第二章化工過程及過程參數(shù)

第二章化工過程及過程參數(shù)第1頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)

化工過程化工過程——指由原料經(jīng)化學(xué)和物理處理加

工成化學(xué)產(chǎn)品和中間

產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。

/96/92/chblank164129296.shtml化工過程簡介

單元操作——在不同的生產(chǎn)過程中，有一些具有

共性的物理操作，它們不改變物料的化學(xué)性質(zhì)，只改變物料的物理性質(zhì)，這類操作稱為單元操作。第2頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）分離或提純（3）改變溫度（4）改變壓力化工過程中進行的主要操作可歸納為下幾類：（5）混合（1）化學(xué)反應(yīng)第3頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)

化工工藝流程流程圖——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?；すに嚵鞒毯唸D；流程圖分類：

表明物料量的物料流程圖；以裝置為單元的裝置流程圖；帶測量儀表控制點的的流程圖以管線為主的管線流程圖；第4頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2—2石油煉制工藝流程2—3乙烯空氣氧化制環(huán)氧乙烷的工藝流程

氨合成的工藝流程第三節(jié)

化工過程開發(fā)2—4化工過程開發(fā)簡介化工過程開發(fā)——指一個化學(xué)反應(yīng)從實驗室過渡到第一套生產(chǎn)裝置的全過程。第5頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)

過程參數(shù)過程參數(shù)——在化工生產(chǎn)過程中，能影響過程

運行和狀態(tài)的物理量（如T、P、G、組成等）。在指定條件下它的數(shù)值恒定，條件改變，其數(shù)值也隨之變化。溫度——表示物體冷熱程度的物理量。溫標——為度量物體的溫度而對溫度的零點和

分度方法作的規(guī)定。2—5溫度第6頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月

水的正常冰點作零點（0℃

），正常沸點作100℃。單位攝氏度（℃）以一種冰鹽混合物的溫度定為0℉

，以健康人的血液溫度定為96℉。單位華氏度（℉）。1、攝氏溫標

2、

華氏溫標水的冰點32℉，水的沸點212℉。第7頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月4、蘭金溫標以最低理論溫度為零點，單位蘭金度（°R）。分度方法同華氏溫標。0°R為-459.6℉（取-460℉）。以理想氣體定律和熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，規(guī)定分子運動停止時的溫度為最低理論溫度或絕對零度。指定水的三相點為273.16K，水的正常冰點為273.15K，沸點373.15K。單位K。3、開氏溫標第8頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月255

℉

°RK℃

水正常沸點水正常冰點2126723731003249227300460－18－4600絕對零度0－273四種溫標之間關(guān)系第9頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月溫標

相對溫標

絕對溫標

蘭金溫標°R華氏溫標℉

攝氏溫標℃

開氏溫標K5、

四種溫標之間的關(guān)系各種溫標間的換算公式：TF=1.8TC+32

第10頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月

TK=TC+273.15

TK=TC+273

TR=TF+459.58

TR=TF+460

TR=1.8TK

不同溫標溫差的換算系數(shù)：第11頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月例2-1

求20℉至100℉的溫度差值，用℃表示。

（1）

先換算成℃，再求溫度差。

（2）

直接計算以℃表示溫度差。

解:(1)據(jù)式TF=1.8TC+32

第12頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）根據(jù)式第13頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2—6壓力壓強——垂直作用于單位面積上的力。

單位：

PaatmmmHgatlbf/in2換算關(guān)系：

1atm=760mmHg=10336mmH2O柱=101.3kPa=14.7lbf/in2

1at=1kgf/cm2=10mH2O=735.6mmHg柱=98kPa

第14頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月絕對壓力=表壓+大氣壓力3、

表壓——工業(yè)上所用壓力表的指示值。4、真空度——當(dāng)被測壓力〈大氣壓時，大氣壓與絕對壓力的差值。

真空度=大氣壓力-絕對壓力常用壓力的表示方法：1、絕對壓力——流體的真實壓力。2、大氣壓力——圍繞我們周圍的大氣的壓力。第15頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2-7

流量

流量——單位時間內(nèi)流過管道某一截面的流體量。VS體積流量m3/s，ms質(zhì)量流量kg/s。

ms=ρVS(2—6)

流速

：u=VS/A（2—7）

質(zhì)量流率G——單位時間內(nèi)流過單位面積流通截面的流體質(zhì)量。kg/m2s.G=ms/A=ρVS/A=ρu（2—8）第16頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2-8物料的百分組成

一、摩爾與分子量混合物中i組分的各種濃度定義如下：

二、質(zhì)量百分數(shù)、體積百分數(shù)與摩爾百分數(shù)當(dāng)物質(zhì)質(zhì)量用kg、lbm表示時，物質(zhì)量有kmol(kgmol)、lbmol。xi=

=第17頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月i組分的體積分數(shù)==對混合物或溶液常用質(zhì)量分數(shù)或摩爾分數(shù)；對氣體混合物一般用體積分數(shù)。（取1摩爾為基準）由xiwiwi=第18頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月xi=名稱CH4C2H6N2體積%83.512.54.0代表符號123計算：（1）摩爾百分數(shù)；（2）質(zhì)量百分數(shù)；（3）平均分子量；（4）標準狀況下的密度。（取1kg為基準）由wixi例有一天然氣組成如下：第19頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）天然氣常溫常壓下可看為理想氣體，則體積百分數(shù)即為摩爾百分數(shù)。

（2）由摩爾百分組成求質(zhì)量百分組成w3==6.1%w1=w2==20.6%第20頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）平均分子量（4）標準狀況下的密度ρρ=M/22.4=18.23/22.4=0.8138kg/m3===18.23ρ=

=0.8138kg/m3第21頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月干基——不包括水蒸氣在內(nèi)求得的組成含量。

三、干基與濕基濕基——包括水蒸氣在內(nèi)求得的組成含量。（1）濕基→干基

取一定量濕氣為基準，由濕基求出各個組分的量，再求干基。（2）干基濕基例2—7（P27）煙道氣含N265%，CO212%，CO2.5%，O28.5%，H2O12%，計算該氣體的干基組成。

第22頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月解：取100mol濕氣體為基準，

65molN2，12molCO2，2.5molCO，8.5molO2。干氣體量=65+12+2.5+8.5=88mol所以N2=65/88=0.739mol/mol干氣=73.9%

CO2=12/88=0.136mol/mol干氣=13.6%CO=2.5/88=0.028mol/mol干氣=2.8%O2=8.5/88=0.097mol/mol干氣=9.7%第23頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月煙道氣組成（干基）N270%（mol%)，CO214%，CO6%，O210%，煙道氣中含H2O8%，計算該氣體的濕基組成。由干基求濕基組成：解：取100mol濕氣體為基準干氣量100-8＝92mol/100mol濕氣N2=70％×92%=64.4%CO2=14％×92%=12.88%第24頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月CO=6％×92%=5.52%O2=10％×92%=9.2%可否取100mol干氣體為基準完成此計算。第25頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月四、濃度常用溶液濃度表示方法除質(zhì)量百分數(shù)和摩爾百分數(shù)還有：（1）質(zhì)量濃度單位：千克（溶質(zhì)）/米3（溶液）；（2）體積摩爾濃度單位：摩爾（溶質(zhì)）/升（溶液）；（3）質(zhì)量摩爾濃度單位：摩爾（溶質(zhì)）/千克（溶劑）；（4）百萬分數(shù)（ppm）表示每一百萬分溶液中所含雜質(zhì)的量；用于液體和固體時指質(zhì)量分數(shù)，用于氣體時指摩爾分數(shù)。其他尚有比質(zhì)量分數(shù)（千克（溶質(zhì)）/千克（溶劑））、比摩爾分數(shù)（摩爾（溶質(zhì)）/摩爾（溶劑））。第26頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月第二章化工過程及過程參數(shù)小結(jié)

1、概念：化工計算、化工過程、單元操作、流程圖、化工過程開發(fā)、過程參數(shù)、溫度、溫標、干基和濕基。2、四種溫標的零點及分度方法，各種溫標的換算關(guān)系及換算。

3、物料的百分組成，表示方法及各種組成表示方法間的換算。

4、干基與濕基組成間的換算。

第27頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月習(xí)題2－1汞20°C的導(dǎo)熱系數(shù)為6.8kcal/m·h·°C。換算成SI單位、CGS單位及FPS單位。解：第28頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2－2由手冊查得下列液體在68oF時導(dǎo)熱系數(shù)為：醋酸0.099Btu／ft·h·oF;煤油；0.086Btu／ft·h·oF。換算成（1）液體溫度用oC表示；（2）導(dǎo)熱系數(shù)用CGS及SI單位表示。解：（１）第29頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（２）醋酸第30頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月煤油第31頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月２－3由一溫度已知值，計算下列所有溫度值KoCoFoR（１）398（２）－40（３）77（４）500解：由TF＝1.8TC+32，T＝TC+273.15，TR＝TF+459.67等式求之，結(jié)果見下表：第32頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月KoCoFoR（１）398124.85256.73716.4（２）133.15－40-40419.67（３）298.152577536.67（４）277.784.6340.33500第33頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月２－４丁烯（氣體）于１５８oF時之熱容為0.366Btu／lb·oF。換算成kcal/kg·oC及kJ/kg·K。解：第34頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2-5銅的熱容為式中溫度單位為攝氏溫度。試求：（1）將上式換算成Cp用Btu/lbmol·oR表示，式中溫度用蘭金溫度表示；（2）將60oC時銅之熱容單位用Btu/lbmol·oR表示。解：（1）第35頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）60oC或第36頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2－6、一反應(yīng)器的水銀壓力表讀數(shù)為26.5英吋汞真空度，當(dāng)時氣壓表讀數(shù)為763mmHg，求容器內(nèi)絕對壓力為多少？用lbf／in2、lbf/ft2、巴、mmHg、英吋汞柱及毫米汞柱表示。解：第37頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月第38頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2－730％（w%）的H2SO4在15.6oC的比重為1.22，試求此硫酸溶液的濃度。以下列單位表示：（1）mol/m3;(2)g/l;(3)lbmol/ft3;(4)kgH2SO4/kgH2O;(5)molH2SO4/mol溶液。解：取100kg硫酸溶液為計算基準第39頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月第40頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2－8ZnBr2的水溶液，其密度在20oC和80oC時分別為2.002g/ml和1.924g/ml，其組成為20oC時100ml溶液中含130gZnBr2。用下列方法表示其組成：（1）質(zhì)量百分數(shù)；（2）摩爾百分數(shù)；（3）kg(溶質(zhì))/kg(溶劑);（4）摩爾(溶質(zhì))/kg(溶劑);（5）克溶質(zhì)/100ml溶劑（80oC）;（6）摩爾溶質(zhì)／升溶液（20oC）。解：取100ml溶液為計算基準第41頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月第42頁，課件共50頁，創(chuàng)作于2023年2月2－9.一種三組分的液體混合物，其中含A10kg，B為25％（w％）以及每1摩爾B含1.5摩爾C，A、B、C三組分的分子量分別為56、58、72，比重分別為0.58、0.60、0.67。計算：（1）混合物的摩爾百分數(shù)及體積百分數(shù)|（2）混合物的平均分子量。解：（1）A、B、C的分子量分別