3.1 化工计算基础
化工计算绪论及第一章
（1）kcal/S;(2)kW;(3)erg/S;(4)kgf· m/S;(5)Btu/S;
(6)lbf· ft/S. 500kcal 75% 1q 解： 60s
10 min 1 min 0.625kcal / s
4.187kJ 2q 0.625kcal / s 2.617kW 1kcal
米制
绝对单位制——以长度、质量和时间为基本单位。
CGS制 cm、g、s ；MKS制 m、kg、s。
工程单位制——以长度、力和时间为基本单位。
m、kgf、s 。
1 —3
英制
英尺•磅 秒（FPS)制 以 ft、lb和s为基本单位。 英国工程制 以 ft、lbf和s为基本单位。 美国工程单位制以 ft、lbm和lbf和s为基本单位。
2
5 3 0 . 9869 10 atm 10 l 2 2 3 (4) E 9.6510 J 9.6510 Pa m 1Pa 1m3
9.524104 atm l
0.2248 lbf 3.2808ft (5) E 9.6510 N m 0.07117ft lbf 1N 1m
2
7 10 erg 2 (6) E 9.6510 J 9.65105 erg 1J
１－４以表面张力为0.005lbf/ft，换算成： dyn/cm、kgf/cm、N/m。
解：
4.4482105 dyn 1 ft 0.005lbf ft 72.969dyn cm 1lbf 30.48cm
1－1、在某次试验中需要气体压力为 2×106dyn/cm2,试求此压力相当于多少: (1)Pa;(2)kgf/cm2;(3)lbf/m2;(4)MN/m2。
105 N 104 cm2 5 2 解： (1) P 2 10 dyn cm 2 10 N / m 1dyn 1m 2
化工设计3化工计算
式中W –质量,㎏;CP –比热容KJ／㎏℃;t –温度,℃;I –相 变热,KJ∕㎏。
过程热效应的计算 主要有反应热、熔解热、结晶热等 Q=∑WI′ I′ –反应热、熔解热、结晶热等的热值,KJ∕㎏ 设备热量损失的计算
Q=∑Aα(tw –t)τ
式中A –设备散热面积, ㎡; α –设备表面向周围介质的传热系数,KJ∕㎡
2、能量衡算式 能量积累率=能量进入率－能量流出率 +反应热生成率－反应热消耗率 当过程没有化学反应时 能量积累率=能量进入－能量输出 当过程没有化学反应，且处于稳态时 能量进入=能量流出
在化工生产中，热量是一种最主要的能量形 式。在本章中，主要讨论热量衡算。
3、热量衡算 ⑴单元设备热量衡算 衡算步骤 绘制设备的热平衡图 进出设备的热量大致可分如下几种： 物料带入设备的热量； 过程的热效应； 反应物带出的热量； 传热剂传入或传出的热量； 设备的热损失等等。
第二章 化工计算
第一节 化工过程及过程参数
(一) 化工过程
指由原料经化学处理和物理处理加工成化学产品或中间产 品的生产过程。它包括许多工序，每个工序又由若干个或若干 组设备（如反应器、蒸馏塔、吸收塔、干燥塔，分离器、换热 器及输送设备等等）组合而成。物料通过各设备时，完成某种 化学或物理处理，最终成为合格的产品。 化工过程中的各种设备所进行的主要操作可归纳为下列几类： 1.化学反应；2.分离或提纯；3.改变温度；4.改变压力，5.混 合等。
化工计算资料
• 前馈控制：根据过程输入预测输出
• 自适应控制：根据过程变化自动调整控制参数
化工生产过程调节策略与技巧
化工生产过程调节策略
化工生产过程调节技巧
• 参数调节：调整操作参数，控制过程性能
• 模糊控制：利用模糊逻辑控制过程
• 设备调节：调整设备运行状态，控制过程性能
• 神经网络控制：利用神经网络预测和控制过程
化工计算未来发展的建议
化工计算未来发展的展望
• 加强多学科合作：结合化学工程、数学、计算机科学等
• 广泛应用于化工领域：为化工过程设计、生产和控制提
多学科知识
供支持
• 提高软件开发能力：提高软件的开发效率和兼容性
• 创新技术发展：推动化工新技术和新产品的研发
• 培养创新人才：培养具有跨学科知识和技能的人才
• 优化发酵工艺，提高抗生素产量和纯度
化工计算软件与工具的发展趋势与前景
化工计算软件与工具的发展趋势
• 多学科交叉：结合化学工程、数学、计算机科学等多学科知识
• 智能化发展：结合人工智能和机器学习技术，实现化工过程的自动控制和优化
• 云计算发展：利用云计算技术提高计算能力和数据共享
化工计算软件与工具的发展前景
• CFD：流体力学模拟软件
• Excel：数据处理和计算工具
化工计算软件与工具的应用案例分析
案例一：某化肥厂合成氨生产过程模拟与优化
• 利用ASPEN Plus软件分析合成氨生产过程
• 优化操作参数，提高氨产量和降低能耗
案例二：某制药厂抗生素生产过程模拟与优化
• 利用MATLAB软件分析抗生素生产过程
• 工艺调节：调整工艺流程，控制过程性能
• 优化控制：利用优化算法求解最优控制策略
化工原理化工计算所有公式总结
化工原理化工计算所有公式总结化工原理是化学工程学科的基础知识，是化工工程师必须掌握的重要内容之一、在化工计算中，涉及到各种各样的公式和计算方法，用于解决化工过程中的问题和挑战。
下面总结了一些常用的化工计算公式，希望对化工工程师们的工作有所帮助。
1.物质平衡公式物质平衡是化工过程中最基本的计算方法之一，用于描述物质在系统内的转移和变化。
物质平衡的一般形式为：输入物质=输出物质+积累物质+反应物质这个公式描述了系统内各种物质的流动情况，是化工工程师进行过程设计和优化的基础。
2.能量平衡公式能量平衡公式用于描述系统内能量转移和变化的情况。
能量平衡的一般形式为：输入能量=输出能量+积累能量+消耗能量能量平衡公式可以帮助工程师计算系统的热平衡，确定过程中各个部分的热量变化情况。
3.流量计算公式在化工工程中，流量是一个重要的参数，需要进行准确的计算和测量。
流体的流量计算公式一般包括质量流量和体积流量的计算方法，可以使用密度和体积流速等参数来进行计算。
4.反应速率公式在化工反应中，反应速率是一个重要的参数，描述了反应物质的转化速度。
反应速率公式一般包括反应速率常数和反应物质浓度等参数，可以帮助工程师优化反应条件，提高反应效率。
5.平衡常数公式平衡常数是描述化学反应平衡状态的参数，根据反应物质的浓度可以计算平衡常数。
平衡常数公式可以帮助工程师预测反应的平衡状态，进行反应条件的调整和优化。
6.浓度计算公式在化工过程中，物质的浓度是一个重要的参数，需要进行准确的计算和控制。
浓度计算公式一般包括溶液中溶质和溶剂的浓度计算方法，可以帮助工程师确定不同溶液的浓度和配比。
7.温度计算公式温度是化工过程中一个重要的参数，需要进行准确的测量和控制。
温度计算公式可以根据热力学原理和热传导等参数进行计算，帮助工程师确定系统内各个部分的温度分布情况。
8.压力计算公式压力是化工过程中一个重要的参数，需要进行准确的计算和控制。
压力计算公式可以根据流体的密度、流速和流经管道的几何形状来进行计算，帮助工程师确定系统内的压力变化情况。
化工热力学3-1Chapter3纯流体的热力学性质计算
T T 1
p 1
T T 1
注意:可观察附录的水蒸汽表中水在恒温下H,S随p的变化
*
20
§3.2 热力学性质的计算
3.2.2 直接应用Maxwell关系式和微分能量方程求解H,S 3.2.2.3工质为理想气体时 1)H*、 S*普遍式
∵pV=RT，当p为常数时两边对T求导 p(dV/dT)=R(V/T)p=R/p V－T(V/T)p=V－TR/p=0
H T T 1 2c p d T p p 1 2 V T V T p d p(3 1 8 ) 的 积 分 式 ,P 3 2
ST T 1 2c T pd T p p 1 2 V T pd p(3 1 5 )的 积 分 式 ,P 3 1
H*
T2 T1
Esys=U+Ek+Ep=UU=Q+W、dU=dQ+dW 对于可逆过程: dQR=TdS、dWR=－pdVdU=TdS－pdV （3-1）
*
9
§3.1 热力学性质间的关系
Chapter3．纯流体的热力学性质计算
3.1.1 单相流体系统基本方程——微分能量表达式 (2)复习H、A、G定义，推导dH、dA、dG
dU = dH = dA = dG = 0
Chapter3．纯流体的热力学性质计算 概述
二、本章要解决的主要问题 1.通过学习热力学性质的基本微分方程解决可直 接测量的状态函数与不可直接测量的状态函数之 间的关系； 2.纯物质的热力学性质的计算，重点为H、S的 计算； 3.常用热力学性质数据图表的应用。
(3-8) (3-9) (3-10) (3-11)
“TV”在同一边,等式带
*
“”
14
§3.1 热力学性质间的关系
化工全流程计算的基础
化工全流程计算的基础下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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化工优化计算基础知识
化工优化计算基础知识概述化工优化计算是化学工程领域的一个重要研究方向，其目标是通过合理的数学模型和优化算法，寻求化工过程的最佳操作条件，以提高生产效率、降低能源消耗和减少环境污染。
化工优化计算的基础知识包括线性规划、非线性规划、整数规划等数学理论以及最优化算法。
本文将介绍化工优化计算的基础概念和常用方法，并给出示例说明。
线性规划线性规划是化工优化计算中最基础的一种方法。
它的数学模型可以表示为：min c^T * xs.t. Ax ≤ bx ≥ 0其中，c和x是n维列向量，A是m行n列的矩阵，b是m维列向量。
c代表目标函数的系数，x代表变量向量，A和b表示线性约束条件。
线性规划的解可以通过线性规划求解器来获得，常见的求解器有Simplex算法和内点算法。
线性规划在化工过程中的应用广泛，如原料配方优化、生产调度等。
非线性规划非线性规划是一类比线性规划更一般的优化问题。
它的数学模型可以表示为：min f(x)s.t. g_i(x) ≤ 0, i = 1, 2, ..., mh_j(x) = 0, j = 1, 2, ..., px ∈ R^n其中，f(x)是目标函数，g_i(x)和h_j(x)是不等式约束和等式约束，x是变量向量。
非线性规划的求解方法有很多种，包括梯度法、牛顿法、拟牛顿法等。
选择合适的求解方法取决于问题的性质和特点。
整数规划整数规划是线性规划的一种扩展形式，它将变量限制为整数取值。
整数规划的数学模型可以表示为：min c^T * xs.t. Ax ≤ bx ∈ Z^n整数规划通常在需要离散决策的问题中应用广泛，如设备选址、产品排产等。
整数规划的解空间较大，求解困难，常用的求解方法有分支定界法、割平面法等。
最优化算法最优化算法是化工优化计算中用于求解各类问题的基本工具。
常用的最优化算法包括贪婪算法、遗传算法、模拟退火算法、粒子群算法等。
贪婪算法是一种简单而直接的方法，它通过每次选择当前最优的决策来逐步优化问题的解。
化工计算 第二章化工基础数据 第三节化学反应和热化学数据
H
θ r
反应物 i (Hcθ )i
生成物 i (Hcθ )i
高职高专“十一五”规划教材《化工计算》 军
一、标准生成热
在25℃，101.3kPa下，由稳定单质生成1mol化合物时的焓变即为标
准生成热，以
H
θ f
表示，单位为：kJ∙mol-1，与物质状态有关，同一种
物质在气态、液态和固态的标准生成热都是不一样的，在25℃，
101.3kPa下，处于稳定状态的单质其
H
θ f
=0，常见物质的
H
θ f
可查有
关的手册，本书附录中也收录了一些常见物质的标准生成热数据。
可查有
关的手册，本书附录中也收录了一些常见物质的标准生成热数据。
高职高专“十一五”规划教材《化工计算》 军
第三节 化学反应和热化学数据
2．计算
1）由标准生成热计算标准反应热
H
θ r
由标准生成热计算标准反应热可采用下式：
H
θ r
生成物 i (Hfθ )i
反应物 i (Hfθ )i
2）由标准燃烧热计算
三、反应热
1.定义
在25℃，101.3kPa下，由稳定单质生成1mol化合物时的焓变即为标
准标准生成热，以
H θ r,m
表示，单位为： kJ∙mol-1 ，与物质状态有关，
同一种物质在气态、液态和固态的标准生成热都是不一样的，在25℃，
101.3kPa下，处于稳定状态的单质其
=0，H常rθ,m见物质的
第二章 化工常用基础数据
本章要求
1.掌握化工常用基础数据类型；
2.掌握收集化工常用基础数据的方法；
主要内容
常用基本物性数据 常用热力学物性数据 化学反应和热化学数据 传递参数
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
n b T n c T n d T
3
式中 ni 为基团 i 的数目，ai ,bi ,ci , di 为各基团 的贡献值，可查表得到。
3.1 化工计算基础
3.1.2 常用物性数据的获取
热容
（1）理想气体热容
例3-5 估算在800K时气态3-甲基噻吩的理想
气体热容。
3.1 化工计算基础
3.1 化工计算基础
3.1.2 化工基础数据的获取
临界常数
例3-3 计算氯苯的临界常数。 已知 M 112 .5 Tb 405.2K
解： 计算得
Tc =630.06K pc=44.84atm Vc =310mL/mol
实验值 Tc=632.4K pc=44.6atm Vc =308mL/mol
常见导出单位：
力(dyn)、压力(dyn/cm2或atm)、能量(erg)
热量(cal)、黏度(P)
3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位
单位制度
（2）米制 绝对米制：基本单位有长度、质量、时间。 MKS制 基本单位：长度(m)、质量(kg)、时间(s)
常见导出单位：
力(N)、压力(N/m2或atm)、能量(J)
3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位
单位制度
（3）英制
绝对英制（英尺· 磅· 秒/FPS制） 基本单位：长度(ft)、质量(lb)、时间(s)。 重要导出单位：力(Pdl) 1Pdl=1 lb· ft/s2
3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位
单位制度
（3）英制
英工程制 基本单位：英尺(ft)、磅力(lbf)、秒(s)。 重要导出单位：质量工程单位(Slug) 1Slug=1lbf/(ft/s2)=32.2lb 美工程制 基本单位：英尺(ft)、磅力(lbf)、 磅质(lbm)、秒(s)。
化工基础数据获取方法：
（1）查找手册或文献；
（2）估算（基团贡献法和对比状态法）；
（3）实验测定。
3.1 化工计算基础
3.1.2 化工基础数据的获取
临界常数
（1）有机化合物临界常数的计算
基团贡献法：按照基团对临界参数的贡献值进 行加和计算。 正常沸点 Tb Tc 2 K
0.567 T T
3.1 化工计算基础
3.1.2 常用物性数据的获取
相变热
估算方法
（1）特鲁顿(Trouton)法则
H v bTb
蒸发热（冷凝热） H v 熔融热（凝固热） H m H H s 升华热（凝华热）
v
计算正常沸点下的蒸发热（沸点法）。
kJ/mol
式中 Tb 为正常沸点，K；b为常数，对非极性液体， b=0.088，对于水与低分子醇类b=0.109。
3.1 化工计算基础
3.1.2 常用物性数据的获取
热容
（1）理想气体热容 0 2 3 C p a bT cT dT 式中 a, b, c, d 可查表得到，注意温度的使用 范围和单位形式。 当查不到数据时可采用基团贡献法得到
C ni ai
0 p 2 i i i i i i
单位制度
（1）国际单位制（SI制）
优点： • 结构合理、完整、严密； • 各单位都规定有科学而明确的概念； • 在各个科学技术领域内都能通用； • 由基本单位构成的导出单位，不带任何数值因 素，换算方便。
我国采用中华人民共和国法定计量单位！
3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位
单位制度
（2）米制 绝对米制：基本单位有长度、质量、时间。 CGS制(物理制） 基本单位：长度(cm)、质量(g)、时间(s)
3.1 化工计算基础
3.1.2 化工基础数据的获取
临界常数
Tb / Tc 0.614
（2）无机化合物及非金属元素临界常数的计算
（3）金属元素临界常数的计算
Tc 0.4T
1.254 b
3.1 化工计算基础
3.1.2 化工基础数据的获取
临界常数
例3-3 计算氯苯的临界常数。 已知 M 112 .5 Tb 405.2K
3.1.2 化工基础数据的获取
蒸汽压
B T C
1
Antoine经验公式 ln ps A Lee-Kesler蒸汽压方程
ln prs f
0
0
Tr f Tr
6.09648 6 f Tr 5.92714 1.28862ln Tr 0.169347 Tr Tr 15.6875 6 1 f Tr 15.2518 13.4721 ln Tr 0.43577 Tr Tr
3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位
单位换算
（1）单位换算方法
① 查出换算系数，写成比例形式。
② 将数字和单位代入，进行连乘或连除计算。 化工中的几个重要单位: 密度、黏度、压力、表面张力、功（率）等 （2）因次方程的单位换算 换算原则：等式两端各项的因次和单位相同。
3.1.1 因次与单位
物质的量(mol)、热力学温度(K)、
发光强度(cd)、电流强度(A)。
辅助单位：平面角单位（弧度）、 球面角单位（球面度）。
3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位
单位制度——基本单位和导出单位的总和。
（1）国际单位制（SI制）
导出单位：根据物理学规律由基本单位导出的 其他物理量的单位。
① 由基本单位表示的导出单位；kg/m3，m/s ② 具有专有名称的SI导出单位；N，Pa，J ③ 用专有名称和基本单位表示的SI导出单位。
作业
1.一表面张力的值为0.07297 N/m ，将其换算为 dyn/cm、kgf/cm、 lbf/ft 。 2.20%的蔗糖溶液在20℃时的黏度是1.967 mPa· s， 将其换算为cP 、kg/(m· h)、kgf· s/m2。 3.苯的热容为0.416kcal/(kg· ℃)，换算为J/(mol· K)。
V s Vc Z c
(1Tr ) 0.2857
式中 Vs 为饱和液体的摩尔体积。
3.1 化工计算基础
3.1.2 化工基础数据的获取
密度和比重
用对比参数求液体的密度（对比状态法）
计算 Tr , pr 由 Tr , pr 查图得 r
（2）液体密度
查得 c、Tc 、pc
由 r 计算得 r c
解：划分基团，查得基团贡献值如下表：
基团 基团数量 =CH =C5 1
T
p
0.154 0.154
V
N T
Np
N V
0.011 0.011
37 36
0.055 0.011
0.770 0.154
185 36
-Cl
1
0.017
0.320
49
0.017
0.083
0.320
1.244
49
270
例3-1 25℃时水的黏度为0.8937厘泊，换算成 千克/(米· 时)及帕· 秒。
3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位
例3-2 理想气体状态方程为 pV 0.08206 ， T
T 的单位 其中 p 的单位为atm， V 的单位是L/mol， 是K，式中常数0.08206的单位是什么？如各物理 量单位采用国际单位制表示，则常数应为多少？
例3-6 计算400K和50atm时乙烷蒸汽的热容。
（3）真实气体热容
3.1 化工计算基础
3.1.2 常用物性数据的获取
热容
压力的影响可忽略，但温度的影响不能忽略。
估算方法：对有机物采用基团贡献法。需注意 求取的是20℃的热容值。
（3）液体热容
3.1 化工计算基础
3.1.2 常用物性数据的获取
3.1 化工计算基础
3.1.2 化工基础数据的获取
密度和比重 比重 d ：物质与同体积的基准物的质量比。
di i / 基准物
25 液体和固体的基准物通常是水。如 d 4 是指 25℃的该物质与同体积的4℃的水的质量比。
气体的基准物通常是标态的空气。
3.1 化工计算基础
3.1.2 化工基础数据的获取
Pa· s，W/(m· K)，N/m
3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位
单位制度——基本单位和导出单位的总和。
（1）国际单位制（SI制）
SI词头和倍数单位： 在SI单位前加一个表示十进倍数（或分数） 的词头就构成SI倍数（或分数）单位。 MPa，kJ，mg，nm
3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位
3.1 化工计算基础
3.1.2 化工基础数据的获取
化工基础数据分类：
（1）基本物性数据 如临界常数、密度、蒸汽压等。 （3）化学反应和热化学数据 如反应热、生成热、活化能等。 （4）传递参数 如黏度、扩散系数、导热系数等。
3.1 化工计算基础
3.1.2 化工基础数据的获取
3.1 化工计算基础
3.1.2 化工基础数据的获取
密度和比重
例3-4 （1）计算310K时饱和液氨的密度。已知 TC 405.6K, pC 111.3atm ， Z c=0.242 Vc=72.5cm3/mol ， （2）计算液氨在350K、110atm下的密度值。
3.1 化工计算基础
密度和比重
（1）气体密度 标准状态（0℃，1atm）下理想气体的密度
pM M 0 RT 22 .4