化工設(shè)計(jì)物料和能量衡算

第三章化工計(jì)算基本要求:

(1）掌握化工過程的特點(diǎn)

(2）熟練應(yīng)用化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

(3）熟練掌握化工過程的物料衡算

(4）熟練掌握化工過程的能量衡算化工計(jì)算應(yīng)用守恒定律來研究化工過程的物料衡算和能量衡算問題。守恒定律化工過程方面的基礎(chǔ)知識

第一節(jié)化工過程及過程參數(shù)一、化工過程所謂化工過程，是指由原料經(jīng)化學(xué)處理和物理處理加工成化學(xué)產(chǎn)品或中間產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。它包括許多工序，每個工序又由若干個或若干組設(shè)備（如反應(yīng)器、蒸餾塔、吸收塔、干燥塔，分離器、換熱器及輸送設(shè)備等等）組合而成。物料通過各設(shè)備時，完成某種化學(xué)或物理處理，最終成為合格的產(chǎn)品。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)，這類操作被稱為單元操作，如流體輸送、傳熱、蒸餾、干燥、蒸發(fā)、結(jié)晶、萃取、吸收、吸附、過濾及破碎等操作?；み^程中還包括一些改變物料的化學(xué)性質(zhì)的反應(yīng)過程，如氫與氮合成氨反應(yīng)、乙烯氧化成環(huán)氧乙烷反應(yīng)等等。化工過程就是由反應(yīng)過程和若干個單元操作組合而成的一個系統(tǒng)。

化工過程的類型根據(jù)其操作方式分間歇操作原料一次加入→過程→產(chǎn)品一次排出連續(xù)操作原料連續(xù)加入→過程→產(chǎn)品連續(xù)排出半連續(xù)操作原料一次加入→過程→產(chǎn)品連續(xù)排出或原料連續(xù)加入→過程→產(chǎn)品一次排出根據(jù)操作狀態(tài)分穩(wěn)定狀態(tài)操作（定態(tài)操作）過程參數(shù)=f(x、y、z)

不穩(wěn)定狀態(tài)操作（非定態(tài)操作）過程參數(shù)=f(x、y、z、t)二、化工過程基本參數(shù)過程參數(shù)即化工生產(chǎn)過程中影響過程運(yùn)行和狀態(tài)的物理量。一）溫度表示物體冷熱程度的物理量。溫標(biāo)。

1、攝氏溫標(biāo)，℃

水的正常冰點(diǎn)：0℃

水的正常沸點(diǎn)：100℃

其間均分100等份其單位為℃

2、開爾文溫標(biāo)，K3華氏溫標(biāo),℉

水鹽混合物的溫度：0℉健康人的血液溫度：96℉

水的正常冰點(diǎn)：32℉,水的正常沸點(diǎn)：212℉

其間均分180等份其單位為℉4、蘭金溫標(biāo)，°R

與開氏溫標(biāo)相似，也是以最低理論溫度為0度的一種絕對溫標(biāo)。其0度為-459、58℉（-460℉），所以0℉即460℉。四種溫度的關(guān)系二）壓力(壓強(qiáng)）三）流量四）組成三、化工過程開發(fā)化工過程開發(fā)是指一個化學(xué)反應(yīng)從實(shí)驗(yàn)室過渡到第一套生產(chǎn)裝置的全部過程。（開發(fā)的成果要以基礎(chǔ)設(shè)計(jì)形式出現(xiàn)）化工過程開發(fā)，首先是決定化學(xué)反應(yīng)的可能性、轉(zhuǎn)化率及反應(yīng)速度是否具有工業(yè)價值，產(chǎn)物分離的難易程度以及機(jī)械、設(shè)備、材料是否可行。當(dāng)然，最終取決于是否有經(jīng)濟(jì)效益。

四、化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)“化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)”，又被稱作“物化數(shù)據(jù)”或“物性數(shù)據(jù)”。是由物料本身的物理化學(xué)性質(zhì)所決定的?；せA(chǔ)數(shù)據(jù)包括很多，現(xiàn)將常用的一些化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)大致歸納成以下幾類:(l）基本物性數(shù)據(jù)——

如臨界常數(shù)（臨界壓力、臨界溫度、臨界體積）、密度或比容、狀態(tài)方程參數(shù)、壓縮系數(shù)、蒸氣壓、氣一液平衡關(guān)系等。

(2）熱力學(xué)物性數(shù)據(jù)——

如內(nèi)能、焓、嫡、熱容、相變熱、自由能、自由焓等。(3）化學(xué)反應(yīng)和熱化學(xué)數(shù)據(jù)——

如反應(yīng)熱、生成熱、燃燒熱、反應(yīng)速度常數(shù)、活化能，化學(xué)平衡常數(shù)等。(4）傳遞參數(shù)——

如粘度、擴(kuò)散系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)等。

數(shù)據(jù)的獲?。?/p>

1、查手冊或文獻(xiàn)資料常用物質(zhì)的物性數(shù)據(jù)可從化學(xué)化工類手冊或?qū)I(yè)性的化工手冊中查到。（收集了許多物質(zhì)的物性數(shù)據(jù)及圖表）化學(xué)工程手冊，《化學(xué)工程手冊》編輯委員會，化學(xué)工業(yè)出版社，1980化工工藝設(shè)計(jì)手冊，國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院編，化學(xué)工業(yè)出版社，1986化工工藝算圖，吉林化學(xué)工業(yè)公司設(shè)計(jì)院等編，化學(xué)工業(yè)出版社，19822、估算可以應(yīng)用物理和化學(xué)的一些基本定律計(jì)算各種物質(zhì)的性質(zhì)參數(shù)。但是，往往由于缺乏計(jì)算所需的一些分子性質(zhì)（偶極矩、極化率、原子間距離等）的數(shù)據(jù)而無法計(jì)算，或者即使知道這些數(shù)據(jù)，計(jì)算也很復(fù)雜。因此，許多研究人員做了不少工作，建立了理論與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方法，來計(jì)算各種物質(zhì)的物性數(shù)據(jù)。這些方法僅從一個化合物二、三種數(shù)據(jù)就能估算出該化合物的其他物性數(shù)據(jù)來。基團(tuán)貢獻(xiàn)法3、用實(shí)驗(yàn)直接測定實(shí)驗(yàn)直接測定。以上三種數(shù)據(jù)來源，從手冊或文獻(xiàn)中查得數(shù)據(jù)最方便，但往往有時數(shù)據(jù)不夠完整，也會出現(xiàn)一些錯誤。用一些理論的、半經(jīng)驗(yàn)的和經(jīng)驗(yàn)的公式估算，也是一種簡便的方法。當(dāng)手冊或文獻(xiàn)中無法查得時，可以進(jìn)行估算。直接用實(shí)驗(yàn)測定得到的數(shù)據(jù)最可靠，只是實(shí)驗(yàn)比較費(fèi)時間又花錢。但是，如果查不到有關(guān)數(shù)據(jù)，而用公式估算得到的結(jié)果精度又不夠時，則必須用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測定。

4、計(jì)算機(jī)檢索近年來，隨著電子計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，應(yīng)用計(jì)算機(jī)儲存、檢索和推算物性數(shù)據(jù)。

一些大型化工企業(yè)、研究部門和高等院校都相應(yīng)建立了物性數(shù)據(jù)庫，以便于通過計(jì)算機(jī)自動檢索或估算所要求的數(shù)據(jù)，而不必自行查找或計(jì)算，大大節(jié)省了時間和精力。化工物性數(shù)據(jù)庫

美國，CINDAS(14000)

北京化工大學(xué)，大型化工物性數(shù)據(jù)庫CEPPDS(3417)

第二節(jié)物料衡算物料衡算是化工計(jì)算中最基本、最重要的內(nèi)容之一，它是能量衡算的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)或研究一個化工過程，或?qū)φ吣成a(chǎn)過程進(jìn)行分析，需要了解能量的分布情況，都必須在物料衡算的基礎(chǔ)上，才能進(jìn)一步算出物質(zhì)之間交換的能量以及整個過程的能量分布情況。物料衡算和能量衡算是進(jìn)行化工工藝設(shè)計(jì)、過程經(jīng)濟(jì)評價、節(jié)能分析以及過程最優(yōu)化的基礎(chǔ)。物料衡算有兩種情況:一種是對已有的生產(chǎn)設(shè)備或裝置，利用實(shí)際測定的數(shù)據(jù)，算出另一些不能直接測定的物料量。用此計(jì)算結(jié)果，對生產(chǎn)情況進(jìn)行分析、作出判斷、提出改進(jìn)措施。（一般的作業(yè)）另一種是設(shè)計(jì)一種新的設(shè)備或裝置，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，先作物料衡算，求出進(jìn)出各設(shè)備的物料量，然后再作能量衡算，求出設(shè)備或過程的熱負(fù)荷，從而確定設(shè)備尺寸及整個工藝流程。（設(shè)計(jì)）一、物料衡算的依據(jù)質(zhì)量守恒定律即在一個孤立物系中，不論物質(zhì)發(fā)生任何變化，它的質(zhì)量始終不變（不包括核反應(yīng)，因?yàn)楹朔磻?yīng)能量變化非常大，此定律不適用）。質(zhì)量守恒（不是摩爾守恒、體積守恒）二、物料衡算式物料衡算是研究某一個體系內(nèi)進(jìn)、出物料量及組成的變化。所謂體系就是物料衡算的范圍，它可以根據(jù)需要選定。體系可以是一個設(shè)備或幾個設(shè)備，也可以是一個單元操作或整個化工過程。進(jìn)行物料衡算時，必須首先確定衡算的體系。

對某一個體系，輸入體系的物料量應(yīng)該等于輸出物料量與體系內(nèi)積累量之和。連續(xù)過程的物料衡算式

一般表示式為：系統(tǒng)中積累=輸入–輸出+生成–消耗穩(wěn)態(tài)過程時輸入=輸出–生成+消耗無化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)態(tài)過程輸入=輸出物料平衡形式總平衡式*總質(zhì)量平衡式總摩爾平衡式組分平衡式 組分質(zhì)量平衡式組分摩爾平衡式元素原子平衡式 *元素原子質(zhì)量平衡式*元素原子摩爾平衡式三、物料衡算的基本方法進(jìn)行物料衡算時，為了能順利地解題，避免錯誤，必須掌握解題技巧，按正確的解題方法和步驟進(jìn)行。這樣才能獲得準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。

l、衡算范圍

指定的任何空間范圍。它可是一個設(shè)備、一個單元或整個過程。根據(jù)給定的條件畫出流程簡圖（過程示意圖或衡算范圍）。圖中用簡單的方框表示過程中的設(shè)備，用線條和箭頭表示每個流股的途徑和流向。并標(biāo)出每個流股的已知變量（如流量、組成）及單位。對一些未知的變量，可用符號表示。物料衡算與能量衡算

物料衡算與能量衡算是進(jìn)行化工工藝過程設(shè)計(jì)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價的基本依據(jù)。通過對全生產(chǎn)過程或單元過程的物料和能量的衡算，計(jì)算得到：

1）主、副產(chǎn)品產(chǎn)量；

2）原材料的消耗定額，過程的物料損耗；

3）“三廢”的生成量及組成；

4）水、電、汽或其他燃料等消耗定額；

5）設(shè)計(jì)物料流程圖。

物料衡算與能量衡算

根據(jù)物料衡算和能量的衡算結(jié)果，可以：

1）對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)和選型；

2）確定產(chǎn)品成本等各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，從而可以定量地評述所選擇的工藝路線、生產(chǎn)方法及工藝流程在經(jīng)濟(jì)上是否合理，技術(shù)上是否先進(jìn)。物料衡算物料衡算的概念：

在化工過程中，物料平衡是指“在單位時間內(nèi)進(jìn)入系統(tǒng)（體系）的全部物料質(zhì)量必定等于離開該系統(tǒng)（體系）的全部物料質(zhì)量再加上損失掉的與積累起來的物料質(zhì)量?！睂ξ锪掀胶膺M(jìn)行計(jì)算稱為物料衡算。物料平衡的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律，即在一個孤立體系中不論物質(zhì)發(fā)生任何變化(不包括核反應(yīng))它的質(zhì)量始終保持不變。

物料衡算的分類1、按操作方式

分為間歇操作、連續(xù)操作及半連續(xù)操作等三類物料衡算；

2、按狀態(tài)

將其分為穩(wěn)定狀態(tài)操作和不穩(wěn)定狀態(tài)操作兩類衡算。

3、按衡算范圍

分為單元操作過程(或單個設(shè)備)和全流程的兩類物料衡算；物料平衡方程式

根據(jù)質(zhì)量守恒定律，對某一個體系內(nèi)質(zhì)量流動及變化的情況用數(shù)學(xué)式描述物料平衡關(guān)系則為物料平衡方程式。其基本表達(dá)式為：

∑F0=∑D+A+∑B

式中，F(xiàn)0—輸人體系的物料質(zhì)量；

D—

離開體系的物料質(zhì)量；

A—

體系內(nèi)積累的物料質(zhì)量；

B—

損失的物料質(zhì)量(如跑、冒、滴、漏)

物料衡算的步驟1、畫出流程示意圖

稀溶液二次蒸汽F,wfW加熱蒸汽凝水提濃液B，wB物料衡算步驟2、列出主、副化學(xué)反應(yīng)式3、確定計(jì)算任務(wù)4、收集數(shù)據(jù)資料（生產(chǎn)規(guī)模、時間，收率、轉(zhuǎn)化率，原材料及產(chǎn)品規(guī)格，有關(guān)物理化學(xué)常數(shù)）5、選定計(jì)算基準(zhǔn)（時間，質(zhì)量，體積）6、建立物料平衡方程，展開計(jì)算7、整理并校核計(jì)算結(jié)果8、繪制物料流程圖、填寫物流表列物料平衡式時應(yīng)注意的事項(xiàng)(1)物料平衡是指質(zhì)量平衡，不是體積或物質(zhì)的量(摩爾數(shù))平衡。若體系內(nèi)有化學(xué)反應(yīng)，則衡算式中各項(xiàng)用摩爾／時為單位時，必須考慮反應(yīng)式中的化學(xué)計(jì)量系數(shù)。

列物料平衡式時應(yīng)注意的事項(xiàng)(2)對于無化學(xué)反應(yīng)體系，能列出獨(dú)立物料平衡式的最多數(shù)目等于輸入和輸出的物流里的組分?jǐn)?shù)。(3)在寫平衡方程式時，要盡量使方程式中所包含的未知數(shù)最少。2、衡算對象參加過程的全部物料。

對無化學(xué)反應(yīng)：可選任一物料對有化學(xué)反應(yīng)：未發(fā)生變化的物質(zhì)3、計(jì)算基準(zhǔn)及其選擇原則上計(jì)算基準(zhǔn)是任意選擇。但是，計(jì)算基準(zhǔn)選擇得恰當(dāng)，可以使計(jì)算簡化，避免錯誤。對于不同化工過程，采用什么基準(zhǔn)適宜，需視具體情況而定，不能作硬性規(guī)定。根據(jù)不同過程的特點(diǎn)，選擇計(jì)算基準(zhǔn)時注意以下幾點(diǎn)：

(l）應(yīng)選擇已知變量數(shù)最多的流股作為計(jì)算基準(zhǔn)。

(2）對液體或固體的體系，常選取單位質(zhì)量作基準(zhǔn)。

(3）對連續(xù)流動體系，用單位時間作計(jì)算基準(zhǔn)有時較方便。

(4）對于氣體物料，如果環(huán)境條件（如溫度、壓力）已定，則可選取體積作基準(zhǔn)。具體：⑴時間基準(zhǔn)連續(xù)（小時，天……）間歇（釜，批……）⑵質(zhì)量基準(zhǔn)

kg，mol，kmol……⑶體積基準(zhǔn)

m3（STP），Nm3⑷干濕基準(zhǔn)干基（不含水），濕基（含水）4、物料衡算的程序（步驟）

(l）搜集計(jì)算數(shù)據(jù)。

(2）畫出物料流程簡圖。

(3）確定衡算體系。

(4）寫出化學(xué)反應(yīng)方程式，包括主反應(yīng)和副反應(yīng)，標(biāo)出有用的分子量。(5）選擇計(jì)算基準(zhǔn)，并在流程圖上注明所選的基準(zhǔn)值。

(6）列出物料衡算式，然后用數(shù)學(xué)方法求解。

(7）校核計(jì)算結(jié)果。(數(shù)據(jù)歸一）

(8）將計(jì)算結(jié)果列成輸入一輸出物料表（物料平衡表）。（三線表、表頭名稱、基準(zhǔn)）

四、無化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算在化工過程中，只有物理變化不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的單元操作如混合、蒸餾、蒸發(fā)、干燥、吸收、結(jié)晶、萃取等，這些過程都可以根據(jù)物料衡算式，直接列出總物料和各組分的衡算式，再用代數(shù)法求解。一）、簡單過程的物料衡算簡單過程是指僅有一個設(shè)備或一個單元操作的過程。設(shè)備邊界就是體系邊界。

(1）畫出物料流程簡圖。

(2）選擇基準(zhǔn)。

(3）列物料衡算式，求解。

(4）校核計(jì)算結(jié)果。

(5）將計(jì)算結(jié)果列成輸入一輸出物料表（物料平衡表）。

（要求：畫出物料流程簡圖、列出物料平衡表并進(jìn)行核算）二）、有多個設(shè)備過程的物料衡算五、有化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算有化學(xué)反應(yīng)的過程，物料中的組分變化比較復(fù)雜。工業(yè)上的化學(xué)反應(yīng)，各反應(yīng)物的實(shí)示用量，并不等于化學(xué)反應(yīng)式中的理論量。為了使所需的反應(yīng)順利進(jìn)行，或使其中較昂貴的又應(yīng)物全部轉(zhuǎn)化，常常使價格較低廉的一些反應(yīng)物用量過量。一）、反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、選擇性及收率等概念l、限制反應(yīng)物化學(xué)反應(yīng)原料不按化學(xué)計(jì)量比配料時，其中以最小化學(xué)計(jì)量數(shù)存在的反應(yīng)物稱為限制反應(yīng)物。2、過量反應(yīng)物不按化學(xué)計(jì)量比配料的原料中，某種反應(yīng)物的量超過限制反應(yīng)物完全反應(yīng)所需的理論量，該反應(yīng)物稱為過量反應(yīng)物。

3、過量百分?jǐn)?shù)過量反應(yīng)物超過限制反應(yīng)物所需理論量的部分占所需理論量的百分?jǐn)?shù)。4、轉(zhuǎn)化率（x）某一反應(yīng)物反應(yīng)掉的量占其輸入量的百分?jǐn)?shù)。5、選擇性（S）反應(yīng)物反應(yīng)成目的產(chǎn)物所消耗的量占反應(yīng)物反應(yīng)掉的量的百分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化率與選擇性是反應(yīng)過程的兩個主要技術(shù)指標(biāo)。6、收率（Y）目的產(chǎn)物的量除以反應(yīng)物（通常指限制反應(yīng)物）輸入量，以百分?jǐn)?shù)表示。它可以用物質(zhì)的量（摩爾數(shù)）或質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算。轉(zhuǎn)化率、選擇性與收率三者之間的關(guān)系:Y=Sx順酐的選擇性：S=Y/x＝(3.49%)/(96.82%)=3.6%3.23%二）、一般反應(yīng)過程的物料衡算對有化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算，由于各組分在過程中發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，因此就不能簡單地列組分的衡算式，必須考慮化學(xué)反應(yīng)中生成或消耗的量，應(yīng)該根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式，列衡算方程。對一般的反應(yīng)過程，可用下列幾種方法求解。

1、直接求解法有些化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算，有時只含一個未知量或組成，這類問題比較簡單，通?？筛鶕?jù)化學(xué)反應(yīng)式直接求解，不必列出衡算式。直接求解法也稱化學(xué)計(jì)量法

2、元素衡算法元素衡算是物料衡算的一種重要形式。在作這類衡算時，并不需要考慮具體的化學(xué)反應(yīng)，而是按照元素種類被轉(zhuǎn)化及重新組合的概念表示為：

輸入（某種元素）=輸出（同種元素）對反應(yīng)過程中化學(xué)反應(yīng)很復(fù)雜，無法用一、兩個反應(yīng)式表示的物料衡算題，可以列出元素衡算式，用代數(shù)法求解。

3、“聯(lián)系組分”法“聯(lián)系組分”是指隨物料輸入體系，但完全不參加反應(yīng)，又隨物料從體系輸出的組分，在整個反應(yīng)過程中，它的數(shù)量不變。

如果體系中存在聯(lián)系組分，那么輸入物料和輸出物料之間就可以根據(jù)聯(lián)系組分的含量進(jìn)行關(guān)聯(lián)。三）、復(fù)雜過程的物料衡算復(fù)雜過程不是指過程或設(shè)備多而是具有循環(huán)、排放及旁路的過程。在化工過程中具有循環(huán)、排放及旁路的過程的物料衡算與以上介紹的方法相類似，只是需要先根據(jù)已知的條件及所求的未知量選擇合適的衡算體系，列出一般過程物料衡算式再加上結(jié)點(diǎn)關(guān)系求解。第三節(jié)能量衡算在化工生產(chǎn)中，能量的消耗是一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它是衡量工藝過程、設(shè)備設(shè)計(jì)、操作制度是否先進(jìn)合理的主要指標(biāo)之一。能量衡算的基礎(chǔ)是物料衡算，只有在進(jìn)行完備的物料衡算后才能作出能量衡算。能量衡算有兩種類型的問題一種是先對使用中的裝置或設(shè)備，實(shí)際測定一些能量，通過衡算計(jì)算出另外一些難以直接測定的能量，由此作出能量方面的評價，即由裝置或設(shè)備進(jìn)出口物料的量和溫度，以及其它各項(xiàng)能量，求出裝置或設(shè)備的能量利用情況；另一種是在設(shè)計(jì)新裝置或設(shè)備時，根據(jù)已知的或可設(shè)定的物料量求得未知的物料量或溫度，和需要加入或移出的熱量。一、能量衡算的依據(jù)能量守恒定律輸入能量+生成能量=

消耗能量+積累能量+輸出能量二、總能量衡算方程式1、連續(xù)穩(wěn)態(tài)流動過程

[能量輸入速率]-[能量輸出速率]=[能量積累速率]△H+△Ek+△Ep=Q+WQ-輸入體系的熱量

W-輸入體系的總功在實(shí)際中，上式視不同情況而有不同的形式：

1）絕熱過程

Q=0，動、位能差可忽略

△H=W

即用焓差計(jì)算環(huán)境向體系作功

2）無作功過程（多數(shù)化工操作過程）

W=0，動、位能差可忽略△H=Q3）無功、熱傳遞過程

Q=0，W=0，動、位能差可忽略△H=0（焓平衡）2、間歇過程

間歇過程（封閉體系）中，因體系與環(huán)境間沒有物質(zhì)交換，但有能量的交換。間歇過程無流動功，△（pv）=0則能量衡算式為:△U+△Ek+△Ep=Q+W一般間歇操作，動、位能差=0，則△U=Q+W三、能量衡算總能量衡算在化工計(jì)算時分熱量衡算和機(jī)械能衡算。1、對有些化工過程如流體流動過程，此時傳熱量內(nèi)能的變化較其他小，次要。故總能量衡算變?yōu)闄C(jī)械能衡算?；ぴ碇械牧黧w流動—柏努力方程。2、更多化工過程中如反應(yīng)器、蒸餾塔、蒸發(fā)器、換熱器等中，功、動能、位能變化較之傳熱、內(nèi)能和焓的變化，是可以忽略。此時（無外功W=0）總能量衡算簡化為熱量衡算。

Q=△H=H2－

H1（敞開體系）或Q=△U=U2－

U1（封閉體系）由于實(shí)際應(yīng)用時，進(jìn)出設(shè)備的物料不止一個，因此：

Q=∑H2－

∑

H1熱量衡算（化工中的能量衡算）1、熱量衡算式一般化工過程的能量衡算指熱量衡算（無外功W=0）：

Q=△H=H2－

H1（敞開體系）

Q=∑H2－

∑

H12、熱量衡算的基本方法和步驟①建立以單位時間為基準(zhǔn)的物料流程圖（或平衡表）。也可以100mol或100kmol原料為基準(zhǔn)，但前者更常用。②在物料流程框圖上標(biāo)明已知溫度、壓力、相態(tài)等條件，并查出或計(jì)算出每個物料組分的焓值，于圖上注明。

③選定計(jì)算基準(zhǔn)（溫度和相態(tài)）。這是人為選定的計(jì)算基準(zhǔn)，即輸入體系的熱量和由體系輸出的熱量應(yīng)該有同一的比較基準(zhǔn)，可選0℃（273K）、25℃（298K）或其它溫度作為基準(zhǔn)溫度。由于手冊、文獻(xiàn)上查到的熱力學(xué)數(shù)據(jù)大多是298K時的數(shù)據(jù)，故選298K為基準(zhǔn)溫度，計(jì)算比較方便。同時相態(tài)的確定也是很重要的。

④列出熱量衡算式，然后用數(shù)學(xué)方法求解未知值。

⑤當(dāng)生產(chǎn)過程及物料組成較復(fù)雜時，可以列出熱量衡算表。

水蒸氣動能：

17atm的v=0.1166m3/kg

u=202m/sEk=1/2(295)(202)2=6.02×1000kJ/minQ=7.61×10(5)+6.02×10(3)=7.67×10(5)kJ/min動能占總能量的6.02×10(3)/7.61×10(5)=0.78%故本題可視為單純的熱量衡算。一）無化學(xué)反應(yīng)過程的熱量衡算

無化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算，一般指進(jìn)出過程物料的焓差——熱量衡算。由于焓是狀態(tài)函數(shù)，所以一個過程△H

，可以用假想的，由始態(tài)到終態(tài)幾個階段代替原過程，每一階段的△Hi之和即為全過程的△H

。途經(jīng)各個階段的類型有5種，即：

恒T時P的變化恒P時T的變化恒T恒P時相態(tài)的變化兩物質(zhì)在恒T恒P時混合和分離恒T恒P時的反應(yīng)過程前4種已學(xué)（無相變、有相變、混合熱等的計(jì)算）下面重點(diǎn)講反應(yīng)過程的熱量衡算。二）有化學(xué)反應(yīng)過程的熱量衡算

化學(xué)反應(yīng)過程也常伴隨有大量的熱效應(yīng)——吸熱或放熱。為了使反應(yīng)溫度得到控制，必須自反應(yīng)體系排走或向反應(yīng)供給熱量，即反應(yīng)器也須有供給或冷卻用的換熱設(shè)備，這些都需進(jìn)行反應(yīng)過程的熱量衡算。1、反應(yīng)熱及其表示1）恒壓反應(yīng)熱反應(yīng)物按化學(xué)計(jì)量式完全反應(yīng)，物料在反應(yīng)前后的焓差稱為恒壓反應(yīng)熱或反應(yīng)熱，以△Hr表示。

根據(jù)熱力學(xué)第一定律，若過程進(jìn)行時只做膨脹功，則△Hr就是恒壓熱，即

Qp=△Hr注意：一定的△Hr值是對一定的反應(yīng)式而言的。如果uA是反應(yīng)物或生成物A的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，nA為溫度時所消耗而成生成的A的摩爾數(shù)，則化學(xué)反應(yīng)的總焓差為：△H=nA△Hr/uA2）恒容反應(yīng)熱在恒T恒V下，反應(yīng)物在溫度T時按化學(xué)計(jì)量系數(shù)完全反應(yīng)后內(nèi)能的變化，即為恒容反應(yīng)熱或恒容熱

Qv=△UrQp與Qv的關(guān)系：若果ui是氣態(tài)反應(yīng)物或生成物i的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，且氣體為理想氣體，設(shè)液、固容積變化可忽略，則△Ur=△Hr－△nRT

2、反應(yīng)熱的計(jì)算反應(yīng)熱來源：實(shí)測由已有數(shù)據(jù)估算（蓋斯定律）由標(biāo)準(zhǔn)生成熱△Hf計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱△Hr1）標(biāo)準(zhǔn)生成熱△Hf

在1atm、25℃由穩(wěn)定的單質(zhì)生成1mol化合物的恒壓反應(yīng)熱。規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下（1atm、25℃）處于穩(wěn)定狀態(tài)的單質(zhì)△Hf=02）由標(biāo)準(zhǔn)生成熱計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱△Hr

根據(jù)蓋斯定律——化學(xué)反應(yīng)熱只決定于物質(zhì)的初態(tài)和終態(tài)，與過程的途徑無關(guān)，則：△Hr=

∑生成物ui（△Hf

）－

∑反應(yīng)物ui（△Hf）由標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱△Hc計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱△Hr1）標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱△Hc

在1atm、25℃各種處于穩(wěn)定狀態(tài)的物質(zhì)進(jìn)行燃燒反應(yīng)生成燃燒產(chǎn)物時的焓變。注意：燃燒熱指的1mol化合物與正好足夠的O2反應(yīng)，生成指定的燃燒產(chǎn)物。2）由標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱根據(jù)蓋斯定律——化學(xué)反應(yīng)熱只決定于物質(zhì)的初態(tài)和終態(tài)，與過程的途徑無關(guān)，則：△Hr=

∑反應(yīng)物ui（△Hc

）

－

∑生成物ui（△Hc）3、化學(xué)反應(yīng)過程的熱量衡算把前述化工過程，加入有化學(xué)反應(yīng)的焓差同前一起計(jì)算即可。一般有兩種基準(zhǔn)：一、已知△Hr

（標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱）則可選1atm、25℃

為反應(yīng)物及產(chǎn)物的計(jì)算基準(zhǔn)。對非反應(yīng)物質(zhì)另選適當(dāng)?shù)臏囟然鶞?zhǔn)。二、未知△Hr

（用標(biāo)準(zhǔn)生成熱）只能用反應(yīng)物及產(chǎn)物元素在1atm、25℃

，在時的焓為零，非反應(yīng)組分另選適當(dāng)溫度為基準(zhǔn)?；どa(chǎn)中的載熱體第四節(jié)計(jì)算機(jī)在物料衡算與

能量衡算中的應(yīng)用一、流程模擬軟件(一)aspenONE工程與創(chuàng)新解決方案(二)PRO/Ⅱ(三)VMGSim；VMGThermo(四)ChemCAD(五)ECSS工程化學(xué)模擬系統(tǒng)-----化工之星二、用ChemCAD進(jìn)行物料衡算與能量衡算(一)ChemCAD簡介1、ChemCAD的程序界面2、ChemCAD的的運(yùn)行環(huán)境和文件管理(二)用ChemCAD進(jìn)行物料衡算與能量衡算1、初定工藝方案，進(jìn)行必要的設(shè)置(二)用ChemCAD進(jìn)行物料衡算與能量衡算1、初定工藝方案，進(jìn)行必要的設(shè)置2、繪制過程流程圖3、定義系統(tǒng)物料組成和熱力學(xué)方法4、定義流股和設(shè)備5、運(yùn)行模擬和模擬結(jié)果ChemCAD計(jì)算輸出結(jié)果謝謝觀看/歡迎下載BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH安全注射與職業(yè)防護(hù)PART01一、安全注射二、職業(yè)防護(hù)主要內(nèi)容安全注射阻斷院感注射傳播讓注射更安全！《健康報》

別讓輸液成為一個經(jīng)濟(jì)問題有數(shù)據(jù)顯示，是世界最大的“注射大國”。2009年我國平均每人輸液8瓶，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國際上人均2.5—3.3瓶的平均水平。我國抗生素人均消費(fèi)量是全球平均量的10倍。因此我國被稱為：

“輸液大國、抗生素大國和藥品濫用大國”。2016年國家十五部委重拳出擊

遏制細(xì)菌耐藥《阻斷院感注射傳播，讓注射更安全（2016-2018年）》專項(xiàng)工作指導(dǎo)方案量化指標(biāo)醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)安全注射環(huán)境、設(shè)施條件、器具配置等合格率100%醫(yī)務(wù)人員安全注射培訓(xùn)覆蓋率100%規(guī)范使用一次性無菌注射器實(shí)施注射100%（硬膜外麻醉、腰麻除外）醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)對注射后醫(yī)療廢物正確處理率100%醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)內(nèi)部安全注射質(zhì)控覆蓋率100%醫(yī)務(wù)人員安全注射知識知曉率≧95%醫(yī)務(wù)人員安全注射操作依從性≧90%醫(yī)務(wù)人員注射相關(guān)銳器傷發(fā)生率較基線下降≧20%相關(guān)內(nèi)容基本概念安全注射現(xiàn)況不安全注射的危害如何實(shí)現(xiàn)安全注射意外針刺傷的處理

基本概念

注射

注射是指采用注射器、鋼針、留置針、導(dǎo)管等醫(yī)療器械將液體或氣體注入體內(nèi)，達(dá)到診斷、治療等目的的過程和方法。包括肌內(nèi)注射、皮內(nèi)注射、皮下注射、靜脈輸液或注射、牙科注射及使用以上醫(yī)療器械實(shí)施的采血和各類穿刺性操作。

基本概念

符合三個方面的要求：對接受注射者無危害；對實(shí)施者無危害；注射后的廢棄物不對環(huán)境和他人造成危害。不安全注射發(fā)生率東歐：15%中東：15%亞州：50%印度：50%中國：50%對我國某地3066個免疫接種點(diǎn)的調(diào)查表明:一人一針一管的接種點(diǎn)為33.5％一人一針的接種點(diǎn)為62.1％一人一針也做不到的接種點(diǎn)......

目前情況

不安全注射

沒有遵循上述要求的注射常見不安全注射-對接受注射者不必要的注射注射器具重復(fù)使用注射器或針頭污染或重復(fù)使用手衛(wèi)生欠佳注射藥品污染不當(dāng)?shù)淖⑸浼夹g(shù)或注射部位醫(yī)用紗布或其他物品中潛藏的銳器常見不安全注射-對接受注射者減少不必要的注射是防止注射相關(guān)感染的最好方法據(jù)調(diào)查，從醫(yī)療的角度來說，有些國家高達(dá)70％的注射不是必須的應(yīng)優(yōu)先考慮那些同樣能達(dá)到有效治療的其他方法口服納肛不安全注射-對實(shí)施注射者采血技術(shù)欠佳雙手轉(zhuǎn)移血液不安全的血液運(yùn)輸手衛(wèi)生欠佳廢棄銳器未分類放置不必要的注射雙手針頭復(fù)帽重復(fù)使用銳器銳器盒不能伸手可及患者體位不當(dāng)不安全注射-對他人不必要的注射帶來過多醫(yī)療廢物醫(yī)療廢物處置不當(dāng)廢棄銳器置于銳器盒外與醫(yī)用紗布混放放在不安全的處置地點(diǎn)—如走廊中容易拌倒廢物處理者未著防護(hù)用品（靴子，手套等）重復(fù)使用注射器或針頭最佳注射操作注射器材和藥物注射器材藥物注射準(zhǔn)備注射管理銳器傷的預(yù)防廢物管理常規(guī)安全操作手衛(wèi)生手套其他一次性個人防護(hù)裝備備皮和消毒清理手術(shù)器械醫(yī)療廢物二次分揀2023/7/5Dr.HUBijie1402023/7/511/05/09140銳器盒擺放位置不合適，放在地上或治療車下層頭皮針入銳器盒時極易散落在盒外，醫(yī)廢收集人員或護(hù)士在整理過程中容易發(fā)生損傷不正確使用利器盒絕大部分醫(yī)務(wù)人員對安全注射的概念的理解普遍僅局限于“三查七對”，因此安全注射的依從率也非常低。安全注射現(xiàn)況濫用注射導(dǎo)致感染在口服給藥有效的情況下而注射給藥臨床表現(xiàn)、診斷不支持而使用注射治療

由于濫用注射，導(dǎo)致感染的發(fā)生幾率明顯增加。安全注射現(xiàn)況注射風(fēng)險外部輸入風(fēng)險：注射器具、藥品、材料等產(chǎn)品質(zhì)量；非正確使用信息，非正規(guī)或正規(guī)培訓(xùn)傳遞錯誤信息，非合理用藥及操作習(xí)慣等。內(nèi)部衍生風(fēng)險：注射的“過度”與“濫用”、非正確的注射、未達(dá)標(biāo)的消毒滅菌、被相對忽略的職業(yè)暴露、不被關(guān)注的醫(yī)療廢物管理。

安全注射現(xiàn)況

當(dāng)前院感注射途徑傳播的高風(fēng)險因素使用同一溶媒注射器的重復(fù)使用操作臺面雜亂，注射器易污染注射后醫(yī)療廢物管理欠規(guī)范---注射器手工分離與二次分撿

對患者的危害-------傳播感染

是傳播血源性感染的主要途徑之一，也是不安全注射的最主要危害。注射是醫(yī)院感染傳播的主要途徑之一！不安全注射的危害導(dǎo)致多種細(xì)菌感染，如膿腫、敗血癥、心內(nèi)膜炎及破傷風(fēng)等。敗血癥破傷風(fēng)心內(nèi)膜炎膿腫不安全注射

不安全注射的危害

對醫(yī)務(wù)人員的影響

針刺傷：每年臨床約有80.6%-88.9%的醫(yī)務(wù)人員受到不同頻率的針刺傷！原因：防護(hù)意識薄弱、經(jīng)驗(yàn)不足、操作不規(guī)范、防護(hù)知識缺乏。

不安全注射的危害

對社會的危害

拿撿來的注射器當(dāng)“玩具”

不安全注射的危害

如何實(shí)現(xiàn)安全注射三防：人防、技防、器防四減少：減少非必須的注射操作減少非規(guī)范的注射操作減少注射操作中的職業(yè)暴露減少注射相關(guān)醫(yī)療廢物

如何實(shí)現(xiàn)安全注射

重視環(huán)境的準(zhǔn)備警惕銳器傷正確物品管理嚴(yán)格無菌操作熟悉操作規(guī)程執(zhí)行手衛(wèi)生安全注射

如何實(shí)現(xiàn)安全注射

進(jìn)行注射操作前半小時應(yīng)停止清掃地面等工作。避免不必要的人員活動。嚴(yán)禁在非清潔區(qū)域進(jìn)行注射準(zhǔn)備等工作。應(yīng)在指定的不會被血液和體液污染的干凈區(qū)域里，進(jìn)行注射準(zhǔn)備。當(dāng)進(jìn)行注射準(zhǔn)備時，必須遵循以下三步驟：1.保持注射準(zhǔn)備區(qū)整潔、不雜亂，這樣可以很容易清潔所有表面2.開始注射前，無論準(zhǔn)備區(qū)表面是否有血液或體液污染，都應(yīng)清潔消毒。3.準(zhǔn)備好注射所需的所有器材：-無菌一次性使用的針頭和注射器-無菌水或特定稀釋液等配制藥液-酒精棉簽或藥棉-銳器盒重視環(huán)境的準(zhǔn)備手衛(wèi)生之前先做腦衛(wèi)生！觀念的改變非常重要！安全注射，“手”當(dāng)其沖！認(rèn)真執(zhí)行手衛(wèi)生工作人員注射前必須洗手、戴口罩，保持衣帽整潔；注射后應(yīng)洗手。操作前的準(zhǔn)備注射前需確保注射器和藥物處于有效期內(nèi)且外包裝完整。操作前的準(zhǔn)備給藥操作指導(dǎo)單劑量藥瓶——只要有可能，對每位患者都使用單劑量藥瓶，以減少患者間的交叉污染多劑量小瓶——如果別無選擇，才使用多劑量藥瓶-在對每個患者護(hù)理時，每次只打開一個藥瓶-如果可能，一個患者一個多劑量藥瓶，并在藥瓶上寫上患者姓名，分開存儲在治療室或藥房中-不要將多劑量藥瓶放在開放病房中，在那里藥品可能被不經(jīng)意的噴霧或飛濺物污染藥物準(zhǔn)備給藥操作指導(dǎo)丟棄多劑量藥瓶：-如果已失去無菌狀態(tài)-如果已超過有效日期或時間（即使藥瓶含有抗菌防腐劑）-如果打開后沒有適當(dāng)保存-如果不含防腐劑，打開超過24小時，或制造商建議的使用時間后-如果發(fā)現(xiàn)未注明有效日期、儲存不當(dāng)，或藥品在不經(jīng)意間被污染或已知道被污染（無論是否過期）藥物準(zhǔn)備給藥操作指導(dǎo)具有跳起打開裝置的安瓿瓶——只要有可能，就使用具有跳起打開裝置的安瓿瓶，而不是需要金屬銼刀才能打開的安瓿瓶如果是需要金屬銼刀才能打開的安瓿瓶，在打開安瓿瓶時，需使用干凈的保護(hù)墊（如一個小紗布墊）保護(hù)手指藥物準(zhǔn)備準(zhǔn)備好注射所需的所有器材：-無菌一次性使用的針頭和注射器-無菌水或特定稀釋液等配制藥液-酒精棉簽或藥棉-銳器盒注射準(zhǔn)備對藥瓶隔膜的操作步驟在刺入藥瓶前用蘸有70%乙醇棉簽或棉球擦拭藥瓶隔膜（隔層），并在插入器材前使其晾干每次插入多劑量藥瓶都要使用一個無菌注射器和針頭不要把針頭留在多劑量藥瓶上注射器和針頭一旦從多劑量藥瓶中吸出藥品并拔出，應(yīng)盡快進(jìn)行注射注射準(zhǔn)備貼標(biāo)簽多劑量藥瓶配制后，應(yīng)在藥瓶上貼上標(biāo)簽：-配制日期和時間藥物的種類和劑量-配制濃度-失效日期和時間-配制者簽名對于不需要配制的多劑量藥品，貼上標(biāo)簽：-開啟日期和時間-開啟者名字和簽名注射準(zhǔn)備皮膚消毒劑在有效期內(nèi)使用。嚴(yán)格落實(shí)皮膚消毒的操作流程（以注射點(diǎn)作為中心，自內(nèi)向外，直徑5cm以上）。一人一針一管一用，禁止重復(fù)使用。熟悉操作規(guī)程，嚴(yán)格無菌操作使用同一溶媒配置不同藥液時，必須每次更換使用未啟封的一次性使用無菌注射器和針頭抽取溶媒。必須多劑量用藥時，必須做到一人一針一次使用。熟悉操作規(guī)程，嚴(yán)格無菌操作熟悉操作規(guī)程，嚴(yán)格無菌操作紅圈標(biāo)注地方絕對不能碰觸！××熟悉操作規(guī)程，嚴(yán)格無菌操作皮膚消毒后不應(yīng)再用未消毒的手指觸摸穿刺點(diǎn)！皮膚消毒后應(yīng)完全待干后再進(jìn)行注射！熟悉操作規(guī)程，嚴(yán)格無菌操作現(xiàn)配現(xiàn)用藥液抽出的藥液、開啟的靜脈輸入用無菌液體須注明開啟日期和時間，放置時間超過2小時后不得使用；啟封抽吸的各種溶媒超過24小時不得使用。藥品保存應(yīng)遵循廠家的建議，不得保存在與患者密切接觸的區(qū)域，疑有污染或保存不當(dāng)時應(yīng)立即停止使用，并進(jìn)行妥善處置。

熟悉操作規(guī)程，嚴(yán)格無菌操作

2小時內(nèi)：——輸注類藥品；

24小時內(nèi)：

——溶媒啟封抽吸后；

——滅菌物品啟封后（棉球、紗布等）提倡使用小包裝。每周更換2次：

——非一次性使用的碘酒、酒精等，容器應(yīng)滅菌。

7天內(nèi)：——啟封后一次性小包裝的瓶裝碘酒、酒精.藥品保存：——應(yīng)遵循廠家的建議（溫度、避光）——不得保存在與患者密切接觸的區(qū)域?！捎形廴窘?。應(yīng)注明開啟時間物品管理

禁止雙手回套針帽禁止用手傳遞利器禁止用手分離注射器針頭禁止手持銳器隨意走動禁止隨意丟棄銳器，隨時入銳器盒禁止用手直接抓取醫(yī)療廢物

操作時保證充足光線、空間寬敞

操作時從容不迫

操作時盡可能采用有安全保護(hù)裝置的銳器六禁止三操作警惕銳器傷耐用，防穿透，防滲漏。大小合適，銳器可以完整放入。可能產(chǎn)生銳器的地方均配，不需二次分撿。放置的位置醒目且方便使用，治療車要放在上層的側(cè)面。一次性使用、禁止徒手打開、清空或清洗重復(fù)使用。禁止放入其他雜物。到達(dá)3/4時及時封閉。在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中確保密閉，避免內(nèi)容物外漏。

規(guī)范使用銳器盒

二、醫(yī)務(wù)人員職業(yè)暴露體液血液分泌物排泄物其他04年7月23日，廣州某醫(yī)院在一次急診搶救意外傷中,9名醫(yī)務(wù)人員均直接接觸了出血較多的重傷員。當(dāng)時病人血肉模糊，鮮血噴到了當(dāng)班急診醫(yī)生的身上、臉上和眼睛里，另一名醫(yī)生在為病人清創(chuàng)縫合時被扎破手指，麻醉科醫(yī)生帶著受傷的手指為病人進(jìn)行麻醉。當(dāng)時參與搶救的多數(shù)醫(yī)務(wù)人員的白大衣、口罩都被病人的鮮血染濕了。3天后這位病人被檢測出是艾滋病人，HIV抗體反應(yīng)強(qiáng)陽性。半年后有2名醫(yī)務(wù)人員血液檢出艾滋病毒抗體陽性，造成一起艾滋病職業(yè)暴露的悲劇?！鞍腆@魂”事件

銳器傷案例山東某院婦產(chǎn)科主任因全身發(fā)黃、乏力等去查體，結(jié)果是大三陽且轉(zhuǎn)氨酶高達(dá)1300多，診斷暴發(fā)性肝炎。事后回憶，發(fā)病前曾為一大三陽病人手術(shù)時，被針刺傷過，當(dāng)時未在意，沒做任何處理！某院一檢驗(yàn)科醫(yī)生給一丙肝患者進(jìn)行血?dú)夥治觯簧鞅徽从胁∪搜旱尼橆^刺傷，第三個月出現(xiàn)肝炎癥狀，感染丙肝病毒。

醫(yī)務(wù)人員職業(yè)暴露分類①感染性職業(yè)暴露（主要指血源