马后炮化工第1章物料能量平衡
马后炮化工技术论坛_精馏讲义
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一、蒸馏基本原理 １、蒸馏概述 ２、拉乌尔定律 二、精馏 １、精馏概述 ２、精馏原理 ３、精馏过程 ４、物料衡算 ５、板式塔 １、蒸馏概述 、 （１） 蒸馏的原理 利用混合物在一定压力下各组分相对挥发度 （沸点 沸点）的不同进行分离的一种单元操作。
沸点 易挥发组分——低沸点组分 难挥发组分——高沸点组分 （２）蒸馏及精馏的分离依据 ） 液体均具有挥发成蒸汽的能力，但各种液体的挥发性各不相同。
习 惯上，将液体混合物中的易挥发组分Ａ称为轻组分，难挥发组分Ｂ则称为 重组分。
将液体混合物加热至泡点以上沸腾使之部分汽化必有ｙＡ＞ｘＡ； 反之将混合蒸汽冷却到露点以下使之部分冷凝必有ｘＢ＞ｙＢ。
上述两种情 况所得到的气液组成均满足： ｙＡ ｘＡ ＞ ｙ Ｂ ｘＢ 部分汽化及部分冷凝均可使混合物得到一定程度的分离，它们均是 籍混合物中各组分挥发性的差异而达到分离的目的，这就是蒸馏及精馏 分离的依据。
蒸馏及精馏的分离依据 原料液 加 热 器 减 压 阀 塔顶产品 ｙＡ Ｑ ｘＡ 闪 蒸 罐 ｙ Ａ ＞ ｘＡ 或 ｙＡ ｘＡ ＞ ｙ Ｂ ｘＢ 塔底产品 （３）蒸馏的分类 ） 简单蒸馏 平衡蒸馏 （闪蒸） 按蒸馏方式 较易分离的物系或对 分离要求不高的物系 难分离的物系 恒沸蒸馏 特殊精馏 萃取蒸馏 水蒸汽蒸馏 很 难 分离 的 物系 或 用 普 通方 法 难以 分 离的物系 精馏 常压 按操作压强 加压 一般情况下多用常压 常压下不能分离或达不到分离要求 减压 双组分 混合物中组分 多组分 间歇 按操作方式 连续 ２、两组分理想物系的汽液平衡－拉乌尔定 、两组分理想物系的汽液平衡 拉乌尔定 律 １、汽液相平衡关系式拉乌尔定律 、汽液相平衡关系式 拉乌尔定律 ｐＡ ＝ ｏ ｐＡｘＡ ＝ ０ ｐＡｘ ｏ ０ ｐＢ ＝ ｐＢ ｘＢ ＝ ｐＢ （１？ ｘ） ｏ ｏ ｐＡ ， ｐＢ 手册中查 平衡温度下纯组分的饱和蒸汽压力 Ｘ溶液中组分的摩尔分数 当溶液沸腾时，溶液上方的总压等于各组分的蒸气压之和 ｏ Ｐ ＝ ｐＡ ＋ ｐＢ ＝ ｐｏ ｘ ＋ ｐＢ （１？ ｘ） Ａ ｏ Ｐ？ Ｐ Ｂ Ｐｏ ？ Ｐｏ Ａ Ｂ ∴ｘ ＝ ｐＡ ｐｏ ——由拉乌尔定律表示的气液平衡关系 Ａ 由拉乌尔定律表示的气液平衡关系 ｙ＝ ＝ ｘ Ｐ Ｐ 二、精馏 １、精馏概述 、 平衡蒸馏以及简单蒸馏只能使混合液得到部分分离。
马后炮化工技术论坛_中石化技术人员aspen培训课件 PPT资料共150页
课程安排-第二天
5. RadFrac – 严格精馏塔模型 6. 反应器模型 –各种不同的反应器模型
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课程安排-第三天
7. 物性- 热力学模型, 物性分析和报告的概述
课程安排--第一天
1. 介绍 - 模拟概念 2. 用户界面 – 用户界面介绍 3. 基本输入 - 图形化的用户输入界面 4. 单元操作模型 – 常用的单元操作模块
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注册化工工程师执业资格考试-第1章物料能量平衡
物料与能量的协同作用
03
在某些化工过程中，物质和能量的协同作用可以优化过程效率，
例如通过热量回收或物质循环利用等方式实现。
物料能量平衡的优化
过程效率优化
通过调整物料和能量的平衡状态，可以优化化工过程效率，降低 能耗和物耗，提高经济效益。
资源利用优化
合理利用物料和能量资源，可以减少资源浪费，降低环境负担， 实现可持续发展。
物料平衡在化工生产中的应用
1
在化工生产中，物料平衡的应用非常广泛，如原 料配比、产品收率、能耗物耗分析等。
2
通过物料平衡的计算，可以优化工艺流程、提高 产品质量、降低生产成本，同时也有助于发现和 解决生产过程中的问题。
3
注册化工工程师执业资格考试-第2章热力学基础
03 能量平衡
能量平衡的概念
能量平衡是指在一定时间、一定区域内，各种形式的能量在 数量上的守恒关系。在化工生产过程中，能量平衡主要关注 的是物料与能量之间的转换关系。
考试目的和要求
考试目的
通过考试，评估考生是否具备运用化 工原理、化学反应工程、分离工程、 传热和传质等知识，进行物料和能量 平衡计算的能力。
考试要求
考生需要掌握基本的化学工程原理， 能够进行物料和能量平衡计算，了解 化工工艺流程和设备，并能够解决实 际工程问题。
02 物料平衡
物料平衡的概念
物料平衡是指在一个化学反应或化工 过程中，投入的物料和产出的物料在 数量上保持一致的状态。
在化工生产中，物料平衡是确保产品 质量和生产效率的重要前提，也是进 行工艺流程设计、设备选型和操作控 制的重要依据。
物料平衡的计算方法
物料平衡的计算通常采用质量守恒定 律，通过列出化学反应方程式或流程 图，计算各物料的投入和产出量。
化工单元操作期末复习题
化工单元操作期末复习题化工单元操作期末复习题化工单元操作是化学工程专业的重要课程之一，它涉及到化工生产过程中各种单元操作的原理和实践。
期末复习是巩固知识、提高理解和应用能力的重要环节。
本文将针对化工单元操作的期末复习题进行讨论和解答。
一、物料平衡1. 什么是物料平衡？为什么需要进行物料平衡？物料平衡是指在化工过程中对物料的输入、输出和转化进行量化和分析的过程。
它是确保化工过程稳定运行和优化设计的基础。
物料平衡的主要目的有三个：一是检查化工过程的稳定性，确保输入和输出物料的平衡；二是优化化工过程的设计和操作，提高生产效率和产品质量；三是评估化工过程的环境影响，减少废物和污染物的排放。
2. 物料平衡的基本原理是什么？请举例说明。
物料平衡的基本原理是质量守恒定律和能量守恒定律。
质量守恒定律指出，在封闭系统中，物料的质量总量不会发生改变。
例如，对于一个反应釜，反应物的质量应等于产物的质量加上反应器内未反应的物料的质量。
能量守恒定律指出，在封闭系统中，能量的总量不会发生改变。
例如，在一个加热过程中，输入的热量应等于输出的热量加上系统内部的热量变化。
二、能量平衡1. 什么是能量平衡？为什么需要进行能量平衡？能量平衡是指在化工过程中对能量的输入、输出和转化进行量化和分析的过程。
它是确保化工过程能够满足热力学要求和节能减排的基础。
能量平衡的主要目的有三个：一是确保化工过程的热力学平衡，保证系统能够正常运行；二是优化化工过程的设计和操作，提高能源利用效率；三是评估化工过程的能源消耗和排放情况，减少对环境的影响。
2. 能量平衡的基本原理是什么？请举例说明。
能量平衡的基本原理是热量守恒定律和热力学第一定律。
热量守恒定律指出，在封闭系统中，热量的总量不会发生改变。
例如，在一个蒸汽发生器中，输入的热量应等于输出的热量加上系统内部的热量变化。
热力学第一定律指出，能量可以相互转化，但不能自行产生或消失。
例如，在一个蒸汽涡轮机中，输入的热量可以转化为机械能，而输出的热量可以用于其他用途。
马后炮化工论坛-第1章 物料 能量平衡
（2）衡算基准: 298K ，1mol萘 （3）热量衡算: 298K下的化学反应热 C10H10(g)+4.5O2=C8H4O3(g)+2CO2 +2H2O (g)
o o o H = [M H ] [M H － ∆ R,298 ∑ i ∆ F,产物 ∑ i ∆ F,反应物 ]
=[(-373.34)×1+(-339.51) ×2+(-241.81) ×2]-[87.3] =-1623.28 kJ/mol萘 原料带入热量 ∆H1=∆H1,萘+∆H1,空气 =0.26×(473-298)+[0.03×21%+0.03×79%] ×50.1×(303-298) =45.5 kJ+7.52 kJ=53.02 kJ
能量平衡（显热、潜热、反应热、功等） （经常：物料衡算＋能量衡算）
例6 采用100oC的气体HCl和25oC的水生产25oC、HCl 质量百分含量为 25% 的 HCl 水溶液，产量为 1000kg/h 。 求生产过程的热效应。
解：（1）基础数据
比热容：kJ/kg·oC 100oC HCl(g) 0.815 25oC H2O(l) 4.184 25oC 25% HCl溶液 2.863 25% HCl溶液的溶解热为：65.23kJ/mol HCl
（2）未知数设定 结晶出的NaHCO3 o x kg 20 为 ， C的NaHCO3饱和溶液量为y kg
11
（3）溶解度单位换算（g/100gH2O→wt%） NaHCO3饱和溶液组成计算
9.6 o = 8.76%; H 2O = 1 - 8.76% = 91.24% 20 C : NaHCO3 = 9.6 + 100 60o C : NaHCO = 16.4 = 14.10%; H O = 1 - 14.10% = 85.90% 3 2 16.4 + 100
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参考: Aspen Plus 用户指南, 第 1章, 用户界面
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课程安排-第四天
8. 灵敏度分析 - 研究流程中变量之间的关系 9. 设计规定 - 满足工艺目标 10. Fortran 块
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介绍
• 什么是流程模拟?
使用计算机程序定量模拟一个化学过程的特性方程
• 使用基本物性关系 - 质量和能量平衡 - Equilibrium 关系 - 速率系数
• 预测 - 物流流率, 组成和性质 - 操作条件 - 设备尺寸
用户界面 • 下拉式菜单
- 用于定义程序选项和命令 • 工具栏
- 允许直接访问一些常用功能 - 能够被移动、隐藏或展现 • 数据浏览器 - 用于操纵表页 - 能够被移动、重设大小、最大化、最小化或关闭 • 表页 - 用于输入数据和浏览模拟结果 - 可以由多个页面构成
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化工单元操作复习题(含答案)
化工单元操作复习题(含答案)第一章流体流动一、选择题1．单位体积流体所具有的（）称为流体的密度。
AA 质量；B 粘度；C 位能；D 动能。
2、单位时间内流过管道任一截面积的流体质量称为 a 。
a.质量流量b.质量流速c.体积流量。
3．层流与湍流的本质区别是（）。
DA 湍流流速＞层流流速；B 流道截面大的为湍流，截面小的为层流；C 层流的雷诺数＜湍流的雷诺数；D 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。
4．气体是（）的流体。
BA 可移动；B 可压缩；C 可流动；D 可测量。
5．在静止的流体内，单位面积上所受的压力称为流体的（）。
CA 绝对压力；B 表压力；C 静压力；D 真空度。
6、流体的粘度愈大，它的流动性就 b 。
a.愈大b.愈小c.不变7、流体在管中稳定流动时的流速与管内径的关系是 c 。
a.与管内径成正比b.与管内径的平方成正比c.与管内径的平方成反比d.与管内径成反比。
8. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。
AA. 与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关；B. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关；C. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关。
9、14、真空度为0.092MPa在标准大气压下，绝对压力为 b MPa。
a.0.092b.0.009c.760d.0.101310.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是（）。
CA. 流动速度大于零；B. 管边不够光滑；C. 流体具有粘性。
11.在相同条件下，缩小管径，雷诺数（）。
AA. 增大；B. 减小；C. 不变。
13．流体在管内作（）流动时，其质点沿管轴作有规则的平行运动。
AA 层流；B 湍流；C 过渡流；D 漩涡流。
二、填空题1.1atm= mmH2O= kPa。
2.化工生产中，物料衡算的理论依据是＿质量守恒定律＿，热量衡算的理论基础是＿能量守恒定律＿。
3.液体的粘度随温度升高而__减小_，气体的粘度随温度的升高而_增大_。
化工原理第一章答案
化工原理第一章答案化工原理是化学工程专业的基础课程，它是学生理解和掌握化工工艺的重要一环。
本章主要介绍了化工原理的基本概念和相关知识，包括化工工艺的基本流程、热力学基础、物质平衡等内容。
下面我们将针对第一章的相关问题进行详细解答。
1. 什么是化工原理？化工原理是指化学工程领域中的基本理论和基本原理，包括热力学、流体力学、传热传质等方面的知识。
它是化学工程专业学生理解和掌握化工工艺的基础，是日后从事化工工程实践的重要基础。
2. 化工工艺的基本流程是什么？化工工艺的基本流程包括原料准备、反应过程、分离纯化、产品制备等几个基本步骤。
在实际生产中，这些步骤可能会有所变化，但总体的基本流程是不变的。
3. 热力学基础在化工工艺中的作用是什么？热力学基础在化工工艺中起着至关重要的作用。
它可以帮助工程师分析和计算化工过程中的能量转化和热力学性能，为工艺设计和优化提供理论支持。
4. 什么是物质平衡？物质平衡是指在化工工艺中，原料、中间体和产物在各个环节中的流动和转化过程中，各种物质的质量守恒关系。
物质平衡是化工工艺设计和操作的基础，它对于保证生产过程的稳定和产品质量的一致性至关重要。
5. 化工原理的学习对于学生未来的发展有何意义？化工原理的学习可以帮助学生建立起对化工工艺的基本认识和理解，为日后的专业学习和工程实践打下坚实的基础。
同时，通过化工原理的学习，学生可以培养出扎实的理论基础和分析问题的能力，为未来的发展奠定良好的基础。
总结，化工原理是化学工程专业的重要基础课程，它涵盖了化工工艺的基本概念和相关知识，包括热力学基础、物质平衡等内容。
通过对本章相关问题的详细解答，相信学生们对化工原理的学习会有更深入的理解和把握。
希望大家能够在学习中勤思考、多实践，不断提升自己的专业能力，为将来的发展打下坚实的基础。
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x 5.25% y 0.65% (x y) 3.2%
x / y 1.244
xy
答案（1）说法正确，依题设为错误答案
答案(2)、(3)和(4)说法可编不辑p正pt 确，依题设为正确答4案
例2 将流量为20 000kg/h、苯和甲苯质量百分含量分别
为38%和62％的混合液，采用连续精馏的方法进行分 离，要求馏出物中苯的回收率达到97％，塔釜液中苯 的残留量不高于2%。问，下列关于塔顶馏出物中苯的 摩尔百分数说法不正确的答案是哪些？（多选题）
(1) 749.2 ；(2) 937.0 ；(3) 1686.6；(4) 1324.7
解法1 以1mol丙烷为基准
直接计算：
需要氧气：1.255=6.25mol 需要空气：6.25/0.21=29.76mol 含氮量： 29.760.79=23.51mol 燃烧产物量计算(化学反应式):
O2: 6.25-5=1.25mol;
解法2 以1 000mol燃烧产物 为基准计算（联系组分法）
（1）按上述方法计算每燃烧 1mol丙烷得到的燃烧产物量为 31.76mol ， 氮 气 含 量 为 23.51/31.76=74.02%
（2）需要的空气量计算：x 79%=1000 74.02%
x = 937.0 mol。结果同可编上辑pp。t 双基准，麻烦！ 10
例5 一个结晶槽内装有60oC的NaHCO3饱和溶液1000kg。 将此溶液冷却至20oC，若在冷却过程中进料溶液的水
物料平衡
一、基本衡算关系（衡算体、衡算基准）
1 总体质量衡算
输入系统质量总和 输出系统质量总和
系统积累量总和 系统损失量总和
2 组分质量衡算
对组分i : 输入系统的量（质量或摩尔量） 化学反应量
输出系统的量 系统积累量 系统损失量
3 元素质量衡算
对元素j : 输入系统的量（质量或摩尔量）
T
:1000 0.3 0.03 S2 0.95 S4 0.43 S5
TOTAL : S3 150 330
B
衡算体II T
:S3 X 3B 0.03150 0.0045330 : S3 X 3T 0.95150 0.43330
X 3X 1 X 3B X 3T
结果：S2=520mol/h, S4=150mol/h, S5=330mol/h ；
衡算体的选取：以信息量最多、未知数最少的衡 算单元为首选衡算体，再逐步扩展至未知数较多或信 息量较少的衡算单元，直至问题完全解决
四、衡算步骤
（1）分析题设条件，画出物料衡算简图，确定
衡算基准、分级及总体衡算体，标出已知信息
（2）写出相关的化学反应方程式
（3）详细列出物料衡算式，进行计算
（4）汇总列出衡算体扩展法）
求算下图所示的各流股的量及塔2的入料组成
可编辑ppt
7
解：属复杂过程物料衡算。选取两个衡算体：I为总体 系衡算，II为精馏塔2衡算
衡算体I
TOTAL :1000 S2 S4 S5
B
:1000 0.5 0.95 S2 0.03 S4 0.045 S5
(1) 98%；(2) 87.5%；(3) 85.72%；(4) 84.95%
解：
属于简单过程物料衡算
衡算体选取如右图
衡算基准为塔入口流量
联合代数法
可编辑ppt
5
F x fB D xdB W xwB
F DW
F x fB 97% D xdB
三个方答程案，（两4）个说独法立正，确任，选依两题个设联为立错求误解答得案： 塔顶答物案流(：1)D、=(826)和00(k3g)/h说, 其法中不苯正8确5.，72依%题, 甲设苯为1正4.2确8%答案 塔底物流：W=11400kg/h，其中苯2％，甲苯98％
N2: 23.51mol;
H2O: 4mol;
可编辑ppt CO2: 3mol
9
燃烧产物总mol数：1.25＋23.51＋4＋3＝31.76 mol 所以，每1 000mol燃烧产物需要的空气摩尔数为：
1000 (29.76/31.76)=937.0 mol
答案（2）说法正确，依题设为错误答案 答案(1)、(3)和(4) 说法不正确，依题设为正确答案
3 联合代数法 处理多个未知变量或多个联系方程式的情况。适
用于多过程的复杂化工体系 如：变化反应体系和水蒸可编汽辑p平pt 衡体系的联合物料衡算2
三、衡算基准和衡算体的确定
衡算基准：间歇体系多以批量生产为基准；连续 体系多以单位时间处理量为基准；相对概念体系多以 方便计算为基准，如：100 kg，100 mol，100 Nm3等
S3=480mol/h, X3X=0.395
X3B=0.0125,
可编辑ppt
X3T=0.5925,
8
例4 丙烷充分燃烧时要供入空气量为理论量的125%， 反应式为C3H8+5O2=3CO2+4H2O，问下列每1 000mol 燃烧产物空气摩尔数需求量错误的答案是哪些?（已 知每mol空气中含O2 0.21mol，含N2 0.79mol）
3
例1 以含盐量5.25%的浓盐水和含盐量0.65%的稀盐水
配置含盐量3.2%的盐水。问，所需的浓、稀盐水量下 述说法不正确的是哪些？（多选题）
（1）需浓盐水多； （2）需稀盐水多 （3）浓稀盐水各半；（4）无法配置
解：属于相对概念衡算问题
设配置含盐量3.2%的盐水需要的浓稀盐水的量分 别为x和y。则以盐为衡算组分的质量衡算式可写为：
塔顶浓度换算（以1mol塔顶产物为基准进行）：
wt% mol%; M苯 MC6H6 78, M甲苯 MC7H8 92
x苯
X dB
X dB / M苯 / M苯 (1 X dB ) / M甲苯
85.72% / 78 85.72% / 78 (1 85.72%) / 92
84.95%
可编辑ppt
输出系统可的编量辑ppt 系统积累量 系统损失量 1
二、物料衡算基本方法
1 直接计算法 根据体系特性直接衡算，多用于简单体系
如：变换过程物料衡算 CO+H2=CO2+H2O
2 联系组分法 以总量不发生变化的物质/种（惰性组分）为
“桥梁”进行衡算，简单和复杂体系均适用 如：变换过程 CO+H2=CO2+H2O 以N2为联系组分 的物料衡算