化工计算 (2) 第二章

第2章

化工计算

第2章

化工计算一.化学计量学二.物料衡算三.热量衡算一.化学计量学1.反应物的摩尔比:

加入反应器中几种反应物之间的摩尔数之比,又称投料比.

化学计量比:化学反应式的摩尔数之比.2.限制反应物和过量反应物:

最小化学计量数存在的反应物,称为限制反应物.其它反应物则是过量反应物.3.过量百分数:

过量反应物Ne超过限制反应物Nt所需理论量部分,占所需理论量Nt的百分数.例题1

氯苯二硝化为二硝基氯苯，投料摩尔数为:氯苯5摩尔，硝酸10.70摩尔，求原料过量百分数。解：ClC6H5+2HNO3ClC6H3(NO3)2+2H2O12125mol氯苯，消耗10mol硝酸，投料10.70摩尔，故硝酸过量

过量百分数=（10.7-10）/10=7%4.转化率XA：

某一反应物反应掉的量，占其投入量的百分率

XA＝ＮＲ／Ｎin

*100%

ＮＲ=Ｎin-Ｎout5.选择性S：

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

yp=XA*SA7.重量收率yw

yw

=目的产物重量／投入某原料重量8.原料消耗定额

定额=投入某原料重量／目的产物重量9.单程转化率，总转化率

Ｘ单=XA

=（ＮＲ／Ｎin

）反应器Ｘ总=（ＮＲ／Ｎin

）系统二.物料衡算（１）画出衡算对象的简单方框示意图，明确计算对象．（２）图中标注所用到的数据（物料组成，物性数据，工艺条件）（３）列出衡算涉及的反应，及反应或传质进行的程度．（４）选择合适的计算基准．（５）列出物料衡算式．（６）如果计算结果项目多，采用列表方式，对比结果，一目了然．（７）校核计算结果例题2100mol苯胺,用硫酸烘焙磺化,测得生成物中含有87mol对氨基苯磺酸,2mol未反应完的苯胺,还有一定数量的焦油,求反应的转化率,选择性,理论收率.例题3

100kg苯胺（纯度99%，分子量93）,用硫酸磺化精制后,得到生成物中含有97%的对氨基苯磺酸钠217kg(分子量231.2）,按苯胺计算,求反应的理论收率和重量收率，原料消耗定额。例题4苯氯化制氯苯，为了减少副产品二氯苯的生成量，每100mol苯用40mol氯，反应产物中含有38mol氯苯，1mol二氯苯，还有61mol未反应的苯，经分离后回收60mol苯，损失1mol苯，求反应单程转化率，总转化率，生成氯苯的选择性，生成氯苯的总收率。例题5石灰石含有CaCO3

90%,MgCO3

5%,惰料4.5%，水份0.5%，燃烧时碳酸盐各有95%分解。固体燃料完全燃烧。若不考虑固体燃料灰渣混入，求生产１吨石灰所需的石灰石量（原料消耗定额）．庙底沟彩陶庙底沟彩陶例题６天然气含有甲烷80%,乙烷5%，二氧化碳10%，氮气5%，用50%过量空气燃烧．天然气中的Ｃ有95%生成了ＣＯ２，其余生成ＣＯ，Ｈ全部生成水，求燃烧后烟气成分．例题７用含有ＣaF2

96%，SiO24%的萤石制备氢氟酸，萤石的分解率为95%，使用93%的硫酸，用量超过理论值（分解率为100%）的15%。求生产的原料消耗定额（以100%HF计）越王勾践剑例题8工业苯中含苯95%，工业液氯含氯99%，要求作出苯氯化制氯苯的物料衡算，列表表示．氯化的液相产物中含苯5%，氯苯32%，二氯苯2.5%，三氯苯0.5%（不包括原料带入的其它杂质，计算中忽略过程损失）三．热量衡算：热量衡算的依据是能量衡算（１）焓物质所具能量Ｈ＝Ｕ＋ＰＶ（２）显热温度渐变引起的热量变化（３）潜热等温等压，发生相变所引起的热量变化气化热，熔融热，升华热（４）反应热伴随反应的热量变化例题９石灰窑煅烧石灰．已知石灰石含ＣaCO3

96%，焦炭中含C

89%,其余为灰分，各化合物的生成热为（Ｋj/mol)：CaCO3

1206，CaO

635.1,CO2393.5.焦炭实际用量为石灰石的8%．若焦炭完全燃烧，石灰石完全分解，求分解的热效率．第一章绪论第一章绪论

第一章绪论第一章绪论

第一章绪论

越来越多的化学知识用于分析和解决社会问题。比利时断桥事件（磷的作祟）。当今社会所面临的问题同样和化学有着密切的联系（能源危机，粮食问题，环境污染）高级萤光乳胶漆这是一种具有白天吸收光能，夜间可发出柔和萤光的神奇功能的涂料。每天可持续发光6小时，发光功能可维持4年不变，是一种豪华的新型装饰材料。二、化学的社会功能第一章绪论2.1化学与人类的衣食住行2.2化学与人类的健康2.3化学与能源问题2.4环境问题与化学化工2.5化学与保健2.6化学与新材料2.7化学与安全第一章绪论2.1化学与人类的衣食住行

衣：尼龙的出现使纺织品的面貌焕然一新。它是合成纤维的重大突破，同时也是高分子化学的重要里程碑。尼龙66，尼龙6，锦纶—聚酰胺，涤纶—聚酯氨纶—内衣面料莱卡未来服装：防蚊虫，防晒，免清洗，多功能（游泳服，太空服，医用服，防辐射等等）第一章绪论食：高效低毒绿色肥料和农药，抑制有害生物，不会长期存留，健康人类，健康环境色、香、味、俱全的各种食品添加剂：甜味素，防腐剂，香料，调味剂，色素，蓬松剂，发酵剂第一章绪论住：水泥，石灰，油漆，玻璃，塑料，瓷砖行：汽油，柴油，润滑油，燃油添加剂，防冻剂日用：药品，洗涤剂，化妆品人类衣食住行都与化学有关，人人都需要化学制品第一章绪论2.2化学与人类的健康化学对人类健康起到至关作用。血液检测，核磁共振----化学分析方法

吗啡，阿托品，奎宁（分离于鸦片，颠茄，金鸡纳树树皮）---化学分离方法癌症，艾滋病新药研制，甚至非典，流感等等第一章绪论资料介绍：1900—2000年，世界人口平均寿命增加20岁（45岁—65岁）其中：日本人78岁，美国人79岁，中国人70岁药物的研发，化学起到不可替代的作用

5.7%为天然产物（引子）

27%初始合成物

17%保留活性中性的衍生物（俄罗斯大剧院反恐活动所用麻醉剂,至今没有公开）

50%海选有机合成物（动植物实验）另有极少数海藻素第一章绪论2.3环境问题与化学化工传统化学工业对环境的污染非常严重。但直到20世纪后期，人们才开始意识到这个问题。而且恰恰是利用化学，才开始从污染治理的角度，初步解决了问题。第一章绪论人类目前所做工作：（1）通过化学全面了解大气、土壤、湖泊、海洋等复杂而又相互作用的世界。（2）从各个层面上研究物质与环境的相互作用。（3）对化学产品在生态系统中的分布状况和作用，做出实际可靠的评价，为制定各种生态环境保护政策提供科学依据。第一章绪论2.4化学与能源问题能源与环境是人类目前面临的两大问题。当今地球负载人口过多，发展不太合理，在过去的工业化进程中，许多宝贵资源被过度消耗，大量污染物质直接排放到自然环境中，致使人类赖以生存的环境受到严重威胁。第一章绪论例如：化石燃料，人类生产生活的主要能源，是人类进化千百万年的产物，人类经过200年的不科学使用，这种不可再生能源日益枯竭，而且对环境产生严重影响。目前，迫切要求人类开发新能源：氢能，核能，风能，热地能，太阳能，潮汐能，生物质能等等，部分解决化石能源的耗尽危机，同时减少环境的污染。特别提及核能，我国目前有50多座核电站，“安全第一，稳步发展”第一章绪论

人类这能源和环境两项问题的解决，必须利用化学化工技术来解决，这也是对化学家的挑战。化学工业既带来负面的、消极的一面，同时也带来正面的、积极的一面，只有全面了解，才能正确判断，才能扬长避短，科学对待问题，科学解决问题。第一章绪论2.5化学与保健

人类保健和化学化工的密切联系最直接的体现是人们日常生活中需要的化学品。例如：洗涤用品类，化妆用品类随着物质文化水平的日益提高，洗涤用品和化妆用品发展十分迅速。

第一章绪论维护生态平衡，节约能源是未来洗涤工业发展的方向。化妆品将向天然性、生物性、疗效性、功能性方向发展。绿色化的设计、绿色化的技术，绿色化的生产工艺是化学日用品生产企业的发展方向，目前已经取得了巨大的技术突破。第一章绪论2.6化学与新材料几乎所有的领域对特殊功能的材料都有强烈的需求愿望。新型功能材料的设计与合成，是化学化工的核心研究领域，有前途的新材料的创制，是化学化工研究的永恒主题，它不仅可以带动整个学科的发展，还可以使人类彻底摆脱对自然资源和环境的依赖。第一章绪论人们可以在不同时间和空间尺度上研究物质的形成与转化过程的化学本质和规律、预测新材料的生态影响，用于新物质分子的创造，最终设计出高效。环保、低能耗的生产工艺。原料经济、绿色合成已经是新时期合成化学与化工发展的重要内涵。第一章绪论2.7化学与安全化学工程中的化学化工问题小到日常饮食检测、大到国防工业，涉及合成、分析、环境、材料等领域。借助于绿色化学的理论、实践、安全的密切关系，采用环境友好的技术和绿色工艺，将使化学化工过程的危险性大大降低甚至为零。第一章绪论

开发无公害食品和绿色食品