化學(xué)工藝學(xué)1概論課件

第一章概論化學(xué)工業(yè)出版社第一章概論化學(xué)工業(yè)出版社主要內(nèi)容1.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.3化工工藝計(jì)算2主要內(nèi)容1.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 21.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 1.1.1化學(xué)工業(yè)的分類（1）無機(jī)化學(xué)工業(yè) 合成氨、無機(jī)酸、堿、鹽和無機(jī)化學(xué)肥料（2）基本有機(jī)化學(xué)工業(yè) 合成醇、有機(jī)酸、醛、酯、酮以及烷烴、烯烴、芳烴系列產(chǎn)品（3）高分子化學(xué)工業(yè) 合成塑料及樹脂、合成纖維、合成橡膠（4）精細(xì)化學(xué)工業(yè) 試劑、催化劑、助劑、添加劑、活性劑、染料、顏料、香料、 涂料、農(nóng)藥、醫(yī)藥等（5）生物化學(xué)工業(yè) 有機(jī)酸、生物農(nóng)藥、飼料蛋白、抗生素、維生素、疫苗等按產(chǎn)品分類：31.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 1.1.1化學(xué)工業(yè)的分類1.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 1.1.1化學(xué)工業(yè)的分類（1）石油化工

以石油和天然氣為原料的化學(xué)工業(yè)（2）煤化工

通過煤的氣化、干餾和生產(chǎn)的電石為原料的化學(xué)工業(yè)（3）生物化工

采用農(nóng)、林等生物資源以及非生物資源，通過發(fā)酵、水解、酶 催化而生產(chǎn)的化工產(chǎn)品（4）礦產(chǎn)化工

以化學(xué)礦為原料的化工產(chǎn)品（5）海洋化工

從海水中提煉的化工產(chǎn)品按原料分類：41.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 1.1.1化學(xué)工業(yè)的分類1.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 1.1.2化學(xué)工業(yè)的特征（1）化學(xué)工藝方法和設(shè)備更新快，產(chǎn)品日新月異，是一個(gè)技術(shù)密集型的工業(yè)。（2）多數(shù)化學(xué)工業(yè)，特別是工業(yè)化學(xué)工業(yè)，無論原料和動(dòng)力，都要消耗能量，是一個(gè)能源密集型的工業(yè)。（3）化工過程往往是易燃、易爆、有毒、有腐蝕的過程，生產(chǎn)條件控制嚴(yán)格，是一個(gè)連續(xù)性和自動(dòng)化程度較高的工業(yè)。51.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 1.1.2化學(xué)工業(yè)的特征1.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 （4）為提高經(jīng)濟(jì)效益，綜合利用資源和能源，基本化學(xué)工業(yè)均向大型化方向發(fā)展。（5）化工生產(chǎn)是易產(chǎn)生廢氣、廢水、廢渣的過程，為防止污染環(huán)境，治理三廢是化工生產(chǎn)中的不可忽視的問題，而治理三廢的同時(shí)，有時(shí)又可得到有價(jià)值的副產(chǎn)品。（6）化工生產(chǎn)是有利于能量綜合利用的過程，以節(jié)能為主要內(nèi)容的技術(shù)改造，是降低生產(chǎn)能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。61.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 6主要內(nèi)容1.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.3化工工藝計(jì)算7主要內(nèi)容1.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 71.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝化學(xué)工業(yè)最基本的原料是煤、石油、天然氣、化學(xué)礦以及農(nóng)林副產(chǎn)物和海洋資源，其中絕大部分基本有機(jī)化學(xué)工業(yè)和部分的基本無機(jī)化學(xué)工業(yè)的原料主要是煤和天然氣。目前，世界化學(xué)工業(yè)主要以石油和天然氣為原料，約占90%以上；而我國的化學(xué)工業(yè)原料則以煤為主。81.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝化學(xué)工業(yè)最基本的原料1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.2.1石油及其加工工藝從油田開采出來的石油稱為原油，原油是一種褐黃色或黑色的粘稠液體，具有特殊氣味，原有的化學(xué)組成非常復(fù)雜，主要有碳和氫兩種元素所組成的各種烴類，并含有少量的氮、氧、硫化合物。烴類化合物分為烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴。石蠟基原油含較多的石蠟，烷烴含量超過50%，密度小，凝固點(diǎn)高，含硫及膠質(zhì)較少，大慶原油屬于此類。環(huán)烷基原油含有較多的環(huán)烷烴和芳香烴，密度較大，凝固點(diǎn)低，含硫及膠質(zhì)較多，瀝青亦較多。中間基原油的性質(zhì)介于前兩類之間。原油按組成可分為：91.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.2.1石油及其加工工1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝以石油為原料加工出來的產(chǎn)品甚多，按其主要性質(zhì)和用途可分為燃料油（汽油、煤油、柴油）、潤滑油、瀝青、石油焦以及基本化工產(chǎn)品六大類?；净ぎa(chǎn)品為烯烴（乙烯和丙烯）、芳烴（苯、甲苯、二甲苯）、液化石油氣和合成氣等。以這些物質(zhì)為原料進(jìn)一步加工，可以制得各種各樣的化工產(chǎn)品和日用產(chǎn)品。石油經(jīng)熱裂解生成重要的有機(jī)化工原料包括“三烯”（乙烯、丙烯、丁二烯）、“三苯”（苯、甲苯、二甲苯）等。101.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝以石油為原料加工出來1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝111.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝111.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝為了充分利用寶貴的石油資源，要對(duì)石油進(jìn)行一次加工和二次加工，在生產(chǎn)出汽油、航空煤油、柴油、鍋爐燃油和液化氣的同時(shí)，制取各類化工原料。一次加工：原油的常壓蒸餾和減壓蒸餾過程。蒸餾是一種利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的差別（沸點(diǎn)不同）進(jìn)行分離的方法，是一種沒有化學(xué)反應(yīng)的傳質(zhì)、傳熱物理過程。二次加工：常減壓蒸餾餾份油的進(jìn)一步化學(xué)加工過程。主要包括重整、催化裂化、催化加氫裂化和烴類熱裂解。121.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝為了充分利用寶貴的石1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝131.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝131.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.2.2天然氣及其加工工藝主要成分：氣態(tài)烴類，還含有少量的二氧化碳、氮?dú)夂土蚧锏入s質(zhì)。來源：伴生氣和非伴生氣。伴生氣是伴隨石油共生，通稱為油田氣；非伴生氣為單獨(dú)的氣田資源，純氣田的天然氣主要成分是甲烷。干氣：每m3氣體中C5以上重質(zhì)烴含量低于13.5cm3（液體）濕氣：每m3氣體中C5以上重質(zhì)烴含量高于13.5cm3（液體）貧氣：含C3以上烴類高于94cm3（液體）富氣：含C3以上烴類低于94cm3（液體）141.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.2.2天然氣及其加工1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝產(chǎn)地組成（體積分?jǐn)?shù)%）CH4C2H6C3H8C4H10C5H12H2S(mg/kg)COCO2H2N2四川93.010.80.20.05—20~400.020.40.025.5勝利92.073.12.320.860.1——0.68—0.84遼河90.783.271.460.930.7820—0．50.281.5幾種氣田的天然氣組成151.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝產(chǎn)地組成（體積分?jǐn)?shù)%）CH41.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝天然氣作為化工原料時(shí)，主要是制取合成氣，而進(jìn)一步加工成各種化工廠品；用天然氣為原料加工的基本化工產(chǎn)品，其成本一般較低。天然氣是化學(xué)工業(yè)的重要原料，也是一種高熱值、低污染的清潔能源。由天然氣井、油田、煤層中產(chǎn)生的天然氣，不宜直接用作化工原料，還需脫除有害組分，并將各組分分離，然后才能將所得各種組分合理利用。161.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝天然氣作為化工原料時(shí)1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝天然氣的初步加工處理工藝流程171.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝天然氣的初步加工處理工藝流程1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝天然氣的化學(xué)加工途徑181.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝天然氣的化學(xué)加工途徑181.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.2.3煤及其加工工藝主要成分：碳、氫和氧，并含有少量的氮、硫、磷等雜原子。煤的種類C，wt%H，wt%O，wt%泥煤60~705~625~35褐煤70~805~615~25煙煤80~904~55~15無煙煤90~981~31~3不同煤的主要元素組成191.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.2.3煤及其加工工藝1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝201.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝201.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝由于煤中含有大量的芳核結(jié)構(gòu)，以它為原料來制取芳烴、稠環(huán)和雜環(huán)等類化合物(如苯類、酚類、喹啉、吡啶、咔唑等)，要比石油方便。目前世界上由煤得到的苯約占苯總產(chǎn)量的25%，萘約占萘總產(chǎn)量的85%，蒽、苊、芘占其總產(chǎn)量的90%以上，咔唑、喹啉均占100%，炭黑占其總產(chǎn)量的25%。

211.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝由于煤中含有大量1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝在煤化工范疇內(nèi)的煤加工過程主要有煤的干餾、氣化、液化等。煤的干餾是在隔絕空氣的條件下加熱煤，使其分解生成焦炭、煤焦油、粗苯和焦?fàn)t氣的過程，也稱為煤的熱解或熱分解。高溫干餾：煤在煉焦?fàn)t中隔絕空氣加熱到1000℃左右，經(jīng)過干餾的一系列階段，最終得到焦炭，該過程也稱為高溫?zé)捊够蚝喎Q煉焦。低溫干餾：煤在終溫500~700℃下進(jìn)行的干餾過程，產(chǎn)生半焦、低溫焦油和煤氣等產(chǎn)物。221.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝在煤化工范疇內(nèi)的煤加工過程主1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝煤的氣化：以煤或煤焦（半焦）為原料，以氧氣（空氣、富氧或純氧）、水蒸氣或氫氣等作為氣化劑（或稱氣化介質(zhì)），在高溫（900~1300℃）通過化學(xué)反應(yīng)把煤或煤焦中的可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體的過程。氣化時(shí)所得到的氣體稱為煤氣，其有效部分包括一氧化碳、氫氣和甲烷等。煤的液化：通過化學(xué)加工將煤轉(zhuǎn)化為液體燃料的過程。直接加氫液化：在高壓（10~20MPa）、高溫（420~480℃）和催化劑作用下轉(zhuǎn)化成液態(tài)烴的過程。間接液化：將煤預(yù)先制成合成氣，然后在催化劑的作用下是合成氣轉(zhuǎn)化成烴類燃料、含氧化合物燃料的過程。231.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝煤的氣化：以煤或煤焦（半焦）1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝241.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝241.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.2.4化學(xué)礦及其加工工藝固體化學(xué)礦的種類甚多，大多數(shù)化學(xué)礦是以化合物的形態(tài)存在，且含有多種元素。通常按某種元素在礦石中含量的高低分為高品位礦和低品位礦，低品位礦必須通過選礦富集才能作為原料。化學(xué)礦主要用于制取金屬和無機(jī)鹽類產(chǎn)品?；瘜W(xué)礦種類繁多，主要礦物舉例如下。251.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.2.4化學(xué)礦及其加工1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝⑴鹽礦：巖鹽、海鹽或湖鹽等，用于制造純堿、燒堿、鹽酸和氯乙烯等⑵硫礦：硫磺(S)、硫鐵礦(FeS2)等，用于生產(chǎn)硫酸和硫磺⑶磷礦：氟磷灰石[Ca5F(PO4)3]、氯磷灰石[Ca5Cl(PO4)3]，用于生產(chǎn)磷肥，磷酸及磷酸鹽等⑷鉀鹽礦：鉀石鹽(KCl和NaCl混合物)、光鹵石(KCl·MgCl2·6H2O)、鉀鹽鎂礬(KCl·MgSO4·3H2O)⑸鋁土礦：水硬鋁石(α-Al2O3·H2O)和三水鋁石(Al2O3·3H2O)的混合物⑹硼礦：硼砂礦(Na2O·2B2O3·10H2O)、硼鎂石(2MgO·B2O3·H2O)等261.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝⑴鹽礦：巖鹽、海鹽或湖鹽等，1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝⑺錳礦：錳礦(β和γ-MnO2)、菱錳礦(MnCO3)等⑻鈦礦：金紅石(TiO2)、鈦鐵礦(FeTiO3)等⑼鋅礦：閃鋅礦(ZnS)、菱鋅礦(ZnCO3)⑽鋇礦：重晶石(BaSO4)、毒晶石(BaCO3)等⑾天然沸石：斜發(fā)沸石、絲光沸石、毛沸石(化學(xué)組成均為NaO·Al2O3·nSiO2·xH2O)等⑿硅藻土(含83%～89%SiO2·nH2O)

膨潤土[(Mg,Ca)O·Al2O3·5SiO2·nH2O]，可作吸附劑和催化劑載體271.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝⑺錳礦：錳礦(β和γ-MnO1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝化學(xué)礦的加工方法主要有熱化學(xué)加工（煅燒、焙燒等）、浸取分離、萃取分離、提取分離和電化學(xué)等。除熱化學(xué)加工外，其他各種加工方法是用水或溶劑把所需的金屬化合物提取出來，這些方法通稱為濕法冶金。281.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝化學(xué)礦的加工方法1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝主要礦物質(zhì)的加工利用291.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝主要礦物質(zhì)的加工利用291.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.2.5生物質(zhì)及其加工工藝來源：農(nóng)、林、牧、副、漁業(yè)的產(chǎn)品及其廢棄物（殼、芯、稈、糠、渣）等農(nóng)副產(chǎn)品。利用方法：一是直接提取其中固有的化學(xué)成分；二是利用化學(xué)或生物化學(xué)的方法將其分解為基礎(chǔ)化工產(chǎn)品或中間品。加工過程：涉及萃取、微生物水解、酶水解、化學(xué)水解、裂解、催化加氫、皂化、氣化等一系列生產(chǎn)工藝和操作。301.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.2.5生物質(zhì)及其加工1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝糠醛和糠醇的生產(chǎn)311.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝糠醛和糠醇的生產(chǎn)311.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝乙醇的生產(chǎn)321.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝乙醇的生產(chǎn)32主要內(nèi)容1.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.3化工工藝計(jì)算33主要內(nèi)容1.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 33對(duì)于穩(wěn)定的連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)過程，無物料的積累，再若過程中無物料的損失，則輸入的總物料量等于輸出的總物料量，即1.3化工工藝計(jì)算1.3.1物料衡算物料衡算的依據(jù)是質(zhì)量守恒定律：進(jìn)入系統(tǒng)的物料量=離開系統(tǒng)的物料量+系統(tǒng)內(nèi)物料積累量

34對(duì)于穩(wěn)定的連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)過程，無物料的積累，再若過1.3化工工藝計(jì)算（1）必須選擇某一物料的數(shù)量作為計(jì)算的依據(jù)，稱為物料衡算的基準(zhǔn)。（2）所選組分往往是不發(fā)生變化的惰性物料。對(duì)于發(fā)生復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)的過程，最好選用元素的物質(zhì)的量（如kmol）。（3）在一個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行各設(shè)備的物料衡算時(shí)，應(yīng)采用同一個(gè)基準(zhǔn)，以避免發(fā)生計(jì)算錯(cuò)誤。在進(jìn)行物料衡算時(shí)應(yīng)注意的問題：351.3化工工藝計(jì)算（1）必須選擇某一物料的數(shù)量作為計(jì)算的1.3化工工藝計(jì)算1.3.1物料衡算（物理變化過程）總物料衡算式干氣體的物料衡算式水的物料衡算式361.3化工工藝計(jì)算1.3.1物料衡算（物理變化過程）連續(xù)過程的物料衡算

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(shí)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37連續(xù)過程的物料衡算37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38物料平衡形式38物料衡算的基本步驟⑴畫出流程示意圖⑵列出已知數(shù)據(jù)⑶列出由物料平衡所需求解的問題⑷決定系統(tǒng)的邊界⑸寫出主、副產(chǎn)品的化學(xué)反應(yīng)方程式39物料衡算的基本步驟⑴畫出流程示意圖39⑹約束條件⑺選擇計(jì)算基準(zhǔn)⑻進(jìn)行物料平衡計(jì)算⑼列出物料和能量平衡表，并進(jìn)行校核⑽結(jié)論40⑹約束條件40關(guān)于基準(zhǔn)⑴時(shí)間基準(zhǔn)連續(xù)（小時(shí)，天……）間歇（釜，批……）⑵質(zhì)量基準(zhǔn)

kg，mol，kmol……⑶體積基準(zhǔn)

m3（STP）⑷干濕基準(zhǔn)干基（不含水），濕基（含水）例：100kg濕物料，其中含水10kg，按濕基：含水率為10%；若按干基：含水率為

10/（100-10）×100%=11.11%41關(guān)于基準(zhǔn)⑴時(shí)間基準(zhǔn)411.3化工工藝計(jì)算例1-1

苯、甲苯、二甲苯混合物采用由兩個(gè)精餾塔組成的單元設(shè)備中進(jìn)行分離，得到三種物流，各為一種物質(zhì)的富集液，系統(tǒng)流程如圖1-10所示。已知料液流率為1000mol?h?1，其組成為苯20%，甲苯30%，其余為二甲苯（均為摩爾分?jǐn)?shù)）。在第一個(gè)精餾塔的釜底液中含苯2.5%和甲苯35%，然后進(jìn)入第二個(gè)精餾塔分離，塔頂?shù)玫胶?%和甲72%的溜出液，試計(jì)算各個(gè)精餾塔得到的餾出液、釜底液及其組成。421.3化工工藝計(jì)算例1-1苯、甲苯、二甲苯混合物采用解在系統(tǒng)流程圖上，標(biāo)明各流股物料量，其中、和1.3化工工藝計(jì)算分別表示流股3中苯、甲苯和二甲苯的組成。43解在系統(tǒng)流程圖上，標(biāo)明各流股物料量，其中、1.3化工工藝計(jì)算該精餾過程可列出三組衡算方程，每組選出三個(gè)獨(dú)立方程，即：塔I：總物料苯甲苯塔II：總物料苯甲苯441.3化工工藝計(jì)算該精餾過程可列出三組衡算方程，每組選出1.3化工工藝計(jì)算整個(gè)過程：總物料苯甲苯流股12345組分mol?h-1組成mol?h-1組成mol?h-1組成mol?h-1組成mol?h-1組成苯2000.201800.90200.025200.08甲苯3000.30200.102800.351800.72100.10.182二甲苯5000.505000.625500.20449.90.818合計(jì)10001.002001.008001.002501.005501.00求解結(jié)果列表451.3化工工藝計(jì)算整個(gè)過程：流股12345組分mol?h1.3化工工藝計(jì)算1.3.1物料衡算（化學(xué)變化過程）對(duì)于化學(xué)反應(yīng)過程，同一種元素的摩爾數(shù)是不變的，故可以按元素的摩爾數(shù)列出物料衡算式。各種元素的物料衡算式：碳氧總物料衡算式：461.3化工工藝計(jì)算1.3.1物料衡算（化學(xué)變化過程）1.3化工工藝計(jì)算C+O2=CO2

C+0.5O2=CO

獨(dú)立反應(yīng)：組分?jǐn)?shù)N等于元素總數(shù)M與獨(dú)立反應(yīng)數(shù)R之和：N=M+R471.3化工工藝計(jì)算C+O2=CO2C+0.1.3化工工藝計(jì)算轉(zhuǎn)化率：反應(yīng)所消耗的物料量與投入反應(yīng)的物料量之比值稱為該組分的轉(zhuǎn)化率，一般以分率來表示，若用符號(hào)XA表示A組分的轉(zhuǎn)化率，則得：產(chǎn)率（或收率）：主產(chǎn)物的實(shí)際收得量與按投入原料計(jì)算的理論產(chǎn)量之比值。用分率或百分率來表示，若用符號(hào)Y來表示產(chǎn)率，則得：481.3化工工藝計(jì)算轉(zhuǎn)化率：反應(yīng)所消耗的物料量與投入反應(yīng)1.3化工工藝計(jì)算選擇性：表示各種主、副產(chǎn)物中，主產(chǎn)物所占的分率或百分率。用符號(hào)表S示，則得：相對(duì)于同一反應(yīng)而言，轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率與選擇性之間存在如下關(guān)系：491.3化工工藝計(jì)算選擇性：表示各種主、副產(chǎn)物中，主產(chǎn)物1.3化工工藝計(jì)算例1-2

用鄰二甲苯氣相催化氧化生產(chǎn)鄰苯二甲酸酐（苯酐）。鄰二甲苯投料量205kg/h，空氣4500m3/h。反應(yīng)器出口物料組成（摩爾分?jǐn)?shù)）如表所示。計(jì)算鄰二甲苯轉(zhuǎn)化率、苯酐收率及反應(yīng)選擇性。組分苯酐順酐鄰二甲苯氧氣氮?dú)馄渌嫌?jì)mol%0.650.040.0316.58784.70100501.3化工工藝計(jì)算例1-2用鄰二甲苯氣相催化氧化生產(chǎn)1.3化工工藝計(jì)算解畫出物料流程圖：因尾氣中含有大量的惰性組分N2，故選擇N2作為物料衡算的聯(lián)系物。計(jì)算反應(yīng)器出口物料的總流量：511.3化工工藝計(jì)算解畫出物料流程圖：因尾氣中含有大量1.3化工工藝計(jì)算反應(yīng)器出口物料中苯酐和鄰二甲苯的流量：苯酐鄰二甲苯主反應(yīng)式：鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率苯酐收率反應(yīng)選擇性521.3化工工藝計(jì)算反應(yīng)器出口物料中苯酐和鄰二甲苯的流量：1.3化工工藝計(jì)算例1-3

苯甲酰苯甲酸（BB酸）脫水縮合制蒽醌，要求控制反應(yīng)終點(diǎn)時(shí)硫酸組成為93.5%。每批投料工業(yè)BB酸400kg，含水10%，干品含純BB酸97%，縮合劑硫酸的濃度為97.8%，求算濃硫酸的需用量?？s合反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為99%（以上均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。400kg工業(yè)BB酸中含純BB酸含水含雜質(zhì)反應(yīng)生成蒽醌反應(yīng)生成水未反應(yīng)的BB酸0.01解531.3化工工藝計(jì)算例1-3苯甲酰苯甲酸（BB酸）脫水1.3化工工藝計(jì)算反應(yīng)后廢酸總量反應(yīng)后廢酸濃度解得廢酸質(zhì)量設(shè)97.8%的H2SO4用量為Xkg541.3化工工藝計(jì)算反應(yīng)后廢酸總量設(shè)97.8%的H2SO41.3化工工藝計(jì)算輸入輸出名稱質(zhì)量/kg組成/%純重/kg名稱質(zhì)量/kg組成/%純重/kg工業(yè)BB酸400BB酸87.2H2O10.0雜質(zhì)2.83494011粗蒽醌332.5蒽醌95.6BB酸1.1雜質(zhì)3.33183.511.0濃硫酸1470H2SO497.8H2O2.21437.632.4廢酸1537.5H2SO493.5H2O6.51437.5100合計(jì)1870187018701870每批物料平衡表

551.3化工工藝計(jì)算輸入輸出名稱質(zhì)量/kg組成/%純重/k1.3化工工藝計(jì)算弛放過程：在帶有循環(huán)物流的過程中，由于有些惰性組分或某些雜質(zhì)沒有分離掉，再循環(huán)中逐漸積累，會(huì)影響正常生產(chǎn)和正常操作。為了使循環(huán)系統(tǒng)中惰性組分保持在一定濃度范圍內(nèi)，需要將一部分循環(huán)氣排放出去，這種排放稱為弛放過程。在連續(xù)弛放過程中，穩(wěn)態(tài)的條件為：弛放物流中任一組分的濃度與進(jìn)行馳放那一點(diǎn)的循環(huán)物流濃度相同。因此，馳放物流的流率由下式?jīng)Q定：弛放時(shí)惰性氣體排出量=系統(tǒng)惰性氣體進(jìn)入量料液流率料液中惰性氣體濃度 =弛放物流流率制定循環(huán)流中惰性氣體濃度561.3化工工藝計(jì)算弛放過程：在帶有循環(huán)物流的過程中，由于1.3化工工藝計(jì)算例1-4

由氫氣和氮?dú)馍a(chǎn)合成氨時(shí)，原料氣中總含有一定數(shù)量的惰性氣體，如氬和甲烷。為了防止循環(huán)氫、氮?dú)庵卸栊詺怏w的積累，因此應(yīng)設(shè)置馳放裝置，如圖所示。假定原料氣的組成（摩爾分?jǐn)?shù)）N2為24.75，H2為72.25，惰性氣體為1.00。N2的單程轉(zhuǎn)化率為25%，循環(huán)物料中惰性氣體為12.5%，NH3為3.75%（摩爾分?jǐn)?shù)），試計(jì)算各股物流的流率和組成。571.3化工工藝計(jì)算例1-4由氫氣和氮?dú)馍a(chǎn)合成氨時(shí)，1.3化工工藝計(jì)算解基準(zhǔn)：原料氣100mol/h循環(huán)物流組成（以Ⅰ代表惰性組分）：因循環(huán)氣和馳放氣從同一節(jié)點(diǎn)分流，故循環(huán)物流組成與馳放氣組成相同。組成如下：馳放氣流率F4由惰性氣體平衡求出：循環(huán)物流流率R由N2組分衡算求?。?81.3化工工藝計(jì)算解基準(zhǔn)：原料氣100mol/h馳放1.3化工工藝計(jì)算進(jìn)反應(yīng)器混合氣的流率F2：產(chǎn)品液氨的流率F3（由質(zhì)量衡算得）：為簡化計(jì)算，將惰性氣體全部看作是Ar，取惰性氣體的相對(duì)分子質(zhì)量為40，則有：原料氣質(zhì)量流率：

弛放氣質(zhì)量流率：液氨質(zhì)量流率：

液氨摩爾流率F3：

591.3化工工藝計(jì)算進(jìn)反應(yīng)器混合氣的流率F2：產(chǎn)品液氨的流1.3化工工藝計(jì)算項(xiàng)目原料氣F1循環(huán)氣R混合氣F2馳放氣F4液氨F3摩爾流率，mol/h100322.58422.58845.85物流組成（摩爾分?jǐn)?shù)）N20.24750.20940.21840.20940H20.74250.62810.65520.62810Ⅰ0.010.1250.09780.1250NH300.03750.02860.03751.00合計(jì)1.001.001.001.001.00物料衡算結(jié)果

601.3化工工藝計(jì)算項(xiàng)目原料氣F1循環(huán)氣R混合氣F2馳放氣對(duì)于穩(wěn)定的連續(xù)流動(dòng)過程，無熱量的積累，且不計(jì)入熱量的損失時(shí)，輸入的總熱量1.3化工工藝計(jì)算1.3.2熱量衡算熱量衡算以熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)。

輸入的總熱量=輸出的總熱量+積累的熱量+損失的熱量就等于輸出的總熱量因?yàn)闊崃渴窍鄬?duì)值，故在進(jìn)行熱量衡算時(shí)，應(yīng)選定基準(zhǔn)的溫度和相態(tài)?；鶞?zhǔn)溫度可以任意選擇，但一般選取0℃或25℃，因?yàn)樵谶@兩個(gè)溫度下的熱力學(xué)數(shù)據(jù)較多，易于查用。61對(duì)于穩(wěn)定的連續(xù)流動(dòng)過程，無熱量的積累，且不計(jì)入熱量的損失時(shí)，1.3化工工藝計(jì)算（1）以反應(yīng)熱為基礎(chǔ)計(jì)算（2）以生成熱為基礎(chǔ)計(jì)算A：任意一種反應(yīng)物或產(chǎn)物

nAR：過程中生成或消耗A的物質(zhì)的量

mA：的化學(xué)計(jì)量系數(shù)

熱量衡算的兩種方法：621.3化工工藝計(jì)算（1）以反應(yīng)熱為基礎(chǔ)計(jì)算（2）以生成熱1.3化工工藝計(jì)算例1-5

甲烷在連續(xù)式反應(yīng)器中空氣氧化生產(chǎn)甲醛，副反應(yīng)是甲烷完全氧化生成CO2和H2O。以100mol進(jìn)反應(yīng)器的甲烷為基準(zhǔn)，物料流程如圖1-15所示。假定反應(yīng)在足夠低的壓力下進(jìn)行，氣體便可看作理想氣體。甲烷于25℃進(jìn)反應(yīng)器，空氣于100℃進(jìn)反應(yīng)器，如要保持出口產(chǎn)物為150℃，需從反應(yīng)器取走多少熱量？631.3化工工藝計(jì)算例1-5甲烷在連續(xù)式反應(yīng)器中空氣氧1.3化工工藝計(jì)算解物料衡算基準(zhǔn)：100mol進(jìn)料中的CH4。衡算結(jié)果如圖所示。各組分單位進(jìn)料（25℃）的焓值

（1）25℃下進(jìn)料甲烷的焓查手冊(cè)得生成熱

則

能量衡算：取25℃時(shí)生成各個(gè)反應(yīng)物和產(chǎn)物的各種原子（即C、O、H）為基準(zhǔn)，非反應(yīng)物質(zhì)N2也取25℃為基準(zhǔn)（因25℃是氣體平均摩爾熱容的參考溫度）。各焓值計(jì)算如下。641.3化工工藝計(jì)算解物料衡算基準(zhǔn)：100mol進(jìn)料中1.3化工工藝計(jì)算（2）

查手冊(cè)得

（3）

查手冊(cè)得各組分單位出料的焓值

（1）查手冊(cè)得651.3化工工藝計(jì)算（2）查手冊(cè)得（3）查手冊(cè)得各1.3化工工藝計(jì)算（2）

查手冊(cè)得（3）

查手冊(cè)得（4）查手冊(cè)得661.3化工工藝計(jì)算（2）查手冊(cè)得（3）查手冊(cè)得（1.3化工工藝計(jì)算（5）

查手冊(cè)得（6）

查手冊(cè)得671.3化工工藝計(jì)算（5）查手冊(cè)得（6）查手冊(cè)得61.3化工工藝計(jì)算物料n進(jìn)(mol)H進(jìn)(kJ/mol)n出(mol)H出(kJ/mol)物料n出(mol)H出(kJ/mol)CH4O2N2100100376-74.852.2352.1876050376-69.953.7583.655HCHOCO2H2O301050-114.76-388.56-237.56進(jìn)出口焓值

將以上結(jié)果填入進(jìn)出口焓表中。681.3化工工藝計(jì)算物料n進(jìn)(mol)H進(jìn)(kJ/mol)1.3化工工藝計(jì)算當(dāng)能量衡算不計(jì)動(dòng)能變化時(shí)，691.3化工工藝計(jì)算當(dāng)能量衡算不計(jì)動(dòng)能變化時(shí)，69ThankYou!ThankYou!第一章概論化學(xué)工業(yè)出版社第一章概論化學(xué)工業(yè)出版社主要內(nèi)容1.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.3化工工藝計(jì)算72主要內(nèi)容1.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 21.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 1.1.1化學(xué)工業(yè)的分類（1）無機(jī)化學(xué)工業(yè) 合成氨、無機(jī)酸、堿、鹽和無機(jī)化學(xué)肥料（2）基本有機(jī)化學(xué)工業(yè) 合成醇、有機(jī)酸、醛、酯、酮以及烷烴、烯烴、芳烴系列產(chǎn)品（3）高分子化學(xué)工業(yè) 合成塑料及樹脂、合成纖維、合成橡膠（4）精細(xì)化學(xué)工業(yè) 試劑、催化劑、助劑、添加劑、活性劑、染料、顏料、香料、 涂料、農(nóng)藥、醫(yī)藥等（5）生物化學(xué)工業(yè) 有機(jī)酸、生物農(nóng)藥、飼料蛋白、抗生素、維生素、疫苗等按產(chǎn)品分類：731.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 1.1.1化學(xué)工業(yè)的分類1.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 1.1.1化學(xué)工業(yè)的分類（1）石油化工

以石油和天然氣為原料的化學(xué)工業(yè)（2）煤化工

通過煤的氣化、干餾和生產(chǎn)的電石為原料的化學(xué)工業(yè)（3）生物化工

采用農(nóng)、林等生物資源以及非生物資源，通過發(fā)酵、水解、酶 催化而生產(chǎn)的化工產(chǎn)品（4）礦產(chǎn)化工

以化學(xué)礦為原料的化工產(chǎn)品（5）海洋化工

從海水中提煉的化工產(chǎn)品按原料分類：741.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 1.1.1化學(xué)工業(yè)的分類1.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 1.1.2化學(xué)工業(yè)的特征（1）化學(xué)工藝方法和設(shè)備更新快，產(chǎn)品日新月異，是一個(gè)技術(shù)密集型的工業(yè)。（2）多數(shù)化學(xué)工業(yè)，特別是工業(yè)化學(xué)工業(yè)，無論原料和動(dòng)力，都要消耗能量，是一個(gè)能源密集型的工業(yè)。（3）化工過程往往是易燃、易爆、有毒、有腐蝕的過程，生產(chǎn)條件控制嚴(yán)格，是一個(gè)連續(xù)性和自動(dòng)化程度較高的工業(yè)。751.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 1.1.2化學(xué)工業(yè)的特征1.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 （4）為提高經(jīng)濟(jì)效益，綜合利用資源和能源，基本化學(xué)工業(yè)均向大型化方向發(fā)展。（5）化工生產(chǎn)是易產(chǎn)生廢氣、廢水、廢渣的過程，為防止污染環(huán)境，治理三廢是化工生產(chǎn)中的不可忽視的問題，而治理三廢的同時(shí)，有時(shí)又可得到有價(jià)值的副產(chǎn)品。（6）化工生產(chǎn)是有利于能量綜合利用的過程，以節(jié)能為主要內(nèi)容的技術(shù)改造，是降低生產(chǎn)能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。761.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 6主要內(nèi)容1.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.3化工工藝計(jì)算77主要內(nèi)容1.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 71.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝化學(xué)工業(yè)最基本的原料是煤、石油、天然氣、化學(xué)礦以及農(nóng)林副產(chǎn)物和海洋資源，其中絕大部分基本有機(jī)化學(xué)工業(yè)和部分的基本無機(jī)化學(xué)工業(yè)的原料主要是煤和天然氣。目前，世界化學(xué)工業(yè)主要以石油和天然氣為原料，約占90%以上；而我國的化學(xué)工業(yè)原料則以煤為主。781.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝化學(xué)工業(yè)最基本的原料1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.2.1石油及其加工工藝從油田開采出來的石油稱為原油，原油是一種褐黃色或黑色的粘稠液體，具有特殊氣味，原有的化學(xué)組成非常復(fù)雜，主要有碳和氫兩種元素所組成的各種烴類，并含有少量的氮、氧、硫化合物。烴類化合物分為烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴。石蠟基原油含較多的石蠟，烷烴含量超過50%，密度小，凝固點(diǎn)高，含硫及膠質(zhì)較少，大慶原油屬于此類。環(huán)烷基原油含有較多的環(huán)烷烴和芳香烴，密度較大，凝固點(diǎn)低，含硫及膠質(zhì)較多，瀝青亦較多。中間基原油的性質(zhì)介于前兩類之間。原油按組成可分為：791.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.2.1石油及其加工工1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝以石油為原料加工出來的產(chǎn)品甚多，按其主要性質(zhì)和用途可分為燃料油（汽油、煤油、柴油）、潤滑油、瀝青、石油焦以及基本化工產(chǎn)品六大類?；净ぎa(chǎn)品為烯烴（乙烯和丙烯）、芳烴（苯、甲苯、二甲苯）、液化石油氣和合成氣等。以這些物質(zhì)為原料進(jìn)一步加工，可以制得各種各樣的化工產(chǎn)品和日用產(chǎn)品。石油經(jīng)熱裂解生成重要的有機(jī)化工原料包括“三烯”（乙烯、丙烯、丁二烯）、“三苯”（苯、甲苯、二甲苯）等。801.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝以石油為原料加工出來1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝811.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝111.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝為了充分利用寶貴的石油資源，要對(duì)石油進(jìn)行一次加工和二次加工，在生產(chǎn)出汽油、航空煤油、柴油、鍋爐燃油和液化氣的同時(shí)，制取各類化工原料。一次加工：原油的常壓蒸餾和減壓蒸餾過程。蒸餾是一種利用液體混合物中各組分揮發(fā)度的差別（沸點(diǎn)不同）進(jìn)行分離的方法，是一種沒有化學(xué)反應(yīng)的傳質(zhì)、傳熱物理過程。二次加工：常減壓蒸餾餾份油的進(jìn)一步化學(xué)加工過程。主要包括重整、催化裂化、催化加氫裂化和烴類熱裂解。821.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝為了充分利用寶貴的石1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝831.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝131.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.2.2天然氣及其加工工藝主要成分：氣態(tài)烴類，還含有少量的二氧化碳、氮?dú)夂土蚧锏入s質(zhì)。來源：伴生氣和非伴生氣。伴生氣是伴隨石油共生，通稱為油田氣；非伴生氣為單獨(dú)的氣田資源，純氣田的天然氣主要成分是甲烷。干氣：每m3氣體中C5以上重質(zhì)烴含量低于13.5cm3（液體）濕氣：每m3氣體中C5以上重質(zhì)烴含量高于13.5cm3（液體）貧氣：含C3以上烴類高于94cm3（液體）富氣：含C3以上烴類低于94cm3（液體）841.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.2.2天然氣及其加工1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝產(chǎn)地組成（體積分?jǐn)?shù)%）CH4C2H6C3H8C4H10C5H12H2S(mg/kg)COCO2H2N2四川93.010.80.20.05—20~400.020.40.025.5勝利92.073.12.320.860.1——0.68—0.84遼河90.783.271.460.930.7820—0．50.281.5幾種氣田的天然氣組成851.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝產(chǎn)地組成（體積分?jǐn)?shù)%）CH41.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝天然氣作為化工原料時(shí)，主要是制取合成氣，而進(jìn)一步加工成各種化工廠品；用天然氣為原料加工的基本化工產(chǎn)品，其成本一般較低。天然氣是化學(xué)工業(yè)的重要原料，也是一種高熱值、低污染的清潔能源。由天然氣井、油田、煤層中產(chǎn)生的天然氣，不宜直接用作化工原料，還需脫除有害組分，并將各組分分離，然后才能將所得各種組分合理利用。861.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝天然氣作為化工原料時(shí)1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝天然氣的初步加工處理工藝流程871.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝天然氣的初步加工處理工藝流程1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝天然氣的化學(xué)加工途徑881.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝天然氣的化學(xué)加工途徑181.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.2.3煤及其加工工藝主要成分：碳、氫和氧，并含有少量的氮、硫、磷等雜原子。煤的種類C，wt%H，wt%O，wt%泥煤60~705~625~35褐煤70~805~615~25煙煤80~904~55~15無煙煤90~981~31~3不同煤的主要元素組成891.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.2.3煤及其加工工藝1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝901.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝201.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝由于煤中含有大量的芳核結(jié)構(gòu)，以它為原料來制取芳烴、稠環(huán)和雜環(huán)等類化合物(如苯類、酚類、喹啉、吡啶、咔唑等)，要比石油方便。目前世界上由煤得到的苯約占苯總產(chǎn)量的25%，萘約占萘總產(chǎn)量的85%，蒽、苊、芘占其總產(chǎn)量的90%以上，咔唑、喹啉均占100%，炭黑占其總產(chǎn)量的25%。

911.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝由于煤中含有大量1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝在煤化工范疇內(nèi)的煤加工過程主要有煤的干餾、氣化、液化等。煤的干餾是在隔絕空氣的條件下加熱煤，使其分解生成焦炭、煤焦油、粗苯和焦?fàn)t氣的過程，也稱為煤的熱解或熱分解。高溫干餾：煤在煉焦?fàn)t中隔絕空氣加熱到1000℃左右，經(jīng)過干餾的一系列階段，最終得到焦炭，該過程也稱為高溫?zé)捊够蚝喎Q煉焦。低溫干餾：煤在終溫500~700℃下進(jìn)行的干餾過程，產(chǎn)生半焦、低溫焦油和煤氣等產(chǎn)物。921.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝在煤化工范疇內(nèi)的煤加工過程主1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝煤的氣化：以煤或煤焦（半焦）為原料，以氧氣（空氣、富氧或純氧）、水蒸氣或氫氣等作為氣化劑（或稱氣化介質(zhì)），在高溫（900~1300℃）通過化學(xué)反應(yīng)把煤或煤焦中的可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體的過程。氣化時(shí)所得到的氣體稱為煤氣，其有效部分包括一氧化碳、氫氣和甲烷等。煤的液化：通過化學(xué)加工將煤轉(zhuǎn)化為液體燃料的過程。直接加氫液化：在高壓（10~20MPa）、高溫（420~480℃）和催化劑作用下轉(zhuǎn)化成液態(tài)烴的過程。間接液化：將煤預(yù)先制成合成氣，然后在催化劑的作用下是合成氣轉(zhuǎn)化成烴類燃料、含氧化合物燃料的過程。931.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝煤的氣化：以煤或煤焦（半焦）1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝941.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝241.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.2.4化學(xué)礦及其加工工藝固體化學(xué)礦的種類甚多，大多數(shù)化學(xué)礦是以化合物的形態(tài)存在，且含有多種元素。通常按某種元素在礦石中含量的高低分為高品位礦和低品位礦，低品位礦必須通過選礦富集才能作為原料。化學(xué)礦主要用于制取金屬和無機(jī)鹽類產(chǎn)品。化學(xué)礦種類繁多，主要礦物舉例如下。951.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.2.4化學(xué)礦及其加工1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝⑴鹽礦：巖鹽、海鹽或湖鹽等，用于制造純堿、燒堿、鹽酸和氯乙烯等⑵硫礦：硫磺(S)、硫鐵礦(FeS2)等，用于生產(chǎn)硫酸和硫磺⑶磷礦：氟磷灰石[Ca5F(PO4)3]、氯磷灰石[Ca5Cl(PO4)3]，用于生產(chǎn)磷肥，磷酸及磷酸鹽等⑷鉀鹽礦：鉀石鹽(KCl和NaCl混合物)、光鹵石(KCl·MgCl2·6H2O)、鉀鹽鎂礬(KCl·MgSO4·3H2O)⑸鋁土礦：水硬鋁石(α-Al2O3·H2O)和三水鋁石(Al2O3·3H2O)的混合物⑹硼礦：硼砂礦(Na2O·2B2O3·10H2O)、硼鎂石(2MgO·B2O3·H2O)等961.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝⑴鹽礦：巖鹽、海鹽或湖鹽等，1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝⑺錳礦：錳礦(β和γ-MnO2)、菱錳礦(MnCO3)等⑻鈦礦：金紅石(TiO2)、鈦鐵礦(FeTiO3)等⑼鋅礦：閃鋅礦(ZnS)、菱鋅礦(ZnCO3)⑽鋇礦：重晶石(BaSO4)、毒晶石(BaCO3)等⑾天然沸石：斜發(fā)沸石、絲光沸石、毛沸石(化學(xué)組成均為NaO·Al2O3·nSiO2·xH2O)等⑿硅藻土(含83%～89%SiO2·nH2O)

膨潤土[(Mg,Ca)O·Al2O3·5SiO2·nH2O]，可作吸附劑和催化劑載體971.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝⑺錳礦：錳礦(β和γ-MnO1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝化學(xué)礦的加工方法主要有熱化學(xué)加工（煅燒、焙燒等）、浸取分離、萃取分離、提取分離和電化學(xué)等。除熱化學(xué)加工外，其他各種加工方法是用水或溶劑把所需的金屬化合物提取出來，這些方法通稱為濕法冶金。981.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝化學(xué)礦的加工方法1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝主要礦物質(zhì)的加工利用991.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝主要礦物質(zhì)的加工利用291.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.2.5生物質(zhì)及其加工工藝來源：農(nóng)、林、牧、副、漁業(yè)的產(chǎn)品及其廢棄物（殼、芯、稈、糠、渣）等農(nóng)副產(chǎn)品。利用方法：一是直接提取其中固有的化學(xué)成分；二是利用化學(xué)或生物化學(xué)的方法將其分解為基礎(chǔ)化工產(chǎn)品或中間品。加工過程：涉及萃取、微生物水解、酶水解、化學(xué)水解、裂解、催化加氫、皂化、氣化等一系列生產(chǎn)工藝和操作。1001.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.2.5生物質(zhì)及其加工1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝糠醛和糠醇的生產(chǎn)1011.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝糠醛和糠醇的生產(chǎn)311.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝乙醇的生產(chǎn)1021.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝乙醇的生產(chǎn)32主要內(nèi)容1.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 1.2化工原料、產(chǎn)品及其工藝1.3化工工藝計(jì)算103主要內(nèi)容1.1化學(xué)工業(yè)的分類及特征 33對(duì)于穩(wěn)定的連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)過程，無物料的積累，再若過程中無物料的損失，則輸入的總物料量等于輸出的總物料量，即1.3化工工藝計(jì)算1.3.1物料衡算物料衡算的依據(jù)是質(zhì)量守恒定律：進(jìn)入系統(tǒng)的物料量=離開系統(tǒng)的物料量+系統(tǒng)內(nèi)物料積累量

104對(duì)于穩(wěn)定的連續(xù)流動(dòng)系統(tǒng)過程，無物料的積累，再若過1.3化工工藝計(jì)算（1）必須選擇某一物料的數(shù)量作為計(jì)算的依據(jù)，稱為物料衡算的基準(zhǔn)。（2）所選組分往往是不發(fā)生變化的惰性物料。對(duì)于發(fā)生復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)的過程，最好選用元素的物質(zhì)的量（如kmol）。（3）在一個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行各設(shè)備的物料衡算時(shí)，應(yīng)采用同一個(gè)基準(zhǔn)，以避免發(fā)生計(jì)算錯(cuò)誤。在進(jìn)行物料衡算時(shí)應(yīng)注意的問題：1051.3化工工藝計(jì)算（1）必須選擇某一物料的數(shù)量作為計(jì)算的1.3化工工藝計(jì)算1.3.1物料衡算（物理變化過程）總物料衡算式干氣體的物料衡算式水的物料衡算式1061.3化工工藝計(jì)算1.3.1物料衡算（物理變化過程）連續(xù)過程的物料衡算

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(shí)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107連續(xù)過程的物料衡算37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108物料平衡形式38物料衡算的基本步驟⑴畫出流程示意圖⑵列出已知數(shù)據(jù)⑶列出由物料平衡所需求解的問題⑷決定系統(tǒng)的邊界⑸寫出主、副產(chǎn)品的化學(xué)反應(yīng)方程式109物料衡算的基本步驟⑴畫出流程示意圖39⑹約束條件⑺選擇計(jì)算基準(zhǔn)⑻進(jìn)行物料平衡計(jì)算⑼列出物料和能量平衡表，并進(jìn)行校核⑽結(jié)論110⑹約束條件40關(guān)于基準(zhǔn)⑴時(shí)間基準(zhǔn)連續(xù)（小時(shí)，天……）間歇（釜，批……）⑵質(zhì)量基準(zhǔn)

kg，mol，kmol……⑶體積基準(zhǔn)

m3（STP）⑷干濕基準(zhǔn)干基（不含水），濕基（含水）例：100kg濕物料，其中含水10kg，按濕基：含水率為10%；若按干基：含水率為

10/（100-10）×100%=11.11%111關(guān)于基準(zhǔn)⑴時(shí)間基準(zhǔn)411.3化工工藝計(jì)算例1-1

苯、甲苯、二甲苯混合物采用由兩個(gè)精餾塔組成的單元設(shè)備中進(jìn)行分離，得到三種物流，各為一種物質(zhì)的富集液，系統(tǒng)流程如圖1-10所示。已知料液流率為1000mol?h?1，其組成為苯20%，甲苯30%，其余為二甲苯（均為摩爾分?jǐn)?shù)）。在第一個(gè)精餾塔的釜底液中含苯2.5%和甲苯35%，然后進(jìn)入第二個(gè)精餾塔分離，塔頂?shù)玫胶?%和甲72%的溜出液，試計(jì)算各個(gè)精餾塔得到的餾出液、釜底液及其組成。1121.3化工工藝計(jì)算例1-1苯、甲苯、二甲苯混合物采用解在系統(tǒng)流程圖上，標(biāo)明各流股物料量，其中、和1.3化工工藝計(jì)算分別表示流股3中苯、甲苯和二甲苯的組成。113解在系統(tǒng)流程圖上，標(biāo)明各流股物料量，其中、1.3化工工藝計(jì)算該精餾過程可列出三組衡算方程，每組選出三個(gè)獨(dú)立方程，即：塔I：總物料苯甲苯塔II：總物料苯甲苯1141.3化工工藝計(jì)算該精餾過程可列出三組衡算方程，每組選出1.3化工工藝計(jì)算整個(gè)過程：總物料苯甲苯流股12345組分mol?h-1組成mol?h-1組成mol?h-1組成mol?h-1組成mol?h-1組成苯2000.201800.90200.025200.08甲苯3000.30200.102800.351800.72100.10.182二甲苯5000.505000.625500.20449.90.818合計(jì)10001.002001.008001.002501.005501.00求解結(jié)果列表1151.3化工工藝計(jì)算整個(gè)過程：流股12345組分mol?h1.3化工工藝計(jì)算1.3.1物料衡算（化學(xué)變化過程）對(duì)于化學(xué)反應(yīng)過程，同一種元素的摩爾數(shù)是不變的，故可以按元素的摩爾數(shù)列出物料衡算式。各種元素的物料衡算式：碳氧總物料衡算式：1161.3化工工藝計(jì)算1.3.1物料衡算（化學(xué)變化過程）1.3化工工藝計(jì)算C+O2=CO2

C+0.5O2=CO

獨(dú)立反應(yīng)：組分?jǐn)?shù)N等于元素總數(shù)M與獨(dú)立反應(yīng)數(shù)R之和：N=M+R1171.3化工工藝計(jì)算C+O2=CO2C+0.1.3化工工藝計(jì)算轉(zhuǎn)化率：反應(yīng)所消耗的物料量與投入反應(yīng)的物料量之比值稱為該組分的轉(zhuǎn)化率，一般以分率來表示，若用符號(hào)XA表示A組分的轉(zhuǎn)化率，則得：產(chǎn)率（或收率）：主產(chǎn)物的實(shí)際收得量與按投入原料計(jì)算的理論產(chǎn)量之比值。用分率或百分率來表示，若用符號(hào)Y來表示產(chǎn)率，則得：1181.3化工工藝計(jì)算轉(zhuǎn)化率：反應(yīng)所消耗的物料量與投入反應(yīng)1.3化工工藝計(jì)算選擇性：表示各種主、副產(chǎn)物中，主產(chǎn)物所占的分率或百分率。用符號(hào)表S示，則得：相對(duì)于同一反應(yīng)而言，轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率與選擇性之間存在如下關(guān)系：1191.3化工工藝計(jì)算選擇性：表示各種主、副產(chǎn)物中，主產(chǎn)物1.3化工工藝計(jì)算例1-2

用鄰二甲苯氣相催化氧化生產(chǎn)鄰苯二甲酸酐（苯酐）。鄰二甲苯投料量205kg/h，空氣4500m3/h。反應(yīng)器出口物料組成（摩爾分?jǐn)?shù)）如表所示。計(jì)算鄰二甲苯轉(zhuǎn)化率、苯酐收率及反應(yīng)選擇性。組分苯酐順酐鄰二甲苯氧氣氮?dú)馄渌嫌?jì)mol%0.650.040.0316.58784.701001201.3化工工藝計(jì)算例1-2用鄰二甲苯氣相催化氧化生產(chǎn)1.3化工工藝計(jì)算解畫出物料流程圖：因尾氣中含有大量的惰性組分N2，故選擇N2作為物料衡算的聯(lián)系物。計(jì)算反應(yīng)器出口物料的總流量：1211.3化工工藝計(jì)算解畫出物料流程圖：因尾氣中含有大量1.3化工工藝計(jì)算反應(yīng)器出口物料中苯酐和鄰二甲苯的流量：苯酐鄰二甲苯主反應(yīng)式：鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率苯酐收率反應(yīng)選擇性1221.3化工工藝計(jì)算反應(yīng)器出口物料中苯酐和鄰二甲苯的流量：1.3化工工藝計(jì)算例1-3

苯甲酰苯甲酸（BB酸）脫水縮合制蒽醌，要求控制反應(yīng)終點(diǎn)時(shí)硫酸組成為93.5%。每批投料工業(yè)BB酸400kg，含水10%，干品含純BB酸97%，縮合劑硫酸的濃度為97.8%，求算濃硫酸的需用量?？s合反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為99%（以上均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。400kg工業(yè)BB酸中含純BB酸含水含雜質(zhì)反應(yīng)生成蒽醌反應(yīng)生成水未反應(yīng)的BB酸0.01解1231.3化工工藝計(jì)算例1-3苯甲酰苯甲酸（BB酸）脫水1.3化工工藝計(jì)算反應(yīng)后廢酸總量反應(yīng)后廢酸濃度解得廢酸質(zhì)量設(shè)97.8%的H2SO4用量為Xkg1241.3化工工藝計(jì)算反應(yīng)后廢酸總量設(shè)97.8%的H2SO41.3化工工藝計(jì)算輸入輸出名稱質(zhì)量/kg組成/%純重/kg名稱質(zhì)量/kg組成/%純重/kg工業(yè)BB酸400BB酸87.2H2O10.0雜質(zhì)2.83494011粗蒽醌332.5蒽醌95.6BB酸1.1雜質(zhì)3.33183.511.0濃硫酸1470H2SO497.8H2O2.21437.632.4廢酸1537.5H2SO493.5H2O6.51437.5100合計(jì)1870187018701870每批物料平衡表

1251.3化工工藝計(jì)算輸入輸出名稱質(zhì)量/kg組成/%純重/k1.3化工工藝計(jì)算弛放過程：在帶有循環(huán)物流的過程中，由于有些惰性組分或某些雜質(zhì)沒有分離掉，再循環(huán)中逐漸積累，會(huì)影響正常生產(chǎn)和正常操作。為了使循環(huán)系統(tǒng)中惰性組分保持在一定濃度范圍內(nèi)，需要將一部分循環(huán)氣排放出去，這種排放稱為弛放過程。在連續(xù)弛放過程中，穩(wěn)態(tài)的條件為：弛放物流中任一組分的濃度與進(jìn)行馳放那一點(diǎn)的循環(huán)物流濃度相同。因此，馳放物流的流率由下式?jīng)Q定：弛放時(shí)惰性氣體排出量=系統(tǒng)惰性氣體