化工計(jì)算 (2) 第二章

第2章

化工計(jì)算

第2章

化工計(jì)算一.化學(xué)計(jì)量學(xué)二.物料衡算三.熱量衡算一.化學(xué)計(jì)量學(xué)1.反應(yīng)物的摩爾比:

加入反應(yīng)器中幾種反應(yīng)物之間的摩爾數(shù)之比,又稱投料比.

化學(xué)計(jì)量比:化學(xué)反應(yīng)式的摩爾數(shù)之比.2.限制反應(yīng)物和過量反應(yīng)物:

最小化學(xué)計(jì)量數(shù)存在的反應(yīng)物,稱為限制反應(yīng)物.其它反應(yīng)物則是過量反應(yīng)物.3.過量百分?jǐn)?shù):

過量反應(yīng)物Ne超過限制反應(yīng)物Nt所需理論量部分,占所需理論量Nt的百分?jǐn)?shù).例題1

氯苯二硝化為二硝基氯苯，投料摩爾數(shù)為:氯苯5摩爾，硝酸10.70摩爾，求原料過量百分?jǐn)?shù)。解：ClC6H5+2HNO3ClC6H3(NO3)2+2H2O12125mol氯苯，消耗10mol硝酸，投料10.70摩爾，故硝酸過量

過量百分?jǐn)?shù)=（10.7-10）/10=7%4.轉(zhuǎn)化率XA：

某一反應(yīng)物反應(yīng)掉的量，占其投入量的百分率

XA＝ＮＲ／Ｎin

*100%

ＮＲ=Ｎin-Ｎout5.選擇性S：

SA=(Np*a/p)/(Na,in-Na,out)*100%6.理論收率yp:yp=(Np*a/p)/Na,in*100%

yp=XA*SA7.重量收率yw

yw

=目的產(chǎn)物重量／投入某原料重量8.原料消耗定額

定額=投入某原料重量／目的產(chǎn)物重量9.單程轉(zhuǎn)化率，總轉(zhuǎn)化率

Ｘ單=XA

=（ＮＲ／Ｎin

）反應(yīng)器Ｘ總=（ＮＲ／Ｎin

）系統(tǒng)二.物料衡算（１）畫出衡算對(duì)象的簡(jiǎn)單方框示意圖，明確計(jì)算對(duì)象．（２）圖中標(biāo)注所用到的數(shù)據(jù)（物料組成，物性數(shù)據(jù)，工藝條件）（３）列出衡算涉及的反應(yīng)，及反應(yīng)或傳質(zhì)進(jìn)行的程度．（４）選擇合適的計(jì)算基準(zhǔn)．（５）列出物料衡算式．（６）如果計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目多，采用列表方式，對(duì)比結(jié)果，一目了然．（７）校核計(jì)算結(jié)果例題2100mol苯胺,用硫酸烘焙磺化,測(cè)得生成物中含有87mol對(duì)氨基苯磺酸,2mol未反應(yīng)完的苯胺,還有一定數(shù)量的焦油,求反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率,選擇性,理論收率.例題3

100kg苯胺（純度99%，分子量93）,用硫酸磺化精制后,得到生成物中含有97%的對(duì)氨基苯磺酸鈉217kg(分子量231.2）,按苯胺計(jì)算,求反應(yīng)的理論收率和重量收率，原料消耗定額。例題4苯氯化制氯苯，為了減少副產(chǎn)品二氯苯的生成量，每100mol苯用40mol氯，反應(yīng)產(chǎn)物中含有38mol氯苯，1mol二氯苯，還有61mol未反應(yīng)的苯，經(jīng)分離后回收60mol苯，損失1mol苯，求反應(yīng)單程轉(zhuǎn)化率，總轉(zhuǎn)化率，生成氯苯的選擇性，生成氯苯的總收率。例題5石灰石含有CaCO3

90%,MgCO3

5%,惰料4.5%，水份0.5%，燃燒時(shí)碳酸鹽各有95%分解。固體燃料完全燃燒。若不考慮固體燃料灰渣混入，求生產(chǎn)１噸石灰所需的石灰石量（原料消耗定額）．廟底溝彩陶廟底溝彩陶例題６天然氣含有甲烷80%,乙烷5%，二氧化碳10%，氮?dú)?%，用50%過量空氣燃燒．天然氣中的Ｃ有95%生成了ＣＯ２，其余生成ＣＯ，Ｈ全部生成水，求燃燒后煙氣成分．例題７用含有ＣaF2

96%，SiO24%的螢石制備氫氟酸，螢石的分解率為95%，使用93%的硫酸，用量超過理論值（分解率為100%）的15%。求生產(chǎn)的原料消耗定額（以100%HF計(jì)）越王勾踐劍例題8工業(yè)苯中含苯95%，工業(yè)液氯含氯99%，要求作出苯氯化制氯苯的物料衡算，列表表示．氯化的液相產(chǎn)物中含苯5%，氯苯32%，二氯苯2.5%，三氯苯0.5%（不包括原料帶入的其它雜質(zhì)，計(jì)算中忽略過程損失）三．熱量衡算：熱量衡算的依據(jù)是能量衡算（１）焓物質(zhì)所具能量Ｈ＝Ｕ＋ＰＶ（２）顯熱溫度漸變引起的熱量變化（３）潛熱等溫等壓，發(fā)生相變所引起的熱量變化氣化熱，熔融熱，升華熱（４）反應(yīng)熱伴隨反應(yīng)的熱量變化例題９石灰窯煅燒石灰．已知石灰石含ＣaCO3

96%，焦炭中含C

89%,其余為灰分，各化合物的生成熱為（Ｋj/mol)：CaCO3

1206，CaO

635.1,CO2393.5.焦炭實(shí)際用量為石灰石的8%．若焦炭完全燃燒，石灰石完全分解，求分解的熱效率．第一章緒論第一章緒論

第一章緒論第一章緒論

第一章緒論

越來越多的化學(xué)知識(shí)用于分析和解決社會(huì)問題。比利時(shí)斷橋事件（磷的作祟）。當(dāng)今社會(huì)所面臨的問題同樣和化學(xué)有著密切的聯(lián)系（能源危機(jī)，糧食問題，環(huán)境污染）高級(jí)螢光乳膠漆這是一種具有白天吸收光能，夜間可發(fā)出柔和螢光的神奇功能的涂料。每天可持續(xù)發(fā)光6小時(shí)，發(fā)光功能可維持4年不變，是一種豪華的新型裝飾材料。二、化學(xué)的社會(huì)功能第一章緒論2.1化學(xué)與人類的衣食住行2.2化學(xué)與人類的健康2.3化學(xué)與能源問題2.4環(huán)境問題與化學(xué)化工2.5化學(xué)與保健2.6化學(xué)與新材料2.7化學(xué)與安全第一章緒論2.1化學(xué)與人類的衣食住行

衣：尼龍的出現(xiàn)使紡織品的面貌煥然一新。它是合成纖維的重大突破，同時(shí)也是高分子化學(xué)的重要里程碑。尼龍66，尼龍6，錦綸—聚酰胺，滌綸—聚酯氨綸—內(nèi)衣面料萊卡未來服裝：防蚊蟲，防曬，免清洗，多功能（游泳服，太空服，醫(yī)用服，防輻射等等）第一章緒論食：高效低毒綠色肥料和農(nóng)藥，抑制有害生物，不會(huì)長(zhǎng)期存留，健康人類，健康環(huán)境色、香、味、俱全的各種食品添加劑：甜味素，防腐劑，香料，調(diào)味劑，色素，蓬松劑，發(fā)酵劑第一章緒論?。核?，石灰，油漆，玻璃，塑料，瓷磚行：汽油，柴油，潤(rùn)滑油，燃油添加劑，防凍劑日用：藥品，洗滌劑，化妝品人類衣食住行都與化學(xué)有關(guān)，人人都需要化學(xué)制品第一章緒論2.2化學(xué)與人類的健康化學(xué)對(duì)人類健康起到至關(guān)作用。血液檢測(cè)，核磁共振----化學(xué)分析方法

嗎啡，阿托品，奎寧（分離于鴉片，顛茄，金雞納樹樹皮）---化學(xué)分離方法癌癥，艾滋病新藥研制，甚至非典，流感等等第一章緒論資料介紹：1900—2000年，世界人口平均壽命增加20歲（45歲—65歲）其中：日本人78歲，美國人79歲，中國人70歲藥物的研發(fā)，化學(xué)起到不可替代的作用

5.7%為天然產(chǎn)物（引子）

27%初始合成物

17%保留活性中性的衍生物（俄羅斯大劇院反恐活動(dòng)所用麻醉劑,至今沒有公開）

50%海選有機(jī)合成物（動(dòng)植物實(shí)驗(yàn)）另有極少數(shù)海藻素第一章緒論2.3環(huán)境問題與化學(xué)化工傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)對(duì)環(huán)境的污染非常嚴(yán)重。但直到20世紀(jì)后期，人們才開始意識(shí)到這個(gè)問題。而且恰恰是利用化學(xué)，才開始從污染治理的角度，初步解決了問題。第一章緒論人類目前所做工作：（1）通過化學(xué)全面了解大氣、土壤、湖泊、海洋等復(fù)雜而又相互作用的世界。（2）從各個(gè)層面上研究物質(zhì)與環(huán)境的相互作用。（3）對(duì)化學(xué)產(chǎn)品在生態(tài)系統(tǒng)中的分布狀況和作用，做出實(shí)際可靠的評(píng)價(jià)，為制定各種生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策提供科學(xué)依據(jù)。第一章緒論2.4化學(xué)與能源問題能源與環(huán)境是人類目前面臨的兩大問題。當(dāng)今地球負(fù)載人口過多，發(fā)展不太合理，在過去的工業(yè)化進(jìn)程中，許多寶貴資源被過度消耗，大量污染物質(zhì)直接排放到自然環(huán)境中，致使人類賴以生存的環(huán)境受到嚴(yán)重威脅。第一章緒論例如：化石燃料，人類生產(chǎn)生活的主要能源，是人類進(jìn)化千百萬年的產(chǎn)物，人類經(jīng)過200年的不科學(xué)使用，這種不可再生能源日益枯竭，而且對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響。目前，迫切要求人類開發(fā)新能源：氫能，核能，風(fēng)能，熱地能，太陽能，潮汐能，生物質(zhì)能等等，部分解決化石能源的耗盡危機(jī)，同時(shí)減少環(huán)境的污染。特別提及核能，我國目前有50多座核電站，“安全第一，穩(wěn)步發(fā)展”第一章緒論

人類這能源和環(huán)境兩項(xiàng)問題的解決，必須利用化學(xué)化工技術(shù)來解決，這也是對(duì)化學(xué)家的挑戰(zhàn)?；瘜W(xué)工業(yè)既帶來負(fù)面的、消極的一面，同時(shí)也帶來正面的、積極的一面，只有全面了解，才能正確判斷，才能揚(yáng)長(zhǎng)避短，科學(xué)對(duì)待問題，科學(xué)解決問題。第一章緒論2.5化學(xué)與保健

人類保健和化學(xué)化工的密切聯(lián)系最直接的體現(xiàn)是人們?nèi)粘Ｉ钪行枰幕瘜W(xué)品。例如：洗滌用品類，化妝用品類隨著物質(zhì)文化水平的日益提高，洗滌用品和化妝用品發(fā)展十分迅速。

第一章緒論維護(hù)生態(tài)平衡，節(jié)約能源是未來洗滌工業(yè)發(fā)展的方向?；瘖y品將向天然性、生物性、療效性、功能性方向發(fā)展。綠色化的設(shè)計(jì)、綠色化的技術(shù)，綠色化的生產(chǎn)工藝是化學(xué)日用品生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展方向，目前已經(jīng)取得了巨大的技術(shù)突破。第一章緒論2.6化學(xué)與新材料幾乎所有的領(lǐng)域?qū)μ厥夤δ艿牟牧隙加袕?qiáng)烈的需求愿望。新型功能材料的設(shè)計(jì)與合成，是化學(xué)化工的核心研究領(lǐng)域，有前途的新材料的創(chuàng)制，是化學(xué)化工研究的永恒主題，它不僅可以帶動(dòng)整個(gè)學(xué)科的發(fā)展，還可以使人類徹底擺脫對(duì)自然資源和環(huán)境的依賴。第一章緒論人們可以在不同時(shí)間和空間尺度上研究物質(zhì)的形成與轉(zhuǎn)化過程的化學(xué)本質(zhì)和規(guī)律、預(yù)測(cè)新材料的生態(tài)影響，用于新物質(zhì)分子的創(chuàng)造，最終設(shè)計(jì)出高效。環(huán)保、低能耗的生產(chǎn)工藝。原料經(jīng)濟(jì)、綠色合成已經(jīng)是新時(shí)期合成化學(xué)與化工發(fā)展的重要內(nèi)涵。第一章緒論2.7化學(xué)與安全化學(xué)工程中的化學(xué)化工問題小到日常飲食檢測(cè)、大到國防工業(yè)，涉及合成、分析、環(huán)境、材料等領(lǐng)域。借助于綠色化學(xué)的理論、實(shí)踐、安全的密切關(guān)系，采用環(huán)境友好的技術(shù)和綠色工藝，將使化學(xué)化工過程的危險(xiǎn)性大大降低甚至為零。第一章緒論

開發(fā)無公害食品和綠色食品