .0 3 7 51 780 .2 0 9 42 880 .6 2 8 121 0 2 ( g ) 液氨質量流率： 881.5 102779.5(g)液氨摩爾流率F3： 3F779.5/1745.85(mol)80 .1 2 54 080 .0 3 7 51 780 .2 0 9 42 880 .6 2 8 121 0 2 (g ) 601.3 化工工藝計算化工工藝計算項目原料氣F1循環氣R混合氣F2馳放氣F4液氨F3摩爾流率，mol/h100322.58422.58845

35、.85物流組成（摩爾分數）N20.24750.20940.21840.20940H20.74250.62810.65520.628100.010.1250.09780.1250NH300.03750.02860.03751.00合計1.001.001.001.001.00物料衡算結果物料衡算結果 61v對于穩定的連續流動過程，無熱量的積累，且不計入熱量的損失時，輸入的總熱量1.3 化工工藝計算化工工藝計算1.3.2 熱量衡算熱量衡算v熱量衡算以熱力學第一定律為基礎。 輸入的總熱量 = 輸出的總熱量 + 積累的熱量 + 損失的熱量FQEQ就等于輸出的總熱量FEQ =Qv因為熱量是相對值，故在進行

36、熱量衡算時，應選定基準的溫度和相態。基準溫度可以任意選擇，但一般選取0或25，因為在這兩個溫度下的熱力學數據較多，易于查用。621.3 化工工藝計算化工工藝計算（1）以反應熱為基礎計算（2）以生成熱為基礎計算0ARrAHH(H )(H )iiiinnn輸出輸入A：任意一種反應物或產物 nAR：過程中生成或消耗A的物質的量 A ：的化學計量系數 H(H )(H )iiiinn輸出輸入v熱量衡算的兩種方法：熱量衡算的兩種方法：631.3 化工工藝計算化工工藝計算例例1-5 甲烷在連續式反應器中空氣氧化生產甲醛，副反應是甲烷完全氧化生成CO2和H2O。CH4(氣)+O2+HCHO(氣)H2O(氣)C

37、H4(氣)+2O2+CO2(氣)2H2O(氣)以100mol進反應器的甲烷為基準，物料流程如圖1-15所示。假定反應在足夠低的壓力下進行，氣體便可看作理想氣體。甲烷于25進反應器，空氣于100進反應器，如要保持出口產物為150，需從反應器取走多少熱量？25 ，CH4 100m olO2 100m olN2 376m ol100QCH4 60m olH CH O (氣) 30m olCO2 10m olH2O (氣) 50m olO2 50m olN2 376m ol150641.3 化工工藝計算化工工藝計算解解 物料衡算基準：物料衡算基準：100mol進料中的CH4。衡算結果如圖所示。各組分單

38、位進料（各組分單位進料（25）的焓值）的焓值 （1）25下進料甲烷的焓0f,CH4H74.85kJ/mol 查手冊得生成熱 04f,CH4(CH )HH74.85kJ/mol 進則 能量衡算：能量衡算：取25時生成各個反應物和產物的各種原子（即C、O、H）為基準，非反應物質N2也取25為基準（因25是氣體平均摩爾熱容的參考溫度）。各焓值計算如下。651.3 化工工藝計算化工工藝計算O ,1002H（2） pC (100)29.8J/(K mol)查手冊得 p2(O )HC (100)(10025)2235(J/mol)2.235(kJ/mol)進N ,1002H（3） 查手冊得 pC (100)29.16J/(K mol)p2(N )HC (100)(10025)2.187(kJ/mol)進各組分單位出料的焓值各組分單位出料的焓值 O ,1502H（1）pC (150)30.06J/(K mol)查手冊得 p2(O )HC (150)(15025)3.758(kJ/mol)出661.3 化工工藝計算化工工藝計算（2） N ,1502HpC (150)29.24J/(K mol)查手冊得 p2(N )HC (150)(15025)3.655(kJ/mol)出CH ,1504H（3） pC