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(shí)

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(gè)工序又由若干個(gè)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(shí)，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?；み^程就是由反應(yīng)過程和若干個(gè)單元操作組合而成的一個(gè)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(duì)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(gè)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(jià)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。化工基礎(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）基本物性性數(shù)據(jù)——如臨界常數(shù)數(shù)（臨界壓壓力、臨界界溫度、臨臨界體積））、密度或或比容、狀狀態(tài)方程參參數(shù)、壓縮縮系數(shù)、蒸蒸氣壓、氣氣一液平衡衡關(guān)系等。。(2）熱力學(xué)物物性數(shù)據(jù)——如內(nèi)能、焓焓、嫡、熱熱容、相變變熱、自由由能、自由由焓等。(3）化學(xué)反應(yīng)應(yīng)和熱化學(xué)學(xué)數(shù)據(jù)——如反應(yīng)熱、、生成熱、、燃燒熱、、反應(yīng)速度度常數(shù)、活活化能，化化學(xué)平衡常常數(shù)等。(4）傳遞參數(shù)數(shù)——如粘度、擴(kuò)擴(kuò)散系數(shù)、、導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)等。數(shù)據(jù)的獲取取：1、查手冊(cè)或或文獻(xiàn)資料料常用物質(zhì)的的物性數(shù)據(jù)據(jù)可從化學(xué)學(xué)化工類手手冊(cè)或?qū)I(yè)業(yè)性的化工工手冊(cè)中中查到。（（收集了許許多物質(zhì)的的物性數(shù)據(jù)據(jù)及圖表））化學(xué)工程手手冊(cè)，《化學(xué)工程手手冊(cè)》編輯委員會(huì)會(huì)，化學(xué)工工業(yè)出版社社，1980化工工藝設(shè)設(shè)計(jì)手冊(cè)，，國(guó)家醫(yī)藥藥管理局上上海醫(yī)藥設(shè)設(shè)計(jì)院編，，化學(xué)工業(yè)業(yè)出版社，，1986化工工藝算算圖，吉林林化學(xué)工業(yè)業(yè)公司設(shè)計(jì)計(jì)院等編，，化學(xué)工業(yè)業(yè)出版社，，19822、估算可以應(yīng)用物物理和化學(xué)學(xué)的一些基基本定律計(jì)計(jì)算各種物物質(zhì)的性質(zhì)質(zhì)參數(shù)。但是，往往往由于缺乏乏計(jì)算所需需的一些分分子性質(zhì)（（偶極矩、、極化率、、原子間距距離等）的的數(shù)據(jù)而無無法計(jì)算，，或者即使使知道這些些數(shù)據(jù)，計(jì)計(jì)算也很復(fù)復(fù)雜。因此此，許多研研究人員做做了不少工工作，建立立了理論與與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)結(jié)合的方法法，來計(jì)算算各種物質(zhì)質(zhì)的物性數(shù)數(shù)據(jù)。這些些方法僅從從一個(gè)化合合物二、三三種數(shù)據(jù)就就能估算出出該化合物物的其他物物性數(shù)據(jù)來來?；鶊F(tuán)貢獻(xiàn)法法3、用實(shí)驗(yàn)直直接測(cè)定實(shí)驗(yàn)直接測(cè)測(cè)定。以上三種數(shù)數(shù)據(jù)來源，，從手冊(cè)或或文獻(xiàn)中查查得數(shù)據(jù)最最方便，但但往往有時(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不夠夠完整，也也會(huì)出現(xiàn)一一些錯(cuò)誤。。用一些理理論的、半半經(jīng)驗(yàn)的和和經(jīng)驗(yàn)的公公式估算，，也是一種種簡(jiǎn)便的方方法。當(dāng)手手冊(cè)或文獻(xiàn)獻(xiàn)中無法查查得時(shí)，可可以進(jìn)行估估算。直接接用實(shí)驗(yàn)測(cè)測(cè)定得到的的數(shù)據(jù)最可可靠，只是是實(shí)驗(yàn)比較較費(fèi)時(shí)間又又花錢。但但是，如果果查不到有有關(guān)數(shù)據(jù)，，而用公式式估算得到到的結(jié)果精精度又不夠夠時(shí)，則必必須用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定定。4、計(jì)算機(jī)機(jī)檢索近年來，，隨著電電子計(jì)算算機(jī)的迅迅速發(fā)展展，應(yīng)用用計(jì)算機(jī)機(jī)儲(chǔ)存、、檢索和和推算物物性數(shù)據(jù)據(jù)。一些大型型化工企企業(yè)、研研究部門門和高等等院校都都相應(yīng)建建立了物物性數(shù)據(jù)據(jù)庫，以以便于通通過計(jì)算算機(jī)自動(dòng)動(dòng)檢索或或估算所所要求的的數(shù)據(jù)，，而不必必自行查查找或計(jì)計(jì)算，大大大節(jié)省省了時(shí)間間和精力力?；の镄孕詳?shù)據(jù)庫庫美國(guó)，CINDAS(14000)北京化工工大學(xué)，，大型化化工物性性數(shù)據(jù)庫庫CEPPDS(3417)第二節(jié)物物料料衡算物料衡算算是化工工計(jì)算中中最基本本、最重重要的內(nèi)內(nèi)容之一一，它是是能量衡衡算的基基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)或研研究一個(gè)個(gè)化工過過程，或或?qū)φ吣衬成a(chǎn)過過程進(jìn)行行分析，，需要了了解能量量的分布布情況，，都必須須在物料料衡算的的基礎(chǔ)上上，才能能進(jìn)一步步算出物物質(zhì)之間間交換的的能量以以及整個(gè)個(gè)過程的的能量分分布情況況。物料衡算算和能量量衡算是是進(jìn)行化化工工藝藝設(shè)計(jì)、、過程經(jīng)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)價(jià)、節(jié)能能分析以以及過程程最優(yōu)化化的基礎(chǔ)礎(chǔ)。物料衡算算有兩種種情況:一種是對(duì)對(duì)已有的的生產(chǎn)設(shè)設(shè)備或裝裝置，利利用實(shí)際際測(cè)定的的數(shù)據(jù)，，算出另另一些不不能直接接測(cè)定的的物料量量。用此此計(jì)算結(jié)結(jié)果，對(duì)對(duì)生產(chǎn)情情況進(jìn)行行分析、、作出判判斷、提提出改進(jìn)進(jìn)措施。。（一般般的作業(yè)業(yè)）另一種是是設(shè)計(jì)一一種新的的設(shè)備或或裝置，，根據(jù)設(shè)設(shè)計(jì)任務(wù)務(wù)，先作作物料衡衡算，求求出進(jìn)出出各設(shè)備備的物料料量，然然后再作作能量衡衡算，求求出設(shè)備備或過程程的熱負(fù)負(fù)荷，從從而確定定設(shè)備尺尺寸及整整個(gè)工藝藝流程。。（設(shè)計(jì)計(jì)）一、物料料衡算的的依據(jù)質(zhì)量守恒恒定律即在一個(gè)個(gè)孤立物物系中，，不論物物質(zhì)發(fā)生生任何變變化，它它的質(zhì)量量始終不不變（不不包括核核反應(yīng)，，因?yàn)楹撕朔磻?yīng)能能量變化化非常大大，此定定律不適適用）。。質(zhì)量守恒恒（不是是摩爾守守恒、體體積守恒恒）二、物料料衡算式式物料衡算算是研究究某一個(gè)個(gè)體系內(nèi)內(nèi)進(jìn)、出出物料量量及組成成的變化化。所謂體系系就是物物料衡算算的范圍圍，它可可以根據(jù)據(jù)需要選選定。體體系可以以是一個(gè)個(gè)設(shè)備或或幾個(gè)設(shè)設(shè)備，也也可以是是一個(gè)單單元操作作或整個(gè)個(gè)化工過過程。進(jìn)行物料料衡算時(shí)時(shí)，必須須首先確確定衡算算的體系系。對(duì)某一個(gè)個(gè)體系，，輸入體體系的物物料量應(yīng)應(yīng)該等于于輸出物物料量與與體系內(nèi)內(nèi)積累量量之和。。連續(xù)過程程的物料料衡算式式一般表示示式為：：系統(tǒng)中積積累=輸入–輸出+生成–消耗穩(wěn)態(tài)過程程時(shí)輸入=輸出–生成+消耗無化學(xué)反應(yīng)的的穩(wěn)態(tài)過程輸入=輸出物料平衡形式式總平衡式*總質(zhì)量平衡衡式總摩爾平衡式式組分平衡式組分質(zhì)量平衡衡式組分摩爾平衡衡式元素原子平衡衡式*元素原子質(zhì)質(zhì)量平衡式*元素原子摩摩爾平衡式三、物料衡衡算的基本方方法進(jìn)行物料衡算算時(shí)，為了能能順利地解題題，避免錯(cuò)誤誤，必須掌握握解題技巧，，按正確的解解題方法和步步驟進(jìn)行。這這樣才能獲得得準(zhǔn)確的計(jì)算算結(jié)果。l、衡算范圍指定的任何空空間范圍。它它可是一個(gè)設(shè)設(shè)備、一個(gè)單單元或整個(gè)過過程。根據(jù)給定的條條件畫出流程程簡(jiǎn)圖（過程示意圖或或衡算范圍）。圖中用簡(jiǎn)簡(jiǎn)單的方框表表示過程中的的設(shè)備，用線線條和箭頭表表示每個(gè)流股股的途徑和流流向。并標(biāo)出出每個(gè)流股的的已知變量（（如流量、組組成）及單位位。對(duì)一些未未知的變量，，可用符號(hào)表表示。物料衡算與能能量衡算物料衡算與能能量衡算是進(jìn)進(jìn)行化工工藝藝過程設(shè)計(jì)及及技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)評(píng)價(jià)的基本依依據(jù)。通過對(duì)對(duì)全生產(chǎn)過程或單元過程的物料和和能量的衡算算，計(jì)算得到：1）主、副產(chǎn)品品產(chǎn)量；2）原材料的消耗耗定額，過程的物料料損耗；3）“三廢”的生成量及組組成；4）水、電、汽汽或其他燃料料等消耗定額額；5）設(shè)計(jì)物料流流程圖。物料衡算與能能量衡算根據(jù)物料衡算和能能量的衡算結(jié)果，可以：1）對(duì)生產(chǎn)設(shè)備備進(jìn)行設(shè)計(jì)和和選型；2）確定產(chǎn)品成本等各各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)濟(jì)指標(biāo)，從而而可以定量地地評(píng)述所選擇擇的工藝路線線、生產(chǎn)方法法及工藝流程程在經(jīng)濟(jì)上是是否合理，技技術(shù)上是否先先進(jìn)。物料衡算物料衡算的概概念：在化工過程中中，物料平衡衡是指“在單位時(shí)間內(nèi)內(nèi)進(jìn)入系統(tǒng)（（體系）的全全部物料質(zhì)量量必定等于離離開該系統(tǒng)（（體系）的全全部物料質(zhì)量量再加上損失失掉的與積累累起來的物料料質(zhì)量?！睂?duì)物料平衡進(jìn)進(jìn)行計(jì)算稱為為物料衡算。。物料平衡的理理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律律，即在一個(gè)孤孤立體系中不不論物質(zhì)發(fā)生生任何變化(不包括核反應(yīng)應(yīng))它的質(zhì)量始終終保持不變。。物料衡算的分分類1、按操作方式式分為間歇操作作、連續(xù)操作作及半連續(xù)操操作等三類物料衡算；；2、按狀態(tài)將其分為穩(wěn)定定狀態(tài)操作和和不穩(wěn)定狀態(tài)態(tài)操作兩類衡算。3、按衡算范圍圍分為單元操作作過程(或單個(gè)設(shè)備)和全流程的兩類物料衡算；；物料平衡方程程式根據(jù)質(zhì)量守恒恒定律，對(duì)某某一個(gè)體系內(nèi)內(nèi)質(zhì)量流動(dòng)及及變化的情況況用數(shù)學(xué)式描描述物料平衡衡關(guān)系則為物物料平衡方程程式。其基本本表達(dá)式為：：∑F0=∑D+A+∑B式中，F(xiàn)0—輸人體系的物物料質(zhì)量；D—離開體系的物物料質(zhì)量；A—體系內(nèi)積累的的物料質(zhì)量；；B—損失的物料質(zhì)質(zhì)量(如跑、冒、滴滴、漏)物料衡算的步步驟1、畫出流程示示意圖稀溶液二次蒸汽F,wfW加熱蒸汽凝水提濃液B，wB物料衡算步驟驟2、列出主、副副化學(xué)反應(yīng)式式3、確定計(jì)算任任務(wù)4、收集數(shù)據(jù)資資料（生產(chǎn)規(guī)模、時(shí)時(shí)間，收率、、轉(zhuǎn)化率，原原材料及產(chǎn)品規(guī)格格，有關(guān)物理理化學(xué)常數(shù)））5、選定計(jì)算基基準(zhǔn)（時(shí)間，質(zhì)量量，體積）6、建立物料平平衡方程，展展開計(jì)算7、整理并校核核計(jì)算結(jié)果8、繪制物料流流程圖、填寫寫物流表列物料平衡式式時(shí)應(yīng)注意的的事項(xiàng)(1)物料平衡是指指質(zhì)量平衡，，不是體積或或物質(zhì)的量(摩爾數(shù))平衡。若體系系內(nèi)有化學(xué)反反應(yīng)，則衡算算式中各項(xiàng)用用摩爾／時(shí)為為單位時(shí)，必必須考慮反應(yīng)應(yīng)式中的化學(xué)學(xué)計(jì)量系數(shù)。。列物料平衡式式時(shí)應(yīng)注意的的事項(xiàng)(2)對(duì)于無化學(xué)反反應(yīng)體系，能能列出獨(dú)立物物料平衡式的的最多數(shù)目等等于輸入和輸輸出的物流里里的組分?jǐn)?shù)。。(3)在寫平衡方程程式時(shí)，要盡盡量使方程式式中所包含的的未知數(shù)最少少。2、衡算對(duì)象參加過程的全全部物料。對(duì)無化學(xué)反應(yīng)應(yīng)：可選任一一物料對(duì)有化學(xué)反應(yīng)應(yīng)：未發(fā)生變變化的物質(zhì)3、計(jì)算基準(zhǔn)準(zhǔn)及其選擇擇原則上計(jì)算算基準(zhǔn)是任任意選擇。。但是，計(jì)算算基準(zhǔn)選擇擇得恰當(dāng)，，可以使計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)化，，避免錯(cuò)誤誤。對(duì)于不不同化工過過程，采用用什么基準(zhǔn)準(zhǔn)適宜，需需視具體情情況而定，，不能作硬硬性規(guī)定。。根據(jù)不同過過程的特點(diǎn)點(diǎn)，選擇計(jì)計(jì)算基準(zhǔn)時(shí)時(shí)注意以下下幾點(diǎn)：(l）應(yīng)選擇已已知變量數(shù)數(shù)最多的流流股作為計(jì)計(jì)算基準(zhǔn)。。(2）對(duì)液體或或固體的體體系，常選選取單位質(zhì)質(zhì)量作基準(zhǔn)準(zhǔn)。(3）對(duì)連續(xù)流流動(dòng)體系，，用單位時(shí)時(shí)間作計(jì)算算基準(zhǔn)有時(shí)時(shí)較方便。。(4）對(duì)于氣體體物料，如如果環(huán)境條條件（如溫溫度、壓力力）已定，，則可選取取體積作基基準(zhǔn)。具體：⑴時(shí)時(shí)間基準(zhǔn)準(zhǔn)連續(xù)（小時(shí)時(shí)，天……）間歇（釜，，批……）⑵質(zhì)量基基準(zhǔn)kg，mol，kmol………⑶體積基準(zhǔn)m3（STP），Nm3⑷干濕基準(zhǔn)干基（不含含水），濕濕基（含水水）4、物料衡算算的程序（（步驟）(l）搜集計(jì)算算數(shù)據(jù)。(2）畫出物料料流程簡(jiǎn)圖圖。(3）確定衡算算體系。(4）寫出化學(xué)學(xué)反應(yīng)方程程式，包括括主反應(yīng)和和副副反應(yīng)，標(biāo)標(biāo)出有用的的分子量。。(5）選擇計(jì)算算基準(zhǔn)，并并在流程圖圖上注明所所選的基準(zhǔn)準(zhǔn)值。(6）列出物料料衡算式，，然后用數(shù)數(shù)學(xué)方法求求解。(7）校核計(jì)算算結(jié)果。(數(shù)據(jù)歸一））(8）將計(jì)算結(jié)結(jié)果列成輸輸入一輸出出物料表（（物料平衡衡表）。（三線線表、表頭頭名稱、基基準(zhǔn)）四、無化化學(xué)反應(yīng)過過程的物料料衡算在化工過程程中，只有有物理變化化不發(fā)生化化學(xué)反應(yīng)的的單元操作作如混合、、蒸餾、蒸蒸發(fā)、干燥燥、吸收、、結(jié)晶、萃萃取等，這這些過程都都可以根據(jù)據(jù)物料衡算算式，直接列出總總物料和各各組分的衡衡算式，再再用代數(shù)法法求解。一）、簡(jiǎn)單單過程的物物料衡算簡(jiǎn)單過程是是指僅有一一個(gè)設(shè)備或或一個(gè)單元元操作的過過程。設(shè)備備邊界就是是體系邊界界。(1）畫出物料料流程簡(jiǎn)圖圖。(2）選擇基準(zhǔn)準(zhǔn)。(3）列物料衡衡算式，求求解。(4）校核計(jì)算算結(jié)果。(5）將計(jì)算結(jié)結(jié)果列成輸輸入一輸出出物料表（（物料平衡衡表））。（要求：畫畫出物料流流程簡(jiǎn)圖、、列出物料料平衡表并并進(jìn)行核算算）二）、有多多個(gè)設(shè)備過過程的物料料衡算五、有化學(xué)學(xué)反應(yīng)過程程的物料衡衡算有化學(xué)反應(yīng)應(yīng)的過程，，物料中的的組分變化化比較復(fù)雜雜。工業(yè)上的化化學(xué)反應(yīng)，，各反應(yīng)物的的實(shí)示用量量，并不等等于化學(xué)反反應(yīng)式中的的理論量。。為了使所所需的反應(yīng)應(yīng)順利進(jìn)行行，或使其其中較昂貴貴的又應(yīng)物物全部轉(zhuǎn)化化，常常使使價(jià)格較低低廉的一些些反應(yīng)物用用量過量。。一）、反應(yīng)應(yīng)轉(zhuǎn)化率、、選擇性及及收率等概概念l、限制反應(yīng)應(yīng)物化學(xué)反應(yīng)原原料不按化化學(xué)計(jì)量比比配料時(shí)，，其中以最最小化學(xué)計(jì)計(jì)量數(shù)存在在的反應(yīng)物物稱為限制制反應(yīng)物。。2、過量反應(yīng)應(yīng)物不按化學(xué)計(jì)計(jì)量比配料料的原料中中，某種反反應(yīng)物的量量超過限制制反應(yīng)物完完全反應(yīng)所所需的理論論量，該反反應(yīng)物稱為為過量反應(yīng)應(yīng)物。3、過量百分分?jǐn)?shù)過量反應(yīng)物物超過限制制反應(yīng)物所所需理論量量的部分占占所需理論論量的百分分?jǐn)?shù)。4、轉(zhuǎn)化率（（x）某一反應(yīng)物物反應(yīng)掉的的量占其輸輸入量的百百分?jǐn)?shù)。5、選擇性（（S）反應(yīng)物反應(yīng)應(yīng)成目的產(chǎn)產(chǎn)物所消耗耗的量占反反應(yīng)物反應(yīng)應(yīng)掉的量的的百分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化率與選選擇性是反反應(yīng)過程的的兩個(gè)主要要技術(shù)指標(biāo)標(biāo)。6、收率（Y）目的產(chǎn)物的的量除以反反應(yīng)物（通通常指限制制反應(yīng)物））輸入量，，以百分?jǐn)?shù)數(shù)表示。它它可以用物物質(zhì)的量（（摩爾數(shù)））或質(zhì)量進(jìn)進(jìn)行計(jì)算。。轉(zhuǎn)化率、選選擇性與收收率三者之之間的關(guān)系系:Y=Sx順酐的選擇擇性：S=Y/x＝(3.49%)/(96.82%)=3.6%3.23%二）、一般般反應(yīng)過程程的物料衡衡算對(duì)有化學(xué)反反應(yīng)過程的的物料衡算算，由于各各組分在過過程中發(fā)生生了化學(xué)反反應(yīng)，因此此就不能簡(jiǎn)簡(jiǎn)單地列組組分的衡算算式，必須須考慮化學(xué)學(xué)反應(yīng)中生生成或消耗耗的量，應(yīng)該根據(jù)化化學(xué)反應(yīng)式式，列衡算算方程。對(duì)一般的反反應(yīng)過程，，可用下列列幾種方法法求解。1、直接求解解法有些化學(xué)反反應(yīng)過程的的物料衡算算，有時(shí)只只含一個(gè)未未知量或組組成，這類類問題比較較簡(jiǎn)單，通常可根據(jù)據(jù)化學(xué)反應(yīng)應(yīng)式直接求求解，不必必列出衡算算式。直接求解法法也稱化學(xué)學(xué)計(jì)量法2、元素衡算算法元素衡算是是物料衡算算的一種重重要形式。。在作這類類衡算時(shí)，，并不需要要考慮具體體的化學(xué)反反應(yīng)，而是是按照元素素種類被轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化及重新新組合的概概念表示為為：輸輸入入（某種元元素）=輸出（同種種元素）對(duì)反應(yīng)過程程中化學(xué)反反應(yīng)很復(fù)雜雜，無法用用一、兩個(gè)個(gè)反應(yīng)式表表示的物料料衡算題，，可以列出出元素衡算算式，用代代數(shù)法求解解。3、“聯(lián)系組分”法“聯(lián)系組分””是指隨物物料輸入體體系，但完完全不參加加反應(yīng)，又又隨物料從從體系輸出出的組分，，在整個(gè)反反應(yīng)過程中中，它的數(shù)數(shù)量不變。。

如果體體系中存在在聯(lián)系組分分，那么輸輸入物料和和輸出物料料之間就可可以根據(jù)聯(lián)聯(lián)系組分的的含量進(jìn)行行關(guān)聯(lián)。三）、復(fù)雜雜過程的物物料衡算復(fù)雜過程不不是指過程程或設(shè)備多多而是具有有循環(huán)、排排放及旁路路的過程。。在化工過程程中具有循循環(huán)、排放放及旁路的的過程的物物料衡算與與以上介紹紹的方法相相類似，只只是需要先先根據(jù)已知知的條件及及所求的未未知量選擇擇合適的衡衡算體系，，列出一般般過程物料料衡算式再再加上結(jié)點(diǎn)點(diǎn)關(guān)系求解解。第三節(jié)能能量衡算算在化工生產(chǎn)產(chǎn)中，能量量的消耗是是一項(xiàng)重要要的技術(shù)經(jīng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，，它是衡量量工藝過程程、設(shè)備設(shè)設(shè)計(jì)、操作作制度是否否先進(jìn)合理理的主要指指標(biāo)之一。。能量衡算的的基礎(chǔ)是物物料衡算，，只有在進(jìn)進(jìn)行完備的的物料衡算算后才能作作出能量衡衡算。能量衡算有有兩種類型型的問題一種是先對(duì)對(duì)使用中的的裝置或設(shè)設(shè)備，實(shí)際際測(cè)定一些些能量，通通過衡算計(jì)計(jì)算出另外外一些難以以直接測(cè)定定的能量，，由此作出出能量方面面的評(píng)價(jià)，，即由裝置置或設(shè)備進(jìn)進(jìn)出口物料料的量和溫溫度，以及及其它各項(xiàng)項(xiàng)能量，求求出裝置或或設(shè)備的能能量利用情情況；另一種是在在設(shè)計(jì)新裝裝置或設(shè)備備時(shí)，根據(jù)據(jù)已知的或或可設(shè)定的的物料量求求得未知的的物料量或或溫度，和和需要加入入或移出的的熱量。一、能量衡衡算的依據(jù)據(jù)能量守恒定定律輸入能量+生成能量=消耗能量+積累能量+輸出能量二、總能量量衡算方程程式1、連續(xù)穩(wěn)態(tài)態(tài)流動(dòng)過程程[能量輸入速速率]-[能量輸出速速率]=[能量積累速速率]△H+△△Ek+△△Ep=Q+WQ-輸入體系的的熱量W-輸入體系的的總功在實(shí)際中，，上式視不不同情況而而有不同的的形式：1）絕熱過程Q=0，動(dòng)、位能差差可忽略△H=W即用焓差計(jì)計(jì)算環(huán)境向向體系作功功2）無作功過程程（多數(shù)化工工操作過程程）W=0，動(dòng)、位能差差可忽略△H=Q3）無功、熱傳傳遞過程Q=0，W=0，動(dòng)、位能差差可忽略△H=0（焓平衡））2、間歇過程程間歇過程（（封閉體系系）中，因因體系與環(huán)環(huán)境間沒有有物質(zhì)交換換，但有能能量的交換換。間歇歇過過程程無無流流動(dòng)動(dòng)功功，，△△（（pv）=0則能能量量衡衡算算式式為為:△U+△△Ek+△△Ep=Q+W一般般間間歇歇操操作作，，動(dòng)動(dòng)、、位位能能差差=0，則則△U=Q+W三、、能能量量衡衡算算總能能量量衡衡算算在在化化工工計(jì)計(jì)算算時(shí)時(shí)分分熱量量衡衡算算和和機(jī)機(jī)械械能能衡衡算算。1、對(duì)對(duì)有有些些化化工工過過程程如如流體體流流動(dòng)動(dòng)過過程程，此此時(shí)時(shí)傳傳熱熱量量?jī)?nèi)內(nèi)能能的的變變化化較較其其他他小小，，次次要要。。故故總能能量量衡衡算算變變?yōu)闉闄C(jī)機(jī)械械能能衡衡算算?；すぴ砝碇兄械牡牧髁黧w體流流動(dòng)動(dòng)—柏努努力力方方程程。。2、更更多多化化工工過過程程中中如如反反應(yīng)應(yīng)器器、、蒸蒸餾餾塔塔、、蒸蒸發(fā)發(fā)器器、、換換熱熱器器等等中中，，功功、、動(dòng)動(dòng)能能、、位位能能變變化化較較之之傳傳熱熱、、內(nèi)內(nèi)能能和和焓焓的的變變化化，，是是可可以以忽忽略略。。此此時(shí)時(shí)（（無無外外功功W=0）總能能量量衡衡算算簡(jiǎn)簡(jiǎn)化化為為熱熱量量衡衡算算。。Q=△△H=H2－H1（敞敞開開體體系系））或Q=△△U=U2－U1（封封閉閉體體系系））由于于實(shí)實(shí)際際應(yīng)應(yīng)用用時(shí)時(shí)，，進(jìn)進(jìn)出出設(shè)設(shè)備備的的物物料料不不止止一一個(gè)個(gè)，，因因此此：：Q=∑H2－∑H1熱量量衡衡算算（（化化工工中中的的能能量量衡衡算算））1、熱量量衡衡算算式式一般般化化工工過過程程的的能能量量衡衡算算指指熱量量衡衡算算（無無外外功功W=0）：：Q=△△H=H2－H1（敞敞開開體體系系））Q=∑H2－∑H12、熱量衡衡算的基基本方法法和步驟驟①建立立以單位位時(shí)間為為基準(zhǔn)的的物料流流程圖（（或平衡衡表）。。也可以以100mol或100kmol原料為基基準(zhǔn)，但但前者更更常用。。②在物物料流程程框圖上上標(biāo)明已已知溫度度、壓力力、相態(tài)態(tài)等條件件，并查查出或計(jì)計(jì)算出每每個(gè)物料料組分的的焓值，，于圖上上注明。。③選定計(jì)算算基準(zhǔn)（（溫度和和相態(tài)））。這是是人為選選定的計(jì)計(jì)算基準(zhǔn)準(zhǔn)，即輸輸入體系系的熱量量和由體體系輸出出的熱量量應(yīng)該有有同一的的比較基基準(zhǔn)，可可選0℃（273K）、25℃（298K）或其它它溫度作作為基準(zhǔn)準(zhǔn)溫度。。由于手手冊(cè)、文文獻(xiàn)上查查到的熱熱力學(xué)數(shù)數(shù)據(jù)大多多是298K時(shí)的數(shù)據(jù)據(jù)，故選選298K為基準(zhǔn)溫溫度，計(jì)計(jì)算比較較方便。。同時(shí)相相態(tài)的確確定也是是很重要要的。④列出出熱量衡衡算式，，然后用用數(shù)學(xué)方方法求解解未知值值。⑤當(dāng)生生產(chǎn)過程程及物料料組成較較復(fù)雜時(shí)時(shí)，可以以列出熱熱量衡算算表。水蒸氣動(dòng)動(dòng)能：17atm的v=0.1166m3/kgu=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(dòng)能占總總能量的的6.02×10(3)/7.61××10(5)=0.78%故本題可可視為單單純的熱量衡算算。一）無化化學(xué)反應(yīng)應(yīng)過程的的熱量衡衡算無化學(xué)反反應(yīng)過程程的能量量衡算，，一般指指進(jìn)出過過程物料料的焓差——熱量衡算算。由于焓是是狀態(tài)函函數(shù)，所所以一個(gè)個(gè)過程△H，可以用用假想的的，由始始態(tài)到終終態(tài)幾個(gè)個(gè)階段代代替原過過程，每每一階段段的△Hi之和即為為全過程程的△H。途經(jīng)各個(gè)個(gè)階段的的類型有有5種，即：：恒T時(shí)P的變化恒P時(shí)T的變化恒T恒P時(shí)相態(tài)的的變化化兩物質(zhì)在在恒T恒P時(shí)混合和和分離恒T恒P時(shí)的反應(yīng)應(yīng)過程前4種已學(xué)（（無相變變、有相相變、混混合熱等等的計(jì)算算）下面面重點(diǎn)講講反應(yīng)過過程的熱熱量衡算算。二）有化化學(xué)反應(yīng)應(yīng)過程的的熱量衡衡算化學(xué)反應(yīng)應(yīng)過程也也常伴隨隨有大量量的熱效效應(yīng)——吸熱或放放熱。為為了使反反應(yīng)溫度度得到控控制，必必須自反反應(yīng)體系系排走或或向反應(yīng)應(yīng)供給熱熱量，即即反應(yīng)器器也須有有供給或或冷卻用用的換熱熱設(shè)備，，這些都都需進(jìn)行行反應(yīng)過過程的熱熱量衡算算。1、反應(yīng)熱熱及其表表示1）恒壓反應(yīng)應(yīng)熱反應(yīng)物按按化學(xué)計(jì)計(jì)量式完完全反應(yīng)應(yīng)，物料料在反應(yīng)應(yīng)前后的的焓差稱稱為恒壓壓反應(yīng)熱熱或反應(yīng)應(yīng)熱，以以△Hr表示。根據(jù)熱力力學(xué)第一一定律，，若過程程進(jìn)行時(shí)時(shí)只做膨膨脹功，，則△Hr就是恒壓壓熱，即即Qp=△△Hr注意：一一定的△Hr值是對(duì)一一定的反反應(yīng)式而而言的。。如果uA是反應(yīng)物物或生成成物A的化學(xué)計(jì)計(jì)量系數(shù)數(shù)，nA為溫度時(shí)時(shí)所消耗耗而成生生成的A的摩爾數(shù)數(shù)，則化化學(xué)反應(yīng)應(yīng)的總焓焓差為：：△H=nA△Hr/uA2）恒容反應(yīng)應(yīng)熱在恒T恒V下，反應(yīng)應(yīng)物在溫溫度T時(shí)按化學(xué)學(xué)計(jì)量系系數(shù)完全全反應(yīng)后后內(nèi)能的的變化，，即為恒恒容反應(yīng)應(yīng)熱或恒恒容熱Qv=△UrQp與Qv的關(guān)系：：若果ui是氣態(tài)反反應(yīng)物或或生成物物i的化學(xué)計(jì)計(jì)量系數(shù)數(shù)，且氣氣體為理理想氣體體，設(shè)液液、固容容積變化化可忽略略，則△Ur=△Hr－△nRT2、反應(yīng)熱熱的計(jì)算算反應(yīng)熱來來源：實(shí)實(shí)測(cè)由已有數(shù)數(shù)據(jù)估算算（蓋斯斯定律））由標(biāo)準(zhǔn)生生成熱△Hf計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)反應(yīng)熱熱△Hr1）標(biāo)準(zhǔn)生成成熱△Hf在1atm、25℃由穩(wěn)定的的單質(zhì)生生成1mol化合物的的恒壓反反應(yīng)熱。。規(guī)定在標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下下（1atm、25℃）處于穩(wěn)穩(wěn)定狀態(tài)態(tài)的單質(zhì)質(zhì)△Hf=02）由標(biāo)準(zhǔn)生生成熱計(jì)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)反應(yīng)熱熱△Hr根據(jù)蓋斯斯定律——化學(xué)反應(yīng)應(yīng)熱只決決定于物物質(zhì)的初初態(tài)和終終態(tài)，與與過程的的途徑無無關(guān)，則則：△Hr=∑生成物ui（△Hf）－∑反應(yīng)物ui（△