湖南化院化工計(jì)算教案

化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工計(jì)算教案第一章緒論一、教學(xué)內(nèi)容化工計(jì)算的目的、內(nèi)容；化工過程特征；本課的學(xué)習(xí)方法要求。二、教學(xué)方法設(shè)計(jì)1、自我情況介紹，個(gè)人的工作背景及可以和同學(xué)們分享的企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)，拉近師生距離。2、化工過程案例：某廠間苯二甲腈氯化生產(chǎn)四氯間苯二甲腈已知工藝條件：溫度、壓力、日產(chǎn)量、原料純度、產(chǎn)品純度求解內(nèi)容：原料消耗量，反應(yīng)熱和能源消耗量，有興趣的同學(xué)可以作產(chǎn)品技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估和分析，提出合理化建議。思考：（1）計(jì)算內(nèi)容的現(xiàn)實(shí)意義、方法（2）化工企業(yè)對(duì)高素質(zhì)專門人才的現(xiàn)實(shí)需求：技能素質(zhì)、人文素質(zhì)與綜合素質(zhì)（人力資源冰山模型與素質(zhì)元素結(jié)構(gòu)論）3、結(jié)合上述案例闡明觀點(diǎn)，指出化工計(jì)算的目的、內(nèi)容，概括化工過程特征，提出本課程的學(xué)習(xí)要求及對(duì)同學(xué)們的期望?；び?jì)算的作用歸納（更具現(xiàn)實(shí)性的有別于教科書的表述方式）：管理控制的需求；設(shè)計(jì)開發(fā)的需求；過程控制與改進(jìn)的需求?；び?jì)算中的現(xiàn)代化手段運(yùn)用的案例（某化工企業(yè)基于成本管理控制的產(chǎn)品生產(chǎn)原材料、能源預(yù)算計(jì)算軟件開發(fā)的實(shí)踐與啟迪）三、教學(xué)過程準(zhǔn)備知識(shí)：過程概念：將一組輸入轉(zhuǎn)化為輸出的活動(dòng)過程特征：黑箱狀態(tài)重點(diǎn)內(nèi)容：化工過程特征：1、具有過程特征2、具有自身特點(diǎn)：三個(gè)基本環(huán)節(jié)構(gòu)成第二章化工常用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)一、教學(xué)內(nèi)容常用基本物性數(shù)據(jù)：臨界常數(shù)、密度、蒸氣壓、粘度及熱導(dǎo)率二、教學(xué)方法設(shè)計(jì)1、拋磚引玉思考題：某產(chǎn)品生產(chǎn)原料氣化器的設(shè)計(jì)計(jì)算各基本物性數(shù)據(jù)的物理意義物理單位及計(jì)算估算方法2、指點(diǎn)迷津物性數(shù)據(jù)和熱力學(xué)數(shù)據(jù)是化工計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。獲得準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)是進(jìn)行物料衡算、能量衡算以及化工過程計(jì)算必須的準(zhǔn)備工作。三、教學(xué)過程準(zhǔn)備知識(shí)：氣體的壓力-體積-溫度關(guān)系：理想氣體、真實(shí)氣體、真實(shí)氣體混合物、獲得基礎(chǔ)物性數(shù)據(jù)的能力。重點(diǎn)內(nèi)容：第1節(jié)化工常用基本物性數(shù)據(jù)一、理想氣體狀態(tài)方程：方程：PV=nRT分析各參數(shù)單位：提問適用的條件：提問二、臨界常數(shù)：1、概念：臨界溫度（Tc）：氣體可以液化的最高溫度臨界壓力(Pc)：臨界溫度下氣體液化所需的最低壓力臨界體積（Vc）:臨界溫度及臨界壓力下1mol氣體所占的體積2、用途：在缺少物性數(shù)據(jù)時(shí)，通常使用臨界常數(shù)估算常用物性數(shù)據(jù)（如密度、蒸氣壓、粘度、熱導(dǎo)率等）和一些經(jīng)驗(yàn)公式的參數(shù)。例：利用臨界常數(shù)計(jì)算范德華常數(shù)（P+）(Vm-b)=RTa=b=R=（P30習(xí)題1）用理想氣體狀態(tài)方程和范德華方程式分別計(jì)算320K、4.052Mpa下,CO2的摩爾體積,并和實(shí)測(cè)值5.4×10-4m3.mol-1比較.分析過程:Vm===6.5710-4m3.mol-1范德華方程:PV-(bp+RT)V+aVm–ab=0將各已知參數(shù)代入公式，用牛頓迭代法計(jì)算出結(jié)果。說明:用代數(shù)計(jì)算程序(互聯(lián)網(wǎng)下載)可以解方程。比較計(jì)算的誤差。三、密度1、定義:單位物質(zhì)所具有的質(zhì)量。2、方法：理想氣體狀態(tài)方程：=×10-3適合理想氣體的密度的計(jì)算。非理想氣體：可用范德華方程。液體密度的計(jì)算：用定義式和經(jīng)驗(yàn)式注意：混合氣體和混合液體的密度計(jì)算用以下公式?；旌弦后w：混合氣體：四、蒸氣壓飽和蒸氣壓的概念兩個(gè)計(jì)算蒸氣壓的經(jīng)驗(yàn)式：安托尼蒸氣壓方程克拉貝龍蒸氣壓方程例：見P/16-17頁第2節(jié)常用熱力學(xué)數(shù)據(jù)一、教學(xué)內(nèi)容常用熱力學(xué)數(shù)據(jù)：熱容、相變熱、焓二、教學(xué)方法設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)熱容的概念；掌握標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱的兩種計(jì)算方法，區(qū)分不同點(diǎn)，比較計(jì)算結(jié)果；相變熱的正負(fù)代表了什么？焓的內(nèi)涵。三、教學(xué)過程熱容：定義：指一定量的物質(zhì)升高1K所吸收的熱量分類：質(zhì)量熱容J.kg-1.k-1摩爾熱容J.mol-1.k-1恒壓熱容:Cp,m恒容熱容：Cv,m理想氣體：Cp,m=a+bT+cT2+dT3Cv,m=Cp,m-RAbcd查手冊(cè)例：計(jì)算醚蒸氣在323.2K時(shí)的理想氣體恒壓熱容和恒容熱容要求:用兩種方法計(jì)算,分析兩種方法之間的偏差.相變熱：相變過程：蒸發(fā)、冷凝、結(jié)晶、升華蒸發(fā)熱（或冷凝熱）：液體氣體△Hv熔融熱（或凝固熱）：液體固體△Hm升華熱（或凝華熱）：氣體固體△Hs數(shù)據(jù)來源：熱力學(xué)圖表或經(jīng)驗(yàn)公式，例如：特魯頓法則里德爾法則克-克方程沃森公式欣達(dá)法則各種經(jīng)驗(yàn)公式見課本。例：丙酮的正常沸點(diǎn)為329.5K,估算丙酮在正常沸點(diǎn)下的蒸發(fā)熱.實(shí)驗(yàn)值為30167J.mol-1,計(jì)算所得值的誤差.焓：定義：一個(gè)狀態(tài)函數(shù)，H=U+PV注意：各符號(hào)的意義，單位焓的容量性；對(duì)理想氣體：焓與壓力、體積變化無關(guān)，僅是溫度的函數(shù)。第3節(jié)化學(xué)反應(yīng)和熱化學(xué)數(shù)據(jù)一、教學(xué)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱、標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒熱、反應(yīng)熱二、教學(xué)方法設(shè)計(jì)1、通過案例引出標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱、標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒熱、反應(yīng)熱的概念；2、掌握標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱的兩種計(jì)算方法，區(qū)分不同點(diǎn)，比較計(jì)算結(jié)果；3、相變熱的正負(fù)代表了什么？三、教學(xué)過程反應(yīng)熱：定義：隨著化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行而產(chǎn)生或吸收的熱量稱為反應(yīng)熱，它反映了化學(xué)反應(yīng)體系中焓值的變化，以△Hr表示注意：反應(yīng)熱的計(jì)算一定要注意反應(yīng)條件，物質(zhì)的量和反應(yīng)溫度和壓力等。標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱：在250C，101.3kPa時(shí)的反應(yīng)熱，用△H表示。計(jì)算：由標(biāo)準(zhǔn)生成熱（△H）計(jì)算△H：△H=i（△H）i-i（△H）i例：計(jì)算正戊烷燃燒的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱。方法：查各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成熱進(jìn)行計(jì)算。由標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱△H計(jì)算△H燃燒物的組成與狀態(tài)規(guī)定為：C的燃燒產(chǎn)物為CO2（g）,H的燃燒產(chǎn)物為H2O（l），N的燃燒產(chǎn)物為N2（g），S的燃燒產(chǎn)物為SO2（g），Cl的燃燒產(chǎn)物為HCl（稀的水溶液）。注意：并非所有的文獻(xiàn)規(guī)定的燃燒產(chǎn)物都相同，如有的規(guī)定H和Cl的燃燒產(chǎn)物分別是H2O（g）和Cl2(g),所以查表時(shí)應(yīng)注意配套使用。燃燒的基準(zhǔn)：以1mol化合物與正好足夠的氧氣反應(yīng)，生成指定的燃燒產(chǎn)物。計(jì)算公式：△H=i（△H）i-i（△H）i例：計(jì)算乙烷脫氫的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱。方法：查得各物質(zhì)的燃燒熱進(jìn)行計(jì)算?；瘜W(xué)平衡常數(shù)：概念：對(duì)于可逆反應(yīng)，當(dāng)正反應(yīng)速率和逆反應(yīng)速率相等時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡，在一定的溫度和壓力下，反應(yīng)物的濃度不變時(shí)平衡將保持穩(wěn)定?；瘜W(xué)平衡常數(shù)可以用來表示反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的狀態(tài)。公式：對(duì)于反應(yīng)aA+bBcC+Dd平衡常數(shù)的計(jì)算公式如下：Kc=兩種情況：理想氣體反應(yīng)：Kp=各組分分壓表示對(duì)于理想溶液反應(yīng)體系：Kn=以摩爾分率表示的化學(xué)平衡常數(shù)由標(biāo)準(zhǔn)吉氏函數(shù)變化計(jì)算化學(xué)平衡常數(shù)：i（△G）i-i（△G）I由標(biāo)準(zhǔn)吉氏函數(shù)計(jì)算平衡常數(shù)：-RTlnKp=例：計(jì)算反應(yīng)CH4+2H2OCO2+4H2計(jì)算方法：查得各物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成吉氏函數(shù)，再代入公式即可。溫度對(duì)化學(xué)平衡常數(shù)的影響：平衡常數(shù)是溫度的函數(shù)，不同溫度下化學(xué)平衡常數(shù)可用以下方程式積分求得。簡(jiǎn)化式如下：T[ii]+例：略。

第4節(jié)傳遞參數(shù)一、教學(xué)內(nèi)容黏度和熱導(dǎo)率二、教學(xué)方法設(shè)計(jì)通過案例（某產(chǎn)品氣化器的設(shè)計(jì)開發(fā)）引出熱導(dǎo)率的概念三、教學(xué)過程1、粘度概念：衡量液體粘性大小的物理量運(yùn)動(dòng)粘度：粘度與密度的比值來表示2、熱導(dǎo)率概念：也稱導(dǎo)熱系數(shù)，是衡量物質(zhì)導(dǎo)熱能力的物理量，以表示。單位：W.m-1.K-1注意：都是由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，需要時(shí)可查手冊(cè)，另外金屬的導(dǎo)熱系數(shù)最大，非金屬的固體次之，液體的較小，氣體的最小。有兩個(gè)估算公式，其所得誤差都小于10%。第三章化工過程參數(shù)第1節(jié)評(píng)價(jià)化工生產(chǎn)效果的常用指標(biāo)一、教學(xué)內(nèi)容生產(chǎn)能力、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率和選擇性二、教學(xué)方法設(shè)計(jì)1、拋磚引玉思考題：不同反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率是否相同，什么情況下相同，什么情況下不同？如何判斷反應(yīng)物中哪一種是限制反應(yīng)物？收率大小和轉(zhuǎn)化率大小各代表什么含義？2、指點(diǎn)迷津單程轉(zhuǎn)化率和總轉(zhuǎn)化率的區(qū)別，收率和轉(zhuǎn)化率、選擇性的聯(lián)系。三、教學(xué)過程準(zhǔn)備知識(shí)：化學(xué)反應(yīng)方程式的正確書寫重點(diǎn)內(nèi)容：1、生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度生產(chǎn)能力的三種表達(dá)式：設(shè)計(jì)能力、查定能力、現(xiàn)有能力。2、轉(zhuǎn)化率對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)化率是原料中某一反應(yīng)物參加化學(xué)反應(yīng)的量占其通入系統(tǒng)總量的百分?jǐn)?shù)，它表示了化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的程度。對(duì)反應(yīng)物A而言，其轉(zhuǎn)化率XA的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中——通入系統(tǒng)的反應(yīng)物A的量，mol；——反應(yīng)后離開系統(tǒng)的反應(yīng)物A的量，mol。工業(yè)生產(chǎn)中有單程轉(zhuǎn)化率和總轉(zhuǎn)化率，它們的區(qū)別在于系統(tǒng)劃分的不同，單程轉(zhuǎn)化率是以生產(chǎn)過程中的反應(yīng)器為系統(tǒng)，其表達(dá)式為：?jiǎn)纬剔D(zhuǎn)化率=總轉(zhuǎn)化率是以整個(gè)生產(chǎn)過程為系統(tǒng)，其表達(dá)式為：對(duì)于可逆反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的轉(zhuǎn)化率為平衡轉(zhuǎn)化率：平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓力和反應(yīng)物組成等平衡條件有關(guān)，它是可逆反應(yīng)單程轉(zhuǎn)化率的上限值。3、限制性反應(yīng)物與過量反應(yīng)物過量%=過量反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率總是小于限制反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，一般沒有特別說明的情況下轉(zhuǎn)化率是指限制反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，它可以用作衡量反應(yīng)完全程度標(biāo)準(zhǔn)。例2-1用磨碎的礬土礦與硫酸反應(yīng)制得硫酸鋁：礬土礦中含55.4%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），硫酸溶液中含77.7%。用了1080kg礬土礦和2510kg硫酸溶液，生產(chǎn)出1798kg純的硫酸鋁。求（1）過量反應(yīng)物為哪一種？（2）過量反應(yīng)物的過量百分?jǐn)?shù)？（3）過量反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率？（4）反應(yīng)完全程度為多少？解：的量的量的量假設(shè)是限制反應(yīng)物，需硫酸的量為：，這些硫酸是存在的，因此硫酸是過量反應(yīng)物。（2）的化學(xué)計(jì)量數(shù)5.87的化學(xué)計(jì)量數(shù)；的過量百分?jǐn)?shù)（3）生產(chǎn)5.26kmol需用硫酸的量為，則硫酸的轉(zhuǎn)化率為：（4）反應(yīng)完全程度用限制反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率表示4、產(chǎn)率和選擇性選擇性=目的產(chǎn)品實(shí)際產(chǎn)量/以輸入反應(yīng)器的原料計(jì)的目的產(chǎn)品理論產(chǎn)量*100%=反應(yīng)為目的產(chǎn)品的某種原料量/輸入反應(yīng)器的該種原料量*100%5、收率收率=實(shí)際獲得的目的產(chǎn)品量/輸入反應(yīng)器的原料量*100%舉例：見P39例3-36、前述五種常用指標(biāo)在企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際工作中的作用比較。

第2節(jié)工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一、教學(xué)內(nèi)容工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo):原料消耗定額、公用工程消耗定額、質(zhì)量指標(biāo)、排放指標(biāo)等。二、教學(xué)方法設(shè)計(jì)掌握各概念的現(xiàn)實(shí)意義三、教學(xué)過程重點(diǎn)內(nèi)容：原料消耗、排放指標(biāo)1、原料消耗化工產(chǎn)品生產(chǎn)中原料成本往往占到50%以上，原料消耗是成本控制的優(yōu)先考慮方向。原料消耗定額的現(xiàn)實(shí)意義，實(shí)際消耗與理論消耗的比較案例：邯鋼的成本控制經(jīng)驗(yàn)—倒推法簡(jiǎn)要介紹2、公用工程消耗水、電、氣、冷、煤、油等。3、質(zhì)量指標(biāo)質(zhì)量是產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的基礎(chǔ)，是品牌效應(yīng)的基石。質(zhì)量指標(biāo)的分類簡(jiǎn)介：企標(biāo)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。ISO9000系列質(zhì)量管理體系國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)要介紹。4、排放指標(biāo)三廢排放與三廢治理的現(xiàn)實(shí)意義。節(jié)能減排，各級(jí)政府經(jīng)濟(jì)工作的重要任務(wù)，納入政府政績(jī)考核體系，納入企業(yè)績(jī)效指標(biāo)考核體系。節(jié)能減排是保護(hù)生態(tài)環(huán)境的需要，是新興循環(huán)經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟(jì)的需要。京都議定書，減排工作上的國(guó)際經(jīng)濟(jì)技術(shù)投資合作機(jī)制，減排指標(biāo)的國(guó)際招標(biāo)轉(zhuǎn)讓概念介紹。第四章物料衡算一、教學(xué)內(nèi)容物料衡算的基本原理和方法物料衡算式物料衡算的基本方法二、教學(xué)方法設(shè)計(jì)1、拋磚引玉思考題：物料衡算的原理是什么？物理單位及計(jì)算估算方法2、指點(diǎn)迷津物性數(shù)據(jù)和熱力學(xué)數(shù)據(jù)是化工計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。獲得準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)是進(jìn)行物料衡算、能量衡算以及化工過程計(jì)算必須的準(zhǔn)備工作。三、教學(xué)過程準(zhǔn)備知識(shí)：物料衡算的原理重點(diǎn)內(nèi)容：物料衡算的基本原理、物料衡算式、物料衡算的基本方法1、定義：利用質(zhì)量守恒定律，對(duì)化工過程的物料進(jìn)行平衡計(jì)算。2．用途：A．設(shè)計(jì)新的裝置和設(shè)備時(shí)；B．對(duì)已有的生產(chǎn)裝置或設(shè)備，技改的基礎(chǔ)第一節(jié)物料衡算的基本原理和方法衡算式：理論依據(jù)：質(zhì)量守恒定律衡算體系：設(shè)備或過程（封閉體系、敞開體系）衡算式：輸入的物料量-輸出的物料量-反應(yīng)消耗的物料量+反應(yīng)生成的物料量=積累的物料量穩(wěn)定態(tài)時(shí)：積累的物料量為0沒有化學(xué)反應(yīng)時(shí)：反應(yīng)消耗和生成的物料量均為0穩(wěn)態(tài)物理過程：輸入的物料-輸出的物料=0NOTE：A。物料衡算分總物料衡算，組分物料衡算，元素原子平衡，每一種平衡又有質(zhì)量平衡和物質(zhì)的量的平衡。B。對(duì)穩(wěn)態(tài)過程C．間歇過程D．獨(dú)立衡算式第二節(jié)物料衡算的基本方法1、物料衡算的基本步驟：畫出簡(jiǎn)單的物料流程圖搜集和整理數(shù)據(jù)（物性數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)）確定衡算體系列出化學(xué)反應(yīng)方程式選基準(zhǔn)列物料衡算式整理結(jié)果并校核2、物料流程圖設(shè)備：方框物料：帶箭頭的物料線（注明數(shù)值和單位）舉例：略3、計(jì)算基準(zhǔn)及其選擇：基準(zhǔn)的選擇目的注意：基準(zhǔn)為整，1或100對(duì)液體或固體的物料體系，以質(zhì)量作基準(zhǔn)對(duì)氣體，以體積作基準(zhǔn)連續(xù)流動(dòng)體系，時(shí)間基準(zhǔn)選每天或每小時(shí)選已知變量最多的流股作計(jì)算基準(zhǔn)例：計(jì)算基準(zhǔn)的選取丙烷充分燃燒時(shí)，要供給的空氣量為理論量的125%，反應(yīng)：C3H8+5O23CO2+4H2O問每100mol燃燒產(chǎn)物，需多少mol的空氣？燃燒CO2H2OO2N2燃燒丙烷空氣（O2N2）根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式：1mol丙烷燃燒需空氣5mol,折算成：實(shí)際O2：5×1.25=6.25mol折合空氣：6.25/0.21=29.76mol其中氮量：29.76×0.79=23.51mol燃燒產(chǎn)生的煙道氣量：CO2：3molH2O:4molO2:6.25-5=1.25molN2:23.51mol合計(jì)：31.76mol100mol燃燒產(chǎn)量需空氣量：100/31.76×29.76=93.7mol法二：1mol空氣：含氧：1*21%=0.21mol用于燃燒氧：0.21/1.25=0.168mol可燃燒丙烷：0.168/5=0.0336molN2:0.79*1=0.79mol輸出：CO2：0.0336*3=0.1008molH2O:0.0336*4=0.1344molO2:0.21-0.168=0.042molN2:0.79mol合計(jì)：1.0672mol1:1.0672=x:100x=100/1.067=93.7mol法三：1mol煙道氣：設(shè)：N-N2的molQ-H2O,molM-O2的molA-空氣molP-CO2的molB-輸入丙烷，mol列平衡式：C平衡：P=3BH2平衡：Q=4BO2平衡：0.21A=M+P+1/2Q煙道氣總量:N+M+P+Q=100過剩氧氣(A-A/1.25)*0.21=M求解即可

簡(jiǎn)單過程的物料衡算一、教學(xué)內(nèi)容無化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算：簡(jiǎn)單過程的物料衡算二、教學(xué)方法設(shè)計(jì)1、拋磚引玉思考題：學(xué)過的化工單元操作有哪些？2、指點(diǎn)迷津?qū)Φ湫偷幕卧僮鬟M(jìn)行物料衡算。三、教學(xué)過程準(zhǔn)備知識(shí)：復(fù)習(xí)物料衡算的衡算式和物料衡算步驟重點(diǎn)內(nèi)容：簡(jiǎn)單過程的物料衡算一、概念：指體系內(nèi)的物料只有物理變化而沒有化學(xué)變化的過程，稱為化工單元操作：流體輸送、粉碎、換熱、混合、吸收、精餾、結(jié)晶、萃取、過濾、干燥二、衡算式：穩(wěn)態(tài)：輸入的物料量-輸出的物料量=0簡(jiǎn)單過程的物料衡算：1、定義：僅有一個(gè)設(shè)備或整個(gè)過程簡(jiǎn)化成一個(gè)設(shè)備的過程2、舉例：例一：混合（調(diào)節(jié)原料配比的基本方法）解：第一步：畫出物料流程示意圖第二步：列衡算式：H2SO4的平衡：F1×12.43%+F2×77.7%=F3×18.63%總物料平衡：F3=F1+F2求解：F2=83.97kgF3=883.97kg校驗(yàn)：輸入800×0.8757+83.997×0.223=719.285(kg)輸出883.97×0.8137=719.286(kg)例二過濾過濾機(jī)F1=2400kg.h-1F2X2192%過濾機(jī)X1130%X228%X1270%F3X311.5%X3298.5%固體平衡:F1×30%=F2×X21+F3×X31液體平衡F1×70%=F2×X22+F3×X32F1=F2+F3注意：前兩個(gè)方程不獨(dú)立解得：F2=755.8Kg.h-1F3=1644.2kg.h-1例三：結(jié)晶結(jié)晶600C飽和結(jié)晶t0C飽和溶液溶液（1000kgNaHCO3溶液）解：查NaHCO3的溶液度：600C16.4g/100g水,換算:NaHCO3的濃度=16.4/116.4×100%=14.09%析出50kgNaHCO3后的濃度:9.57%折算成溶解度:10.58g/100g水根據(jù)溶解度表查得:T=26.50C

簡(jiǎn)單過程的物料衡算一、教學(xué)內(nèi)容進(jìn)一步舉例說明化工單元操作中的物料計(jì)算：以干燥、蒸餾、吸收為例二、教學(xué)方法設(shè)計(jì)1、拋磚引玉思考題：學(xué)過的化工單元操作有哪些？2、指點(diǎn)迷津?qū)Φ湫偷幕卧僮鬟M(jìn)行物料衡算。三、教學(xué)過程準(zhǔn)備知識(shí)：復(fù)習(xí)物料衡算的衡算式和物料衡算步驟重點(diǎn)內(nèi)容：簡(jiǎn)單過程的物料衡算一、概念：指體系內(nèi)的物料只有物理變化而沒有化學(xué)變化的過程，稱為化工單元操作：流體輸送、粉碎、換熱、混合、吸收、精餾、結(jié)晶、萃取、過濾、干燥二、衡算式：穩(wěn)態(tài)：輸入的物料量-輸出的物料量=0簡(jiǎn)單過程的物料衡算：1、定義：僅有一個(gè)設(shè)備或整個(gè)過程簡(jiǎn)化成一個(gè)設(shè)備的過程2、舉例：干燥器例一：干燥紙漿1-X干燥器濕紙漿水：71%水X水：80%Y解：計(jì)算基準(zhǔn)為1Kg濕紙漿設(shè)干燥后紙漿含水量為X%，去掉的水質(zhì)量為Ykg去掉：Y=1×0.71×0.8干紙中含水=0.71-0.568=0.142kg干紙漿=1-0.568=0.432kg干紙漿的含水量=0.142/0.432×100%=32.9%例三：蒸餾85%蒸餾塔乙醇蒸餾塔35%Y1000kg.hX5%乙醇平衡：1000×0.35=0.85×Y+0.05XX+Y=1000X=625Y=375kg例三:吸收丙酮3%水Zkg空氣97%吸收塔吸收塔丙酮20%空氣丙酮10%(50kg)(80%)丙酮平衡:X×0.2=50×0.1+Y×0.03X+Z=50+Y0.8X=0.97Y解得：X=28.53kgY=23.53kgZ=45kg求解即可以上幾例為無化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算，當(dāng)利用代數(shù)法求解時(shí)，列衡算式應(yīng)注意下列幾點(diǎn)：1．無化學(xué)反應(yīng)體系，能列出的獨(dú)立物料衡算式數(shù)目，最多等于輸入和輸出物料中化學(xué)組分的數(shù)目。如例3-2中，有H2SO4、HNO3和H2O三個(gè)組分，所以只有三個(gè)獨(dú)立方程，若未知量超過三個(gè)，則必須搜集另外數(shù)據(jù)或找出其它關(guān)系，不然就無法求解。見下例3-6。2．首先列出含未知量數(shù)目最少的物料衡算方程，以便于解題。3．若體系內(nèi)具有很多多組分的物料，則最好將每個(gè)流股編號(hào)，并列表表示出已知的量和組成，檢查能列出的衡算方程數(shù)目是否等于未知量的數(shù)目。例有一個(gè)蒸餾塔，輸入和輸出物料量及組成如下圖。輸入物料1中A組分的98.7%自塔頂蒸出。求每千克輸入物料可得到塔頂餾出物2的量及其組成。冷凝器冷凝器1蒸餾塔進(jìn)料100kg蒸餾塔A0.20餾出物Pkg/hB0.30A?C0.503B?塔底產(chǎn)物Wkg/hC1-A-BA0.005C0.94B0.055圖3-8例3-6附圖解：基準(zhǔn)：100kg/h輸入物料令x=餾出物中A的百分含量，y=餾出物中B的百分含量。將各物料的流量及組成列于下表流股號(hào)流量kg/h組分mol%ABC123100PW20x0.530y5.5501-x-y94.0由上表可以看出，共有5個(gè)未知量，即P、W及流股2的組成A、B、C，由于組成A+B+C=1，所以只需求得任意兩個(gè)組成，如A、B（或B、C或C、A），第三個(gè)組成就可求出。因此實(shí)際上是4個(gè)未知量，需要4個(gè)方程。但是輸入和輸出物料中共有3個(gè)組分，因而只能寫出3個(gè)獨(dú)立物料衡算式。第四個(gè)方程必須從另外給定的條件列出。解題過程略

反應(yīng)器的物料衡算一、教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)：直接衡算法難點(diǎn)：元素衡算法二、教學(xué)方法設(shè)計(jì)1、拋磚引玉思考題：聯(lián)系組分的概念？當(dāng)有不止一個(gè)聯(lián)系組分時(shí)如何選好計(jì)算點(diǎn)？2、指點(diǎn)迷津比較各種衡算方法的優(yōu)缺點(diǎn)，在什么情況下選擇什么方法？三、教學(xué)過程準(zhǔn)備知識(shí)：轉(zhuǎn)化率和收率的有關(guān)計(jì)算方法和概念重點(diǎn)內(nèi)容：化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算反應(yīng)器的物料衡算：化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算比無化學(xué)反應(yīng)的計(jì)算要復(fù)雜，這是由于化學(xué)反應(yīng)使體系的物質(zhì)分子發(fā)生了變化，使得參加反應(yīng)的每一物質(zhì)輸入和輸出體系的質(zhì)量或摩爾流量不能平衡。在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算時(shí)必然會(huì)涉及到原料的配比，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、收率等許多因素。一．反應(yīng)器的物料衡算反應(yīng)器是進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備，所以對(duì)反應(yīng)過程的物料衡算可以以反應(yīng)器為衡算對(duì)象。根據(jù)反應(yīng)過程的不同特點(diǎn)，可以采用不同的計(jì)算方法，主要計(jì)算方法有：直接計(jì)算法、元素衡算法、利用聯(lián)系組分法、利用化學(xué)平衡常數(shù)進(jìn)行衡算、利用反應(yīng)速率進(jìn)行衡算二．各種方法舉例1．直接計(jì)算法適用條件：當(dāng)反應(yīng)過程有明確的化學(xué)反應(yīng)方程式，已知條件比較充分時(shí)，可以根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式，運(yùn)用化學(xué)計(jì)量系數(shù)進(jìn)行直接計(jì)算求解。例一：已知化學(xué)反應(yīng)方程如下：CH3OH+O2HCHO+H2O物料流程圖如下：過量（40%）反應(yīng)器空氣反應(yīng)器CH3OHHCHOH2ON2O2CH3OH基準(zhǔn)：100molCH3OH根據(jù)反應(yīng)方程式理論需O2量100×0.5=50mol=1.6kg實(shí)際輸入O2量50×1.4=70mo=l2.24kg帶入的N2量：mol=7.37kg反應(yīng)的CH3OH量100×70%=70mol=2.24kg反應(yīng)后各組分的輸出量：CH3OH100-70=30mol=0.96kgHCHO70mol=2.1kgH2O70mol=1.26kgO270-70×0.5=35mol=1.12kgN2263,33mol=7.37kg將結(jié)果匯總（列表）例二：一臺(tái)年生產(chǎn)能力為10000t苯乙烯的反應(yīng)器，年工作時(shí)間為8000h，苯乙烯收率為40%，以反應(yīng)乙苯計(jì)的苯乙烯選擇性為90%，苯選擇性為3%，甲苯選擇性為5%，焦油選擇性為2%，原料乙苯中含甲苯2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），反應(yīng)時(shí)通入水蒸汽提供部分熱量并降低乙苯分壓，乙苯和水蒸氣比為1：1.5（質(zhì)量），試對(duì)該反應(yīng)器進(jìn)行物料衡算。分析：本題用的計(jì)算方法還是直接計(jì)算法，只是多了幾個(gè)副反應(yīng)，分清楚收率、轉(zhuǎn)化率、選擇性的概念，計(jì)算是不難的，計(jì)算過程見教材?？偨Y(jié)：以上兩例都是連續(xù)過程的穩(wěn)態(tài)體系，對(duì)于間歇過程的非穩(wěn)態(tài)過程我們可以采用等價(jià)的辦法進(jìn)行計(jì)算。2．元素計(jì)算法元素計(jì)算法是以反應(yīng)過程中各種元素為對(duì)象列出平衡方程式而進(jìn)行的物料衡算，當(dāng)反應(yīng)過程比較復(fù)雜，過程中存在多種反應(yīng)而又無法確切知道各步反應(yīng)所占的比例，采用直接計(jì)算法將難以解題，這時(shí)可以采用元素平衡的方法進(jìn)行平衡的方法進(jìn)行物料衡算。例三：見教材（P/87頁）計(jì)算過程略3．聯(lián)系組分法（利用聯(lián)系組分進(jìn)行計(jì)算）聯(lián)系組分是指隨物料進(jìn)出系統(tǒng)，但完全不參加反應(yīng)的組分，它是反應(yīng)過程中的惰性物質(zhì)，因此其數(shù)量可以保持恒定，如在燃燒過程中N2就是一種惰性物質(zhì)，利用聯(lián)系組分與其他物料的比例關(guān)系變化，可以算出其他物料的數(shù)量。關(guān)系式：F×Xt,f=P×Xt,p如果在系統(tǒng)中存在不止一種聯(lián)系組分，這時(shí)可選擇其總量為聯(lián)系組分，也可選擇其中含量較大的單獨(dú)使用，因?yàn)槁?lián)系組分的量越大，計(jì)算誤差就越小。利用聯(lián)系組分進(jìn)行物料衡算可可使計(jì)算簡(jiǎn)化，尤其在未知變量較多的過程中。例四（P95）：略

具有循環(huán)過程的物料衡算一、教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)：典型流程示意圖難點(diǎn)：計(jì)算方法二、教學(xué)方法設(shè)計(jì)1、拋磚引玉思考題：化工生產(chǎn)中為什么要設(shè)置循環(huán)過程，循環(huán)的設(shè)置對(duì)哪項(xiàng)參數(shù)有好處？2、指點(diǎn)迷津有循環(huán)過程的典型流程一定要熟練掌握。三、教學(xué)過程準(zhǔn)備知識(shí)：循環(huán)如何影響轉(zhuǎn)化率？影響什么轉(zhuǎn)化率？相應(yīng)會(huì)提高哪些成本？重點(diǎn)內(nèi)容：一．循環(huán)原理：用分離設(shè)備進(jìn)行回收，返回系統(tǒng)重新利用。目的：提高原料的利用率，降低原料的消耗定額。物料流程圖：循環(huán)物料R混合器反應(yīng)器分離器FFMFRP混合器反應(yīng)器分離器新鮮混合原料反應(yīng)產(chǎn)物P原料產(chǎn)品有循環(huán)的過程，轉(zhuǎn)化率常分為單程轉(zhuǎn)化率與總轉(zhuǎn)化率。單程轉(zhuǎn)化率=總轉(zhuǎn)化率=循環(huán)體系有兩個(gè)過程限制參數(shù)，它們是循環(huán)比和混合比。循環(huán)比=混合比=在對(duì)分離器和混合器進(jìn)行物料衡算時(shí)這兩個(gè)參數(shù)很重要，有時(shí)可以作為解題的線索。二、舉例例：丙烷在催化反應(yīng)器中脫氫生成丙烯，其反應(yīng)式為：C3H8C3H6+H2丙烷的總轉(zhuǎn)化率為95%，反應(yīng)生成物經(jīng)分離器分成產(chǎn)物P和循環(huán)物料R，產(chǎn)品中含有C3H8、C3H6及H2，其中C3H8的量為未反應(yīng)C3H8的0.555%，循環(huán)物料中含有C3H8和C3H6，其中C3H6的量是產(chǎn)品中C3H6的5%，試計(jì)算產(chǎn)品組成、循環(huán)物料組成和單程轉(zhuǎn)化率。解：第一步：先畫出物料流程圖C3H8R1kmol/hC3H6R2kmol/hC3H8反應(yīng)器分離器F:100MFRPP反應(yīng)器分離器C3H8:MF1RP1:C3H8:P1:C3H8C3H6MF2RP2:C3H6P2:C3H6RP3:H2P3:H2第二步：基準(zhǔn)：100kmol.h-1的新鮮原料C3H8求解：由丙烷總轉(zhuǎn)化率95%，則：未轉(zhuǎn)化的丙烷為P1=100-100×95%=5kmol.h-1生成的丙烯和氫氣為:P2=P3=95kmol.h-1對(duì)分離進(jìn)行衡算列平衡方程式:RP1=P1+R1已知求反應(yīng)C3H8的0.555%進(jìn)入產(chǎn)品所以：0.555%RP1=P1=5RP1=900molR1=895molC3H6：Q2=P2+R2=95+R2已知產(chǎn)物中C3H6量的5%進(jìn)入循環(huán)物料。5%P2=R2R2=Q2=計(jì)算循環(huán)物料的組成：kmol/hmol%C3H889599.47C3H64.750.53899.75100.00單程轉(zhuǎn)化率為：

具有排放過程的物料衡算一、教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)：典型流程示意圖難點(diǎn)：計(jì)算方法二、教學(xué)方法設(shè)計(jì)1、拋磚引玉思考題：化工生產(chǎn)中為什么要設(shè)置排放過程及排放的目的是什么？2、指點(diǎn)迷津有循環(huán)及排放過程的典型流程一定要熟練掌握。三、教學(xué)過程準(zhǔn)備知識(shí)：排放的依據(jù)是什么？如何才能達(dá)到排放的目的？重點(diǎn)內(nèi)容：一、排放過程的物料衡算1、排放設(shè)置的目的：循環(huán)過程在穩(wěn)態(tài)條件下各物流的流量和組成是恒定的，因些循環(huán)體系的進(jìn)料和出料應(yīng)保持平衡，但在實(shí)際操作過程中，如果進(jìn)料中含有惰性物質(zhì)，而該惰性物質(zhì)在分離過程中沒有隨產(chǎn)物排出，而是進(jìn)入循環(huán)物流中，這樣惰性物質(zhì)就會(huì)隨著循環(huán)次數(shù)的增加而在循環(huán)過程中逐漸積累，以至影響正常生產(chǎn)。另外反應(yīng)副產(chǎn)物也可能在循環(huán)過程中積累，為了防止這些物質(zhì)和副產(chǎn)物在系統(tǒng)中的不斷增加，就必須排放一部分循環(huán)物料，使惰性物質(zhì)的輸出時(shí)能與進(jìn)料中的輸入量平衡，或是副產(chǎn)物的輸出時(shí)能與反應(yīng)產(chǎn)生的量平衡，從而維持整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。2、帶有排放的循環(huán)系統(tǒng)其典型流程如下：R循環(huán)物料分流器W分流器S待循環(huán)物料分離器混合器反應(yīng)器FFMFRP分離器混合器反應(yīng)器新鮮原料混合料反應(yīng)產(chǎn)物P產(chǎn)品注意：與循環(huán)過程相比，增加了一個(gè)分流器，其作用是將分離器回收的待循環(huán)物料S分出一部分作為排放物W，其余部分為循環(huán)R，經(jīng)過分流器的物料組成不發(fā)生變化，因此S、W、R的組成是相同的。根據(jù)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過程的物料平衡，為了使惰性物質(zhì)和副產(chǎn)物不在系統(tǒng)中積累，排放物流流量應(yīng)調(diào)節(jié)到能平衡惰性物質(zhì)的輸入量和副產(chǎn)物的產(chǎn)生量，則：FF.XFF,惰性物料=W.XW,惰性物料排放比=排放物流流量/新鮮原料流量=W/FF例：甲苯催化加氫脫甲基制苯，主反應(yīng)和副反應(yīng)分別為：主反應(yīng)：C6H5CH3+H2C6H6+CH4副反應(yīng)：C6H5CH3+10H27CH4以純氫和純甲苯為原料，進(jìn)入反應(yīng)器的氫與甲苯之比為5：1（摩爾比）。甲苯的單程轉(zhuǎn)化率為80%，生成苯的選擇性為98%，未反應(yīng)的甲苯和產(chǎn)物苯作為產(chǎn)物物流輸出體系，氫和甲烷循環(huán)，要求混合原料中甲烷含量不大于10%，計(jì)算排放比及各物流的組成。解：第一步：畫出物料流程圖第二步：確定基準(zhǔn)：以混合原料為計(jì)算基準(zhǔn)第三步：以反應(yīng)器為衡算體系列物料衡算式第四步：以分離器為衡算體系列物料衡算式第五步：對(duì)混合器進(jìn)行衡算第六步：對(duì)分流器進(jìn)行衡算第七步：將計(jì)算結(jié)果匯總列表3、旁路過程的物料衡算：具有旁路的過程，就是指物流的一部分繞過一個(gè)或幾個(gè)設(shè)備而直接分流至后續(xù)工序中去的過程。旁路過程主要用于調(diào)節(jié)物料的組成或溫度。流程圖如下：TFFRPMP分流反應(yīng)器混合分流反應(yīng)器混合旁路B分析：整個(gè)過程可以劃分成一個(gè)總系統(tǒng)和3個(gè)子系統(tǒng)，與循環(huán)過程有些類似，總原料TF經(jīng)過分流器后分成反應(yīng)器進(jìn)料F和旁路B，3股物料的組成是相同的，因此旁路過程的物料衡算比循環(huán)過程還要容易一些。例：見P/111頁，分析過程略。

習(xí)題課一、教學(xué)內(nèi)容物料衡算的有關(guān)知識(shí)總結(jié)。二、教學(xué)方法設(shè)計(jì)1、拋磚引玉思考題：物料衡算的原理和方法總結(jié)2、指點(diǎn)迷津物料衡算是能量衡算的基礎(chǔ)三、教學(xué)過程準(zhǔn)備知識(shí)：復(fù)習(xí)總結(jié)本章節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容重點(diǎn)：物料衡算總結(jié)：1物料衡算的原理；2物料衡算的基本步驟（重點(diǎn)是基準(zhǔn)的選?。┖?jiǎn)單過程無化學(xué)反應(yīng)過程多單元體系3物料的衡算類型反應(yīng)器化學(xué)反應(yīng)過程具有循環(huán)排放旁路例一（P/122習(xí)題6）解：流程圖如下：出塔氣體吸收液98%硫酸水H2O吸收塔吸收塔混合器混合器原料氣SO3，8%硫酸98.6%產(chǎn)品98%硫酸200t.h-1求：WH2O=？RH2SO4F=？解：產(chǎn)品：200t.h-1折算：4800t.d-1對(duì)混合槽進(jìn)行衡算：總物料RP+W=RH2SO4+WP硫酸的平衡：PRH2SO×98.6%=(WP+R)×98%水的平衡：PRH2SO×1.4%+W=(WP+R)×2%基準(zhǔn)：吸收液98%硫酸100t.d-1則需原料氣為Xm3.d-1,SO3為0.08m3.d-1對(duì)吸收塔作物料衡算：則98.6%的硫酸為RP=102.5t.d-1回代到混合槽的物料衡算式：求得WP=3.12t.d-1WH2O=0.62t.d-1列出物料表：擴(kuò)大比例200×24/3.12=1538.46將各個(gè)計(jì)算結(jié)果擴(kuò)大即為所求，同學(xué)們自己完成。例二：P/95頁第9題？分析過程：燃燒H2N279.8%燃燒廢氣O218.0%COCO22.2%空氣（N2O2）基準(zhǔn)：干廢氣100mol.h-1則N279.8mol.h-1O218mol.h-1CO22.2mol.h-1由C的平衡:CO為2.2mol.h-1由N平衡:設(shè)通入的空氣為Xmol.h-1X×0.79=79.8X=101mol由空氣加入的氧氣101×0.21=21.21mol.h-1消耗的O2=21.21-18=3.21mol.h-1CO+1/2O2CO2H2+1/2O2H2OCO燃燒消耗的氧量=1.1mol.h-1則通入的H2的量=4.22mol.h-1H2和CO混合燃料的組成:H2%=79.5%O2%=20.5%混合燃料:空氣=5.31:101=1:19例三:P/96頁第16題(同學(xué)們自己先做練習(xí))提示方法:聯(lián)系組分法基準(zhǔn):100mol干煙道氣計(jì)算過程略例四:P/9721題本題同學(xué)們先思考,然后再講解.提問:反應(yīng)速率的定義例五:P/9826題分析:本題是一個(gè)具有循環(huán)排放過程的物料衡算,首先要根據(jù)題意正確地畫出物料流程圖.然后確定計(jì)算基準(zhǔn):100mol.h-1混合原料為基準(zhǔn)對(duì)各個(gè)系統(tǒng)依次列物料衡算方程式求解即可.

第五章能量衡算概述能量衡算的方法和步驟基準(zhǔn)的選取一、教學(xué)內(nèi)容能量衡算方法和步驟二、教學(xué)方法設(shè)計(jì)1、拋磚引玉思考題：能量衡算的原理是什么？如何理解這一原理？2、指點(diǎn)迷津能量衡算的基礎(chǔ)是：物料衡算。三、教學(xué)過程準(zhǔn)備知識(shí)：能量的表現(xiàn)形式及傳遞方式重點(diǎn)內(nèi)容第一節(jié)概述原理：熱力學(xué)第一定律，即能量守恒與轉(zhuǎn)化定律意義：能量工藝過程，設(shè)備設(shè)計(jì)和操作水平是否先進(jìn)合理的主要指標(biāo)之一。分類：對(duì)使用中的設(shè)備和裝置進(jìn)行能量方面的評(píng)價(jià)，通過能量衡算計(jì)算出另外一些難以直接測(cè)定的能量值從而評(píng)價(jià)裝置或設(shè)備的能量利用情況。在設(shè)計(jì)新的裝置或設(shè)備時(shí)，根據(jù)已知的物料量和有關(guān)的設(shè)計(jì)條件，求出能量的變化值，進(jìn)而獲得未知的物料量或溫度功率等重要參數(shù)。結(jié)論：為設(shè)計(jì)或選型提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)找出薄弱環(huán)節(jié)，提出改進(jìn)措施。第二節(jié)能量衡算的基本原理和方法一、基本概念1、能量的表現(xiàn)形式及方法A、動(dòng)能適用：高速運(yùn)動(dòng)的體系，化工過程動(dòng)能可以忽略（除經(jīng)過噴嘴或銳孔形成高速的噴射流時(shí)除外）B．位能---勢(shì)能化工過程中位能影響不明顯，但在計(jì)算物料的泵送功率時(shí)是不能忽略的。C。內(nèi)能定義：指物體除了宏觀的動(dòng)能和位能以外所具有的內(nèi)在能量。分類：內(nèi)動(dòng)能內(nèi)位能鍵能分析：容量性質(zhì)狀態(tài)函數(shù)純組分：U=nf(T,Vm)結(jié)論：可由上式計(jì)算內(nèi)能差，但無法計(jì)算絕對(duì)值。熱量由于溫度差引起傳遞的能量稱為熱量吸熱---Q>0放熱---Q<0功能量傳遞過程中的另一種形式，除了熱量之外，物體間傳遞的能量都為功。分類：體積功流動(dòng)功機(jī)械功規(guī)定：環(huán)境向體外功為正，否則為負(fù)。分析：功和熱量是能量傳遞的兩種不同形式，它們可以互相轉(zhuǎn)換，功可以無條件地全部轉(zhuǎn)化為熱量，熱量則不能無條件地轉(zhuǎn)化為功（熱力學(xué)第二定律）焓（H）：狀態(tài)函數(shù)H=U+PV分析：焓的絕對(duì)值也是無法計(jì)算的，焓差反映了壓力恒定的情況下體系能量的變化值，而化工過程絕大部分是恒壓過程，因此能量衡算中的焓的計(jì)算比內(nèi)能計(jì)算更為常用。二、能量衡算式依據(jù)：熱力學(xué)第一定律（提問其真正含義）公式：進(jìn)入體系的能量-離開體系的能量=體系積累的能量進(jìn)入體系的能量體系物質(zhì)帶入的能量E入環(huán)境傳給體系的熱量Q離開體系的能量物質(zhì)帶出的能量：E出體系對(duì)環(huán)境所作的功：WE入-E出+Q-W=1、間歇過程間歇過程（封閉體系）的恒容過程熱效應(yīng)等于體系內(nèi)能變化，恒壓過程熱效應(yīng)等于體系焓變化。2、穩(wěn)定流動(dòng)過程：敞開體系三、機(jī)械能衡算壓縮和膨脹過程節(jié)流過程噴射過程管道中的穩(wěn)定流動(dòng)過程四、熱量衡算Q=連續(xù)過程間歇過程熱量衡算式基本方法及步驟畫出流程圖收集數(shù)據(jù)選擇基準(zhǔn)列衡算式校核五、基準(zhǔn)的選取一、如果已知標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱，可選298K，101.3kPa為反應(yīng)物的計(jì)算基準(zhǔn)，對(duì)非反應(yīng)物質(zhì)也可另選適當(dāng)?shù)臏囟葹榛鶞?zhǔn)（如反應(yīng)器的進(jìn)口溫度或平均熱容表的參考溫度），此時(shí)反應(yīng)過程的焓差用下式計(jì)算：例：氨氧化反應(yīng)器的熱量衡算，氨氧化反應(yīng)式為：題目見教材，略。分析：根據(jù)給出的已知條件進(jìn)行物料衡算，畫出流程圖如下：

反應(yīng)器反應(yīng)器NH3100mol.h-1NO100mol.h-1O2200mol.h-1H2O150mol.h-1Q確定基準(zhǔn)：298K，101.kPa氣態(tài)第一步：計(jì)算反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱第二步：計(jì)算各輸出物的焓：查平均摩爾熱容和恒壓摩爾熱容第三步：輸入的焓（為0，分析原因）的確定第四步：過程的焓的計(jì)算總結(jié)：根據(jù)的正負(fù)判斷是放熱還是吸熱，決定是要移走熱量還是提供熱量。二、基準(zhǔn)之二：以組成反應(yīng)物及產(chǎn)物的元素的穩(wěn)定單質(zhì)，在298K，101.3kPa氣態(tài)時(shí)的焓為零，非反應(yīng)分子以任意適當(dāng)?shù)臏囟葹榛鶞?zhǔn)，此時(shí)反應(yīng)過程的總焓變用下式計(jì)算：例二：甲烷空氣氧化生產(chǎn)甲醛，以100mol進(jìn)反應(yīng)器的甲烷為基準(zhǔn)，物料流程圖如下所示，甲烷于250C進(jìn)反應(yīng)器，如果保持出口產(chǎn)物為1500C，需從反應(yīng)器取走多少熱量？解：流程圖如下：376molN260molCH41500C反應(yīng)器100molCH4250C10molCO2反應(yīng)器50molH2O100molO21000C50molO2376N2分析：基準(zhǔn)：物料基準(zhǔn)和溫度基準(zhǔn)，物質(zhì)基準(zhǔn)。第一步：由摩爾平均熱容來計(jì)算O2和N2的進(jìn)出焓第二步：CH4出口的焓值的計(jì)算：由CH4的標(biāo)準(zhǔn)生成熱加上溫度上升表達(dá)出來的焓的增加；第三步：其它各生成的進(jìn)出口焓的計(jì)算同第二步甲烷的計(jì)算；第四步：將以上結(jié)果代入總焓的計(jì)算公式。

無化學(xué)反應(yīng)過程的熱量衡算一、教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)：相變過程的熱量衡算難點(diǎn)：計(jì)算方法二、教學(xué)方法設(shè)計(jì)1、拋磚引玉思考題：相變的類型2、指點(diǎn)迷津計(jì)算的關(guān)鍵是基準(zhǔn)的正確選取三、教學(xué)過程準(zhǔn)備知識(shí)：1、熱容、焓數(shù)據(jù)的獲取2、積分公式求解(a+bx+cx2+dx3)dx=a(x2-x1)+b/2(x22-x12)+c/3(x23-x13)+d/4(x24-x14)（一）無相變過程的熱量衡算衡算式1：Q=U（間歇過程或封閉過程）衡算式2：Q=H（連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)過程）計(jì)算方法：1、利用熱容計(jì)算恒壓過程的簡(jiǎn)化計(jì)算公式：Q=nCp(T2-T1)恒容過程的計(jì)算公式：Q=U=nCvdt2、單相體系的熱量衡算：直接查焓數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。例題：5-7P146簡(jiǎn)單解釋例題：5-8P147—149詳細(xì)解釋（一）相變過程的熱量衡算